헤드라인에 속지 말아야 한다. 슈퍼카급 심장에 의해 추진되는 무의미하게 강력한 메가 EV와 SUV만이 2021년 자동차계에서 일어나는 '흥미로운' 일은 아니다. 바로 핫해치들에 대한 얘기다. 특히, 4륜구동 및 다재다능한 기능을 갖춘 정교한 모델들. 이 차들은 현재 '능동형 리어 액슬 토크 벡터링'이라고 적힌 표지판으로 시작하는 예기치 않은 경로를 통해 장르를 이끌고 있다. 하지만 결국 패밀리 해치백이 파워 오버스티어를 할 수 있는 역설적인 영역에 도달하게 된다.
지난 5년에 걸쳐 나타났고 지금은 몇몇 주요 모델들에서 발견되고 있는 토크 벡터링 기술은 그야말로 ‘너무 놀라서 뒤늦게 반응하게 되는’ 개발품이다. 앞으로 아우디 RS6는 불가피하게 더 빨라질 것이다. 롤스로이스는 어떻게든 팬텀을 더 황홀하게 만들 것이고, 다음 세대 랜드로버 디펜더는 아마도 마리아나 해구를 건널 수 있을 것이다. 하지만 폭스바겐 골프로 아리 바타넨(랠리스트)처럼 달릴 수 있다면?
이것이 바로 우리가 이 토크 벡터링 핫해치 3인조(그리고 특별한 일본 손님 하나)를 스럭스턴 서킷의 스키드팬에 모이게 한 이유이다. 우리는 신나게 꽁무니를 흔드는 동력전달장치의 작동 방식을 살펴보고, 그 효과가 열띤 마케팅 홍보물만큼 설득력이 있는지 확인하고 싶다. 메마른 도로와 미끈하게 젖은 트랙 위를 달리며 모든 것을 정리할 참이다.
핫해치 공급업체들이 토크 벡터링을 추구하는 이유에 대해 더 많이 생각할수록 의미가 커진다. 슈퍼세단 출력 전쟁은 치열했다. 20년 전 BMW M5는 400마력이었고 현재 600마력 이상을 낸다. 하지만 그것들은 핫해치 놀이터에서 벌어진 일과 비교하면 단순한 교전일 뿐이었다. 다음 사항을 고려해보자. 2002년 1세대 포드 포커스 RS가 제시한 212마력은 선을 넘은 것으로 간주되었다. 하지만 이번에 나온 메르세데스-AMG A 45 S는 421마력. 포커스 RS가 신형이었을 당시 포르쉐 911 터보의 출력보다도 높다.
최고출력 수준이 학구적으로 보일 정도로 높아지고 배기가스 배출 규제가 강화되면서 다운사이즈 4기통 터보 엔진에서 더 이상 성능을 쥐어짜기가 어려워졌다. 업계의 해결책은 속도에서 벗어나 핸들링으로 초점을 옮기는 것이었다. 그것은 지능적인 해결책처럼 보이기도 한다. 아무도 해치백에서 4.0초 미만의 단거리 가속시간을 필요로 하지 않는다. 하지만 핸들링 부서가 뒤를 봐준다면 얘기는 달라진다.
도로용 자동차의 토크 벡터링은 1990년대까지 거슬러 올라간다. 토크 흐름을 조작하여 개별 바퀴가 상황에 따라 다른 수준의 구동력을 경험할 수 있도록 하는 기능이다. 구식 리미티드 슬립 디퍼렌셜과 많이 닮았다고? 그렇다. 하지만 훨씬 더 융통성 있다. LSD는 두 바퀴 사이에서 토크를 분할할 수 있지만, 그 동작은 자연스럽다. 구동력은 접지력이 더 높은 바퀴쪽으로 향하고, 미리 결정된 제한 범위에서만 구동된다. 능동형(브레이크 기반보다는) 벡터링 시스템은 훨씬 더 극단적으로 변할 수 있다. 반응적이기보다는 선제적으로 작동하고, 자동차에 유기적이지 않은 거동을 유도할 수 있지만 동적 성능을 강화한다.
여기 보이는 새 물결의 4WD 핫해치들은 차 뒷부분에서 이 기술을 찾을 수 있다. 이를 통해 리어 액슬 토크를 어느 한쪽으로 능동적으로 몰아줄 수 있으며, 경우에 따라서는 최대 100%가 한 바퀴로 전달된다. 그 잠재력이 우리를 이 모든 것의 가장 두드러진 지점으로 이끈다. 코너링 중에 바깥쪽 뒷바퀴가 다른 바퀴보다 훨씬 더 많은 구동력을 제공할 수 있다면, 뒤쪽에 편향된 핸들링 특성을 위한 토대가 마련된다. 이는 횡방향으로 엔진을 품은 해치백 사이에선 마술과도 같다.
그 방법에 관해서는, 제조업체들이 가지고 놀 수 있는 몇 가지 기술이 있는데, 대부분은 여기에 포함되어 있다.
신형 골프 R(2000파운드(약 317만 원), 퍼포먼스 팩 포함), 카나드로 장식된 A45 S, 토요타 GR 야리스(3500파운드(약 554만 원), 서킷 팩 포함), 그리고 3세대 포커스 RS다. 비록 더 이상 판매하지 않는 차지만 이런 유행에 시동을 건 다부진 포드를 이 자리에 초대하지 않는 것은 무례한 일이 아니겠는가.
이 4중주단은 가격, 출력, 특성이 각기 크게 다르지만 모두 프런트 액슬보다 리어 액슬에 더 많은 토크를 전달할 수 있는 기능을 가졌다는 공통점이 있다. 아니면 적어도, 엉덩이에 있는 시냅스를 속여 그것이 일어나고 있다고 믿게 하는 것이다. 골프 R의 시스템은 이렇게 작동한다. 토크는 변속기를 통해 프론트 액슬의 오픈 디퍼렌셜로 흐른다. 이로부터 리어 액슬까지 이어지는 출력축이 연결된다. 이전 골프 R에서 샤프트는 클러치 팩에 물렸다. 이 클러치 팩이 결합되면 전체 엔진 토크의 50%가 리어 액슬을 다른 오픈 디퍼렌셜을 통해 구동할 수 있도록 해주었으며, 토크는 바퀴 사이에서 균등하게 분할되었다. 7세대 골프의 ‘5세대’ 할덱스 클러치 팩도 전자적으로 제어되고 유압이 미리 작용해 빠르게 작동했다.
그러나 8세대에서는 뒤쪽 액슬 앞에 클러치 팩이 없다. 대신 차량의 각 끝단을 통합하는 프롭샤프트는 한 쌍의 단순 베벨 기어를 통해 리어 액슬로 구동된다. 전자기계식 클러치 팩은 베벨 기어 양쪽에 자리 잡고 있어 각 바퀴에서 발생하는 토크 양을 제어하고 조절한다. 드리프트 모드에서와 마찬가지로 좌측 팩이 완전히 개방되고 우측 팩이 완전히 결합되면 가용 토크가 모두 우측 바퀴로 급증한다(엔진 회전수의 최대 절반에 불과함). 그 반대도 마찬가지. 하지만 클러치 기반의 벡터링이기에 어떤 비율도 가능하다. 토크 스플리터가 어떻게 동작해야 하는가는 개발 엔지니어의 몫이다. 주행 모드뿐만 아니라 그 넓은 매개 변수 내에서 스로틀 위치, 스티어링 각도, 코너링 G포스, 전자 안정성 프로그램(ESP)이 말하는 것 등등을 고려해야 한다.
8세대 골프 R 프로젝트를 감독한 엔지니어 조나스 타일베인은 "드리프트 모드는 지나친 활용 사례"라고 말한다. "보통은 자동차가 미끄러지는 걸 원치 않기 때문"이다. 그는 일반적으로 덜 극단적인 보정을 할 때에 이 장치가 가장 효율적이라고 말한다. 운전자가 느낄 수 있지만 구경꾼은 알 수 없을 정도로 차가 살짝 회전할 때다. "그것이 우리가 빠르게 운전할 수 있는 방법이고, 우리는 그렇게 하려고 한다." 이 차의 드리프트 모드를 살펴보더라도 리어 클러치 팩 중 하나는 실제로 "거의 영구적으로 개방" 상태를 유지한다.
폭스바겐은 마그나와 함께 이 시스템을 개발했다. 마그나는 메르세데스-벤츠 G-클래스 및 재규어 I-페이스를 계약 생산하는 등 모든 분야의 엔지니어링 잭이다. 마그나는 또한 A45의 하드웨어에도 관여했다. 넓은 의미에서 골프 R과 같은 하드웨어지만 사람 손으로 조립한 AMG 엔진의 엄청난 출력에 대처하기 위해 더 많은 클러치 플레이트를 가지고 있다. SLS를 담당했던 AMG의 장기근속자 라스 헨츨러에 따르면, 성능 잠재력을 고려한 직관적인 응답과 안정성을 목표로 한 이 시스템의 애플리케이션 작업에는 2년이 걸렸다.
그는 "우리는 매우 중립적인 자동차를 원한다"며 AMG가 바깥 바퀴를 통해 방출되는 토크의 수준을 지나치게 과장하지 않는다고 설명했다. 드리프트 모드에서도 바깥쪽 바퀴로 토크를 완전히 옮기는 것은 말이 안 된다. 차가 너무 과격해져서 운전할 수 없게 되기 때문이다.
그는 벡터링 방정식의 다른 측면을 암시하고 있다. 오버스티어를 위해 바깥쪽 뒷바퀴에 편향 할 수 있지만, 코너링 도중 안쪽 뒷바퀴를 가속하면 ESP에 의존하지 않고도 정확한 요 댐핑을 할 수 있다. 헨츨러는 이 기술이 속임수는커녕 횡방향 엔진 해치의 핸들링 밸런스를 가다듬고 속도와 운전자의 신뢰도를 모두 끌어올리는 강력한 도구라고 믿고 있다.
A45보다 3년, 골프 R보다 5년 앞서 나온 선구자 포커스 RS도 거의 같은 방식으로 작동한다. GKN의 트윈스터 모듈은 리어 베벨 기어 양쪽에 클러치 팩을 사용하여 토크를 옮기며, 차이는 한 가지이다. 리어 액슬은 전방에 비해 약 2% 정도 '오버스피드'에 맞춰져 있다. 따라서 이 시스템은 가용 구동력의 50%가 아니라 최대 70%를 뒤쪽 액슬로 전달할 수 있으며, 이 모든 구동력을 바깥쪽 바퀴로 보낼 수 있다. 그렇다. 아주 야심찬 설정이다.
마지막으로, GR 야리스 차례다. 솔직히, 이 차는 다른 어떤 차들보다도 1990년대 그룹 A 랠리카와 공통점이 더 많으며, 엄격히 따지자면 토크 벡터링 능력을 가지고 있지 않다. 서킷 팩을 갖춘 이 작은 토요타는 양쪽 끝단에 개방된 디프 대신 기존의 '패시브' 토크 감지 디프를 사용한다. 이 디프는 접지력이 가장 높은 바퀴에 토크를 편향하여 나머지 바퀴가 트랙션을 상실하게 한다. 그러나 포드와 마찬가지로 리어 액슬은 전방에 비해 오버스피드에 맞춰져 있어 프롭샤프트를 따라 위치한 할덱스 스타일의 클러치 팩이 완전히 체결되고 액슬이 서로 단단히 잠기면 전방과 후방의 토크 편향은 30:70이 된다. 그 결과 오버스티어 핸들링 밸런스가 형성되며, 이론적으로는 완전히 자연스럽게 느껴지게 된다.
이제 중요한 질문은 다음과 같다. 이 시스템들이 문제를 일으킬만한 가치가 있나? 다음 질문은 미묘하게 다르다. '그것들은 실제로 작용하나?' 이에 대한 답은 절대적으로 그렇다는 것이다. 스럭스턴 스키드팬은 너무 미끄러워 오버스티어를 시작하는 과정에서 기본적으로 중량 전달을 배제하고 동력전달장치를 격리한다. A45와 골프 R은 잠시 언더스티어를 하다가 바깥쪽 뒷바퀴에 과부하가 걸리면 땅딸막한 꽁무니를 바깥으로 튕겨낸다. (구형 미쓰비시 랜서 에볼루션이나 스바루 임프레자 WRX에서 하던 것처럼) 슬라이드로 자주 되돌려야 미끄러지는 각도를 유지할 수 있다. 요 모먼트는 바로 그것, 모먼트다.
BMW M2와 같은 식으로 슬라이드를 일으키거나 모양을 만들 수는 없다. 아무도 그걸 기대하지 않겠지만. 그래도 그것은 진정한 파워 오버스티어이다. 포커스 RS는 비록 그것이 놓아줄 때 조금 더 잡아채기는 하지만 동일하다. 흥미로운 점은 GR 야리스가 도발에 가장 저항력이 있다는 것이다. 기계적으로 좀더 유기적인 설정은 그립감과 중립성을 갈망하며, 프로그램 가능한 클러치 팩의 부족은 엔지니어가 단순히 갑자기 과시하라고 명령할 수 없다는 것을 의미한다. 냉철한 호몰로게이션 오퍼레이터다.
물론, 도로에서 어떤지가 더 중요하다. 훨씬 더. 여기서 벡터링 효과는 덜 명백하지만 더욱 만족스럽다. 타일베인은 이러한 시스템이 트랙에서 바보 같은 묘기를 부리는 것보다 접지력의 한계 내에서 그리고 일상적인 환경에서 차량의 핸들링 밸런스를 개선하고 활성화하는 데에 더 중요하다는 것을 깨달았다.
골프 R은 적절하게, 때때로 스로틀 상태에서도 주행 라인을 조인다. 마치 뒤 차축에 악마처럼 꽉 조여진 LSD를 가지고 있는 것 같지만 다른 때에는 그러한 뾰족함 없이 말이다. 인위적이긴 하지만, 좋은 모조품이고 꽤 재미있다. 한편, A 45는 주로 필요하기 때문에 안정감을 주며, 엔지니어들은 흔들림 없는 중립성을 제공하도록 리어 액슬을 명확하게 조정했다.
당연히, 포커스 RS는 가장 거친 기질을 가지고 있다. 유압 벡터링 설정은 반응 속도가 느리지만 더 활력이 있고 튜닝이 덜 능란하기 때문에 불안정성을 긍정적으로 유도하는 것으로 보인다. 지난 2015년, 이 차는 정말로 경계에 있었다.
분명한 것은 유사한 하드웨어에도 불구하고 애플리케이션에 실질적인 차이가 있다는 것이다. 이것이 이 영리한 차축에 대한 가장 흥미로운 부분이다. 그들의 적응력은 엔지니어들의 성향을 더 잘 드러나게 한다. 결국, 모든 자동차는 어느 정도 그것을 만든 사람들을 반영한다. 즉 벡터링으로 인해 4WD 핫해치는 그 어느 때보다 민첩하고 성능이 좋아졌지만, 보다 표현력이 뛰어나고 흥미롭게 진화하기도 했다. 실용성을 주제로 한 수업이 있다면 이만큼 좋은 소재도 없다.
1996년부터 현재까지의 벡터링
토크 벡터링은 거의 눈에 띄지 않게 자동차 어휘로 전환된 기술 중 하나이다. 그리고 이제, 조금이라도 으르렁거림을 가진 차라면 어떤 형태로든 접목될 수 있다. 어떤 것은 의도적으로, 어떤 것은 우연히 나타났다. 같은 결과를 얻을 수 있는 몇 가지 방법들이 있는데, 어떤 것은 다른 것보다 복잡하다.
처음에는 계획적인 것이었다. 미쓰비시는 4세대 랜서 에볼루션의 리어 액슬에 기존의 디퍼렌셜, 추가 기어 세트 및 클러치 팩을 조합하여 한 바퀴 또는 다른 바퀴로 더 많은 토크를 밀어 주도록 했다. 첫 BMW X6도 비슷한 아이디어를 사용했지만 두 개의 유성 기어 세트, 두 개의 클러치 팩 및 디퍼렌셜 기어를 통해 다른 방식으로 접근했다. 그것은 프로드라이브의 콘셉트에 기반을 두고 ZF가 실행한 GKN의 아이디어였다.
이것들의 공통적인 가닥은 양쪽 바퀴를 구동하는 동시에 바깥쪽 바퀴가 안쪽 바퀴보다 빠르게 회전할 수 있도록 하는 일반적인 디퍼렌셜이다. 다른 바퀴는 둘째 치고 우선 동일한 액슬에 있는 한쪽 바퀴의 토크를 증가시키기 위해 추가 기어 세트를 달아 코너링 때 바깥쪽 바퀴가 '오버스피드'되고 차량이 오버스티어 상태로 전환된다.
GKN 시스템은 클러치를 사용하여 바퀴가 아닌 유성 기어 세트 중 하나를 통해 토크를 우회시킨다.
다른 유일한 방법은 디퍼렌셜이 한쪽 바퀴를 제동하여 다른 바퀴에 토크를 가하도록 하는 것이다(제동에 의한 벡터링). 여기까지는 좋았지만, 그 후 이산화탄소 공포가 찾아왔다. 제조업체들은 효율성 향상을 위해 안간힘을 썼으며, 파트타임 4륜구동도 그 방법 중 하나였다.
그 후 GKN은 전자제어 하에 미끄러진 리어 액슬의 클러치 팩 두 개가 동일한 작업을 수행할 수 있으며, 클러치 중 하나만 미끄러뜨리면 연료 소비량을 줄이거나 벡터 토크를 한 방향으로 줄일 수 있다는 것을 깨달았다.
트윈스터 개념은 포드 포커스 RS에 먼저 적용된 다음, 랜드로버 이보크에도 한 가지 버전이 사용됐다. 액티브 드라이브라인이라는 라벨이 붙은 이 시스템은 한 단계 더 나아가 전방에 간단한 클러치를 사용하여 엔진 뒤쪽의 전체 동력전달장치를 분리하고 연료를 절약한다.
액슬을 가로질러 벡터링하기에 충분하지만, 앞뒤 토크 분할은 어떨까? 50:50 분할은 중앙에 클러치를 추가하고 약간 미끄러짐으로써 이루어진다. 기어비를 약간 높게 하여 리어 액슬을 전방에 비해 과속시켜 리어 액슬을 증가시킨다. 기어가 기본적으로 전방 30%, 후방 70%를 달성하도록 설정되어 있는 경우 중앙 클러치가 약간 미끄러지는 것만으로도 60:40을 달성할 수 있다.
구동계 비교
폭스바겐 골프 R
골프 R은 리어 클러치 팩을 사용하여 정확한 양의 토크를 각 바퀴로 빼낸다
메르세데스-AMG A45 S
A 45 역시 마그나 시스템을 사용하지만 출력이 크기 때문에 클러치 플레이트가 더 많다
포드 포커스 RS
포드는 2015년 GKN의 유압 클러치 팩으로 핫해치에서 벡터링을 선도했다
토요타 GR 야리스
GR 야리스는 앞에서 뒤로 30:70까지 토크를 편향할 수 있지만 좌우로 벡터링 할 수는 없다
다음은 어떻게 될까? 전기화 시대의 토크 벡터링
핫해치의 경우 토크 벡터링 동력전달장치의 바로 다음 단계는 프론트 액슬에 리미티드 슬립 디퍼렌셜을 통합함으로써 보다 큰 전천후 활력을 실현하는 것이다.
더 넓은 관점에서, 기술의 개척은 전기 모터의 사용을 포함한다. 포드 포커스 RS를 위한 듀얼 클러치 트윈스터 시스템을 개발한 GKN은 이미 e트윈스터를 테스트하고 있다. 여기에는 2단 기어박스(저속 반응용 기어 1개, 고속 효율성용 기어 1개)를 통해 구동되는 모터가 있다. 이 제품은 잠재적으로 매우 강력하며 '마찰 분할' 표면에서 우수한 성능을 제공한다. 자체 내장형 리어 액슬 패키지로 엔지니어에게 튜닝에 대한 상당한 자유를 제공하지만 가격도 비교적 저렴하다.
GKN에 따르면 자동차 제조업체들은 이미 e트윈스터를 미래의 하이브리드 핫해치를 위한 매력적인 옵션으로 보고 있다.
포드 포커스 RS
가격 £32,795(2018년 기준, 약 5166만 원)
엔진 직렬 4기통, 2261cc, 터보차저, 가솔린
최고출력 345마력/6000rpm
최대토크 48.0kg·m/2000-4500rpm
변속기 수동 6단
무게 1526kg
0→시속 100km 가속 4.7초
최고시속 265.5km
연비 13.0km/L(NEDC)
CO2 175g/km (NEDC)
메르세데스-AMG A45 S 4Matic+
가격 £55,235(약 8700만 원)
엔진 직렬 4기통, 1991cc, 터보차저, 가솔린
최고출력 416마력/6750rpm
최대토크 51.0kg·m/5000-5250rpm
변속기 자동 8단 듀얼 클러치
무게 1560kg
0→시속 100km 가속 3.9초
최고시속 270km
연비 11.0km/L
CO2 192g/km
폭스바겐 골프 R 퍼포먼스 팩
가격 £41,295(약 6500만 원)
엔진 직렬 4기통, 1984cc, 터보차저, 가솔린
최고출력 316마력/5200-6600rpm
최대토크 42.9kg·m/2100-5350rpm
변속기 자동 7단 듀얼 클러치
무게 1476kg
0→시속 100km 가속 4.7초
최고시속 250km
연비 12.8km/L
CO2 177g/km
토요타 GR 야리스 서킷 팩
가격 £33,495(약 5276만 원)
엔진 직렬 3기통, 1618cc, 터보차저, 가솔린
최고출력 257마력/6500rpm
최대토크 36.8kg·m/3000-4600rpm
변속기 수동 6단
무게 1310kg
0→시속 100km 가속 5.5초
최고시속 230km
연비 12.1km/L
CO2 186g/km
