안녕하세요~ 린드우디입니다~!

오랜만에 굴당에 아우디 관련 기술 자료를 올려보네요~

사실 그동안 기계식 토센 콰트로의 동작 원리를 많이 분석했지만 딱 한가지 이해 못한 부분이 있었습니다.

그런데 드디어! 그 부분을 이제서야 이해 하게 되어 오늘 정리를 한번 해봅니다~!

일단 토센 디퍼렌셜의 동작 원리를 설명하는 아래 영상을 먼저 보시는걸 추천드리며~

https://youtu.be/burTcxhF8hI

https://youtu.be/Y5o0u_6Y1fo

위 영상 내용이 이해가 가셨다면 오늘 내용을 보시는데 도움이 되실겁니다~!

아무튼 최근에 제가 기계식 사륜 차량은 코너 진입시 센터 디프의 잠금 토크로 인해

직진성 증가로 진입 언더스티어 발생 가능성이 있다 라고 정리를 하였었는데요.

기계식 사륜의 센터 디프를 분석하면서 평소 이해가 가지 않았던 부분이 있었는데

이해 되지 않던 부분을 드디어 개념이 잡혀 해당 내용을 정리해보고자 합니다.

세로배치 아우디에 적용되는 "비대칭 토크 배분 토센 센터 디퍼렌셜"

토센의 기본 동작 원리는 내부 헬리컬 기어들이 회전할때 발생하는 축 방향의 힘(Axial force)이 핵심입니다.

전륜과 후륜의 접지력 차이가 발생하면 내부 기어간 마찰로 전륜과 후륜 사이드 기어를 하우징으로 밀어내죠.

이때 위 스샷에 있는 것 처럼 마찰재(Friction plate)가 잠금 토크를 만드는데 큰 역할을 합니다.

전륜/후륜과 연결된 사이드 기어들이 하우징과 강하게 마찰하면서 잠금 토크를 만들죠.

그런데 잘 보시면 "가속/악셀전개 마찰재(Friction plate under throttle)"와 

"감속/타력주행 마찰재(Friction plate in overrun)"가 구별 되어 있으며 재질도 달라 보입니다.

너무 당연하게도 가속이 될때 노면 접지력을 넘어서는 구동력이 전달되어 휠스핀의 가능성이 있으니

가속할때는 더 강한 마찰로 잠금 토크를 증가 시키고 감속이 될때는 잠금 토크를 최소화 시키는걸로 보입니다.

특히 코너링시에는 감속할때 잠금 토크가 강할경우 직진성 증가로 언더스티어가 증가할것이고

이것을 방지 하기 위해서라도 "가속/악셀전개"와 "감속/타력주행"의 잠금 토크 차이를 두는게 좋겠죠.

그런데 아무리 기술자료의 내용을 봐도 "가속/악셀전개"를 할때와 "감속/타력주행"를 할때

각 기어들에 작용하는 "축으로 작용하는 힘의 방향이 어떻게 바뀌는지" 이해가 가지 않았습니다.

헬리컬 기어의 나선 방향(LH / RH)과 회전 방향의

차이에 따른 축에 작용하는 힘의 방향의 변화

위와 같이 헬리컬 기어의 "나선 형태 + 회전 방향"에 따라 

축에 작용하는 힘의 방향이 달라지는건 알고 있었지만...

위 그림과 같이 자동차가 전진을 하고 있는 상황이라면 가속을 하든, 감속을 하든

센터 디프의 내부 헬리컬 기어들의 회전 방향은 바뀌지 않기 때문입니다.

이 부분에서 한참을 헤메다가 헬리컬 기어의 또 다른 특성을 하나 찾았는데

드디어 가속/감속 상황에서의 축에 작용하는 힘의 방향의 바뀜을 이해하게 되었습니다.

(기계공학 전공이 아니다보니 이해가 쉽지 않네요ㅎㅎ)

헬리컬 기어의 또 다른 특징 중 하나는 바로 "구동 기어"와 "피동 기어"가 서로 바뀌면

"기어의 나선 모양과 회전 방향이 같아도 축으로 작용하는 힘의 방향이 바뀐다"였습니다.

위 내용을 이해하고 나서 바로 토센 센터 디퍼렌셜에 한번 적용시켜 봤습니다.

악셀을 밟아 가속을 할때는 변속기 출력과 직결된 디퍼렌셜 하우징과 유성기어들이 "구동 기어"이며

전륜/후륜과 직결된 사이드 기어들은 "피동 기어"입니다.

따라서 축에 작용하는 힘의 방향은 "가속/악셀전개 마찰재"를 향해 마찰합니다.

"가속/악셀전개 마찰재"는 강한 잠금 토크를 위해 마찰력이 높은 재질로 세팅했을 것입니다.

타력주행하거나 브레이크를 밟아 감속할땐 전륜/후륜과 직결된 사이드 기어들이 "구동 기어"이며

디퍼렌셜 하우징과 유성 기어들은"피동 기어"입니다. (엔진 브레이크를 생각하시면 이해가 쉽습니다)

따라서 축에 작용하는 힘의 방향은 "감속/타력주행 마찰재"를 향해 마찰합니다.

"감속/타력주행 마찰재"는 약한 잠금 토크를 위해 마찰력이 낮은 재질로 세팅했을 것입니다.

사실 여기서 이런 생각도 들었습니다.

"코너 진입시 직진성을 낮추기 위해 마찰력이 거의 없는 마찰재를 넣어도 되지 않을까?"

근데 만약 그렇게 한다면 감속/타력 주행시 사륜 토크 배분이 제대로 안될테니

고속으로 차량을 항속 주행 할때 직진성 / 안정성이 떨어질수 있겠다는 생각이 들더군요.

그렇다면 "감속/타력주행 마찰재"는 약한 잠금 토크를 위한 마찰재 선정이 매우 중요할듯 보입니다.

어느정도 안정성도 보장하면서 코너링에서는 방해 되지 않을 정도로 적당한 마찰재...

어쨌든 위와 같이 내용을 정리해 보았고 그동안 이해가지 않았던 부분이 풀려 속이 시원했습니다.

그리고 마찰재만 바꿔도 잠금 토크의 비율도 바꿀수 있겠다는 재밌는 생각도 들었네요ㅎㅎ

전자식 사륜의 경우 이런 기계적인 부분 보다는 각종 센서의 input값을 바탕으로 프로그래밍해서

상황에 맞게 클러치를 조여 잠금 토크를 만들어 내면 되니 전자식이 개발은 더 편해 보이긴 합니다.

긴글 읽어주셔서 감사합니다~