차량이 일정한 원을 따라 회전한다고 해보겠습니다.
원주를 기준으로, 안쪽 앞바퀴와 바깥쪽 앞바퀴는 회전 반경이 다릅니다.
즉, 안쪽 바퀴보다 바깥쪽 바퀴가 더 많이 돌아야 합니다.
이를 가능하게 하는 것이 차동기어, a.k.a 디퍼런셜(Differential), a.k.a '데후' 기어 입니다.
차동기어를 통해 차량은 자연스러운 선회가 가능하지만, 만약 특정한 상황에서 지나치게 한쪽 바퀴로 구동력이 치중한다면 차량은 구동하기 어려워집니다.
따라서 이를 보완해주는 기능이 LSD(Limited Slip Differential) 입니다. 영문을 직역하면, 디퍼런셜 기어에서의 슬립 기능을 제한한다는 뜻입니다.
두 기능의 차이에 대해 자세히 알아보겠습니다.
| 기능 | 영문명(WHO) | 주 목적(WHY) | 시스템 작동 시점(WHEN) |
| 차동기어 | Differential Gear | 안쪽/바깥쪽 바퀴의 회전차 허용을 통한 원활한 선회 |
상시 작동 (특히 선회 시) |
| LSD | Limited Slip Differential | 차동기어로 인한 편바퀴의 자연스러운 슬립 현상을 필요에 따라 강제로 제한 |
한쪽 바퀴가 공중에 뜨거나 마찰력이 상대적으로 적은 노면에 얹혀져 해당 바퀴로만 구동력이 과하게 치중되는 경우 |
| 기능 | 판단 로직(HOW) | 작동 방식(WHERE/HOW) | |
| 차동기어 | 선회 주행 시 바퀴에 걸리는 저항 차이 감지 | 안쪽/바깥쪽 바퀴의 저항 차이만큼 차별화된 구동력을 전달 (커브 안쪽 바퀴의 저항이 더 커지므로 바깥쪽 바퀴를 더 회전하여 원활한 선회를 가능케 함) |
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| LSD | 타이어 토크(회전차) 또는 타이어에 걸리는 미세한 압력차이를 감지 | M-LSD(Mechanical) : 타이어 토크(회전차)를 감지하여 기어간 반발력에 비례하게 마찰력을 증대시켜, 그에 따른 토크 전달 E-LSD(Electronical) : 전자식으로 별도 모터의 전자제어를 통해 다판클러치로 마찰력을 발생시켜 동력 전달 |
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WHAT : 차동기어에 대한 추가 설명
차량이 좌회전 한다고 가정해보겠습니다.
오른쪽 바퀴가 더 빨리 회전해야 하며,
구동 피니언 기어(빨간색)을 통해 전달된 동력이
차동 사이드 기어와 피니언 기어의 상대 회전을 통해 좌우 바퀴에 걸리는 저항에 따라 다르게 회전합니다.
(차량을 리프트에 올려놓고 기어를 중립에 둔 채,
한쪽 바퀴를 손으로 잡아 회전시키면, 반대쪽 바퀴는 같은 속도 다른 방향으로 회전하는 것을 볼 수 있습니다.)
링 기어는 좌우 바퀴의 평균 회전속도와 동일한 속도로 회전합니다.
결국 안쪽 바퀴의 회전 속도는 줄고, 바깥쪽 바퀴의 회전 속도는 올라갑니다.
WHAT : LSD에 대한 추가 설명
앞서 LSD에는 작동 방식에 따라 M-LSD와 E-LSD로 구분된다고 설명드렸습니다.
(타입을 세분화하면 더 많지만, 간단하게 Mechanical - 기계식 - 인지, Electornical - 전자식 - 인지라고 보시면 됩니다.)
이 중 어떠한 전자 제어 없이 순수하게 기계식으로 작동하는 M-LSD에 대해 좀 더 세분화하여 알아보겠습니다.
1Way, 1.5Way, 2Way
먼저 각각의 장단점과 특징에 대해 살펴보겠습니다.
[작동 시점]
- 1Way : 가속시에만 LSD 동작
- 1.5Way : 가속시 위주로 LSD 동작하지만 감속시에도 조금 동작
- 2Way : 가속/감속 시 모두 LSD 동작
[특징]
앞서 자동차에서 디퍼런셜 기어가 필요한 이유는 좌우바퀴의 회전차를 허용하여 원하는 선회 추종이 가능하게 함이며(언더스티어가 나지 않게), LSD는 필요에 따라 그를 강제로 제한하는 기능이라 설명드렸습니다.(필요에 따라 언더스티어를 허용하게)
그렇다면 선회 중에는 각각의 방식별로 어떻게 작동할까요?
가속 시에만 LSD가 작동한다 가정해봅니다. 악셀을 밟고 선회하다가 악셀을 떼게 되면, LSD 작동에 따라 허용되었던(?) 언더스티어가 해제되며, 오버스티어 경향을 갖게 됩니다.
반면 가감속 시 모두 LSD가 작동한다면, 오버스티어 경향 없이 약간의 언더스티어 경향으로 선회하게 됩니다. 즉 선회궤적이 더 커집니다.
이런 사유로 공도에서의 일반 주행이나 트랙에서는 1way 또는 1.5way가 적합합니다.
반면 드리프트용 차량의 경우, 언더스티어 경향이 강한 FF 차량에서는 주로 1way, 오버스티어 경향이 강한 FR 차량에서는 밸런스를 위해 1.5way 또는 2way를 사용합니다.
- 1Way : 일반 주행 및 트랙에서 사용
- 1.5Way : 일반 주행 및 트랙에서 사용
- 2Way : 드리프트 또는 랠리에서 사용
[기계적 원리]
비교적 간단합니다. 샤프트가 캠 형상에 따라 이동하면서 클러치를 누르게 되어 LSD를 붙였다 뗐다를 하는데요.
1way는 캠 형상이 가속 방향으로만 열려있어, 가속 시에만 작동하고,
2way는 캠 형상이 가속/감속 방향으로 모두 열려있어, 가감속 시 모두 작동하며,
1.5way는 캠 형상이 가속 방향으로 크게, 감속 방향으로 작게 열려있어, 가속 시 주로 작동하며 감속 시에도 일부 작동하는 겁니다.
- 1way
- 2way
- 1.5way
이상 오늘은 디퍼런셜 기어와 LSD에 대해 간단히 알아보았습니다.
읽어주셔서 감사합니다.