AWD 시스템의 이해 (부제: 왜 Pilot AWD가 최고인가?)

시중에는 참 많은 종류의 AWD, 4WD 시스템을 장착한 차량이 있습니다. 얼핏 생각하면 다 똑같은 All Wheel Drive인 것 같지만, 조금 자세히 들여다보면 이들 시스템 사이에 상당한 차이가 있음을 알게됩니다. 게다가 차 메이커들이 고유의 이름을 붙여놓고 홍보 및 마케팅을 하기 때문에 더 헷갈리는 측면이 있습니다. (예: 아우디 콰트로, 혼다 SH-AWD, 현대 HTRAC, 스바루 Symmetrical AWD) 저도 이번에 차량 구매하면서 공부를 좀 했고, 혹시 마모 회원님들도 차량 구매하실때 도움이 조금이라도 되지 않을까 싶어 여기 제가 공부한 내용을 공유합니다. 

 

1. 사륜구동은 눈길 혹은 오프로드에만 도움이 된다?

ㄴ ㄴ 아닙니다. AWD 시스템은 눈길, 오프로드, 빗길뿐 아니라 일반 도로에서도 코너링시 큰 도움이 될 수 있습니다. 눈 안오는 따뜻한 지역에 살더라도 AWD는 충분히 고려해볼만한 옵션입니다. 눈길에는 무조건 스노우 타이어를 권하지만, 스노우 타이어 + 효과적인 AWD 시스템 조합이 훨씬 더 낫다는건 부정할 수 없습니다. 

 

2. 사륜구동은 크게 4WD, AWD로 나눌수 있고, 이 둘은 전혀 다른 시스템이다. 

4wd는 보통 Part-time Four Wheel Drive System을 말합니다. Jeep Wangler등에 장착되는 시스템이고, 극강의 오프로드 성능을 발휘하지만 평소에는 2wd로 다니므로 (센터 디퍼렌셜이 없어서 일반도로 4wd 주행 불가) 일상주행에는 사륜구동의 장점을 전혀 살리지 못하는 시스템입니다. 모 아니면 도. 따라서, Jeep 랭글러를 사면서 사륜구동이니까 일반도로 코너링이나 빗길 주행시에 도움이 될거야라는 생각은 착각!!! 

 

Jeep의 part time 4륜구동 4WD 시스템은 아래 동영상이 정말 잘 설명합니다. 강추!

https://www.youtube.com/watch?v=_5laWRDJP6o

 

 

AWD는 일반적으로 Full Time 사륜구동 시스템을 말합니다. 즉, 오프로드에서만 수동으로 4륜모드로 전환하는게 아니라, 특별한 조작없이도 항시 4륜으로 달릴 준비가 되어 있습니다.  (항상 4륜으로 달리는건 아닙니다. 대부분의 시스템이 평소에는 2륜으로 달리다가, 토크가 필요한 상황에 다른쪽 바퀴에도 동력을 자동으로 보내는 시스템이에요. 스바루/아우디 일부 차종 제외. 얘네들은 상시 4륜으로 달립니다.)

 

3. 사륜구동은 크게 세가지로 나뉜다. 1) 전륜구동기반 (혼다/현대/토요타/닛산등등),  2) 후륜기동 기반 (벤츠/BMW/Jeep Wranger),  3) 전혀 다른 놈 (스바루/아우디)

 

이륜구동 기본에, 사륜구동을 옵션으로 제공하는 차량들은 1번아니면 2번을 택할 수 밖에 없죠. 그래서 시스템이 조금 지저분해집니다. 하지만 2륜옵션 없이 4륜만 만들면 처음부터 그렇게 설계할수 있어 4륜시스템이 좀 더 깔끔해집니다. (스바루/아우디) 

 

이 AWD를 구분하는 부분에서 조금만 더 공부해보면 참 재미있는데요.. 이왕이면 FWD, RWD부터 공부를 시작해보면 더 좋습니다. 

 

4. Rear Wheel Drive 

 

 

Rear Wheel System의 개략도입니다. 원래 고전적으로 자동차 Drive 메카니즘으로 쓰이던 방식이에요. 엔진이 세로로 (차량 길이 방향으로) 배치되어 있고, 트랜스미션이 엔진 바로 뒤에, 그리고 드라이브 샤프트가 차량 뒷부분까지 가서 90도 꺽이는 Angle Gear가 회전축을 바꾸어주고, 최종적으로 뒷바퀴가 굴러가는 방식입니다.

 

이 방식의 최대 장점은 이상적인 무게 배분 및 이에 따르는 주행 안정성입니다. 보시면 알겠지만 좌우가 완벽히 Symmetric하고 (좌우 무게 배분 50:50), 트랜스미션이 엔진보다 차량 뒷쪽으로 있게되서 앞뒤 무게 배분에도 도움이 됩니다. 

 

단점은 부피/무게 이에 따르는 좁은 실내공간 및 나쁜 연비. 

 

예전부터 일반 차량 및 트럭에 쓰이던 방식인데, 효율좋은 FWD를 안쓰고 RWD를 쓴 이유가 있습니다. 바로 과거에는 엔진 및 트랜스미션 기술이 초기단계라 거대했어요. 그래서 이 엔진하고 트랜스미션을 side by side로 엔진룸 안에 꾸겨넣기 힘들어서 FWD를 못쓰다가, 비교적 최근에 와서야 FWD가 실용화되었습니다. 

 

5. Front Wheel Drive

 

 

FWD는 위 그림에서 보듯이 엔진이 가로로 (차량 좌우 방향으로) 들어가고, 바로 옆에 트랜스 미셨이 있습니다. 엔진 축이 앞 바퀴 축하고 평행하기 때문에 RWD에서처럼 회전 방향을 90도로 꺾을 필요가 없죠. 뒤로 가는 Drive Shaft도 필요없고, 따라서 실내공간도 확보됩니다. 연비도 좋아지고요.. 

 

FWD의 단점은 무게 배분이에요. 좌우로도 완벽히 50:50이 될수 없고, 앞뒤 무게 배분도 안좋습니다. 앞이 너무 무거워져요. 그래서 주행 안정성이 RWD보다 좀 떨어지게 되죠. 그래서 대중차는 FWD, 고급차는 RWD를 채택합니다. 

 

하지만 이 FWD의 단점도 Traction Control로 어느정도 극복이 가능해집니다. 코너링시 차량이 불안정해지면, 스핀나는 쪽 바퀴에 적당히 브레이크를 걸어주어 차체 제어를 해주는거죠. 최근 차량에 TCS는 거의 기본이니, FWD의 단점은 거의 극복이 되었고, 따라서 시판되는 거의 모든 차량은 FWD가 기본 시스템으로 장착되기에 이르렀습니다. 

 

6. AWD 시스템의 구분 (부제: 스바루/아우디는 어떻게 다른가?)

 

 

위에서 두번째가 FWD Based AWD, 세번째가 RWD Based AWD입니다. 원래 각각 FWD/RWD였던 시스템에서 다른 두쪽에도 구동력을 배분해야하니까 트렌스퍼케이스를통해 구동계를 나누게 됩니다. RWD의 경우 원래 완벽하게 Symmetric이였지만 드라이브 샤프트 중간에 트랜스퍼케이스를 넣어서 앞쪽으로도 샤프트를 또 연결해야하니까 대칭이 깨지고 구조가 복잡하게 됩니다. FWD Based의 경우, 원래부터 좌우 대칭이 아니었고, 트랜스미션 다음에 트랜스퍼케이스를 추가로 장착해서 뒷쪽으로도 구동력을 보내야하죠. 그래서 역시 구조가 복잡해지게됩니다. 이 모든게 2wd 모델과 AWD를 같이 병행 생산해서 벌어지는 문제인거에요. 

 

반면 첫번째 그림을 보시죠. 스바루의 경우 완벽합니다. 엔진이 세로 배치로 앞쪽에 있고, 바로 뒤에 트랜스미션과 트랜스퍼케이스를 통합해서 앞축으로도 구동력을 보내고, 뒷쪽으로도 구동력을 보내는 구조입니다. 2wd를 만들 필요가 없기에 애초부터 이런 설계가 가능한거죠. 아우디의 콰트로 시스템도 이것과 거의 동일합니다. (차이점은 후에 기술) 그림으로만 보면 거의 완벽한 사륜구동 시스템으로 보여집니다. 유일한 단점은 2wd 옵션이 없다는 것. 그것 하나로 보이죠. 

 

 

하지만, 이 완벽해보이던 Symmetrical AWD/Quattro도 약간의 단점은 있습니다. 바로 통합 트랜스퍼케이스 + 트랜스미션이 앞바퀴 축에 있어야하는건데요. 이는 엔진이 그보다 훨신 앞쪽으로 치우쳐 놓여야한다는걸 의미합니다. 위 그림에서 앞 차축 앞으로 가장 많이 튀어나오죠. 반면 RWD기반 AWD의 최대 장점이 바로 이겁니다. 앞 차축 보다앞으로 나오는 부분이 가장 작아요. -> 짧은 프론트 오버행 가능

 

 

 

아름다운 Symmetrical AWD 시스템. 좌우 균형이 놀랍지 않습니까? 하지만 앞바퀴 앞쪽으로 놓인 엔진을 보세요. 이는 두가지 측면에서 생각보다 큰 단점인데요. 1. 앞뒤 무게 배분 (앞쪽이 지나치게 무거워집니다) 2. 앞 오버행. 

 

최근엔 앞 오버행이 극단적으로 짧은 것이 트렌드인데요. 이 엔진때문에 짧은 오버행을 만들수가 없습니다. 그래서 고급진 차량임에도 불구하고 일반 FWD 차량 프로파일을 가질수 밖에 없고 이는 디자인적으로 크게 불리한 요소에요. 

 

 

 

아우디 q7 측면뷰. 앞 오버행이 좀 길죠.

 

 

BMW X5. 오버행이 짧아 훨씬 다이나믹해보입니다. RWD Based AWD의 최대 장점이에요. 극단적으로 짧은 프론트 오버행이 가능합니다!!!! 

 

그나마 아무디 Q7은 앞 오버행을 줄이려고 노력을 많이 해서 좀 낫구요. 자 스바루 사진 나갑니다. 

 

 

네 역시 좀 Ugly 하죠. Symmetrical AWD가 만능은 아닌겁니다. ㅎㅎㅎ 그러니까 내가 못생긴게 못생기고 싶어서 못생긴게 아니라규!!!

 

 

7. 그럼 아우디 콰트로와 스바루 Symmetrical AWD는 어떻게 다른가? 다르긴 과연 다른가?

 

Layout은 동일합니다.  즉 아우디 콰트로도 Symmetrical하구요. 트랜스퍼 케이스와 트랜스미션이 통합된 것도 동일해요. 하지만, 사소하다면 사소하고 중요하다면 중요한 차이점이 하나 있습니다. 

 

바로 전후 구동력 배분시 스바루는 멀티 클러치 패드 (Viscous Coupling 사용, 효율이 좀 떨어지지만 저렴), 아우디는 Mechanical Center Differential을 사용하는건데요. 쉽게 이야기하면 아우디쪽이 좀 더 비싸고 확실한 시스템을 사용한다고 이해하시면 됩니다. 그리고 좀 더 중요한 차이는 스바루의 경우, 점성을 이용한 커플링이기때문에 뒷쪽으로 구동력을 보내는데 한계가 있어요.최대 50%에서 55%정도 이상을 보낼수가 없어요 (잘하면 60%정도). 아우디의 경우 67%-80%까지도 뒷바퀴에 구동력을 전달할 수 있습니다. 

 

스바루나 아우디가 다른 AWD 시스템과 다른점은 Layout 뿐아니라, 뒷바퀴에 항상 최소 어느정도의 구동력이 걸려있는 거구요. (진정한 Full time AWD), 다른 시스템들은 평소에는 FWD 100%로 달리다가, 필요한 경우 뒷쪽으로 약 최대 40%까지 보내는 방식입니다. (현대 HTRAC, 혼다 Real Time AWD, 토요타 AWD등등) 

 

8. 그런데 왜 Honda Pilot의 SH-AWD가 최고인가?

 

8-1 Differential의 이해

 

SH-AWD가 왜 최고인지를 이해하려면 Differential에 대한 이해가 필수입니다. Differential은 양쪽 바퀴의 회전수 차이를 흡수해주는 Mechanical Gearbox에요. 차량이 회전할때 좌우 바퀴의 회전수가 다를수 밖에 없잖아요. (바깥쪽 바퀴가 그리는 Arc가 더 큼. 따라서 더 많이 돌수 밖에 없음) 그런데 좌우바퀴가 묶여져 있다면 차량이 제대로 회전할 수가 없겠죠. 그래서 서로 다른 회전수 차이를 흡수하도록 differntial gear box를 둡니다. 

 

후륜구동 차량의 뒷 차축을 보면 수박같은게 하나 달려있는데 그게 바로 Rear Differential 입니다.

 

 

 

 

 

문제는 이 디퍼렌셜 때문에 한쪽 바퀴가 미끄러지는 경우, 모든 구동력이 그 바퀴에만 전달되는 점에 있습니다. 즉, 한쪽 바퀴는 얼음위에, 다른 한쪽 바퀴는 마른 노면위에 있으면 얼음위에 있는 바퀴만 계속 헛돌게 되고, 차는 나아가지 않습니다. 

 

AWD의 경우에는, 좌우 뿐 아니라 앞뒤 바퀴 회전수도 차이나므로 센터 디퍼렌셜도 존재하게 되요.

 

 

 

아무리 AWD라도 앞바퀴 하나, 뒷바퀴 하나 이렇게 두 바퀴가 얼음위에 있으면 차가 못나갑니다. 랭글러의 경우 Differential lock 기능이 있습니다. 이 기능이 활성화되면 좌우 바퀴가 무조건 50:50으로 돌아요. 기계적으로 축을 잠가버리는거죠. 그래서 한쪽 바퀴가 헛돌아도 다른쪽 바퀴가 무조건 돌게 되어있습니다. 하지만 이 Diff Lock을 일반도로에서 사용하게 되면 회전수 차이를 극복할 수 없고, 차 운행이 Weird해지고, 소음이 심하게 나며, 기어도 마모가 됩니다. 그래서 절대로 일단 노면에서는 Diff Lock을 사용하면 안됩니다. 그래서 Wrangler는 그냥 오프로드로만 특화된 차라고 봐야하고요. 

 

일반 차량에서는 이 Diff Lock을 사용할 수 없으니 (센터 differential lock은 제한적으로 사용가능 Rav4에 예전부터 이 Center Diff Lock이 있었음. 스바루의  X mode도 이 Center Diff Lock인것으로 추정), 두가지 방법으로 극복을 합니다. 첫번째는 TCS. 네 트랙션 컨트롤이에요. 슬립이 일어나는 쪽 바퀴에 제동을 걸어 좌우 (혹은 앞뒤) 구동력을 맞춰주는 시스템입니다. TCS는 AWD하고 상관없이 단독으로도 쓰이지만, 이렇게 AWD와 결합되어 사용할 수도 있습니다. 하지만 아무리 TCS를 사용한다고 해도 한쪽 바퀴가 얼음위에 있는 상황에서는 무용지물이죠. 기본적으로 브레이크를 걸어서 구동력을 맞추는 시스템이라서요. 두번째는 Limited Slip Differential입니다. 네 LSD에요. 이는 기계적 (혹은 전자적으로) 으로 최대 좌우 회전수 차이에 제한을 주는 방식입니다. 한쪽만 너무 혼자 돌고 있으면, 그 차이를 조금 줄여주는 개념인데, 물론 없는 것보단 훨씬 낫지만 아직도 근본적으로 좌우 트랙션 차이를 해결할 순 없습니다. 

 

스바루는 AWD 시스템 Layout 및 구현 자체는 완벽에 가깝지만, 좌우 트랙션 차이 해결을 이 두가지 시스템에 의존해서 해결하고 있습니다. TCS + LSD의 조합인거죠. 물론, 이 두가지의 조합만으로도 거의 모든 상황에서 거의 완벽합니다. 

 

8-2 Dynamic Torque Vectoring의 등장

 

이렇게 좌우 트랙션이 완전히 극과 극인 상황 (한쪽 바퀴는 얼음위, 다른 한쪽은 일반도로, 혹은 오프로드에서는 한쪽 바퀴가 아예 공중에 떠버릴수도 있습니다. ㅎㅎ) 에서 헛도를 바퀴의 구동력을 줄일게 아니라, 돌지 않는 바퀴에 구동력을 더 걸어줄수 있는 방법이 바로 Dynamic Torque Vectoring 입니다. 이건 그냥 안되고 별도의 기계 및 전자 부품을 추가해야해요. 따라서, 시스템이 복잡해지고 비싸집니다. TCS하고 LSD가 Passive한 해결방법이라면 Dynamic Torque Vectoring은 Active한 해결 방법이지만, 시스템이 비싸지는 단점이 있습니다. 

 

자 여기서 혼다 SH-AWD가 등장합니다. 

 

 

SH-AWD는 기본적으로 FWD 베이스 AWD입니다. 위 그림에서 중앙이 센터 디퍼렌셜이고 오른쪽이 차량 전방, 왼쪽이 차량 후방입니다. 오른쪽에 보시면 엔진이 횡으로 배치되어 있고, 옆에 트랜스퍼 케이스 및 트랜스미션이 있습니다. 뒷쪽에는 리어 디퍼렌셜이 있죠. 어? 그런데 센터 디퍼렌셜과 리어 디퍼렌셜 사이에 AC라고 쓰여진 것이 보입니다. 바로 Accelerator인데요. 바로 이것 때문에 혼다/애큐라 SH-AWD는 리어에 70%까지도 구동력을 보낼수 있습니다. 일반적인 전륜구동 베이스 AWD가 최대 40%, 스바루 60%인걸 생각해보면 엄청난거죠. 

 

그리고 리어 디퍼렌셜 옆에도 상하로 검은색 박스가 있는데요, 이게 바로 클러치입니다. 바로 이것때문에 혼다의 SH-AWD는 좌우 바퀴 구동력을 0:100, 혹은 100;0까지 배분할수 있게 됩니다. Active한 Torque Vectoring 시스템이고, 이 시스템이 적용된 차량은 그렇게 많지 않아요. 

 

대부분의 AWD 차랑에 이 Dynamic Torque Vectoring 시스템이 적용되있지 않습니다. 대부분은 그냥 TCS에 의존하지요. 혼다 CR-V, 토요타 하이랜더, 현대 싼타페, 토요타 Rav4, 닛산 로그/패쓰파인더 전부 다 이 기능이 없고, 2019 Rav4 Adventure (상위) 트림에 드디어 기초적인 수준의 Dynamic Torque Vectoring이 들어갔다고 하네요. 

 

 

혼다의 경우 Pilot과 Passport에 이 시스템이 적용되어 있고, 애큐라는 RDX/MDX 적용되어있습니다. 아우디 콰트로에도 적용되어 있고요. 애큐라 RDX는 CR-V와 형제 차종인데 CR-V는 미적용 RDX는 적용입니다. ㅎㅎㅎ

 

같은 시스템을 혼다에서는 i-VTM이라고 부르고 애큐라에서는 SH-AWD라고 부릅니다. 이 SH-AWD에 대한 설명은 아래 유튜브에 정말 잘 설명되어 있어요. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=Yz9ol5zy5nk&t=381s

 

바로 이 SH-AWD때문에 이런 상황에서도 주행이 가능합니다. 

 

풀영상 링크

 https://www.youtube.com/watch?v=Prg5qZFaM7w&t=96s

 

바로 이  SH-AWD 때문에 혼다는 Passport를 오프로드 차량이라고 프로모션 열심히 하는거구요. 이 SH-AWD 덕분에 Passport 및 Pilot이 다른 일반적인 AWD 차량보다 훨씬 더 capable 하다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 

 

(아래는 이전 제 글에서 가져왔습니다.) 

 

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스바루가 일반적으로 좋다고 알려져 있는데요 실제로는 Pilot이 훨씬 나아요 아래 영상 보시면 이해가 가실거에요.

 

https://www.youtube.com/watch?v=Prg5qZFaM7w&t=96s

진일보된 혼다 파일럿 토크 벡터링 시스템 테스트

 

https://www.youtube.com/watch?v=0mu9Ie5FF1M

하이랜더 vs Pilot

콜로라도 골드마인 테스트 영상. 결론: 하이랜더 못올라감. 파일럿 올라감

 

https://www.youtube.com/watch?v=Pso3Comik0Q

5:18부터 보세요. 크로스오버 차량중 4륜구동 1위 (TFL 선정) 입니다. 

 

 

https://www.youtube.com/watch?v=6ua51LAtgVM

스바루 아웃백 골드마인 테스트 영상, 1차 시기 못올라감. 2차시기: 간신히 올라가는데 성공 (파일럿은 아주 쉽게 올라감)

 

https://www.youtube.com/watch?v=fqtTLSqIiB8

파일럿 롤러 테스트 영상, 언덕에서 세 바퀴가 미끄러지게 세팅해놔도, 단 하나의 바퀴만으로도 언덕 올라감.

 

https://www.youtube.com/watch?v=s9OShPu6S50

눈길, 얼음길에서 파일럿 주행 테스트

 

https://www.youtube.com/watch?v=M3hvzbOMGwY

눈 덮인 산길 주행 테스트

 

 

의심할 여지 없이 파일럿이 나아요. 오죽하면 파일럿 3열 좌석 없앤 패스포트만들어서 오프로드용이라고 선전하겠어요.. 랭글러 같은 프레임 기반, 리어 디퍼렌셜 락, 4L 모드 있는 파트타임 사륜보다는 당연히 못하지만, 풀타임 사륜 시스템중에선 제일 좋은 편에 속한다고 판단되네요. 

 

 

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5/16/2019 추가

 

유투브에서 아래 영상을 발견했습니다. 

 

https://www.youtube.com/watch?v=FyW9azD434M

 

19분부터 보시면 여려대의 Subaru가 언덕을 올라가려고 시도하지만 다 실패합니다.

 

24분 혼다 Passport는 가볍게 올라갑니다. 

 

 

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9. 최종 결론

 

Capability에 있어서는 혼다의 SH-AWD가 스바루의 Symmetrical AWD보다 뛰어난 것은 자명합니다. 하지만, 시스템이 지나치게 복잡하다는 단점이 있고, FWD 기반이기때문에 FWD기반 시스템이 지니는 단점을 그대로 다 가지고 있습니다. 무엇보다 우아하지가 않아요. 

 

스바루의 Symmetrical AWD는 정말 아름답습니다. 그리고 아주 험난한 오프로드 그리고 몇몇 특정 상황을 제외하곤 SH-AWD가 할수 있는 모든 기능을 다 수행할 수 있어요.스바루의 Torque Vectoring 기술은 브레이크 기반의 Passive System이지만, 스바루가 기술이 없어서 Dynamic Torque Vectoring을 구현 못하는건 아닐겁니다. 기술적/상업적 기준으로 여기까지가 최선이라고 판단/결정했을거에요. 스바루는 뜯어보면 볼수록 정말 대단한 회사에요. 

 

아우디 콰트로는 스바루 Symmetrical AWD + Dynamic Torque Vectoring입니다. 최고에요. 하지만 가격도 최고. 혼다나 스바루가 기술이 없어서 이걸 구현 못하는건 아니라고 봅니다. 적정선에서 최적의 타협을 한결과가 혼다와 스바루인거고, 아우디는 아낌없이 쏟아부은거죠. ㅎㅎㅎ 추가 -> 아우디의 경우 모든 차량에 전부 Dynamic Torque Vectoring + dedicated AWD가 적용된건 아닙니다. 아무래도 비싸고 복잡한 시스템이니만큼, 엔트리급 차량은 그냥 FWD 기반 AWD를 사용합니다. 아우디 구매할땐 어떤 AWD 타입이 들어갔는지 자세히 한번 리뷰하고 구매/리스하는것도 좋은 방법같아요.  

 

 

혼다 아우디 스바루 모두모두 훌륭합니다. 토요타는 쫒아오고 있고 (토요타도 기술이 없어서 적용안한건 아닐거에요. 토요타는 단지 이런 기술보다는 생산관리/내구성/가성비등에 촛점을 맞출뿐. 그런데 토요타는 4runner라는 part-time 4wd 차량이 이미 있어요 (Jeep Wrangler나 비슷). 오프로드쪽은 확실히 part-time이 나으니, 그 용도로는 4runner를 팔고, 7인승 family suv인 하이랜더에는 기본적인 awd만 적용해서 판매합니다. 아마 이런 이유때문에 awd에 큰 투자를 안하는지도요... 

 

현대는 아직 Dynamic Torque Vectoring은 구현 못하고 있습니다. (앞뒤 배분은 하지만 좌우 배분은 Active하게 못함) 하지만 현대도 금새 쫒아오리라 믿습니다.