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스팅어의 기계식 LSD와 토크 벡터링은 무슨 차이?

오토헤럴드 조회 수2,052 등록일 2017.09.01
 

기아자동차가 프리미엄 퍼포먼스 세단인 스팅어의 스페셜 모델인 스팅어 드림 에디션을 새롭게 선보였습니다. 스팅어 드림 에디션은 2.0 터보 모델과 2.2 디젤 모델을 기본으로 브렘보 브레이크와 기계식 차동제한장치(M-LSD)를 기본사양으로 제공해 제동성능과 조종응답성 등 성능을 강화하고 다양한 편의사양을 추가 적용한 것이 특징입니다.

특히 기존 3.3 터보 GT 모델에만 적용되던 기계식 차동제한장치(M-LSD)가 드림 에디션에 새롭게 추가되면서 기계식 LSD 시스템이 다시 한 번 관심을 끌고 있습니다. 흔히 LSD(Limited Slip Differential)로 불리는 차동제한장치는 90년대 말부터 2000년대 초반 오프로드 성능을 강조한 SUV에 적용되기 시작하면서 국내 소비자들에게 알려지기 시작했지만 1935년 처음으로 적용될 만큼 역사가 오래된 시스템 중 하나입니다.

자동차 구동시스템에는 디퍼렌셜(Differential, 차동장치)라는 시스템이 적용되어 있습니다. 디퍼렌셜은 자동차가 선회할 때 좌우 바퀴 또는 전후바퀴에서 발생하는 회전수 차이를 조절해 타이어에서 발생되는 스크럽(Scrub)이라 불리는 일종의 끌림 현상을 최소화함으로써 타이어와 구동축에 무리가 가지 않도록 해 주는 시스템입니다. 

좀 더 쉽게 말씀드리면, 자동차가 선회주행을 할 때 좌우 구동바퀴가 같은 속도로 회전하게 되면 선회반경이 작은 안쪽 바퀴의 끌림현상이 발생합니다. 이러한 끌림현상을 최소화하기 위해서는 선회반경이 큰 바깥쪽 타이어를 빨리 그리고 안쪽 타이어를 느리게 회전시켜 주어야 합니다.

학창시절 체육시간이나 조회시간 또는 군대에서 종대 또는 횡대로 이동하다 방향전환을 해야 할 때 제일 안쪽 사람은 제자리걸음을 걷고 바깥쪽으로 갈수록 빨리 걸어야 대열이 흐트러지지 않고 방향을 전환할 수 있는 것과 같은 원리라 할 수 있습니다.  

스팅어 M-LSD 형상

디퍼렌셜은 전륜구동차의 경우 변속기 안에 들어가 있어 눈으로 확인할 수 없지만 후륜구동차 특히 일체형 차축을 적용한 대형 트럭의 경우 뒷차축 가운데 동그랗게 보이는 케이스 안에 있기 때문에 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 

디퍼렌셜은 종감속기어와 연결된 일체형으로 된 케이스 안에 조그만 베벨 기어 4개를 서로 마주보게(기어를 사각형으로 배치했다고 생각하심 이해가 빠릅니다) 배치한 구조로 되어 있습니다. 이 중 구동축과 연결된 기어를 사이드 기어, 사이드 기어와 맞물려 공회전하는 기어를 피니언 기어라고 부릅니다. 

직진할 때에는 일체형 케이스가 회전하므로 좌우 구동바퀴에 회전차이가 발생하지 않지만 선회주행 때는 사이드 기어에 맞물린 피니언 기어가 회전하므로 좌우 구동축에 회전차가 발생합니다. LSD는 이러한 디퍼렌셜의 역할을 임의적으로 제한해 좌우 바퀴의 구동력(구동토크)을 제어해 주는 시스템입니다.

일반적인 디퍼렌셜은 한 쪽 바퀴가 잠기게(Lock)되면 다른 한 바퀴에만 구동력이 전달되므로 미끄러운 노면이나 진흙탕, 모래밭 등에 한쪽 바퀴가 빠지게 되면 한쪽 바퀴(미끄러운 노면에 있는 바퀴)만 계속 헛도는 현상이 발생하게 됩니다. 또한 눈길이나 빗 길 등에서 순간적으로 좌우 바퀴의 구동력의 편차가 발생하게 되면 차가 미끄러지는 사고를 발생할 수도 있습니다.

LSD는 이렇게 헛도는 바퀴의 구동력을 다른 쪽 바퀴에 전달해 쉽게 빠져나오거나 미끄러운 노면에서 차가 안정적으로 주행할 수 있도록 해 줍니다. 또 작동방식에 따라 기어방식이나 볼베어링방식, 다판클러치방식, 토센방식, 비스커스커플링 등 여러 가지 형태로 구분되는데 경주용 차 등 고성능 차의 경우 사이드 기어와 구동축 사이에 마찰식 다판 클러치를 적용한 방식이 주로 사용되고 있습니다.

스팅어의 M-LSD 역시 다판 클러치 방식이 적용되고 있습니다. 다판 클러치방식의 LSD는 구조가 단순하면서도 성능이 뛰어난 것이 특징입니다. 참고로 기아 스포티지와 엑스트랙 등에서는 헬리컬 기어 방식의 LSD가 적용된 바 있습니다. 이 방식은 유지보수가 편리하고 LSD 작동 때  이질감이 적은 것이 장점입니다.

그런데 최근 차량자세제어시스템(ESC)과 트랙션 컨트롤 시스템(TCS) 등이 일반화되면서 LSD의 역할이 상대적으로 줄어들고 있는 추세입니다. LSD가 구동바퀴의 좌우 구동력을 적절하게 분배해 주는 대신 ESC나 TCS의 경우 구동바퀴 뿐 아니라 4바퀴 전체의 구동력을 각각 제어해 보다 포괄적인 구동토크 분배 및 제어가 가능하기 때문이지요.

스포티지 및 액스트렉에 적용된 헬리컬 LSD

또한 ESC나 TCS가 4바퀴의 슬립량(미끄러짐)을 판단해 해당 바퀴의 브레이크를 작동시키거나 엔진출력을 떨어트려 제어하는 것과 달리 토크 벡터링(Torque Vectoring)의 경우 브레이크 제어나 엔진출력을 떨어트리지 않고 선회반경 바깥쪽의 앞 뒤 바퀴에 구동력을 추가적으로 제공하는 방식으로 일종의 전자식 토크분배장치로 일종의 전자식 LSD라고 할 수 있지만 엄격한 의미로는 LSD라고 보기에는 개념이 다르다는 것이 전문가들의 이야기입니다. 

이외에도 전자식 4륜구동(4WD) 모델의 경우 TOD(Torque on Demand)와 비스커스 커플링, 토센기어 등을 이용해 전륜과 후륜의 구동력을 분배해 주는 시스템을 적용하고 있으며, 일부 4WD 시스템은 전륜과 후륜의 구동력 분배뿐 아니라 LSD처럼 좌우 바퀴의 구동력을 제어해 주고 있기도 합니다. 또한 디퍼렌셜을 프로펠러샤프트와 같은 구동축 대신 전기모터를 연결해 좌우 구동력을 분배해 주는 전자식 디퍼렌셜(e-Differential)을 적용하고 있는 모델도 출시되고 있습니다. 

한편 ESC나 TCS, 토크 벡터링 등 다양한 전자식 구동력 분배장치들의 등장에도 불구하고 스팅어와 같이 일부 스포츠카나 고성능 차가 기계식 LSD를 적용하고 있는 이유는 무엇일까요? 그것은 기계식 LSD가 전자식 구동토크 분배장치보다 서킷주행과 같은 다이내믹한 주행조건에서 엔진의 출력 손실을 최소화함은 물론 운전자의 의도에 따라 구동력(구동토크)를 분배함으로써 빠른 속도로 코너를 빠져 나올 수 있기 때문입니다. 

일반적으로 자동차가 코너링 할 때 진입속도는 물론 엑셀러레이터를 밟는 정도, 스티어링 휠의 조향각도, 무게중심의 위치 등에 따라 차의 운동성능에 많은 차이를 보입니다. 전자식 구동력 분배장치들은 접지력을 최우선으로 코너를 안정적으로 빠져 나올 수 있도록 제어하지만 운전자의 의도와 달리 지나치게 개입해 다이내믹한 주행을 어렵게 만들기도 합니다.

반면 기계식 LSD는 좌우 바쿠의 구동력을 적절하게 분배해 일부러 언더스티어나 오버스티어를 일으킬 수도 있는 등 운전자의 의지를 다이내믹한 주행에 적극 반영할 수 있습니다.<김아롱 기자=카테크>



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  • 회사명
    기아
    모기업
    현대자동차그룹
    창립일
    1944년
    슬로건
    The Power to Surprise
  • 기아 기아 스팅어 종합정보
    2017.05 출시 중형 10월 판매 : 741대
    휘발유, 경유 1998~3342cc 복합연비 8.4~14.8 ㎞/ℓ
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  • danawa 2017.09.10
    이 기자가 지금 후륜디퍼렌셜과 센터디퍼렌셜을 햇갈리는 것 같은데...? 후륜 구동에서 후륜LSD는 바퀴 하나가 미끄러질때, 안미끄러지는 바퀴로 동력을 전달하기 위해 존재합니다. 다시 말해 바퀴가 미끄러지기 전에는 큰 의미 없는 장치라는 이야기. 게다가 요샌 무게(+효율)때문에 기계식LSD가 제거되고 eLSD가 올라갑니다. brake기반이라서 토크가 감소되는 단점이 존재하지만, 요새 출력이 너무 좋아서 어차피 별 문제 안되니까요. 스팅어에선 LSD와 토크벡터링이 같이 작동하지 않는게 좀 아쉽죠. 카마로SS엔 같이 올라가 있거든요. 독일3사 차량들도 당연히 같이 올라가고요. 토크벡터링과 LSD는 아주 많이 다른 기능이거든요. LSD는 미끄러져도 안미끄러지는 구동바퀴에 동력을 전달하기 위함. 토크벡터링은 전자제어로 언더/오버스티어를 최대한 억제하는 기능. 독일3사의 토크벡터링 같은 경우, 코너진입만 너무 빠르지 않으면, 코너탈출할때 대충 풀악셀 누르고 핸들만 적당히 잡고 있으면 지가 알아서 자세잡으면서 가속합니다... 운전이 아주 쉽죠. 실력은 퇴보하지만. ㅋㅋ
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