아우디, 전동 콰트로로 고성능과 효율성 양립한다

글로벌오토뉴스 조회 316 등록일 2020.08.13

아우디는 1980년 처음으로 세단형 승용차에 네바퀴 굴림방식 콰트로를 채용해 트렌드세터로서 자리매김해 왔다. 자동차와 모터 스포츠 부문에서 파워트레인 기술의 패러다임 전환을 이끈 아우디가 전동화 시대를 맞아 전동 콰트로로 다음 이정표로 진화하고 있다. 아우디는 콰트로와 e트론 결합해 고성능을 추구하며 동시에 효율성을 높인 패키지로서 전동 콰트로를 채용하고 있다. 가용 에너지를 효율적으로 사용하면서 가변적이고 역동적이며 정밀한 네바퀴 굴림방식 시스템을 양산하고 있는 것이다. 아우디가 e트론에 채용하고 있는 전동 콰트로에 대해 문답식으로 정리한다.(편집자 주)



Q : 아우디는 왜 전기 콰트로를 사용하는가?


A : (미하엘 바인 : Michael Wein; AWD제어 시스템 프로젝트 리더) 전동 콰트로는 강력한 성능과 고효율의 완벽한 조합이다. 구동 축의 효율성 이점과 4 륜 구동 시스템의 견인력 및 동적 성능을 결합했다.


현재 e-트론 모델 레인지에서는 뒷바퀴만 양호한 트랙션 조건에서 차량을 추진하는 반면, 앞바퀴 굴림용 모터는 전원이 공급되지 않고 동시에 작동한다. 모터가 비 동기식이기 때문에 고유한 전기 드래그 손실이 없으므로 이 드라이브 레이아웃은 에너지 소비가 적다. 앞 차축 (밀리 초 이내, 운전자에게는 눈에 띄지 않음)은 필요한 경우에만 추가로 활성화된다. 예를 들어 높은 주행 역학, 높은 토크 전달이 필요하거나 젖은 노면이나 진흙, 눈 등 낮은 마찰 계수가 필요한 경우가 그것이다.




Q : 경쟁사에 비해 전동 콰트로 드라이브의 특징은?


A : 앞 차축에 1 개의 모터와 뒤 차축의 하우징에 설치된 2 개의 전기 모터를 특징으로 하는 드라이브 위상 배치로 인해 e-트론 S에서 매우 가변적인 토크 분배를 가능하게 한다. 이런 구조는 업계 최초다. 정교한 제어 및 조절 기능과 결합된 전동 콰트로는 가변적이고 눈에 띄지 않게 앞 차축을 추가로 활성화하는 단일 차축 작동으로 인해 다이나믹한 성능과 효율성이라는 상충되는 목표를 양립하고 있다.


아우디는 뒤 차추의 전기 토크 벡터링, 기계식 차동 장치를 통한 제동 개입으로 인한 휠 선택적 토크 제어, 전기 파워 트레인의 높은 회복 성능과 같은 기능을 통합한다. 또한 운전자는 개별 프로그램 선택에 따라 시스템의 높은 가변성을 개인 취향에 맞게 조정할 수 있다.




Q : e트론 및 e트론 S는 언제 전동 AWD를 활성화하는가?


A : 전동 4 륜 구동은 마찰 계수가 낮은 노면에서 접지력이 저하되는 상황, 특히 역동적인 주행 조건에서, 운전자가 높은 견인력을 요구하거나 제동 및 감속 중 에너지 회복이 필요한 상황에서 활성화된다. 운전자가 자동차를 0.3g 수준으로 감속하면 전기 모터가 발전기 역할을 하여 자동차의 운동 에너지를 사용하고 이를 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전한다. 이는 일상적인 운전 상황에서 모든 제동 조작의 90 % 이상에 적용된다. 더 강한 페달 압력이 가해질 때에만 시스템이 유압 휠 브레이크를 추가적으로 활성화한다. 예를 들어, 100km/h의 제동 조건에서 e-트론 S는 포뮬러 E 전기 레이싱 시리즈의 250kW에 비해 최대 270kW의 출력으로 운동 에너지를 회복 할 수 있다. 운전자가 가속하는 동안 최대 전력을 요구하는 경우 e-트론 S 모델은 총 370kW의 부스트와 973Nm의 토크를 제공한다. 드라이브 또는 회복 모드에 관계없이 상호 연결된 제어 모델은 항상 최상의 토크배분을 선택한다.


Q : 전동 콰트로는 기존 네바퀴 굴림방식과 비교할 때 어떤 이점이 있는가?


A : e-트론에서는 하나의 전기 모터가 각각 전방 및 후방 차축을 구동한다. 그에 비해 e-트론 S 버전은 앞 차축에 하나의 모터를 사용하고 뒤 차축에 두 개를 사용한다. 전기 토크 벡터링 (즉, 왼쪽과 오른쪽의 특정 토크 발휘)을 통해 e-트론 S는 훨씬 더 민첩한 뒤 차축에 휠씬 더 민첩한 콰트로 드라이브를 제공한다.


주요 이점은 뒤 차축에 는 두 개의 전기 모터를 기계적으로 연결하지 않고도 제어 된 가로 차동 잠금 장치의 기능과 스포츠 차동 장치의 기능이 소프트웨어 기반 활성화를 통해 단일 시스템 내에서 달성된다. 즉,지능형 드라이브 제어 덕분에 리어 액슬에서 가로 방향으로 능동적이고 완전히 가변적인 토크 배분을 구현했다.




Q : 전기 구동 시스템에서 이러한 높은 가변성을 어떻게 달성 했는가?


A : 대량 생산에 최적인 전동 파워 트레인 아키텍처를 모든 주요 소프트웨어 구성 요소와 네트워크 통합이 사내에서 개발된 정교한 제어 장치와 결합하고 있다.


기계식 4륜구동과 비교할 때 이는 빠른 응답의 구동 시스템을 제공한다. 예를 들어, 전기 토크 벡터링의 경우 지연 시간 (즉, 센서 측정과 활성 토크 분포 사이의 시간 간격)은 30 밀리 초에 불과하다. 이는 기계 시스템 응답 시간의 약 4 분의 1에 불과하다. 또한 전기 드라이브는 분명히 더 높은 토크 수준을 제공한다. 코너링 상황에서 최대 220Nm의 더 많은 토크를 외부 휠에 할당 할 수 있으며, 이는 전달 비율로 인해 휠 당 2,100Nm에 해당한다. 이것이 바로 드라이브 시스템이 코너링에서 원하는 요 모멘트를 생성하는 방법이. 이에 따라 자동차가 코너링 방향으로 수직 축을 중심으로 회전하므로 특히 민첩함을 느낄 수 있다.


눈이나 얼음 등 마찰 계수가 낮을 때 견인력도 매우 정밀하게 최적화 될 수 있다. 구동 휠의 각 마찰 계수가 측정되고 토크 할당으로 인해 이상적인 방식으로 사용되어 전체 견인력이 향상된다.

Q : 이 정밀 제어는 어떻게 이루어지는가?


A : 지능형 인터링크가 이 소프트웨어 기능의 전제 조건이다. 드라이브 제어 장치 (DCU)는 전기 모터간에 토크를 분배한다. 가능한 최상의 에너지 변환 효율이 효율 최적화를 위해 결정적이다. 전자 섀시 플랫폼 (ECP)의 통합 제어 장치는 센서 신호를 사용하여 차량의 주행 상태를 모니터링하고 종 방향 및 횡 방향 토크의 이상적인 분포를 계산한다. 이는 콰트로의 차량 역학 제어, 즉 전기 토크 벡터링과 프론트 액슬의 제동 개입을 통한 휠 선택적 토크 제어를 통합한다.


동적 한계에서 e-트론 S의 경우는 휠 브레이크는 코너링\시 내부 앞바퀴의 속도를 약간 줄이고e-트론에서는 앞뒤 바퀴를 약간 감속한다. 따라서 기계식 차축 차동 장치의 효과를 통해 더 많은 토크가 외부로 분산되고 차량은 민첩하게 코너링 방향으로 조향 명령을 따른다. 트랙션 컨트롤 시스템 (TCR)은 1 밀리 초 간격으로 작동한다. 이는 전자 안정성 제어 (ESC)의 개별 기능 구성 요소가 전기 모터에서 직접 파워 일렉트로닉스 장치로 전환 되었기 때문이다.


드라이브 컨트롤 유닛은 트랙션 컨트롤 시스템과 4 륜 컨트롤러를 조정하여 엔지니어가 스포티 한 기본 레이아웃으로 민첩한 핸들링을 우선시했다.


Q : 운전자가 전기 콰트로의 특성에 영향을 미칠 수 있는가?


A : 운전자는 두 개의 컨트롤러를 통해 전동 콰트로를 원하는대로 조정할 수 있다. e-트론 모델의 표준 장비인 아우디 드라이브 실렉트 시스템은 컴포트, 오토, 다이나믹, 이피션시, 인디비주얼, 올로드 및 오프로드의 7 가지 모드가 있다. 따라서 무엇보다도 전동 4륜구동과 서스펜션 및 기타 시스템을 도로 상황과 개인 취향에 맞게 조정할 수 있다.


전자식 자세 제어 (ESC) 시스템에는 노멀, 스포츠, 오프로드 및 Off의 네 가지 프로그램이 있다. 오프로드 조건에서 안정성, 트랙션 및 브레이크 제어를 최적화하고 표준 언덕 하강 제어 시스템을 활성화한다. 또한 운전자는 세 가지 수준의 감속 회복을 선택할 수 있다. 레벨 0에서는 자동차가 순항하고 레벨 1에서는 약간 감속한다. 최대 0.13g의 감속 범위와 가장 많은 에너지를 회복하는 레벨 2에서 운전자는 강력한 원 페달 느낌을 경험할 수 있다. 수동 모드에서 차량은 이전에 선택한 회복 수준을 유지한다. ​
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