안녕하세요~! 오랜만에 아우디 기술 자료 분석 글로 찾아 뵙습니다~!

RS3에 들어가는 능동형 토크 벡터링! 토크 스플리터에 대해서는 예전에도 한번 분석을 했습니다만...

최근에 토크 스플리터에 대해 몇가지 추가로 알게된 내용이 있어 글을 쓰게 되었습니다~

토크 스플리터에 대해 얘기하기 전에 잠시 "디퍼렌셜"에 대해서 한번 더 짚고 넘어갈까 합니다.

디퍼렌셜의 동작원리를 이해하지 못한 상태에서 토크 스플리터를 이해하는건 불가능하니까요~

일반적으로 디퍼렌셜은 위 사진처럼 생겼습니다.

보통 위와 같은 가장 기본적인 디퍼렌셜을 "오픈 디퍼렌셜(Open Differential)"이라고 부릅니다.

그리고 이 디퍼렌셜이라는 장치는 거의 모든 자동차에 필수적으로 들어가 있습니다.

그럼 도대체 디퍼렌셜이라는 장치는 자동차에 왜 필요한걸까요?

그 이유는 코너링을 할때 내측 바퀴와 외측 바퀴의 회전 반경이 달라 바퀴 회전수 차이가 발생하기 때문입니다.

만약 좌우 바퀴가 하나의 축으로 묶였다면 두 바퀴 중 하나는 질질 끌려 다니거나 구동계통이 고장나게 되죠.

그래도 이해가 잘 안되신다면 위 영상을 보시면 조금 더 쉽게 이해가 가능하실겁니다~!

아무튼! 바퀴에 구동력을 전달 하면서도 코너링할때 좌우 바퀴의 회전수 차이를 허용하기 위해서는 

위 그림과 같이 좌우 바퀴의 가운데에 디퍼렌셜이 달려 있는 것이 일반적입니다.

그리고 구동 방식에 따라 디퍼렌셜이 1개만 있는게 아니라 여러개가 달려 있을 수 있는데요~

위 그림과 같이 전륜구동은 앞에 1개, 후륜구동은 뒤에 1개만 달려있고

사륜구동은 앞에 1개, 뒤에 1개, 그리고 가운데 1개 총 3개의 디퍼렌셜이 달려있습니다.

참고로 기계식 사륜은 디퍼렌셜이 가운데에 있다고 해서 "센터 디퍼렌셜(Center Differntial)"이라 부르고 

전자식 사륜은 클러치로 동력을 끊을 수 있다보니 "트랜스퍼 케이스(Transfer Case 줄여서 TC)"라고 부릅니다.

그럼 실제 아우디 차량 어디에 디퍼렌셜이 장착 되어 있는지 한번 살펴볼까요?

먼저 세로배치 아우디(A4, A5, A6, A7, A8, Q5, Q7, Q8) 차량부터 살펴보겠습니다~

위 그림과 같이 세로배치 아우디에 들어가는 DL382 S트로닉 변속기 내부에 

전륜의 좌우 바퀴 토크 전달과 회전수 차이 보정을 위한 "오픈 디퍼렌셜"을 확인 하실 수 있습니다~

이제 콰트로 모델도 한번 살펴 볼까요?

위 그림처럼 전륜을 위한 "오픈 디퍼렌셜"이 1개, 그리고 앞뒤 토크 배분을 위한 "센터 디퍼렌셜"이 1개

그리고 마지막으로 후륜을 위한 "오픈 디퍼렌셜"이 1개

그래서 콰트로 차량은 "앞 + 뒤 + 가운데"합쳐서 디퍼렌셜이 총 3개가 되겠습니다~!

참! 전자식 콰트로 울트라의 경우 "센터 디퍼렌셜"자리에 "트랜스퍼 케이스(TC)"가 대신 자리잡고 있습니다.

어쨌든 전자식 콰트로 차량도 "디퍼렌셜 2개 + TC 1개 = 총 3개"의 장치가 존재 한다고 보시면 되겠습니다~

아~! 그리고 세로배치 아우디의 고성능 모델인 S, RS모델은 특별한 디퍼렌셜이 존재했었죠~!

바로 "스포츠 디퍼렌셜"입니다~ 스포츠 디퍼렌셜도 한번 살펴볼까요?

"스포츠 디퍼렌셜"에도 역시나 "오픈 디퍼렌셜"이 가운데에 딱 들어가 있네요~

다만 좌측, 우측 각각 1개씩 총 2개의 "습식 다판 클러치"가 능동형 토크 벡터링을 구현해주고 있습니다~!

여기서 잠시~! 오픈 디퍼렌셜의 단점과 "차동 제한 장치(Limited Slip Differential)"을 언급하고 가야하는데요~

https://youtu.be/WeLm7wHvdxQ?t=21

위 영상처럼 오픈 디퍼렌셜은 양쪽 바퀴의 접지력 차이가 심하게 나는 상황에서는

접지력이 낮은 곳으로 구동력이 소모되고 접지력이 높은 곳으로는 구동 토크가 가지 않게 됩니다.

위 그림 처럼 단순히 젖은 노면이나 빙판에서만 발생하는게 아니라

서킷에서 스포츠 주행을 할때도 비슷한 상황이 발생하게 되는데요.

위 이미지 처럼 빠르게 코너링을 하면 차량의 하중은 외측 바퀴로 이동하고

내측 바퀴의 접지력이 부족해져 일반 적인 오픈 디퍼렌셜을 장착한 차량이라면

구동력이 내측 바퀴로 다 빠져 나갈 테니 코너링 속도가 느려지게 됩니다.

그래서 똑똑한 자동차 엔지니어들은 좌우 바퀴의 회전 수 차이를 허용을 줄여 버리는

말 그대로 차동을 제한 하는 "차동 제한 장치 (Limited Slip Differential / LSD)"을 만들어냅니다.

차동 제한 장치의 원리는 생각보다 간단합니다.

좌우 접지력 차이로 인해 한쪽 바퀴가 헛도는 상황이 생기면 양쪽 바퀴를 하나로 묶어버리면 되거든요.

위 그림처럼 오픈 디퍼렌셜 구조에서 양쪽 사이드 기어에 "마찰판"을 끼워 넣고

차량을 가속 시키거나 감속 시킬때 디퍼렌셜 하우징의 회전 관성을 이용합니다.

내부 부품들이 양쪽 바퀴와 연결된 사이드 기어들을 하우징과 마찰시켜 양쪽 바퀴를 꽉 묶어 버리게 되면

한쪽 바퀴가 하늘에 떠있든 말든 상관없이 양쪽이 꽉 묶여 있으므로 차는 그대로 가속하게 됩니다.

다만 위 그림과 같이 "기계식 차동 제한 장치"는 운전자가 의도한 상황이 아닌데도

양쪽 바퀴가 묶여 버리는, 그래서 원활하게 회전을 못하는 상황이 있을 수 있다보니...

1 way, 1.5 way, 2 way 방식으로 나누어 필요할때 바꿔 끼우는 식으로 차량을 세팅하기도 합니다.

1 way는 가속 할때만 양쪽 바퀴를 강하게 묶어 버리고

1.5 way는 가속 할때 강하게, 감속 할때는 약하게 바퀴를 묶고

2 way는 가속을 하든, 감속을 하든 강하게 묶습니다.

그리고 똑똑한 엔지니어들은 LSD를 더 진화 시켜 전자식 LSD를 개발하기에 이르렀는데요.

가장 대표적인 전자식 LSD 장치를 예를 들면 위와 같이 BMW M에서 개발한 M-Diff가 있습니다.

보시는 것처럼 전자식 다판 클러치가 1세트 들어있고 전자 제어로 상황에 따라 양쪽 바퀴를 하나로 묶습니다.

그런데 엔지니어들은 여기서 더 만족을 못하나 봅니다.

전자식 LSD를 더 발전 시켜서 습식 클러치를 2개를 넣은 "능동형 토크 벡터링"을 만들어 냅니다.

아우디의 "스포츠 디퍼렌셜", 미쯔비시 란에보의 "Active Yaw Control", 혼다의 "SH-AWD"같은 시스템이죠.

클러치가 1개인 전자식 LSD는 강하게 악셀링을 하면 yaw가 크게 붙어 카운터를 쳐 가면서 컨트롤 해야 하는 반면

클러치가 2개인 능동형 토크 벡터링은 강하게 악셀링 해도 필요한 만큼만 yaw가 붙어 컨트롤이 매우 쉬웠습니다.

(사실 LSD가 달린 많은 차량들을 타본건 아니라서 위 내용은 팩트 검증이 더 필요합니다ㅎㅎ)

자!! 이제 아우디 RS3의 "토크 스플리터"를 얘기 하기 위한 빌드업이 끝났습니다~!

도대체 토크 스플리터가 뭐길래 이렇게 서론이 길었는지 싶으시겠지만 반드시 필요한 내용들입니다.

이번엔 아우디의 가로배치 차량(A3, Q3)에 들어가는 할덱스 콰트로 시스템 구조를 한번 보실까요?

할덱스 콰트로 역시 "전륜 오픈 디퍼렌셜 1개" + "후륜 오픈 디퍼렌셜 1개" + "할덱스 TC 1개"로

총 3개의 차동 장치가 존재 합니다~!

자! 그럼 이제 마지막으로 아우디 RS3의 "토크 스플리터 콰트로"를 한번 살펴 보겠습니다~!

놀랍게도 "토크 스플리터 콰트로"에는 "스포츠 디퍼렌셜"에서도 달려 있던 오픈 디퍼렌셜이 아예 없습니다.

그냥 습식 다판 클러치 두개가 좌우 바퀴에 하나씩 붙어서 차동 역할도 하고 토크 벡터링도 하고 있는 것입니다.

양쪽 클러치를 수시로 체결 강도를 다르게 하면서 코너링을 적극적으로 개입을 하고 있는것입니다.

사실 그냥 이렇게 보면 어떤 느낌일지 감이 잘 안오실수 있는데요.

"오픈 디퍼렌셜이 있는 스포츠 디퍼렌셜"과 "오픈 디퍼렌셜이 없는 토크 스플리터"의 토크 배분을 보면

토크 스플리터가 후륜의 좌우 토크 배분 능력이 더 다이나믹 하다는걸 알수 있는 부분이 있습니다.

위와 같이 토크 스플리터는 후륜으로 전달되는 토크 전부를 한쪽으로 완전히 몰아 주면

온전히 3개의 바퀴로만 구동력이 전달되는 진기한 시스템이 되는것입니다.

"스포츠 디퍼렌셜"은 가운데에 있는 오픈 디퍼렌셜이 물리적으로 양쪽 바퀴와 연결 되어 있기 때문에

"기본 토크 배분 + 추가 토크 배분"형태로 한쪽으로 완전히 몰아주는게 아닌 일부를 몰아 주는 형태만 가능합니다.

이렇게만 보면 토크 스플리터가 토크 배분 능력이 훨씬 좋아 보이는데

후륜으로 보내는 토크를 좌우로 배분 하는 능력은 토크 스플리터가 더 좋은게 맞지만...

"스포츠 디퍼렌셜"은 후륜으로 85%까지 토크 배분이 가능한 "토.센 디퍼렌셜"과 조합이 되기 때문에 

후륜으로 보내진 85%의 토크를 스포츠 디퍼렌셜이 좌우 토크 배분을 해주면

토크 스플리터 못지 않게 다이나믹한 거동이 나오게 되는 것입니다.

참고로 "토크 스플리터 콰트로"는 신형 RS3뿐만 아니라 이번에 페이스 리프트된 S3에도 장착되어 나온다고 하니

아우디가 본격적으로 "토크 스플리터 콰트로"방식을 고성능 아우디에 차례로 도입하지 않을까 예상해봅니다.

특히 이번에 풀체인지로 출시되는 신형 S5 차량이 "전자식 콰트로 울트라" + "스포츠 디퍼렌셜"조합으로 나오는데요.

전륜 편향 방식인 전자식 콰트로에 스포츠 디퍼렌셜 조합은 이번이 처음이고 

기존에 후륜으로 85%까지 토크를 보내던 토.센이 아닌 전륜 편향 콰트로라서 후륜의 능동형 토크 벡터링 효과를

극대화 하려면 스포츠 디퍼렌셜을 토크 스플리터와 비슷한 방식으로 변경하지 않았을까 조심스레 추측해 봅니다.

아무튼 이 변태 같은 구조를 가진 "토크 스플리터 콰트로"를 장착한 신형 RS3(페이스 리프트 모델)로 

아우디는 뉘르 부르크링 서킷에서 7분 33초라는 미친 기록을 세웠는데요.

배출가스 규제로 인해 점차 사라져 가는 기계식 토.센 콰트로의 뒤를 이어줄

아우디의 "기술을 통한 진보"는 토크 스플리터로 계속 이어지지 않을까 생각이 듭니다.

재밌게 봐주셔서 감사합니다~!

ps.

참고로 "토크 스플리터"는 마그나 인터내셔널과 아우디가 함께 합작해서 개발한 시스템으로

마그나에서는 "퍼포맥스"라는 제품으로 불리고 있습니다.

< 자료 출처 >

https://www.audi-mediacenter.com/en

https://www.audi-technology-portal.de/en/

https://www.magna.com/products/powertrain/ice-powertrain