북극권에서 뉘르부르크링까지: 콰트로 개발자들과의 대화 (칼럼 번역)

https://www.audi-mediacenter.com/en/more-than-40-years-of-quattro-14240/from-the-arctic-circle-to-the-nuerburgring-a-conversation-with-quattro-developers-14244

아우디 독일 본사가 운영하는"아우디 미디어 센터"에 올라온 칼럼 자료입니다.

아우디가"사륜 구동 개발"에 얼마나 진심인지를 보여주는 칼럼입니다.

구글 번역기로 1차 번역 돌리고 어색한 부분은 제가 직접 의역하였습니다.

"북극권에서 뉘르부르크링까지: 콰트로 개발자들과의 대화"

2021년 9월 10일

Dieter Weidemann, AUDI AG 사륜구동 시스템 개발 책임자 (사진에서 좌측)
William Wijts, AUDI AG 연구 엔지니어 (사진에서 우측)

아우디는 많은 노력, 능숙함, 세심한 접근 방식을 통해 수년 동안 극한의 조건에서 콰트로 시스템을 테스트해 왔습니다.

이번 칼럼에서는 다양한 개발 분야의 전문가들을 모아서 그 과정에 대해 이야기를 나눴습니다.

Dieter Weidemann(드라이브 트레인 개발)씨와William Wijts(서스펜션 개발)씨가

눈과 얼음 위에서 torsen 기계식 콰트로의 센터 디퍼렌셜를 테스트하는 방법을 설명합니다.

Audi Sport GmbH의Roland Waschkau씨는 스포츠 디퍼렌셜 전문가이고,

Stefan Lehner씨는 전자식 콰트로 울트라의 시스템용 소프트웨어를 개발하고 테스트합니다.

그리고 그의 동료Marc Baur씨는 전기 모터 토크 벡터링을 전문으로 합니다.

Wijts씨, 그리고 Weidemann씨, 당신들의 주행 테스트 작업은 눈과 얼음이 있는 겨울 테스트를 포함하여

유럽 전역에서 진행됩니다. 그것이 특히 중요한 이유는 무엇입니까?

Weidemann: 우리는 얼음과 눈에서 튜닝 작업을 합니다. 이를 통해 서로 다른 콰트로 세팅간의 미묘한 차이를 명확하게 구분할 수 있기 때문입니다. 마찰계수가 낮은 노면은 우리에게 가장 중요한 과제입니다.

여기에는 주행 역학의 한계 내에서 작동하는 것이 포함되지만, 우리의 주요 목표 중 하나는 일상적인 운전자, 즉 일상 운전 중 미끄러운 도로에서 의도치 않게 한계에 부딪힐 수 있는 사람들이 차량을 제어할 수 있도록 하는 것입니다.

안전하고 편안한 핸들링을 보장하기 위해 특히 눈길에서 콰트로를 개발하고 테스트하는 이유도 바로 여기에 있습니다.

이 테스트에서는 어떤 일이 발생합니까?

Wijts:테스트 구역 이름은 "Kalt 1"입니다. 북극권 근처에 위치하고 있습니다. 센터 디퍼렌셜을 조정하기 위해 우리는 일반적으로 한두 명의 미케닉과 함께 4~6대의 자동차를 타고 스웨덴으로 향합니다.

우리는 지형이 두터운 눈으로 덮여 있고 날씨가 가장 안정적인 2월에 가는 편입니다. 외부와 차단된 테스트 구역에는 다양한 주행 경로가 있으며, 그 중 일부는 경사지거나 복잡한 코너가 있습니다.

호수와 육지에는 다양한 코너링 라인과 코너링 속도를 테스트할 수 있도록 특별히 설계된 여러 핸들링 코스가 있습니다. 이 테스트 지역에는 트랙션 튜닝을 위한 구불구불한 도로도 있습니다.

Weidemann:5°C 미만의 온도에서 최적의 테스트가 이루어집니다. 이것은 광범위한 조건들을 통일시키고 다양한 구성을 안정적으로 비교할 수 있게 해줍니다. 동시에 상황이 어떻게 변화하는지 적절하게 판단하려면 참조 차량이 항상 필요합니다.

가장 좋은 조건은 -25°C 에 눈이 정말 많이 내리는 조건으로 이때는 접지력이 좋아지지만 하루 종일 그런 상태로 유지되지는 않습니다. 2차 시험운행은 1차 시험운행과는 달리 눈이 평탄해지고 빙판화 되면서 노면의 상태가 점점 악화됩니다. 그러나 저희는 이런 노면 조건을 잘 알고 있으며 이를 고려하는 방법도 알고 있습니다.

당신의 일은 얼마나 위험합니까?

Wijts:호수에서 일어날 수 있는 최악의 상황은 코너 밖으로 날아가 처박힌 차를 눈 속에서 파내야 하는 것입니다.

이 시험장에서의 핸들링 테스트에 관해서는 이젠 경로를 너무 잘 알고 있어서 튜닝의 복잡한 부분도 어려움 없이 분석할 수 있습니다.

동시에 저희는 물리적인 한계를 매우 중요하게 생각합니다. 이러한 제한 내에서 저희는 작업에 필요한 만큼 빠른 속도로 운전합니다. 일부 구간에서는 30km/h, 다른 구간에서는 160km/h의 속도로 운전합니다 .

Weidemann: 센터 디퍼렌셜을 튜닝할 때 ESC(Electronic stability control)를 포함하여 가능한 한 많은 서스펜션 제어 시스템을 비활성화해야 콰트로 시스템을 제대로 평가할 수 있습니다. 우리의 목표는 전자 제어 시스템 없이도 기본 주행 특성이 조화를 이루어 자동차가 운전자가 원하는 것을 차가 정확히 수행하는 것입니다.

덧붙여서, 이 테스트 전략은 한때 우리의 경쟁사에서 아우디로 옮겨 처음으로 스웨덴에서 우리와 동행했던 기술 개발 부서의 고위 동료를 놀라게 했습니다. 콰트로가 장착된 A6를 테스트한 후 그는 제어 시스템이 얼마나 부드럽고 조화롭게 작동하는지 열정적으로 말했습니다.

하지만 재밌게도 그 테스트 차량은 전자 제어가 모두 비활성화된 상태였습니다.

(순수하게 기계식 토센 콰트로만으로 전자 제어 도움 없이 주행 퍼포먼스를 낼수 있도록 세팅한다는 얘기)

겨울 테스트에 관해서는 잘 훈련되어 있으시군요. 참여하신 지 얼마나 되셨나요?

Wijts:첫 번째 겨울 테스트는 1998년에 있었습니다. 당시 Torsen 디퍼렌셜에 대한 요구 사항은 오늘날보다 훨씬 낮았습니다. 가장 중요한것은 좁은 코너에서 조종할 때 최대한 적은 텐션을 생성할 수 있어야 한다는 것이었습니다.

그리고 나서 Weidemann씨가 참여하게 되었습니다. 그는 자동차가 어떻게 동작하는지에 대해 매우 관심 있는 사람이었습니다. 서스펜션과 드라이브 트레인 개발팀은 그 이후로 서로를 발전시켜 왔습니다.

Weidemann: 저희 부서는 콰트로를 책임지고 개발 프로세스를 재구성했습니다. 서스펜션 팀의 동료들과 함께 우리는 점차 공유 철학을 발전시켜 나갔습니다.

우리는 처음에 프론트 액슬과 리어 액슬에 대해 각기 다른 기본 토크 배분과 잠금 값을 가진 디퍼렌셜을 가지고 실험실 환경에서 그 기능을 검사했습니다. 그런 다음 우리는 가장 유력한 디퍼렌셜 장치를 스웨덴으로 가져갔습니다.

가장 집중적인 개발 기간은 완전히 서로 다른 기술을 사용하여 센터 디퍼렌셜에 대한 기본 개념을 연구하던 2000년대 후반이었습니다. 30가지 이상의 서로 다른 세팅으로 테스트를 하는 것은 드문 일이 아니었습니다.

그 당시에는 겨울 테스트에 얼마나 시간이 걸렸나요?

Wijts: 10년 전에는 주말 없이 2주 정도 걸렸습니다. 그리고 매일 매일 같은 패턴이었습니다.

운전하고, 장치를 수정하고, 다시 운전하는 것… 그 후 드디어 오늘날에도 사용되는 콰트로 시스템을 개발해냈습니다.

우리는 테스트 드라이브에 사용할 다양한 차량들을(예: S4* 및 SQ7*)을 준비합니다.

센터 디퍼렌셜은 매우 다양한 종류의 차량에 사용되기 때문에 테스트 차량 선정은 매우 중요합니다.

Weidemann: 그런 다음 우리는 기본 센터 디퍼렌셜을 포함한 다양한 세팅의 디퍼렌셜이 장착된 동일한 차량 두 대를 가져갔습니다. 이때 더 나은 성능을 발휘하는 자동차가 첫 번째 기준 자동차가 됩니다.

그리고 프로토타입 디퍼렌셜 중 하나를 다른 차량에 설치하고 그것이 주행 특성을 향상시키는지 확인합니다.

만약 그렇다면, 그 자동차는 새로운 기준이 되고, 다음 개발 버전의 디퍼렌셜이 첫 번째 자동차에 설치됩니다.

이를 통해 모든 개발이 완료될 때까지 주행 특성을 반복적으로 최적화 할 수 있습니다.

(기계식 토센 콰트로를 완성 시키기 위해 얼마나 많은 노력을 했을지.. ㄷㄷ)

테스트 결과에 항상 동의하시나요?

Wijts:Weidemann씨와 저는 차량에 가해지는 부하가 변경될때 차량이 어떻게 작동하는지, 언더스티어가 너무 많거나 적은지 여부 등 자동차의 성능에 대해 자세히 논의합니다.

결국 우리는 항상 테스트 결과에 동의합니다. 마치 노부부처럼요(웃음).(독일식 조크..?ㅎㅎ)

가장 이상적인 센터 디퍼렌셜의 특성은 무엇입니까?

Wijts: 모든 고객은 눈과 얼음 위에서 아우디를 빠르고 안전하게 운전할 수 있어야 합니다.

이는 우리가 차량이 가능한 모든 상황에서 동일한 방식으로 반응하고, 차량이 자발적으로 방향을 바꾸고 뉴트럴한 느낌으로 코너를 돌도록 하는 데 큰 중요성을 둔다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 폭발적인 가속 중에 후륜이 슬립하는 경우에도 차량을 쉽게 다룰 수 있도록 움직임이 너무 극단적이지 않은 것이 중요합니다. 물론 견인력도 매우 좋아야 합니다.

(여기서 BMW와 추구하는 방향성이 완전히 반대인 것을 알수 있음)

Weidemann: 아우디가 1980년 이후 기계식 콰트로 시스템을 통해 엄청난 발전을 이룬 것은 말할 필요도 없습니다.

오늘날 프론트 액슬에 40%, 리어 액슬에 60%의 기본 배분과 적절한 토크 배분이 결합되어 탁월한 성능을 발휘합니다.

강한 그립감과 좋은 핸들링을 보여주구요.

그러나 무엇보다도 중요한 강점은 마찰 계수가 낮은 노면에서 제공되는 견인력입니다.

Waschkau: 마른 도로에서 역동적인 주행을 원하는 고객을 위해 우리는 후륜에 스포츠 디퍼렌셜을 제공합니다.

이는 필요에 따라 뒷바퀴 사이의 구동 토크를 능동적으로 전환하여 차량을 민첩하게 만듭니다.

특히 RS 모델의 경우 레이스 트랙같이 높은 마찰 계수의 노면에서 중요한 역할을 합니다.

전통적인 기계식 센터 디퍼렌셜과 달리 스포츠 디퍼렌셜은 전자적으로 제어되는 시스템입니다.

두 개의 클러치와 연동되는 변속기로 구성되며, 소프트웨어는 각 차량에 맞게 특별히 조정되고 미세 조정됩니다.

(실제로 스포츠 디퍼렌셜이 장착된 S, RS 차량은 서킷 랩타임이 꽤 당겨집니다)

또 다른 콰트로 시스템으로는 전자식 울트라 콰트로가 있죠? 이 시스템의 개발에 영감을 준 것은 무엇입니까?

Weidemann: 약 10년 전 조사에 따르면 콰트로를 선택하지 않은 많은 아우디 고객들은 콰트로 차량의 연비가 실제보다 훨씬 높다고 알고 있으며 그 고객들은 사륜구동의 강점을 경험하지 못한 것으로 나타났습니다.

물론, 콰트로는 눈이 내리는 조건뿐만이 아니라 건조한 아스팔트에서 코너링하거나 출발할 때도 매우 뛰어납니다.

결과적으로 고객들이 콰트로 구동의 장점을 잠깐 누릴 수 있는 상황도 많지만, 콰트로와 전륜구동의 차이가 크게 나지 않는 주행환경(도심 주행, 정속 주행)의 고객들도 많습니다.

결과적으로 우리는 전륜구동의 높은 효율성과 상시 4륜 구동의 모든 이점을 결합한 완전히 새로운 시스템을 개발하기로 결정했습니다.

(기계식 사륜의 부족한 연비 효율성이 전자식 콰트로 개발의 시초가 되었다는 의미)

Wijts: 우리의 목표는 기계식 콰트로과 비교해서 눈에 띄는 차이가 없도록 만드는 것이었습니다.

우리는 스티어링 느낌과 같은 영역의 차이를 설명하는 15개의 계산 모델을 만들었습니다.

즉, 전륜구동 자동차의 스티어링이 부하가 증가함에 따라 콰트로 보다 가벼워지는 시점, 즉 트램라인이 시작되는 지점을 정확히 식별할 수 있었습니다. 이러한 모든 상황에 후륜으로 토크를 전달합니다.

이는 항상 선제적으로 발생하므로 4륜 모드는 필요할 때 이미 활성화되어 있습니다.

(일반적인 전자식 사륜들 처럼 휠 센서로 타이어 슬립을 감지해서 사륜으로 전환하는 방식이 아니라

운전자의 스티어링 조향값을 계산해 사륜구동이 필요한 상황을 예측해서 미리 사륜모드로 들어가는 방식이라는 뜻)

전자식 콰트로 울트라를 튜닝하고 테스트하는 것이 얼마나 어려웠나요 ?

Weidemann: 우리는 테스트에 대한 법적 안전 요구 사항이 낮다는 장점이 있었습니다.

사륜 시스템이 동작을 멈추더라도 자동차는 전륜모드로 정상적인 구동을 계속할 수 있습니다.

이는 우리가 개발 초기에 도로 테스트를 시작할 수 있다는 것을 의미했으며 이는 시스템을 완성시키는 측면에서 매우 좋은 소식이었습니다. 우리는 늘 그랬듯 잉골슈타트(아우디 본사가 있는 도시) 주변의 공공 도로를 따라 120킬로미터 (74.6마일) 의 순환 도로를 주행했습니다.

이를 통해 소프트웨어 버전의 진행 상황을 지속적으로 다시 확인할 수 있었으며 이는 매우 유용하고 중요했습니다.

이는 우리가 고객이 실제 생활에서 하는 것처럼 남부 이탈리아에서 북극권까지 모든 다양한 운전 상황을 처리하고 운전 특성이 기계식 콰트로와 동일하도록 운영 전략을 조정할 수 있음을 의미했습니다.

(물론 여기서는 기계식 콰트로와 똑같다고 설명하지만 스포츠 주행시에는 차이가 조금 나긴 합니다^^;;ㅎㅎ)

콰트로의 운영 전략과 소프트웨어에 관해 말하자면 Baur씨와 Lehner씨가 담당이시죠?

Lehner:저희 부서에서는 전자식 콰트로의 메카트로닉과 전기 모터 방식의 콰트로 시스템을 관리합니다.

저희는 변화하는 조건과 요구에 따라 클러치 작동과 같은 소프트웨어 기능을 개발합니다.

저희는 모든 콰트로 컨트롤 시스템 개발에 참여하고 있습니다.

특히 전자식 콰트로 울트라가 장착된 차량, 아우디 R8용 콰트로, MQB 플랫폼 기반 자동차의 콰트로(할덱스)입니다.

이런 시스템들은 제어 효율성이 매우 중요한 유압 다판 클러치를 사용합니다.

정상적이고 원활한 주행 조건에서는 주로 변속기와 직결된 액슬을 통해 구동이 제공됩니다.

그리고 필요에 따라 구동 토크가 네 바퀴 모두에 원활하게 분배됩니다.

Baur: 그리고 저희는 더 이상 물리적인 4륜 구성 요소를 포함하지 않는 순수 전기 모터의 4륜 구동을 갖춘 e-tron 모델을 보유하고 있습니다. 기계적이거나 유압적인 것도 전혀 없습니다.

각 차축에는 콰트로를 동작 시키기 위해 결합되는 하나 또는 두 개의 모터가 있습니다 .

전기 모터 방식의 콰트로의 테스트 프로세스는 어떻게 진행되나요?

마음대로 사용할 수 있는 디지털 나사와 레버가 많이 있어야 할거 같은데요?(독일식 농담?ㅎㅎ)

Lehner: 네, 소프트웨어에는 얼마나 세밀하게 조정되고 결합되는지에 따라 수천 개의 잠재적인 매개변수가 있습니다.

우리는 점차적으로 합리적인 수로 범위를 좁혀 약 100~200개의 속성 매개변수로 마무리합니다.

예를 들어 우리는 이를 사용하여 각 파생 모델에 대해 견인력과 핸들링을 개별적으로 조정합니다.

테스트는 테스트 드라이브 중에 전통적인 방식으로 진행됩니다.

팀 중 한 명이 노트북을 들고 조수석에 앉아 시스템에 다양한 소프트웨어 버전을 반복적으로 로드합니다.

우리는 이상적인 최종 결과를 찾을 때까지 같은 코너를 한 바퀴 돌았습니다.

(기계식 토센 콰트로를 개발 할때 처럼 부품을 끼웠다 뺐다 할 필요가 없군요ㅎㅎ

소프트웨어 업데이트 만으로 전기 모터 콰트로가 개발 되는듯)

도로에서나 테스트 트랙에서 더 많은 테스트를 하시나요?

Lehner:프로젝트가 시작되면 아직 도로에 자동차를 운행하는 것이 허용되지 않는 여러 가지 이유가 있으므로 테스트 전용 구역을 이용할 수밖에 없습니다.

이것이 의미하는 바는 조건이 안정적으로 복제될 수 있고 운전할 때 한계에 도달할 수 있다는 것입니다.

때로는 한 시간만 운전하고 책상에 앉아 측정값을 분석하는데 다섯 시간을 보내기도 합니다.

그리고 양산을 향해 나아가는 두 번째 개발 단계에서는 자동차 안에서 다양한 고객 상황을 시뮬레이션하는 데 많은 시간을 보냅니다. 여기에는 스웨덴의 겨울 도로, 갈라지고 부서진 표면이 있는 알파인 도로, 그리고 뉘르부르크링의 유명한 Nordschleife 루프가 포함됩니다.

왜냐하면 변화하는 표면과 경사진 코너와 같은 많은 구체적인 과제를 작은 공간에 담기 때문입니다.

이와는 대조적으로 콘크리트는 마찰 계수가 매우 낮고 회전이 매우 빡빡하기 때문에 주차장에서도 시험 운전을 합니다.

4륜 시스템이 복잡할수록 개발 및 테스트 범위가 더 넓어집니다. 그렇죠, Baur씨?

Baur: 그렇습니다. 복잡성이 증가하면 기능과 매개변수가 더 많아집니다.

e-tron 에서는 앞차축과 뒷차축 사이의 클러치가 소프트웨어에 의해 완전히 에뮬레이션되어 수만 줄의 코드와 수많은 매개변수가 생성됩니다.

(가상의 센터 디퍼렌셜을 소프트웨어 시뮬레이션으로 만들어 전륜과 후륜의 모터 토크 제어를 한다는 의미인듯)

가장 큰 과제는 시스템을 조정하는 것입니다. 특히 3개의 전기 모터가 있는 e-tron S 모델의 경우 더욱 그렇습니다.

이 특별한 경우에 우리는 구동 제어 장치(TCS)와 전력 전자 장치 및 브레이크 제어 시스템용 제어 장치를 개발한 동료들과 긴밀히 협력하여 작업했습니다.

우리는 항상 다른 시스템에 미칠 수 있는 다양한 영향을 고려하면서 수많은 기능을 개발해야 합니다. 우리는 동료들과 매우 동일한 목표를 가지고 있습니다.

즉, 자동차가 모든 상황에서 예측 가능하고 재현 가능한 동작을 보이도록 하는 것입니다.

테스트는 어떻게 진행되나요?

Baur: 테스트 현장에 가면 드라이브 및 서스펜션 개발과 관련된 다양한 부서의 20~30명으로 구성된 팀이 긴밀하게 협력하는 경우가 많습니다. 우리 모두는 같은 테이블에 앉아 있고, 테스트할 때는 적어도 비유적으로 말하면 같은 차에 앉아 있습니다.

Weidemann: 제가 콰트로에 대해 끝없이 흥미로운 점은 다양성입니다. 저는 세로 배치 엔진이 장착된 모델의 차축 사이에 토크를 분배하는 모든 구성 요소를 담당하고 있으며 이는 큰 그림의 한 부분일 뿐입니다.

그러나 콰트로는 언제나 기술적 관점에서 구현되었으며 항상 높은 수준의 안전성, 강력한 견인력 및 역동적인 ride & handling을 의미합니다. 이것이 우리의 큰 강점입니다.

아우디는 여러 세대의 콰트로 모델을 통해 이러한 분야에서 경험을 쌓아왔습니다. 우리의 목표는 고객에게 최대한의 혜택을 제공하고 고객이 Audi에 매료될 수 있도록 함께 협력하여 가능한 모든 잠재력을 활용하는 것입니다.

(공돌이 감성이 물씬 풍기는 인터뷰)

재밌게 봐주셔서 감사합니다~~!!

일부 내용에 오역이 있을 수 있는 점 이해 부탁 드립니다~~^^