제네시스 GV80 오프로드 성능: E-LSD

제네시스 브랜드 최초의 SUV인 GV80의 매력은 다양하다. 우아한 외관과 실내 디자인, 강력한 파워트레인, 편안한 인체공학 시트, 최첨단 ADAS 및 편의 사양 등이 대표적이다. 하지만 상대적으로 주목받지 못한 GV80의 또 다른 매력 하나를 더 살펴볼 필요가 있다. 바로 오프로드 성능이다. 세련되고 도시적인 디자인 때문에 연상하기 어렵지만, GV80의 4WD 시스템과 지형 모드는 사실상 정통 오프로드 SUV에 걸맞은 역할을 해낸다.

그중에서도 GV80의 오프로드 성능을 한층 끌어올려주는 핵심 기능이 하나 있다. 바로 전자식 제한 슬립 디퍼렌셜(e-LSD)이다. 이 기능이 탑재된 국산 차량이 많지 않았던 터라, 많은 이들에게 e-LSD라는 이름은 낯설게 느껴질 것이다. 실제로 GV80은 e-LSD가 적용된 최초의 국산 SUV다.

GV80에 e-LSD가 적용된 이유는 간단하다. 이 장치 덕분에 오프로드 주행이 훨씬 수월해지기 때문이다. 이 글에서는 GV80의 e-LSD가 작동하는 메커니즘을 살펴본다.

디퍼렌셜 기어의 한계와 제한 슬립 디퍼렌셜의 필요성

e-LSD를 본격적으로 알아보기에 앞서, 왜 LSD가 필요한지부터 짚어보자. 일반적으로 엔진이 내는 동력은 변속기와 구동축을 통해 바퀴로 전달된다. 차량이 포장된 직선 도로를 달릴 때는 모든 바퀴의 회전 속도가 동일하다. 하지만 도로 위에 물웅덩이, 모래, 흙, 포트홀 등 양쪽 바퀴에 불균형한 영향을 주는 장애물이 있으면, 방향 안정성을 유지하기 위해 바퀴들의 회전 속도가 달라져야 한다.

차량이 코너를 돌 때도 마찬가지다. 코너링 시 바깥쪽 바퀴는 안쪽 바퀴보다 더 긴 거리를 주행한다. 즉, 바깥쪽 바퀴가 안쪽 바퀴보다 더 빨리 회전해야 한다. 이러한 '차이'에 대한 필요성은 디퍼렌셜 기어라는 부품이 해결해준다. 이 부품은 좌우 바퀴에 전달되는 동력의 양을 '차별화'할 수 있다. 디퍼렌셜 기어는 우리가 당연하게 여기는 일상적인 주행에 필수적이다. 이것이 없다면 코너를 돌 때 모든 바퀴가 동일한 RPM으로 회전하게 되고, 이는 더 많이 회전해야 하는 바깥쪽 바퀴에 저항을 쌓이게 하여 결국 코너링 자체가 불가능해진다.

하지만 차동 기어도 한계가 있다. 특히 흙이나 모래가 많은 거친 오프로드에서 접지력을 확보하기 어려운 상황이 그렇다. 차동 기어는 바퀴의 회전수 차이를 기준으로 동력 차등을 결정하기 때문에, 일반적으로 접지력이 좋지 않은 쪽의 바퀴에 더 많은 동력을 보내는 경향이 있다. 최악의 경우 이쪽 바퀴는 사실상 공회전하며 접지력을 완전히 잃을 수도 있다. 반대쪽 바퀴는 충분한 동력을 받지 못해 차량이 더욱 지형에 빠져드는 상황이 발생한다.

이때 LSD가发挥作用한다. 이름에서 알 수 있듯 LSD는 어느 한쪽 바퀴가 미끄러지거나 접지력을 충분히 확보하지 못할 때 동력 차등을 제한한다. 이로써 앞서 설명한 시나리오에서 발생할 수 있는 동력 불균형을 해소하며, 차동 기어만으로는 대처할 수 없는 상황에 개입한다.

LSD는 오프로드 주행뿐만 아니라 코너링에서도 유용하다. 코너링 시 원심력으로 인해 차량이 바깥쪽으로 쏠리면서 안쪽 바퀴의 하중이 줄어들고 접지력도 감소한다. 차동 기어는 방향 안정성을 유지하는 데 필요한 적절한 동력 균형을 제공하지 못한다. 이때 LSD가 개입해 안쪽 바퀴에 적절한 수준의 동력을 보내 미끄러짐을 방지하고, 바깥쪽 바퀴에도 필요한 동력을 전달한다. 이처럼 LSD는 차량이 전진하는 동안 양쪽 바퀴에 필요한 동력량을 실시간으로 인식해 언더스티어(차량이 충분히 꺾이지 않고 도로를 이탈하는 현상)와 오버스티어(차량이 의도보다 급격하게 꺾여 스핀하는 현상)를 모두 방지하는 데 도움을 준다.

기계식 LSD와 전자식 LSD의 차이

LSD는 기계식(M-LSD)과 전자식(e-LSD)으로 나뉘며, GV80에는 전자식 버전이 탑재된다. M-LSD는 기계적으로 제어되는 멀티 플레이트 클러치를 활용해 바퀴로의 동력 전달을 제어한다. 이러한 역할을 잘 수행하지만, 아쉽게도 양쪽 바퀴의 회전수 차이가 일정 임계값에 도달해야만 작동한다. 쉽게 말해 M-LSD는 한쪽 바퀴가 미끄러지기 시작해야 비로소 작동하는 것이다. M-LSD는 또 한 가지 한계가 있다. 동력 전달을 제한할 수 있는 정도가 기계적으로 고정되어 있어 이를 초과할 수 없다는 점이다.

반면 e-LSD는 전자식 클러치를 활용하기 때문에 동력 배분을 보다 능동적이고 유연하게 제어할 수 있다. GV80의 센서가 고르지 않은 지형을 감지하면 시스템이 이를 예측해 e-LSD를 작동시킨다. 이러한 신속하고 부드러우며 정밀한 지형 변화 대응 능력 덕분에 e-LSD는 M-LSD보다 우수하다. 특히 GV80의 리어 액슬에 적용된 e-LSD는 글로벌 기준으로도 최고 수준의 응답 속도를 자랑한다. 유압 액추에이터를 사용해 노면 변화로 인한 압력 변화의 미세한 차이를 0.1초 이내에 즉시 인식하고, 휠에 전달되는 동력의 균형을 조절해 반응한다.

일반 소비자를 위해 좀 더 쉽게 설명하자면, GV80의 한쪽 바퀴가 거친 노면에 빠져 헤어나오지 못하는 상황이 발생하면 시스템이 이를 즉시 감지하고 e-LSD를 작동시켜 동력 균형을 조정한다. 운전자가 인지하기도 전에 차량은 구속에서 벗어난다.

GV80의 4WD 시스템과 지형 모드

앞서 언급한 대로 GV80에는 4WD 시스템과 지형 모드(Terrain Mode)가 탑재됐다. 4WD 시스템은 다양한 주행 조건(온로드/오프로드 상태 포함)을 평가해 앞바퀴와 뒷바퀴 세트에 전달되는 동력의 균형을 개선한다. 리어 액슬의 오른쪽과 왼쪽 바퀴 간 미세한 균형을 조절하는 e-LSD와 결합해, 4WD 시스템은 어떤 주행 조건에서도 바퀴가 접지력을 잃지 않도록 보장한다.

하지만 4WD 시스템은 GV80의 지형 모드(Terrain Mode)에서 더욱 효과적으로 작동한다. 지형 모드는 4WD 시스템, e-LSD, ECU(엔진 제어 유닛), TCU(변속기 제어 유닛), TCS(트랙션 컨트롤 시스템)를 통합한 시스템으로, 이 다양한 장치들을 종합적으로 제어해 GV80의 오프로드 성능을 향상시킨다. 또한 진흙(mud), 모래(sand), 눈(snow)의 세 가지 지형 옵션을 제공해 도로 상태에 특화된 기동성을 극대화한다.

각 지형 모드는 일반 포장도로 주행 조건보다 더 정교하게 구동계를 제어한다. 예를 들어, 미끄러운 눈길에서는 엔진, 변속기, 4WD 시스템이 동시에 제어되어 바퀴에 과도한 동력이 전달되지 않도록 하여 미끄러짐을 방지한다.

머드 모드는 엔진 출력을 높이고 바퀴에 즉시 큰 힘을 전달하여 진흙탕에서 벗어날 수 있도록 설계되었다. 샌드 모드는 모래의 높은 저항 특성을 고려하여 동력 전달이 최대한 부드럽게 이루어지도록 구동계를 제어한다. 또한, 앞뒤 바퀴 간 동력 배분을 50:50으로 유지하여 바퀴가 모래에 빠지지 않도록 한다.

이처럼 지형 모드는 구동계를 정밀하게 제어하여 험로의 위험으로부터 차량을 탈출시키는 데 도움을 준다. 하지만 2WD 차량의 뒷바퀴 하나가 완전히 빠져버린 경우, 지형 모드를 적용하더라도 차량을 빼내지 못할 수 있다. 마찬가지로, 일반적인 차동 기어만 장착된 일반 SUV의 경우, 앞서 설명한 대로 엔진 출력의 대부분이 접지력을 잃은 쪽으로 전달되기 때문에 지형 모드만으로는 효과를 보기 어려울 수 있다.

e-LSD, GV80의 오프로드 성능을 완성하다

하지만 GV80처럼 4WD 시스템, 지형 모드, e-LSD가 결합되면 이야기는 달라진다. 한쪽 바퀴가 헛돌거나 공회전하더라도 e-LSD가 해당 바퀴에 과도한 구동력이 전달되지 않도록 하는 동시에, 반대쪽 바퀴에 적절한 힘을 보낸다. 한편, 앞바퀴의 동력 배분 제어는 TCS의 역할이다. 뒷바퀴의 동력 배분은 e-LSD가 관리하고, 앞바퀴는 TCS가 관리하는 이러한 정교한 동력 전달 체계 덕분에 4WD 시스템과 지형 모드가 진정한 효과를 발휘할 수 있다. 그리고 이러한 다각적인 시스템 협력의 핵심인 e-LSD야말로 다재다능한 GV80이 가장 험난한 지형에서도 부드럽고 안전하게 주행할 수 있도록 하는 데 가장 큰 공을 세운 주역이라고 할 수 있다.

GV80에는 e-LSD처럼 보닛 아래에서 눈에 띄지 않지만 주행 성능에 큰 영향을 미치는 첨단 기술들이 다수 적용되었다. 이들은 프리미엄 럭셔리 SUV라는 모델의 명성에 걸맞은 성능을 구현하는 숨은 영웅들이다. 직접 운전해보면 곧 느낄 수 있을 것이다. GV80의 외관이 의심할 여지없이 뛰어나지만, 눈에 보이는 것 이상의 가치가 훨씬 더 많이 숨어 있다는 것을.