아우디 TechDay-1. 콰트로 , 크라운 기어 센터 디퍼렌셜 공개
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2010-05-07 11:49:43 |
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아우디 AG가 5월 6일 본사와 공장이 있는 독일 잉골슈타트에서 개최된 2010 아우디 테크데이를 통해 새로운 콰트로 시스템을 공개했다. 콰트로 시스템을 승용차에 처음 채용한 후 정확히 30년 만에 아우디는 세로배치 엔진(longitudinal engine) 모델을 위한 상시 4륜 구동 시스템에 새롭고 혁신적인 첨단 기술을 추가했다. 크라운(crown)-기어 디퍼렌셜과 토크 벡터링이 적용된 콰트로 드라이브트레인이 새로운 고성능 쿠페 아우디 RS 5를 통해 첫 선을 보인 것이다.
정리 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
자료제공 / 아우디코리아
이 새로운 센터 디퍼렌셜 내에는 회전하는 2개의 크라운 기어가 있다. 크라운 기어라는 이름은 톱니바퀴가 왕관 같다고 해서 붙여진 것이다. 뒤쪽 크라운 기어는 뒤 차축 디퍼렌셜용 프로펠러 샤프트를 구동시키고 앞쪽 크라운 기어는 앞 차축 디퍼렌셜용 출력(output) 샤프트를 구동시킨다. 크라운 기어는 4개의 회전 가능한 피니언 기어와 맞물리는데 이 두 기어는 서로 직각으로 배치되어 있으며 디퍼렌셜 하우징을 통해 변속기 출력 샤프트에 의해 구동된다.
일반적 주행 조건에서는 2개의 크라운 기어가 하우징과 동일한 속도로 회전한다. 크라운 기어의 독특한 형상은 의도적으로 비대칭적 동력 분배 효과를 제공함으로써 평상 시 엔진 토크의 60%를 뒤쪽 차축 디퍼렌셜에 배분하고 앞쪽에는 40%를 배분한다.
한쪽 차축이 접지력을 잃어 토크가 변하면 디퍼렌셜 내에서 회전 속도에 차이가 발생하고 차축의 힘에 의해 인접 플레이트 패키지가 서로 간에 압착된다. 그 결과로 자체 잠김 효과가 발생해 접지력이 더 좋은 차축으로 대부분의 토크가 전달되며, 최대 85%의 토크가 뒤 차축으로 15%는 앞 차축으로 전달된다. 반면, 뒤쪽 차축이 접지력을 잃으면 반대의 현상이 일어나 토크의 최대 70%가 앞 차축으로 전달된다. 기계식과 전자식의 결합인 것이다.
토크 분배의 범위가 이와 같이 더욱 넓어졌기 때문에 크라운-기어 디퍼렌셜은 이전 모델을 능가하는 접지력을 발휘하며, 동력과 토크가 거의 일정하고 타임 래그연 없이 재분배 된다. 또한, 기계적으로 작동되므로 최대의 효율과 즉각적인 응답성이 보장된다. 크라운-기어 디퍼렌셜의 또 다른 장점은 작은 크기와 4.8kg에 불과한 가벼운 무게이다.
RS 5를 비롯해 이 첨단 기어를 장착한 다른 모든 모델에서 아우디는 크라운-기어 디퍼렌셜과 함께 제동(breaking) 관리를 위한 지능형 소프트웨어 솔루션인 토크 벡터링을 결합시켰다. 많은 앞바퀴 굴림 모델에서 전자식 차축-디퍼렌셜 잠금 방식이 표준화되어 ESP의 개선이 이루어짐에 따라 토크 벡터링이 4바퀴 모두에 적용될 수 있게 되었다. 이 새로운 시스템은 더욱 정확하고 다이내믹한 코너링을 가능하게 해 준다.
고속 코너링 시 이 소프트웨어는 운전자의 스티어링 입력, 측 방향 가속력, 필요한 가속 수준 등을 바탕으로 4개의 모든 차륜에 최적의 동력 배분을 계산하며, 곡선 안쪽의 두 바퀴(거리가 줄어드는 쪽)가 접지력을 잃어버리려는 순간을 감지하면 최소의 압력으로 브레이크 디스크 패드를 가볍게 눌러 이 바퀴들에 약간의 제동력을 가함으로써 접지력을 확보해 준다. 다양한 구동 토크가 추가적인 스티어링 토크를 발생시켜 바퀴의 미끄러짐이 시작되려는 순간 이를 방지해준다. 이러한 주행 지원은 부드럽게 지속적으로 제공되므로 차량의 안정성이 더욱 높으며 회전과 가속 시 언더 스티어도 사실상 거의 발생하지 않는다. 마지막으로, 그러나 역시 중요한 역할을 하는 ESP는 필요할 경우 나중에 더욱 부드러운 방식으로 개입하게 된다.
아우디 콰트로 20년 동안 330만대, 현재 120개 버전에 적용
아우디 콰트로(quattro)의 30년은 곧 ‘기술을 통한 진보(Vorsprung durch Technik)’의 30년, 성공의 30년이다. 1980년부터 2009년까지 아우디는 약 330만 대의 콰트로 드라이브트레인 적용 차량을 생산해왔다.
아우디는 현재 승용차 전 라인업에 풀 타임 4륜 구동 승용차를 생산하는 유일한 브랜드다. 아우디는 2009년 한 해 동안 31만 6,000대가 넘는 콰트로 모델을 판매했다. 현재 아우디의 모델 라인업에는 120종이 넘는 콰트로 버전이 포함되어 있으며, 4륜 구동으로만 생산되는 모델도 여러 종류가 있다. 양산 모델 외에도 더욱 다이내믹한 특성을 가진 S 및 RS 모델 역시 중요한 역할을 하고 있다.
아우디 최초의 콰트로는 1980년 3월 제네바 모터쇼에서 첫 선을 보였는데, 당시 개발 책임자였던 페르디난트 피에히(Ferdinand Piëch) 박사가 콰트로 개발을 이끌었다. 현재 ‘Ur-콰트로(Ur-quattro)’라고 불리는 이 박스형 쿠페 모델은 배기량 2.1리터에 200마력의 출력을 뿜어내는 5기통 터보차저 엔진 덕분에 단숨에 빠른 스포츠카 카테고리로 들어가게 되었다.
Ur-콰트로의 4륜 구동 시스템은 효율적이었을 뿐만 아니라 우아한 분위기도 가지고 있었다.
변속기를 통과하는 중공축(hollow shaft )은 당시 일반적이었던 육중한 트랜스퍼 케이스뿐만 아니라 앞 차축에 연결되는 보조 샤프트도 더 이상 필요 없는 것으로 만들어버렸다. 아우디는 스포티한 양생 차량을 위해 상시 4륜 구동 시스템을 개발했다. 베벨 기어로 구성된 디퍼런셜은 앞 차축과 뒤 차축에 동력을 균등하게 분배했고, 미끄러운 노면에서 운전자는 앞 차축뿐만 아니라 뒤 차축 디퍼런셜까지 수동으로 잠글 수 있었다.
1982년부터 콰트로 기술은 점차 모든 모델 시리즈에 도입되기 시작했다. 1984년 아우디는 Ur-콰트로보다 전장과 휠 베이스가 짧은, 출력 306마력의 수퍼카 ‘스포츠 콰트로(Sport quattro)’를 선보였다. WRC(World Rally Championship) 승인 버전이었던 스포츠 콰트로는 현재 높은 가치를 인정 받는 클래식카로 알려져 있다. 이후 “긴(long)” 콰트로가 1991년까지 생산되었는데 1989년부터는 220마력의 4-기통 엔진이 장착되었다.
1986년 아우디는 양산 모델에 새로운 SLCD(self-locking center differential) 시스템을 도입했다. 이 디퍼렌셜 역시 정밀한 구조로 기계적이면서 매우 지능적으로 작동했다. 토센(Torsen)이라는 명칭은 “토크(torque)”와 “감지(sensing)”의 준말이다. 디퍼렌셜 내에 있는 특수 가공된 웜 기어는 엔진 동력을 빛처럼 빠른 속도로 재분배하여 두 차축 중 접지력이 더 좋은 쪽으로 최대 75퍼센트의 동력을 전달할 수 있었다. 토센 디퍼렌셜의 유연성은 ABS(anti-locking break system)가 항상 최적의 효과를 발휘할 수 있도록 하는 또 하나의 발전을 이루게 해주었다.
1995년에는 디젤엔진에 콰트로가 처음 적용되었다. 1998년부터는 가로배치 엔진(transverse-mounted engine)을 탑재한 소형 아우디 모델에도 4륜 구동이 채택되었다. 이 모델에는 특수 기술이 이용된다. 전자식으로 제어되는 다판(multi-plate) 클러치가 프로펠러 축 끝에 장착되어 있으며 전동 펌프로부터 오일을 공급 받는다. 오일 압력으로 플레이트(plates)가 압착되면 - 극한의 조건에서는 최대 100%까지- 앞 차축에서 뒤 차축으로 지속적으로 토크를 전달한다.
전통적인 콰트로 드라이브 트레인은 2005년 비대칭/동적 토크 분배 방식이 적용된 새로운 SLCD(self-locking center differential)로 발전했다. 이 새로운 방식은 일반 주행 조건에서는 앞 차축과 뒤 차축 사이에 동력을 40:60의 비율로 분배하고, 주행 조건의 변화에 따라 최대 60%의 토크를 앞 차축으로 전달하고 최대 80%를 뒤 차축으로 전달할 수 있다. SLCD는 유성 기어(遊星 기어; planetary gear)로 구성되며 전자식이 아닌 기계식으로 작동한다.
콰트로 포트폴리오는 580마력, 트윈 터보차저 V10 엔진이 탑재된 아우디 RS 6에서 정점을 선보였다. 고성능 스포츠카 R8 5.2 FSI 콰트로의 경우는 자연 흡기방식의 5.2리터 엔진을 통해 525마력의 출력을 뿜어 낸다. 특별한 기술적 개념과 대형 미드 엔진 때문에 R8 5.2 FSI 콰트로에는 매우 특수한 콰트로 드라이브트레인이 장착되었다. 이 시스템의 핵심은 점성 유체 속에서 회전하는 플레이트 패키지를 포함하고 있는 앞 차축의 비스커스 커플링(viscous coupling)이다. 이 커플링은 평상 시 동력의 약 15%를 앞 차축으로 보내는데, 필요할 경우에는 최대 30%의 동력을 앞 차축으로 보낸다.
1990년 아우디는 첫 S 모델을 출시했다. 다이내믹한 파워와 세련된 스타일을 특징으로 하는 S2 쿠페는 아우디가 성공을 거둔 첫 번째 S 모델 라인이 되었다. 아우디 S 모델은 항상 최강의 기술력을 선보여왔다. 최근의 S 모델로 2008년 출시된 S4는 주행 상황에 따라 후륜에 전달되는 엔진 토크를 좌우측 뒷바퀴에 능동적으로 분배하는 첨단 솔루션인 스포츠 디퍼런셜을 채택한 점이 특징이다.
이러한 토크 벡터링(torque vectoring)은 타판 클러치를 통해 구동기(actuator)로 작동되는 디퍼런셜의 2개의 중첩 기어에 의해 구현된다. 운전자가 곡선 도로에서 핸들을 돌리거나 가속을 하면 토크의 많은 부분이 바깥쪽 바퀴에 전달되어 차체의 방향이 완벽하게 제어된다. 따라서 언더스티어나 오버스티어 가능성이 미연에 방지된다.
1994년 ‘RS 2 아반트’ 모델로 시작된 제품 라인인 RS 모델은 아우디 모델 중 최고의 역동성을 보여준다. 2000년부터 콰트로 GmbH에 의해 개발되어 온 RS 모델은 끊임 없이 첨단 기술을 선보이고 있다. 뉴 RS 5 쿠페에는 최신 콰트로 기술인 크라운-기어 센터 디퍼런셜과 토크 벡터링이 적용되어 그 기술력을 과시했다.
정리 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
자료제공 / 아우디코리아
이 새로운 센터 디퍼렌셜 내에는 회전하는 2개의 크라운 기어가 있다. 크라운 기어라는 이름은 톱니바퀴가 왕관 같다고 해서 붙여진 것이다. 뒤쪽 크라운 기어는 뒤 차축 디퍼렌셜용 프로펠러 샤프트를 구동시키고 앞쪽 크라운 기어는 앞 차축 디퍼렌셜용 출력(output) 샤프트를 구동시킨다. 크라운 기어는 4개의 회전 가능한 피니언 기어와 맞물리는데 이 두 기어는 서로 직각으로 배치되어 있으며 디퍼렌셜 하우징을 통해 변속기 출력 샤프트에 의해 구동된다.
일반적 주행 조건에서는 2개의 크라운 기어가 하우징과 동일한 속도로 회전한다. 크라운 기어의 독특한 형상은 의도적으로 비대칭적 동력 분배 효과를 제공함으로써 평상 시 엔진 토크의 60%를 뒤쪽 차축 디퍼렌셜에 배분하고 앞쪽에는 40%를 배분한다.
한쪽 차축이 접지력을 잃어 토크가 변하면 디퍼렌셜 내에서 회전 속도에 차이가 발생하고 차축의 힘에 의해 인접 플레이트 패키지가 서로 간에 압착된다. 그 결과로 자체 잠김 효과가 발생해 접지력이 더 좋은 차축으로 대부분의 토크가 전달되며, 최대 85%의 토크가 뒤 차축으로 15%는 앞 차축으로 전달된다. 반면, 뒤쪽 차축이 접지력을 잃으면 반대의 현상이 일어나 토크의 최대 70%가 앞 차축으로 전달된다. 기계식과 전자식의 결합인 것이다.
토크 분배의 범위가 이와 같이 더욱 넓어졌기 때문에 크라운-기어 디퍼렌셜은 이전 모델을 능가하는 접지력을 발휘하며, 동력과 토크가 거의 일정하고 타임 래그연 없이 재분배 된다. 또한, 기계적으로 작동되므로 최대의 효율과 즉각적인 응답성이 보장된다. 크라운-기어 디퍼렌셜의 또 다른 장점은 작은 크기와 4.8kg에 불과한 가벼운 무게이다.
RS 5를 비롯해 이 첨단 기어를 장착한 다른 모든 모델에서 아우디는 크라운-기어 디퍼렌셜과 함께 제동(breaking) 관리를 위한 지능형 소프트웨어 솔루션인 토크 벡터링을 결합시켰다. 많은 앞바퀴 굴림 모델에서 전자식 차축-디퍼렌셜 잠금 방식이 표준화되어 ESP의 개선이 이루어짐에 따라 토크 벡터링이 4바퀴 모두에 적용될 수 있게 되었다. 이 새로운 시스템은 더욱 정확하고 다이내믹한 코너링을 가능하게 해 준다.
고속 코너링 시 이 소프트웨어는 운전자의 스티어링 입력, 측 방향 가속력, 필요한 가속 수준 등을 바탕으로 4개의 모든 차륜에 최적의 동력 배분을 계산하며, 곡선 안쪽의 두 바퀴(거리가 줄어드는 쪽)가 접지력을 잃어버리려는 순간을 감지하면 최소의 압력으로 브레이크 디스크 패드를 가볍게 눌러 이 바퀴들에 약간의 제동력을 가함으로써 접지력을 확보해 준다. 다양한 구동 토크가 추가적인 스티어링 토크를 발생시켜 바퀴의 미끄러짐이 시작되려는 순간 이를 방지해준다. 이러한 주행 지원은 부드럽게 지속적으로 제공되므로 차량의 안정성이 더욱 높으며 회전과 가속 시 언더 스티어도 사실상 거의 발생하지 않는다. 마지막으로, 그러나 역시 중요한 역할을 하는 ESP는 필요할 경우 나중에 더욱 부드러운 방식으로 개입하게 된다.
아우디 콰트로 20년 동안 330만대, 현재 120개 버전에 적용
아우디 콰트로(quattro)의 30년은 곧 ‘기술을 통한 진보(Vorsprung durch Technik)’의 30년, 성공의 30년이다. 1980년부터 2009년까지 아우디는 약 330만 대의 콰트로 드라이브트레인 적용 차량을 생산해왔다.
아우디는 현재 승용차 전 라인업에 풀 타임 4륜 구동 승용차를 생산하는 유일한 브랜드다. 아우디는 2009년 한 해 동안 31만 6,000대가 넘는 콰트로 모델을 판매했다. 현재 아우디의 모델 라인업에는 120종이 넘는 콰트로 버전이 포함되어 있으며, 4륜 구동으로만 생산되는 모델도 여러 종류가 있다. 양산 모델 외에도 더욱 다이내믹한 특성을 가진 S 및 RS 모델 역시 중요한 역할을 하고 있다.
아우디 최초의 콰트로는 1980년 3월 제네바 모터쇼에서 첫 선을 보였는데, 당시 개발 책임자였던 페르디난트 피에히(Ferdinand Piëch) 박사가 콰트로 개발을 이끌었다. 현재 ‘Ur-콰트로(Ur-quattro)’라고 불리는 이 박스형 쿠페 모델은 배기량 2.1리터에 200마력의 출력을 뿜어내는 5기통 터보차저 엔진 덕분에 단숨에 빠른 스포츠카 카테고리로 들어가게 되었다.
Ur-콰트로의 4륜 구동 시스템은 효율적이었을 뿐만 아니라 우아한 분위기도 가지고 있었다.
변속기를 통과하는 중공축(hollow shaft )은 당시 일반적이었던 육중한 트랜스퍼 케이스뿐만 아니라 앞 차축에 연결되는 보조 샤프트도 더 이상 필요 없는 것으로 만들어버렸다. 아우디는 스포티한 양생 차량을 위해 상시 4륜 구동 시스템을 개발했다. 베벨 기어로 구성된 디퍼런셜은 앞 차축과 뒤 차축에 동력을 균등하게 분배했고, 미끄러운 노면에서 운전자는 앞 차축뿐만 아니라 뒤 차축 디퍼런셜까지 수동으로 잠글 수 있었다.
1982년부터 콰트로 기술은 점차 모든 모델 시리즈에 도입되기 시작했다. 1984년 아우디는 Ur-콰트로보다 전장과 휠 베이스가 짧은, 출력 306마력의 수퍼카 ‘스포츠 콰트로(Sport quattro)’를 선보였다. WRC(World Rally Championship) 승인 버전이었던 스포츠 콰트로는 현재 높은 가치를 인정 받는 클래식카로 알려져 있다. 이후 “긴(long)” 콰트로가 1991년까지 생산되었는데 1989년부터는 220마력의 4-기통 엔진이 장착되었다.
1986년 아우디는 양산 모델에 새로운 SLCD(self-locking center differential) 시스템을 도입했다. 이 디퍼렌셜 역시 정밀한 구조로 기계적이면서 매우 지능적으로 작동했다. 토센(Torsen)이라는 명칭은 “토크(torque)”와 “감지(sensing)”의 준말이다. 디퍼렌셜 내에 있는 특수 가공된 웜 기어는 엔진 동력을 빛처럼 빠른 속도로 재분배하여 두 차축 중 접지력이 더 좋은 쪽으로 최대 75퍼센트의 동력을 전달할 수 있었다. 토센 디퍼렌셜의 유연성은 ABS(anti-locking break system)가 항상 최적의 효과를 발휘할 수 있도록 하는 또 하나의 발전을 이루게 해주었다.
1995년에는 디젤엔진에 콰트로가 처음 적용되었다. 1998년부터는 가로배치 엔진(transverse-mounted engine)을 탑재한 소형 아우디 모델에도 4륜 구동이 채택되었다. 이 모델에는 특수 기술이 이용된다. 전자식으로 제어되는 다판(multi-plate) 클러치가 프로펠러 축 끝에 장착되어 있으며 전동 펌프로부터 오일을 공급 받는다. 오일 압력으로 플레이트(plates)가 압착되면 - 극한의 조건에서는 최대 100%까지- 앞 차축에서 뒤 차축으로 지속적으로 토크를 전달한다.
전통적인 콰트로 드라이브 트레인은 2005년 비대칭/동적 토크 분배 방식이 적용된 새로운 SLCD(self-locking center differential)로 발전했다. 이 새로운 방식은 일반 주행 조건에서는 앞 차축과 뒤 차축 사이에 동력을 40:60의 비율로 분배하고, 주행 조건의 변화에 따라 최대 60%의 토크를 앞 차축으로 전달하고 최대 80%를 뒤 차축으로 전달할 수 있다. SLCD는 유성 기어(遊星 기어; planetary gear)로 구성되며 전자식이 아닌 기계식으로 작동한다.
콰트로 포트폴리오는 580마력, 트윈 터보차저 V10 엔진이 탑재된 아우디 RS 6에서 정점을 선보였다. 고성능 스포츠카 R8 5.2 FSI 콰트로의 경우는 자연 흡기방식의 5.2리터 엔진을 통해 525마력의 출력을 뿜어 낸다. 특별한 기술적 개념과 대형 미드 엔진 때문에 R8 5.2 FSI 콰트로에는 매우 특수한 콰트로 드라이브트레인이 장착되었다. 이 시스템의 핵심은 점성 유체 속에서 회전하는 플레이트 패키지를 포함하고 있는 앞 차축의 비스커스 커플링(viscous coupling)이다. 이 커플링은 평상 시 동력의 약 15%를 앞 차축으로 보내는데, 필요할 경우에는 최대 30%의 동력을 앞 차축으로 보낸다.
1990년 아우디는 첫 S 모델을 출시했다. 다이내믹한 파워와 세련된 스타일을 특징으로 하는 S2 쿠페는 아우디가 성공을 거둔 첫 번째 S 모델 라인이 되었다. 아우디 S 모델은 항상 최강의 기술력을 선보여왔다. 최근의 S 모델로 2008년 출시된 S4는 주행 상황에 따라 후륜에 전달되는 엔진 토크를 좌우측 뒷바퀴에 능동적으로 분배하는 첨단 솔루션인 스포츠 디퍼런셜을 채택한 점이 특징이다.
이러한 토크 벡터링(torque vectoring)은 타판 클러치를 통해 구동기(actuator)로 작동되는 디퍼런셜의 2개의 중첩 기어에 의해 구현된다. 운전자가 곡선 도로에서 핸들을 돌리거나 가속을 하면 토크의 많은 부분이 바깥쪽 바퀴에 전달되어 차체의 방향이 완벽하게 제어된다. 따라서 언더스티어나 오버스티어 가능성이 미연에 방지된다.
1994년 ‘RS 2 아반트’ 모델로 시작된 제품 라인인 RS 모델은 아우디 모델 중 최고의 역동성을 보여준다. 2000년부터 콰트로 GmbH에 의해 개발되어 온 RS 모델은 끊임 없이 첨단 기술을 선보이고 있다. 뉴 RS 5 쿠페에는 최신 콰트로 기술인 크라운-기어 센터 디퍼런셜과 토크 벡터링이 적용되어 그 기술력을 과시했다.
