4WD 전성시대 도래한다.

같은 차종 중에 2WD와 4WD라고 하는 두 가지 구동방식을 갖고 있는 자동차가 많아지고 있다. 하지만 그것은 오프로더나 SUV가 아닌 세단과 왜건형의 승용차라는 것이 화제다. 더불어 프리미엄 브랜드의 세단들도 예외없이 4WD를 채용하고 있다. 물론 2WD가 없이 4WD만 채용하는 스바루 같은 메이커도 있다. 하지만 대부분은 2WD를 베이스로 4WD 시스템을 추가하고 있다.
최근에는 FF를 베이스로 한 컴팩트카에서도 어떤 방법으로든지 4WD를 만들어 배리에이션을 다양하게 넓히려는 움직임이 가속화되고 있다. 특히 눈이 많이 오는 지역에서는 4WD에 대한 수요가 더 많아지고 있다. 때문에 어떤 차종에서도 눈이 많은 나라에서 판매하려 한다면 4WD를 갖추치 않으면 안되는 상황에 이르렀다.
또 극단적인 주행성을 추구하고자 했을 때 2WD로서는 얻을 수 없는 것을 4WD의 메리트를 살려 핸들링의 레벨 업을 꾀한다고 하는 점에서 수요도 증가하고 있다. 예를 들면 고속도로에서 차선을 유지하고 달리고 있을 때 핸들 수정을 어느정도의 빈도와 크기로 하느냐를 비교했을 때 4WD는 유리하다고 하는 점이 작용하고 있는 것이다.
때문에 오늘날 4WD는 오프로드의 것이 아니라 포장도로를 달리는 승용차에 보통으로 채용되는 구동방식으로 인식되기에 이르렀다.
이 분야에서는 독일의 아우디가 먼저 거론된다. 아우디는 일찍부터 콰트로를 개발해 그 이름을 WRC(World Rally Championship) 등을 통해 널리 알렸다. 폭스바겐도 4모션이라고 하는 이름으로 골프와 보라, 파사트, 그리고 최고급차인 패이튼에도 채용하고 있다. 스포츠카의 포르쉐에서도 911카레라4라고 하는 4WD를 라인업하고 있으며 911 터보는 4WD가 표준으로 되어 있다. BMW는 X라고 하는 이름으로 4WD를 3세대 전인 E30형 3시리즈부터 배리에이션에 추가하고 있다. 지금은 X5와 X3가 있으며 330Xi라고 하는 세단형 4WD도 있다.
메르세데스 벤츠도 4매틱이라고 하는 이름으로 4WD 모델을 거의 전 라인업에 배치하고 있다.

왜 4WD인가.

4WD의 특징을 요약하자면 다음과 같다. 고성능을 노면에 제대로 전달하는 것, 고속주행에서의 안심감을 높이는 것, 비오는 날의 안정성 확보, 미끄러지기 쉬운 겨울철 도로에서의 주파성을 향상시키는 것 등이 그것이
그러면 2WD에 대해 4WD는 왜 이러한 메리트를 갖는 것일까?
그것은 타이어의 마찰원의 이론으로 이해할 수 있을 것이다.
이 타이어와 노면과의 마찰력으로 자동차는 달리고 돌고 멈춘다고 하는 움직임을 할 수 있는 것이다.
중요한 것은 여기에서 발생하는 마찰력, 즉 그립력에는 한계가 있다고 하는 것이다. 거기에서 그 마찰력을 전후 방향(구동력, 제동력)과 횡방향(코너링 포드)으로 나누어 사용한다.
구동력만 또는 제동력만을 단독으로 사용한다면 타이어가 발생할 수 있는 그립력의 최대한까지 사용하는 것이 가능하고 코너링 포스만을 사용한다면 이것도 마찬가지로 최대한까지 사용하는 것이 가능하다.
하지만 전후 방향과 횡방향의 그립력을 양방향 동시에 사용한다고 생각하면 그 합력이 한계에 달하는 데까지밖에 사용할 수 없다. 즉 각각의 방향에서의 한계까지는 사용할 수 없다고 하는 것이다. 그 한계를 넘어서면 합력의 미끄러지고 만다.
FR의 경우 예를 들면 미끄러지기 쉬운 커브에서 구동력을 크게 사용하면 뒷바퀴가 미끄러지고 만다. 휠이 스핀해 구동력이 나지 않을 뿐 아니라 옆 미끄러짐도 발생한다. 마찬가지로 FF의 경우에는 엑셀러레이터 페달을 강하게 밟으면 구동력인 앞바퀴를 커브를 도는 일과 가속하는 일 등 양 방향을 하지 않으면 안되어 금세 한계에 달해 미끄러지고 만다. 이 경우에는 미끄러지면서 언더 스티어가 된다.
바로 이런 점을 극복하기 위해 4WD가 등장한다. 타이어의 전후 방향과 횡방향의 그립력의 합력이 한계점에 달하는데까지 사용할 수 있도록 한다면 4WD는 타이어, 즉 바퀴 하나당 구동력은 약 절반으로 되기 때문에 같은 가속력을 얻어도 타이어에 걸리는 부담은 적어진다. 즉 운전자측에서 보면 타이어의 그립 한계가 높아진 것과 같은 효과가 있는 것이다.
타이어의 마찰력에는 한계가 있지만 그 한계점은 언제나 같지 않다. 같은 자동차에서도 타이어의 공기압, 중량, 노면 등 다양한 조건에 따라 변한다. 미끄러지기 쉬운 노면일수록 타이어의 마찰원의 한계점은 낮아지기 때문에 구동력이 분산되는 4WD가 유리해지는 것이다.

전후 중량배분을 어떻게 하느냐가 관건

4WD로 한다고 해서 모든 점이 좋아지는 것은 아니다. 물론 구동력이 분산되기 때문에 옆미끄러짐이 줄고 보다 안정감있는 주행이 가능해진다. 하지만 코너링의 관점에서는 4WD이기 때문에 모두 좋아지는 것만은 아니다. 그것은 전후의 타이어에 걸리는 자동차의 중량 배분이 변하지 않으면 핸들링의 특성도 변하기 어렵기 때문이다.
4WD로 해 변하는 것은 구동력을 부여하고 있을 때다. 그것은 가속시만이 아닌 정속 주행에서도 속도가 떨어지지 않도록 약간의 구동력을 주고 있기 때문에 유리하게 된다. 엑셀러레이터 페달을 늦추어 엔진 브레이크를 사용하고 있을 때도 4륜에 엔진 브레이크가 작동하면 불안정하지 않은 주행을 할 수 있게 된다.
그런데 코너링 때에는 전후의 그립 밸런스에 따라 그 특성이 결정되기 때문에 앞쪽이 무거운의 자동차는 4WD로 되어도 언더 스티어가 강한 것은 당연하다. 포르쉐 911처럼 뒤쪽이 무거운 자동차는 리어 타이어를 두텁게 해 밸런스를 맞추고 있다. 그런데 FF베이스의 4WD는 프론트에 두터운 타이어를 장착한다해도 언더 스티어 특성이 남아있게된다.

구동력 배분으로도 핸들링의 향상이 가능하다.

그런데 최근 4WD는 언더 스티어를 느끼지 않고 안정되면서도 회전하기 쉬운 특성으로 되어가고 있다. 그것이 가능한 이유 중 하나는 프론트 서스펜션의 강화다. 이것은 스프링과 댐퍼를 고정하는 것이 아닌 서스펜션 암과 그 연결 부분을 강화해 힘이 걸렸을 때에도 확실하게 작동하는 것이 가능하게 되었기 때문이다. 또 엔진 마운트의 강화도 이용하고 있다.
핸들을 꺾어 보디가 움직일 때 엔진도 함께 움직이면 요가 늦게 반응하도록 되어 드라이버의 의사에 충실한 반응을 보이게 되는 것이다.
나아가 구동력을 4륜에 전달할 때에 전후의 구동력 배분을 바꾸는 것에 따라 언더 스티어를 제거하고 있다. 전후의 토크 배분이 변하도록 플라네터리 기어를 사용하는 것이다. FF베이스의 4WD에서도 후륜의 구동력을 강하게 해 엑셀러레이터 페달을 밟아 가속해 가면 코너의 출구에서 언더 스티어를 내지 않도록 억제할 수 있도록 하는 것이다.
FR 베이스의 메르세데스 벤츠의 경우 전륜이 40%, 후륜이 60%라고 하는 분할이다. 같은 FR베이스의 BMW의 경우도 전륜 38%, 후륜 62%라고 하는 토크 배분으로 하고 있다. 이것은 FR을 4WD로 하는 것으로 언더 스티어로 되고 마는 것을 막고자 하는 이유 때문일 것이다. 아무래도 후륜구동의 맛을 남겨두고자 하는 의도가 이 전후구동배분에서 이해하는 것이 가능하다.