자동차, 4륜 조향 시스템 (4-Wheels Steering System)

 4륜 조향 시스템의 역할

 자동차에서 4륜 조향 시스템은 'Four Wheel Steering System'이라고 불리고 줄여서 '4WS'라고도 불립니다. 기본적으로 자동차의 운동성능을 한층 높이기 위해 존재합니다. 따라서 2륜 조향이 가지는 한계점을 먼저 알아볼 필요가 있습니다. 

 

 자동차가 주행 중 스티어링 휠을 돌리게 되면, 앞바퀴 타이어의 방향이 전환되고 코너링 포스가 발생하여 자동차가 선회하게 됩니다. 이때 뒷바퀴는 동시에 코너링 포스가 발생하여 자동차가 선회하는 것은 아닙니다. 정확히는 주행방향이 바뀌기 시작한 후에 뒷바퀴에 슬립각이 생기면서 코너링 포스가 발생합니다. 이것으로 인해 고속 주행 중 선회 시 뒷바퀴가 바깥쪽으로 미끄러질 우려가 있습니다. 이러한 한계로 인해 4륜 조향 시스템을 탑재하면 스티어링 휠 조작 시 앞바퀴 뒷바퀴 동시에 슬립각을 주어 안정적인 고속 선회가 가능합니다. 또한, 고속 주행 중에 바람에 의한 횡력을 받을 때 자동차를 일직선으로 가기 위한 비교적 안정적인 조향이 가능합니다.

 

 하지만, 4륜 조향 시스템에 대한 기술이 양산차에 적용되는 것은 빠르지 않았습니다. 운전자들은 2륜조향에 대한 운전감각이 익숙하여 4륜 조향에 대한 운전 감각이 익숙지 않았고 이로 인한 위험한 상황이 발생할 수도 있었기 때문입니다.

 

 그렇다면 이 시스템에는 어떤 종류의 형태가 있는지 알아보고, 어떻게 4륜 조향이 양산차에 적용될 수 있었는지 알아보겠습니다.

---

4륜 조향 시스템의 형태

 4륜 조향 시스템에는 크게 2가지 형태의 시스템이 있고, 이것이 자동차 제조 회사마다 다양한 방식으로 통합된 형태로도 존재합니다. 그렇다면 다양한 4륜 조향 시스템의 형태의 역할과 의미에 대해서 알아보고 어떤 식으로 통합되어 자동차에 적용되는지 알아보겠습니다.

---

동위상 조향 (In-Phase Steering)

 동위상 조향은 왼쪽 그림과 같이 앞바퀴가 조향 하는 방향으로 뒷바퀴도 같은 방향으로 조향 하는 방식입니다. 앞서 말한 것처럼 이런 방식은 한 박자 늦게 발생하는 뒷타이어의 코너링 포스를 동시에 발생시켜서 조종 안정성을 개선합니다. 또한, 횡풍에 대한 대처도 개선됩니다. 

---

역위상 조향 (Counter-Phase Steering)

 역위상 조향은 오른쪽 그림과 같이 앞바퀴가 조향 하는 반대 방향으로 뒷바퀴가 조향 하는 방식입니다. 이 방식은 저속에서 코너 주행 시 장점을 가집니다. 선회반경을 작게 만들어 좁은 곳에서 핸들링을 하는 수고를 덜어주어 주행을 제공합니다. 또한, 저속 주행 중 신속하게 이루어져야 하는 코너에서 빠른 반응성을 가집니다. 하지만 동위상 조향과 다르게 고속에서 완만한 선회에서는 안정성이 떨어질 수 있습니다. 

 

 일부 운전자는 후진 주행 중 역위상 조향에 대한 감각이 2륜차와 매우 다르게 느끼는 경우가 있어 위험한 상황이 나올 수도 있다고 합니다.

---

통합 제어 형태의 4륜 조향 시스템

 실제 자동차에서 4륜 조향 시스템을 사용하면 동위상 조향과 역위상 조향의 장점을 통합하여 만든 4륜 조향 시스템을 사용합니다. 자동차 회사와 차량마다 다른 제어시스템을 사용할 수 도 있지만 대표적인 방법 중 하나는 중간에 전륜 조향 시스템과 후륜 조향 시스템 사이에 클러치 장치가 장착되어 고속 주행에서는 동위상 조향을 사용할 수 있도록 클러치가 제어되고, 비교적 최소 회전반경에 집중한 저속 주행에서는 모터 등에 의해서 후륜을 역위상 조향으로 제어합니다.

---

 이전에는 4륜 조향의 운전 감각이 운전자에게 거부감을 불러일으키는 경우가 있었습니다. 하지만 운전자 편의를 위하여 다양한 방식으로 통합제어가 제공되고 있고 있습니다. 이를 통해 고급차 혹은 스포츠카 등 훌륭한 운동성능을 요구하는 차량에 기술이 적용되고 있습니다. 

---

여러 가지 자동차 기술에 대한 의견

 4륜 조향 시스템 이외에도 다양한 자동차 브랜드에서 운전자에게 편의를 제공하고 안정성과 고급감을 제공하기 위한 여러 가지 편의 및 안전 기술들이 많이 제공되고 있습니다. 앞으로도 여러 가지 자동차에 대한 기술들이나 자동차의 시스템에 대해서 소개하며 독자들에게 다양한 정보를 제공해 보도록 하겠습니다.

 

감사합니다.