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토센(Torsen) 차동기어(Differential)의 이해 남자는 자동차!!


예전 부터 한 번 정리하고 싶던 내용인데, 한참 동안 원리가 이해가 안 되다가 최근에서야 토센 차동기어의 원리가 조금이나마 이해되어 이렇게 글을 올립니다.

차동기어(디퍼렌셜)는 이름 그대로 두 회전축 사이에 회전차를 허용하는 장치입니다. 차동기어가 전륜, 후륜의 구동축 사이에 들어가면 앞,뒤 바퀴의 회전수 차이를 허용할 수 있고 좌측,우측 바퀴의 구동축 사이에 들어가면 좌,우 바퀴의 회전수 차이를 허용할 수 있습니다. 자동차의 다양한 주행 조건을 고려하면 네 바퀴가 서로 다른 속도로 회전해야 하는 상황은 무수히 많습니다. 가장 대표적인 상황이 아래의 그림과 같이 차량이 선회를 하는 경우인데 네 바퀴가  모두 하나의 중심점(아래 그림의 O)에 대해서 동심원을 그리는 Ackermann 조향 상태를 가정해 보도록 합시다. 





차량의 축거 l과 윤거 w가 정해지고 안쪽 바퀴의 조향각(delta i)이 정해지면 네바퀴의 선회 중심이 일치하기 위한 바깥쪽 바퀴의 조향각(delta o)은 따라서 정해지게 됩니다. 선회시 네바퀴의 괘적이 동심원을 그리도록 안쪽/바깥쪽 바퀴의 조향각이 조절 되지 않을 경우 접지력이 약한 타이어가 미끌어지면서 억지로 동심원을 그리게 되고 함께 타이어 마모가 발생하기 때문에 차량 제조사는 조향장치를 최대한 Ackermann 조향 조건이 만족 되도록 설계합니다. 

위 그림에서, 보통 중형차 정도의 사이즈를 생각하여 l=2.8m, w=1.5m 이고 안쪽 바퀴를 12도를 조향할 경우의 각 바퀴의 선회중심(O)으로부터의 거리 A, B, C, D 값을 계산해 보면 대략 아래와 같은 값을 얻을 수 있습니다 (계산 방법은 윗 그림의 원본 출처 링크를 참조하시기 바랍니다.) 
 A = 13.466m, B = 14.936m, C = 13.172m, D = 14.672m (이 경우는 바깥쪽 바퀴 조향각은 10.8도가 됩니다.)
여기서 주목할 점은 차량의 네 바퀴 모두 선회중심(O)에서 다른 거리에 있기 때문에 각각 다른 속도로 회전해야 한다는 것이지요. 또한 A, B 의 평균값과 C, D의 평균값이 다르기 때문에 4륜 구동 차량을 설계한다면 좌우 구동축의 회전속도가 달라야 될 뿐만 아니라 앞바퀴와 뒷바퀴에 구동력을 전달하는 프런트/리어 액슬 드라이브 샤프트(font/rear axle drive shaft)의 회전수에 차동을 허용해야 자연스러운 선회를 할 수 있습니다. 

네 바퀴에 서로 다른 회전수를 허용하기 위해 4륜 구동 차량에는 아래와 같이 3개의 차동기어(디퍼렌셜)가 필요하게 됩니다. 

먼저 센터 디퍼렌셜은 앞/뒤바퀴에 동력을 전달하는 프런트/리어 액슬 드라이브 샤프트의 차동을 허용하는 역할을 합니다. 일반적인 오픈(open) 디퍼렌셜을 센터 디퍼렌셜로 사용할 경우 엔진으로부터의 구동축 회전수 R_engine은 (오픈 디퍼렌셜에 대해서 궁금하실 경우 링크의 두 가지 애니메이션을 비교하시면 금방 동작이 이해되실 겁니다.) R_front와 R_rear의 평균값이 됩니다. 예를 들어 R_engine = 50rpm인 경우를 가정할 때 센터 디퍼렌셜이 작동하지 않는다면 R_front = R_rear = 50rpm이 되지만 디퍼렌셜이 작동하여 차동을 허용해야 할 상황이 되어 앞바퀴에 구동력을 전달하는 프런트 액슬 드라이브 샤프트의 회전수 R_front = 60rpm이 된다면 뒷바퀴에 구동력을 전달하는 리어 액슬 드라이브 샤프트의 회전수 R_rear = 40rpm이 되게 됩니다. 입력축의 회전수(R_engine)에 비해 한쪽 회전축이 느려진 만큼 반대쪽 회전축은 빨라져야 하는 것이지요. 마찬가지로 프런트 디퍼렌셜은 프런트 액슬 드라이브 샤프트의 회전수(R_front)를 전륜의 좌/우측의 바퀴에 분배하는 역할을 하며 리어 디퍼렌셜은 리어 액슬 드라이브 샤프트의 회전수(R_rear)를 후륜의 좌/우측 바퀴에 동일한 방식으로 분배합니다. 

오픈 디퍼렌셜의 가장 큰 단점 중의 하나는 회전수 분배에는 뛰어난 기능을 하지만 구동력(토크) 분배 기능이 없다는 점 입니다. 아래는 글로벌 오토뉴스 사이트의 쏘나타 시승기에서 가져온 사진인데, 급격한 선회시에 차량의 무게가 바깥쪽 바퀴에 쏠리는 현상을 잘 보여주고 있습니다. 


위와 같은 상황에서 안쪽 바퀴는 살짝 들려 있기 때문에 바깥쪽 바퀴에 비해 접지력이 약해져 있는 상태입니다. 오픈 디퍼렌셜의 경우 양쪽 바퀴에 동일한 구동력만을 전달 할 수 있기 때문에 안쪽바퀴의 접지력 보다 큰 구동력을 양쪽 바퀴에 똑같이 전달한다면 바깥쪽 바퀴의 접지력에는 여유가 있지만 안쪽 바퀴는 헛돌기 시작하게 됩니다. 약해진 안쪽 바퀴의 접지력에 맞춰서 구동력을 제한하지 않으면 헛도는 안쪽 바퀴 때문에 차량의 선회가 불안정해지게 되는 것이지요. 오픈 디퍼렌셜의 이러한 특징은 살살 몰아도 되는 일반적인 승용차에서는 크게 문제가 되지 않지만 레이싱을 위한 차량에서는 큰 문제가 됩니다. 평소에 좌/우 50:50의 접지력을 가지고 있는 상태에서는 50+50=100 만큼의 힘으로 가속을 할 수 있지만 선회중에 접지력이 70:30 으로 변한다면 접지력이 작은 쪽인 30에 맞춰서 30+30=60 만큼의 힘만 가속에 사용할 수 있기 때문에 코너를 빠른속도로 돌아나가기가 힘들게 됩니다. 이러한 오픈 디퍼렌셜의 단점을 해결하기 위해 다양한 방식의 차동제한장치(LSD, Limited Slip Differential)가 사용되고 있는데, 이번 글에서 설명할 토센 디퍼렌셜은 그 중 한 가지 입니다. (글을 쓰다보니 서론이 과도하게 길어진 느낌이 있네요 -_-;) 

토센 디퍼렌셜의 가장 큰 장점은 회전수와는 독립적으로 구동력(토크) 배분이 접지력에 따라서 자동으로 이루어 진다는 점 입니다. 토센 (Torsen) 디퍼렌셜의 이름도 Torque Sensing (토크 감지)의 앞 글자를 3글자씩을 따와서 만든 이름이지요. 토센 디퍼렌셜은 아우디의 quattro 4륜 구동 시스템의 센터 디퍼렌셜에 사용되는 것으로 많이 알려져 있는데, (물론 다른 차량에서도 많이 사용됩니다. 예를 들어 제네시스 쿠페의 순정 LSD가 토센 디퍼렌셜입니다.) 아래 그림은 아우디 A4 차량의 센터 디퍼렌셜로 사용된 토센 디퍼렌셜을 보여 줍니다. (원본 출처는 링크 참조, 원본 그림에 색을 입힘)


먼저 상대적으로 이해가 쉬운 차동 동작이 어떻게 이루어지는 부터 살펴 보도록 하겠습니다. 붉게 표시된 부분이 엔진의 구동력이 전달 되는 디퍼렌셜 하우징이고 붉은색 영역 안에 파란색과 녹색 점선으로 표시 되어 있는 부분이 하우징에 회전축이 고정되어 있는 3쌍의 유성기어(Planet Gear) 입니다. (1쌍의 유성기어는 뒷편에 있어서 그림상에서는 보이지 않습니다.) 디퍼렌셜 하우징이 위 그림의 빨간색 화살표와 같이 회전하면 3쌍의 유성기어(Planet gears) 중 파란색 점선으로 표시된 유성기어 3개는 프런트 액슬 드라이브 샤프트(파란색)와 연결된 태양 기어(Sun Gear)를 통해 앞바퀴를 회전시키고 녹색 점선으로 표시된 유성기어 3개는 리어 액슬 드라이브 샤프트(녹색)와 연결된 태양기어를 통해 뒷바퀴를 회전시키게 됩니다. 차동이 일어나지 않을 경우에는 3쌍의 유성 기어는 같은 방향으로 회전하려는 힘이 상쇄되어 회전하지 않지만, 차동이 일어나게 되면 파란색 점선과 녹색 점선으로 표시된 유성기어 쌍이 서로 맞물려 돌면서 두 구동축의 회전차를 허용하게 됩니다. 토센 디퍼렌셜의 차동 동작이 머리속에 잘 그려지지 않으면 아래의 유튜브 동영상을 참고하여 주시기 바랍니다.





토센 디퍼렌셜의 차동 동작이 어느 정도 이해가 되었다면 다음은 토크 분배에 대해서 생각해 볼 차례입니다. 토센 디퍼렌셜뿐만 아니라 다른 종류의 디퍼렌셜에도 공통적으로 적용되는 부분인데 토크 분배에 대해서 생각할 때 주의할 점은 회전수와 지면에 전달되는 토크 분배는 독립적이라는 것입니다. 아래 그림의 예를 보면서 생각해 보도록 합시다. (아래 그림은 이 영상에 많은 영향을 받아 그린 그림입니다.)


먼저 자동차의 오른쪽 바퀴만 얼음위에 놓여 있고 차를 앞으로 전진시키기 위해서 1000N의 힘이 필요하다고 가정해 봅시다.설명의 편의상 오픈 디퍼렌셜을 예로 들었는데, 윗 그림에서는 엔진의 힘(F_engine)이 전달 될 때 왼쪽 바퀴로 부터의 반발력 F_L과 오른쪽 바퀴로 부터의 반발력 F_R이 스파이더 기어에서 반대 방향으로 작용하면서 평형 상태에 있는 것을 보여주고 있습니다. 이제 정지 상태에서 출발하기 위해 양 바퀴에 가하는 구동력을 점점 늘려가는 상황을 상상해 보도록 하겠습니다. 양쪽 각 바퀴에 가해지는 구동력이 300N을 넘기 직전의 순간(편의상 299N으로 하겠습니다)에는 양쪽 바퀴의 구동력은 299 + 299 = 598N으로 차를 출발 시키기 위한 힘 1000N보다 작기 때문에 바퀴는 정지되어 구르지 않으며 양쪽 바퀴가 지면에 전달하는 토크는 똑같습니다. (상황 1)

이 상황에서 양쪽 바퀴에 가해지는 힘이 300N에 도달하는 순간 오른쪽 바퀴의 반발력 F_R(=오른쪽 바퀴의 구동력)은 얼음위에서 타이어의 정지 마찰력 300N에 도달하여 오른쪽 바퀴는 얼음 위에서 미끌어 지면서 회전을 하게 됩니다. 이 상황에서 찰나의 순간이나마 양쪽 바퀴의 구동력이 300 + 300 = 600N이 되더라도 1000N 보다 작아 차는 움직이지 않으므로 왼쪽 바퀴는 여전히 정지해 있는 상태입니다. 오른쪽 바퀴가 회전을 시작하고 나면 상황은 더 나빠져서 얼음 위에서의 운동 마찰력인 200N 밖에 지면에 전달할 수 없습니다. 이제 부터 엔진으로 부터의 구동력(F_engine) 600N 중에 200N 씩은 왼쪽/오른쪽 바퀴에 작용하는 힘으로 사용되고 나머지 200N은 오른쪽 바퀴를 회전시키는데 사용되게 됩니다. 이 상황에서는 오른쪽 바퀴가 회전을 하고 있지만 양쪽 바퀴가 지면에 전달하는 토크는 여전히 동일합니다. (상황 2)

앞에서 디퍼렌셜의 토크 분배와 회전수 분배는 독립적이라고 말을 했었는데 상황 1과 상황 2를 비교해 보면 양쪽 바퀴 회전수에 차이가 있든 없든 토크는 똑같이 분배되고 있기 때문에 회전수와 토크 전달은 독립적이며 바퀴가 미끌어지는 상황에서는 회전수가 빠른 쪽의 바퀴가 항상 큰 토크를 전달하지는 않는다는 것을 알 수 있습니다. 

위 상황에서 오픈 디퍼렌셜의 문제점이 나타나게 됩니다. 엔진으로 부터는 차를 출발시키기에 충분한 1000N 만큼의 구동력이 전달 되더라도 오른쪽 바퀴가 미끌어지기 시작하면서 왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴는 각 200N 씩 만큼의 구동력만을 전달하고 나머지 600N의 힘은 오른쪽 바퀴를 헛돌게 하는데 낭비되고 맙니다. 


만약에 엔진의 구동력(F_engine)을 잘 이용하여 위의 그림과 같이 왼쪽 바퀴에 연결된 사이드 기어와 디퍼렌셜 하우징 사이에 F_engine의 1/2 만큼의 마찰력(F_friction)을 마찰력을 발생 시킬 수 있다고 가정해 봅시다. 이 경우에는 스파이더 기어에는 F_L과 F_R이 평형을 이루는 것이 아니라 (F_L - F_friction) 과 F_R이 평형을 이루는 것으로 상황이 바뀌게 됩니다. 앞에서와 마찬가지로 F_engine = 1000N일 경우  F_friction = 500N이 되고  F_L + F_R = 1000N이 되는 조건에 맞춰 계산을 하면 F_L = 750N, F_R = 250N 이 되게 됩니다. 이 경우에는 왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴의 구동력(=반발력)이 모두 각 노면의 정지 마찰력을 넘지 않기 때문에 어느쪽 바퀴도 미끌어 지지 않고 엔진으로 부터의 구동력 1000N을 모두 전달 할 수 있기 때문에 차가 문제없이 출발할 수 있습니다. 

 위에서는 이해가 쉽도록 왼쪽 사이드 기어에만 마찰력이 작용하는 상황을 예로 들었습니다만, 사실 마찰력이 왼쪽/오른쪽 사이드 기어, 스파이더 기어와 디퍼렌셜 하우징의 접촉면 사이에 골고루 나누어 분포하더라도 디퍼렌셜 내부 기어들의 마찰력 총합의 크기 만큼 구동력이 양쪽 바퀴에 다르게 분배 될 수 있다는 사실은 변하지 않습니다. 오히려 예제와는 반대로 오른쪽 바퀴가 접지력이 좋은 상황에도 대응할 수 있어 보다 유용성이 높아 지게 되지요. 지금까지 설명한 동작이 바로 토센 디퍼렌셜의 기본 원리 입니다. 엔진의 구동력을 이용하여 사이드 기어와 디퍼렌셜 하우징 사이에 마찰력을 발생시키고 이렇게 발생된 마찰력의 크기 만큼 접지력이 좋은 바퀴에 구동력을 더 크게 보내줄 수 있습니다. 이제 부터는 토센 디퍼렌셜이 어떤 방식으로 엔진의 구동력에 비례하여 내부 기어들 사이에 마찰력을 발생 시키는지 알아 보겠습니다. 
 



 원본 출처 링크 - 원본의 그림에 색을 입힘.


 윗 그림은 토센 디퍼렌셜의 구조를 보여주며 색을 칠한 부분은 엔진의 구동력에 비례하여 작용하는 3가지 마찰력을 나타내고 있습니다. (그림에서는 왼쪽 바퀴의 접지력이 오른쪽 바퀴에 비해 접지력이 좋은 상황을 가정하고 있습니다.) 첫 번째 마찰력은 노란색으로 표시된 좌/우 사이드 기어 사이, 사이드 기어와 디퍼렌셜 하우징의 접촉면에서 발생하는 마찰력 입니다. (처음 설명 할 때는 태양기어라는 표현을 썼지만 바로 앞의 내용과의 혼동 방지를 위해 사이드 기어라는 표현을 사용했습니다. ) 엔진의 구동력이 링 기어를 통해서 디퍼렌셜 하우징의 회전으로 전달되면 하우징과 연결된 유성기어가 왼쪽과 오른쪽 액슬에 연결된 사이드 기어를 각각 회전시키기 위한 힘 F_L과  F_R을 작용하게 됩니다.기어의 접촉면이 비스듬하게 되어 있으므로 F_L과 F_R은 각각의 분력인 F_1과 F_2힘을 발생시키고 이 힘은 사이드 기어와 디퍼렌셜 하우징, 그리고 왼쪽과 오른쪽 사이드 기어 사이의 마찰력을 발생 시킵니다. F_L과 F_R은 바퀴의 엔진의 구동력에 비례하는 힘이므로 이 마찰력은 엔진의 구동력이 비례하게 됩니다. 
 
두 번째 마찰력은 빨간 점으로 표시된 유성기어와 사이드 기어의 접촉면에 작용하는 마찰 입니다. 엔진의 구동력에 비례하여 유성기어와 사이드 기어의 접촉면 사이의 압력이 증가하고, 이 압력이 기어가 회전할 때의 마찰력을 발생시켜  두 바퀴의 접지력이 다른 상황에서도 차동이 일어나지 않도록 방지하는 힘으로 작용하게 됩니다. 

세 번째 마찰력은 녹색으로 표시된 유성기어와 디퍼렌셜 하우징 사이의 접촉면에 발생하는 마찰력 입니다. 엔진의 구동력이 전달되는 과정에서 디퍼렌셜 하우징이 유성기어쌍을 밀게 됨으로 접촉면 사이에 엔진의 구동력과 비례하는 마찰력이 발생하게 됩니다. 

위에서 설명드린 3가지 힘은 다양한 조건에 의해서 변하게 됩니다. 사이드 기어와 유성기어가 물리는 경사면의 각도, 사이드 기어 옆면과 디퍼렌셜 하우징 사이의 마찰계수, 유성기어와 디퍼렌셜 하우징 사이의 마찰계수 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하게 되는데 수학적인 분석이 궁금하신 분은 "Traction Control Article" 이라는 제목의 글을 읽어 보시기 바랍니다. 중요한 것은 토센 디퍼렌셜 내부에서는 엔진의 구동력에 비례하여 두 바퀴의 차동에 반발하는 힘이 발생하고 (위 3가지 힘의 합) 그 힘 만큼 접지력이 좋은 바퀴에 보다 큰 구동력을 몰아 줄 수 있다는 것입니다. 

토센 디퍼렌셜의 스펙 중 Torque Bias Ratio (이하 TBR로 표현) 라는 것이 있는데 토크를 몇대 몇까지 나눠줄 수 있는지를 나타냅니다. 예를 들어 TBR이 4인 토센 디퍼렌셜이라면 위에서 예를 들었듯이 한쪽 바퀴가 얼음위에 있는 경우, 엔진 힘이 1000N이 가해질 경우 왼쪽 바퀴는 800N 오른쪽 바퀴는 200N의 구동력을 바퀴에 전달할 수 있습니다. (800N/200N = 4 = TBR) 일반적인 자동차에 사용되는 토센 디퍼렌셜의 TBR은 보통 2.5~4 정도 사이값을 가진다고 하는데 토센 디퍼렌셜의 가장 큰 장점은 빠른 반응성에 있습니다. 전자제어에 의해 바퀴의 슬립을 감지하여 구동력을 제한하는 경우에는 센서와 ECU, 액츄에이터를 거치면서 반응에 약간의 지연이 발생하지만 토센 디퍼렌셜의 토크 분배는 물리 법칙의 지배를 받기 때문에 반응시간이 거의 0에 가깝다고 볼 수 있습니다. 다만 TBR값을 넘어서는 범위의 토크 분배를 위해서는 전자제어가 필요하긴 합니다. (TBR은 비율로 계산 되기 때문에 한쪽 바퀴의 구동력이 0이 되는 경우에는 토센 디퍼렌셜은 토크 분배능력이 사라집니다.) 아우디 quattro의 경우에는 기본적으로는 토센 디퍼렌셜(물리법칙)에 의해 앞/뒤바퀴 사이의 구동력이 순간적으로 바뀌지만 0:100 또는 100:0의 구동력 분배를 위해 전자제어가 보조적으로 사용되기도 한다고 합니다. (출처 - 링크 참조)

글을 마무리 하면서 사족을 덧붙이면 나중에 다판 클러치식 LSD를 다루게 될 기회가 있을지 모르겠습니다만, 일반적인 상황에서는 리어 디퍼렌셜로 다판식 LSD보다 토센 디퍼렌셜을 사용하는 것이 주행 안정성에 훨씬 유리합니다. 다만 작정하고 드리프트를 하겠다고 마음 먹었다면 다판 클러치식을 사용하는 것이 유리하지요. 긴글 읽어 주셔서 감사합니다. 


 P. S.)

 이 글을 읽고 완전히 이해가 안 되시는 분들을 위해 참고할 만한 자료를 알려 드립니다. 

 1. Engineering Explained 라는 유튜브 채널인데 디퍼렌셜을 비롯하여 자동차의 원리에 대해 많은 설명을 해 줍니다.
    (이 글을 쓰는데 많은 도움이 되었습니다.) 
 
 2. 취미로 읽고 있는 잡지인데 자동차의 원리에 대해서 얕지만 넓은 지식을 얻을 수 있습니다.
     이번 글을 쓰는데 참고한 잡지의 판매처 링크를 걸어 봅니다.
    
 



덧글

  • 토센 2016/03/18 11:16 # 삭제 답글

    토센(Torsen) 차동기어(Differential)의 이해 를 보고 궁그한점 질문드립니다.
    토센을 전륜 후륜 센터 3곳이 적용하면 가장 이상적인 4륜구동 시스템이 되지않나요?
    전자 제어필요없이 기계적인 완벽한 시스템이 될것 같은데, 적용차종은 있는지 모르겠네요?
  • 오오미 2016/04/12 17:53 # 삭제 답글

    안녕하세요 과제제작으로 소형 differential 기어를 만들려고하는 학생입니다. 차동기어 제작중에 기어박스를 통상 양 바퀴의 중앙에 위치하게 되는데 부득이 하게 엔진때문에 앞바퀴는 차동기어의 위치가 중앙이 아닌 한쪽으로 쏠린 모양이 되는데요, 결과적으로는 안 그렇지만 이 앞바퀴의 경우 직진주행을 할 경우에 차동기어에 일정 토크가 입력 되면 양쪽 앞바퀴에 다른 토크가 생기는 것이 아닌가요? 그렇게 되면 양쪽 바퀴 회전수가 달라지는 결과가 있는것이 아닐까요? 결론적으로 궁금한 것이 토크 분배가 되는 원인이 무엇인가요?? 각 바퀴와 지면 사이의 마찰력인가요?
  • 골수공돌이 2016/04/18 14:36 #

    제가 해외 출장을 다녀오는 바람에 답글이 늦었네요. 차동기어 위치가 한쪽으로 쏠리게 되면 양쪽 바퀴에 다른 토크가 전달되는 것이 맞습니다. 보통은 긴쪽 axle과 짧은 쪽 axle의 재료나 구조에 차이를 두어 axle의 변형 정도를 보정하여 토크를 맞추는 것으로 알고 있습니다. 토크의 분배는 바퀴의 지면 사이의 마찰력도 일부 요소이지만 이외에도 영향을 미치는 요소들이 많은 것으로 알고 있습니다.
    동일한 댓글이 반복적으로 달려 있어 이 글 이외에는 지움을 양해 부탁드립니다.
  • 부대찌게 2016/05/11 17:31 # 삭제 답글

    안녕하세요. 차동기어의 토크 분배에 대해 질문이 있어 글 남깁니다.
    현직 자동차 관련 현직 연구원입니다만, 어디에도 차동기어의 토크 분배에 대한 원리가 설명이 안되있어서
    공돌이님께 염치 불구하고 질문드립니다.(부디 이 글을 봐주시길...)
    질문은, 일반 오픈 디퍼런셜에서 코너링시 양축의 회전수의 차이가 있음에도 토크배분이 1:1로 이루어지는게
    도저히 메카니즘적으로 이해가 안되는것이 질문입니다.
    혹시라도 알고 계시다면 알려주시길 바랍니다.
  • 골수공돌이 2016/05/13 00:54 #

    거꾸로 차동기어가 없는 상황을 생각해 보시면 보다 쉽게 이해가 되실 것 같습니다.
    차동장치가 없다면 바깥쪽과 안쪽바퀴는 같은 속도로 돌아야하고 코너링시에는 하중이 바깥쪽 바퀴에 실리게 되므로 상대적으로 접지력이 작은 안쪽 바퀴는 바깥쪽 바퀴의 속도에 맞추기 위해 필요이상의 속도로 돌면서 헛돌기 시작할 것입니다. 이경우 바깥쪽 바퀴에는 최대 정지 마찰력이 작용하고 있지만 안쪽 바퀴는 보다 작은 운동 마찰력이 작용하고 있으므로 양쪽 바퀴가 지면에 전달하는 토크의 양은 달라지게 됩니다. 이 상황에서 차동을 허용하게 된다면 두 바퀴 모두 헛돌지 않고 코너를 돌아나갈 수 있으므로 동일하게 타이어의 접지력 만큼의 토크를 전달 할 수 있습니다.
  • 부대찌게 2016/05/16 09:45 # 삭제

    답변 감사드립니다.
    해주시는 말씀은 결국, 노면의 마찰려과 연관이 있다는 말씀이시군요.
    그렇다면 아우디의 콰트로 시스템같은 경우는 앞축, 뒷축의 토크 배분을 컨트롤 할 수 있다고 하는데
    이것도 결국은 윗글의 설명데로 Ffriction을 이용하여 컨트롤 하는것 인가요?
    질문의 의도는, 콰트로 시스템에서 노면의 마찰력과 관계없이 제어적으로 앞뒷축의 토크 배분을 하는 것인지
    아니면 기계적으로 앞뒷축의 마찰력의 차이가 날 경우만 토크배분양을 컨트롤 하는 것인지 입니다.
  • 골수공돌이 2016/05/17 09:15 #

    토센 디퍼렌셜은 기본적으로는 양쪽(또는 앞/뒤) axle의 구동력 차이에 반응하여 Ffriciton을 각 axle에 동일한 구동력이 걸리도록 분배하는 장치입니다만, 센터 디퍼렌셜의 경우 각 axel에 연결된 선기어의 직경을 다르게 하여 구동력을 5:5가 아닌 다른 비율로 (예, 4:6) 설정할 수도 있습니다. 다만 토센 디퍼렌셜 자체만으로 10:0이나 0:10은 불가능하기 때문에 한쪽 구동력을 완전히 0으로 하기 위해서는 전자제어 장치가 추가되어야 합니다.
  • 부대찌게 2016/05/17 11:31 # 삭제

    선기어의 직경으로 비율을 달리 할수 있다는 말씀은,
    센터 디퍼렌셜은 Max 토크배분비가 하드웨어적으로 결정되어 있고(ex 6:4)
    앞, 뒷축의 노면 마찰력에 따라 Ffriction을 생성하여 토크 배분을 한다는 말씀이신 건지요?
    아니면, 평상시의 토크배분이 6:4 로 존재하고 앞뒷축의 속도 차에 의해 1:9~9:1 까지
    Ffriction을 이용해 배분할수 있다는 것 인가요?
    자꾸 질문이 늘어져 죄송합니다만, 잘 부탁드립니다.
  • 골수공돌이 2016/05/17 13:38 #

    평상시의 토크 배분을 5:5가 아닌 6:4와 같은 값으로 할 수 있으며, 최대 구동력 배분 비율 (TBR)은 디퍼렌셜 내부각 기어들의 기어물림 각도와 각 기어들 사이의 마찰력에 의해 정해지게 됩니다. 제가 기계공학이 전공이 아닌지라 명확히 설명드리지 못하는 점을 양해 부탁드립니다. ^^
  • 부대찌게 2016/05/18 09:13 # 삭제

    아닙니다. 충분한 답이 되었습니다.
    긴 질문에 답해주셔서 감사합니다.
    웬만한 기계공학 전공자보다 넓게 이해하고 계신듯합니다.
    감사합니다!!
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