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4륜구 동의 원리~~

우정박 | 조회 수 3791 | 2010.07.20. 13:15
아우디/폭스바겐 그룹의 4륜구동 시스템이 현재 가장 발전된 시스템중 하나임은 맞습니다만,

4륜구동의 잘 안알려진 이야기를 쓸까 합니다.

일단 4륜구동의 잘못 알려진 상식

1. 눈길에서는 4륜이 무조건 낫다.
4륜이 눈길이나 미끄러운길에서 좋은것은 구동시, 즉 엔진토크가 전달될때입니다. 그러므로 오르막길 같은 곳에서 유용하지 내리막이나 커브길에서는 2륜이나 4륜이나 차이가 없습니다. 오히려 눈길에서는 타이어-스노우타이어의 장착유무가 더 중요합니다. 특히 브레이킹시는 말할것도 없죠.

실제로 눈이 왔을때 언덕길을 올라갈때는 4륜이 압도적으로 유리하나, 내리막이나 커브에서는 차이가 없습니다.

2. 언제나 4바퀴에 힘이 전달되어 AWD이다
많은 회사에서 AWD가 나오지만 실제 언제나 4륜에 힘이 전달외는건 몇개 없습니다. 예를들어 벤츠나 볼보의 경우 주 회전축(후륜이든 전륜이든)에만 동력을 전달하다 동력전달 바퀴가 미끌어지면 그때서야 다른 바퀴에 힘을 전달합니다. 어찌보면 "전자제어 파트타임 사륜구동"에 가깝죠

그렇담 왜 이런 시스템을 쓰냐, 바로 효율때문입니다. 평소에 4바퀴를 모두 굴리면 동력손실이 크기때문이죠. 비슷한 예로는 화물차의 바퀴들기-무거운 짐을 실었을때만 보조바퀴를 내려서 굴림-가 있죠. 뭐, 볼보의 말로는 실제로는 "완전히 언제나 굴리는 4륜구동"과 구동력에서 차이가 없다고 합니다만..

아우디가 유명해진것이 바로 AWD입니다. 이걸로 80년대 초 렐리를 휩쓸었죠. 이 AWD의 핵심은 센터 디퍼런셜입니다. 대부분의 차에 디퍼련셜이 들어있는데, 후륜구동을 예로보면 양 바퀴 사이에 위치하는 T자모양 가운데 박스가 그것으로 좌우 바퀴의 회전차이를 상쇄합니다.

직결식 4륜구동의 경우 (파트타임 방식의 경우 대부분) 회전시 4바퀴의 회전속도가 모두 다르고 직진시에도 앞뒷축의 회전속도가 다르므로 대부분 저속에서만 사용가능 (보통 40KM이하)하고 실제로 주차 등에서 큰 각으로 바퀴를 돌리면 미끌어지는게 느껴집니다.

반면 AWD에서는 양 구동축 사이에 디퍼런셜을 하나 더 두어 앞뒤축간의 회전차이를 상쇄합니다. 그래서 이걸 중앙차동장치(센터 디퍼런셜이라 부릅니다)

그런데, 2륜구동의 디퍼런셜의 경우 한쪽바퀴가 얼음판위나 구덩이에 빠질경우 한쪽바퀴만 헛돌아 탈출이어려운 경우를 경험하신적이 있을겁니다. 이런 경우를 대비하여 차동장치를 잠그는 록-디퍼런셜기능이 생겼는데, (국내에도 일부 2륜구동 suv에 있죠) 디퍼런셜이 3개 있는 AWD에도 한바퀴가 미끌어지면 동력이 그바퀴로 집중되어 미끌어지는걸 방지하기 위해 센터 록 디퍼런셜이 나옵니다. 쉽게말해 한쪽축이 미끌어지면 센터 디퍼런셜을 잠가서 다른축으로 동력이 전달되도록 하는것으로 초기의 기계식에서 지금은 전자제어로 발전하였죠.

그리고 요즘은 3개의 디퍼런셜에 모두 제어장치를 두어 4바퀴 각각 잠김을 조절할수 있게 되었습니다.
바로 이 시스템을 개발하여 유명해진게 아우디 이며 후에는 각 디퍼런셜에 차등밸브를 두어 각각의 힘도 조절하는 시스템도 있죠. 즉 앞바퀴, 뒷바퀴의 힘전달을 50:50에서 10:90까지 조절하는 시스템을 탑재한게 유명한 포르쉐 959이며 역시 렐리에서 그 진가를 높였죠.

일반 도로에서 커브길에서 급가속을 하면 전륜의 경우 언더스티어 후륜의 경우 오버스티어를 일으킬수 있는데, AWD의 경우 4바퀴의 접지 한계를 최대한 늘릴수가 있어, 커브에서의 가속이 가장 뛰어나게 됩니다. 아마 티구안의 이야기는 이것이 아닐까 하며, 실제로 4WD가 탑재된 몇몇 슈퍼카는 커브에서의 엑셀조작이 수월한 편으로 알려져 있습니다. (R8이 편한 슈퍼카란 별명이 괜히 나온게 아니죠. 정확하는 "everyday supercar")

3. 눈길에서나 감속시 엔진브레이크를 쓴다.

눈길에서는 풋브레이크를 밟지 말고 엔진브레이크를 쓰라고 하는건 "우리나라"의 오랜 잘못된 상식입니다.
요즘 차들은 대부분 엔진브레이크를 쓰지않아도 제동력과 방열성에 큰 문제가 없으며, 눈길에서 엔진브레이크를 쓰라는것은 과도한 급제동을 하지말라는 이야기 입니다.

더군다나 요즘은 ABS가 거의 기본으로 달려있기에 ABS가 장착된 경우는 오히려 엔진브레이크가 ABS의 작동을 방해할수 있으니 삼가하라고(유럽차들은 사용설명서에도 써 놨다더군요)합니다.

4. 상시사륜은 마른날 커브길에서 좋다.

위에 써있지만, 그 원리가 그럴뿐 일반적인 사용에는 큰 차이가 없습니다.
우리 스포알처럼 전륜구동 자동차는 앞이 무거워 회전에 불리한데 이의 4륜 모델은 뒤도 좀 무거워 져서 커브길에 약간 유리한건 사실입니다. 그러나 4륜구동 회전에 의해 커븟길이 수월해지는것은 184마력의 스알이로는 조금 무리 있는 이야기이며 제대로된 효과를 누리려면 출력비가 두배정도는 되어야 효과가 확실합니다.

5. 그럼 4륜은 어디쓰나?

야트막한 언덕이라도 겨울에 눈이 내리고 얼어붙으면 차들은 못올라갑니다.
몇년전 테헤란로의 언덕들에서 신호대기후 녹색등이 켜져도 모든차가 미끌어지기만 할뿐 교차로를 건너는 차가 없는걸 본적이 있습니다. 이런경우 4륜구동이 절대적으로 유리하죠. 그리고 저처럼 겨울에 강원도를 자주 방문하고 스키장을 자주가는 분은 눈에 빠져 허우적대는 2륜구동차를 보면 4륜이 생각납니다.1년에 단 몇번이지만 거의 쓸일없는 스페어타이어가 차에 반드시 있듯 4륜도 그 역할을 톡톡히 합니다. (이건 100% 경험입니다!!)

이상...4륜사려다 출고일 땜에 2륜 사게된 1인이있습니다.

P.S. 스알이 4륜의 작동원리를 쓰고 싶으나 공개된 자료가 넘 없네요.
구조와 작동원리와 효과를 상세히 공개하는 외국회사에 비해 우리의 회사들은 왠만한건 N/A처리하니...


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[경기]스트라이커08 2010.07.20. 13:54
우정박님 몇가지 추가할께요~

4번항목 코너링에서 4륜 모델의 앞뒤 무게 배분은 별 의미가 없습니다.~ 앞엔진 앞굴림 앞조향이라(거기다 전자식 핸들--^) 고속 코너링에서 저속으로 넘어갈때 핸들의 위화감을 많이 받는데요 똑같은 코너 상황이라고 했을때 하체세팅이 약간 물러도 2륜(전륜)과 4륜(상시)코너링을 비교할순 없습니다..당근 4륜이 킹왕짱
그리고 출력이 높다면 순정 235/55/18 타이어는 바꾸라고 말하고싶네요 ~ 전 지금 255낑구고 다니지만 중속 이상에서 고속으로 넘어가는 풀악셀시 토크스티어를 느낍니다 .. 순정타이어라면 더 심할껄요? 핸들 꽉 잡고 있는데
차가 오른쪽으로 스믈스믈 넘어갈때 기겁하고 핸들 돌리다 사고납니다... 타이어 그립도 한몫 하겠죠.....아.. 순정출력일땐 상관없을라나..아... 나 vdc도 껐었지;;; ㅡ,.ㅡ

그리고 5번항목~ 전륜차들은 솔직히 겨울에 잘다닙니다. 후륜차들이 쥐약이죠... 체인만 잘 감고 살살다녀도 왠만한데는 잘 넘어댕겨요~ 4륜 구동력은 언제나 필요한거지만 그렇다고 2륜 전륜구동이 겨울에 쥐약이란 말은
아닙니다.

테라칸 상시사륜이라면 잘 설명하겠는데
스알은 모르겠네요~ 몇번 본게 다라서 ㅋㅋㅋ
4륜사려다 돈없어서(?) 2륜산 1인.. ㅋㅋ
우정박 2010.07.20. 16:06
스트라이커 님이 빠르게 좋은 답글을 달아주셨네요.

몇가지.... 약간 의견이 분분할수도 있는데,

언더스티어 성격의 2륜구동차의 4륜형이 언더스티어 특성이 없어지는것은 아닙니다.
그 대표적 예가 아우디의 A시리즈인데 전륜기반 4륜구동이다보니 전륜구동의 특성을 많이 가지고 있습니다.
바로 이 언더스티어 특성인데 아우디 A시리즈는 콰트로 모델의 경우도 비교되는 BMW나 BENZ의 동급모델에비해 언더스티어 특성이 큽니다.

전에 영국 모 잡지에서 M5, CLS55, S6(RS6가 나오기 전이라) 를 비교테스트 한적이 있는데, S6의 경우 언더스티어 특성으로 조타각이 방향각의 2배가까이 나오기도 했습니다. (그렇지만 핸들링이 아주 좋았다고 테스트 써머리를 하더군요. 결국 좀 별개인듯) 결국 고성능 모델, 콰트로인 경우에도 언더스티어가 없어지진 않더군요.

스포의 4륜버전을 못몰아봤으니 정답을 이야기하기는 어렵지만말이죠.

그리고 토크 스티어는 조금 다른의미입니다. 전륜구동차의 경우 전륜의 구동 관성이 핸들에 직접 영향을 미치는데, 이게 대부분의 전륜차의 구조상 좌우가 대칭이되게 구동계를 설치하기가 어려워 한쪽 관성이 더 커지면서 핸들이 꺽기는 현상입니다. 쉬운 예로 핸들에서 손을 놓고 급출발 하면 핸들이 지맘대로 한쪽으로 돌아가는거죠.

이것의 유사현상으로는 스티어링 록이 있는데, 회전축 토크로 인해 발생되는 관성으로 핸들이 잘 안돌아가는 현상입니다. (자전거의 주행원리이기도 하죠) 이 두현상은 자동차만의 것은 아니고 비행기, 배에도 동일한 이름의 현상이 있죠

4륜이 꼭 정답이 아니라는건 여러분도 자주보시는 골프GTI와 R32(이제는 R32는 가고 없죠 ㅜ.ㅜ이제 골프는 무조건 4기통~!)인데
분명 출력도 훨씬 높고 4륜구동인 R32이가 좋아보이지만, 가속이 아닌 해들링에서는 많은 자동차 전문가가 GTI의 손을 들어주고 있죠. 뭐 비슷한 이야기는 911에도 4륜과 2륜의 핸들링 논쟁도 있습니다만,

그리고 언더스티어나 오버스티어의경우 4륜구동화로 없어지는건 아니더군요 적어질 뿐이지, 즉, 위에 적었던 아우디의 언더스티어 이야기 말고도 오버스티어의 경우 아우디-폭스바겐그룹의 대표주자인 가야도르, 무르시엘라고, R8의 미드쉽-4륜에서도 오버스티어가 쉽게 일어납니다. 물론 "통제가 쉬운"오버스티어라고들 하죠.
덕분인지 R8의 테스트글 제목이 "드리프트 머쉰"이었죠. 통제가 쉬운 드리프트 머쉰!

그리고 전륜구동의 무게중심에의한 언더스티어가 아닌 구동력에 의한 언더스티어가 심하게 문제라면 이번에 나온 300마력짜리 포드 포커스 RS버전은 미친짓이겟죠. 뭐 그 차체에 300마력이 미친짓이지만 전륜구동 (물론 전자제어 디퍼런셜이라지만)이라니!!

우정박 2010.07.20. 16:08
그리고 99%쯤 되는 운전자 분들은 스트라이커님 말씀에 동의하실겁니다.
다만 저처럼 겨울이면 강원도 산골을 누비는 사람은 전륜차 옆으로 지나가는 4륜차가 그리 부럽고,
영하 20도에서 손이 부르트며 체인칠때 지나가는 동네의 스파이크 타이어낀 4륜 무쏘가 그리 부럽더군요.

그런데 전 왜 2륜일까요?^^
우정박 2010.07.20. 16:12
아...기우에 의하여 하나더...

토크스티어 중에 말씀하신것과 같은 유사한 현상도 있습니다.
즉, 디퍼런셜에 의해 좌우 바퀴의 회전이 다르다가 이 비율이 변할때(쉽게 말해 커브각이 변할때) 구동 관성에 의해 비율이 쉽게 변하지 않아 생기는 토크-회전차로 인해 바퀴가 미끌어지는 현상도 있죠. 고성능 차는 이것땜에 후륜구동(후륜구동에서도 발생합니다)에서도 디퍼런셜 제어장치가 달리곤 하고요
[경기]스트라이커08 2010.07.20. 16:38
우정박님~

제가 댓글에서 토크스티어 언급한건 직선 주로에서 말씀드린거구요~

전차인 테라칸도 상시사륜+LSD장착 이었지만 원래 테라칸이 후륜차량이라 후륜차량의 슬립 특성도 갖고 있습니다. 그렇다고 테라칸으로 스포티한 주행을 하긴 좀 힘들죠.. 차바꾸고 나서 제일 힘들었던게 뒤를 날리려고 할때
구동방식에서 오는 차이때문에 좀 적응이 안되더군요..

4번 항목 스티어 현상에 댓글을 단거는 엔진이 어느부위에 달렸냐가 더 코너링시 무게배분(밸런스)차이가 있는거지 앞엔진차량의 2륜이냐 4륜이냐의 차이는(구동방식이 아닌 무게배분)은 상관없다고 말씀드린거에용~

큰소 2010.07.20. 17:34
아~~~ 도대체 이건 어느나라 말인가 --;;
[경기]스트라이커08 2010.07.20. 18:13
큰소님 안녕하세요 ^^ 아 이건 4륜 포럼으로 가야하는데 -,.-
Profile image 락키온 2010.07.20. 19:52
두분 좋은 정보 감사드립니다...
-대구-[준경] 2010.07.22. 02:50
이해도 못하면서 거의 다 읽은 1인 ㅡㅡ;;
HDO 2010.08.25. 00:02
글쎄요.. 너무 지난 글이라 리플달기엔 뭣하지만 모하비 풀타임 4륜과 풀타임 2륜 둘다 몰아본 경험에 의하면 코너링에선 풀타임 4륜이 월등하다는 것이죠 ㅎㅎㅎ
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