아우디 콰트로 파워트레인 레이아웃의 특징 (feat. xDrive, 할덱스)10

 1. 엔진이 전륜액슬 한 가운데에 있다.
- 전륜 액슬 위로 엔진을 배치한 구조입니다. 좋은 무게배분을 보여줍니다.

 2. 전륜으로가는 샤프트가 밖에 노출되어있다.
- 전륜 샤프트와 체결부위(유니버셜 조인트)가 완전히 외부에 노출되어있습니다.
- 얇은 두께의 샤프트는 전달되는 구동력이 크지 않음을 예상할 수 있습니다.
- 전륜 샤프트의 유니버셜 조인트 노후화로 인해 샤프트가 엔진/미션오일팬을 깨뜨려 버리는 내구성 문제가 있습니다.

 3. 전륜으로 전달되는 토크가 최대 50%를 넘지 않습니다.
- TC의 다판클러치를 꽉 물면 전륜과 후륜을 하나로 묶어버려 50 : 50으로 배분하고 다판클러치를 다 풀어버리면 후륜으로 100%을 보냅니다.
- xDrive홍보자료를 보면 전륜100:후륜0, 전륜0:후륜100이 가능하다고 나오는데 이것은 일종의 말장난입니다.
TC의 다판클러치 lock시켰을때 배분되는 구동력은 50:50이지만 각륜이 노면에 전달하는 토크는 0~100,100~0이기 때문입니다.
- 또한 코너링시에는 전륜과 후륜의 바퀴회전수 차동을 허용해야해서 다판클러치를 lock시킬수 없습니다.
그래서 코너링중에는 전륜으로가는 구동력이 50보다 더 줄어듭니다. 모든 전자식 상시사륜구동의 단점이죠.

 4. 결론
xDrive, 4MATIC은 후륜쪽으로 항상 더 강한 토크, 구동력을 줄수 있는다는 장점을 가짐.
사륜임에도 스포티한 주행이 가능함, 최근에는 M xDrive버전이 출시되어 뛰어난 스포츠성을 보여줌.
단, 전륜으로 보낼수 있는 구동력이 최대 50%를 넘을수 없으며 코너링시에는 구동력 분배 능력이 더 떨어짐.

 두번째 사륜구동은 "가로배치 레이아웃의 Front-Biased AWD(전륜편향사륜)"입니다.
폭스바겐 4모션(할덱스), 현대 HTRAC이 대표적입니다.

할덱스 사륜구동 시스템

엔진과 미션이 횡치방식으로 나란히 배치되어있고 미션에서 전륜과 후륜으로 구동력을 보냅니다.
몇가지 특징을 요약해보면 이렇습니다.

 1. 엔진과 미션이 전륜액슬보다 더 앞으로 나와있다.
- 전형적인 가로배치 레이아웃답게 엔진과 미션이 앞으로 툭 나와있습니다.
- 무게배분도 평균적으로 앞60 : 뒤40정도로 앞이 많이 무겁습니다.
- 보통 이런 무게배분을 단점으로 얘기하는 사람이 많지만 오히려 고속주행시 직진성이 확보되는 장점도 있습니다.
스포츠주행이 필요한 경우는 휠베이스를 짧게 만들어 yaw모멘트값을 낮추어 단점을 상쇄합니다.

 2. 후륜으로가는 샤프트가 얇고 굉장히 길다.
- 후륜으로 전달되는 구동력이 크지 않음을 예상할수 있습니다.

 3. 후륜으로 전달되는 토크가 최대 50%를 넘지 않습니다.
- TC에 다판클러치를 꽉 물면 전륜과 후륜을 하나로 묶어버려 50 : 50으로 배분하고 다판클러치를 다 풀어버리면 전륜으로 100%을 보냅니다.
- xDrive와 마찬가지로 전자식이기 때문에 코너링시에는 다판클러치를 lock시킬수 없어 적극적인 구동력 배분이 불가능합니다.
그래서 코너링중에는 후륜으로가는 구동력이 50보다 더 많이 줄어듭니다.

 4. 결론
4모션(할덱스), 현대 HTRAC은 항상 전륜으로 90%이상 토크를 보내 주행시 연비 효율성을 확보할수 있음.
일시적으로 후륜으로 보내어 험로탈출이나 주행안정성을 보조함.
단, 후륜으로 보내는 구동력이 최대 50%를 넘을수 없으며 그로인해 스포티한 주행이 어려움.

 세번째 사륜구동은 "변속기 통합형 세로배치 레이아웃의 Rear-Biased AWD(후륜편향사륜)"입니다.
아우디 콰트로(세로배치), 스바루 시메트릭 AWD가 대표적입니다.

아우디 콰트로
종치방식으로 엔진미션이 구성되어있고 미션에서 구동력이 뒤로 나오면 그걸 센터 디퍼렌셜이 받아서 앞뒤로 배분을 하는 형태입니다.
몇가지 특징을 요약해보면 이렇습니다.

 1. 변속기 내부에 센터 디퍼렌셜(TC)과 전륜 샤프트가 통합되어있다.
- 아우디 콰트로, 스바루 시메트릭의 가장 큰 특징입니다.
- 구동력 배분과 관련된 모든 시스템을 변속기가 내부에 통합하여 가지고 있습니다.
- 덕분에 전륜과 후륜에 모두 강한 구동력 배분을 할수 있게 됩니다.
- 전륜 샤프트 부품들이 미션 내부에 들어가있어 외부 충격에 강하고 전체적으로 좋은 내구성을 보여줍니다.

 2. 통합 구조 변속기 때문에 엔진은 전륜보다 앞으로, 미션은 전륜보다 뒤로 위치한다.
- 통합 변속기 구조로 엔진이 전륜액슬보다 앞에 있어서 무게배분에서 조금 불리한 부분이 있습니다.
- 하지만 변속기는 전륜보다 뒤로 빠져있어서 적어도 가로배치 레이아웃보다는 무게배분이 좋습니다.
그래서 콰트로 차량은 평균적으로 앞 55 : 뒤 45 정도의 나쁘지 않은 무게배분을 보여줍니다.

 3. 전륜으로 최대 75%, 후륜으로 최대 85% 토크전달이 가능합니다.
- 전자식 다판클러치를 사용한 xDrive, 할덱스 등과는 다르게 기계식 토센 콰트로는 전륜에 최대 75%, 후륜에 최대 85%까지 배분이 됩니다.
- 노면에 전달되는 토크가 아닌 실제 변속기에서 앞뒤 배분되는 토크 비율이기 때문에 전자식보다 실제 토크 배분 범위가 훨씬 넓습니다.
- 또한 센서가 감지하여 배분하는게 아니라 토센 디퍼렌셜의 차동현상 그 자체를 이용해 배분하기 때문에 토크 배분 속도가 0에 가깝습니다.

 4. 코너링시에도 토크배분이 자유로움.
- 기계식 토센기어 방식의 가장 큰 장점입니다.
- 토센기어는 기본적으로 차동을 허용하면서 토크배분을 하는 장치입니다. 전자식처럼 lock하는 방식이 아닙니다.
- 때문에 코너링시 자연스럽게 차동허용도 하면서 토크배분도 같이 해버립니다.
- 코너링시 전륜이 후륜보다 더 회전수가 많기 때문에 자연스럽게 후륜으로 토크를 더 많이 보내주는 효과도 누립니다.

 5. 결론
콰트로, 스바루 시메트릭은 전륜과 후륜에 모두 강한 토크, 구동력을 줄수 있는다는 장점을 가짐.
xDrive보다는 덜 스포티하지만 할덱스, HTRAC보다는 훨씬 스포티한 중간쯤 체감 가능.
앞뒤 토크배분의 자유도가 높고 반응이 빨라 거친노면에서도 좋은 주행안정성을 보여줌.

 여기서 잠깐... 스바루 시메트릭 사륜과 아우디 콰트로가 얼마나 비슷한지 한번 볼까요?

(위)스바루 시메트릭 AWD vs (아래)아우디 콰트로
정말 비슷하죠? 전륜 샤프트의 위치만 조금 다를뿐 사실상 똑같은 레이아웃입니다.
1. 엔진은 전륜보다 앞으로 나오고 미션은 전륜보다 뒤로 빠져있음. (공통점)
2. 변속기 내부에 TC와 샤프트를 모두 통합함. (공통점)
3. 스바루는 전륜샤프트가 가운데, 콰트로는 전륜샤프트가 옆구리에 (차이점)

 이제 지금까지 분석한 내용을 바탕으로 아우디 콰트로/스바루 시메트릭 AWD가 왜 이런 레이아웃을 채택한것인지 정리를 해보았습니다.

 1. 독특한 레이아웃 덕분에 전륜과 후륜에 모두 강한 토크를 전달이 가능합니다.
변속기 내부 센터 디퍼렌셜을 통해 전륜 샤프트와 후륜 샤프트가 모두 직결 되어있다보니
토센기어의 넓은 토크분배와 함께 전륜과 후륜에 모두 강한 토크 전달이 가능합니다.

 2. 변속기 내부에 전륜 샤프트, 전륜 디퍼렌셜, 센터 디퍼렌셜을 모두 통합 함으로서 내구성과 신뢰성을 보장합니다.
전륜 샤프트가 외부에 노출되지 않아 외부충격에 강하고 부품 노후화로 인해 샤프트가 오일팬을 때려버리는 고질병도 없습니다.
때문에 아우디 차량을 보면 엔진이나 변속기가 고장날지언정 사륜 시스템이 고장나는 경우는 없습니다.
(xDrive나 4MATIC은 TC가 깨지거나 전륜 샤프트가 이탈하는 고질병이 있습니다)

 3. 이런 레이아웃을 채택한 상시사륜 랠리카들은 WRC(월드 랠리 챔피언십)에서 뛰어난 성적을 보여주었습니다.
아우디는 "아우디 스포트 콰트로"라는 차량으로 1980년대 압도적인 성능으로 여러번 우승을 차지 했습니다.
스바루는 "임프레자"라는 차량으로 1990년후반, 2000년초반에 역시 압도적인 성능으로 여러번 우승을 차지했습니다.
이런 사륜 시스템이 랠리같은 다양한 도로 환경에서 주파능력을 검증 받았다는것은
일반적인 공도에서도 좋은 주행 안정성을 보여줄수 있다는 의미가 된다고 생각합니다.

 ps.
마지막으로 콰트로와 똑같은 레이아웃을 가진 차량을 한대 더 보여드리겠습니다.

포르쉐 마칸 파워트레인 레이아웃
포르쉐 마칸입니다.
마칸은 MLB플랫폼을 사용한 Q5을 베이스로 만들었기 때문에 콰트로와 레이아웃과 완전 동일합니다.

역시 "레이아웃은 큰 문제가 안된다"를 몸소 보여주는 포르쉐네요...