안녕하세요~ 린드우디입니다~!

오늘은 아우디 고성능 S, RS차량들의 후륜에 장착되는 

스포츠 디퍼렌셜의 동작원리와 코너링 시 활용 방법에 대해 정리해 보고자 합니다~

정확하게는 "능동 토크 벡터링 시스템을 활용한 코너링 주행 방법"이라고도 볼 수 있으며

신형 RS3의 토크 스플리터라든지 미쯔비시 랜서 에볼루션의 AYC가 장착된 차량도 해당됩니다~

1. 스포츠 디퍼렌셜이 뭐에요?

아우디의 고성능 S, RS모델의 후륜에는 스포츠 디퍼렌셜이라고 부르는 "능동 토크 벡터링"이 들어가 있습니다.

아마 "한쪽 바퀴로 토크 몰아준다는 그거?" 정도로는 이미 알고 계실겁니다.

하지만 정확한 동작 원리와 사용 방법에 대해서는 잘 모르시는 분들이 많으실 거라 생각합니다.

왜냐하면 "한쪽으로 토크를 몰아준다"정도로는 스포츠 디퍼렌셜의 정확한 동작 원리가 설명이 안되거든요.

스포츠 디퍼렌셜의 원리를 알기 위해서는 차동 제한 장치, 즉 LSD(Limited slip differential)를 먼저 알아야 합니다.

https://damoang.net/car/108986

LSD에 대한 더 자세한 설명은 예전에 제가 썼던 위 글을 참고 해주시구요~!

위 글을 보시고 LSD를 이해 하셨다는 가정하에 다시 한번 더 간략하게 정리해 드리자면...

자동차가 코너링을 하면 아래 사진과 같이 차량의 하중이 바깥쪽 바퀴로 쏠리게 됩니다.

이때 차량의 하중이 외륜으로 쏠리면 자연스럽게 내륜쪽 접지력이 부족해지게 되고

LSD가 없는 차량의 경우 차량의 출력이 내륜의 휠스핀으로 소비되어 가속력이 떨어지게 됩니다.

위 그림과 같이 접지력이 없는 바퀴의 휠 스핀으로 구동력이 소비되어 차량이 전진을 제대로 못하게 되죠.

그런데 LSD가 있으면 이 문제가 해결 됩니다.

LSD(Limited slip differential) -> 차동을 제한한다.

말 그대로 좌우 바퀴의 회전이 따로 돌지 못하도록 강제로 제한을 하는 것입니다.

보통 오프로드 차량들은 LD(Locking differential)이라는 정말로 좌우 바퀴를 한축으로 묶는 기능을 하지만

서킷 주행이나 와인딩에서 그랬다가는 디퍼렌셜이 박살 나므로 느슨하게 묶게 됩니다.

그래서 스포츠 주행을 하는 차량들은 LD가 아니라 LSD가 들어가 있게 되죠.

위 사진처럼 코너링 시 LSD가 동작하면 좌우 바퀴를 묶어버려 내륜 바퀴가 헛돌든 말든

외륜으로 토크가 전달되기 때문에 차량은 빠르게 코너링을 할 수 있게 됩니다.

여기서 LSD의 작동 방식에 따라 기계식과 전자식으로 나뉘게 되는데요.

대표적인 기계식 LSD는 여러분들이 잘 아시는 토.센, 그리고 기계식 클러치 방식의 LSD가 있고

대표적인 전자식 LSD는 BMW의 M-Diff, 또는 아반떼N에 들어가는 e-LSD가 있습니다.

스포츠 디퍼렌셜의 경우 전자식 액추에이터로 동작하기 때문에 전자식 LSD에 속한다고 볼 수 있습니다.

자~! 그런데 과연 스포츠 디퍼렌셜과 다른 전자식 LSD의 차이점은 과연 뭘까요?

BMW M-Diff를 예를들어 설명 드리면 좌우 바퀴를 묶는 역할만 하기 때문에

위 사진과 같이 습식 클러치가 1개가 들어가 있고 클러치를 체결하면 좌우 바퀴를 묶게 됩니다.

그런데 스포츠 디퍼렌셜의 구조도를 보시면 위 그림과 같이 좌우에 습식 클러치가 하나씩 붙어서

총 2세트의 습식 클러치가 자리잡고 있습니다.

"오~! 그러면 한쪽 클러치가 붙으면 토크가 한쪽으로 더 가는 거구나!"라고 직관적으로 이해가 가능하실 겁니다.

근데 사실 그 정도로 끝나는 얘기였다면 제가 굳이 이렇게 장황하게 글을 쓰진 않았겠죠~

스포츠 디퍼렌셜의 능동 토크 벡터링의 핵심은 바로 "토크 오버레이 기어"입니다.

습식 클러치 하나에 토크 오버레이 기어 세트가 하나씩 붙어 있고, 총 두 세트의 토크 오버레이 기어 세트가 있으며

이 녀석들이 해주는 역할은 바로 "토크 중첩"과 "증속기"입니다.

이때 한쪽 바퀴로 전달되는 토크 경로는 총 2가지가 되는데

첫번째 경로는 "오픈 디퍼렌셜 기어"를 통한 기본 토크 전달이 되겠고

두번째 경로는 "토크 오버레이 기어"를 통한 중첩 토크 전달이 되겠습니다.

여기서 능동 토크 벡터링의 정말 중요한 개념이 나오는데

"토크 오버레이 기어"라고 불리는 기어 세트는 "증속기"역할을 하고 있다는 것입니다.

위 그림과 같이 "토크 오버레이 기어세트"의 기어비는 38 : 33 x 23 : 29 = 0.913

즉, 습식 클러치가 체결되면 바퀴의 기어비와 구동 출력이 나오는 디퍼렌셜쪽 기어비는 1 : 0.913가 되는것입니다.

그러면 변속기를 통해 나온 엔진 출력이 디퍼렌셜을 분당 1000번 회전 시킬때

습식 클러치가 체결된 "토크 오버레이 기어"를 통해 증속된 바퀴는 분당 1095번 회전을 하게 됩니다.

쉽게 얘기해서 코너링을 할 때 스포츠 디퍼렌셜의 외륜쪽 습식 클러치를 체결하면 

외륜쪽 바퀴의 회전수가 10% 더 증가하게 된다는 것이죠~!

"오~ 신기하다! 근데 이게 코너링에 어떤 도움을 주는거지?"라는 생각이 드신다면 

한가지 쉽게 예를 들어 보겠습니다.

위 그림과 같이 클러치가 체결되는 방향에 따라 코너링시 외륜 바퀴의 회전수가 높아지면 

마치 원뿔이 굴러가듯이 코너링에서 차량의 거동에 영향을 주게 됩니다.

바로 이점이 스포츠 디퍼렌셜과 일반적인 전자식 LSD와의 가장 큰 차이점입니다

일반적인 전자식 LSD는 그냥 좌우 바퀴를 1 : 1로 묶는 역할이므로 하중이 충분히 한쪽으로 넘어가야 합니다.

만약 하중이 넘어가지도 않았는데 LSD가 동작해버리면 차는 직진성이 높아져 언더스티어를 내게 됩니다.

하지만 스포츠 디퍼렌셜은 1 : 1로 묶는 방식이 아니라 1 : 0.913로 묶는 방식이므로

하중이 충분히 넘어가지 않아도 외륜이 10% 더 회전하기 때문에 코너링에 도움이 됩니다.

실제로 스포츠 디퍼렌셜이 제대로 작동을 할때 느낌은

마치 누가 차량을 손으로 잡고 강제로 코너 안쪽으로 밀어 붙이는 느낌이 강하게 듭니다.

그리고 클러치가 마찰하면서 손실되는 2%의 토크를 제외한 나머지 48%의 토크와

오픈 디퍼렌셜로부터 나눠 받은 25%의 토크까지 합해서 총 73%의 토크를 클러치가 체결된 바퀴가 받게 됩니다.

재밌는 점은 외륜 바퀴의 회전수가 10% 증가한다는 얘기는 좌우 바퀴 회전수가 다르다는 얘기고

이건 LSD의 기본 동작인 "차동 제한"과는 정 반대로 "차동 허용"을 하면서 토크 배분이 됩니다.

그래서 그런지 아우디 측에서는 스포츠 디퍼렌셜을 전자식 LSD라고 부르지 않고

"토크 오버레이 디퍼렌셜"이라고 부르더군요.

만약 차량이 위 그림처럼 우코너를 돈다고 가정을 하면

1. 차량의 외륜쪽 바퀴의 회전수가 10% 증가되며 

2. 차량의 외륜쪽 바퀴로 구동 토크의 최대 73%가 전달 됩니다.

단순히 한쪽으로 토크를 몰아주기만 하는게 아니라 생각보다 더 복잡한 시스템인 것이죠.

그럼 도대체 왜 이런 방식을 아우디가 도입 했을까요?

가장 큰 이유는 아우디의 트레이드 마크라고 할 수 있는 네 바퀴에 모두 강한 구동력을 보내는 콰트로를 위해

네 바퀴로 연결된 샤프트가 대칭형인 레이아웃을 채택했고 그로 인한 프론트 헤비 구조의 단점 때문입니다.

콰트로를 위해 희생한 프론트 헤비 구조의 단점을 기술로 해결하기 위해 스포츠 디퍼렌셜을 채택한 것이죠.

참고로 국내는 S, RS에만 적용되어 오지만 독일에서는 일반 A, Q모델에도 스포츠 디퍼렌셜 옵션이 제공 되기도 합니다.

그러면 실제로 스포츠 디퍼렌셜이 장착된 차량과 없는 차량의 차이가 있을까요?

일단, 일상 생활에서 주행을 할땐 전혀 차이를 느끼기 힘듭니다.

왜냐면 주행 방법에 따라서 스포츠 디퍼렌셜이 작동하는 조건이 따로 있거든요.

이제 그 방법을 설명 드리고자 합니다.

2. 정석적인 코너링 방법

혹시 트랙션 서클이라는 단어를 들어보신적 있으신가요?

트랙션 서클(Traction Circle)은 자동차 타이어가 감당할 수 있는 그립(Grip)의 합을 원형으로 나타낸 물리적 개념으로

가속, 감속(브레이킹), 조향(코너링) 중 타이어가 지면과 결합하는 힘의 총량을 시각화한 것입니다.

가령 예를들어 코너 진입시 타이어가 사용할 수 있는 타이어 그립의 양이 100이라고 했을때

브레이크를 밟아 감속할때 종그립을 70정도 썼다면 조향을 해서 쓸수 있는 횡그립의 양은 30이라는 뜻입니다.

만약 제동을 해서 종그립을 70을 이미 써버렸는데 너무 과격한 조향으로 30이상의 횡그립을 쓰려고 했다면?

타이어는 노면과 접지를 못하고 그대로 밖으로 밀려나가 가드레일과 인사를 하게 되겠죠~

반대로 코너 탈출시 사용 가능한 그립이 100일때 조향을 통한 횡그립을 70정도 썼다면

탈출 가속으로 쓸수 있는 종그립은 30정도일겁니다. 조향 타각이 들어간 만큼 악셀링을 약하게 해야겠죠.

조향이 들어가 있어서 횡그립을 70이나 쓰고 있음에도 과도한 악셀링으로 종그립을 쓰려고 했다면?

위 그림처럼 언더 스티어로 차가 밀려나가거나 오버 스티어로 차가 스핀 해버릴 겁니다.

그럼 어떻게 차를 조작해야 할까요?

코너 진입 시 제동을 할 때는 위와 같이 브레이크를 릴리즈하는 양에 반비례해서 조향을 넣어주어야 합니다.

종그립 사용량을 줄이면서 그대로 횡그립 사용량을 늘리는 식이죠.

반대로 코너 탈출 시 가속을 할 때는 위와 같이 조향을 푸는 양에 반비례해서 악셀을 밟아 주어야 합니다.

횡그립 사용량을 줄이면서 그대로 종그립 사용량을 늘리는 것이죠.

위와 같은 방법이 서킷과 와인딩 주행시 가장 "정석적인 코너링 방법"입니다.

그런데 스포츠 디퍼렌셜이 장착된 "아우디의 경우 조금은 변칙적인 코너링 방법"이 필요합니다.

왜냐하면 스포츠 디퍼렌셜은 조향을 통한 전륜의 슬립 앵글만으로 코너링 포스를 만들어 내는 게 아니라

토크 오버레이를 통한 후륜의 좌우 바퀴 회전수 차이로도 코너링 포스를 만들어 내기 때문이죠.

3. 스포츠 디퍼렌셜을 활용한 코너링 방법

먼저 아래 아우디 B8.5 S4차량의 인제 서킷 4번 코너 코너링 영상을 보시겠습니다.

G미터와 악셀 포지션, 그리고 조향 타각을 잘 봐주세요.

(부족한 실력의 제 영상을 교보재로 쓸려니 부끄럽군요ㅎㅎ)

뭔가 좀 이상한 부분을 찾으셨나요?

먼저 코너 진입은 다른 차들과 다름 없이 조향 정렬 후 제동을 시작합니다.

아우디는 특히 앞이 무거운 프론트 헤비 구조와 마일드한 캠버 변화로 인해 진입 언더가 많이 발생하므로

브레이크를 물고 코너 정점까지 들어가는, 하중을 앞에 실어서 코너에 들어가는게 중요합니다.

직선에서 어느정도 감속이 끝났다면 브레이크를 물고 전륜에 하중을 실은채 조향을 시작합니다.

하중이 앞에 있는 상태에서 조향이 시작되므로 G미터도 좌측 대각선을 향해 있죠.

브레이크를 부드럽게 릴리즈하면서 (이게 젤 어려움 ㅜ) 코너 정점까지 차량을 선회 시킵니다.

코너 정점에서는 종G가 빠지고 횡G가 가장 많이 걸리게 됩니다.

코너 출구가 보이기 시작하면 슬슬 악셀링을 시작합니다. (악셀 포지션 값이 3%)

그리고 여기서부터 스포츠 디퍼렌셜을 활용한 코너 탈출이 시작됩니다.

잘 보시면 뭔가 이상한 점을 발견할 수가 있습니다.

맞습니다~ 조향 타각을 풀지 않은 채 악셀을 30%까지 밟았습니다.

"정석"대로 한다면 "조향을 풀면서 악셀을 밟아야"합니다.

하지만 "아우디의 스포츠 디퍼렌셜"을 동작 시키려면 "조향 타각을 넣은 채 악셀을 밟고 있어야"합니다.

ECU가 조향 타각과 악셀 개도량을 판단해서 스포츠 디퍼렌셜의 외륜쪽 클러치 체결을 동작 시키기 때문이죠.

이렇게 스포츠 디퍼렌셜이 본격적으로 동작하기 시작하면 외륜 타이어의 회전수가 10% 증가하면서

차량을 코너 안쪽으로 머리끄댕이를 잡고 잡아당기듯이 슉 하고 말려들어갑니다.

근데 재밌는 건 악셀을 깊게 밟아도 파워 언더 스티어나 파워 오버 스티어가 나지 않고

별다른 추가 스티어링 조작 없이 깔끔하게 코너 탈출 라인을 그릴 수 있다는 것입니다.

결과적으로 스포츠 디퍼렌셜을 활용한 주행 방법의 가장 큰 장점은

코너 탈출 시 악셀 전개 시점을 굉장히 빨리 앞으로 당겨올 수 있다는 점입니다.

그만큼 코너 탈출이 빨라지면 랩타임 단축에도 분명 도움이 될 것입니다.

다만, 앞에서도 언급했지만 이 주행방법은 "정석"에서 벗어난 "변칙"적인 주행 방법입니다.

"스포츠 디퍼렌셜이나 토크 스플리터, 란에보의 AYC같은 능동 토크 벡터링 시스템이 있는 경우"만 적용됩니다.

(란에보의 Active Yaw Control 시스템도 아우디의 스포츠 디퍼렌셜과 동일한 매커니즘입니다)

저 같은 경우 이런 변칙적인 주행 방법이 습관처럼 몸에 배여 있다 보니 

가끔 다른 차량을 타고 주행을 할 때마다 파워 언더나 파워 오버가 나서 가끔씩 당황할 때가 있습니다.

다만, 이런 시스템이 차에 달려 있음에도 써먹지 않고 탄다는 건 너무 아쉽다는 생각이 들어서

이렇게 동작 원리와 사용 방법을 글로 정리를 하게 되었습니다.

사실 서킷이나 와인딩판에는 워낙 고수분들이 많아서 제가 뭘 가르치고 할 정도의 실력은 되지 않지만

아우디로 서킷이나 와인딩 주행을 하는 공개된 데이터가 많이 없어서 나름 의미가 있지 않나 생각합니다.

본문 내용에서 잘못된 내용이나 보강해야 할 내용이 있다면 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다~

긴 글 재밌게 봐주셔서 감사합니다~~!!^^

< 자료 출처 >

아우디 스포츠 디퍼렌셜 : https://www.scribd.com/document/750839219/SSP-476-Rear-Axle-Drive-0BF0BE-Sport-Differential-En

BMW M-Diff : 

정석 주행 영상 : 

변칙 주행 영상 :