Carn Redzone

위 이미지는 란에보8기 AWD시스템입니다.


어제 4륜구동의 시초 및 역사에 대해 알아보았습니다. 그리고 오늘은 4륜구동중에서도 풀타임 4륜구동(AWD)에 대한 작동방식과 제조회사를 소개할까 합니다.


참고로 4륜구동에 대한 시초 및 역사 포스팅을 못보신 분들은 http://redzone.tistory.com/378 <--주소를 클릭하셔서 먼저 보시고 이 포스팅을 보는것이 좋다고 생각합니다.


최근에 날씨가 많이 추워지면서 눈도 자주 내리고 있는 실정입니다. 올해 겨울은 지구온난화 및 엘니뇨현상으로 평년보다 따뜻하다는 기상청 예보가 있었는데 기상청 예보가 보기좋게 빗나간거 같습니다.


많은 사람들이 눈길에서는 4륜구동이 좋다고 언급합니다. 그리고 실제로 눈길에서 4륜구동의 이점은 분명히 다른구동방식과 비교할때 높습니다.


특히 완만한 언덕길에서 정지했다가 출발할때 후륜구동은 제자리에서 헛돌거나 오히려 미끄러져 내려오기도 하고 전륜구동도 스노우타이어를 장착하지 않은이상 올라가지 못하거나 올라가더라도 매우 힘겹게 올라갑니다.  그러나 4륜구동은 눈길언덕에서도 거뜬히 올라갈수 있습니다.(물론 경사가 심한경우라면 제아무리 4륜구동이라도 소용없습니다)


겨울철에 특히 돋보이는 4륜구동 특히 온로드 주행에 최적화된 AWD는 어떤원리로 4바퀴에 동력을 전달하는지 알아보겠습니다.


아우디 콰트로가 시초인 기계식 AWD방식


오프로드에 최적화되고 구조가 비교적 간단한 파트타임4WD와 달리 온로드에 최적화된 AWD는 어떤상황에서도 안정적인 주행성을 보장합니다.


특히 1980년 제네바모터쇼에 선보인 세계최초의 4륜구동 승용차 아우디80에 적용된 기계식 AWD는 아우디 콰트로의 근간이 되고 있습니다.


전륜구동베이스이지만 센터디퍼런셜이 존재하며 전륜과 후륜의 동력전달비율을 각각 25:75에서 75:25까지 자유롭게 변환되는 장점을 지니고 있습니다. 


아우디 콰트로의 성공적인 데뷔이후 타메이커에서도 AWD를 적용한 차종을 내놓았으며 타메이커에서는 자신들의 차종에 맞게 설계 및 이름을 바꾸어 자신들의 AWD가 좋다고 선전했지만 타 메이커의 AWD또한  아우디가 내놓은 기계식 AWD시스템을 근간으로 만들었습니다. 


아우디의 AWD는 초기에 기계식 디퍼런셜이 장착되어있으며 비스커스커플링이 타이어 슬립정도에 따라 구동력을 분배하는 역할을 합니다.




아우디의 AWD는 그러나 한쪽 타이어가 접지력을 잃으면 같이 슬립하는 단점이 있었는데 이 단점을 보완한 토크센싱(Torque sensing) AWD 일명 토센방식의 AWD시스템을 채용한 AWD승용차를 선보이며 기계식AWD의 최강자로 군림하기도 했습니다. (당시 아우디의 콰트로시스템을 납품한 회사는 미국의 글리슨인데 현재 글리슨은 AWD시스템은 직접 제조하지 않습니다) 




우리나라의 경우 미쓰비시 란에보2기, 란에보3기에 적용된 기계식AWD시스템을 장착한 싼타모AWD모델이 국내차종중 유일한 기계식AWD시스템이 장착된 차종입니다.(구형싼타페도 VGT 이전 초기모델은 기계식AWD시스템이 들어갔다고 하는데 좀 불확실합니다)




구동손실을 줄이고 연비에 유리한 전자제어AWD


 기계식AWD의 최대강점은 노면을 꽉 잡는듯한 주행안전성입니다. 그러나 구동력이 상시 배분되는 시스템인 관계로 동력손실이 적지않고 따라서 연비도 나쁜편이라고 합니다.


특히 최근에는 유가가 언제 폭등할지 모르는 고유가 시대에 살고있고 지구온난화의 주범인 자동차 배기가스를 줄이기 위해 전세계 각국정부의 규제가 심해지고 규제에 따라서 자동차메이커또한 연비를 높이는데 안간힘을 쓰고 있는 실정입니다.


기계식AWD시스템을 보완하기 위해 나온 전자식AWD는 현재 거의 대부분의 AWD시스템에 탑재되어 있습니다(기계식AWD시스템을 끝까지 고수한 아우디도 미드쉽스포츠카 R8을 제외한 나머지모델은 전자식AWD으로 변경되었거나 변경될 예정입니다)


전자식AWD는 많은 회사에서 거의 같은시기에 개발했습니다. 제조회사마다 차이는 있지만 기본적으로는 평상시에 전륜 또는 후륜에 구동력을 모아 운행하다가 타이어가 슬립이 일어날때 구동력을 분배해서 제어하는 방식입니다. 


즉 평상시에도 동력이 분배되어 있는 아우디의 기계식AWD와 달리 전자식AWD는 평상시에 2륜구동 혹은 2륜에 구동력을 집중시키고 달리는 파트타임4WD와 유사한 메커니즘을 지니고 있습니다.(혼다 SH-AWD같은 AWD시스템은 평상시에도 70:30으로 동력을 분배)


전자식AWD의 대표적인 시스템은 TOD(Torque on Demend)방식이며 전자식AWD의 기본이라고 말할수 있습니다. 조향각이나 타이어슬립유무등의 신호를 ECU에서 받아 커플링이라는 전자클러치에 명령을 보내 제어를 하는 방식인 TOD방식은 현재 국내에서 판매되는 대부분의 SUV에서도 쓰이고 있습니다.


혼다의 SH-AWD, 닛산의 아테사 ET-S도 전자식AWD시스템입니다. 최근에는 아우디 콰트로도 기계식 콰트로시스템이 탑재된것이 아닌 전자식AWD시스템이 탑재되어 있습니다.


초기에 개발된 전자식AWD는 평상시에 동력을 한쪽으로만 혹은 한쪽에 가까이 전달할수 있어 연비가 좋았지만(스포츠드라이빙에 특화된 차종은 제외) AWD가 필요한 시점에 제때 구동력을 배분하지 못하거나 구동력을 배분하는 반응이 늦다는 지적이 있었습니다.


그러나 기술의 발전으로 노면상황에 맞게 최적의 구동력을 배분해주는것은 물론 좌우 한쪽으로만 구동력을 배분할수 있는 기술까지 선보였습니다.


메이커마다 틀리지만 전륜구동 기반 AWD시스템의 경우 스웨덴의 할덱스의 AWD시스템을 채용하고 있으며 후륜구동 기반 AWD시스템의 경우 미국의 보그워너의 AWD시스템을 채용하고 있습니다.(보그워너도 전륜기반AWD시스템을 생산하고 있습니다)


그럼 할덱스와 보그워너의 AWD시스템에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 할덱스를 주로 다룰 것이며 보그워너는 자료수집 부족으로 다음에 기술하겠습니다.(둘다 자세히 기술하고 싶지만 영어번역 능력 부족과 기술이해도가 부족해서 말이죠)


스웨덴 출신의 전륜구동 AWD시스템 개발회사 할덱스(Haldex)


할덱스는 스웨덴 기업인데 1985년 스웨덴의 자동차산업에 종사하는 하청업체들이 모여서 만든 합작회사입니다. 원래 스프링와이어 제조가 주력업종인데 당시 전체매출의 50%를 차지할정도로 매우 중요한 사업이었습니다.


할덱스는 1992년 자신들이 개발한 전자식AWD시스템을 개발하여 특허를 얻었고 1995년에 폭스바겐과 협정을 맺어 1998년 이후 출시된 폭스바겐 4Motion라인업에 납품을 하기도 했으며 1998년 드디어 할덱스 1세대 AWD시스템을 선보이면서 많은 자동차브랜드들이 할덱스의 새로운 AWD시스템에 큰 관심을 가졌습니다.


1998년 1세대 할덱스 시스템을 선보인 이후, 2002년 2세대, 2004년 3세대, 그리고 2007년8월에 할덱스의 최신AWD시스템인 XWD4세대를 선보였습니다.


할덱스가 스웨덴 기업이라서 그런지 스웨덴의 자동차브랜드 볼보 사브에서도 AWD모델은 전부 할덱스AWD시스템을 채용하고 있는 실정입니다. 특히 사브의 컴팩트 승용라인업인 9-3시리즈에는 할덱스AWD최신시스템인 4세대 XWD가 탑재되었습니다.




할덱스의 4세대 XWD시스템의 핵심부품은 LSC와 LSD입니다. LSC는 유압으로 작동하는데 4세대는  LSC의 작동속도를 크게 개선하였고 크기 및 무게도 작아졌습니다.


또한 LSD를 전자식으로 바꾸었는데 코너를 돌때 최적의 구동력을 분배해 좌우진동을 감소시켜 차체의 움직임을 최대한 자연스럽게 이끌어낸다고 합니다.


4세대 XWD시스템은 9-3이외에도 오펠의 중형세단 인시그니아 올해 나올 볼보의 중형차종 S60에도 적용될 예정이며 얼마전에 기아의 준대형 세단 K7도 AWD버전이 나오면 4세대 XWD시스템이 탑재된다는 소문이 났지만 아직 적용되지 않았습니다.(나올지 안나올지는 모르겠습니다)


우리나라 자동차 기업인 현대 기아차그룹도 전륜기반AWD차종은 대부분 할덱스AWD시스템을 탑재하고 있습니다. 대형SUV인 베라크루즈, 투싼IX, 싼타페의 경우 할덱스의 3세대AWD시스템이 들어갑니다.


아래는 할덱스XWD에 관한 PDF문서입니다. 








 




  

이번 포스팅은 우리가 매일 타고 다니는 자동차가 어떠한 방식을 통해 굴러가며 특히 4륜구동 자동차의 원리 및 4륜구동 시스템에 대해서 언급하겠습니다.


일반적으로 우리가 알고 있는 자동차는 타이어 4개를 통해 굴러갑니다. 물론 꼭 4개는 아니구요. 오토바이부터 시작하는 2륜자동차부터 시작해서 타이어를 6개 이상 장착하는 화물차와 버스까지 다양하지만 우리가 자주 접하고 구입하는 자동차는 거의 대부분 타이어가 4개인 4륜차가 거의 대부분일겁니다.


그럼 자동차는 어떤방식을 통해 동력을 전달받아 굴러갈까요?


대부분 다 아시겠지만 자동차는 크게 세가지의 구동방식을 가지고 있습니다.


자동차의 프론트부분 본넷 안쪽에 엔진이 장착되어 있고 엔진에 붙어있는 트랜스엑슬 내부의 차동기어에서 하프샤프트를 통해 구동력을 전달하는 전륜구동, 그리고 엔진과 미션이 세로배치되어있고 프론트 부분에 장착된 엔진부터 리어 드라이브 엑슬까지 구동축이 가로질러 동력을 전달하는 후륜구동, 그리고 전륜과 후륜이 모두 구동되는 4륜구동시스템 크게 세가지로 나누어집니다.


4륜구동 시스템은 크게 두가지로 나누어집니다. 하나는 운전자가 임의로 구동시스템을 바꿀수 있는 파트타임(Parttime), 그리고 온로드 주행안전성에 초점이 맞춰진 AWD시스템입니다. 


기본구동력이 50:50인 파트타임 4WD시스템

주로 험로를 주파하는 SUV에 맞게 설계된 파트타임 4륜구동 시스템은 과거 2차세계대전 미국의 군용차로 생산되어 험로등을 용이하게 주파하고 다녔으며 주행조건에 따라 운전자가 임의로 구동시스템을 바꿀수 있었습니다.


파트타임4WD시스템은 구조가 간단하고 정비성이 용이하여 생산단가가 낮아 가볍다는 장점을 가지고 있습니다만 기본적으로 전후 50:50의 구동력을 분배하며 구동력이 고정되기 때문에 고속으로 코너를 돌때 후륜쪽에 슬립이 발생할 가능성이 높은편입니다.


따라서 온로드 주행에는 맞지않는 시스템이며 우리나라의 경우 쌍용자동차에서 무쏘와 뉴코란도를 거쳐 현재 쌍용에서 생산되는 SUV모델에서 선택적용되고 있으며, 기아자동차는 작년초까지 생산된 구형쏘렌토 그리고 플래그쉽 SUV모델이라 할수 있는 모하비, 현대자동차의 경우 테라칸까지 적용되었습니다.




상시 4륜 시스템인 풀타임(Fulltime) 4WD시스템
풀타임 4WD시스템은 말그대로 항상 4륜구동으로 주행한다는 뜻이며 다른말로 AWD(All-Wheel-Drive)시스템이라고도 합니다.


파트타임4WD시스템과 달리 온로드 주행안전성이 높고 특히 빗길이나 눈길등 악천후가 기상조건에서 주행할때 큰 효과를 발휘할수 있는 시스템입니다. 


AWD시스템은 파트타임4WD 구동방식에 비해 무거운 편이며 연비 및 가속력이 떨어진다는 단점을 지니고 있습니다. 그리고 설계가 복잡한 편이어서 정비성이 좋지않고 유지비가 더 들어갑니다.


그럼에도 대부분의 자동차메이커에서는 전륜 혹은 후륜구동 기반 승용차모델을 바탕으로 AWD라인업을 포함해서 판매하기도 합니다. 최근 지구온난화로 인해 조금이라도 연비를 높이려고 안간힘을 쓰는 자동차메이커에서 연비가 불리한 AWD구동시스템을 지상고가 높고 험로주파가 용이한 SUV가 아닌 승용차에도 장착하여 판매하고 있는 실정입니다.


위 사진의 차량은 할덱스라는 4세대AWD시스템이 적용된 사브의 9-3X웨건입니다. AWD시스템은 언제부터 자동차에 적용되었을까요? 여러분도 아시다시피 콰트로시스템 하면 바로 떠오르는 독일의 럭셔리자동차 브랜드 아우디(Audi)입니다.


최초의 AWD시스템의 선구자 아우디 콰트로(Audi Quattro)
아우디는 1956년 다목적4륜구동자동차 뭉가를 개발하여 아우디 콰트로의 기초를 닦았지만 열악한 재정으로 경쟁브랜드인 독일의 메르세데스 벤츠에게 대부분의 주식을 팔아 경영권이 한때 벤츠로 넘어가기도 했습니다.


다목적 차량인 뭉가는 군용으로도 많이 쓰였으며 1968년 단종되었습니다. 그후로 한동안 이렇다할 4륜구동 차량을 생산하지 않다가 1980년 제네바모터쇼에서 센터 디퍼런셜을 장착한 기계식4륜 시스템인 콰트로를 장착한 아우디80을 세상에 발표하게 되었으며 그후 아우디80은 올해의 차에 선정되며 본격적으로 AWD시대를 열었습니다.


처음 기어방식의 콰트로 시스템을 채택한 아우디는 구동분배시스템을 75:25부터 25:75까지 자유로운 분배를 할수 있었으며 온로드 방식에 적합하게 나왔기 때문에 어떠한 주행영역에서도 높은 안전성을 보장했습니다. 그후 1982년부터 1984년까지 열린 WRC대회에서 아우디는 콰트로라는 신무기를 장착하면서 우승을 하기도 했습니다.


아우디가 처음 콰트로시스템을 선보일때 당시 경쟁브랜드에서는 "왜 짚차에나 어울리는 4륜구동 시스템을 승용차에 적용했는가?"라며 의문을 제기하기도 하였고 또는 비웃기도 하였습니다.



그러나 WRC에서 아우디 콰트로 랠리카의 우승으로 경쟁업체에서도 AWD연구에 본격적으로 착수하게 되었고 이후 1985년 BMW의 엔트리 승용 라인업인 3시리즈에 AWD시스템을 장착한 325iX를 선보였으며 같은해 메르세데스 벤츠에서도 E클래스에 AWD시스템을 탑재하였습니다.


곧이어 포르쉐, 폭스바겐에서도 AWD시스템을 탑재한 승용모델을 내놓았으며 그후 대부분의 자동차브랜드에서 AWD시스템을 적용한 승용모델을 선보이게 되었습니다.


우리나라에서 AWD가 적용된 최초사례를 살펴보면 현대정공에서 생산한 7인승 다목적차량 싼타모가 AWD라인업을 판매를 하기도 했지만 우리나라의 경우 4륜구동 시스템을 SUV나 짚차등에 쓰이는 걸로 인식했기 때문에 1990년대 싼타모를 AWD시스템이 소개되었음에도 싼타모를 제외한 나머지 승용차모델에서 AWD를 접하는것은 거의 불가능에 가까웠습니다.


최근에 쌍용자동차가 체어맨W에 벤츠 E클래스 4Matic기반의 AWD시스템을 탑재한 라인업을 선보였지만 판매량은 미미한 수준입니다.


작년말에 나온 기아자동차의 준대형세단 K7에서도 AWD시스템을 탑재한 라인업을 선보인다는 소문이 들려왔지만 현재 AWD시스템이 적용된 라인업은 아직 없으며 차후에 AWD시스템이 포함될수도 있다고 하지만 아직 미정입니다.


지금까지 간단하게 4륜구동 시스템 종류 및 역사를 살펴보았는데요. 다음편에서는 AWD시스템을 제조하는 회사 및 기술, 그리고 적용되는 차량등을 소개하겠습니다.