모름지기 차라는건 말이지

할짓없어서 잡소리나 지껄이겠음.



요즘 애들은 말이야, 차라는걸 뭘로 아는건지 말이지. 그냥 뽀대나고 잘나가 보이면 다라고 생각하는건지?
모두들 마력에 집중하고, 토크 같은건 술술 외지만 사실은 차는 그게 다가 아니란 말이다. 차라는 건
가장 발전된 형태의 동력 전달 장치란 말이지. 그럼 동력이 어떻게 전달되는지는 좀 알고 있으란 말이다!

1. FR은 무조건 좋은 것인가?

다들 안다 AWD는 4륜구동 MR은 미드십 리어드라이브 등등등. 요즘 이니셜 디라는 건방진 만화가 차에
대해서 잡설을 좀 지껄이길래 그런거나 줏어듣고 차를 아는척 하는 얼간이들이 꽤 보인다. 그럼 이걸
먼저 말하기 전에, 소위 말하는 언더스티어와 오버스티어를 말해 보겠다.

[모든 차는 언더스티어다]
이건 당연하다. 언더스티어는 기본적으로 핸들을 꺾은 타각만큼 차가 방향전환을 해 주지 않는 상태를
말한다. 반대로 오버스티어는 타각 이상으로 돌아가 버리는 것을 말하는데, FF차량에서는 오버스티어는
거의 발생하지 않는다. 드라이브축과 조향축이 동일하기 때문에 토크트레인이 항상 앞에 집중되고
그래서 전륜의 접지를 잘 잃어버리지 않기 때문이다. 이니설디보면 FR차량이 무슨 신인것처럼 보이나
FR은 기본적으로 일반적인 차량에 쓰이기는 부적합한 방식이다. 먼저 오버스티어가 발생하기 쉽다.
토크는 후륜에 집중되기 때문에 조금이라도 감속을 해서 뒷 접지가 약해지면 바로 스톨이 걸린다.
반면 FF는 가속이 불안정하지만 불안정하다고 해도 후륜에 딱히 토크가 걸리진 않기 때문에 스태빌리티를
잃어버리지 않고 심한경우 전륜이 스핀해도 직진성을 잃지 않는다. 다시 말하자면 그래서 사고가 안난다.
일반 차량에 있어서 가장 중요한것은 스태빌리티를 잃지 않는 것이다. 차는 앞뒤로 박으면 잘 안죽게
설계되어 있다. 그래서 언더인 차량은 콘트롤을 잃더라도 결국 앞뒤로밖에 못박기 때문에 큰 사고가 안난다.
반면 오버가 나면 차량의 스태빌리티를 잃어버리기 때문에, 옆으로 박게 되고 이것은 큰 사고를 일으킨다.

그.래.서. 기본적으로 모든 차는 언더스티어 세팅으로 출고된다. 특히 저배기량에서 FF차량이 많은 것도
이 이유가 크다. 그렇다면 고배기량 차량에서 FR이 많은 것은 왜일까? 이것은 운전 정숙성과 연관이
있다. 전륜 유니버셜새프트(보통 우리가 이것을 등속조인트라는 이름으로 알고 있으나, 엄밀히 말하면
잘못된 이름이다. 등속=같은속도 라는 의미인데 이것은 차량 구동륜에 들어가는 디퍼런셜 디바이스를
말하는 것이고 이 디퍼련셜의 동력을 바퀴로 전달해 주는 막대기가 유니버셜샤프트인것이다.)를 사용
할 수밖에 없는 FF차량은 구동의 진동이 그대로 핸들로 전해지며, 덕분에 차량은 아주 미세한 정도로
조향이 떨리게 되어 있다. 반면 조향륜에 동력이 전달되지 않는 FR은 그럴 염려가 전혀 없다. 또한
고배기량 차는 당연히 토크가 더 강하므로 출발시에 후륜쪽으로 무게중심이 쏠리게 되며 그렇기 때문에
드라이브 축이 뒤에 있는 FR의 경우는 스무스한 출발+가속이 가능하나 FF는 그만큼 많은 에너지를
낭비하게 되며, 결정적으로 전륜의 타이어와 브레이크의 소모가 심하다. 출력이 크면 이 손실도 당연히
커지므로 FR차량의 장점이 더욱 더 두드러지는 것이다.

하지만, 개인적으로는 FR과 FF중에서는 FF가 더 진보된 방식이라고 말하고 싶다. 이유는 한도 끝도 없다.



2. AWD는 왜 우수한가.

AWD를 최초로 상용화한 곳은 일본의 후지중공업, 통칭 스바루자동차다. 사실 AWD가 드라이브트레인
면에서 우수하다는 생각은 예전부터 있어왔지만, 몇 가지 기술적인 난제 때문에 상용화는 꽤 늦게 이루어진
편이다. 그렇다면 AWD의 기술적인 고비를 짚어 보겠다.

[4륜 토크 밸런싱]

사실 이것은 FR을 설명할때부터 나와야 하는데;;; 기본적으로 모든 차량에는 디퍼런셜이라는 장치가
들어가게 된다. 우리말로 하면 차동 장치다. 소싯적에 미니카 정도는 다들 만져 보셨으리라 믿는다
미니카는 차륜이 하나의 축에 그냥 붙어 있다. 왼쪽바퀴가 도는만큼 오른쪽 바퀴도 돈다. 당연히
진짜 차는 그렇지 않다. 코너링시에 두 바퀴가 똑같은 속도로 돌아버린다면 움직이는 거리가 서로
다른 만큼 양쪽 바퀴가 모두 슬립을 일으키고, 당연한 얘기지만 모두 그립을 잃는다. 그래서 차동
장치가 장착되어 코너링시에도 모든 바퀴가 잘 돌아가게 만든다.

[LSD]

그렇다면 말은 많이 들어 보았을 LSD의 정체는 무엇이란 말인가. LSD는 Limited Slip Differential의
약자로 우리말로 번역하면 차동 제한장치 정도 되겠다. 이것이 왜 필요한고 하니, 급격한 코너링
시에는 당연히 코너의 바깥으로 도는 바퀴가 안으로 도는 바퀴보다 훨씬 더 많이 돌고, 당연한
이치로 디퍼런셜은 더 많이 도는 바퀴 쪽으로 토크를 훨씬 더 많이 배분한다. 즉 이론상 90도
직각 코너링을 한다고 하면, 바깥쪽 바퀴에 토크가 100%, 안쪽에 0의 토크가 걸린다. 바꿔 말하면
토크가 안 걸리는 바퀴는 그 순간만큼은 단순한 차량 지지대 역할밖에 하지 않으며, 힘이 전혀
들어가지 않는다.

그렇다면 좋다. 그렇게 도는것이 좋다. 그런데 후환이 두렵다. 아시다시피 모든 차량은 뉴턴의
운동법칙을 따른다. 즉 코너링시의 양쪽 바퀴도 관성의 법칙을 따라 바깥쪽 바퀴가 더 많이 돌려고
하고 안쪽 바퀴는 덜 돌려고 한다. 코너링이 끝나면 다시 50:50으로 토크가 분배되어야 하건만
관성 덕분에 바깥에서 돌던 바퀴가 한동안 더 돈다. 즉 오버스티어가 발생한다. 오버의 무서움은
아까 잔뜩 설명했으니 이게 얼마나 좋지 않은지는 잘 아시리라고 믿는다. 그렇다면 코너링이 끝날
무렵 바퀴를 잠그고 차동을 제한하는 장치가 있다면 이런 현상은 안 생기지 않을까? 그렇다 그런
장치가 있다. 이것이 바로 차동 제한장치 LSD이다. 이걸 안 달고 드리프트를 한다는 건 사실
자살행위에 가깝다(원래 드리프트는 미친짓이기는 하지만) 100이면 100 드리프트가 끝나는 시점에서
차량의 방향을 제대로 잡지 못하고 오버스티어가 발생하고 차량이 스핀한다. 그래서 좀 스포티한
차량이나 태생상 오버스티어가 발생하기 쉬운 FR차량에는 거의 LSD가 달려 있다.

[센터 디프]

좀 줄여서 써 버렸지만 센터 디퍼런셜이다. 말했듯이 차동이 필요한 구둉륜에는 륜 사이에 이것이
들어간다. 그런데 AWD의 경우는 여기서 하나의 경우가 더 발생한다. 바로 회전시 전륜과 후륜의
회전수차이다. 직접 네모난 상자를 들고 커브를 틀어 보면 커브의 앞 모서리보다 뒷 모서리가 덜
돈다는 것을 눈으로 짐작할 수 있다. 물론 이것은 코너링시의 외측륜과 내측륜의 차이에 비하면
밋밋한 것이지만 고속에서는 이 차이도 크게 작용해서 뒷바퀴에 슬립이 생긴다. 그래서 AWD차량에는
앞바퀴와 뒷바퀴 사이에서 4륜을 연결해 주는 센터샤프트에도 차동장치가 필요하며 이것이 센터
디프다.

[토센 디퍼런셜]

앞에서도 설명했듯이 AWD에는 센터 디퍼런셜이 반드시 들어간다. (사실 반드시는 아니다)
그런데 AWD의 목적 자체를 다시 생각해보자. 어떤 상황에서도 4바퀴에 적절한 토크를 분배해
주는 것이 AWD의 존재 의의이며 이것을 잃어버리면 AWD로서의 의미는 없다. AWD는 그립을
확보하기 위한 하나의 방책인 것이다.

그렇다면 어떤 상황에서든 바퀴의 일부는 슬립이 발생할 수 있다. 드리프트도 그러하며 물
웅덩이를 밟아도 그렇다. 그렇다면 슬립한 바퀴는 디퍼런셜에 의해 토크를 잃어버리게 된다.
한번 토크를 잃어버리면 그 바퀴가 다시 다른 바퀴와 비슷한 속도로 돌아오기 전까지는 계속
토크가 없어진 상태이며 만약 이 상태에서 계속 가속을 해 버리면 잃어버린 바퀴는 영영
토크를 되찾을 수 없다. (빈익빈 부익부) 만약 토크를 돌리려면 브레이킹을 통해(그것도
다른 바퀴가 슬립하지 않을 정도의 약한 브레이킹)다른 바퀴의 속도를 떨어뜨려 되찾아
주어야 한다. 이것은 AWD의 존재 의의를 보았을 때, 아주 좋지 않다. 그래서 AWD는 모든 디프에
LSD장치를 해야 한다. 특히 2바퀴가 한꺼번에 토크를 받는 센터 디프(센터디프의 앞은 앞바퀴에,
뒤축은 뒷바퀴에 통채로 토크를 전달하니깐)가 중요하다. 그래서 잘나가는 AWD는 각자 독특한
센터 디프를 채용하고 있는데 그 중 하나가 토센 디프이다. 토센디프는 구동축에 스퍼 기어가
물려 있고 이 주위를 웜기어가 물고 있는 방식이다. 저속에서는 웜기어가 양쪽 스퍼에 구동을
전달해서 차동 작용을 하고, 고속에서는 웜이 저항으로 작용해 차동 제한작용을 일으켜 LSD
효과를 발생한다. 이것은 토센사의 특허(torsen.com)이며 유명한 아우디의 콰트로가 이 토센을
적용하고 있고 LSD중에선 효과가 가장 우수하다.(기계식중) 다만 비싼것이 흠이다;;;;;

야근중이라... 2부는 내일쯤 쓰겠다.