[EV 시대] 자동차의 구동방식과 전기차의 특성

바야흐로 전기차 시대가 도래했습니다. 전동화 전환에 속도가 붙으면서 자동차 엔진과 소재, 부품뿐만 아니라 연료를 채우는 방식까지 기존과 달라지고 있습니다. 이 과정에서 무수한 의문점이 생겨납니다. ‘비 오는 날 전기차를 충전해도 될까’와 같은 질문입니다. 이에 IT동아는 전기차의 A부터 Z까지 모든 것을 살펴보는 ‘EV(Electric Vehicle) 시대’ 기고를 격주로 연재합니다.

출처=엔바토엘리먼츠

자동차는 타이어를 굴려 움직이는 구조입니다. 이에 따라 제작사는 앞, 뒤 타이어 중 어디를 중심으로 구동해야 장점이 많을지 고민하게 됩니다. 차량을 설계할 때 자동차의 앞, 뒤 하중도 고려해서 전륜구동(앞바퀴 굴림) 또는 후륜구동(뒷바퀴 굴림)을 선택하게 됩니다.

출처=두산백과

엔진과 바퀴를 중심으로 자동차 구동 방식을 구분하면, 차량 앞에 엔진이 있고 앞바퀴로 구동하는 방식일 경우 ‘앞 엔진 앞바퀴 구동 방식(FF, Front Engine Front Drive)’이라 합니다. 앞에 엔진이 있고, 뒷바퀴를 구동하는 경우는 ‘앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식(FR, Front Engine Rear Drive)’이라 하며, 뒤쪽에 엔진이 있고 뒤쪽에 동력을 전달하면 ‘뒷 엔진 뒷바퀴 구동 방식(RR, Rear Engine Rear Drive)’, 네 개의 바퀴를 모두 구동하는 것을 ‘사륜구동 방식(4WD, 4Wheel Drive)’이라고 합니다.

‘앞 엔진 앞바퀴 구동’의 경우, 구조가 간단해 생산 비용 절감과 함께 차체 총중량이 비교적 가벼워 연비가 높다는 장점이 있습니다. 다만 앞쪽에 무게가 편중돼 전륜 타이어 수명이 짧으므로, 일정 주행거리가 지난 후에는 전륜과 후륜 타이어 위치를 변경해 줘야 합니다.

‘앞 엔진 뒷바퀴 구동’의 경우, 엔진을 앞쪽에 장착하면서 구동 시 프로펠러 축을 이용해 동력을 후륜으로 전달해 구동하는 방식입니다. 뒤쪽의 하중이 앞쪽보다 가벼워 눈길 주행이나 급하게 핸들을 돌릴 경우, 차량의 후면부가 돌아가거나 눈길에서 헛바퀴가 도는 문제가 발생하기도 합니다.

‘뒷 엔진 뒷바퀴 구동’의 경우 구동바퀴에 걸리는 하중이 커 발진 시, 트랙션 (구동력 배분·전달) 성능이 매우 뛰어나며 제동 시에도 네 바퀴에 균형을 유지하면서 하중이 걸리기 때문에 안정성이 뛰어납니다. 앞바퀴의 조종성과 넓은 실내 공간을 확보할 수 있는 장점이 있지만, 고속 주행 시 안정성이 좋지 않다는 단점이 있습니다.

전·후륜 좌우 바퀴에 동력을 전달하고 원활한 선회를 위한 차동 역할을 하는 액슬(왼쪽)과 전륜 구동 차량에서 엔진·변속기의 구동력을 후륜으로 전달시켜 사륜구동을 구현하는 PTU. 출처=현대위아

AWD(All Wheel Drive), 4Matic, 4WD(4Wheel Drive) 등등 각 제조사별 부르는 명칭이 다르지만, 네 개의 타이어 모두를 활용해 구동하는 것을 사륜구동이라고 합니다. 처음에는 오프로드에서 많이 사용했지만, 기술이 발전하면서 최근에는 승용차 옵션으로도 장착되고 있습니다.

네 바퀴 구동 시 도로 사정에 따라 각 타이어의 노면 마찰률이 달라질 수 있는 상황에서도 운전자가 가고자 하는 방향으로 차량을 유지하는 장점이 있습니다. 자동차 회전에 따른 관성으로 발생하는 잘못된 움직임이 사고로 이어질 수 있으므로, 각 타이어에 전달되는 토크의 배분을 고르게 해주는 장점 덕분에 사륜구동이 주목받았습니다.

최근에는 전자식 사륜 시스템이 개발되면서 각 타이어에 닿는 노면 정보를 차량 스스로 감지해 적절히 토크를 배분하는 TOD (Torque On Demand)를 장착, 자동차의 움직임을 안정적으로 제어하도록 설계합니다.

전기차의 경우는 어떨까요?

전기차는 내연기관과 달리 엔진이 없기 때문에 전륜과 후륜을 선택함에 있어서 자동차 무게중심에 대한 고민은 비교적 적습니다. 변수는 무거운 배터리로 대부분 자동차 하단부에 있어 차량의 무게중심이 중앙에 있을 가능성을 고려하면, 타이어 구동에 유리한 면이 있습니다.

그렇다면 전기차가 후륜 구동을 하는 경우와 전륜 구동을 하는 경우에 어떤 차이는 있을까요?

전기차는 초반 가속력이 좋다는 점과 함께 전장이 긴 차량일수록 후륜 구동이 유리하고 전장이 짧을수록 전륜 구동이 유리합니다. 무거운 배터리를 뒤쪽에 두는 전기차의 경우, 무게중심이 뒤에 쏠리므로 초반 가속성이 좋은 전기차의 중심을 잡아주는 효과가 있습니다.

글 / 문학훈 오산대학교 자동차과 교수

오산대학교 자동차과 교수로 재직 중인 문학훈 교수는 자동차 정비 기능장이자, 공학박사(명지대학교 대학원 기계공학과 박사)다. 현대자동차 정비연수원과 기아자동차 해외품질실에서 근무한 경험이 있으며, 현재 국토교통부 안전·하자 심의위원으로 활동 중이다.

정리 / 동아닷컴 IT전문 김동진 기자(kdj@itdonga.com)