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콰트로 (4륜구동)

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목차

1. 개요

콰트로(Quattro)는 폭스바겐 그룹의 사륜구동(4WD) 시스템 브랜드로, 1980년대부터 아우디 차량에 주로 적용되어 왔다. 콰트로는 종치 엔진 방식의 내연기관과 변속기를 통해 기계식 또는 토르센 센터 디퍼렌셜로 토크를 전달하여 상시 사륜구동을 구현한다. 1987년 이후 토르센 센터 디퍼렌셜을 사용하며, 전자 디퍼렌셜 록(EDL)과 같은 기술을 통해 성능을 향상시켰다. 콰트로는 1세대부터 6세대에 이르기까지 다양한 기술적 진화를 거쳤으며, 각 세대별로 센터 디퍼렌셜, 토크 배분 방식, 전자 제어 기능 등에서 차이를 보인다. 아우디는 콰트로 기술을 홍보하기 위해 다양한 마케팅 활동을 펼쳐왔다.

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콰트로 (4륜구동) - [회사]에 관한 문서

2. 종치 엔진 시스템

초기 콰트로 시스템에서 엔진과 변속기는 종 방향으로 배치되어 있다. 토크는 변속기를 통해 기계식 센터 디퍼렌셜(차동 기어 또는 데프라고도 불림)로 전달되어 앞뒤 구동 차축 간에 토크를 분배한다. 4륜구동은 상시 작동한다.

2. 1. 기계식 센터 디퍼렌셜

폭스바겐 그룹은 제2차 세계 대전 중 설립된 이후 거의 모든 기간 동안 사륜구동 (4WD) 시스템을 개발해 왔다. 폭스바겐 퀴벨바겐, 폭스바겐 슈빔바겐, 폭스바겐 코만도어바겐은 모두 네 바퀴를 구동해야 하는 군용 차량이었으며, 후자는 사륜구동 폭스바겐 비틀이었다. 군용 및 사륜구동 경험은 나중에 1970년대 독일 연방군을 위해 폭스바겐 일티스를 설계하는 데 도움이 되었다. 일티스는 초기 형태의 4WD를 활용했는데, 이는 나중에 "콰트로"와 동의어가 되었다.[2]

원래의 콰트로 시스템에서 내연 기관과 변속기는 종치 엔진 위치에 배치되어 있으며, 토크는 변속기를 통해 기계식 센터 차동 기어 장치로 전달되며, 이 장치는 앞뒤 구동 차축 간에 토크를 분배한다. 4륜구동은 항상 활성화되어 있었다.

2. 2. 토르센 센터 디퍼렌셜 (T1, T2, T3)

토르센(Torsen, Torque Sensing) 디퍼렌셜은 기계식 자동 차동 제한 장치로, 휠 스핀이 발생하기 전에 토크를 자동 분배하여 주행 안정성을 높인다. 토르센 디퍼렌셜은 크게 T1, T2, T3 세 가지 유형으로 나뉜다.

토르센의 특성은 컴퓨터 제어 클러치처럼 토크를 적극적으로 할당하는 대신, 디퍼렌셜 전체에서 토크 차이(토크 바이어스 비율/TBR)를 지원한다는 점에서 제한 슬립 디퍼렌셜과 유사하다. 즉, 그립이 가장 적은 쪽에서 가장 많은 쪽으로 토크를 전달하며, 그립이 가장 많은 차축에 그립이 가장 적은 차축에서 사용 가능한 토크량만큼만 토크를 공급할 수 있다. 따라서 한 차축의 그립이 전혀 없으면 TBR에 관계없이 다른 차축에는 상당한 토크가 공급되지 않는다. 극단적인 경우, 센터 디퍼렌셜에서 단일 휠의 견인력이 완전히 손실되면 다른 세 바퀴에는 매우 제한된 토크만 발생한다.

아우디는 이러한 제한에 대응하기 위해 초기 토르센 장착 차량에 수동 잠금식 후방 디퍼렌셜을 추가했다. 이후에는 전자식 디퍼렌셜 잠금 장치(EDL)로 대체했는데, 이는 개별 휠 브레이크(ABS 센서로 모니터링)를 사용하여 개별 휠 스핀을 제한하는 방식이다. EDL은 80km/h 미만의 속도에서 전륜 및 후륜(오픈) 디퍼렌셜 모두에 작동하며, 견인력이 낮은 단일 휠에서 토크를 증가시켜 토르센이 나머지 견인력이 높은 휠에 더 많은 토크를 전달할 수 있게 한다.[2]

2. 2. 1. 토르센 T1

1987년 이후 아우디는 수동 센터 디퍼렌셜을 토르센(Torque Sensing, 토크 감지) 타입 1("T1") 센터 디퍼렌셜로 교체했다. 이를 통해 주행 조건과 그립에 따라 엔진 토크를 개별 차축으로 자동 분배할 수 있게 되었다. '정상' 조건(전륜 및 후륜 차축 모두에서 그립이 동일한 경우)에서는 토크가 대부분의 버전에서 전후 50:50으로 분배되지만, 그렇지 않은 경우도 있다. 불리한 조건(예: 전후방 그립 차이가 있는 경우)에서는 엔진 토크의 최대 67%에서 80%가 전륜 또는 후륜 차축으로 전달될 수 있다.[14] 토르센 센터 디퍼렌셜의 완전 자동 기계적 특성은 차량 탑승자가 알아차릴 수 없을 정도로[4] 토크를 즉시 더 많은 그립을 가진 차축으로 전환하여 휠 스핀(wheel slippage, 헛돌)이 발생하는 것을 방지한다. 이러한 작동 방식은 '사전 예방적'이라고 설명할 수 있다.

right 센터 디퍼렌셜]]

또한, 다양한 유형의 전자식 디퍼렌셜과 달리 토르센은 휠 속도 센서와 같은 소스에서 전자 데이터를 필요로 하지 않으므로 할덱스 트랙션과 같은 디자인과 달리 휠 속도 센서 중 하나에 결함이 발생하더라도 "페일 세이프" 요소가 있다. 이에 비해 다른 4륜 구동 시스템에 사용되는 점성 커플링 유닛 및 전자 제어 센터 디퍼렌셜은 휠 슬립이 발생한 ''후''에만 토크를 재분배하기 때문에 반응형이다. 이러한 장점은 코너링 포스 중을 포함한 강력한 가속 시에 느껴지는데, 차축 간의 토크 전달이 원활하여 안정적인 차량 역학을 유지하고 차량 제어 불능의 가능성을 크게 줄여주기 때문이다. 토르센 기반의 콰트로 시스템은 엔진 브레이크에서도 장점을 제공한다. 엔진 브레이크를 사용하여 차량 속도를 줄일 때 토르센 기반 시스템을 사용하면 전후방 차축에 가해지는 "역 토크" 부하가 엔진 "추진" 토크가 완전 자동 기계적으로 분배되는 것과 동일한 방식으로 균등하게 안정화된다. 이를 통해 엔진 브레이크 효과를 네 바퀴와 타이어 전체에 분산시킬 수 있다. 토르센 기반 콰트로가 장착된 차량은 감속 시 전후방 차축의 그립 손실로 인한 제어 불능 위험을 줄이면서 더욱 안정적인 고속 회전을 수행할 수 있다.

그러나 콰트로 시스템의 이러한 구성에는 몇 가지 제한 사항이 있다. 표준 (타입 1 또는 ''T1'') 토르센은 50:50의 정적 토크 비율을 지원한다. 즉, 입력 토크는 두 출력 샤프트에서 동일하게 지원되며, T1은 2.7–4:1의 토크 바이어스 비율(TBR)을 갖는다. 즉, 그립이 가장 적은 샤프트에서 사용할 수 있는 토크보다 약 3~4배의 토크를 가장 견인력이 좋은 출력 샤프트에 공급할 수 있다. 즉, 25%에서 75% 사이의 토크 분배가 가능하다. 그러나 T1 토르센은 대부분의 상황에서 잠겨 있다(출력 샤프트가 함께 잠김). TBR에 도달했을 때(즉, TBR이 지원할 수 있는 것보다 출력 샤프트 간의 토크 차이가 클 때)만 출력 샤프트가 서로 상대적으로 회전하고 디퍼렌셜이 잠금 해제된다. 이러한 특성으로 인해 TBR 범위 내에서 (센터) 디퍼렌셜의 두 출력 간에 비교적 자유로운 토크 이동이 발생한다. 따라서 센터 디퍼렌셜 설치 시 T1 토르센의 정적 토크 배분은 50:50이 아니라 차량의 무게 배분(정적 및 동적 모두)을 반영하는데, 이는 (전:후) 출력 샤프트에서 사용할 수 있는 견인력 때문이다. 표준 차량의 경우 이는 안정성, 가속 및 견인력 측면에서 바람직하지만 핸들링(언더스티어) 측면에서는 바람직하지 않을 수 있다. 2.7:1 TBR을 가진 표준 콰트로 토르센 T1은 대부분의 조건에서 충분하지만, TBR이 더 높은 토르센 T1 디퍼렌셜(4:1)을 사용할 수 있으며, 더 넓은 토크 분배를 지원하여 언더스티어를 더욱 제한할 수 있다.

2. 2. 2. 토르센 T2

1988년부터 구형 아우디 100 C3 플랫폼, 아우디 콰트로, 신형 B3/B4 플랫폼, C4 플랫폼 등에 적용되었다.

2. 2. 3. 토르센 T3

토르센 T3 센터 디퍼렌셜은 유성 기어 기구와 토르센 디퍼렌셜을 결합한 형태로, 센터 디퍼렌셜 장치를 위해 특별히 개발되었다. T1 토르센이 명목상 50:50의 토크 분배를 갖는 반면, T3 토르센은 유성 기어 기구를 사용하여 전륜 40: 후륜 60의 비대칭적인 토크 분배를 기본으로 한다.[2] 즉, 전륜과 후륜 차축의 그립이 동일할 때, 토크의 40%는 전륜으로, 60%는 후륜으로 전달된다. T1 토르센과 마찬가지로, T3 역시 견인 조건에 따라 토크를 동적으로 분배하지만, 정적인 바이어스를 갖는다는 특징이 있다. T3는 후륜구동 차량과 유사한 핸들링 특성과 차량 동역학을 제공한다. 이러한 비대칭 토르센은 2006년형 아우디 RS4 (B7형)에 처음 도입되었으며,[2] 이후 2006년부터 2008년까지 아우디 S4, RS4 B7 수동 변속기 모델과 2007년부터 S6, S8, Q7 모델에 적용되었다.

2. 3. 크라운 기어 센터 디퍼렌셜

콰트로(1988년 이후), 100(C3, 1988년 이후), 80/90 콰트로(B3), 80/S2/RS2(B4), 100 콰트로/A6/S4(C4)에 탑재된 콰트로 시스템은 다음과 같다.

  • 시스템: 상시 4륜구동
  • 토르센 센터 디퍼렌셜 - 기본 전후 토크 배분 50:50, 어느 한 차축에 최대 75%까지 토크가 자동 배분된다.
  • 오픈 리어 디퍼렌셜 - 사이드 브레이크 옆에 위치한 센터 콘솔의 스위치로 수동 잠금 가능 (잠금 시 ABS가 무효화, 속도가 25km/h를 초과하면 자동으로 잠금 해제).[2]
  • 오픈 프론트 디퍼렌셜 - 록 없음.

2. 4. 보그워너 (BorgWarner) 시스템

아우디 Q7(1세대)은 폭스바겐 투아렉, 포르쉐 카이엔과 플랫폼을 공유하지만, 이전 모델들과 동일한 섀시를 사용하지 않는다. 대신, 보그워너는 이 오프로드에 더 적합한 SUV를 위해 4륜 구동 시스템을 제공한다. 토르센 타입 3(T3) 디퍼렌셜이 사용된다.[2]

2. 5. 울트라 (Ultra) 시스템

아우디는 2016년 2월에 콰트로에 "울트라 테크놀로지"를 탑재한 신형차를 발표했다.[8] 이는 종치 엔진을 가진 플랫폼에서 사용하기 위한 전륜 구동 기반 시스템으로, 필요에 따라 100% 전륜 구동으로 전환 가능하다.

3. 횡치 엔진 시스템

폭스바겐 그룹이 1974년 최초로 횡 배치 내연 기관 차량을 출시한 이후, 4륜 구동(4WD) 역시 A 플랫폼 계열 자동차에 적용을 고려했다. 4WD가 마침내 시장에 등장한 것은 이 플랫폼의 2세대에 이르러서였다. 1980년대 중반의 Mk2 골프 싱크로는 횡 배치 엔진과 변속기 배치를 가지고 있었으며, 토크의 대부분이 주로 앞 차축으로 전달되었다.[1]

트랜스액슬에 부착된 동력 전달 장치(PTU)는 프로펠러 샤프트를 통해 후방 차축에 연결된다. PTU는 또한 자체적으로 토크를 앞 차축으로 공급한다. 후방 차축에서는 토크가 최종 구동 기어 세트에 도달하기 전에 점성 커플링을 통과한다.[1]

Mk4 세대 A4 플랫폼부터 점성 커플링은 할덱스 트랙션 전동 유압식 제한 슬립 "커플러"(LSC) 또는 클러치로 대체되었다. 할덱스 트랙션 LSC 장치는 차동 장치가 아니므로 차동 장치와 같은 진정한 의미에서 작동할 수 없다. 할덱스 트랙션 장치는 조건에 따라 최대 100%의 토크를 후방 차축으로 전환할 수 있다.[1] 정상 작동 조건에서 할덱스 클러치는 5%의 토크 전달 속도로 작동한다. 차량의 도로 휠 속도 센서가 두 전륜 모두 접지력을 상실했다고 판단하는 불리한 조건에서는 할덱스 클러치가 100%의 클램핑력으로 잠길 수 있으며, 이는 모든 토크가 후방 차축으로 전달됨을 의미한다. 좌우 휠 간의 토크 분할은 일반적인 개방형 차동 장치로 이루어진다. 구동 차축의 한쪽이 접지력을 잃으면 ESP의 전자식 차동 잠금 장치(EDL) 구성 요소가 이를 제어한다. EDL은 회전하는 단일 휠을 제동하므로 토크는 개방형 차동 장치를 통해 차축을 가로질러 반대쪽 휠로 전달된다. 할덱스 기반 4륜 구동 시스템을 갖춘 모든 횡 배치 엔진 차량에서 EDL은 전륜만 제어하며 후륜은 제어하지 않는다.[1]

할덱스 트랙션 LSC 시스템의 Torsen 기반 시스템에 비해 주요 장점은 다음과 같다.


  • 연료 효율이 약간 향상되고(필요하지 않을 때 후방 차축을 분리하여 마찰로 인한 드라이브라인 손실 감소), 횡 배치 엔진 레이아웃으로 인해 짧은 엔진룸과 더 큰 승객실을 유지할 수 있다.
  • 같은 모델의 전륜 구동 변형과 비교했을 때 할덱스의 또 다른 장점은 앞뒤 무게 배분이 더 균형을 이룬다는 점이다(할덱스 센터 "차동 장치"가 후방 차축 옆에 위치하기 때문).[1]


할덱스 트랙션 시스템의 단점은 다음과 같다.

  • 차량은 본질적으로 전륜 구동 핸들링 특성을 가지며(엔진 브레이크 시) 부하는 전륜에만 가해지고, 할덱스 시스템의 반응 특성과 엔진 동력 재분배의 약간의 지연 시간으로 인해 할덱스 LSC 장치는 주기적인 오일 및 필터 교환 형태의 추가 유지 관리가 필요하다(Torsen은 일반적으로 유지 관리가 필요 없는 것으로 간주됨).
  • 할덱스 시스템의 또 다른 중요한 단점은 모든 네 개의 타이어가 동일한 마모 수준(및 회전 반경)이어야 한다는 요구 사항이다. 할덱스는 네 개의 도로 휠 속도 센서의 데이터가 필요하기 때문이다.
  • 마지막으로 중요한 단점은 할덱스 LSC 장치가 부피가 커서 부트 바닥을 약 7.6cm(3인치) 높여야 하기 때문에 부트(트렁크)의 수하물 적재 공간이 줄어든다는 점이다.[1]

3. 1. 비스커스 커플링 (Viscous Coupling)

이 사륜구동 시스템은 폭스바겐 브랜드 차량에만 사용되었으며, 아우디 R8 모델을 제외한 어떠한 아우디 차량에도 사용되지 않았다.

앞서 언급한 비스커스 커플링 4륜 구동 시스템은 가로 배치 엔진을 사용하는 A2 플랫폼 차량의 Mk2 세대에서 발견되었으며, 여기에는 폭스바겐 골프 Mk2 및 제타가 포함된다. 또한 폭스바겐 타입 2 (T3) (미국에서는 바나곤), 골프와 제타의 Mk3 세대, 폭스바겐 파사트 B3의 3세대(A 플랫폼을 대폭 개량한 것을 기반으로 함), 폭스바겐 유로반에서도 발견되었다.

바나곤 시스템은 후륜 구동 중심이었으며, 엔진과 트랜스액슬은 뒤쪽에 위치했으며, 점성 커플링은 최종 드라이브 근처의 전방 차축에서 발견되었다. 이 4륜 구동 시스템은 모든 차량에서 ''싱크로''로 알려졌다.

  • 시스템: 자동 4륜 구동 (온디맨드 방식)
  • 센터 디퍼렌셜 대신 비스커스 커플링을 탑재. 제동 시 구동축을 분리하기 위해 프리 휠 기구를 갖추고 있다.
  • 오픈 리어 디퍼렌셜 (타입 2에서는 기계식 디프록이 옵션)
  • 오픈 프론트 디퍼렌셜 (타입 2에서는 기계식 디프록이 옵션)


일반적으로 전륜 구동 차량 (타입 2 제외)에서 사용된다. 일반적인 주행 조건에서는 토크의 95%가 앞 차축으로 전달된다. 비스커스 커플링은 "느리다" (실리콘 유체가 열을 받아 굳어지기까지 어느 정도 시간이 걸린다)고 간주되므로, 비스커스 커플링에 "프리텐션"을 걸어 유효화하는 데 걸리는 시간을 줄이기 위해, 토크의 5%는 항상 뒷 차축으로 전달된다. 비스커스 커플링은 미끄러짐이 발생했을 때 잠기고, 토크의 최대 50% 가까이가 뒷 차축 (타입 2에서는 앞 차축)으로 자동으로 전달된다. 노상에서는, 한쪽 앞바퀴와 한쪽 뒷바퀴가 트랙션을 잃으면 차량이 움직이지 않게 된다.

리어 디퍼렌셜 내부에 탑재된 프리 휠 부분은, 비스커스 커플링을 잠그지 않고, ABS가 개별적으로 각 바퀴에 제동을 걸 수 있도록 방해하지 않으면서, 뒷바퀴를 앞바퀴보다 빠르게 회전시킨다. 프리 휠 때문에, 차량이 전진할 때에만 토크가 뒷 차축으로 전달된다. 후진 시에 사륜구동이 작동하도록, 부압 작동식 "스트로틀 제어 엘리먼트"가 디퍼렌셜 케이스에 탑재된다. 이 장치는 기어가 후진에 들어갔을 때 프리 휠 기구를 잠근다. 프리 휠 기구는 변속 레버가 오른쪽으로 밀렸을 때 언락된다. 프리 휠은 기어가 후진에서 벗어난 후 즉시 언락되지 않는다. 이는, 차량이 갇혀서 운전자가 기어를 1단에서 후진으로 변경하여 차량을 흔들려고 할 때, 프리 휠이 락과 언락을 반복하는 것을 방지하기 위함이다.

이 사륜 구동 시스템의 단점은, 비스커스 커플링의 작동 시간과 관련되어 있다.

# 미끄러운 노면에서 가속 하에 선회할 때, 뒷 차축이 늦게 작동한다. 이는, 차량의 거동이 (언더 스티어에서 오버 스티어로) 갑자기 변화하는 원인이 된다.

# 모래 지면에서 출발할 때, 전륜 구동이 연동되기 전에, 앞바퀴가 모래를 파고 들어간다.

3. 2. 할덱스 (Haldex) 시스템

1998년부터 스웨덴의 할덱스 트랙션 LSC 유닛이 점성 커플링을 대체했다. 할덱스 시스템은 아우디에서 아우디 S1, 아우디 A3, 아우디 S3, 아우디 TT의 콰트로 버전에 사용된다.[10] 또한 폭스바겐에서는 Mk4 및 Mk5 세대의 폭스바겐 골프, 폭스바겐 제타, 골프 R32, 폭스바겐 샤란, 6세대 VW 파사트 (A 플랫폼 기반) 및 트랜스포터 T5의 4모션 버전에 사용된다.[10] 아우디에서는 상표가 유지되어 콰트로로 불리지만, 폭스바겐에서는 4모션이라는 이름을 사용한다. 스코다 옥타비아 4x4와 SEAT León 4 및 SEAT Alhambra 4도 폭스바겐 그룹 모델을 기반으로 하는 할덱스 LSC를 사용했다. 흥미롭게도 부가티 베이론도 할덱스를 사용하지만, 별도의 변속기, PTU 및 전후 차축을 갖추고 있다.

  • 시스템: 자동 사륜구동 (온 디맨드).

  • Haldex Traction LSC 멀티 플레이트 클러치, ECU 전자 제어, 의사 센터 디퍼렌셜 역할.

  • 열린 리어 디퍼렌셜, EDL 없음.

  • 열린 프론트 디퍼렌셜, EDL.


작동 방식: 일반적으로 전륜구동 차량이다. Haldex Traction LSC 유닛은 조건에 따라 최대 100%의 토크를 후륜 차축으로 분산시킬 수 있다. 정상 작동 조건에서 Haldex LSC 클러치는 5%로 작동한다. 불리한 조건에서 두 개의 앞바퀴가 모두 접지력을 잃으면 Haldex 클러치는 100%의 클램핑력으로 잠길 수 있다. 이는 전륜 차축으로 토크가 전달되지 않으므로 모든 토크(손실 제외)가 후륜 차축으로 전달되어야 함을 의미한다. 좌우 바퀴 간의 토크 분배는 일반적인 개방형 디퍼렌셜로 이루어진다. 구동 차축의 한쪽이 그립을 잃으면 전자식 디퍼렌셜 록(EDL)이 이를 제어한다. EDL은 회전하는 단일 바퀴에 제동을 걸고, 따라서 토크는 개방형 디퍼렌셜을 통해 반대쪽 바퀴로 전달된다. Haldex Traction LSC 사륜 구동 시스템이 장착된 모든 횡 배치 엔진 차량에서 EDL은 전륜만 제어하고 후륜은 제어하지 않는다.

EDL이 전륜에만 장착된 차량에서는 전륜과 후륜 중 하나가 접지력을 잃으면 차량이 움직이지 않는다.

전자식 디퍼렌셜 록의 제한 사항으로 인해, 오프로드 조건에서는 앞바퀴 하나와 뒷바퀴 하나가 접지력을 잃는 것만으로도 차량이 움직이지 않게 된다.

Haldex Traction 시스템은 예방적이기보다는 반응적이다. 즉, Haldex가 작동하여 토크를 후륜 차축으로 보내기 전에 두 차축 시스템의 슬립(또는 회전 속도)에 차이가 있어야 한다. 이는 휠 스핀과 다르며, 시스템은 차량의 바퀴가 완전히 회전하기 전에 반응할 수 있다.

Haldex 전자 제어 장치(ECU)는 ABS가 제대로 작동하도록 브레이크를 밟는 즉시 센터 커플링의 Haldex 클러치를 해제한다. 좁은 저속 회전(예: 주차)을 수행할 때 변속기의 "와인딩"을 방지하기 위해 전자 제어 장치에서 클러치를 해제한다. 전자식 주행 안정 프로그램(ESP)이 활성화되면 Haldex가 해제되어 ESP 시스템이 가속 및 감속 조건에서 차량을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

4. 콰트로의 역사 (세대별 구분)

아우디는 공식적으로 콰트로를 특정 세대로 구분하지 않지만, 편의상 다음과 같이 구분할 수 있다.

폭스바겐 그룹은 제2차 세계 대전 중 설립 당시부터 사륜구동(4WD) 시스템을 개발해 왔다. 폭스바겐 큐벨바겐, 폭스바겐 슈빔바겐, Volkswagen Kommandeurswagen|폭스바겐 코만도어스바겐영어은 모두 사륜구동을 필요로 하는 군용차이며, 코만도어스바겐은 4WD 버전의 폭스바겐 타입 1이다. 군용차 개발과 사륜구동의 경험은 이후 1970년대에 독일 연방군을 위해 Volkswagen Iltis|폭스바겐 일티스영어를 설계하는 데 도움이 되었다. 일티스는 초기형 4WD를 이용했으며, 이것이 후에 '콰트로'와 동의어가 된다.[11]

각 세대별 주요 특징은 다음과 같다.

세대기간센터 디퍼렌셜특징주요 적용 모델
1세대1981-1987수동식 센터 디퍼렌셜 록엔진과 변속기 종 방향 배치, 기계식 센터 디퍼렌셜[12], 상시 4륜구동아우디 콰트로
2세대1988-1994토르센 I형 (T1) 센터 디퍼렌셜자동 토크 분배, 휠 슬립 방지[14], 페일 세이프아우디 80, 아우디 100, V8 (수동변속기), 폭스바겐 파사트 (B5)
3세대1988-1994자동변속기: 유성 기어 센터 디퍼렌셜, 전자 제어 다판 클러치 잠금 장치
수동변속기: 토르센 T1 센터 디퍼렌셜[11]		아우디 V8
4세대1995-토르센 I형 (T1) 센터 디퍼렌셜자동 토크 분배, 휠 슬립 방지[14]아우디 A4, 아우디 A6, 아우디 A8, 폭스바겐 파사트 (B5)
5세대2006-토르센 타입 3(타입 "C") 센터 디퍼렌셜영구적인 비대칭 사륜구동, 기본 40:60 (전륜:후륜) 토크 배분,[1] ESP와 연동아우디 RS4 (B7), 아우디 S4 (B7), S6, S8
6세대2010-크라운 기어 센터 디퍼렌셜아우디 RS5


4. 1. 1세대 (1981-1987)

최초의 콰트로 시스템에서 엔진과 변속기는 종 방향으로 배치되어 있다. 토크는 변속기를 통해 기계식 센터 디퍼렌셜(차동 기어 또는 데프라고도 불림)로 전달된다.[12] 센터 디퍼렌셜은 앞뒤 구동 차축 간에 토크를 분배하는 역할을 한다. 4륜구동은 상시 작동한다.

4. 2. 2세대 (1988-1994)

1987년 이후, 아우디는 수동식 센터 디퍼렌셜 록을 토르센 (토크 감지식) I형 (T1) 센터 디퍼렌셜로 대체했다. 폭스바겐 파사트 (B5)에도 탑재되었는데, 처음에는 '싱크로'였다가 미국 시장에서 '4motion'으로 불리게 되었다.[13] 이를 통해 주행 상황 및 그립에 따라 엔진 토크를 개별 차축으로 자동 분배할 수 있게 되었다. 일반적인 상황(전후 차축의 그립이 동일)에서는 많은 시스템에서 토크가 전후 50:50으로 분할된다. 불리한 상황(전후 그립 차이)에서는 최대 67%에서 80%의 엔진 토크를 전륜 또는 후륜 차축으로 보낼 수 있다.

right식 센터 디퍼렌셜]]

토르센 센터 디퍼렌셜의 완전 자동화된 기계적 특성은 탑승자가 전혀 눈치채지 못하게, 더 그립이 큰 차축으로 토크를 순식간에 전달함으로써, 휠 슬립을 방지한다.[14] 이 작동 방식을 '사전 예방적'이라고 표현할 수 있다. 또한, 전자식 작동 디퍼렌셜과 달리, 토르센은 휠 속도 센서와 같은 정보원으로부터 전자 데이터를 필요로 하지 않아 '페일 세이프' 요소가 있다. 비스커스 커플링이나 전자 제어 센터 디퍼렌셜은 휠 슬립 발생 후에 토크를 재분배하므로 '사후 대응적'이다. 사전 예방식은 강한 가속 하에서, 특히 선회 중에 안정적인 차량 움직임을 유지하고 차량 제어 상실 가능성을 줄여준다.

토르센식 콰트로 시스템은 엔진 브레이크에서도 우위를 보인다. 엔진 브레이크 사용 시, 토르센 시스템에서는 전후 차축에 걸리는 '역 토크' 부하가 안정화되어 엔진 브레이크 효과를 4개의 휠 및 타이어 전체에 분산시킨다. 토르센식 콰트로 탑재 차량은 감속 시 더 안정적인 고속 선회를 수행할 수 있다.

그러나 이 콰트로 시스템 구성에는 몇 가지 제한 사항이 있다.

# 엔진 및 변속기 부분이 선미/선수 (세로 배치) 배치이므로, 전륜 차축이 엔진보다 뒤에 놓여, 일부 아우디 차량은 '노즈 헤비'라고 비판받는다. 전후 무게 배분은 55:45가 된다.

# 토르센의 특성은 차동 제한 장치(LSD)와 유사하여, 가장 그립이 낮은 쪽과 큰 쪽의 디퍼렌셜을 넘어 토크 차이를 지지한다. 이 때문에 토르센은 최소 그립량의 차축에서 사용 가능한 토크에 의해 최대 그립의 차축으로 공급할 수 있는 토크량이 제한된다. 한쪽 차축의 그립이 제로면, 다른 쪽 차축에는 실질적인 토크가 공급되지 않는다. 극단적인 경우, 단일 휠이 트랙션을 완전히 잃으면, 나머지 3개의 휠에는 매우 제한된 토크만 공급된다. 아우디는 최초 토르센 탑재 차량에서 수동 잠금식 리어 디퍼렌셜을 추가하여 대응했고, 이후 전자 디퍼렌셜 록 (EDL)으로 대체했다. EDL은 개별 휠 스핀을 제한하기 위해 개별 휠 브레이크를 사용하며 (ABS 센서에 의해 감시됨), 프론트 및 리어 (오픈) 디퍼렌셜 양쪽에 걸쳐 구현되며, 80 km/h 미만에서 작동한다. 이는 단일 저 트랙션 휠로부터의 토크를 증가시켜 토르센에 의해 나머지 고 트랙션 휠로 더 많은 토크를 보낼 수 있게 한다.

# 표준 (I형 또는 T1) 토르센은 50:50의 고정 토크 비를 지지하며, 입력 토크는 양쪽 출력 샤프트에 걸쳐 동일하게 고정된다. T1의 토크 바이어스 비 (TBR)는 2.7–4.1로, 토크가 가장 트랙션이 낮은 샤프트에서 사용 가능한 토크의 약 3배에서 4배의 토크를 가장 트랙션이 높은 출력 샤프트로 공급할 수 있다. 그러나 T1 토르센은 대부분의 상황에서 잠긴다 (출력 샤프트가 서로 고정). TBR에 도달했을 때 (출력 샤프트 간 토크 차이가 커졌을 때)에만 출력 샤프트는 서로 상대적으로 회전하며, 디퍼렌셜이 잠금 해제된다. 따라서 센터 디퍼렌셜 양쪽 출력 간 토크 이동은 TBR 제한 내에서 비교적 자유롭다. 센터 디퍼렌셜 장치에서의 T1 토르센의 고정 토크 배분은 50:50이 아니라 차량의 무게 배분을 반영한다. 일반적인 차에서는 안정성, 가속, 트랙션 관점에서 바람직하지만, 핸들링 (언더스티어) 관점에서는 바람직하지 않을 수 있다. 표준 콰트로 토르센 T1 (2.7:1 TBR)이 대부분 충분하지만, 더 높은 TBR (4:1)을 가진 토르센 T1 디퍼렌셜은 더 넓은 토크 분할을 지지하여 언더스티어를 억제할 수 있다. 그러나 더 나은 해결책은 토크를 양쪽 출력 샤프트 간 (전륜과 후륜)에 직접 분배하는 것이며, 이 때문에 아우디는 최신 몇 세대의 콰트로에서 3형 (T3) 설계를 채택하고 있다.

4. 3. 3세대 (1988-1994)

3세대 콰트로 시스템은 아우디 V8에만 적용되었다. 자동변속기 차량에는 유성 기어 센터 디퍼렌셜과 전자 제어 다판 클러치 잠금 장치가, 수동변속기 차량에는 토르센 T1 센터 디퍼렌셜이 사용되었다.[11]

4. 4. 4세대 (1995-)

right식 센터 디퍼렌셜]]

1987년 이후, 아우디는 수동식 센터 디퍼렌셜 록을 토르센 (토크 감지식) I형 (T1) 센터 디퍼렌셜로 대체했다. '일반적인' 상황(전후 차축의 그립이 동일) 하에서는, 모든 시스템은 아니지만 많은 시스템에서 토크는 전후 간에 초기 설정으로 50:50으로 분할된다. 불리한 상황(즉, 전후 간에 그립 차이가 있을 때) 하에서는, 엔진 토크의 최대 67%에서 80%(변속기 또는 토르센 디퍼렌셜의 모델에 따라 다름)를 전륜 또는 후륜 차축으로 보낼 수 있다. 토르센 센터 디퍼렌셜의 완전 자동화된 기계적 특성으로 인해, 탑승자가 전혀 눈치채지 못하게, 더 그립이 큰 차축으로 토크를 순식간에 전달함으로써, 휠 슬립 발생을 방지할 수 있다.[14]

폭스바겐 파사트 (B5)에도 탑재되었는데, 명칭은 처음에는 '싱크로'였지만, 미국 시장에 출시될 때 '4motion'으로 불리게 되었다.[13]

토르센 T1은 50:50의 고정 토크 비를 지지하며, 입력 토크는 양쪽 출력 샤프트에 걸쳐 동일하게 고정된다. 반면 T1의 토크 바이어스 비 (TBR)는 2.7–4.1이다. 즉, 트랙션이 가장 낮은 샤프트에서 사용 가능한 토크의 약 3배에서 4배의 토크를 가장 트랙션이 높은 출력 샤프트로 공급할 수 있다. 그러나, 본질적으로 T1 토르센은 대부분의 상황에서 잠긴다(출력 샤프트가 서로 고정). TBR에 도달했을 때(즉, TBR에 의해 지지할 수 있는 것보다 출력 샤프트 간의 토크 차이가 커졌을 때)에만, 출력 샤프트는 서로 상대적으로 회전하며, 디퍼렌셜이 잠금 해제된다.

표준 콰트로 토르센 T1이 대부분의 조건에서 충분하지만, 더 높은 TBR (4:1)을 가진 토르센 T1 디퍼렌셜이 사용 가능하며, 더 넓은 토크 분할을 지지함으로써 언더스티어를 더욱 억제할 수 있다.

표준 (I형 또는 T1) 토르센의 한계점에 도달하는 극단적인 경우, 단일 휠이 트랙션을 완전히 잃으면, 나머지 3개의 휠에는 매우 제한된 토크만 공급된다. 아우디는 이 제한에 대해, 최초의 토르센 탑재 차량에서는 수동 잠금식 리어 디퍼렌셜을 추가함으로써 대응했다. 이후에는 이를 전자 디퍼렌셜 록 (EDL)으로 대체했다. EDL은 개별 휠 스핀을 제한하기 위해 개별 휠 브레이크를 사용할 수 있다(ABS 센서에 의해 감시됨). EDL은 프론트 디퍼렌셜과 리어(오픈) 디퍼렌셜 양쪽에 걸쳐 구현되며, 80 km/h 미만에서 작동한다. 이는, 단일 저 트랙션 휠로부터의 토크를 증가시키는 효과가 있으며, 이로 인해 토르센에 의해 나머지 고 트랙션 휠로 더 많은 토크를 보낼 수 있게 된다.

4. 5. 5세대 (2006-)

아우디 RS4 (B7) 및 2006년 아우디 S4 (B7) 수동 변속기 모델을 시작으로, 2007년에는 S4, S6, S8 전 라인업에 5세대 콰트로 시스템이 채택되었다.[1]

5세대 콰트로 시스템은 영구적인 비대칭 사륜구동 시스템으로, 토르센 타입 3(타입 "C") 센터 디퍼렌셜을 사용한다. 이 디퍼렌셜은 기본적으로 앞뒤 구동 배분을 40:60으로 설정하며, 4:1의 하이 바이어스 센터 디퍼렌셜을 통해 토크의 최대 80%를 한쪽 차축으로 자동 배분한다. 또한, ESP의 도움을 받아 토크의 최대 100%를 한쪽 차축으로 전달할 수 있다.[1]

5세대 콰트로 시스템은 개방형 리어 디퍼렌셜과 개방형 프론트 디퍼렌셜을 사용하며, 각각 전자식 디퍼렌셜 록(EDL)을 갖추고 있다.[5]

토르센 T3 센터 디퍼렌셜은 소형 용기 내에서 유성 기어 기구와 토르센 디퍼렌셜을 결합한 형태이다. T1 토르센이 명목상 50:50의 토크 분할을 갖는 반면, T3 토르센은 유성 기어 기구 덕분에 전륜 40, 후륜 60으로 비대칭적인 토크 분할을 제공한다. 이를 통해 후륜구동 차량과 더 유사한 핸들링 특성을 구현할 수 있다. T3는 2006년형 아우디 RS4 (B7형)에서 처음 도입되었으며, 이후 2006년부터 2008년까지 아우디 S4, RS4 B7 수동 변속기 모델과 2007년부터 S6, S8, Q7 모델에 적용되었다.

4. 6. 6세대 (2010-)

아우디 RS5에 처음 탑재되었다. 크라운 기어 센터 디퍼렌셜을 사용하였다.

5. 마케팅

아우디는 콰트로 기술을 홍보하기 위해 다양한 마케팅 활동을 펼쳐왔다. 2012년 미국에서는 모비 딕에서 영감을 얻은 '아합(Ahab)'이라는 제목의 TV 광고가 방영되었다. 이 광고는 미국 프로 미식축구(NFL) 디비전 플레이오프 기간에 처음 방영되었다.[9]

참조

[1] 웹사이트 quattro http://www.audi.com/[...]
[2] 뉴스 25 Years of Audi Quattro http://media.audiusa[...] Audi of America Press Site 2005-02-22
[3] 웹사이트 Centre differential http://www.audi.com/[...]
[4] 웹사이트 Audi A Drive https://www.cardekho[...] 2017-09-08
[5] 웹사이트 Electronic Differential Lock http://www.audi.com/[...]
[6] 뉴스 What is the drive split on my A4 2.5tdi v6 180bhp http://www.audi-spor[...] 2017-09-19
[7] 간행물 Automobilwoche http://www.craincom.[...]
[8] 웹사이트 Audi's High-Tech New Quattro Is About To Piss Off Its Biggest Fans http://jalopnik.com/[...] Jalopnik 2016-02-22
[9] 웹사이트 Audi goes all Herman Melville on us to highlight benefits of Quattro https://www.autoblog[...] 2022-12-16
[10] 웹사이트 quattro http://www.audi.com/[...]
[11] 뉴스 25 Years of Audi Quattro http://media.audiusa[...] Audi of America Press Site 2005-02-22
[12] 웹사이트 Centre differential http://www.audi.com/[...]
[13] 뉴스 What is the drive split on my A4 2.5tdi v6 180bhp http://www.audi-spor[...] 2017-09-19
[14] 웹사이트 Audi A Drive https://www.cardekho[...] 2017-09-08
[15] 웹사이트 Electronic Differential Lock http://www.audi.com/[...]
[16] 간행물 Automobilwoche http://www.craincom.[...]
[17] 웹사이트 Audi's High-Tech New Quattro Is About To Piss Off Its Biggest Fans http://jalopnik.com/[...] Jalopnik 2016-02-22


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