4륜 자동차 종류와 전륜과의 차이점 내용

자동차의 바퀴 4개 모두를 구동륜으로 하는 구동 방식을 4륜구동(4WD)이라고 합니다. 4륜구동은 험한 길을 잘 달리는 자동차라는 이미지를 떠올리는 경우가 많습니다. 확실히 험한 길에서 유리하지만 그 밖에도 다양한 장점이 있습니다. 4륜에 구동력을 배분해서 큰 구동력을 발휘시키거나 미끄러지기 쉬운 노면에서의 구동력을 높일 수 있습니다. 그렇기 때문에 스포츠 타입의 자동차에 4륜구동이 사용되는 경우도 있으며 이러한 능력은 험한 길에서만 발휘되는 것은 아닙니다. 일상적인 주행의 안전성을 높이는 효과도 있습니다. 하지만 2륜구동에 비해서 부품의 수가 늘어나기 때문에 무게가 무거워지고 따라서 연비도 떨어지고 가격도 비싸지게 됩니다. 4WD는 크게 파트타임 4WD, 풀타임 4WD, 하이브리드 4WD로 구분되며 풀타임 4WD에는 센터 디퍼렌셜식 풀타임 4WD, 토크 스플리트식 4WD가 있습니다. 토크 스플리트식에는 수동적으로 토크 배분을 하는 패시브 토크 스플리트식 4WD와 전자제어도 배분하는 액티브 토크 스플리트식 4WD가 있습니다. 이러한 전자제어 4륜구동에는 액티브 토크 스플리트식 외에 센터 디퍼렌셜의 제어를 하는 전자제어 센터 디퍼렌셜식 풀타임 4WD도 있습니다. 심하게 울퉁불퉁한 길에서는 바퀴가 노면에서 떨어지는 경우가 있습니다. 구동륜이 4륜이라면 바퀴 중 하나가 노면에서 떨어져도 접지된 바퀴로 주행할 수 있어 난관을 헤쳐 나가는 능력이 높아집니다. 이 개념은 맞지만 구동륜에는 디퍼렌셜이 설치되어있기 때문에 한쪽 구동륜이 노면에서 떨어지면 반대쪽 구동륜은 정지해버립니다. 4륜의 형식에 따라서는 앞뒤 바퀴에서도 같은 문제가 발생합니다. 험한 길을 달리기 위해서는 4륜구동도 디퍼렌셜 락이나 LSD의 사용이 필수적입니다. 자동차의 구동력은 타이어와 노면의 마찰에 의해 발생합니다. 얼음판처럼 마찰이 발생하기 힘든 곳에서는 구동륜에 큰 토크를 전달해도 휠 스핀이 발생할 뿐 자동차는 전진하지 못합니다. 이것만 보아도 마찰의 중요성을 알 수 있습니다. 이러한 마찰력을 타이어의 그립, 그립력이라고 하며 여기에는 한계가 있습니다. 이 한계는 노면과 타이어의 상태, 타이어에 걸린 중량에 따라 달라집니다. 예를 들어 총 100의 구동력을 발휘할 수 있는 엔진을 탑재한 자동차가 있고 노면의 그립 한계가 30이라고 가정하겠습니다. 이 자동차가 2륜인 경우 각 구동륜에 50의 힘을 전달하더라도 휠 스핀만 발생합니다. 엔진의 출력을 낮추어 전체 60의 구동력만 얻을 수 있습니다. 하지만 4륜이라면 각 바퀴에 25의 힘을 전달하더라도 그립 한계 이내에 있어 100의 구동력을 얻을 수 있습니다. 그렇기 때문에 고출력의 스포츠 타입의 자동차에서 4륜구동을 사용하는 경우가 있습니다. 그리고 그립 한계가 10인 노면의 경우에 2륜으로는 20의 구동력만 가능하지만 4륜이라면 40의 구동력을 낼 수 있습니다. 그래서 눈이 쌓여 미끄러운 노면에서도 4륜구동 자동차는 안정적으로 구동력을 낼 수 있게 됩니다. 자동차가 코너를 돌 때는 원심력에 대항하면서 자동차의 진행 방향을 바꾸려고 하는 힘인 코너링 포스가 필요합니다. 코너링 포스도 타이어와 노면의 마찰에 의해 발생하므로 그립한계의 영향을 받습니다. 그립한계가 60인 상황에서 2륜구동은 100의 구동력을 발휘하면 코너링 포스는 약 33밖에 안되지만 4륜구동은 약 55의 코너링 포스를 낼 수 있습니다. 즉 같은 구동력을 발휘하더라도 4륜구동의 코너링 포스가 크기 때문에 안정적으로 코너를 돌 수 있습니다. 고속 코너링은 물론이고 속도가 느린 코너링의 경우도 4륜구동의 안정성이 높습니다. 앞뒤의 파이널 드라이브 기어를 하나의 샤프트로 연결하고 여기에 트랜스미션의 출력을 전달하면 4륜구동이 됩니다. 이것을 직결식 4륜구동이라고 합니다. 앞뒤의 디퍼렌셜에 LSD나 디퍼렌셜 락을 추가하면 더욱 험한 길을 잘 달릴 수 있는 4륜이 됩니다. 하지만 이대로는 포장된 도로에서의 주행이 어렵습니다. 코너링 때 좌우 선회반경이 다르므로 구동륜에는 디퍼렌셜이 필요하며 앞바퀴와 뒷바퀴도 코너링 때의 선회반경이 다릅니다. 때문에 직결식 4륜구동은 뒷바퀴가 헛돌아 슬립이 나거나 앞바퀴에 끌려다니게 됩니다. 험한 길에서는 어느 정도의 헛바퀴가 허용되지만 그립의 한계가 높은 포장도로에서는 문제가 될 수 있습니다. 특히 작은 반경의 코너링 시에는 앞바퀴가 걸려서 브레이크를 밟은 느낌이 들어 매끄럽게 주행할 수가 없습니다. 이것을 타이트 코너 브레이크 현상이라고 하며 실용적인 4륜구동을 만들기 위해서는 대책이 필요합니다. 파트타임 4륜구동은 드라이버가 주행하는 환경에 따라 2륜과 4륜을 전환하면서 타이트 코너 브레이크 현상에 대처합니다. 센터 디퍼렌셜식 풀타임 4륜구동은 센터 디퍼렌셜로 이 문제에 대처하며 토크 스플리트식 4륜구동은 토크 배분을 하는 기구로 회전차를 흡수해서 타이트 코너 브레이크 현상에 대처하고 있습니다. 자동차의 다른 다양한 장치와 마찬가지로 4륜도 전자제어가 주류가 되고 있습니다. 기계적인 레이아웃과 사이즈, 중량은 패시브식 4륜과 액티브 토크 스플리트식에 큰 차이는 없습니다. 센터 디퍼렌셩식의 경우도 차동제한을 수동적으로 하느냐 전자제어를 하느냐의 차이뿐입니다. 현재의 엔진과 트랜스미션은 전자제어가 되고 있으며 구동에 관한 다양한 정보고 이미 많이 모여있습니다. ABS의 표준화에 의해 바퀴 4개의 속도 정보도 확보되며 비교적 손쉽게 전자제어화를 할 수 있습니다.