자동차, 전륜 구동과 후륜 구동의 특징

 

자동차의 구동 방식

 자동차에는 여러 가지 구동 방식이 있습니다. 자동차 앞 공간에 엔진이 있고 전륜이나 후륜을 구동하는 방식, 자동차 뒷공간에 엔진이 있고 후륜을 구동하는 방식, 그리고 엔진이 모든 바퀴를 구동하는 방식이 있습니다. 그렇다면 이 글에서 전륜 구동 자동차와 후륜 구동 자동차가 각각 어떤 특징을 가지는지 알아보겠습니다.

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전륜 자동차의 특징

 전륜 자동차는 보통 FF(Front Engine Front Drive) 형식의 자동차를 말합니다. 자동차의 보닛 아래에 엔진이 자리 잡고 있어 전방에 있는 두 바퀴를 구동하는 방식입니다. 그리고 자동차의 공간성이 타 구동 방식에 비해 뛰어나기도 합니다.

 

 보통 언더스티어(Under-steer)의 특징을 띄는데, 언더스티어란 코너에서 주행 시 액셀을 밟으면 차량이 바깥쪽으로 벗어나려는 현상을 말합니다. 이 현상이 일어나는 이유는 자동차가 코너에서 가속하려고 할 때, 자동차의 무게중심이 뒤로 쏠려 전륜에 걸리는 하중이 작아져 전륜의 타이어가 마찰력이 약해집니다. 이에 따라 코너링하고자 하는 횡 방향의 힘이 약해져 조향 하는 방향대로 차량이 가지 못하고 바깥쪽으로 벗어나려고 하는 것입니다. 쉽게 이야기하면 FF 방식의 자동차의 앞 타이어는 엔진과 차체의 무게를 견디면서 구동, 제동 및 코너링까지 역할을 하고 있기 때문에 그립력의 한계가 생겨 언더스티어 현상이 쉽게 일어나는 것입니다.

 

 전륜 자동차는 앞의 무게가 무겁기 때문에 타이어도 빨리 닳습니다. 왜냐하면 조향 시스템과 드라이브 샤프트도 앞바퀴와 연결되기 때문에 스프링 아래 중량(Unsprung mass)이 무거워질 수밖에 없습니다. 무거운 부품들이 앞쪽으로 많이 몰려있기 때문에 무게가 전방 타이어에 많이 가해져 뒷타이어보다 수명이 짧습니다.

 

 전륜 자동차의 전방 서스펜션은 구조가 간단하고 힘이 분산되는 레이아웃을 가진 스트럿 타입의 서스펜션을 사용합니다. 이 경우 캠버각과 캐스터각의 변화가 적어 차량의 하중 이동도 적어집니다. 이렇게 되면 차량이 급선회 시 차량의 내측 앞바퀴가 공회전하는 현상을 줄여 차량을 좀 더 안정적으로 만들 수 있습니다. 고성능화된 자동차의 경우 차량의 얼라이먼트 변화를 최적화하기 위해 더블 위시본 타입의 서스펜션과 멀티 링크 타입의 서스펜션을 적용하기도 합니다.

 

 이렇게 전륜 자동차에서 일어나는 언더스티어의 특징과 타이어, 서스펜션 등의 특징을 알아보았습니다.

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후륜 자동차의 특징

 후륜 자동차는 대표적으로 총 3가지의 구동 방식이 있습니다. FR(Front Engine Rear Drive), MR(Middle Engine Rear Drive), RR(Rear Engine Rear Drive)가 있습니다. 그렇다면 각각의 방식에 대한 특징을 알아보겠습니다.

 

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FR(Front Engine Rear Drive)의 특징

 FR 자동차는 자동차의 엔진이 앞에 있고 샤프트를 통해 디퍼런셜 기어 등을 통해 뒷바퀴를 구동하는 방식입니다. 이로 인해 앞 타이어가 자동차의 진행 방향을 바꾸며, 뒷타이어가 자동차를 주행하도록 하여 앞과 뒤의 역할을 나누는 방식입니다. 이로 인해 조향이 컨트롤하기 쉽기 때문에 스포츠카나 그에 준수하는 차에 적합하기도 합니다. 하지만 중간에 샤프트가 차량 내부의 공간을 차지하기 때문에 사람이 거주할 수 있는 실내 공간이 좁아지는 단점이 있습니다.

 

 사람들이 후륜 자동차는 모두 오버스티어 현상을 띄기 쉽다고 말하지만, FR 방식의 경우 사실 그렇지 않습니다. FR 방식의 자동차의 앞뒤 중량은 약 5.5:4.5의 비율을 가지고 있기 때문에 비교적 무게중심이 중앙에 있고, 약한 오버 스티어와 약한 언더 스티어 모두 만들어 내기 쉬운 방식입니다. 언더스티어와 오버스티어의 조향 특성은 앞뒤 타이어의 마찰력 균형에 의해 결정되기 때문에 무게 중심이 중앙 쪽에 위치한 FR 방식은 조종성 측면에서 유리한 특성을 가지고 있습니다. 

 

서스펜션 측면에서 차량 전방에서는 보통 좌우 독립 서스펜션을 채용합니다. 좁은 실내 공간을 조금이라도 넓게 하고, 조향을 위한 공간 확보를 하는 데 유리하기 때문입니다. 이 서스펜션은 보통 더블 위시본 방식입니다. 자동차 후방의 경우 리지드 액슬 서스펜션을 사용하는 경우가 있습니다. 이는 좌우 바퀴를 하나의 차축으로 연결하기 때문에 강성확보에 유리하고, 캠버의 변화가 작다는 장점이 있습니다. 하지만 스프링 아래 중량 (Unsprung mass)가 무거워지기 때문에 자동차의 전방처럼 좌우를 독립적으로 현가 시스템을 구성하고자 하였고, 컴플라이언스 스티어(Compliance Steer)의 특성을 이용하여 더블 위시본 방식과 멀티 링크 방식의 서스펜션을 채용하고 있습니다.

 

*컴플라이언스 스티어: 서스펜션의 고무 부시가 변형됨에 따라 타이어의 움직임이 바뀌는 것을 말합니다. 이 특성을 이용해 캠버의 변화를 적게 하는 장점을 가지고 있습니다. 

 

 일반적으로 FF방식의 자동차와 비교하면 뒷 타이어가 자동차를 주행하게 만들기 때문에 안정성면에서 불리하다고는 말할 수 있습니다. 하지만 위와 같은 특징들을 가지고 있기 때문에 FR방식의 자동차가 고성능차에 적합한 것입니다.  

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MR (Middle Engine Rear Drive)의 특징

 MR방식의 자동차는 자동차의 엔진이 운전석과 뒷바퀴의 사이에 엔진이 위치해 있으며, 뒷바퀴가 구동하여 차량이 주행하는 방식입니다. MR방식의 경우 앞뒤 중량은 약 4:6의 비율을 가지고 있습니다. 이로 인해 뒷 타이어에 가해지는 하중이 크기 때문에 선회 중 가속하게 되면 앞바퀴의 접지력과 마찰력이 증가하여 오버스티어 현상이 일어나가 쉽습니다. 이러한 특징을 가지고 있기 때문에 트랙을 달리는 스포츠카의 경우 이러한 방식을 채용하는 경우가 많습니다.

 

 타이어의 마찰력 측면에서 위에서 말했듯이 급선회 시 뒷 타이어에서 횡방향에서 그립력이 여유가 없어지기 때문에 조향이 오버 스티어가 됩니다. 이 경우 뒷 타이어를 앞 타이어 보다 좀 더 크게 만들어 그립력을 더 크게 만들기도 합니다.  

 

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RR (Rear Engine Rear Drive)의 특징

 RR 방식은 뒷바퀴 뒤쪽으로 엔진이 존재하여 뒷바퀴를 구동하면서도 실내공간을 어느 정도 확보한 방식입니다. 뒷바퀴를 직접 구동하기 때문에 부품이 적어 가볍고, 구조가 단순해지기 때문에 구동효율이 훌륭합니다. 구동 효율이 훌륭하기 때문에 빠른 가속력을 가지고 있어 모든 방식 중에서 가장 빠른 가속력을 가지고 있습니다. 하지만 이 경우 무게중심이 상당히 뒤쪽으로 치우쳐져 자동차 하중의 비율이 약 3:7에 가깝기 때문에 급 선회 시 강한 오버스티어의 현상을 띄고 있습니다. 

 

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이렇게 총 3가지의 후륜 구동 방식의 특징들을 알아봤습니다.

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글의 마무리

 이렇게 이 글을 통해 전륜 구동과 후륜 구동의 특징들을 알아보았습니다. 어떤 자동차를 타든 자신의 목적과 흥미에 맞는 자동차를 신중하게 선택하여 구매해야 합니다.

 

 다음에는 4륜이 모두 움직이는 자동차에 대해서 알아보겠습니다.

 

 감사합니다.