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"무려 30년 전통" 포르쉐의 영민한 4륜 구동 시스템

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보편화된 4륜 구동 시스템
포르쉐는 30년 전부터 연구했다

4륜 구동이란 바퀴 4개 모두 동력을 전달하는 형태를 말한다.. 험난한 지형을 헤쳐나가는데 유리하기 때문에 SUV 위주로 많이 활용되었으며, 안정성이 높다는 장점 때문에 일반 승용차나 스포츠카에도 많이 적용되고 있다. 몇몇 제조사는 자사의 4륜 구동 시스템에 별도의 이름을 부여해 브랜드화하기도 한다.


포르쉐는 스포츠카 브랜드임에도 불구하고 30년 전부터 4륜 구동 시스템을 연구해 왔다. 그 결과 고속 주행에도 차체가 안정적이며, 트랙션 확보에 유리해져 감속 후 재가속에 유리하다. 그 덕분에 각종 레이싱에서 훌륭한 성적을 거뒀다. 30년 전통의 포르쉐 4륜 구동 시스템, 그리고 오늘날 4륜 구동에 적용되는 기술력에 대해 알아보자.


포르쉐 4륜 구동의 시작
964 카레라 4

포르쉐가 설립되기 전인 1899년, 페르디난드 포르쉐가 각 바퀴에 전기모터를 결합시켜 4륜 구동 시스템을 개발한 적 있었다. 기술적으로 많이 부족하고 무게도 무거웠지만 당시 기술로 만들 수 있는 가장 빠른 자동차였다. 페르디난드 포르쉐 박사는 이때부터 4륜 구동의 가능성을 높게 보고 있었던 것이다.


90년이 지난 1988년, 4륜 구동이 장착된 최초의 포르쉐 양산차가 등장했다. Type 964 포르쉐 911 카레라 4는 센터 디퍼렌셜에 플래니터리 기어를 장착해 동력을 배분하는 방식을 채택했다. 또한 멀티 디스크 락은 프런트 및 리어 액슬 사이의 센터 디퍼렌셜 락과 리어 액슬 위에 위치하도록 했다. 4륜 구동 시스템 덕분에 리어엔진 배치로 인한 무게 배분의 물리적 한계를 극복했다.


포르쉐 전설의 모델
959에 적용된 4륜 구동 시스템

포르쉐의 전설로 평가받고 있는 959에서는 유압으로 작동되는 다판 클러치 구조의 센터 디퍼렌셜을 장착한 4륜 구동 시스템을 장착했다. 가속도 센서, 엑셀 페달 포지션 센서, 과급압 센서 등을 연동해 구동력 배분을 위한 알고리즘을 만들어냈다. 시대를 앞서간 획기적인 기술이었다.


평상시에는 구동력이 40:60으로 배분되며, 험로에서는 디퍼렌셜을 잠가 구동력을 50:50으로 배분한다. 그리고 상황에 따라 20:80으로 배분해 후륜에 더욱 힘을 실어줄 수 있다. 이 구동력은 4가지 드라이빙 모드를 운전자가 선택함으로써 가능하다. 우수한 동력 성능과 4륜 구동 시스템이 더해지면서 959는 슈퍼카라는 칭호를 최초로 받게 된다.


패시브 행온 시스템을
장착한 Type 993

1993년 출시된 Type 993에서는 패시브 행온 시스템을 장착한 2세대 4륜 구동 시스템을 적용했다. 이 시스템은 리어 및 프런트 엑슬 사이의 속도 차이가 존재할 경우, 패시브 비스커스 커플링 장치가 동력의 일부를 프런트 액슬로 배분한다.


평상시에는 5:95로 구동하다가 주행 상황에 따라 40:60으로 구동하는 방식이며, 구조가 더욱 간단해졌다. 그리고 이전 모델인 964에서 단점으로 지적되었던 핸들링이 개선되었다. 이 시스템은 다음 세대인 996 시리즈에 그대로 계승되었다.


포르쉐 트랙션 매니지먼트를
최초로 적용한 카이엔

2002년, 포르쉐가 처음으로 출시한 SUV 카이엔과 함께 포르쉐 트랙션 매니지먼트(PTM)의 시대가 열렸다. PTM은 엔진 출력을 프런트와 리어에 각각 38:62의 비율로 분배하는 상시 4륜 구동 시스템이다.


감속 기어와 전자식 제어 센터 디퍼렌셜 락을 통해 SUV가 지녀야 할 완벽한 오프로드 기능을 구현하며 역동적인 주행 성능까지 가능하게 했다.


PTM이 탑재된 최초의 911
Type 997 터보

2006년, 포르쉐는 Type 997 터보 모델을 통해 스포츠카 전용의 더욱 강화된 PTM을 선보였다. 전자석을 이용하는 전자 제어 방식 다판 클러치를 채용했다.


이 방식은 패시브 비스커스 커플링을 사용하는 이전 방식보다 훨씬 빠르고 정확하게 리어 및 프런트 액슬 사이에 구동력을 배분해 준다. 2008년에는 997 카레라 4에도 PTM이 적용되었다.


신개념 4륜 구동 시스템을 적용한
918 스파이더

2013년에 출시된 포르쉐의 하이퍼카 918 스파이더에는 독립식 AWD라고 불리는 4륜 구동 시스템이 탑재되었다. 독립식 AWD는 전륜과 후륜이 각기 다른 시스템으로 움직인다. 후륜은 엔진과 전기모터, 전륜은 전기모터가 각각 담당한다.


여기에 후륜이 최대 3도가량 조향 되는 리어 액슬 스티어링까지 더해져 4륜 구동의 안정적인 움직임과 후륜 특유의 민첩한 움직임 모두를 만족했다. 구동축에 적용된 각각의 전기모터 덕분에 제로백 가속성능은 2.5초에 불과하고 유럽 기준으로 33.1km/L이라는 놀라운 연비를 실현했다.


PTM으로 더욱 향상된
민첩성과 안정성 및 견인력

포르쉐 4륜 구동 시스템은 혁신 그 자체다. PTM 시스템은 포르쉐 대부분의 모델에 적용되며 역동적인 주행 성능, 개선된 주행 안전성 및 향상된 견인력을 통해 더욱 스포티한 드라이빙 익스피리언스를 제공한다. 센서는 차량의 속도, 종횡 가속, 조향각을 포함해 네 개의 휠 속도를 지속적으로 모니터링할 수 있다.


또한 모든 센서 데이터를 분석함으로써 더욱 신속하고 효과적으로 프런트 액슬로 가해지는 추진력 배분을 조정할 수 있다. 예를 들어 가속 시 후륜 공회전의 위험성이 있다면, 더 많은 추진력이 전륜으로 전달된다. 코너 주행 시에는 측면 지지력에 문제가 없을 정도의 추진력만 전륜으로 배분된다. 또한 비나 눈으로 노면이 젖은 상태에서 PTM은 더욱 진가를 발휘한다.


물리적 가능성을
최적으로 활용하는 PTM

PTM은 물리적 조건을 활용해 최적의 주행 역학을 구현한다. 주행 상황에 따라 액슬에 전달되는 하중이 달라지는 것이다. 이처럼 휠 하중을 다이내믹하게 변화시킴으로써 주행 중 액슬 및 포지션에 따라 타이어에 다양한 수준의 동력을 전달할 수 있도록 한다.


예를 들어 오르막 직진 주행 시 후륜은 무거운 하중을 받아 더 큰 힘을 전달할 수 있다. 이 경우 PTM은 프런트 액슬에 전달되는 토크를 감소시킨다. 코너링 시 후륜 구동의 경우 전달 가능한 횡력이 모두 소진되면 타이어가 미끄러지면서 후방이 바깥쪽으로 밀리게 되지만 사륜구동은 프런트 액슬로 더 많은 토크를 전달해 후륜의 종력을 줄이고 큰 횡력을 타이어에 전달해 주행 안정성이 크게 향상된다.


최적의 동력 배분을 통해
PTM을 지원하는 보조 시스템

PTM의 장점은 모든 다이내믹 주행 시스템과 효율적인 연동과 상호 유기적 시스템 작동을 통해 운전자를 위한 최상의 주행 성능을 구현해 내는 것이다. 포르쉐 스태빌리티 매니지먼트(PSM)은 ASR(anti-slip regulation) 과 ABD(automatic brake differential) 기능을 사용해 각 휠에 가해지는 동력 배분을 개별적으로 제어한다.


포르쉐 토크 백터링 플러스(PTV Plus)는 PTM 컨트롤 시스템과 연동되어 사륜구동의 파워를 한층 더 증대시킨다. PTV Plus는 후 륜 개별 브레이크, 전자 제어식 리어 디퍼렌셜 락을 통해 가변 토크를 배분하며 스티어링 동작과 정확성을 향상시킨다.

행온 시스템은 지능형 제어 알고리즘과 능동 시스템을 기반으로 구현된다. 변속기 출력의 세컨드 다운 포스는 다판 클러치로 전달되며 이를 통해 프런트 액슬 드라이브의 완전 가변적인 작동이 가능하다.


카이엔과 마칸의 경우 오프로드 특성을 보장하는 추가 기능이 포함된 PTM이 탑재된다. 모든 시스템은 오프로드에 최적화되어 있으며, 오프로드 환경에서 견인력을 향상시키는 것을 목표로 한다. 운전자는 버튼 하나로 오프로드 기능을 사용할 수 있으며, 카이엔의 경우 이러한 기능을 단계별로 사용할 수 있다.


김재한 저널리스트(아우토슈타트 객원 에디터)

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