반응 빠른 ‘기계식’, 효율성엔 ‘전자식’

· BMW X드라이브는 앞뒤 구동력 0.1초만에 100% 전환

· 벤츠 4매틱, 한 바퀴 헛돌면 다른 바퀴에 구동력 전달

· 현대는 HTRAC, 휠에 부착된 센서가 상황 판단 힘 배분

‘x드라이브(Drive)’(BMW), ‘4매틱(MATIC)’(메르세데스-벤츠), ‘콰트로(quattro)’(아우디), ‘E-four’(토요타), ‘올(ALL)4’(미니), ‘4모션(motion)’(폭스바겐), ‘HTRAC(현대차)….

브랜드마다 이름은 다 다르지만 가리키는 기술은 똑같다. 바로 사륜구동 기술들이다.

사륜구동은 네 바퀴 모두에 동력이 전달되는 추진방식이다. 4바퀴 굴림방식, 또는 4WD(four wheel drive)라고도 부른다. 주로 군용이나 험로 주행용 차량에 장착되었으나 최근에는 독일차들을 중심으로 주행성 향상을 위해 고급 승용차에도 채택되고 있는 추세다.

네 바퀴 모두 트랙션을 가져 눈길이나 빗길, 코너에서도 주행안정성이 높기 때문이다.

메르세데스-벤츠의 경우 4매틱 모델은 2015년 2만1896대가 판매돼 전체 판매량(4만6994대)의 46.5%에 달했다. 올해 들어선 이 비율이 57.6%(1~2월 기준)로 높아졌다. 국내서 팔리는 메르세데스-벤츠 차들은 2대 중 1대가 사륜구동 모델인 셈이다.

현대기아차도 제네시스 이상급에는 사륜구동 방식을 채택하고 있다. 특히 제네시스 EQ900의 경우 사륜구동 선택 비중이 약 85%에 이를 정도로 인기가 높다.

궁금한 것은 이거다. 이름이 다른 만큼 사륜구동 기술이 브랜드마다 다 다른 것인가, 아니면 이름만 다른 것인가. 다르다면 무엇이 얼마나 다른가.

사륜구동은 보통 전자식과 기계식, 풀타임(상시사륜) 방식과 파트타임 방식으로 구분된다. 브랜드마다 기술도 조금씩 차이가 있고, 전후륜 토크 분배 비율도 다르다.

대표적으로 전자식·풀타임은 BMW, 기계식·풀타임은 아우디이다. 일반적으로 기계식이 반응속도가 빠르고 전자식은 토크분배, 가격, 경량화, 연료효율 등의 장점이 있다.

■BMW xDrive

BMW xDrive는 센터 디퍼런셜에 다판 클러치를 적용해 토크를 전자적으로 제어한다. 전후 구동력을 0→100%, 100→0%까지 0.1초 만에 무한 가변적으로 변환(뉴 X1 제외)할 수 있다. xDrive의 제어 로직은 주행 속도, 바퀴 회전 속도, 조향 각도, 위치에 관한 정보를 토대로 운전자의 의도와 실제 차량의 움직임을 모두 정확하게 해석한 후, 최대한 많은 파워를 노면으로 전달하기 위해 구동력 분배를 조절한다. 심지어 운전자가 인식하기도 전에 오버스티어 또는 언더스티어를 억제한다. xDrive의 날카로운 핸들링 비밀이 여기에 있다. 기계식에 비해 잔고장이 많고, 수리·보수 비용도 높은 게 단점이다.

■메르세데스-벤츠 ‘4매틱’

4매틱 시스템은 잠금 기능이 없는 오픈 디퍼런셜을 사용하면서 4ETS(전자식 트랙션 시스템)와 연계해 4바퀴에 동력을 전달한다. 한 바퀴가 접지력을 잃고 스핀하면 4ETS가 헛도는 바퀴에 인위적으로 제동을 거는 한편 접지력이 살아 있는 바퀴로 토크를 보내는 방식이다. 트랜스퍼 케이스를 변속기 일체형으로 설계해 무게와 공간활용, 연비에서 강점이 있다. 4매틱 시스템은 크게 3가지로 분류된다. 상시 사륜구동 4매틱 시스템은 ESP�(전자식 주행 안정 프로그램), 미끄럼 방지 조절장치(ASR)와 연동 작동되면서 전후륜 차축 간 45대 55의 비율로 토크를 분배한다. AMG 4매틱 시스템은 주행 역동성을 발휘하기 위해 구동력을 항시 전륜과 후륜에 각 33%, 67%의 비율로 배분한다. 뉴 제너레이션 4매틱 시스템은 엔진 동력을 후륜 차축으로 이동시키는 PTU(동력인출장치)와 동력 분배를 위한 전기유압방식 다판 클러치 기어(후륜 차축 장착)로 전후륜 차축간 구동 토크를 가변적으로 배분시킬 수 있는 것이 특징이다. 뉴 제너레이션 4매틱 시스템의 토크 배분은 정상적인 상황에서 전후륜 차축간 100대 0부터 50대 50까지 설정할 수 있다.

가격이 비싸고, 브레이크를 걸어서 토크를 제어하는 방식이라 토크 손실이 발생하는 게 단점으로 꼽힌다.

■아우디 ‘콰트로’

승용차에 사륜구동 붐을 일으킨 것은 아우디다. 아우디는 1980년 세계 최초로 승용차에 ‘콰트로’라 불리는 아우디만의 기계식 풀타임 4륜구동 기술을 개발해 적용했다. 1986년과 2005년 콰트로 시스템을 탑재한 100CS와 A6가 37.5도 경사의 눈덮인 스키 점프대를 올라가는 광고는 콰트로 열풍의 기폭제가 됐다.

아우디는 SUV인 Q시리즈와 S, RS 등 고성능 모델뿐만 아니라 A4, A6, A8 등 일반 모델까지 전체 제품 라인업에 사륜구동 시스템 장착 모델을 제공하는 유일한 자동차 메이커다.

콰트로의 핵심은 센터 디퍼런셜이다. 센터 디퍼런셜은 앞뒤 로테이션의 속력 차이를 보정해 주고, 도로의 상태에 맞게 기계적으로 동력을 분배한다. 콰트로도 진화를 거듭해 현 6세대는 토센 센터 디퍼런셜 대신 크라운 기어 센터 디퍼런셜을 쓰고 있다. 크라운 기어는 기계식과 전자식의 장점을 결합한 시스템이다. 평상시는 전후륜에 대한 구동력을 40대 60으로 나눴다가 바퀴의 미끄러짐이 포착되면 전륜은 최대 70%, 후륜은 최대 85%까지 동력 배분이 가능하다.

콰트로는 기계식으로 전자식 사륜구동 방식에 비해 반응 속도가 빠르고, 구동력 손실이 적고, 잔고장이 적은 게 장점이다. 무게가 무겁고, 한쪽 바퀴에만 구동축을 집중할 수 없다는 게 단점이다.

■폭스바겐 ‘4모션’

폭스바겐은 1998년 할덱스 클러치를 사용하면서 사륜구동 기술 이름을 ‘4모션’으로 바꿨다. 투아렉 같은 일부 모델을 제외하면 엔진이 가로로 배치된 모델에는 스웨덴 할덱스(Haldex)의 사륜구동 방식이 들어간다. 할덱스 방식은 무게가 가볍고, 공간을 많이 차지하지 않기 때문에 소형차에 특히 적합하다. 평상시에는 앞바퀴에 대부분의 구동력을 보내기 때문에 연비가 우수한 것도 장점이다. 할덱스 방식은 파워트레인에서 나오는 힘이 전륜 디퍼런셜을 거쳐 프로펠러 샤프트, 할덱스 클러치, 후륜 디퍼런셜 순으로 전달된다. 평소에는 전륜으로만 움직이지만 앞바퀴가 완전히 헛도는 상황에서는 뒷바퀴로 대부분의 구동력을 보낼 수 있다.

■토요타 ‘E-four’

‘E-four’는 토요타가 최근 라브4 하이브리드에서 선보인 전자식 4륜구동 시스템이다. 라브4는 일반적인 하이브리드의 전기모터 외에 뒷바퀴에 모터 하나가 더 달렸다. 평상시의 주행에서는 전륜으로 주행을 하다가 미끄러운 노면, 빠른 출발과 가속이 필요한 상황, 코너링 등 주행상황에 따라 사륜구동 시스템이 가동한다. 뒷바퀴 모터가 적극적으로 반응해 앞뒤바퀴의 구동력을 적절히 배분해 탄탄하고 안정된 주행성능을 보여주는 것이다. 이 때문에 가속반응이 빨라졌고, 핸들링도 민첩해졌다는 게 토요타 측 설명이다.

■현대차 ‘HTRAC’

현대차가 캐나다 마그나파워트레인과 합작으로 개발한 ‘HTRAC’은 휠과 서스펜션 등에 부착된 센서를 통해 도로의 상태를 감지, 앞뒤 구동력을 전자적으로 배분한다는 점에서 BMW의 xDrive나 벤츠 4MATIC와 맥을 같이한다. 현대차에 따르면 전자제어 시스템은 ‘HTRAC’이 작동하는 순간의 변화를 알아채기가 어려울 정도로 세계에서 가장 빠른 응답 속도를 자랑한다. 노멀과 스포츠, 에코, 스노 등 주행모드별로 구동력 배분을 달리하는 것도 차이점이다. 노멀 모드에서는 전륜 40, 후륜 60으로 구동력을 분배하다가 미끄러운 노면 같은 상황에서는 앞바퀴에 90%까지 구동력을 보낼 수 있다.

스포츠모드에서는 20대 80, 많게는 10대 90까지 구동력을 후륜에 보낸다.

뒷바퀴 안쪽에 제동을 걸어 코너링 능력과 접지력을 높여주는 ‘액티브 코너링 컨트롤(Active Cornering Control)’ 기술도 적용됐다. 다만 좌우로 구동력을 배분해주지는 않는다.