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4매틱
4매틱(4MATIC)은 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)의 사륜구동 시스템이다. 메르세데스 벤츠에 적용되는 사륜구동 시스템을 탑재한 차량들은 모두 4매틱이라는 이름을 가지고 있다.
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개요
4매틱은 메르세데스-벤츠의 풀타임(Full-time) 사륜구동 기술로, 항시 전륜과 후륜에 일정한 구동력을 전달하는 최첨단 방식이다.[1] 잠금 기능이 없는 오픈 디퍼런셜을 사용하면서 4ETS(전자식 트랙션 시스템)와 연계해 4바퀴에 동력을 전달한다. 한 바퀴가 접지력을 잃고 스핀하면 4ETS가 헛도는 바퀴에 인위적으로 제동을 거는 한편 접지력이 살아 있는 바퀴로 토크를 보내는 방식이다. 트랜스퍼 케이스를 변속기 일체형으로 설계해 무게와 공간 활용, 연비에서 강점이 있다. 4매틱은 노면의 조건에 따라 전후, 좌우 바퀴의 구동력을 각기 조절하여 직진성과 고속 선회 시 안정성이 뛰어나며 눈길, 빗길, 모랫길 등 어떠한 노면에서도 조향 안정성과 탁월한 주행성능을 자랑한다. 그렇기에 메르세데스-벤츠의 사륜구동 모델들은 뛰어난 견인력, 탁월한 민첩성, 최적의 핸들링, 에너지 효율성이라는 공통점을 갖고 있다. 4매틱 시스템은 크게 3가지로 분류된다. 상시 사륜구동 4매틱 시스템은 ESP(전자식 주행 안정 프로그램), 미끄럼 방지 조절장치(ASR)와 연동 작동되면서 전후륜 차축 간 45대 55의 비율로 토크를 분배한다. AMG 4매틱 시스템은 주행 역동성을 발휘하기 위해 구동력을 항시 전륜과 후륜에 각 33%, 67%의 비율로 배분한다. 뉴 제너레이션 4매틱 시스템은 엔진 동력을 후륜 차축으로 이동시키는 PTU(동력인출장치)와 동력 분배를 위한 전기유압방식 다판 클러치 기어(후륜 차축 장착)로 전후륜 차축간 구동 토크를 가변적으로 배분시킬 수 있는 것이 특징이다. 메르세데스-벤츠는 총 80여 개에 달하는 모델에 4매틱 라인업을 갖추고 있으며 세단, SUV, 쿠페, 콤팩트카 등 각 모델에 최적화된 맞춤형 사륜구동 기술을 전체 제품 라인업에 선보이고 있다.[2][3]
역사
4매틱의 역사는 무려 100여 년 전부터 시작된다. 1907년 다임러-벤츠가 내놓은 데른베르크 바겐(Dernburg-Wagen)이 조상격 모델이라 할 수 있다. 최초의 내연기관 자동차에 4륜 시스템을 적용했던 시기가 1903년이니, 4륜 시스템의 역사를 함께 해왔다고 해도 과언이 아니다. 데른베르크 바겐의 탄생은 식민지에서 사용할 수 있는 이동수단이 목적이었다. 1차 세계대전이 발발하기 전 독일 식민지 대부분은 아프리카 지역이었다. 도로라는 개념이 모호한 비포장도로를 주파할 수 있는 능력을 갖춰야 했던 것이 탄생 배경이다. 이후 1926년에는 벤츠와 비엠더블유가 4륜 시스템을 공동 개발하여 보다 정교한 4륜 시스템을 내놓았다. 이 모델이 G클래스의 조상격 모델인 G1이다. 사실 G는 독일이 1차 세계대전에서 패전 후 자국 내 전차 개발이 금지되자 그 대안으로 제작한 모델이었다. 아 G시리즈는 계속 개선되어 1937년에는 G5까지 발전했다. 특히 G5의 경우 사륜구동은 물론, 네개의 바퀴를 조향할 수 있는 4WS(4 Wheel Steer) 시스템과 3개의 디퍼런셜, 독립식 서스펜션을 갖추고 있는, 당시의 혁신적인 모델이었다. 그리고 벤츠 G5의 획기적인 주행성능을 경험한 미군이 자체적으로 군용차 개발 입찰을 실시했고, 그렇게 탄생한 모델이 지프(Jeep)의 시초가 되기도 했다.
4매틱이 첫 선을 보인 것은 1985년 프랑크프루트 모터쇼에서 월드 프리미어로 선보인 5세대(W124) E클래스였다. 오스트리아의 슈타이어 다임러(Steyr Daimler)와 공동 개발한 시스템으로, 사륜 시스템과 자동변속기를 결합했다는 뜻인 '4-wheel drive and autoMATIC'에서 따와 4MATIC이라는 이름이 붙어졌다. 현재 벤츠 라인업에서 4매틱이 수동변속기 모델에서는 선택할 수 없는 것도 이러한 이유에서다. 초창기 4매틱은 수동으로 구동방식을 조작해야 하는 파트타임 사륜 방식을 사용했다. 하지만 다른 점은 이 구동방식을 조작해야 하는 과정이 자동으로 이루어진다는 점이다. 파트타임 기반의 자동제어 시스템을 결합했기 때문에 매우 복잡했고, 효율성도 좋지 않았다. 무엇보다 4바퀴를 사용할 수 있는 환경이 제한적이라는 점에서 절반의 완성이라는 평가를 받아야 했다. 하지만 이 시스템은 파트타임 방식을 최대한 풀-타임 방식처럼 활용하기 위한 시도가 이루어졌던 시스템이기도 하다. 트랜스퍼 케이스는 모드0, 모드1, 모드라는 3가지 모드를 설정할 수 있다. 모드0은 일반 파트타임의 2H와 동일한 기능으로 100%의 구동력을 뒷바퀴에 전달하는 기능이다. 모드2는 4H와 동일한 기능으로 디퍼런셜 락을 통해 전륜과 후륜을 50:50으로 나눴다. 여기에 후륜에는 ASD(Anti-Skid Differential)가 탑재되어 좌우 구동력을 50:50으로 다시 한 번 나눠 험로 탈출 등 상황에 대비했다. 이 중간의 모드1 기능이 구동력 배분이 35:65로 이루어진다는 점이 특징이다. 파트타임 방식의 한계 때문에 급조작 등과 같은 위험한 상황이 연출되면 사륜 방식에서 이륜 방식으로 구동력을 풀어 놓을 필요가 있었다. 이는 차량에 탑재된 3개의 ABS 채널 중 한가지 ABS가 작동하면 자동으로 사륜 시스템이 해제되는 방식을 사용했다.
6세대(W210) E클래스부터 적용되기 시작한 2세대 4매틱 시스템은 상시 사륜, 즉 AWD 시스템의 구성으로 발전되었다. 전륜과 중앙, 후륜까지 3개의 오픈 디퍼런셜을 갖추고 있다는 점이 특징이다. 이 방식으로 4매틱 시스템의 무게를 70kg으로 감소시킬 수 있었다. 오픈 디퍼런셜은 경량화는 물론, 보다 부드러운 바퀴 회전과 간단한 구조가 장점이지만, 한쪽 바퀴가 미끄러져도 나머지 바퀴에 구동력을 보낼 수 없다는 점이 단점이다. 벤츠는 여기에 4ETS(Electronic Traction System)라 불리는 트랙션 컨트롤 시스템을 결합해 디퍼런셜 락과 같은 효과를 발휘하도록 개발했다. 메르세데스-벤츠 측은 오픈 디퍼런셜과 4ETS의 조합의 장점으로 차량의 안락성은 물론 유지보수가 쉽다는 후륜구동의 장점과 다양한 노면 상태에서도 주행 궤도를 벗어나지 않아 안전과 신뢰성을 제공한다는 사륜 시스템의 장점을 모두 만족한다고 강조하고 있다. 2세대 4매틱 시스템을 간단히 설명하면 4바퀴는 굴리되, 바퀴가 미끄러지면 해당 바퀴에 장착된 브레이크가 제동을 걸어 반대편 바퀴에 보다 많은 구동력을 전달하는 방식이다. 브레이크가 디퍼런셜 락의 기능을 겸하는 것이다. 만약 한 개가 아닌 두 개의 바퀴가 헛돌면 두 바퀴 동시에 제동력이 전달된다. 그러면 제동 압력과 같은 양의 구동력이 센터 디퍼런셜을 통해 반대쪽 축으로 이동하게 되어 안전성을 유지할 수 있게 돕는다. 2세대 4매틱 시스템의 개량형 버전은 자동변속기에 결합되고 오픈 디퍼런셜 방식은 동일하며, 다판 클러치를 사용해 전후 구동력 배분과 가변 배분이 이루어진다. 기본적인 구동력 배분은 전륜과 후륜 각각 40:60으로 이루어지며, 상황에 따라 45:55에서 30:70으로 구동력이 배분된다. 모델에 따라 기본 배분이 45:55에서 시작하기도 한다. 현재 4매틱 시스템은 트랙션 컨트롤인 4ETS 이외에 차체자세제어장치인 ESP까지 융합되어 차량의 안전성능을 향상시키고 있다. 각각의 센서에서 전달된 바퀴의 속도와 각도, 회전운동과 측면 가속도 등에 관한 정보를 통해 저속에서는 3개의 바퀴까지 제어할 수 있다.
2012년 12월에는 메르세데스-벤츠의 전륜구동 플랫폼인 MFA(Modular Front Architecture)에 탑재하기 위한 새로운 4매틱 시스템을 발표하기도 했다. 벤츠 최초로 전륜구동에 맞춰 설계된 새로운 4매틱은 7단 듀얼클러치 변속기인 7G-DCT와 통합되었다. A클래스와 CLA 클래스, GLA 클래스 등에 탑재되는 이 시스템은 변속기와 윤활계를 공유하는 만큼 경쟁사의 전륜구동 기반 사륜 시스템보다 25%의 경량화를 이끌어낸 점이 특징이다. 또한 간단한 구조와 저항 롤러 베어링을 채용한 덕분에 구동손실률도 최소화시켰는데, 벤츠에 따르면 전륜구동 모델과 신형 4매틱을 적용한 모델의 연비 차이는 거의 동일한 수준으로 달성시켰다. 후륜 축에는 전기유압식으로 작동하는 다판클러치가 위치한다. 처음부터 새롭게 개발했다고 강조하는 다판-클러치는 클러치가 열리면 전륜에만, 닫히면 사륜에 동력이 전달된다. 사륜에 동력이 전달되는 과정은 후륜 액슬에 탑재된 로터 펌프가 1,000분의 1초 단위로 다판클러치를 조작하면서 동력을 배분할 수 있다.[4]
분류
상시 사륜구동
상시 사륜구동 4매틱 시스템은 최고의 성능을 자랑하는 사륜구동 시스템으로, 인텔리전트한 컨트롤 시스템을 탑재한 덕분에 어떤 사륜구동 시스템보다 정밀한 움직임을 자랑한다. 엔진을 가로로 배치하고 트랜스퍼케이스를 변속기 일체형으로 설계함으로 콤팩트하고 가벼운 4매틱 시스템이 완성됐으며 불필요한 마찰 저항으로 인한 구동력 손실을 최소화하여 연료 소비 또한 이륜구동 차량 못지 않게 효율적이다. 또한, 변속기 옆에 트랜스퍼케이스를 위한 별도의 공간을 마련하지 않아도 되어 실내 레그룸도 후륜구동 차량과 비슷한 수준이며, 소음진동(NVH) 대책 설계로 정숙성까지 뛰어나다. 특히, 상시 사륜구동 4매틱 시스템은 ESP, 미끄럼 방지 조절장치(ASR)와 연동 작동되면서 일반적으로 전후륜 차축 간 45:55의 비율로 토크를 분배한다. 메르세데스-벤츠 4매틱 개발 연구팀은 특히 마른 노면이나 빗길, 눈길, 빙판길, 또는 고르지 못한 노면에서 일어날 수 있는 언더스티어 상황에 집중 주력해 시스템을 개발하였으며 그 덕분에 여러 노면 상황에서도 의도한 대로 주행 궤도를 유지할 수 있어 차량의 안전성과 신뢰성을 향상시켰다.[2]
AMG 상시 사륜구동
AMG 상시 사륜구동 4매틱 시스템은 파워풀한 고성능 AMG 모델을 위해 특화된 사륜구동 시스템이다. 주행 역동성과 구동력, 효율성이 이상적인 조화를 이루고 있는 것이 특징이며, 구동력을 항시 전륜과 후륜에 각 33%, 67%의 비율로 배분한다. 후륜 차축으로 67%의 구동력을 보내 AMG 특유의 뛰어난 주행 역동성을 발휘하고 드라이빙의 즐거움을 향상시켜 주며, 정지 상태에서 출발할 때도 개선된 가속 성능을 제공한다. AMG 4매틱 상시 사륜구동 시스템의 기술적인 기반은 앞 차축에 추가적인 동력 인출을 위한 장치인 트랜스퍼케이스이다. 사륜구동 시스템의 경우, 구동토크는 엔진-변속기-트랜스퍼케이스-프로펠러샤프트-앞차축 순으로 이동하고, 앞 차축에서 다시 디퍼런셜 기어-전륜으로 전달되기 때문에 트랜스퍼케이스가 중요한 역할을 한다. 4매틱의 중심을 담당하고 있는 트랜스퍼케이스가 AMG 스피드시프트 7단 멀티클러치 스포츠 변속기와 일체형으로 설계된 덕분에 별도의 장착 공간을 필요로 하지 않게 되었으며, 그 결과 콤팩트하고 가벼운 디자인이 가능하다. 사륜구동 시스템으로 인한 추가 무게 증가는 70kg에 불과하며, 최적의 연료 소비와 친환경성을 제공한다. 또한 디판 클러치를 장착해 앞뒤 어느 바퀴든 접지력을 잃고 미끄러질 경우 그 바퀴에 전달되는 구동토크를 최대 50Nm까지 제한하여 각 바퀴가 필요한 최적의 구동력만을 가질 수 있게 조절하여 겨울철 빙판길이나 눈길, 빗길에서 탁월한 주행 안정성을 제공한다.[2]
뉴 제너레이션 4매틱
뉴 제너레이션 4매틱 시스템은 전륜구동을 기반으로 하는 콤팩트카 모델을 위한 새로운 세대의 4매틱 시스템이다. 더욱 뛰어난 주행 역동성과 견인력, 안전성을 자랑한다. 메르세데스-벤츠의 엔지니어들은 가로 배치 프론트 엔진의 전륜구동 구조에 맞춰 뉴 제너레이션 4매틱 사륜구동 시스템을 완전히 새롭게 개발했다. 뉴 제너레이션 4매틱 시스템은 엔진 동력을 후륜 차축으로 이동시키는 PTU(동력인출장치)와 동력 분배를 위한 전기유압방식 다판 클러치 기어(후륜 차축 장착)로 전후륜 차축간 구동 토크를 가변적으로 배분시킬 수 있는 것이 특징이다. 또한 뉴 제너레이션 4매틱 시스템의 토크 배분은 정상적인 상황에서 전후륜 차축간 100:0부터 50:50까지 설정할 수 있다. 뉴 제너레이션 4매틱 시스템은 경량 구조로 에너지 효율성까지 향상시켰다. 컴팩트한 동력인출장치(PTU)뿐만 아니라 뒷차축 유닛의 뒷차축 사이드 샤프트, 프로펠러 샤프트 또한 경량 디자인으로 설계해 4매틱 시스템의 무게를 줄일 수 있었다.[2]
각주
- ↑ 〈메르세데스-벤츠 코리아, 4륜구동 세단 - C 320 4매틱, S 500 L 4매틱 출시(11/17)〉, 《카이즈유》, 2003-11-17
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 이한승 기자, 〈벤츠, 4매틱 시스템 살펴보니..안전성과 역동성 만족〉, 《데일리카》, 2016-01-25
- ↑ 류형열 기자, 〈X드라이브, 4매틱··· 사륜구동, 어떻게 다를까〉, 《경향신문》, 2016-03-27
- ↑ 김선웅 기자, 〈(4륜구동 이야기) 6부, 메르세데스-벤츠 4MATIC 이야기〉, 《오토뷰》, 2013-10-28
참고자료
- 〈메르세데스-벤츠 코리아, 4륜구동 세단 - C 320 4매틱, S 500 L 4매틱 출시(11/17)〉, 《카이즈유》, 2003-11-17
- 이한승 기자, 〈벤츠, 4매틱 시스템 살펴보니..안전성과 역동성 만족〉, 《데일리카》, 2016-01-25
- 류형열 기자, 〈X드라이브, 4매틱··· 사륜구동, 어떻게 다를까〉, 《경향신문》, 2016-03-27
- 김선웅 기자, 〈(4륜구동 이야기) 6부, 메르세데스-벤츠 4MATIC 이야기〉, 《오토뷰》, 2013-10-28
같이 보기
