M3의 강력한 LSD - Variable M differential Lock.

[엠쓰리블로그]

M3는 고성능 스포츠카 답게 LSD가 기본으로 장착되어 있는데요. 

다른 스포츠카와는 좀 다른, 매우 독특한 타입의 LSD가 후륜의 슬립제어를 위해 달려있습니다.

B당에서 부르는 명칭은  Variable M differential lock 이라는 명칭의 LSD인데요,

사실 M3가 코너링의 황제가 된 배경에는,이 독특한 LSD가 크게 한 몫하고 있습니다.

또 경쟁차들에 비해 강력한 장점이 바로 타사 대비 우수한 LSD를 쓰고 있어서인데..

설명이 다소 난해하기 때문에 시승기 쓰는 기자님들도 좀체 언급을 회피하는 아이템입니다.

대체.. M3에 사용된 독특한 LSD가 어떤 녀석이길래???

그래서 본 포스트에서 M3의 독특한 고성능 LSD에 대해 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

사실.. 자동차에 LSD란 걸 들어는봤는데.. 일반인이라면그게 뭔지 잘 모르겠는 분들이 대부분일거라 생각듭니다.

(보통은 마약 이름인줄 안다능..ㅋㅋ)

LSD (Limited Slip Differential)는

구동축 바퀴의 슬립을 제어하고, 좌우에 일정한 구동력을 유지해주는 기특한 녀석입니다.

그리고 M3는 하이브리드 방식의 독특한 LSD를 사용하기 때문에,

이를 설명하려면 어쩔 수 없이 LSD에 대해 두루 정리해야하는데요.

평소에..  LSD가 대체 뭐하는 녀석이지?..

하고 궁금하셨던 분들이라면, 이번 기회에 정독해보시기 바랍니다.. ^^

원래 좀 쉽지 않은 내용인지라.. 굉장히 공들여서 정리했습니다..

사실 이 글은 M3의 데후오일 관련 유지/관리에 대해 정리하다보니..

아무래도 M3 LSD의 독특한 특징에 대해 정리할 필요가 있어서 쓰게 된 글입니다 ^^;

관리에 앞서 먼저 M3에 달린 LSD를 이해할 필요가 있으니까요..

Chapter 1 : 디퍼렌셜 기어는 왜 필요한가?

고성능 차량에 필요하다는 LSD를 이해하기 위해서는 먼저 디퍼렌셜 기어부터 짚어봐야 합니다.

현재 모든 자동차의 구동축에는 디퍼렌셜 기어 (차동기어) 란게 달려있습니다. 없으면 절대 안될 녀석이죠^^

이넘의 역할은 단순하게 이해할 수 있습니다.

자동차가 오로지 직진만 한다면 디퍼렌셜 기어 따위는 필요하지 않습니다.

문제는 차가 선회할 때 발생하는데, 차량이 선회시 안쪽 바퀴는 적은 거리를 진행하지만,

바깥쪽 바퀴는 훨씬 큰 궤적의 거리를 진행해야지 차가 올바른 방향으로 진행할 수 있습니다.

만약 이경우, 양쪽 바퀴가 동시에 같은 회전수로 돌아가버린다면, 차량 회전이 매끄러울 수가 없겠지요..

즉, 차량이 선회중에는 구동축의 좌우 바퀴 회전수가 달라져야 한다 는 점입니다.
아래에 제가 발로 그린 (-_-) 3D 그림을 보시면 아시겟지만, 선회중에는 바깥쪽 바퀴가 더 많이 돌아가야 하지요.

만약 구동축이 일자의 막대기로 하나로 연결되어 있다면 언제나 양쪽이 같은 회전수로 돌게 될 것이고,

그로 인해 코너를 돌때마다 안쪽 바퀴가 헛돌면서 땅을 파고 연기를 내던지..

핸들을 꺾어도 차가 원하는 만큼 안꺾이는 언더스티어 현상이 심각해지고

곧 구동축에 부하가 심해서 부러져 버립니다..

그래서 자동차란게 개발된 이래, 그와 함께 이 한계를 극복하기 위해 디퍼렌셜 기어란게 개발되었고,

자동차의 역사와 함께하는, 자동차의 절대적인 필수품이 되었습니다.

기본적인 디퍼렌셜 기어 내부는 아래와 같은 구조인데요.

1. 빨간 구동축은 먼저 녹색의 커다란 링기어에 맞물려 돌아가며.

2. 링기어에는 차동기어박스가 붙어있는 채 회전하는데, 그 안에 위/아래 2개의 차동 피니언 기어가 달려있습니다.

3. 이 피니언 기어가 양쪽 바퀴 회전축의 기어를 양쪽에서 따로따로 물고 있는 구조입니다.

그러니까.. 엔진에서 나온 구동축이 곧바로 바퀴를 회전시키는게 아니라,
차동기어를 거쳐서 양쪽이 따로따로 연결되어 있다는 점이 중요합니다.

이러한 디퍼렌셜 기어의 동작 원리는 그림보다는 아래 동영상을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.

동영상을 보면, 직진시에는 양쪽 회전축을 물고 있는 가운데 피니언 기어가 고정되어 양쪽에 같은 회전력을 제공하다가..

선회시에는 자연스럽게 좌우 회전 부하가 달라지면서 가운데 피니언 기어가 돌아가기 시작하고,

양쪽의 회전수 차이를 절묘하게 배분해주는 것을 볼 수 있습니다.

즉, 선회시에는 안쪽 바퀴는 동선이 짧아져서 회전저항이 커지고,

이와는 반대로 바깥쪽 바퀴는 상대적으로 회전저항이 작아져서,

디퍼렌셜 기어는 회전저항이 작은 바깥쪽 바퀴로 구동력을 몰아주게 되어.

결과적으로 좌우 바퀴가 다른 회전수로 회전할 수 있게 됩니다.

그렇기에 세상 모든 자동차에 없어서는 안될 필수품이 된 것이죠 ^^

혹자는 자동차 역사에서 가장 획기적인 발명품이라고도 합니다.

여기서 우리가 한가지 관심을 갖고 봐야할 점이 있는데요.

디퍼렌셜 기어는 좌우의 바퀴 부하가 다르게 걸릴때, 특정 바퀴로 구동력을 몰아주는 역할인데..

좀 나쁘게 보면 그저 양쪽 바퀴 부하의 차이에 따라 그에 반응하여 기어가 멋대로 돌아갈 뿐인거죠.

한마디로 매우 수동적인 장비이고, 운전자의 실력으로 조절하고 자시고 할 물건은 아니라는 점.

그래서 스포츠 드라이빙에서는 문제가 됩니다..

Chapter 2 : 디퍼렌셜 기어의 구조적 단점

이렇게 자동차의 필수품인 디퍼렌셜 기어에는 중요한 단점이 있는데요..

회전중에 좌우 구동축에 걸리는 부하를 자동으로 보상하여 구동력을 배분하는 것까진 좋은데..

주행중에 뭔가 비대칭적인 슬립이 발생할 때 문제가 됩니다.

대표적으로 구동축 한쪽 바퀴만 진흙탕에 빠진 경우, 디퍼렌셜 기어는 회전저항이 적게 걸리는..

미끄덩한 진흙탕에 빠진 바퀴에 왕창 구동력을 몰아버리는 바보짓을 합니다. ;;

위에서 언급한 것처럼, 디퍼렌셜 기어는 그저 수동적으로 회전저항이 작은쪽에 구동력을 보내는 녀석이니까요.

그래서 멀쩡한 바퀴는 가만히 있고, 수렁에 빠진 바퀴만 헛돌아서 탈출하기 힘든 상황이 되기도 하는데요.

눈길.. 진흙탕에서 한쪽 바퀴만 헛돌고 차는 안나가는 상황을 당해보신 분 많을 겁니다.

영화에서도 그런 장면이 많이 나오죠 ^^ (남자가 곤경에 빠진 여자운전자를 도와주면서 작업하는 장면에서.. ㅋㅋ)

성유리같이 예쁜 처자 차바퀴가 진흙탕에 빠져 삽질하고 있다면.. 도와주지 않을수 없잖아요.(치

함튼 이게 다 세상 모든 자동차에 반드시 달려있다는 그 디퍼렌셜 기어 때문입니다.... 이런 경우는 독이 되지요.

그리고 스포츠 드라이빙에 있어서, 멀쩡한 도로에서도 비슷한 문제들이 발생하는데요.

급출발, 고속코너링, 급코너링, 드리프트처럼 극한 상황에서는 좌우 구동 바퀴의 부하가 크게 왔다갔다하기 때문에

진흙탕의 경우처럼, 진짜 구동력이 실려야 할 축이 아닌 엄한 쪽에 구동력을 몰빵하는 일이 생겨버립니다. 

예를 들어 LSD 없이 디퍼렌셜 기어만 달린 차량으로 스포츠 드라이빙을 한다면..

- 급코너링시 한쪽 바퀴에 마찰력이 집중되면 엄하게 마찰력이 적게 걸리는 반대편 바퀴에 회전력이 실려서 

   차량의 제어가 야리꾸리해질 수 있음

- 노면에 따라 차량이 튀어 한쪽 바퀴가 공중에 뜨면, 지면에 닿아있는 바퀴에 구동력이 가지 않고

   붕 떠있는 바퀴쪽에 구동력이 쏠리면서 차가 트랙션을 잃고 제어가 불안해짐.

- 급출발/급가속으로 급격한 토크가 걸릴 때, 좌/우 바퀴의 마찰력 차이가 발생하여 슬립이 발생할 때
   불필요한 구동력 분배로 인해 추진력 손실이 생김.

등등의 다양한 문제점을 수반하게 됩니다.

한마디로 한쪽에 슬립이 발생하면 반대쪽이라도 구동력이 살아있어서 트랙션(구동력)을 유지시켜줘야 하는데
디퍼렌셜은 반대로 미끄러진 바퀴쪽에 웽웽대면서 구동력을 몰빵해버리는 바보짓을 한다는거죠. 

그래서 슬립이 발생해도 제어가 어렵고, 악셀링으로 제어하려다가 오히려 차가 더 스핀하기도 합니다.

특히 두 뒷바퀴를 의도적으로 미끄러뜨리는 드리프트 상황을 유발시키기도 어렵고,

겨우겨우 드리프트를 발생시켜도 카운터로 조절이 잘 안되고 그렇습니다.

(실제로 후륜에서 LSD 없이 드리프트하면.. 어렵고 쉽고를 떠나서 그냥 미끄러지는 모냥새 자체가 후집니다 ;; )

그러니까 그게 다 어쩔 수 없이 좌/후 회전차를 보상하기 위해 달려야 하는 디퍼렌셜 기어때문입니다.

차가 직진만 하는 건 아니니까 모든 차에 반드시 필요하긴 한데..

그 고유의 역할 때문에 오히려 차를 적극적으로 몰아줄 때는 방해요소가 된다니.. 참으로 진퇴양난입니다.

그렇다면 여기서 중요하고 간단한 아이디어를 하나 낼 수 있습니다.

선회시에 양쪽 바퀴에 구동력을 다르게 배분하여 좌/우 회전차를 만들긴 하되,

엄하게 한쪽 바퀴로 구동력이 몰빵되는 것을 막을 수는 없을까?

눈치채셨겠지만, 그래서 나온게 LSD 란 녀석입니다.

Chapter 3 : LSD 의 역할과 필요성

LSD는 슬립이 발생하더라도 어느 한쪽으로 구동력을 몰빵하지 않도록 제한을 거는 특수한 디퍼렌셜 기어를 말합니다.

LSD의 동작 원리와 역할은 어떻게 보면 의외로 간단합니다.

양쪽 바퀴의 마찰력에 차이가 발생한 순간.. 즉 디퍼렌셜 기어가 동작하기 시작할 때

구동력이 한쪽으로 심하게 쏠리는 것을 잡아주는 브레이크와 비슷한 역할입니다.

아래의 그린 LSD 동작 순서도를 번호순대로 보시기 바랍니다.

위 그림을 번호순대로 읽어보면 알 수 있듯이, 좌우 바퀴의 마찰력 차이로 구동력 배분이 발생할 때,

어느 한쪽으로 구동력이 순간적으로 크게 쏠리는 것을 그대로 방치하는게 아니라,

그것을 제어할 수 있는 일종의 브레이크 역할의 마찰저항을 구현한 것이 바로 LSD라고 이해하시면 됩니다..

그래서 LSD에는 기존의 디퍼렌셜 기어에, 오일의 점성, 기어의 마찰저항, 클러치의 저항과 같이
마찰저항을 발생하는 장비가 추가됩니다.

그리고 좌우 구동력 배분을 제한하는 LSD의 동작특성을 보면 알 수 있듯이,

일반적인 주행상황에서는 오히려 LSD가 자연스럽게 구동력이 배분되는 것을 방해하기 때문에

코너링시 핸들이 무겁거나 주행감이 뻑뻑하게 느껴질 수 있습니다.

즉 LSD는 스포츠 드라이빙시에 빛을 발하지만,

역으로 정상적인 도로에서 평범하게 운행할 때는 오히려 걸림돌이 될 수 있다는 것이죠.

또한 일반적인 Differential Gear보다 유지관리의 노력이 필요하기도 하구요.

그래서 대부분의 일반 승용차에는 LSD가 달려있지 않습니다.
험로탈출이 필요한 SUV나, 운전자의 적극적인 통제가 필요한 스포츠카가 아니면

LSD를 순정으로 장착하는 차량은 드물다고 할 수 있어요.

결국 LSD는 모든 차량, 모든 운전자에게 필요한 기능이 아닙니다.

LSD를 장착한다고 해서 무조건 차의 코너링이 좋아진다거나 하는게 절대 아니구요.

운전자가 제어할 수 있는 영역이 넓어지는 거라고 이해하는게 맞습니다.

LSD는 적극적인 스포츠 드라이빙을 원하는 경우에..

써킷/트랙 주행에서 랩타임을 줄이고 싶을 때, 보다 터프한 드리프트를 즐기고 싶을 때

그럴 때 운전자가 차를 자기 의지대로 조절하기 위한 하이엔드 튜닝파츠라고 봐야 합니다.

LSD를 장착하면 그 종류와 특성에 따라 차량 운행느낌이 상당히 다르기 때문에,

드라이버가 적응하고 활용하는데 시간도 많이 걸리고, 또 얼마나 잘 이해하고 쓰느냐에 따라 제 가치를 내는 물건입니다.

그 외에도.. LSD는 가격도 비싸고, 유지보수도 좀더 신경쓰이기 때문에 양산차에서 더더욱 안쓰게 됩니다..

그래서 순정보다는 튜닝파츠로서 좀더 의미가 있는 녀석이기도 하지요. ^^

그리고 여기서 중요한 점. M3는 LSD가 기본장착 입니다 ^_^

경쟁자인 C63AMG 차량만 해도 LSD는 옵션으로 제공되지, 기본으로 장착되지 않습니다.

이렇듯 LSD를 순정으로 장착하고 있다는 점만 봐도 M3의 전투적인 성향을 짐작할 수 있는데요..

한마디로 마구 꺾고보고, 또 제어하고 정복하는 재미를 위한 차라는 것이지요..

Chapter 4 : LSD 의 종류와 특징

이러한 LSD도 구성방식에 따라 다양한 형태가 존재하는데요.
LSD의 분류에 대해서는.. 분류법도 여러가지이고 또 미캐닉마다 분류에 대해 의견이 분분한 부분이 있습니다.

예를 들어 다판클러치는 기계식 토센의 일종이다, 라는 분도 있고 아예 별개의 분류라고 하시는 분도 있는 등 뭐 그렇긴해요.

함튼 "쉽게 이해하기 위한 목적" 으로 정리한다면 간단히 아래의 표와 같이 나타낼 수 있습니다.

	비스커스 커플링	토센 (기어식)	다판 클러치
기본 원리	양쪽 바퀴 기어 사이에 오일이 들어있고, 오일의 마찰력에 의해 구동력 배분과 슬립을 제어	복잡한 기어들의 조합으로 기어간의 마찰저항에 의해 구동력 배분과 슬립을 제어	차동기어 양쪽에 다판 클러치를 삽입하여, 클러치 마찰력을 통해 구동력 배분과 슬립을 제어
핵심 특징	슬립 제어능력이 약하지만 소음이 없고 내구성이 좋아서 양산형 SUV 등에서 애용됨.	적당한 슬립제어능력과 적은 소음, 비교적 쉬운 관리 덕분에 양산형 스포츠카에 종종 사용됨.	슬립제어능력이 가장 강력하여 경주/트랙용으로 애용되지만 소음이 심하고 관리가 까다로움.

재미있는 사실은, M3의 독특한 LSD를 이해하려면 위 3가지 방식에 대해 모두 알아볼 필요가 있다는 사실입니다 ^^

▶ 비스커스 커플링 방식 LSD

비스커스 커플링(Viscous Cuplong)이란, 두개의 회전판 사이에 점성이 높은 유체가 있을 때,
한쪽 판이 회전하면 유체의 점성에 의해 반대편 판도 따라서 회전하는 원리를 말합니다.

이는 마치 유체결합식 오토미션과 비슷한 원리입니다.

두개의 선풍기를 마주보게 해놓고.. 그중 한쪽 선풍기만 전원을 켜서 회전시키면,

꺼져있던 반대편 선풍기가 바람을 맞고 함께 돌아가는 원리와 같지요.

여기서는 선풍기의 공기 대신에 데후오일이 마찰제와 윤활제의 역할을 동시에 하게 됩니다. (오토미션의 미션오일과 같은 역할)

위 그림은 비스커스커플링 방식 LSD의 한 예제인데요,

LSD 내부의 양쪽 회전축에는 여러 장의 플레이트들이 일정 간격으로 여러장 달려있고,

내부에는 데후오일이 가득 차 있습니다.

그래서 양쪽 바퀴의 회전차가 발생할 때, 어느정도 좌우 회전차를 유발시키면서도

급격히 한쪽으로 회전력이 심하게 걸리면 좌/우 회전수 차이로 인한 유체 저항이 발생하여

구동력이 한쪽으로 확 쏠리는 현상을 저지하게 됩니다.

그래서 회전수를 감지하여 동작하는 Speed Sensing 방식이라고도 하구요.

보시다시피 비스커스 방식은 유체식이라 부드럽고 마모도 적으며, 소음도 거의 발생하지 않는 구조라서

적당주기로 오일교환만 잘해주면 고장도 잘 안나기 때문에 많은 SUV/양산차량에서 순정 LSD로 사용되어 왔습니다..

다만 부드러운 유체마찰력을 이용하다보니 좌/우 구동제한 능력도 가장 떨어지고,

간접적인 동력 전달로 인해 슬립을 제어하는 타이밍이 다소 늦기 때문에

스포츠 주행용 차량으로는 거의 사용되지 않고, SUV의 험로탈출 목적으로 주로 사용됩니다.  

▶ 토센 방식 LSD

토센이라는 단어는 토크+센싱 (Torque + Sensing) 의 합성어로서, 
양 바퀴에 걸리는 토크를 감지하고 그에 반응하는 방식입니다.
일반적으로는 비스커스 커플링처럼 간접적인 유체마찰을 사용하는 방식과 반대라는 의미로,

아래 그림처럼 기어결합에 의한 기계적 마찰저항을 이용한 LSD를 토센방식이라고 많이 부릅니다.

토센방식 LSD는 보통의 디퍼렌셜기어보다 다단계의 복잡한 기어구조를 가짐으로써

양쪽 바퀴의 지면 마찰력 차이에 의해 좌/우 토크(견인력)가 달라지면,
토크 차이로 인해 발생하는 기어의 마찰저항에 의해, 급격히 한쪽으로 구동력이 쏠리는 것을 늦춰줍니다.

이러한 토센 방식은 양산형 스포츠카에 순정으로 많이 사용되는 방식으로서, 아우디의 콰트로 시스템이 대표적인 사례입니다.

콰트로에서는 좌/우 뿐 아니라 사륜의 전/후의 토크배분도 기어의 맞물림을 이용한 토센방식을 사용하고 있습니다.

또한 국내의 경우는 제네시스 쿠페가 토센 방식의 LSD를 순정옵션으로 장착하고 있지요.

토센 방식은 직접적인 기어 결합방식이라 비스커스 커플링에 없던 소음이 발생할 수 있지만,

동력배분이 직접적으로 이루어지기 때문에 슬립 및 구동력 제어성능이 비스커스 방식에 비해 좀더 좋습니다.

또한 정밀한 설계로 어느정도 내구성도 구현할 수 있기 때문에 양산 스포츠카에서 가장 애용되는 방식입니다.

하지만 토센방식은 기어 구동에 걸리는 시간, 기어마찰력의 한계 등, 기계적 반발력을 이용하는 구조상의 한계로 인하여,

급격한 슬립 발생시 충분히 좌/우에 구동력을 완전히 제어하는데는 역시 한계가 있습니다.

▶ 다판 클러치 방식 LSD

트랙 주행 및 레이싱 매니아들이 좋아하는 튜닝용 LSD의 종결자는 다판클러치 LSD입니다.

엄밀하게 말하면 기계적 방식이기 때문에 토센 방식의 일종으로 보기도 하지만,

실질적으로는 기어결합식 토센과는 매우 다른 특성을 갖고 있기 때문에, 따로 분리해서 볼 필요가 있습니다.

다판 클러치 LSD는 위와 같이 기본적인 디퍼렌셜 기어를 가운데 두고,
분리되어 있는 좌/우의 구동축을 바로 연결한게 아니라, 각각 다판 클러치를 여러장 덧대어 구동력을 전달하는 방식입니다.

눈치채시겠지만, 보시다시피 미션의 다판클러치와 사실상 같은 형태의 구조입니다. 마찰에 의해 뭔가 힘을 전달하는 거죠.

이 방식은 비스커스/토센방식처럼 좌우의 회전속도/토크 차이를 감지하고 나서 제어하는 방식이 아니라,

아예 회전차가 발생하기 전에 구동력의 전달 자체를 제어해버리는 매우 적극적인 LSD 입니다.

쉽게 설명하자면 구동력이 쏠리기 시작해서 그걸 감지하고 잽싸게 제어하는게 아니라,

아예 그렇게 구동력 자체가 쏠리지도 않게 클러치가 미리 제어해버리거든요.

직진 주행중에는 좌/우에 고른 구동력이 전달되지만, 선회 중에는 클러치의 마찰력 허용범위 내에서 좌/우 바퀴의 회전차를 만들어내고,

좌/우 지면 마찰력의 차이로 구동력이 순간적으로 한쪽에 쏠리려고 해도, 클러치의 강력한 마찰력이 쉽사리 한쪽으로

구동력이 넘어가버리지 못하도록 만들어줍니다.

결과적으로 다른 LSD 방식에 비해 압도적으로 뛰어난 구동력 제어능력을 갖고 있기 때문에,

레이싱카, 트랙/드리프트 매니아 등과 같이 극한의 드라이빙을 추구하는 매니아들에겐

최선의 선택이 됩니다.

다만 세상에 공짜는 없는 법..

마찰이 심한 다판 클러ㅋ를 보면 알 수 있듯이, 여러가지 단점과 부담도 존재합니다.

우선 회전시에 클러치의 마찰로 인한 소음과 잡소리가 장난아닙니다. 끼리기리.. 따라라라.. 부욱부욱..

또한 수동 클러치 갈아주듯이 주기적으로 오버홀 혹은 클러치 교환이 필요하며, 오일 관리와 주기적인 교체가 필수적입니다.

한마디로 하이엔드 튜닝용품이고, 일반 양산차량에서는 쓰이지 않는, 부담스러운 LSD입니다.

(일부 SUV에서 순정으로 쓰기도 하지만, 구조적으로 스포츠카에 쓰이는 것에 비하면 마일드한 녀석입니다..)

Chapter 5 : M3의 독특한 LSD -
                Variable M Differential Lock 

자 이제 진짜 M3의 LSD에 대해 알아보겠습니다..

e92 M3의 디퍼렌셜 기어박스는 이렇게 생겼습니다. (실제 3D CAD 도면입니다..)

차 뒷면 아래를 엎드리고 보면 뭔가 방열판 같은게 볼록 나와있는데, 바로 그 부분이구요.

이 디퍼렌셜 기어 박스 내부는 아래와 같이 생겼습니다.

위 그림중 좌우 뒷바퀴 축방향으로 배치된 5번 부품이 바로 LSD인데요.

e92 M3에는 BMW M GmbH와 영국 GKN (http://www.gkndriveline.com)사가 공동개발한
Variable M Differential Lock 이라는 이름의 전용LSD가 사용됩니다. 
GKN 사는 여러가지 다양한 LSD를 생산해내는데, 이러한 M 전용 LSD를 Visco Lok 이라는 제품명으로 별도 판매도 합니다.

아래에서 M3의 독특한 LSD의 내부 구조도를 한번 보시지요.

이게 뭥미?! 3가지 방식이 죄다 들어있어..

기본적인 토센식 기어결합에, 좌우 구동력 배분위치에는 다판 클러치를 사용하고..

그 내부의 동력전달에는 또 비스코스 커플링이 사용되는 하이브리드 방식의 LSD 입니다.
그래서 앞부분에 3가지 LSD 방식에 대해 줄줄히 설명할 수 밖에 없었는데요..

그러니까 기술적으로 정리하자면,

기어 & 다판클러치 토센방식 + 비스커스 커플링 방식 LSD입니다.
그야말로 전례없이 독특한 하이브리드 방식으로서, 짬뽕도 이런 짬뽕이 없습니다;

위 그림은 M Differential Lock의 단면도인데요,

좌우 마찰력의 차이로 한쪽으로 구동력이 쏠리기 시작하면 아래와 같이 2단계로 동작합니다..

1단계 : 일정 수준까지는 우측 헬리컬 기어의 마찰저항에 의해 구동력 쏠림에 브레이크가 걸리기 시작하고

2단계 : 좌우 회전차가 일정량 이상 발생하기 시작하면, 데후 오일의 비스커스 커플링에 의해 유압을 증가시켜
좌측하단의 Pump Disc를 동작시켜 다판클러치를 압박함으로써, 클러치의 마찰력이 증가하여 구동력 쏠림을 제한하게 됩니다.

오오.. 역시 M은 뭔가 특별합니다..

평범한 수준의 토센방식 LSD 동작과, 다판클러치의 강력한 LSD 동작이 단계적으로 병행된다는 점에서,
마치 M버튼을 눌러서 순한 양에서 늑대로 변신하는 M3의 컨셉을 완성시켜주는 멋진 아이템입니다.

함튼 뭐 동작원리는 그렇다고 치고,

중요한 건 무슨 이유로 저렇게 복잡한 방식의 LSD를 채용했느냐는 점일 것입니다.

Chapter 6 : Variable M Differential Lock의 특징

BMW M division이 특이한 것만 좋아하는 돌+아이라서 이런 독특하기 그지없는 하이브리드 LSD를 채용했을리는 없겠죠?

TV에서 하도 하이브리드, 하이브리드 해서 무슨 전기모터+엔진 고연비 자동차를 의미하는 걸로 아시는 분들이 많던데,

공학세상에서 하이브리드 방식이라 함은, 여러가지 다른 기술을 접합하여 장점을 모은 것을 말하는 흔한 용어입니다.

대부분의 하이브리드 기술이란게 그렇듯이, 각 방식의 장점만을 따오려는 목적인데요.

(엔지니어 입장에서 냉정하게 보면 단점들도 같이 모여서 따라옵니다 ㅡ_ㅡ) 

우선 M GmbH의 엔지니어들은 개발 초기에 이런 고민을 했을 겁니다.

"흐음.. 남들 다 쓰는 양산 스포츠카용 토센 LSD를 우리 M에 쓰자니 뭔가 부족하고...

레이싱용 다판클러치 LSD를 쓰자니 소음과 내구성 면에서 부담되고...

마찰력을 증가시켜 LSD 성능을 강화시키려면 일부라도 클러치를 도입하긴 해야겠는데..
어떡하면 클러치를 쓰면서도 부드럽게, 그리고 유지하기 편하게 할 수 있을까?"

이 부분을 해결하기 위해 M GmbH는 GKN사와 함께 고민을 시작했고,

다판 클러치가 항상 맞닿아있으면 마찰소음과 꺼끌한 마찰감, 마모가 발생하기 때문에,

평소에는 클러치가 약간 유격을 두고 회전하다가, 좌우 회전차에 의한 비스코스 커플링 유체압력이 증가하면

다판클러치를 눌러서 붙여주는 나름 기묘한 짬뽕 테크닉을 고안해냅니다.

성능적으로 말하자면, 토센 방식과 다판클러치 방식의 중간 정도 성능을 내도록 만들어졌습니다.

양산 스포츠카가 가장 흔히 사용하는 토센 방식의 부족함을 다판클러치를 추가하여 좀더 업그레이드 하되,

내구성에 크게 문제되지 않을 정도로 최대한 부드럽게 세팅한 것이라 할 수 잇습니다.

그래서 잘 보시면, 실제 하드코어 드라이빙용 다판클러치 LSD에 비해, 다판 클러치의 장수가 적습니다.

실제 개발과정에서 다판클러치를 몇장으로 세팅할 것이냐 때문에 많은 실험이 있었다고 하는데..

많으면 많을 수록 LSD로서 구동력 제어가 확실하지만, 소음과 내구성을 고려해서 뭐가 적절한 최적점을 찾아야 했을 겁니다.

어쨌든 기어의 마찰저항만 이용하는 토센방식에, 다판클러치의 마찰저항을 일부 도입하여
경쟁사들의 토센 LSD를 한 단계 뛰어넘는 영민한 LSD가 탄생하였습니다.

이러한 M3의 Variable M differential Lock의 장단점을 정리한다면 아래와 같습니다.

장점 :

- 평시에는 무난한 토센방식의 LSD 동작으로 부드러운 주행감과 적절한 좌우 구동력 제한이 발생합니다.  

- 일정 수준이상의 급격한 구동력 쏠림이 발생하면, 마찰력 강한 다판클러치가 동작하여 구동력 쏠림현상을 강하게 제한할 수 있습니다.

- 그러면서도 양산차로서 데후오일 교환 정도의 간단한 정비로 유지관리할 수 있습니다. 

단점 :

- 비스코스 커플링으로 압착상태를 조절하여 소음을 최소화했지만, 다판클러치가 들어간 이상 약간의 소음이 있습니다.
  대표적으로 시동후 초기운행시 주차장 등에서 급격히 선회를 하면 북~북대는 전형적인 클러치 소음이 발생하기도 하고, 

  또는 데후오일 열이 좀 덜받으면 따라라락..하는 기어마찰음(채터링음)이 발생할 수 있어요.

- 토센방식보다는 분명히 한단계 위의 구동력 제한능력을 보여주지만, 
   정통 다판클러치 LSD에 비하면 성능이 떨어지기 때문에 하드코어 드라이버에겐 여전히 부족한 느낌입니다.

Chapter 7 : M3의 LSD 튜닝

Variable M Differential Lock의 단점중 하나가, 여전히 다판클러치 방식에 비해서는 성능이 떨어진다는 점인데요.

튜닝용 다판클러치 LSD의 경우 (위 그림 참조) 굉장히 많은 클러치판이 좌우에서 마찰력을 생성한다는 점을 알 수 있습니다.

하지만 아래 그림처럼, Variable M Differential Lock에 적용된 클러치판은 이보다 훨씬 적은 7장이 들어가기 때문에,

아무래도 마찰력에 의한 제한 능력이 떨어질 수 밖에 없습니다.

그보다 더 중요한 차이는.. 바로 동작 개입시점의 차이입니다.

정통 다판클러치 방식은 좌우 구동력 자체를 클러치로 전달하기 때문에,

슬립이 발생하기 전에 아예 미리 제한을 걸어버립니다.

하지만 Variable M Differential Lock의 구조와 동작원리에서 알 수 있듯이,
토센방식처럼 이미 슬립이 발생하여 구동력이 쏠리기 시작해야 클러치가 개입하기 시작하기 때문에

적극적인 드라이빙을 하려는 경우에는 뭔가 한발 늦는다는 느낌이 들 수 있습니다.

그렇기 때문에 하드코어 드라이버에겐 M3의 요상한 LSD도 사후약방문 같은 성능으로 느껴질 수 있고,

특히 써킷 드라이빙용으로 몰두한다면 십중팔구 다판클러치 LSD로 튜닝하고 싶은 욕구가 생길수도 있겠습니다.

이러한 하드코어 드라이버를 위해.. 시중에 나온 M3용 튜닝 LSD로 독일 Drexler(http://drexler-drivetrain.com/)사와
일본 OS Giken(http://www.osgiken.co.jp)사 제품이 있습니다.

두 제품 모두.. M3에 다판클러치 LSD까지 올리시는 분들이 많지는 않아서,

샵에서 흔히 볼 수 있는 물건은 아닙니다. 보통 전문샵을 통해 대행수입하거나 해서 작업해야하는데,

기존의 LSD와 교체하기 위해서는 일부 순정파츠도 별도 주문하여 작업해야하는 등, 작업이 꽤나 까다로운 걸로 알려져 있습니다.

어쨌든 빡신 트랙드라이빙용으로 사용하기에는 최고의 아이템이 될 수는 있겠으나,

기존의 M3에 달린 Variable M differential Lock 도 타사 LSD에 비해 한단계 진보한 녀석이라,

공도 드라이빙용으로는 꽤 만족스러운 녀석이라고 생각합니다.

뭐 어쨌든 실제로 M3에 LSD 튠까지 해본건 아니니까 이정도 소개만 하고,

실험정신이 강한 매니아라면 이런 극한의 LSD 튠까지 도전해볼만할거라고 생각합니다.

그런데 써킷 레이싱 레벨이면 당연히 다판클러치 LSD가 갑이다, 라고 말할 수는 있겠으나..

과거 트랙을 쏘다닐 때 경험으로 생각해보면, 이 다판클러치라는 놈은.. 공도에서 다니기엔 정말 껄끄럽습니다 ㅡ,.ㅡ

LSD의 구동력 제어 (뭐, 공학적으로는 Lock-up Ratio라는 수치로 정의하는데) 수준이 높을수록

코너에서 차가 정말 운전자의 맘대로 마구 움직이는 느낌이 듭니다.

급출발 때 구동바퀴의 좌우 슬립차로 인한 토크 스티어도 줄고..

코너링에서의 악셀링/브레이킹에 의한 차량 반응이 매우 정직하게 되긴 합니다만..

다판클러치는 어디까지나 극한의 상황을 위한 LSD이기 때문에,

공도에서 평범한 운전을 하기에는 차량 운행특성이 많이 바뀌기 때문에 이래저래 불편함이 생깁니다.

이를 설명하려면 1way, 1.5way, 2way니 하는 트랙션 유무에 따른 LSD 동작과 차량운행특성의 변화..

까지 논해야 하지만 이미 충분히 말을 많이 써놔서 머리가 아플테니 이부분은 걍 패스하구요..

(쓰는 저도 글로 정리해보려니 머리가 혼미해지기 시작합니다)

사실 그 무엇보다 공도에서 다니기엔.. LSD에서 발생하는 각종 소음이 큰 스트레스가 될 가능성이 큽니다.
혹시 소리 들어보신 분들은 아시겠지만, 배기튠에 따른 부밍음보다 더 신경을 박박 긁는 소리입니다.
그래서 정말 써킷에 몰빵할 생각이 아니면 다판클러치 LSD는 그다지 추천하기 힘들다는 점..

총정리

써놓구 보니 제가 포스팅한 그 어떤 글보다 좀 복잡하고 난해할 수 있겠습니다 ㅡ,.ㅡ

이 바닥에 10년 넘게 굴러온 저도 글로 쓰다보니 뭔가 좀 혼미스러운데..

그래도 인터넷 그 어떤 글보다 LSD에 대해 쉽게 정리해보려고 나름 노력했습니다.

이 Variable M Differential Lock은 M3만 쓰는건 아니고  M5, M6도 함께 쓰이는 방식이라,

사실 M3만의 LSD는 아니긴 합니다. 다만 상대적으로 작은 체구에 바디강성이 좋은 쿠페바디의 e92 M3에서,

이 독특한 LSD가 좀더 빛을 발하지 않겠나 정도 생각합니다. 그리고 여긴 M3 블로그니까.. ㅋㅋ

M3가 코너링의 제왕이라고 불리우는 이유는, B당 특유의 50:50 무게 배분에 의한 밸런스와 더불어

경쟁사 대비 강력한 제어성능을 가진 독특한 LSD - Variable M Differential Lock을 장착하고 있기 때문입니다.

평소에는 평범한 Differential Gear처럼 동작하다가..

밟고 꺾기 시작하면 LSD내의 클러치가 개입하기 시작하고,

어떤 상황에서도 좌우 뒷바퀴에 적절한 구동력 배분을 유도하여 면도날같은 코너링 느낌을 살리고,

거기에 특정 범위까지만 차량의 슬립을 허용하는 MDM 기능까지 적용하여

맘먹으면 쉽고 편안하게 드리프팅을 할 수 있는 머쉰이 됩니다.

이러한 M만의 독특한 LSD는 타사 순정 LSD보다 높은 동력 제어성능을 보이면서도,

공도 운행시에 큰 이질감을 느끼기 힘들게 아주 잘 조율되어 있습니다.

그러면서도 양산차로서 최소한의 노력으로 유지관리가 가능하게 해주는 LSD라는 점에서

"편안함과 강렬함이 공존하는 공도용 스포츠카"라는 M3 컨셉에 가장 잘 부합되는 핵심 부품이 아닐까 생각합니다.

한마디로 경쟁사 대비 뭔가 모르게 "코너에서 콘트롤 하기 쉽다"라는 인상을 주거든요.

실제로 한명의 사용자로서 느끼는 점은.. 타 차량에 LSD 튜닝을 해본 경험상..

써킷에서 무식하게 잡아돌려보지 않는한, 공도 수준의 전투드라이빙(?)에서는

이러한 M3의 Variable M Differential Lock 정도면 정말정말정말 훌륭한 LSD입니다.

토센방식의 한계를 뛰어넘는 강력한 슬립제어 성능에도 불구하고 일반주행시 이질감이 거의 없고,

적당히 데후오일만 갈아주면 유지관리도 쉬우니 이런 사기캐릭터가 있나 싶습니다..

e92 M3 의 모든 것 - http://m3blog.kr

[용자대장[함성철]]

지금까지 몰던 여러차들중 이렇게 탱크같은 놈은 못봤습니다. 잔고장 한번없고 경고등 한번없이 시동 걸고 끄는 순간까지 퍼포먼스가 일정하게 나와주고, 가끔 연비얌전모드서 10키로만 넘어주면 않되나 하는 그냥 소소한 희망빼곤 ㅎㅎ 데일리 탱크카로 정말 만족합니다. 최근 17만 타신분말씀처럼 소모품말고 잔병치례 한번도 없었다니 !

[엠쓰리블로그]

맞아요.. ^^ 저도 다른 포스트에도 썼었지만, 지금까지 10년간 몰았던 많은 비머들 중에서 가장 무탈한 녀석이라 오히려 신기합니다 ㅎ

[돔돔돔]

오웃~! LSD에도 파고드니 이렇게 심오한 세계가 있었군요.^^
멋진 포스팅 감사히 잘 읽었습니다.

번외지만 RC에서도 몇년전부터 디프락 시스템을 적용하는 차량들이 나오고 있습니다.
(험로 주파가 목적이죠^^)

서보로 디프 기어를 락 또는 해제시켜주는 시스템인데...
사실 장난감이 이런 시스템을 도입했다는 자체가 대단할뿐입니다 ^^

http://traxxas.com/products/models/electric/5607summit

좋은 주말 되십시요 ^^

[주사위]

제가알기로 lsd는 rc가 먼저 개발 및 도입한걸로 알고있는데..
다른 파츠였던것 같기도 하네요 ㅎㅎ

[엠쓰리블로그]

돔삼님 올만~ RC쪽에 디퍼기어는 많이 사용하던데, 디퍼락까지 쓰는 머신들도 있군요..!!

[단테김[김영복]]

좋은글 감사합니다 ^^

[엠쓰리블로그]

감사합니다.^^

[쭌애마비엠[이준]]

항상 잘보고 잘 읽고 갑니다 많은 도움이 될듯합니다 감사합니다 ^^/

[엠쓰리블로그]

도움이 되셨다니 어렵게 쓴 보람이 있네요^^

[공구리[박창운]]

M으로 넘어가려다 포기한 이유가 LSD때문이었는데 그래도 아무리 베리어블 뭐라해도 순정 LSD는 성능상 애매한거같아요.
물론 다른 메이커보다는 좋은 배려라 생각합니다
첨에는 M의 LSD가 토센으로만 알고 있었는데 다판 소리가 나서 다판 소리인지 기어가 물리면서 나는 소리인지 궁금했었는데
몇년전 궁금증이 해결되네요

첨에는 인터넷 정보 짜집기한 듯했는데 중간부터는 정말 오랜만에 보는 자세한 심층적인 포스팅이네요

저는 현재는 다판식 2way LSD를 사용하고 있지만 역시 LSD는 온리 다판식인거 같아요
온리 다판식도 일상생활에서 절대 편하면 편했지 불편하진 않아요
이유는 여러가진데 길구요...

[공구리[박창운]]

그리고 고성능이라면 다판식 써줘야 맘이 놓이고 즐거운거 같습니다
순정형 LSD는 제조사를 떠나 눈오는날이나 영하 10도쯤 추운날 함부로 풀악셀 못하죠
다판식은 적응되고나면 악셀 조지는게겨울 여름 따로 없죠..그만큼 안정적이게 됩니다(직진만큼에서는)
당연 코너는 겨울엔 가드레일 받기 싫으면 자연의 법칙이니 천천히 다녀야겠지만요
M도 보면 극한의 주행중 동력이 순간 차단되면 차동이 순간순간 끊기는거 같아요
그런면에서 극한의 코너링같은 주행에서 악셀을 항상 풀악셀조질수 없으면 순간순간 풀려 위험해질수 있는거 같습니다
2way 다판식은 악셀을 중간중간 띄어도 차동이 유지되어 안정감이 있구요

[엠쓰리블로그]

안녕하세요 공구리님~ 전부터 글 올리신 것들 봤는데, 공구리님은 제 기준으론 하드코어 드라이버이시기 때문에(^^;) 당연히 다판클러치쪽을 선호하실 듯 합니다. 관리나 소음의 불편함은 적극적인 드라이빙을 즐길 때는 당연한 미덕(?)이라 생각되기 마련이기도 하죠. 본문에도 썼지만.. 제대로 달린다면야 다판식이 무조건 갑입니다~

그리고 위에는 안썻지만.. 한 2년 응삼이 몰아보니, 이 M LSD는 적당히 미끄러지고 확 잡아주는 (일종의 하드웨어 MDM)식으로 동작하는 녀석이고.. 그게 M 컨셉이라 그런식의 세팅으로 간거 같습니다. 슬립을 피하기보다는 어느정도 즐기라는 의미가 아닐까 싶네요..

[공구리[박창운]]

네 저는 온리 드리프타라 그렇고 모든 주행부분에서는 다판식보다도 좋은거 같고
여타 완성차 업체중에 으뜸인 LSD이기는 한거 같습니다
물론 열심히 달린다면 2WAY가 답이기도 하구요
그래서 첨에 LSD 2way로 튜닝할때 나처럼 차 관리하기 싫어하는 사람이 관리 할수 있을까....라는 두려움에 고민했는데
또 막상 달고 보니 그리 어렵지 않더라구요^^
엔진오일 갈때 그냥 같이 갈면 되고 교체시간도 금방이니까요
별도 관리도 필요없구요
오일만 자주 갈면 오바홀도 할필요도 거의 없구요
소리도 다다닥 소리 그렇게 크진 않아요
웨스트게이트 소리로 나는 터보다 알리는것처럼 나는 투웨이다 알리는 효과정도로 생각되구요

[엠쓰리블로그]

오래전에 저도 1.5way, 2way LSD 튠해보구.. 다판클러치는 부담스럽다고 생각햇는데.. 그래서 좀 데인 적이 있는데요, 다시 생각해보니 그것도 제품차가 좀 있을거 같긴해요. 듣자니 OSgiken에선 나온 M3용 LSD는 재질특성이 좋아서 내구성과 소음도 개선되었다하고.. 공구리님 말씀을 보니 새삼 저도 한번 도전해볼까.. 하는 생각이 스믈스믈 올라오네요 ^^ (M3는 밸런스가 넘 좋아서 튜닝은 안하려고 햇는데.. 그랬는데.. 흠..)

[즤풔]

좋은 정보네요
조금만 부연하자면 bmw같은 경우 오히려 90년대 모델까지는 일반 모델에도 LSD가 들어갔습니다. 아마도 현재는 비용 절감과 DSC같은 자세제어 시스템의 발달로 생략되는 거겠지요.

[엠쓰리블로그]

아.. 그랫군요~ 좋은 정보 감사드립니다.^^

[동동에무]

M3 데후 오일을 꼭 전용으로 안써도 되겠죠?

[공구리[박창운]]

보통 토센방식같은거는 점도만 맞추면 됩니다 아마 90일껍니다
만약 좀더 빡시고 타고 싶으면 140도 되지만
다판이 들어간 이상 M에 저도 이번에 다판이 조금 들어간거 알았는데 전용오일 써주는게 좋을겁니다
보통 온리 다판같은경우
다판은 5천마다갈지 않으면 쇠가루가 나옵니다
많이 나오고 많이 쓰면 오바홀도 해야할정도로
물론 일반주행이나 가끔 코너링 공략정도면 1만이상 타도 큰문제 없습니다
저처럼 온리 드리프트한다면 5천도 사실 길지만요
어느 다판식같은경우 전용오일 안쓰면 점도가 같은 90임에도 마모같은거 때문에 결국 고장나서 LSD 버려야하더군요

[엠쓰리블로그]

M3 순정 데후오일은 75W-140 Castrol SAF-XJ + 소음감소제(FM booster)인데.. 특별한 이유가 아니라면야 순정 그대로 넣어주는게 정신건강에 좋겠죠? ^^; 참고로 외부에서 사제로 넣으면 FM booster는 빠지는 경우가 많은데요.. 요건 M3 유지관리 2탄에 자세히 정리하겠습니다. (곧 업뎃예정..)

[공구리[박창운]]

아하 M3는 순정 기어오일이 140이었군요
소음감소재까지 별도로 넣고
종류별로 장점만 모으려다보니 점도도 높고 소음도 줄이고...

[두루]

완전 좋은 정보네요 감사합니다 :)

[엠쓰리블로그]

감사합니다. ^^

[에스쁘아]

전륜도 디퍼렌셜 기어가 있나요? 모든차라고 해서 ....

[공구리[박창운]]

전륜용 LSD있습니다
투스카니 터빈업차들 드래그시 휠스핀으로 완전 갈지자로 가고 대파 많이나죠
그래서 투카도 많이 LSD답니다

[엠흰둥[신영재]]

정보감사합니다^^

[엠쓰리블로그]

감사합니다^^

[핵잠[임진수]]

쉽지 않은글, 좋은 정보를 공유해주시고자, 첫문장을 시작해주신 점에 용기에 박수를 보냅니다. ^^ 많은 M오너를 비롯해 M에 대해 관심과 흥미를 가지신 오너분들에게 정말 좋은 글이였다고 개인적으로 생각해봅니다. 좋은글에 다시한번 감사드립니다.^^ From. E92 M3 근4년째 소유중이며 지방에서 조용히 서식중인 오너로부터. ^^;;ㅋ

[엠쓰리블로그]

저도 서울사람 아님돠~ ㅋ M3는 차가 별로 없는 지방이나 근교에서 더 좋다능.. 격려 감사드립니다^^

[옵티켄파크[박언]]

너무좋은 정보 입니다..

[엠쓰리블로그]

감사합니다~ ^^

[아식스[신종원]]

너무 유익한 글 잘 보고 갑니다~!!

[엠쓰리블로그]

감사합니다~ ^^

[봉봉팔이]

전 엠쓰리블로그님 글을 읽을때 마다... 무슨직업을 갖고 계신지 참 궁금하네요~
여하튼 심호하면서도 이해되기 쉽게 쓴 글 참 잘 읽었습니다.

[엠쓰리블로그]

직업은.. 엔지니어링 컨설턴트 뭐 그런,. ^^; 자동차와 관련깊은 일을 해요.

[뉴저지 얼룩이]

부ㅡ라보입니다.

[엠쓰리블로그]

감사합니다 ^^

[콩쥐팥쥐]

우와~~진짜 대박이십니다 한방에 이해되게 정말 설명 잘 하셨네요 시간이 엄청 걸리셨을듯

[엠쓰리블로그]

쉽게 쓰려고 고민 많이 했습니다^^ 보람있네요~