안녕하세요~ 아우디에 대한 기술자료 분석과 아우디 전문 유튜브 채널을 운영하고 있는 린드우디입니다~!^^

이번에는 아우디의 대표적인 라이벌 회사 BMW의 상시사륜 xDrive를 분석해보려고 합니다~

참고로 분석 내용에 xDrive에 대한 단점에 대해서 설명하는 부분이 나오는 편입니다.

간혹 BMW에 대한 단점을 설명하려고 하면 절대 그럴리 없다면서 인정하지 못하시는 분들이 계시더군요.

"BMW는 세상에서 가장 완벽한 차야!" 라는 마음으로 이 글을 보실 분들이라면 뒤로가기를 누르시는 걸 추천 드립니다.

1. BMW xDrive의 역사

다들 잘 아시다시피 BMW의 역사도 100년이 넘습니다.

그리고 100년의 역사동안 프리미엄 후륜구동차량을 전문적으로 생산하는 브랜드입니다.

특히 BMW는 기술적으로, 그리고 브랜드의 정체성으로 스포츠 드라이빙과 무게배분, 혹은 질량분포를

브랜드의 최고 가치로 내세우는 제조사 입니다.

따라서 기본적으로 엔진이 프런트 액슬(전륜 바퀴, 등속 조인트, 혹은 그와 연결된 장치들)의 정가운데

엔진을 위치시켜 FR레이아웃임에도 FMR에 가까운(실제 FMR은 엔진이 더 안쪽에 있음) 무게배분을 실현했습니다.

게다가 전륜 조향의 꺾임각도와 다이나믹한 스티어링 기어비를 통해 코너링시 차가 마치 안쪽으로 파고 드는

모든 스포츠 세단들의 벤치마크 대상인 "3시리즈"를 만들어 내는 회사가 BMW입니다.

이런 후륜베이스 플랫폼의 차량을 가진 BMW의 경쟁 브랜드, 아우디가 1980년부터 콰트로를 기반으로

급격하게 성장하기 시작하면서 "상시사륜"에 대한 소비자들의 수요가 점차 증가하게 되었는데요.

BMW도 가만히 있을수는 없었는지 1985~1992년 E30 325iX 및 1991~1996년 E34 525iX 모델에

상시사륜을 장착하는 시도를 하였습니다. 

하지만 이때 장착된 상시사륜은 전자식 상시사륜이 아닌 비스커스 커플링(점성 커플링)을 사용한 기계식 상시사륜이며

현재 xDrive와는 전혀 다른 실험 적인 상시사륜으로서 잠시 사용되다 사라졌습니다.

그리고 나서 2003년 BMW는 전자식 상시사륜 xDrive를 공식 발표하게 됩니다.

2003년 BMW X3(E83), 페이스 리프트된 BMW X5(E53)에 장착되었고 이후 조금씩 xDrive장착 모델을 증가시켜

현재 2023년에는 거의 대부분 모델에 xDrive옵션이 들어간 모델을 구입 할 수 있습니다.

아우디의 콰트로가 1980년부터 지금까지 43년의 긴 역사를 가진것에 비해 

xDrive의 역사는 2003년 부터 지금까지 20년의 역사를 가졌습니다.

초기 xDrive는 그리 좋은 평가를 받지 못했으나 조금씩 단점을 보완하면서 현재는

성능적으로나 후륜베이스 상시사륜들이 대부분 xDrive를 참고할 정도로 많이 발전하였습니다.

2. BMW xDrive의 기본 구조 (후륜베이스 상시사륜 기본 구조)

아시다 시피 BMW는 후륜베이스 플랫폼으로 후륜구동차량을 전문적으로 개발하는 자동차 회사입니다.

그런데 이 후륜베이스 플랫폼으로 상시사륜을 적용하려니 매우 골치아픈 문제가 생깁니다.

바로 엔진의 위치인데요.

BMW의 가장 기본 모토이자 자랑인 무게배분을 위해 엔진을 실내쪽으로 깊게 넣은 위치 때문에

전륜 등속 조인트와 연결시킬 전륜 디퍼렌셜을 넣을 공간이 생기지 않는 것입니다.

아래 사진은 BMW의 후륜모델 레이아웃인데요.

전륜에 구동력을 보낼 전륜 디퍼렌셜 놓을 공간이 안보이는게 느껴지실 겁니다.

엔진이 너무 안쪽으로 들어와 있어서 전륜 디퍼렌셜 놓을 공간이 없음

엔진이 너무 안쪽으로 들어와 있어서 전륜 디퍼렌셜 놓을 공간이 없음

엔진이 낮게 깔려있어서 전륜 디퍼렌셜 놓을 공간이 없음

그렇다고 엔진을 위로 올려 버리면 무게중심이 올라가니 그럴수도 없고...

그래서 한가지 묘책을 생각했습니다.

공간이 없으면 만들면 되지~!!

엔진 오일팬 형상을 깎아서 전륜 디퍼렌셜 들어갈 공간을 만들어버림!!

바로 엔진오일팬 형상을 깎아서 전륜 디퍼렌셜을 넣을 공간을 만드는 방법을 사용한것입니다~!

오일팬 형상만 바꿔주면 되니 후륜모델과 상시사륜모델을 모두 유지할수 있는 매우 유용한 묘책이죠~

(하지만 이게 나중에 xDrive의 발목을 잡게 됨...)

그래서 결국 BMW는 후륜베이스로 상시사륜을 만들어 내는데 성공함!!

붉은색 네모 : 트랜스퍼 케이스(TC : 다판클러치 토크분배장치)

초록색 네모 : 전륜 프로펠러 샤프트

주황색 네모 : 전륜 디퍼렌셜 (엔진오일팬 형상을 깎아서 끼워넣음)

파란색 네모 : 전륜 등속 조인트

이렇게 후륜베이스 상시사륜 BMW xDrive시스템 구조가 완성되었습니다.~!!

3. BMW xDrive 동작 원리

자 그러면 이제 xDrive가 어떤 원리로 토크 분배를 하는지 한번 알아보겠습니다.

기본적인 동작 구조는 아우디 콰트로보다 훨씬 심플합니다. 그냥 전륜과 후륜을 하나의 축으로 묶는 역할 뿐입니다.

아래 사진을 보실까요?

xDrive 트랜스퍼 케이스(TC) 사륜분배장치 기본 구조

위 그림을 보시면 변속기로부터 나온 축이 후륜으로 직결되어있고 붉은색 네모의 다판클러치가 보이실겁니다.

이 다판클러치가 꽉 물리면 전륜 프로펠러 샤프트로 연결된 체인이 같이 회전하면서 전륜으로 토크 분배를 합니다.

즉, 기본적으로는 후륜으로 100% 구동력을 보내며 다판클러치의 마찰력이 증가함에 따라

후륜으로만 가던 토크가 전륜과 조금씩 토크를 나눠가지며 분배가 되는 방식이죠.

일단 BMW xDrive의 기본 토크 배분은 아우디 기계식 토센 콰트로와 마찬가지로 앞40:뒤60입니다.

그리고 필요에 따라 후륜에 100% 보내기도 하죠. 다판클러치를 모두 풀면 후륜 100%입니다.

그런데 BMW xDrive홍보자료를 보면 앞뒤 배분을 0:100, 100:0으로 할수 있다는 문구를 보신적 있으실겁니다.

아니 다판클러치를 다 체결하면 앞뒤 분배가 50:50일텐데 어떻게 전륜으로 100을 보낸다는걸까요?

그 원리는 이렇습니다.

전륜은 마른노면, 후륜은 마찰력이 0인 빙판위에 있다고 가정해봅시다

특정 조건에서는 전륜 100, 후륜 0이 가능한데요.

위와 같이 전륜이 마른노면에 있고 후륜이 빙판위에 있다고 가정해보면...

빙판은 마찰력이 0이니 바퀴가 헛돌겠지만 이때 TC가 다판클러치를 꽉 묶어서 전륜 후륜을 하나의 축으로 묶게되면

후륜이 헛돌려고 해도 전륜과 묶여있으니 전륜쪽 바퀴를 통해 변속기의 토크가 모두 지면으로 전달되겠죠?

이것이 바로 BMW xDrive의 앞뒤 토크 분배 100:0, 0:100의 비밀입니다.

실제로 토크를 앞뒤로 나누는게 아니라 그냥 묶어놓으면 알아서 앞뒤 노면 전달 토크가 달라지니

100:0, 0:100이 되는거죠.

사실 이 방식은 BMW xDrive만의 고유한 방식은 아닙니다.

과거 4WD 파트타임 사륜구동에서도 디퍼렌셜 락 장치를 통해 앞뒤 바퀴를 묶는 형태를 취했었는데요.

그 방식을 전자식으로 도입한거라고 보시면 됩니다.

참고로 아우디 기계식 콰트로는 이런 방식이 아니라 실제로 앞뒤 구동축에 토크를 다르게 분배합니다.

이 부분은 제가 과거에 올렸던 "기계식 토센 콰트로 동작 원리"편을 참고해주세요~!!!

https://www.clien.net/service/board/cm_car/17135850CLIEN

자~! 그리고 BMW는 이 다판클러치를 언제 어떻게 어느 타이밍에 체결할지를 아래와 같은 

다양한 변수들을 적용해서 전자식으로 동작시킵니다.

xDrive 컴퓨터는 다음 매개변수를 사용하여 다판 클러치를 닫을 시기를 결정합니다.

차량 속도

차량 가속

차량의 횡가속도

스티어링 휠의 회전 각도

각 바퀴의 속도

차량의 세로 방향 기울기

가속 페달의 위치

운전 프로그램(스포츠, 컴포트, 경제 등)

DSC 활성화/비활성화

https://www.guillaumedarding.fr/technique-bmw-xdrive-4780328.html

그리고 몇년동안 시행착오를 거쳐 시스템은 계속 업그레이드 되었고 기존 기계식을 대체할 정도로 똑똑해졌습니다.

실제로 BMW xDrive차량을 타보면 정말 상시사륜이 잘 동작한다는걸 체감할 수 있습니다.

하지만.... BMW xDrive는 후륜베이스 상시사륜 특성상 명백한 구조적 한계점을 가지고 있는데요

4. BMW xDrive의 단점들...

(1) 다판클러치 기반의 전자식 방식의 한계점 (콰트로 울트라도 포함...)

전자식 다판클러치 방식의 경우 코너링 상황에서는 토크 배분 능력이 떨어집니다.

아래 사진처럼 코너링을 하면 네 바퀴의 동심원 크기가 달라지는데 그 크기만큼 바퀴 회전수도 달라집니다.

바퀴 회전수가 다른 만큼 TC에서는 다판클러치를 슬립 시켜야 하는데요.

그만큼 다판클러치를 꽉 물지 못하게 되니 BMW xDrive는 전륜으로 보낼수 있는 토크양이 줄어들게 됩니다.

(반대로 전자식 콰트로 울트라는 코너링에서 후륜으로 보낼수 있는 토크양이 줄어듬)

근데 뭐 사실 원래부터 BMW는 후륜구동 차량이었기 때문에 이것이 아주 큰 단점은 아닙니다.

(2) 너무 민감한 센서 감지 방식으로 인한 트랜스퍼 케이스(TC) 고장 발생

BMW xDrive의 트랜스퍼 케이스(TC)의 유명한 고질병 중에 하나가 전륜과 후륜의 타이어 외경 사이즈 차이로 인해

TC 내부의 구동모터 혹은 다판클러치의 과도한 슬립으로 클러치가 타버리는등 다양한 고장이 발생합니다.

콰트로 울트라의 경우 다양한 입력값들을 예측해서 동작하는 방식이라 그런지 생각보다 고장률이 크지 않은데 비해

xDrive는 실제 입력되는 센서값들을 적극적으로 활용해서 그런지 타이어 외경만 달라도 TC가 고장나는 문제가 있습니다.

BMW동호회에서 TC고장이라고 검색하거나 정비 유튜브 채널에서 TC고장이라고 검색하면 거의 xDrive TC입니다.

(3) 전륜으로 많은 구동력을 보내지 못하는 구조적 한계점

BMW xDrive는 후륜베이스 레이아웃에서 상시사륜을 적용시키기위해 상당히 복잡한 구조를 지녔습니다.

동작 원리는 간단하지만 그 간단한 동작원리를 적용시키기 위해 거추장스러운 장치들을 많이 붙였죠.

미션 --> TC --> 전륜 프로펠러 샤프트 --> 전륜 디퍼렌셜 --> 전륜 등속 조인트 --> 전륜 바퀴

이렇게 전륜으로 구동력을 보내는 장치들이 모두 외부에 노출되어있고 덧대여져 있음

특히 공간상의 문제와 TC구조적인 문제로 인해 전륜으로 강한 구동토크를 줄 수 없는 형태입니다.

단순 비교는 힘들지만 전륜 샤프트와 후륜 샤프트의 굵기만 봐도...

그에 비해 아우디 콰트로를 한번 볼까요?

아우디의 콰트로 시스템은 전륜 샤프트와 후륜 샤프트가 모두 변속기와 완벽하게 직결되어있어서

전륜으로도 후륜으로도 모두 강력한 토크를 전달 가능한 구조이다

아우디 콰트로는 전륜으로도 후륜으도로 모두 강한 토크를 전달 가능한 구조

xDrive구조를 보다가 아우디 콰트로 구조를 보면 이제 아... 아우디가 괜히 이렇게 만든게 아니구나 생각이 듭니다.

아우디뽕 조금 첨가해서 "상시사륜구동"을 만들기 위한 구조로는 이보다 더 완벽한 구조는 없는 것 같습니다.

아 참고로 아우디 / 스바루 외에 또 다른 완벽한 상시사륜 구조로 혼다의 SH-AWD가 거론되기도 하는데요.

네 바퀴에 다이나믹하게 토크 분배하는 능력은 좋지만 엔진과 변속기가 가로배치 형태라서 조금 아쉽긴 합니다.

가로배치의 한계상 고출력 엔진과 변속기를 넣기가 힘드니까요.

(4) 전륜 프로펠러 샤프트 십자 베어링 노후화에 따른 치명적인 엔진/미션 오일팬 파손 고질병

BMW xDrive의 가장 치명적인 단점, 후륜 베이스 상시사륜의 가장 치명적인 단점입니다.

바로 전륜 프로펠러 샤프트의 노후화로 인한 파손과 그에 따른 엔진/미션 오일팬 파손입니다.

아까 제가 처음에 전륜 디퍼렌셜 놓을 자리가 없어서 엔진오일팬을 살짝 깎아서 넣었다고 말씀드렸죠?

이제 그 구조의 한계점이 여기서 나타나게 됩니다.

xDrive의 전륜으로 토크전달을 하는 전륜 프로펠러 샤프트는 이렇게 생겼습니다.

BMW xDrive 전륜 프로펠러 샤프트

그리고 아우디의 전륜으로 토크 전달하는 전륜 프로펠러 샤프트는 이렇게 생겼습니다.

아우디 DL501 S트로닉 변속기 전륜 샤프트

차이점이 체감 되시나요?

특히 BMW xDrive 전륜 프로펠러 샤프트 끝단을 살펴보겠습니다.

BMW xDrive 전륜 프로펠러 샤프트의 유니버셜 조인트(십자 베어링)

BMW xDrive 전륜 프로펠러 샤프트의 십자 베어링은 회전하는 축을 다른 각도로 꺾어서 전달해주는 장치 입니다.

아무래도 TC와 전륜 디퍼렌셜 사이의 공간상의 제약과 구조적인 문제로 저 베어링을 사용했을 것입니다.

문제는 이 베어링은 오래 쓰다보면 점점 뻑뻑해지면서 윤활이 안되기 시작하면 끊어져 버린다는 것인데요.

아까 전륜 디퍼렌셜이 엔진오일팬을 깎아서 넣었다고 말씀드렸죠?

전륜 프로펠러 샤프트의 십자 베어링이 끊어지면 샤프트가 끊어진채로 회전하면서

엔진오일팬과 미션오일팬을 때려서 깨뜨려버립니다.

이렇게요....

혹시 몰라서 해외도 이런 사례가 있는지 찾아보았습니다.

해외도 동일합니다. xdrive front prop shaft broken, 혹은 failure, problem으로 검색하면 영상을 쉽게 찾을수 있습니다.

사실 이 문제는 BMW xDrive만의 문제는 아니고 후륜베이스 상시사륜의 근본적인 구조적 문제이고 한계점입니다.

왜냐면 벤츠 4매틱에도 동일하게 문제가 나타나거든요...

xDrive가 콰트로처럼 사륜베이스로 레이아웃을 바꾸지 않는 이상 이 문제를 해결하긴 쉽지 않을겁니다.

아니면 주기적으로 점검 받아서 십자 베어링이 헐렁해지면 그때마다 교체해주는 수 밖에 없습니다.

(BMW xDrive, 벤츠 4매틱 오너분들은 반드시 점검 해주세요!!)

(3)번, (4)번 문제 때문에 아우디와 스바루가 사륜베이스 레이아웃을 고집하는 거라고 볼 수 있습니다.

인터넷이나 유튜브에서도 아우디 콰트로 시스템이 고장났다는 글이나 영상은 보시기 힘드실겁니다.

5. xDrive구조 분석을 끝내며...

xDrive를 분석할때마다 느끼는 생각은... 진짜 시스템 만들때 고민 많이 했겠다 싶었습니다.

변속기에서 나오는 구동축을 어떻게든 전륜에 연결시켜야 하는데 후륜베이스 구조상 넣기가 정말 힘들어 보이거든요.

그걸 또 어떻게 잘 넣기는 했는데 하다보면 TC고장이나 샤프트 이탈 같은 문제가 생기니 머리가 아플겁니다.

반대로 아우디나 스바루의 구조는 정말 상시사륜 만들기 딱 좋은 구조라는게 다시금 느껴집니다.

후륜구동으로서 BMW는 너무나 매력적이고 탈때마다 즐거우며 재밌는 차량인데

xDrive는 실제로 타보면 BMW만의 특성이 줄어드는데다 내구성 문제도 있으니 개인적으로 호감이 안 생기는 시스템입니다.

현재는 M모델에도 M xDrive가 들어가고 있죠.

엔진출력이 워낙 높아지다보니 필수적으로 들어 갈 수 밖에 없을 겁니다.

F90 M5 모델도 전륜 프로펠러 샤프트에 십자 베어링이 들어가 있는 걸로 확인되는데 내구성 이슈는 해결 했기를 바랍니다.

사륜베이스 아우디 콰트로가 구조적으로 프런트 헤비의 단점을 가지고 있는 것처럼

후륜베이스 BMW xDrive도 구조적으로 부족한 토크배분과 내구성 문제가 있습니다.

새삼 세상에 완벽한 차는 없구나라는걸 느낍니다.

혹시 BMW오너분들께서 이 글을 보시고 xDrive 너무 까는거 아니냐고 오해하지는 않으셨으면 좋겠습니다ㅎㅎ

(앞부분에 칭찬도 많이 했어요ㅎㅎ)

긴글 봐주셔서 감사합니다~