후륜구동

후륜구동(後輪驅動, Rear Wheel Drive)은 엔진에서 뒷바퀴로 동력을 전달하는 방식이다. 주로 엔진을 앞에 배치하여 뒷바퀴를 굴리는 방식인 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식(FR; Front-engine, Rear-drive)이 이용된다. 엔진의 설치 위치에 따라 중앙 엔진 뒷바퀴 구동 방식(MR; Mid-ship engine, Rear wheel drive) , 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식(RR; Rear engine, Rear wheel drive) 등 다양한 방식의 자동차도 존재한다. 후륜구동은 이륜차에 널리 사용되지만 사륜차에도 이용되고 있는데, 예전에는 일반 승용차에서도 주류인 구동 방식이었다. 의미를 명확히 하기 위해 후륜구동이라고 하지 않고 FR, MR, RR이라고 하는 경우도 많다. 트랜스미션과 엔진의 탑재 방법은 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식은 세로로 배열하는 종치(縱置)가 이용되지만, 중앙 엔진 뒷바퀴 구동 방식과 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식은 가로로 놓는 횡치(橫置)가 이용된다. 단, 대형 버스만은 중앙 엔진 뒷바퀴 구동 방식과 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식도 종치로 배열된다. 하지만 혼다 레전드(Honda Legend)처럼 엔진이 세로로 놓이면서 전륜구동인 차량도 존재하기도 하며, 이 방식은 아우디(Audi)의 모델 중 콰트로(Quattro) 이외의 전륜구동 모델에서 볼 수 있다.

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원리

후륜구동(Rear Wheel Drive)

앞바퀴 방식의 후륜 구동 자동차는 앞쪽에 위치한 엔진, 변속기, 추진축, 종감속 및 차동장치 등으로 구성된다. 일반적으로 후륜구동 차량은 추진축을 사용한다. 추진축은 보통 변속기 쪽과 차동기어 쪽으로 나뉘며, 변속기 및 차동기어에 연결하기 위해 유니버설 조인트를 사용한다. 이것은 노면 충격 등에 의해 변속기 및 차동기어의 상하 위치가 변화하는 것을 막아 준다. 앞쪽에 엔진이 있고 앞바퀴가 구동하는 전륜구동 방식이나, 뒤쪽에 엔진이 있고 뒷바퀴가 구동하는 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식은 엔진과 바퀴축이 가까이 있어 추진축을 사용할 필요가 없다. 하지만 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식의 후륜구동 자동차는 엔진에서 추진축을 통해 구동력을 보내 뒷바퀴를 회전시킨다. 전륜구동 방식에서 언더스티어 현상이 발생했다면, 후륜구동인 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식에서는 오버스티어 현상이 나타난다. 오버스티어란, 코너를 돌 때 스티어링 휠을 돌린 각도보다 차량의 회전 각도가 커지는 현상을 말한다. 따라서 회전하고 있는 방향과 반대로 스티어링 휠을 돌려야 한다. 후륜구동 자동차가 드리프트를 할 수 있는 것도 오버스티어 덕분이다. 드리프트하는 자동차 사진을 보면 전륜이 항상 차량의 진행 방향 각도와 반대편으로 향하고 있다는 것을 알 수 있다. 오버스티어의 경우 적절히 이용한다면 코너를 빠르게 탈출할 수 있기 때문에 레이싱카는 대부분 후륜구동을 채용한다.

방식

앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식

앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식은 보통 엔진의 위치가 승용차는 차체 앞부분에 있는데, 프로펠러 샤프트를 통하여 회전력을 뒤로 보내 뒷바퀴를 회전시키는 방식이다. 따라서 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식 차량들은 엔진을 세로로 배치한다. 승용차에서는 비교적 큰 엔진이 있는 대형차나 스포츠카에 채용되는 경우가 많다. 또한, 짐을 실어 나르는 것이 주된 목적의 자동차인 트럭의 경우에도 굳이 전륜구동으로 하여 얻는 이점이 없기 때문에 보통은 앞 엔진 뒷바퀴 구동 방식으로 되어 있다. 기관은 대부분 앞차축의 바로 위에 또는 앞차축의 바로 뒤에 설치되지만, 드물게는 앞차축의 전방에 설치되는 형식(Overhang-engine)도 있다. 구동력은 추진축을 통해 뒷바퀴에 전달된다. 후차축에 종감속 및 차동장치를 배치함으로서 중량을 앞뒤 차축에 거의 균일하게 분포시킬 수 있다. 선회할 때는 약간의 언더-스티어링(Under-steering) 특성을 나타낸다. 추진축 터널은 변속기와 종감속 및 차동장치 사이의 추진축이 자동차의 실내 공간과 조화를 이루도록 설계되어야 한다.

장점

• 회전 반경이 작아서 드리프트를 할 수 있다.
• 자동차 핸들링의 성능이 좋으므로 대형 승용차, 스포츠카, 트럭에 채택된다.
• 조향, 구동 기능을 앞, 뒷바퀴로 분산시킬 수 있다. 따라서 자동차의 전후 무게 배분을 1:1로 균일하게 맞추기에 유리하다.
• 대형 승용차의 경우, 뒷좌석의 승차감이 전륜구동 자동차보다 좋다.
• 자동차는 급가속 시, 무게 중심이 후륜쪽으로 이동하는데, 이때 후륜구동 방식의 자동차는 가속을 하면 할수록 접지력이 더 좋아지는 효과가 있다. 반대로 전륜구동 방식의 자동차는 급가속 시, 접지력이 떨어지게 된다. 따라서 고출력 엔진이 채택되는 자동차는 거의 후륜구동 방식이다.
• 토크 스티어가 발생하지 않는다. 토크 스티어란 급가속 시, 자동차가 한쪽으로 쏠리는 현상을 말한다. 후륜구동 기반의 자동차는 엔진의 구동력이 자동차의 정 가운데를 관통하는 프로펠러 샤프트로 연결되어 디퍼런셜 기어와 드라이브 샤프트로 구동력이 후륜에 전달되는데, 이 드라이브 샤프트의 좌우 길이 차이로 인하여 발생하는 토크 스티어가 발생하지 않는다. 반대로 전륜구동 기반의 자동차는 프로펠러 샤프트가 한쪽으로 쏠려 있어서 드라이브 샤프트의 좌우 길이가 다르기 때문에 토크 스티어가 발생하게 된다.

단점

• 전륜구동 방식보다 부품이 많기 때문에 생산 비용도 많이 들어간다.
• 트랙션 성능, 온오프로드 양쪽 모두에서의 높은 안정성 등을 만족시키기 위한 서스펜션 설계가 어렵고 차종마다 시뮬레이션이나 실험을 하는 데에 많은 시간이 걸린다.
• 리어 서스펜션에 큰 공간이 필요한 데다가 디퍼렌셜 기어, 프로펠러 샤프트가 더해져 전기자동차를 제외하고 공간이 좁아지게 된다.
• 바람의 영향을 받기 쉬워지며, 상대 중량이 무거운 차체 앞부분을 상대 중량이 가벼운 후륜이 미는 구조로 되어 있기 때문에 미끄러지기 쉽고 눈비 등의 악천후나 거칠어진 노면에서는 주행 안정성이 떨어지는 등의 특징이 있다. 특히 미끄러운 노면에서의 단점이 있다.
• 감속 시 차체 앞부분에 하중이 걸리기 때문에 회생 제동에 의한 발전 효율이 좋지 않은 특성상, 친환경차에는 채택되지 않는다.
• 눈길이나 빙판길에서 전륜구동 방식보다 구동륜에 가해지는 하중이 가볍기 때문에 공회전하기 쉽다. 조금만 움푹한 곳에 빠져도 빠져나갈 수 없게 되는 경우가 있다. 그렇기 때문에 기온이 낮은 지역에서는 트렁크에 물건을 싣는 경우도 있다. 차체 뒷부분을 무겁게 하여 후륜 타이어에 가해지는 하중을 크게 하기 위해서이다.
• 차량 견인시 앞바퀴를 지면에 접지한 상태에서 견인해야 한다.

중앙 엔진 뒷바퀴 구동 방식

중앙 엔진 뒷바퀴 구동 방식은 차체 뒷부분 중, 후륜 차축보다 앞, 차체 중앙 근처에 엔진을 배치하여 후륜을 구동시키는 방식이다. 엔진을 차축 사이에 배치하는 것으로 중량 배분 측면에서 매우 안정되며, 전륜을 조타 전용으로 사용할 수 있고 관성 모멘트가 작아져 회두성(回頭性)이 향상되기 때문에 스포츠 주행에 지극히 유리해 F1 등의 경주용 자동차에서 주로 사용된다. 또한 구조상 실내 공간이 매우 좁아져 정원이 한정되기 때문에 시판 차량에 채용되는 것은 일부뿐이다. 다만 경차의 경우, 엔진이 소형이기 때문에 뒷좌석 아래나 해치백 자동차의 짐칸 밑에 엔진을 배치하는 것이 가능한 경우도 있어서 일본의 혼다 제트(Honda Z)나 미쓰비시자동차(Mitsubishi Motors) 아이(i)가 이 방식을 채용하고 있다. 이렇게 엔진에 대한 접근성이 불량하고 좌석의 수가 제한된다는 단점이 있다.

뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식

뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식은 차체 뒷부분에 엔진을 배치하여 후륜을 구동시키는 방식이다. 구동륜에 걸리는 하중이 커서 발진 시 트랙션 성능이 매우 뛰어나다. 또한, 제동 시에도 4륜에 하중이 균형 있게 걸리기 때문에 매우 안정된 성능을 발휘한다. 포르쉐(Porsche)의 브레이크 성능이 세계적인 평가를 받고 있는 이유는 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식의 특성과도 관계가 있다. 포르쉐는 자사의 거의 모든 차종에 뒷엔진 뒷바퀴 구동 방식을 채용하고 있다. 전륜의 조종성을 확보하면서 실내 공간이 넓은 것이 특징이지만, 고속 주행 시의 안정성은 좋지 않다. 또한 차체 앞부분의 상대 중량이 가벼워지기 때문에 대형 승용차와 스포츠카의 경우, 바람의 영향을 가장 받기 쉽다. 그렇기 때문에 현재 승용차 부문에서는 포르쉐 등 일부 메이커만 채용하고 있다. 실내 공간을 크게 확보할 수 있기 때문에 제2차 세계대전 이후, 소형차에서 이 방식이 유행했었다. 그러나 점차 고속화나 중량의 증가에 대응하기 위해 대형화된 프론트 서스펜션이나 브레이크에 공간을 빼앗겨 트렁크 용량 확보가 어려워진 것 등 특수한 운동 특성 때문에 인기는 점차 줄어들었다. 크기가 큰 구조물인 엔진을 후방에 설치하는 것을 통해 운전석을 높게 올리지 않으면서도 바닥 면적을 얻을 수 있는 방식이기 때문에 현재는 대형버스에만 적용하고 있다.

트랜스액슬 구동 방식

트랜스액슬 구동 방식(Transaxle drive : Transaxle-Antrieb)은 기관은 앞차축에, 변속기와 종감속 및 차동장치는 후차축에 설치된 형식이다. 전후 차축의 하중을 50 : 50으로 균일하게 분배할 수 있다. 선회할 때는 대부분 중립 조향(neutral steering) 특성을 나타낸다.

하상 기관 구동 방식

하상 기관 구동 방식(under-floor engine drive : Unterflurmotor-Antrieb)은 버스, 승합, 대형 트럭 등에 적합하다. 기관이 중앙에 낮게 설치되어 있기 때문에 무게 중심 및 전후 차축의 하중 분포에 긍정적인 영향을 미친다. 또 버스나 승합차의 차실 이용도의 극대화, 기관에 대한 아래로부터의 접근이 용이하다는 점도 장점이다.

특징

장점

후륜구동 자동차는 고속 주행 시 승차감이 좋고, 접지력도 좋아지며, 뒷바퀴의 추진력을 바탕으로 쉽게 탄력을 받을 수도 있다. 안정적 무게 배분으로 코너링과 브레이킹 때도 뒷바퀴 들림이 적어 전륜구동에 비해 우수한 핸들링 성능을 낼 수 있다. 후륜구동의 엔진 힘을 뒷바퀴에만 전달하는 방식은 엔진은 앞에 있고 구동축이 뒤에 있기 때문에 앞뒤 차축의 무게 배분이 5:5로 비슷해 운동 성능이 뛰어나다. 또 구동은 뒷바퀴가 담당하고 방향 전환은 앞바퀴가 담당하기 때문에, 방향을 전환할 때 전륜구동에 비해 날카로운 맛이 있다. 또 전륜구동 차량에서 발생하는 피시테일 현상이 없어, 차량 뒷좌석 승차감이 전륜구동 방식보다 좋다. 따라서 현대자동차㈜(Hyundai Motor Company) 제네시스(Genesis)와 에쿠스(Equus), 쌍용자동차㈜(Ssangyong Motor) 체어맨(Chairman) 등 국산 고급 세단과 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz), 비엠더블유(BMW), 렉서스(Lexus) 같은 고급 수입차 대부분이 후륜구동 방식을 택하고 있다.

단점

후륜구동 자동차는 구동축이 필요해 전륜구동 방식과 비교해 무겁고, 비용이 비싸며 실내 공간 확보에 불리하다. 무게가 더 나가므로 연비 면에서도 손실이다. 전륜구동 방식보다 바람의 영향을 받기 쉬워지며, 미끄러지기 쉽고, 눈비 등 악천후나 거칠어진 노면에서 주행 안정성이 떨어진다. 특히 후륜구동 자동차는 눈길에서 매우 취약하다. 전륜구동 자동차의 경우 앞바퀴가 구동하면서 방향까지 전환하기 때문에, 앞바퀴에 약간의 접지력만 살아 있으면 어떻게든 전진이 가능하다. 반면, 후륜구동 자동차는 뒷바퀴가 미끄러질 경우 전진이나 방향 전환 자체가 불가능해지고 뒷바퀴가 헛돌면서 도로의 옆으로 밀려나는 현상이 발생하게 된다. 또 전륜구동 차량은 엔진 및 구동 장치가 전부 차량 앞쪽에 몰려 있어 앞바퀴에 차량 전체 무게의 70%가 걸리기 때문에 접지력을 얻는 것이 더 쉽다. 반면 후륜구동 자동차는 뒷바퀴에 차량 무게의 절반밖에 걸리지 않기 때문에 같은 노면 조건에서 더 쉽게 미끄러진다. 리어카를 앞에서 끄는 것과 뒤에서 미는 것을 상상해도 이해가 쉽다. 앞에서 끄는 경우 뒤쪽은 앞에서 끄는 대로 따라오게 되지만, 뒤에서 미는 경우 앞쪽이 다른 곳을 가려고 할 때 방향을 잡아 줄 방법이 없는 것과 비슷한 원리다. 눈길에서 주행 안전 보조장치가 일부 도움이 되기는 한다. 잠김방지제동장치(Anti Brake-lock System)는 제동 시 바퀴가 돌지 않아 방향 전환이 불가능해지는 상황을 막아주는 장치다. 잠김방지제동장치가 없으면 눈길에서 갑자기 앞차를 피하기 위해 방향을 틀 경우, 운전대를 돌려도 차는 방향을 바꾸지 못하고 앞으로 밀려나가게 된다. 반면 잠김방지제동장치는 1초에 10~20번 정도 브레이크를 잡았다 놓았다를 반복해 주기 때문에 브레이크를 잡으면서 방향 전환이 가능하다. 또 전자식주행안정장치라고 불리는 차량자세제어장치는 차량이 주행 궤도를 이탈하려 하는 위험상황이 발생할 때 차가 알아서 4개 바퀴에 독립적으로 제동을 가해 자세를 복원시킨다. 길이 미끄러울수록, 운전 실력이 부족할수록 도움이 된다. 그러나 이 같은 장치도 아주 미끄러운 눈길에서 차량의 접지력 자체가 사라지는 경우에는 무용지물이다. 고급 후륜구동 세단의 경우, 이런 장치가 전부 들어가 있는데도 눈길 주행이 불가능해지는 것은 이 장치가 작동할 수 있는 한계 상황을 차량이 넘어가 버리기 때문이다. 그렇기 때문에 후륜구동 자동차는 겨울철에 반드시 스노타이어를 장착하는 게 좋다. 또 고급 후륜구동 자동차에 장착된 고성능 타이어는 여름 등 높은 온도에서 최적의 성능을 발휘하기 때문에, 겨울철에는 굳이 눈이 오지 않더라도 접지력이 떨어질 가능성이 크기 때문이다. 체인은 뒷바퀴에만 감지만, 스노타이어는 네 바퀴 모두에 달아야 한다.

전륜구동과의 차이점

동력 성능의 차이

전륜구동은 엔진이 앞에 위치한다. 그 엔진 옆에 미션이 붙어 있고 바로 있어 구동력을 전달할 수 있어 전체 부품 개수가 줄어들게 된다. 덕분에 제조 공정은 단순해지고, 단가를 낮출 수 있게 된다. 또한 엔진의 가로 배열이 가능해 엔진룸의 크기를 줄일 수 있다. 같은 크기의 전장, 전고라면 전륜구동 쪽이 실내 공간을 더 활용할 수 있는 셈이다. 제조사 입장에서는 전륜구동 모델의 생산은 단가를 저렴하게 만들어 싸게 팔 수 있는 방법이다. 후륜구동은 구동축을 뒷바퀴에 둔다. 그렇기 때문에 동력 전달 축인 프로펠러 샤프트가 차량 하부축을 가로질러 가야 하기 때문에 동력 손실도 발생하고 실내도 좁아진다. 전륜구동 차량의 장점은 엔진 무게에 의한 접지력의 향상이 있다는 것이다. 특히 눈길과 빗길 등에서의 견인력은 매우 우수하다. 또한 차량이 슬립이 되었을 때나 스핀이 될 때 차체를 바로잡기도 쉽다. 차량이 스핀될 때 그 중심축은 앞바퀴가 되기 때문에 앞바퀴에 동력을 줄 수 있는 전륜구동 자동차가 보다 안전하다. 반면 뒷바퀴에만 구동력을 주는 후륜구동은 스핀 발생 시 카운터가 어렵다.

조향 성능의 차이

전륜구동은 대부분 엔진을 횡배열을 선택한다. 덩달아 미션도 가로로 향하게 된다. 보통 엔진은 운전자 혼자 탑승했을 때를 기준으로 차량의 무게를 맞추고자 조수석 쪽에 위치한다. 엔진이 무겁기 때문에 미션은 운전자 쪽에 위치하는 것이 일반적이다. 사고 발생 시 엔진에 의한 2차 사고를 치하기 위한 의도도 포함되어 있다. 엔진과 미션이 좌우로 치우쳐 있기 때문에 바퀴로 동력이 전달되는 드라이브 샤프트의 길이가 달라지게 된다. 운전석 쪽이 짧고 조수석 쪽으로 길어 좌우 동력 전달의 불균형이 발생한다. 좌우 드라이브 샤프트의 길이가 달라짐에 따라 좌우 동력 전달 차이가 발생하며 어느 한쪽으로 쏠리는 현상이 발생하는데, 이것을 토크 스티어라고 한다. 이 토크 스티어 때문에 전륜구동으로 제작되는 차량에는 높은 토크를 발휘하는 구성을 사용하지 않는다. 토크가 높으면 높을수록 토크 스티어를 제어하지 못할 정도로 조향하는 데 있어 위험하기 때문이다. 후륜구동은 구동륜과 조향륜이 별개이므로 보다 빠른 핸들링이 가능하다. FR의 앞바퀴에 달린 링크들은 모두 조향에만 쓰면 되지만, 전륜구동은 동력 전달을 위한 샤프트도 달게 된다. 또한 후륜구동은 뒷바퀴가 추진을 하면서 나아가고 앞바퀴는 조향만 하면 되기에 빠르고 예리한 스티어링이 가능한 반면, 전륜구동은 조향을 하는 바퀴가 회전하며 굴러가고 뒤쪽은 그냥 따라오는 격이다. 반응은 한 박자 늦게 되며, 스티어링 휠도 많이 돌려야 한다. 전륜구동에서 나타나는 필연적인 언더스티어 현상도 문제이다. 물론 안전의 측면에서 대부분의 차량이 약한 언더스티어 세팅을 한다. 전륜구동 차량은 원래부터 언더스티어이기 때문에 회전 각이 항상 큰 편이다.

무게 배분의 차이

평균적으로 전륜구동 차량은 7:3, 후륜구동 차량은 6:4 정도의 무게 배분을 갖는다. 이 무게 배분은 코너링과 승차감 이외에도 브레이킹 성능에 큰 영향을 미친다. 대부분의 자동차는 프런트 브레이크 7, 리어 브레이크 3의 브레이크 배분 비율을 가진다. 브레이킹 시 차량의 무게가 앞쪽으로 집중되어 실제적으로 앞바퀴에 많은 부하가 걸리기 때문이다. 실제로 4 바퀴를 가진 자동차가 100km 이상의 속도에서 풀 브레이킹을 하게 되면 앞쪽 범퍼가 땅에 닿을 듯 숙여진다. 이를 노즈다이브 현상이라고 하는데, 이때 뒷바퀴는 거의 떠 있다 싶을 정도로 들리게 된다. 만약 무게 배분이 7:3인 전륜구동 차량과 6:4인 후륜구동 차량이 같은 속도에서 같은 풀 브레이킹을 한다면 전륜구동보다 뒤쪽에 많은 무게가 배분되어 있는 후륜구동의 네 바퀴 접지력이 우수하다. 후륜구동 차량이 뒤쪽의 무게가 더 무겁기 때문에 전륜구동에 비해 상대적으로 뒷바퀴 들림이 적기 때문이다. 이러한 조건으로 때문에 후륜구동이 주행 성능, 코너링, 브레이킹 모두 더 우수하다.

참고자료

• 〈후륜 구동〉, 《네이버 지식백과》
• 〈후륜구동〉, 《위키백과》
• 최원석 기자, 〈후륜은 왜 눈길에 잘 미끄러질까〉, 《조선비즈》, 2010-01-13
• 휠라이프, 〈"후륜구동" -자동차 구동방식 2편-〉, 《네이버 포스트》, 2017-10-19
• 행복남의 일상, 〈자동차 전륜구동과 후륜구동의 차이점〉, 《티스토리》, 2019-01-28

같이 보기

• 사륜구동
• 이륜구동

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