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전륜과 후륜의 차이점
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작성일
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2007-10-23 10:26:10
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조회수
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1733
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지난해 12월 김성환(35, 사업)씨는 만 4년만에 승용차를 새로 구입했다. 이전에 타던 차도 아직 쓸만했지만 에어백과 ABS브레이크 등 첨단장치를 장착해 안전성이 좋다는 메이커의 광고를 보면서 ‘이왕이면 안전이 최고’라는 생각이 그의 마음을 움직였다.하지만 큰 돈 들여 구입한 승용차가 이전에 타던 고물차만큼도 말을 들어주지 않았다. 새로 바꿔 차가 손에 익숙하지 않은 탓도 있겠지만 맘먹는대로 조정되지 않는 통에 등에서 식은 땀이 흐른 적이 한두번이 아니었다. ‘혹시 차가 잘못됐나’ 하고 몇번 애프터서비스를 받으러 공장에도 가보았지만 매번 정상이라는 답변만 들었을 뿐이었다.
그러던 차에 결국 일이 터지고 말았다. 지난 1월 14일 모처럼 가족들과 함께 자신의 차로 부모님을 뵈러 경기도 안중으로 가다 그만 사고를 낸 것이다. 커브길에서 분명히 핸들을 꺾었는데 이상하게도 차가 그대로 바깥쪽으로 돌진, 논두렁으로 굴러떨어지고 말았다. 다행히 가족들은 크게 다치지 않았지만 할부금을 두번밖에 안낸 새차를 폐차 처분해야 했다.
주위사람들은 “새차라서 그 정도로 끝났다”며 위로를 했지만 김씨는 맑은 날씨에 그만한 커브에서 차가 미끄러진 것은 아무래도 차에 이상이 있었을 것이라는 의구심을 떨쳐버리지 못했다. 평소에 운전솜씨가 남에게 뒤진다고 생각해 본 적이 없는지라 가족 보기도 민망했다. 사고차를 국립수사과학연구소에 보내 차량결함이 원인이 아니었는지 알아보고도 싶었다. 결국 그가 내린 결론은 “국산차는 어쩔 수 없다”였다.
기본원리를 무시한 무지
결론적으로 말해 김씨가 낸 사고의 원인은 차량 결함이 아니라 차의 기본 원리를 잘 몰랐기 때문이다. 김씨가 지난 4년 동안 타온 차는 엔진은 앞에, 구동바퀴는 뒤에 있는 후륜구동(Front engine Rear drive)방식이었고, 새로 바꾼 차는 엔진과 구동바퀴가 모두 앞에 있는 전륜구동(Front engine Front drive)방식이었던 것이다. 엔진과 동력을 직접 전달하는 구동바퀴의 위치가 차의 운동특성을 다르게 한다는 것을 전혀 모르고 운전에 임한 그의 사고는 어쩌면 필연인지도 모른다.
자동차는 평균 2만여개의 부품으로 구성된 정밀한 기계다. 자동차의 조종안정성은 이들 부품들의 성능과 조화 정도에 따라 결정된다. 그중에서도 차의 중량배분과 구동바퀴위치, 서스펜션 등이 코너를 돌거나 달리는 성능을 결정한다.
전륜구동차는 직진성향이 좋은 반면, 코너에서 핸들을 꺾은 정도보다 더 작게 움직이는 성향이 있다. 핸들을 15도 정도 돌렸는데 차는 10도 정도 밖에 방향을 틀지 않는다. 이를 언더스티어(understeer) 현상이라고 부른다. 한편 후륜구동차는 등판능력이 우수한 반면, 전륜구동차와는 반대로 오버스티어(oversteer) 현상을 나타낸다. 코너를 돌 때 핸들을 꺽은 정도보다 더 크게 방향이 틀어지는 것이다.
자신의 차로 실제 시험을 해보자. 방해받지 않을만큼 넓은 운동장에서 일정한 원을 돌아본다. 가속을 하면 할수록 자신의 차가 가지고 있는 운동특성을 파악할 수 있을 것이다. 이 경우 후륜구동차는 핸들의 각도를 변화시키지 않아도 점점 작은 원을 그린다. 구동바퀴가 있는 뒷부분의 원심력이 이를 막는 타이어의 마찰력인 코너링력보다 크게 작용해서 미끄러지는 것이다. 후륜구동차는 차의 방향을 좌우하는 앞바퀴가 안쪽으로 들어가는 듯한 현상을 나타낸다. 반대로 차의 방향을 바꾸어주는 바퀴와 구동축이 모두 앞에 있는 전륜구동차는 앞쪽에 원심력이 작용, 가속할수록 앞바퀴가 밖으로 나가게 된다. 따라서 원이 점점 커진다.
원심력과 함께 이와 반대로 작용하는 코너링력의 정도는 차의 운동 특성을 좌우한다. 코너링력이 크면 당연히 그만큼 차의 조종안정성이 좋아진다. 김씨는 이러한 차이를 모른 채 구동방식이 다른 예전차를 운전하던 감각으로 핸들을 조작, 사고에 이르게 된 것이다.
트렁크에 모래주머니를 넣고 다닌 이유
전륜방식은 엔진과 변속기 등 무거운 부품이 모두 앞쪽에 몰려 있어 중량배분에 어려움이 있다. 반면 후륜구동방식은 엔진과 변속기의 위치를 비교적 자유롭게 결정할 수 있어 전체의 중량배분이 잘 된다. 따라서 전륜구동방식보다 빠른 속도로 코너를 돌아도 쉽게 미끄러지지 않는다. 후륜방식이 전륜방식보다 조종안정성면에서 우수하다는 일반적인 평을 받는 것은 바로 이 때문이다.
그러나 현재 거리를 달리고 있는 대부분의 자동차들은 전륜구동방식이다. 후륜구동방식이 장점을 가지고 있는데도 불구하고 대부분의 자동차 제조사들이 전륜구동방식을 선호하는 데는 그럴만한 이유가 있다.
전륜구동방식은 엔진부터 구동바퀴까지의 동력전달 계통이 차 앞부분에 몰려 있어 추진축이 불필요하다. 추진축이 있는 자리만큼 차의 바닥을 낮게 할 수 있어 실내공간을 넓게 할 수 있다. 게다가 무게가 덜 나가니 연료소모도 후륜구동방식보다 적고 제작원가도 적게 든다.
이와 함께 자동차 제작기술의 발전도 제조사가 전륜구동을 선호하는 이유로 꼽을만 하다. 전륜구동의 주행특성인 언더스티어 현상을 줄이기 위해 엔진 등 무거운 부분을 최대한 뒷쪽으로 옮겨 놓거나 서스펜션을 보강하는 방식으로 성능을 개선시켰다. 또한 적극적인 방법으로 바퀴마다 공회전을 방지해주는 주행조종시스템(TCS,Traction Control System) 등이 개발돼 코너를 돌 때의 주행안정성을 크게 증대시키기도 했다.
오랫동안 사용되던 후륜구동방식은 오일쇼크 이후 소형차를 중심으로 전륜구동방식이 인기를 끌면서 점차 중형차들도 이 방식을 채택하기 시작했다. 우리나라에서 생산되는 승용차 역시 대부분이 전륜구동방식. 후륜구동방식은 대우의 프린스, 기아의 포텐샤가 명맥을 유지하고 있는 정도다.
우리나라 최초의 전륜구동 승용차는 1985년에 나온 현대 포니엑셀이다. 당시 후륜구동방식에만 익숙하던 많은 운전자들은 트렁크에 모래주머니를 넣고 다니며 ‘적응 훈련’을 했다.
기본원리는 몰랐지만 오랜 경험을 통해 차의 무게를 효율적으로 재배분하는 지혜를 발휘했던 것이다.
코너 돌 때의 기법
물론 후륜구동차가 절대적으로 안전한 것은 아니다. 전륜구동방식보다 훨씬 빠른 속도에서도 조종안정성이 확보되지만 일단 오버스티어현상이 나타나면 일반운전자가 다시 원래대로 되돌려놓기가 힘들어 결국 뒷부분이 돌아가버리고 만다. 우리나라처럼 도로 우측으로 주행하는 경우 왼쪽 코너를 돌다 오버스티어현상이 심하게 나타나면 중앙선을 그대로 넘어가게 돼 대형사고로 이어질 위험이 있다.
전륜구동차는 오버스티어현상을 일으켜 앞바퀴가 선회하는 바깥쪽으로 나가게 될 때 가속페달에서 발을 떼면 밖으로 자꾸 벗어나가기만 하던 차가 급격하게 안쪽으로 머리를 디밀게 된다. 이를 턱-인(tuck-in)현상이라고 한다. 가속페달에서 발을 떼는 간단한 동작만으로 차가 제 주행라인을 되찾게 되는 것이다. 턱-인현상의 원리는 무엇일까. 주행안정성을 나타내는 코너링력은 구동력이나 제동력이 강할수록 적어진다. 따라서 코너를 돌 때 가속을 주면 코너링력이 작아지나 페달을 놓아줘 구동력을 작게 하면 코너링력이 커지게 된다. 브레이크로 제동을 시키는 경우도 코너링력이 작아진다.
구동력 제동력 코너링력의 관계를 나타낸 것이다. 마찰계수가 높은 도로의 경우 코너링력이 크고 마찰계수가 낮은 눈길 등에서는 아주 작은 코너링력이 발생한다. 같은 조건의 도로에선 구동력이나 제동력이 크면 급격히 코너링력이 약해진다. 한계를 벗어나는 속도로 가속하며 코너를 돌거나 브레이크로 제동을 하면 위험한 이유가 여기에 있다. 빠른 속도로 코너에 들어갔다 허둥지둥 핸들을 크게 조작하면 차의 조종능력을 쉽게 잃어버린다.
코너를 돌 때는 먼저 진입하기 전에 충분히 감속을 하고 빠져나올 때 가속을 하는 것(slow-in & fast-out)이 안전한 운전방법이다. ‘충분히 감속한다’는 의미는 무조건 차의 속도를 줄인다는 것이 아니고 차의 특성상 오버스티어현상이나 언더스티어 현상이 일어나지 않을 정도를 말한다.
같은 코스를 자주 다닐 때는 처음엔 느린 속도로 돌아보다 차츰 속도를 올려 어느 정도까지 조종 가능한 지를 몇번이고 반복해보아야 한계치를 알 수 있다. 차가 견뎌내는 한계점 속도를 알고 운전을 하면 불필요한 불안감을 떨쳐 낼 수 있다.
차에 물건을 '제대로' 싣는 방법
그렇다면 4륜구동방식(4WD, 4 Wheel Drive)은 어떤 특성을 가지고 있는지 살펴보자. 4륜구동방식은 엔진토크를 4바퀴에 골고루 분산시켜주기 때문에 노면전달력이 우수하다. 한편 구동바퀴가 2개 더 있기 때문에 구동바퀴 하나가 담당해야 할 엔진힘이 절반으로 줄어든다. 따라서 코너를 돌 때 이륜방식보다 코너링력이 커서 높은 속도에서도 안전하게 달릴 수 있다.
전륜/후륜방식에 각각 언더/오버스티어 현상이 나타나는 것과는 달리 4륜구동은 뉴트럴스티어(neutral steer)현상이 나타난다. 일정한 원을 돌 때 앞뒤가 모두 바깥쪽으로 나가 원이 점진적으로 커지는 현상이다. 4륜구동은 2륜구동방식보다 훨씬 빠른 속도에서 이런 현상이 나타나기 때문에 가장 조종안정성이 좋다고 할 수 있다. 구동바퀴 위치로만 볼 때 조종안정성은 4륜구동방식 후륜구동방식 전륜구동방식 순으로 우수하다.
4륜구동방식은 노면 마찰계수가 낮은 빙판이나 비포장도로와 같은 곳에서 진가를 발휘한다. 자동차경주 중 일정한 경주장에서 같은 코스를 계속 달리는 레이스와는 달리, 험로를 달리는 랠리에서 4륜구동방식의 차들이 상위 입상하는 이유가 바로 여기에 있다.
4륜구동방식은 항상 네바퀴에 구동력이 전달되는 방식과 평소에는 이륜구동으로 주행하다 스위치조작에 의해 필요한 때만 4륜구동으로 전환하는 방식이 있다. 4륜구동차를 소유한 많은 사람들이 평소에 2륜으로만 다니는데, 이는 차의 성능을 최대한 살리지 못하는 것이다. 연료 소모가 늘어나는 비싼 장비를 사용하지 않은 채 무겁게 싣고 다니는 것과 마찬가지라는 얘기다.후륜구동방식이나 4륜구동방식 역시 전륜구동방식처럼 언더스티어현상이 나타나기도 한다. 노면의 마찰계수가 낮아지는 비나 눈이 오는 날 특히 이런 현상이 심해진다. 또한 같은 차라 해도 혼자서 타고 주행할 경우와 여러명이 승차했을 경우 차의 반응은 다르다. 심한 경우 바람이 부는 방향에 따라서도 주행특성은 영향을 받게 된다.
같은 전륜구동방식이라도 차종에 따라 언더스티어현상이 일어나는 정도가 틀리다. 이는 중량배분이 어떤 식으로 됐느냐에 따라 좌우된다. 중량이 한쪽부분에 치우치지 않고 차량 전체에 고루 배분되어 있는 것이 가장 이상적인 형태다.
차량의 중량배분이 어떤 식으로 됐는지 간단히 알아볼 수 있는 방법이 있다. 4바퀴 타이어의 공기압을 동일하게 해준 후 평평한 곳에서 타이어의 눌림 정도를 살펴본다. 만일 앞쪽으로 중량이 많이 실려있다면 앞쪽 타이어가 많이 찌그러져 보인다. 다른 차에 비해 지나칠 정도로 많이 눌려 있으면 중량배분이 잘 안돼 있다고 볼 수 있다. 차에 짐을 많이 실을 경우 트렁크에 넣는 것보다는 차의 가운데 부분에 싣는 것이 차의 중량배분에 훨씬 좋은 방법이다
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