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1. 개요
Front Wheel Drive엔진이 자동차 앞에 있고. 바로 앞바퀴를 굴리는 자동차의 구동방식을 통칭하는 용어다. FWD라는 약칭을 사용한다. 다시 엔진 배치방식으로 나누면 FF, MF, RF가 있으나 MF, RF인 경우 효율이 별로 좋지 않기에 현재 전륜구동을 쓰는 자동차는 거의 전부 FF 방식이다.
전륜이 조향과 구동을 모두 담당해야하는 특성상 초기에는 기술력이 높은 구동방식이라 초기 자동차는 후륜구동이 대세였다. 그러나 기술이 발전하면서 전륜구동이 경제성, 공간성, 4계절 대응 능력 등에서 우위를 가지고 있어 20세기 후반 대중 승용차의 기본 구동방식으로 자리잡았다.[1][2]
2. 특징
2.1. 장점
- 불량한 노면에서 가속을 해도 뒤가 미끄러지지는 않아서 대처하기가 수월하다.[3] 예를 들어 눈길에서 가속패달을 밟아도 구동하는 앞바퀴는 헛돌겠지만 차량 스핀까지 잘 이어지지는 않는다. 눈길 급가속이 곧 스핀인 후륜구동과는 대조적.
- 후륜에 비해 부품이 적게들고 차가 가벼워서 연비가 좋은 편이다.
- 엔진룸의 크기를 작게 만들 수 있고 구동축 등 실내 공간을 침범하는 부품들이 적어 후륜구동에 비해 실내공간을 넓게 뽑아내기 유리하다.
- 사용되는 부품들이 적기 때문에 비슷한 스펙의 후륜, 혹은 4륜구동에 비해 제조비가 적게 들어간다. 한마디로 더 저렴하게 판매할 수 있거나, 이윤을 남기기 유리하다.
- 리프트 오프 오버스티어가 일어나지 않거나 사실상 일어나지 않는다.[4]
2.2. 단점
- 앞타이어가 더 빨리 마모된다. 앞쪽에 파워트레인(동력전달장치)이 몰려있어서 무게중심이 중간보다는 앞바퀴쪽으로 쏠려있고, 가속과 조향을 앞바퀴가 모두 담당하는데다가 제동시엔 원래 앞타이어 부담이 또 크다보니 삼중고를 겪어 쉽게 마모된다. 그래서 전륜구동 차는 주기적으로 타이어 전후 위치를 바꿔줘야 한다.
- 급가속과 선회를 동시에 할때 언더스티어가 일어나기 쉽다. 자동차는 급가속시 하중이동으로 인해 앞바퀴 접지력이 감소하는데, 전륜구동은 이 힘없는 상태로 구동력을 전달해야하며 거기에 격한 조향까지 더하면 앞바퀴가 마찰력의 한계를 넘기 때문. 또한 오버스피드로 코너에 진입하여 선회할때도 언더스티어가 쉽게 발생한다.[5] 급격한 커브길에서는 무조건 진입 전에 꼭 충분히 감속을 하도록 하자.
- 위의 문제 때문에 출력에 제한이 생긴다. 급가속시 하중이동으로 인해 뒷바퀴로 무게가 이동하기 때문에 마찰력이 대폭 떨어지면서 앞바퀴가 헛돈다. 덕분에 현대의 자동차 기준 한계점이 300마력 정도이며, 시빅 타입 R이 딱 310마력의 한계점을 제시하고 있다.[6]
- MF나 RF의 경우 가속 시 뒤에 쏠린 무게중심이 더 뒤로 빠져 전륜 접지력이 더 크게 떨어질 수 있다.
- 뒷자리 승차감이 후륜구동보다 떨어진다. 아무리 서스펜션과 시트를 고급스럽고 비싸게 만들고 세팅해도 뒤가 '밀어주는' 후륜구동과 뒤가 '끌려가는' 전륜구동은 기본적으로 물리적 특성 자체가 상이하기 때문에 어쩔 수 없다. 이는 특히 코너링 상황에서 극대화된다.
- 장점 문단에서 기본적으로 오버스티어가 유발되어 스핀의 위험이 강한 후륜구동에 비해 미끄러지거나 눈길 출발 상황에서 더 대처가 쉽고 안전하다고 되어 있지만, 이는 어디까지나 일반적인 운전자의 영역이다. 숙련된 운전자의 경우 카운터 스티어링과 하중이동[7]의 사용으로 미끄러운 노면에서도 코너를 돌아나갈 수 있지만 전륜구동은 구동방식의 특성상 속도가 조금만 과해도 바로 부담을 받은 전륜, 즉 구동륜과 조향륜이 동시에 잠기면서 관성의 법칙에 의해 가던 방향으로 날아간다. 물론 후륜구동도 미숙한 운전자가 과진입할 경우 언더스티어로 날아가는 건 마찬가지지만. 양카들의 코너링 사고사례를 보면 "락 언더스티어"가 무엇인지 제대로 알 수 있다. 조향륜은 코너 방향으로 꺾여있는데 차는 그대로 직선으로 날아와서 가드레일을 찍는다. 그렇다고 이를 예방하자고 다운포스로 후방 하중을 증가시키는 스포일러를 달면 앞바퀴의 그립이 약해져서 헛돌고 조향도 힘들다.
3. 종류
3.1. FF
3.2. MF
Mid-ship engine, Front wheel drive중간(대략 차의 운전대 앞 위치)에 엔진이 있고 앞 바퀴로 구동하는 방식. 구동방식의 비슷함으로인해 대부분의 MF자동차는 FF로 분류되기도 한다.
MF 구동방식의 차는 사브 소네트 1과 르노 5(초기형), 닛산 GT-R LM 니스모가 있다. 이중 GT-R LM 니스모는 FF로 분류되기도 한다.
3.3. RF
Rear engine, Front wheel drive뒤쪽에 엔진이 있고 앞의 바퀴로 구동하는 방식. 이 경우 트렁크는 앞 보닛에 위치하게 된다. 하지만 승용차에서는 트렁크라는 수납 공간[8] 이 구동계 배치로 인해 너무나도 줄어드는데다가, 같은 엔진배치에 구동위치만 옮긴 RR 방식에 비해서 이점은 거의 없으므로 전방 공간을 확보할 수 있는 일반적인 자동차에서는 거의 쓰지 않는다.
코닉세그 제메라의 경우 모터가 아닌 내연기관만 따졌을 경우 엔진은 후방에 탑재하고 이 출력은 100퍼센트 전륜으로가므로 RF라 볼 수도 있다. 물론 실제로는 후륜도 모터로 돌아가기때문에 AWD다.
대신 지게차에서 많이 볼 수 있는 구동방식이다. 조종석의 시야와 밸런스 확보를 위해 엔진은 뒤에 두고 후륜이 조향하는 대신 접지력이 크게 걸리는 전륜에서 구동하도록 만들기 때문이다.[9]
넓게 보면 SE-88(대형)도 제설 모드로 운용하는 동안 RF 구동방식이 된다.[10]
궤도형 차량들 중에서 전차, 특히 티거와 M4 셔먼 같은 2차 대전기에 개발된 많은 전차들이 엔진을 차체 뒤쪽에 두고, 추진축으로 이어진 변속기와 기동륜 구동부가 앞쪽에 위치한 RF 구동계를 사용하였다.
이에 대해 장점은
* 무거운 엔진과 변속기, 장갑을 앞뒤에 나눠 배치해서 무게중심을 중앙으로 맞출 수 있으며, 이는 전차의 조종 난이도를 낮춘다.
* 변속기와 엔진의 부피를 앞뒤로 나눌 수 있으므로 포탑을 중앙에 배치하기 용이하다.
* 변속기가 자동화되거나 매우 가볍고 경도가 높은 소재로 조작계를 연결하지 않는 한 조종수와 가까이 있을수록 변속기를 조작하는데 힘도 덜들어가고 정확한 변속이 가능하다. 당시 기술 수준으로는 멀리 있을 경우 탄성에 의해 변속기 조작에 약간의 시간지연이 생기거나, 지연이 없도록 단단하게 만들면 그만큼 조종수가 조작해야 하는 쇳덩이가 크고 무거워진다. 대전기의 기술 수준으로는 양산되어 전장에서 구르는 전차에 들어갈 자동변속기나 경량 조작전달장치를 만들기 힘들었다. [11]
* 궤도 수명이 늘어난다. 구동계를 전륜구동으로 배치하면 궤도를 밀어내는 방향이 중력 방향이기 때문에 위에서는 인장 효과가 생기고 아래에서는 압축효과가 생기는데, 아래는 차체와 지면 사이에 끼어 변형이 덜 일어난다.
* 변속기/엔진만 별도로 졍비하기가 편하다. [12]
* 변속기와 엔진의 부피를 앞뒤로 나눌 수 있으므로 포탑을 중앙에 배치하기 용이하다.
* 변속기가 자동화되거나 매우 가볍고 경도가 높은 소재로 조작계를 연결하지 않는 한 조종수와 가까이 있을수록 변속기를 조작하는데 힘도 덜들어가고 정확한 변속이 가능하다. 당시 기술 수준으로는 멀리 있을 경우 탄성에 의해 변속기 조작에 약간의 시간지연이 생기거나, 지연이 없도록 단단하게 만들면 그만큼 조종수가 조작해야 하는 쇳덩이가 크고 무거워진다. 대전기의 기술 수준으로는 양산되어 전장에서 구르는 전차에 들어갈 자동변속기나 경량 조작전달장치를 만들기 힘들었다. [11]
* 궤도 수명이 늘어난다. 구동계를 전륜구동으로 배치하면 궤도를 밀어내는 방향이 중력 방향이기 때문에 위에서는 인장 효과가 생기고 아래에서는 압축효과가 생기는데, 아래는 차체와 지면 사이에 끼어 변형이 덜 일어난다.
* 변속기/엔진만 별도로 졍비하기가 편하다. [12]
다만 공업기술이 발달하면서 차체 후방에 들어갈 파워팩이 개발된 이후로는 RF 방식의 단점 때문에 파워팩이 차체 뒤쪽에 배치된 후륜구동 구성을 주로 사용한다. 특히 현대의 주력 전차들의 경우 RF 구동은 대체로 장점보다 단점이 많기 때문에 MF 또는 FF방식에 가까운 메르카바 전차와 같은 몇몇 예외를 빼면 주로 MR 또는 RR구동만이 쓰인다. 반면 현대의 궤도형 장갑차와 자주포들은[13] 방어력 요구사항이 전차보다 널널하고 차체 내부의 공간 확보와 실내 레이아웃 등을 우선으로 고려해서 대부분 탑승구역을 중간과 뒷부분에 두고 구동계를 그보다 앞으로 옮긴 FF나 MF 구동계를 쓴다.
* 현대에는 포탑은 물론 차체 전면에도 복합장갑을 떡칠하기 때문에[14] 차체 전면에 무게도 많이 실리고 변속기나 엔진같은 커다란 물건이 들어갈 공간이 없다. 특히 차체 전면을 경사장갑으로 만들고 조종수 좌석을 배치하면 대출력 엔진이나 엔진 출력을 버틸 변속기가 들어갈 공간이 애매하다.
* 엔진을 후방에 두어도 구동륜을 전방에 배치하여 그에 연결된 변속기/샤프트가 전방에 있으면 어차피 뚫렸을 때 기동불능이 되기는 마찬가지이기 때문에 엔진 맞은것과 다름이 없다. 대전기에는 변속기 커버에 백수십mm에 경사장갑만 해줘도 동급 전차끼리 충분히 방호가 가능했으나 현대에는 7~800mm도 아슬아슬해지는 추세이다.[15] RR 레이아웃을 사용하지 않는 예외인 메르카바 전차도 어차피 뚫려서 기동불능이 될거면 엔진까지 앞에 둬서 추가장갑으로 승무원을 보호하고 후방에 추가 공간[16]을 확보하기 위해 FF 레이아웃을 사용한다.
* 엔진에서 변속기까지 이어지는 샤프트가 차체 하단으로 지나가면 전차의 전고가 높아지거나, 전투실 공간을 희생해야 한다.
* 전진시 지면에서 다이렉트로 끌어올리는 RR과 다르게 RF는 처져있던 궤도의 인장과 샤프트의 출력손실 때문에 RR 후륜구동보다 반응속도가 늦다.
* 에너지가 손실되는만큼 연비도 떨어진다.
* 2차대전 후반기부터 전차용 자동변속기 기술의 발달과 공업기술 트렌드의 변화로 모듈화해서 고장나면 통째로 떼어내서 교체하고 정비소에서 정비한 뒤 다른 전차에 싣는 것이 주류가 되어 후방에 엔진과 통합된 자동변속기를 사용한다[17].
* 엔진을 후방에 두어도 구동륜을 전방에 배치하여 그에 연결된 변속기/샤프트가 전방에 있으면 어차피 뚫렸을 때 기동불능이 되기는 마찬가지이기 때문에 엔진 맞은것과 다름이 없다. 대전기에는 변속기 커버에 백수십mm에 경사장갑만 해줘도 동급 전차끼리 충분히 방호가 가능했으나 현대에는 7~800mm도 아슬아슬해지는 추세이다.[15] RR 레이아웃을 사용하지 않는 예외인 메르카바 전차도 어차피 뚫려서 기동불능이 될거면 엔진까지 앞에 둬서 추가장갑으로 승무원을 보호하고 후방에 추가 공간[16]을 확보하기 위해 FF 레이아웃을 사용한다.
* 엔진에서 변속기까지 이어지는 샤프트가 차체 하단으로 지나가면 전차의 전고가 높아지거나, 전투실 공간을 희생해야 한다.
* 전진시 지면에서 다이렉트로 끌어올리는 RR과 다르게 RF는 처져있던 궤도의 인장과 샤프트의 출력손실 때문에 RR 후륜구동보다 반응속도가 늦다.
* 에너지가 손실되는만큼 연비도 떨어진다.
* 2차대전 후반기부터 전차용 자동변속기 기술의 발달과 공업기술 트렌드의 변화로 모듈화해서 고장나면 통째로 떼어내서 교체하고 정비소에서 정비한 뒤 다른 전차에 싣는 것이 주류가 되어 후방에 엔진과 통합된 자동변속기를 사용한다[17].
[1] 미국, 독일, 일본, 한국, 프랑스 등의 내로라는 대중 자동차 브랜드의 대다수 주력 모델이 전륜구동 방식이다.[2] 흔히 독일 3사라 부르는 벤츠, BMW, 아우디는 프리미엄 브랜드 혹은 럭셔리 브랜드라 하여 일반 대중 승용차보다 가격대가 높다. 독일에서도 프리미엄 브랜드가 아닌 대중 브랜드 포지션을 담당하는 폭스바겐은 주력 모델의 다수가 전륜구동이다. 한편 독일을 제외하면 프리미엄 브랜드 혹은 그와 동급을 표방하는 자동차도 전륜인 경우가 많았다. 미국, 일본의 럭셔리 브랜드의 다수는 전륜 구동이다. 휘발류세가 저렴하여 자동차 연비에 별로 구애받지 않는 미국의 경우 오히려 다른 나라보다 늦게 후륜에서 전륜으로 전환된 감이 있지만 현재 미국 자동차 브랜드들은 대부분 전륜구동 기반 플랫폼을 사용하고 있으며 준대형 고급 모델까지 전륜구동인 경우가 많다. 2000년대 이후 일부 미국 브랜드가 독일 프리미엄 브랜드에 대항하기 위해 다시 후륜구동 자동차를을 사용하기도 하지만 큰 성과를 내지 못한 경우가 많다. 전륜의 장점을 포기하였음에도 후륜에서 독일 3사만큼의 만족스런 성능을 보이지 못하면서 소비자들의 외면을 받은 경우가 많다.[3] 대부분 운전자는 차량의 뒤가 미끄러질때 감각적으로 속수무책, 대처불능이 되기 쉽다.[4] 후륜구동 차량에서는 RPM이 높은 상태에서 급격하게 가속페달을 놓으면 엔진 브레이크가 들어오면서 뒷 바퀴에 제동을 걸게 되는데, 제동을 하면 앞으로 무게가 쏠리면서 뒷바퀴의 접지력이 내려간다. 뒷 바퀴의 제동력이 안그래도 줄어든 접지력을 넘어서면 오버스티어가 일어날 수 있다. 반면 전륜구동은 엔진 브레이크가 일어나게 되면 앞바퀴에 제동력이 걸리게 되는데, 무게가 앞으로 쏠리는 것은 그대로 일어나지만 뒷바퀴에 제동력이 걸리지 않으므로 오버스티어가 날 확률은 현저히 적다.[5] 근데 내리막 코너중에 이 상태에서 제동 함부로 했다가는 이번엔 앞쪽으로 하중이 과하게 이동하면서 반대로 가벼워진 뒤쪽이 미끄러져 사고나는 수도 있다.[6] TCR 등 레이스에 참가하는 차량들은 자동차법을 무시하고 슬릭타이어, 거대한 에어로파츠 등을 적용 가능하므로 이 문제에서 상대적으로 자유롭지만, 여전히 사륜구동이나 후륜구동보다는 불리하다.[7] 브레이크를 밟아봤자 뒷바퀴가 관성의법칙(=하중이동)에 의해 뜨면서 뒤집혀버린다. 이런경우는 가속을 해서 차의 하중을 뒤로 보낸 후, 방향을 바꾸는게 좋다. 제동이 가능하다면 제동을 하되, 멈출수 없다면 가속해서 피하는게 더 낫다.[8] 승용차에서는 수납 공간이 필수이다. 왜냐하면 그냥 취미로 나서는 드라이브가 아닌 이상 무언가를 들고 다니는데 차로 이동할 경우 그 수납 공간이 필수적이기 때문이다. 특히 장기 여행에다가 무거운 것을 들고 간다면... 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.[9] 물론 모든 지게차가 RF인 건 아니고 경우에 따라서 RR 레이아웃을 쓰기도 한다.[10] FR 구동계를 후진으로 운용하기 때문이다.[11] 실제로 후방변속기를 사용한 T-34 전차의 경우 이러한 문제를 해결하지 못해서 변속이 어려웠다고 증언하는데다 포탑이 차체 중심보다 전방으로 배치되어있다.[12] 그 중에서 특히나 정비성이 좋았던 셔먼의 경우 야전지에서 변속기 커버만 열고 정비하기가 편리했다.[13] 대부분의 기존 주력전차 차대를 활용한 경우는 제외.[14] 한국의 MBT인 K-2 흑표의 차체 전면장갑 두께 (실제 방어력을 고려하지 않은 단순 두께)추산 수치가 대략 800mm이다.[15] 포탑 전면장갑은 900mm 가까이 올라가는 추세이다.[16] 보병 탑승 공간[17] 수동변속기 파워팩은 미국 T20에서 테스트, M26 퍼싱에서 실용화되었고, 자동 변속기 파워팩 기술은 미국에서 크로스 드라이브 변속기로 대전기 직후에 완성되어 T32에서 테스트, M46 패튼에서 실용화되었다.