사륜구동은 토크 벡터링, 차량 안정 시스템, 그리고 전기차도 연계돼 연비와 효율을 높이고 배출가스를 저감할 수 있는 미래 기술로 가고 있다. 북미에서 새로운 세그먼트인 CUV가 급부상하는 한편 C, D세그먼트 승용차 운전자들도 AWD의 파워, 안전, 편의 기능 모두를 그들의 차에서 맛보길 원하고 있다. 프로스트앤설리번이 북미 AWD 시장을 전망했다.

연비와 이산화탄소(CO2)의 엄격한 규제, 라이프스타일의 변화, 이동성의 전기화 등은 AWD(All Wheel Drive)의 장래에 새로운 길을 열어주고 있다.
경제위기와 엄격한 배출규제로 트럭과 SUV의 수요가 줄었지만, 이를 클리어하기 위한 파워트레인의 개선, 차량의 전자화와 경량화 등 OEM과 서플라이어의 총체적 노력은 AWD의 혁신으로도 이어졌다. 게다가 새로운 세그먼트인 CUV가 북미에서 급부상하는 동시에 C, D세그먼트의 운전자들도 AWD의 파워, 안전, 편의 기능 모두를 그들의 승용차에서 맛보길 원하고 있다. 엄격한 연비 규제로 AWD 패키징에 유리한 가로배치 엔진의 채택 증대도 여기에 한몫하고 있다.
종전의 AWD는 적재 용량 증대, 빙판이나 지형과 같은 환경에 제약받지 않는 주행 능력 등 추진력과 이동성의 이유에서 픽업트럭, SUV 등에 장착돼왔다. 또 후륜구동, 프리미엄 카의 동계 이동성과 고성능 추진력 요구에 필요한 기계식 수동 기구로만 여겨졌다. 그러나 최근에는 높아진 소비자의 퍼포먼스 요구, 연비 규제, 이로 인한 AWD 기술과 차량에의 최적화 적용 능력이 높아지며, 향상된 추진력, 차체 안전성, 핸들링, 연비 개선을 가능케 하는 능동형 AWD가 사실상 거의 모든 클래스에 적용되고 있다. AWD는 과거의 기계식, 수동으로만 작동되지 않고 차량의 각종 센서 정보를 이용하고, 토크 벡터링이나 ABS, TCS, ESC 등 전자제어 장치, 그리고 하이브리드 카와 같은 전기차와 함께 사용되고 있다.

액티브 온디멘드 

프로스트앤설리번(Frost&Sullivan)의 비크람 찬드라세커(Vikram Chandrasekar)는 “AWD의 다양한 구분은 차량 마케팅 부서에서 만들어낸 것인데, 이 혼선을 줄이기 위해 SAE는 크게 파트타임, 풀타임, 온디멘드로 나눴으며, 몇 가지 시스템이 혼용된 콤비내이션과 전기차용 AWD인 eAWD가 추가된다”며 “시장은 차량의 전자화와 엄격한 환경규제로 능동형 시스템의 온디멘드, 콤비내이션 AWD로 재편됐다”고 말했다. 
일반적으로 파트타임 AWD는 하이, 로우, 중립 등 몇 가지 작동 범위와 이륜 또는 사륜의 모드를 갖고 있는 AWD로 트럭과 SUV에 적용된다. 예를 들어 운전자는 2H, 4H, 4L, 중립 중 하나를 선택할 수 있다. 수동으로 변속 레버나 대시보드의 스위치를 통해 모드와 기어비를 선택한다. ‘상시사륜구동’이라 불리는 풀타임 AWD는 사륜구동 시스템이 항상 연결돼 있어 험반 오프로드 운행에서도 아무것도 할 필요가 없는 시스템이다. 정해진 토크를 앞뒤 차축으로 전달한다. 특징은 차축 사이에 센터 디퍼런셜이 있고 이를 통해 프론트와 리어 액슬이 서로 다른 속도로 회전한다. OEM들은 풀타임 AWD 시스템을 소비자에게 보다 친숙하도록, 어떤 모드가 운전 조건에 가장 적절한지를 판단할 필요가 없도록 하기 위해 토크 제어장치를 적용하고 있다. 토크 제어 시스템은 디퍼런셜 내에서 토크를 감지하거나 속도 차이를 감지하는 후 대응 패시브 시스템에서부터 컴퓨터 제어에 의해 전자적으로 클러치를 작동시키는 시스템까지 광범위하게 개발됐고, 각 바퀴의 미끄러짐(Slip)을 제어해 추진력을 조절하는 기술도 적용되고 있다.


온디멘드 시스템은 기본적으로 이륜구동으로 작동하는 시스템이다. 필요할 때에만 능동적으로 선제 대응하며 사륜으로 전환한다. 예를 들어 후륜 기반 AWD 모델의 양 뒷바퀴가 미끄러운 표면 위에 있고, 앞바퀴가 아스팔트 등의 마찰 면 위에 있으면 뒷바퀴가 헛도는 동안 출력이 올라가 정해진 조건에 도달할 때 출력이 앞바퀴로 전달된다. 완벽하게 통합된(fully integrated) 온디멘드 시스템은 조타각, 스로틀 포지션, 요 레이트, 횡 가속도 등 실시간 센서 값을 적극 이용해 차량 상태를 끊임없이 감시하고, 최상의 차량 안전성, 핸들링과 연비를 위해 능동적으로 구동계 토크를 조절하는 복잡한 제어 계통과 연결돼 있다.
콤비내이션 AWD는 온디멘트 시스템과 전통적 파트타임을 모두 갖춘 시스템이다. 혼다 파일럿, 지프 체로키, 닛산 프론티어가 여기에 해당한다.
온디멘드와 콤비내이션 AWD는 2020년까지 북미 AWD 시장의 52~55%를 점유하며 시장의 메인스트림이 될 전망이다. 프로스트앤설리번에 따르면, 북미 AWD 시스템 시장 규모는 2013년 현재 116억 달러, 590만 유닛 규모다. AWD의 성장률은 둔화되고 있지만 지속적으로 성장해 2020년이면 149억 8,000만 달러 규모가 될 것으로 보인다.
특히 온디멘트 AWD 시스템이 C세그먼트에서의 AWD 수요 증대로 인해 중장기적으로 AWD 성장의 중심이 될 전망이다. 이에 따라 온디멘드와 콤비내이션 AWD는 2015년에 전체 590만 유닛의 시장에서 46.8%를 차지할 것으로 보인다. 한편 파트타임 AWD는 33.6%, 풀타임 AWD는 19.4%를 기록할 것으로 예상된다. 하이브리드 카, 전기차 등에 대응되는 eAWD(electric AWD)는 0.2%로 전망된다.
찬드라세커 애널리스트는 “능동형 시스템이 더 보편화될 2020년의 경우엔 온디멘트와 콤비내이션 AWD가 52.4%, 파트타임 AWD가 29.3%, 풀타임 AWD가 16.5%, eAWD가 1.8%를 차지할 전망”이라며 “온디멘드와 콤비내이션 AWD는 BMW X1, 어큐라 RDX, 볼보 S60, 포드 퓨전 등의 C, D세그먼트 성장과 함께 지속적으로 증대되고, OEM은 전기차의 성장과 함께 eAWD에도 포커스하며 배출규제 대응을 서두를 것”이라고 말했다. 현재 증대되고 있는 CUV 시장의 AWD 채택률은 70%에 육박한다.

구동계 다운사이징과 디스커넥트

OEM 관점에서 보면 2020년까지 북미 AWD 시장의 40% 이상을 포드와 GM 두 회사가 지배할 전망이다. 디트로이트의 3사를 제외한 외국 OEM 중엔 역시 볼륨 메이커인 토요타와 혼다가 북미 AWD 시장의 메이저 사가 될 전망이다. 한편, 폭스바겐과 토요타는 eAWD 부문에서 리더로 나설 것으로 예상된다. 2020년까지 폭스바겐은 6만 대 이상, 토요타는 5만 대 이상의 차에 eAWD를 장착할 전망이다.
서플라이어 측면에서는 시장의 리더인 마그나와 일본의 제이텍트(JTEKT)가 가장 높은 점유율을 유지할 것으로 기대된다.
GKN 드라이브라인과 보그워너도 볼륨OEM에 비용의 장점을 내세워 포지셔닝하고 있다.
찬드라세커 애널리스트는 “결국 OEM과 서플라이어 간 관계가 AWD 시스템의 볼륨 결정에 중요한 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.
현재 서플라이어들은 능동형 시스템의 구동계 다운사이징 및 최적화 이점(rightsizing driveline)을 적극 내세워 OEM의 적극적 지지와 지원을 받고 있다.
찬드라세커 애널리스트는 “라이트사이징과 구동 차단(disconnect driveline)은 전통적인 AWD 기술의 최전선”이라며 “업계는 배출규제, 연비 향상의 압박 속에서 차량 성능을 희생시키지 않고 무게를 줄이는 방법을 모색하면서 브랜드와 목표 고객에게 가장 적합한 안정성 및 기타 성능을 제공하기 위해 능동형 AWD 시스템을 이용해 무게와 출력 손실을 줄이고 있다”고 말했다.
서플라이어들은 AWD 시스템의 가장 큰 약점 중 하나인 중량을 줄이기 위해 적절한 크기의 구동계를 만들기 위해 노력 중이다. 적절한 구동계, 경량화는 스키드 토크 또는 타이어에 전달되는 최대 토크에 못 미치는 최적 크기의 차량 구동계를 설계하는 과정이다. 토크가 너무 낮으면 성능이 안 나오고, 너무 높으면 구동계가 파손될 수 있다. 구동계의 다운사이징은 능동형 AWD 기술 적용과 시스템 정밀도에 따라 효율적으로 달성할 수 있고, 구동계를 적절히 보호하는 동시에 일정한 성능을 제공할 수 있다.
전륜 기반 AWD에서 디스커넥트 기술은 아직까지는 높은 비용이 OEM 채택의 걸림돌이 되고 있다. 차단 기술은 중요한 부품이 회전하지 않아 불필요한 손실을 없애고 연비를 높이는 신기술이다. 이에 따라 소음진동 성능도 향상된다.
찬드라세커 애널리스트는 “SUV 수요 감소로 AWD와 함께 높은 연비가 요구되는 CUV 세그먼트의 급성장으로 볼륨 메이커들은 고객의 차량 운행 프로파일에 맞춰 구동계 토크를 줄이고, CUV 세그먼트에 적합한 구동 시스템을 디자인하고 있다”며 “이들은 기생손실(parasitic loss)과 비용 저감에 집중하고 있고, 프리미엄 메이커들 대부분은 성능과 구동 시스템의 가용성에 초점을 맞추고 있다”고 말했다.
좀 더 세부적으로는 진정한 토크 벡터링과 전자식 차동제한 장치(eLSD)가 니치 기술로 남아 있는 동안 개량된 전통적 드라이브라인이 AWD 시스템의 메인스트림이 되고 있다. OEM은 비용 문제, 몇 안 되는 높은 안목을 지닌 운전자를 고려해 eLSD를 단지 퍼포먼스 측면, 럭셔리 세그먼트에서만 적용하고 있다.  진정한 토크 벡터링도 마찬가지다. 그러나 혼다와 현대와 같은 몇몇 OEM은 좀 더 저렴한 유사 토크 벡터링(Pseudo Torque Vectoring, fixed ratio split) 기술을 고려하고 있다. 전기/전자식 액추에이션 시스템에서는 하이브리드, 전자기 커플링(EMCD), 전기기계식, 전기유압식, 전기모터 AWD 어시스트 등의 기술이 전개되고 있고, 디퍼런셜과 토크 제어 측면에서는 토크 벡터링과 액티브 요 컨트롤, eLSD, 구동계 다운사이징, 단일 PTU(Power Transfer Unit)등이 진행되고 있다.

eAWD

하이브리드화의 이점은 eAWD 시스템의 추진 동력으로 볼륨, 프리미엄 메이커 모두에게 제공되고 있다. 시스템 비용은 기능 수준에 따라 달라지지만 대략 2,000~5,000달러의 비용으로 20~30%의 연비 개선 효과를 가져온다.
찬드라세커 애널리스트는 “엄격한 배출 관련 규정은 30%까지 연비를 향상시킬 수 있는 잠재력을 지닌 eAWD 기술 적용을 높이고 있다”며 “2020년이면 연간 4,000만 대의 이륜, 4륜 전기차가 팔릴 것이어서 카 메이커의 적용은 갈수록 늘 것”이라고 말했다.
eAWD는 상대적으로 간단한 솔루션이고, 디자인에 있어 매우 유연하며 크로스-브랜드, 크로스-세그먼트 통합이 매우 용이하다. 시스템을 리어 액슬에 장착하면 하이브리드 기능뿐만 아니라 AWD 성능을 발휘한다. 극단적 솔루션의 경우엔  네 개의 개별 휠 모터도 사용, 독립적인 AWD 제어를 통해 다양한 기능을 제공할 수 있다. eAWD는 고성능, 또는 프리미엄 카에서 토크 벡터링에 대한 큰 잠재력을 제공한다. 이미 하이브리드 카의 선두주자인 토요타가 렉서스 RX400, 하이랜더 하이브리드와 같은 모델에 eAWD를 적용했다.
현재 현대자동차는 제품 범위의 단지 18%에만 AWD를 제공하고 있다. 반면 경쟁사인 토요타와 혼다의 AWD 적용률은 56, 44%다. 다만 현대는 매우 낮은 가격으로 AWD 시스템을 소비자에게 제공함으로써 다른 OEM들을 압박하고 있다.