updated. 2019.7.23 화 22:14
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어떤 노면에서도 안정감 있게, 자동차 메이커들의 상시 사륜구동 기술들

자동차를 운전하는 사람이라면 겨울철마다 앞차에 적힌 4륜구동을 뜻하는 로고에 눈길이 가기 마련이다. 물론 메커니즘에 관심이 1도 없는 사람이라면 모를까 아마도 대부분 공감할 것이다. 흔히 4WD라고 불리는 이 시스템은 각 회사마다 콰트로, xDrive, 4MATIC, HTRAC, i-VTM등 여러 가지 이름들이 사용된다. 과거에는 SUV에만 적용될 줄 알았던 사륜구동 시스템이 이제는 승용차에도 널리 적용되고 있고 안전을 중시하는 운전자라면 꼭 선택하는 필수 옵션이 되어가고 있는 중이다. 사륜구동 시스템은 기계적으로 다 거기서 거기 인 것 같아 보이지만 잘 살펴보면 그 본질은 구동력을 네 바퀴에 분배해, 주행 중 안정감을 높이는 AWD 기술이라는 공통점을 포함하고 있다.

최근 대형 SUV가 유행이다. 이들 대형 SUV에도 네바퀴 굴림 옵션이 대부분 존재한다. 예전에는 필요할 경우에만 네 바퀴를 잠구는 파트타임 사륜구동 장치를 장착해 험지를 주행하기 위한 옵션으로만 생각했었다. 하지만 요즈음은 빗길이나 모래가 뿌려진 노면 등 일반 도로에서 안정감을 주기 위해 상시 사륜구동을 장착하는 차들이 늘어났다. 이들은 차량 스스로 개입시기를 결정하고 자동으로 동작하기 때문이다. 상시 사륜구동 시스템은 주행 안정감을 높이는데 큰 역할을 한다.

한편, 요즘 차량에는 모두 자세제어장치가 들어가서 차가 다 알아서 해주는데 비싸고 무거운 사륜구동이 무슨 필요냐고 반문할 수 있다. 자세제어장치는 미끄러운 도로에서 단순히 원치 않는 움직임을 막아 사고를 방지할 뿐이다. 말하자면 미끄러짐이 감지될 때 바로잡아 주기 때문에 피동적이다. 반면, 상시 사륜구동 장치는 반 능동적이다. 네 바퀴를 굴려서 두 바퀴만 굴리는 상황에서 구동력을 잃는 상황을 아예 확률적으로 줄여준다. 물론 시스템에 따라 바퀴의 회전속도가 달라지는 것을 감지하고 구동력을 분배하는 시스템도 있기 때문에 아주 적극적이라고는 살짝 애매하다. 요즘같이 마찰력이 낮은 겨울철 눈길이라면 네 바퀴에 구동력을 나눠 미끄러짐을 줄일 수 있다. 대부분은 네바퀴 굴림을 옵션으로 선택할 수 있도록 되어있다.

 

많은 선택을 받는 사륜구동 옵션

사륜구동 시스템은 자동차에서 가장 큰 변화를 줄 수 있는 옵션이 아닐까 싶다. 모노코크 보디를 가진 차량이라면 구조적으로 다른 차이도 있고, 서스펜션 세팅부터 서브프레임까지 하체의 꽤 많은 부분이 달라진다. 주행감도 다를 뿐만 아니라, 무게도 증가한다. 이런 차이를 알고 구매하는 것인지, 사륜구동 옵션은 우리나라에서 무척 인기있는 옵션이다. 2017년 기준 제네시스 차량들의 HTRAC 장착 비율은 60% 이상, EQ900은 90%에 달한다.

사륜구동 시스템은 겨울철이 되면, 논란의 중심에 선다. 한정된 재화를 가지고 스노우 타이어와 사륜구동 중에 어떤걸 고르느냐를 고민하는 것이다. 우리나라에서는 국민의 반 이상이 대부분 서울과 수도권 등에 모여사는 지역 특성상 스노우 타이어 무용론을 펼치는 경우가 많다. 게다가 대도시는 통행에 지장을 주지 않기 위해 신속하게 제설작업을 진행한다. 눈 내리는 것을 1년에 몇 번 볼까 말까한 인구 2위 도시 부산 같은 동네가 있는가 하면 눈이 많이 오기로 소문난 경기 북부, 강원도 지역에서는 아예 사륜구동에 체인은 필수다. 작은 국토에서도 환경에 따른 차이가 크다.

그래서 대부분의 사람들은 비싼 사륜구동 옵션을 넣는 것보다, 스노우타이어가 더 안정적이라고 주장하기도 한다. 또 후륜차에는 윈터타이어를 잘 끼우지 않을 것이라면 사계절이라도 사륜구동 옵션이 낫다고 이야기 한다. 그러나 앞에서 이미 그 비율을 언급한 것과 같이 결국은 사륜구동 옵션을 넣게 된다. 한편으로는 사륜구동 옵션을 넣었지만, 그늘진 곳이나 블랙아이스가 형성된 곳에서 사계절 타이어가 제대로 마찰력을 발휘하지 못하고 미끄러져 주행이 불가능한 구간이 있을 수 있다. 이런 경험을 한 사람들은 대부분 사륜구동 옵션 무용론을 펼친다. 그러나 이들이 만일 과거 4WD만 경험했던 운전자라면 AWD의 장점을 잘 모르기 때문에 그럴수 있다고 본다. 상시 사륜구동 시스템인 AWD의 장점은 꼭 악천후 눈길, 빗길에서만 한정되지 않는다.

 

AWD? 4WD? 무슨 차이인가

4WD와 AWD는 조금 다르다. 4-wheel-drive의 약자인 4WD와 All-wheel-drive인 AWD는 시간적으로 동작 형태가 차이가 있다. 4WD는 운전자가 원할 때 작동시켜 앞뒤 바퀴에 구동력을 균일하게 분배하는 기술이고, 평상시 마른 노면에서는 사용하기 어렵다. 파트타임 사륜구동이라고 부른다. 디퍼렌셜 락 기능이 있어 앞뒤 바퀴에 보내는 구동력을 동일하게 만들어 험지탈출을 용이하게 할 수 있다. 또 급경사를 오르기 위해 기어비를 낮추는 로우기어를 포함하고 있는 경우가 많다. 4WD는 오프로드 주행에서 널리 사랑받았다.

AWD는 전륜구동(全輪驅動)이라고도 부르며 항시 네 바퀴에 토크를 보내거나 혹은 보낼 준비를 한다. 종류에 따라 다르게 동작하지만 최근엔 대부분 연비향상을 위해 두 바퀴만 굴리다가 필요할 때만 다른 바퀴에 구동력을 분배하는 방식이 많이 쓰인다. 기존까지는 대체로 락클라이밍이나 계곡 같은 과격한 오프로드 주행에는 기계식 잠금장치가 있는 4WD가 좀 더 내구성이 좋고, 고속주행과 평상시 주행 안정성, 자동으로 동작하는 편리함 등에 있어서는 AWD가 높은 선호도를 받았다. 그러나 최근에 들어서는 AWD도 로우 기어와 기계식 잠금장치를 포함하고 있고, 험준한 오프로드를 무사히 주행했음을 당당히 인증받기도 하면서 그 차이가 점점 희석되고 있다. 다만 전자제어가 필요한 AWD에 비해 4WD가 단순하다보니 가격이 좀 더 저렴한 장점이 있다. 그래서 수리와 개조가 편리한 4WD가 하드코어한 오프로더들에게는 좀 더 인기가 많다.

 

승용 사륜구동의 선구자, 스바루 대칭형 사륜구동

스바루 같은 경우, 사륜구동이 브랜드의 아이콘인 만큼 북미에서 사륜구동은 전 차량 기본 사항이다. 유일한 예외가 후륜 모델이자 토요타 86의 형제인 BRZ이다. 그 외에는 모두 기계식 상시 사륜구동 시스템을 갖추고 있다. 몇가지 전자식 제어기능들을 트림에 따라 옵션으로 추가하는 정도다. 스바루는 1972년 승용 차량에 처음으로 상시 사륜구동 시스템을 장착하기도 했다. 스바루는 사륜구동 차량인 임프레자를 내세워 WRC를 3년 연속 재패하고, 47번의 우승을 거머쥐었다. 이 기술은 미쯔비시(S-AWC)와 닛산(ATTESA E-TS)와 비교되는 기준이었다.

스바루는 사륜구동 시스템을 대칭형 사륜구동(Symetrical AWD)라고 부르고 있다. 1984년 센터 디퍼렌셜을 추가하며 상시 사륜구동 시스템을 완성했다. 스바루 상시 사륜구동 시스템의 장점은 그 형태에 있다. 타사의 사륜구동 시스템처럼 측면으로 빠져서 비대칭으로 연결되지 않고, 엔진에서 변속기로, 다시 뒤쪽 디퍼렌셜로 쭉 연결되고, 앞바퀴로는 변속기에서 곧바로 구동력이 연결되면서 대칭 형태를 이룬다. 센터 디퍼렌셜이 변속기에 내장된 셈. 양쪽 구동축 길이가 같다보니 토크스티어를 고려할 필요가 없다. 스바루는 무게 배분과 동력 손실을 최소화 하면서 균형적으로 구동력을 전달할 수 있다고 한다. 이를 위해 차량 개발 단계에서 섀시부터 S-AWD를 감안한 설계를 하고 있다.

스바루의 구동력 배분은 평소에 앞뒤 50:50으로 구동력을 분배하고, 바퀴가 미끄러지면 20:80에서 80:20까지 분배할 수 있다. 락 기능이 있는 센터 디퍼렌셜과 후륜 LSD를 장착해 험로 주파에도 사용할 수 있었다. 현재의 스바루는 센터 디퍼렌셜에 유압식 다판 클러치를 사용하고, 앞뒤 60:40을 기본으로 배분한다. WRX같은 고성능 차량은 초기 50:50으로, 조향감이 필요하면 39:61로 조절하며 다양한 DCCD(Driver Controlled Center Differential)을 이용해 수동으로 앞뒤 35:65에서 50:50으로 고정할 수 있다. 자동으로 조절하는 AUTO모드도 존재한다. 노면 상태에 따라 안정감 위주로 주행하는 AUTO (+)와 스티어링 휠 조작감을 상승시키는 AUTO (-)모드로도 주행할 수 있다.

 

기계식 상시 사륜구동, 아우디 콰트로

프리미엄 브랜드 아우디는 스바루와 마찬가지로 콰드로라는 아이콘이 브랜드 이미지를 대표할 정도로 중요한 요소이다. 1980년 첫 사륜구동 차량인 아우디 콰트로(Audi Quattro)를 출시했다. 스바루가 최초의 승용 사륜구동 차량 레온(Leone)을 선보인 이후 8년만의 일이었다. 콰트로는 기계식 구동장치를 사용하여 토크 분배가 즉시 일어나는 것이 장점이다. 토센 디퍼렌셜을 적용해 평상시 앞뒤 50:50으로 토크를 분배하고, 최대 한쪽으로 75%까지 보낼 수 있었다.

바퀴가 미끄러지기 시작하는 즉시 많은 구동력(70-85%)를 배분할 수 있지만 앞뒤 한쪽으로 100% 배분이 되지 않는 점이 단점으로 꼽혔다. 1995년부터는 센터 디퍼렌셜에 토센 디퍼렌셜을, 리어 디퍼렌셜은 일반 디퍼렌셜에 자세제어장치의 브레이크 제어를 접목한 전자제어식 LSD, EDL(Electronic Differential Lock)이 적용됐다. 바퀴 회전수가 달라지면, 제동력을 가해 반대편 바퀴에 제대로 구동력이 전달되도록 한 것이다. EDL은 80km/h 이상의 속도에서 차량의 안정화를 위해 동작했다. 2006년에는 RS4에 적용된 콰트로 시스템에서 기본 앞뒤 구동력 배분 40:60을 만들었다. 고성능 차량의 운동성능을 높이기 위함이다. 센터 디퍼렌셜은 구동력을 최대 80%까지 앞뒤 한쪽으로 보낼 수 있었다. 2008년에는 기존 후륜에 있던 EDL을 대체하는 토크 백터링 시스템을 적용했다. V마그나 파워트레인제 토크 백터링 디퍼렌셜은 기존 EDL보다 뛰어났다. 자세제어장치와 결합해 어느 속도에서건 언더스티어와 오버스티어를 억제했다. 2010년 RS5에는 센터 디퍼렌셜에 토센을 쓰지 않고 크라운 기어를 적용한 것이다.

크라운 기어 센터 디퍼렌셜은 무게를 줄이고 구동력 전달은 더 높인 장치다. 기본적인 원리는 비슷하다. 앞뒤 바퀴의 회전수 차이를 허용하고 접지력이 살아있는 바퀴 쪽으로 구동력을 분배한다. 하지만 크라운 기어 센터 디퍼렌셜은 여기에 접지력이 살아있는 쪽으로 구동력을 더 보내줄 수 있는 기계식 클러치를 갖춘 점이 다르다. 기본 구동력 배분은 앞뒤 40:60으로 각 크라운 기어의 지름 차이를 이용해 비대칭적으로 보낸다. 최대 앞뒤 15:85에서 70:30까지 분배할 수 있다. 전자식이 아니기 때문에 반응속도서 월등한 장점이 있다. 앞뒤 바퀴의 좌우 구동력 배분은 기본 디퍼렌셜에 자세제어장치의 브레이크 제어를 이용한 전자식 토크 백터링을 적용했다.

 

폭스바겐 4Motion

폭스바겐은 사륜구동 시스템으로 스웨덴의 할덱스 제품을 사용한다. 앞바퀴 굴림 차량이 많은 폭스바겐은 가로배치형 엔진에 적합한 할덱스 사륜구동 시스템을 적용했다. 골프 R32, 티구안, 골프 R, 아테온, CC, 페이톤 등에 장착되어 사용된 바 있다. 변속기에 연결된 LSC(Limited Slip Coupling)을 이용해 평소에는 95%의 동력을 앞바퀴에 전달하고 뒷바퀴로는 5%의 동력을 전달한다. 평소 주행에는 앞바퀴를 굴리고, 급격한 출발이나, 미끄러운 노면을 주행하면 전자, 유압식으로 클러치 팩을 잠궈 앞뒤 50:50까지 구동력을 분배할 수 있다. 덕분에 연비가 높은 장점이 있다. 초기의 할덱스 시스템은 작동시간이 0.4-0.6초 정도 소요되어 기계식 대비 느리다는 평가를 많이 받았다. 하지만 최근 할덱스는 시스템 개선으로 속도가 많이 빨라졌다. 그래도 오프로드용으로는 조금 부족한 감이 있다. 그래서 투아렉의 경우는 보그워너사의 토센 LSD와 유성기어를 적용해 구동력을 배분하는 다른 동작을 한다. 또 오프로드 주행에 걸맞는 로우 기어 옵션을 적용해 험로 주행에 알맞다.

 

메르세데스-벤츠 4MATIC

메르세데스-벤츠가 험지 돌파를 위해 사륜구동 시스템을 적용한 것은 1907년이지만, 4MATIC이란 기능이 추가된 것은 1987년 5세대 E-클래스(W124) 부터이다. 마그나 슈타이어와 합작 회사인 ‘슈타이어 다임러(Steyr Daimler)’를 설립후 개발했다. 4MATIC은 4-wheel drive and autoMATIC에서 따온 이름이다. 초창기 4MATIC은 수동으로 레버를 조작했고, 그 다음 버전은 운전자가 버튼을 누르면 자동으로 사륜구동 방식으로 전환되는 파트타임 사륜구동 방식이었다. 동작 방식은 3가지로 100% 구동력을 뒷바퀴로 보내는 Mode0(2H), 35:65로 배분하는 Mode1, 디퍼렌셜 락을 동작시켜 구동력을 50:50으로 배분하는 Mode2(4H)가 있었다. Mode2에서 뒷바퀴 한쪽의 미끄러짐이 감지되면 Mode3로 후륜에 설치된 ASD(Anti Skied Differential) 디퍼렌셜 락을 적용해서 바퀴를 잠글 수 있었다.

1998년, 메르세데스-벤츠는 6세대 E-클래스에 새로운 4MATIC을 적용했다. 전자장비를 적극 활용해 무게를 혁신적으로 절감했기 때문이다. 센터 디퍼렌셜, 프론트 디퍼렌셜, 리어 디퍼렌셜을 모두 양쪽 회전차만 허용하는 일반 디퍼렌셜로 장착했다. 토크 분배는 현재 많이 사용되고 있는 브레이크를 이용해 디퍼렌셜 락처럼 동작하는 트랙션 컨트롤 시스템 4ETS(Electronic Traction System)를 적용했다.

단점은 일반 디퍼렌셜의 특징이 항상 동일한 구동력을 분배하려고 하는 성질이라는 점이다. 그래서 모래 위나 얼음 같은 미끄러운 노면 위에 한쪽 바퀴가 있으면, 바퀴가 헛돌면서 반대편 바퀴에는 구동력이 거의 전달되지 않는 현상이 일어난다. 결국 네바퀴에 동일한 구동력을 전달하려 하기 때문에 최종적으로 전달되는 구동력은 브레이크에서 소모되는 구동력을 제외한 것이라는 점이었다. 한 바퀴에 구동력이 전달되면 1/4, 세 바퀴에 구동력이 전달되면 3/4의 구동력이 노면으로 전달된다.

최근 4MATIC은 이런 단점을 극복하고자 센터 디퍼렌셜에 다판 클러치를 사용해 앞뒤 구동력을 배분한다. 차량에 따라 조금씩 세팅이 다른 경우도 있지만, 기본적으로는 앞뒤 40:60으로, 45:55에서부터 30:70까지 배분할 수 있다. 기존보다 훨씬 많은 구동력을 배분할 수 있기 때문에 조금 더 발전한 형태라고 할 수 있다.

뒷바퀴 굴림 차량만 만들던 메르세데스-벤츠에서 앞바퀴 굴림 차량을 만들면서, 앞바퀴 굴림 기반의 사륜구동 시스템도 등장했다. A-클래스, CLA-클래스, GLA-클래스 등에 적용된 앞바퀴 굴림 기반 4MATIC은 최근의 전륜구동 기반 상시 사륜구동 시스템과 마찬가지로 높은 연비와 낮은 구동손실률을 자랑한다. 무게도 가볍다. 후륜에는 전자제어로 동작하는 유압 다판 클러치 디퍼렌셜이 장착된다. 클러치가 분리되면 앞바퀴에만 구동력이 분배되고, 연결되면 네 바퀴에 모두 구동력을 보내는 방식이다. 0.001초 단위로 유압을 제어하여 구동력을 분배하며, 높은 효율로 연비는 앞바퀴 굴림 모델과 큰 차이가 나지 않는다.

 

혼다 Realtime AWD

앞바퀴 굴림 차량이 대부분인 혼다는 평상시 앞바퀴를 굴리다가, 필요할 때 구동력을 분배하는 Realtime AWD 상시 사륜구동 시스템을 적용하고 있다. 혼다는 i-VTM4(intelligent-Variable Torque Management 4WD) 장치를 이용해 토크를 분배한다. 기본 원리는 할덱스와 크게 다르지 않다. 전자기식 클러치를 이용해 구동력을 나누는 것이다. 대신 혼다는 단순하게 구동력만 배분하지 않고, 미끄러짐에 큰 역할을 하는 엔진 토크도 함께 제어한다. 출발할 때 강한 엔진 출력은 미끄러지기 쉬운 만큼, 뒷바퀴에 구동력을 분배하면서도 엔진을 제어하여 부드럽게 출발하도록 한다. 언덕, 또는 강한 가속에서는 앞바퀴가 미끄러질 가능성이 높다. Realtime AWD는 앞뒤 50:50으로 구동력을 분배해, 미끄러짐을 막는다. 또 코너링 중에는 브레이크를 이용 바깥쪽 바퀴에 구동력을 전달하는 백터링 시스템도 적용되어 있다.

혼다는 1997년 앞바퀴 굴림 방식 프렐루드에 실험적으로 ATTS(Active Torque Transfer System)라는 가변 구동력 분배 시스템을 장착한다. 이 장치는 가변 기어장치를 통해 ECU가 스티어링 휠 각도와 각 바퀴의 회전속도, 차량의 회전 움직임과 가속도를 분석하고 구동력 차이를 결정한 다음 좌우 동력분배를 바꾸는 기술이다. 반응 속도는 0.001초 단위로, 기계식 LSD에 비해 딱히 늦다고 하기도 어렵다. 현재는 브레이크를 이용한 토크백터링 기술이 널리 쓰이지만, 직접적으로 토크를 나눠서 분배해 앞바퀴 굴림 특유의 언더스티어를 억제하려고 했던 기술이다. ATTS는 SH-AWD 기술로 이어진다.

프리미엄 브랜드인 어큐라 RL, NSX 콘셉트, 혼다 레전드 4세대 등에는 독립적 구동력 분배 사륜 시스템인 SH-AWD가 장착됐다. Super Handling All wheel drive라는 다소 과격한 이름이 붙어있지만 이들은 네 바퀴중 한 바퀴에만 구동력을 몰아줄 수도 있고, 네 바퀴 각각에 알맞은 구동력을 분배할 수 있다. 평상시에는 앞뒤 70:30으로 구동력을 분배하다가 급가속할 때는 60:40으로 전환할 수 있다.

혼다가 만든 SH-AWD에는 재미있는 점이 몇가지 있다. 뒷바퀴쪽 디퍼렌셜에는 앞바퀴보다 회전속도를 5%가량 높여주는 증속 장치가 내장되어 스포티한 주행감을 낸다. 또 급 회전시에는 뒤쪽 코너 바깥쪽 타이어에 100%의 구동력을 몰아줄 수 있었다. 급한 코너에서 빠른 코너링을 돕고 언더스티어를 줄여주며 차량 밸런스 유지에 도움이 되었다. 그때 코너링 느낌은 마치 차가 제자리에서 도는 듯한 느낌을 받았다고 한다. 이 기술로 2004년에는 파퓰러 사이언스 지에 실려 2004년 최고의 자동차 발명으로 뽑혔으며, 2005년에는 CNET의 Tech Car of the year에 뽑히도록 돕기도 했다.

혼다는 SH-AWD를 어큐라 RDX, MDX, TL, TLX, ZDX 등에 장착해 기술을 뽐냈다. 다만 좌우 구동력까지 세밀하게 분배하다 보니, 부품이 늘어나고, 이는 무게 증가로 이어졌다. 그래서 최근 어큐라 차량에는 점차 하이브리드 기술을 이용해 개선해 나가고 있는데 그것이 바로 Sport Hybrid SH-AWD기술이다. 스포츠 하이브리드 SH-AWD는 뒷바퀴에 각각 연결되어 있는 두 개의 모터를 이용해 후륜에 토크백터링 기술을 적용 빠른 코너링을 돕는다. NSX(앞바퀴), RLX Sport Hybrid, MDX Sport Hybrid에 장착되었다.

 

모터를 이용한 네바퀴 굴림 방식, 토요타 E-four

일반적으론 사륜구동은 엔진의 동력을 프로펠러 샤프트로 뒷바퀴로 보낸다. 하지만 프로펠러 샤프트는 구동력을 전달하기 위해 무겁고 또 복잡한 디퍼렌셜 장치들이 필요하다. 기존의 시에나, 하이랜더의 경우 전륜구동 기반의 상시 네바퀴 굴림 시스템이 들어간다. 다이내믹 토크 백터링 AWD라는 일반적인 사륜구동 시스템이다. 안쪽 휠에 제동을 걸어 바깥쪽으로 토크를 보내는 토크백터링 기능을 쓴다. 여기까지는 다른 차들과 별반 다를 것 없어보인다.

토요타에서 눈여겨 보아야 할 AWD 시스템은 바로 하이브리드 차량을 위한 E-four이다. 그러나 목표는 조금 다르다. E-four 시스템은 구동력 전달을 모터로 대체한 시스템이다. 중형 SUV RAV4 하이브리드에 적용된 것으로, 평상시에는 앞바퀴만 굴린다. 뒷바퀴가 미끄러지거나, 출발할 때 높은 구동력이 필요하다면 모터로 뒷바퀴를 구동해 주행을 돕는 효율적인 시스템이다. 혼다의 스포츠 하이브리드 SH-AWD나, 최근 고성능 하이퍼카에 장착되는 하이브리드 시스템과도 비슷한 맥락에 있다. 하지만 하이퍼카에 장착된 시스템은 코너 탈출과 출발시 빠른 가속을 위한 고성능 시스템이지, 험지탈출이나 주행안정성과는 집중하는 부분이 달라 괴리감이 있다. 토요타는 북미 지역에 재미있는 모델을 출시한다. 뒤쪽 서스펜션에 7마력, 5.6kgf.m 모터를 장착한 프리우스 AWD-e가 바로 그것이다. 뒤쪽 모터는 9-70km/h 구간에서 구동력을 보탠다. 험지 주행을 위한 것은 아니지만, 눈길이나 좋지 않은 노면 상태에서 충분한 구동력 분배를 기대할 수 있다. 눈이 많이 오는 캐나다, 미국 북부 지역에서는 큰 인기를 얻을 것으로 기대된다.

 

현대기아차 HTRAC

HTRAC은 Hyundai와 TRACtion의 합성어이다. 고급 차량인 제네시스에 처음 적용되어 인기를 끈 HTRAC은 후륜구동 기반의 상시 사륜구동 시스템이다. 이후 전륜구동 기반 산타페TM과 2018 뉴투싼에도 적용되었지만 구성은 조금 다르다. 마그나파워트레인과 현대 위아의 합작회사, ‘위아마그나’가 개발한 다이나맥스 AWD로, 평소에는 앞바퀴에 100% 구동력을 분배하다가, 필요한 경우 4WD 록 기능을 활성화 해 앞뒤 구동력을 50:50으로 고정할 수 있다.

후륜 기반 상시 사륜구동인 HTRAC 역시 위아마그나 제품이다. 앞뒤 구동력은 전자제어식 다판 클러치 트랜스퍼 케이스로 분배한다. 평소에는 앞뒤 구동력을 40:60으로 나누고, 상황에 따라 구동력 분배를 바꾼다. 타이어가 미끄러질 경우 앞뒤 100:0에서 90:10까지 분배할 수 있다. 주행모드 스포츠에서는 10:90에서 코너링에서도 구동력을 나누는 액티브 코너링 콘트롤 기능도 적용되어있다. 차량 자세제어장치와 연동한 이 기능은 코너 안쪽 바퀴에 브레이크를 동작시켜 바깥쪽 바퀴에 구동력을 보내는 가상 LSD 역할을 한다. 2019년 G70 3.3T HTRAC에는 다이내믹 AWD시스템이 적용되었다. 이 시스템은 뒷바퀴 쪽에 기계식 LSD인 M-LSD를 장착해 디퍼렌셜 단계에서 바깥쪽 바퀴에 실질적으로 토크를 분배해 빠르게 주행할 수 있도록 돕는다.

현대가 AWD, HTRAC 으로 이원화 되었던 사륜구동 시스템 명칭을 HTRAC으로 통일한 것은 사륜구동을 하나의 브랜드로 자리매김 하기 위함이다. 아우디의 콰트로, 폭스바겐의 4MOTION, 메르세데스-벤츠의 4MATIC처럼 말이다. 애초에 아우디도, 소형차에는 할덱스 시스템이, 폭스바겐의 투아렉은 기계식 디퍼렌셜이 장착된 것처럼 시스템 차이도 큰 의미는 없다. 결국 동일한 시스템으로 차량제조사가 어떻게 세팅하느냐가 성격을 결정할테니.

 

전자식 제어의 단점을 줄인 BMW xDrive

BMW는 스포티한 주행감각을 브랜드 전면에 내세우면서, 그동안 후륜구동 방식을 고집해왔다. 그 고집도 최근에 와서 전륜구동 방식이 적용된 2시리즈가 등장하면서 깨어졌다. 그만큼 운전 재미를 강조한 BMW답게, 안정감 있는 사륜구동 시스템 적용은 시대적으로 조금 늦은감이 있다. 1985년 325iX 모델을 시작으로 사륜구동을 적용했다. 아우디 콰뜨로 이후 5년만이다. 초창기 사륜구동 시스템은 여느 회사들과 비슷하다. 센터 디퍼렌셜에는 유성기어 방식이 적용되었고 앞뒤로 37:63으로 동력을 나누었다. 바퀴가 미끄러지는 것을 감지하면 센터 디퍼렌셜과 리어 디퍼렌셜을 잠궈서 구동력을 전달했다. 앞바퀴에는 디퍼렌셜 락 기능이 없었다.

2003년 X5에 장착되면서 새로이 등장한 BMW의 사륜구동 방식에는 현재 사용되는 xDrive라는 이름이 붙었다. xDrive는 기존 BMW가 사용해오던 사륜구동방식을 개선한 방식이다. 앞뒤 바퀴에는 오픈 디퍼렌셜이, 센터 디퍼렌셜은 다판 클러치 방식이 사용되었다. 자세제어장치와 연동하여 개별 브레이크를 제어, LSD 역할을 한다. 서보모터로 동작하는 다판 클러치 시스템은 기존 0.1초의 동작시간을 보였던 것에 비해 0.001초만에 작동되도록 개선됐다. 전자식 사륜구동 시스템의 단점인 동작시간을 기계식 못지않게 줄인 것이다. 평상시에는 구동력을 앞뒤 40:60 비율로 전달한다. 클러치의 제어로 50:50에서 0:100으로 구동력 전달을 바꿀 수 있다.

2008년 X6에 적용된 xDrive에는 DPC(Dynamic Performance Control)이 추가되었다. 다판 클러치와 유성 기어(Planetary Gear)를 사용해 좌우 동력분배가 가능하다. 이로써 한쪽 바퀴만 노면에 접지되어 있는 경우 브레이크를 사용하지 않고도 즉각적으로 100% 구동력을 전달할 수 있게 됐다. BMW는 1, 2시리즈를 제외한 대부분의 모델에 xDrive 시스템을 적용하고 있다. 스포티한 후륜 모델을 많이 찾는 BMW 오너들이지만 사륜구동 모델의 선택은 무려 1/4에 달한다고 한다.

 

아무리 뛰어난 사륜구동 시스템이라도, 타이어의 한계를 넘지 못해

각 제조사들의 상시 사륜구동 방식을 알아보았다. 처음에는 기계식으로 시작했다가도 대부분 연비와 구동력을 대부분 분배할 수 있는 전자식 제어가 들어가는 것이 무척이나 흥미롭다.

상시 사륜구동 시스템을 선택한다고 해도 무엇보다 중요한 것은 노면에 맞는 적정한 타이어를 사용하는 것이 중요하다. 사륜구동이라고 해서 타이어의 그립 이상을 사용할 수 있는 것은 아니다. 단순히 두 바퀴로만 구동력을 전달하던 것을 네 바퀴로 나누어 효율적으로 주행하게 돕는 것뿐이다. 겨울철엔 온도에 맞게 스노우타이어를 장착하고, 사계절 타이어만으로 주행이 어렵다면 체인을 사용하자. 앞바퀴 굴림은 앞쪽에, 뒷바퀴 굴림방식은 뒤쪽에, 상시 네바퀴 굴림은 네 바퀴 다 채우면 된다. 단 평상시에도 앞뒤로 일정하게 구동력을 배분하는 차량(아우디 A4 콰트로, 스바루 등)만 해당된다. 그 외에 A3나 S3처럼 전륜구동 기반으로, 앞바퀴를 주로 굴리다가 뒷바퀴로 구동력을 분배하는 차량은 앞바퀴만 체인을 끼워도 된다.

노면에 꾸준한 구동력을 유지하는 상시 사륜구동 시스템은 아무리 뛰어난 시스템이라 하더라도 타이어와 노면의 마찰 한계를 넘어서면 주행이 불가능해진다. 이 점은 땅 위를 달리는 자동차라는 물건이 존재하는 한, 달라지지 않을 것이다. 한계가 분명하고, 이를 개선하기 위한 제조사들의 시도들도 그래서 더 재미있다. 최근에는 사륜구동 개발 경쟁이 많이 식었지만, 얼마 전 까지만 해도 각 회사들의 단점(대각선으로 앞뒤 바퀴가 공중에 뜨면 주행이 불가능 한 것)등을 가지고 서로를 비판하기도 한 적이 있었다. 경쟁은 기술을 계속 발전시킨다. 모든 상시 사륜구동 시스템은 각기 장단점을 가지고 있지만, 차량의 주행을 안정시키고 안전한 주행환경을 만들기 위한 각 제조사의 노력은 모두 같지 않을까?

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