리어 엔드 스쿼트·토크

왜 배우는가: 리어 엔드 스쿼트와 리어 엔드 토크는 가속 성능, 승차감, 전조등 방향에 영향을 주는 차체 거동 문제이다. 두 현상의 원인을 구분하지 못하면 저감 방법을 엉뚱하게 쓰게 된다. 따라서 반력의 원인과 차체 반응을 나눠 이해하는 것이 답안의 출발점이다.

출제 이력: 제135회 4교시 6번, 제113회 1교시 2번, 제90회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

리어 엔드 스쿼트는 가속할 때 차체 후부가 아래로 내려앉는 현상이다. 리어 엔드 토크는 구동 토크의 반작용이 차축 하우징과 차체에 회전력으로 걸리는 현상이다. 두 현상은 모두 구동 토크가 바퀴에 걸리는 가속 상황에서 생기므로 함께 묶어 설명하되, 원인과 나타나는 모습을 구분해야 한다. 답안에서는 차체가 내려앉는지, 차체가 비틀리거나 한쪽이 들리는지를 먼저 나누어 쓰는 것이 출발점이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 리어 엔드 스쿼트(Rear End Squat): 가속 시 후륜 쪽 차체가 내려앉는 자세 변화이다.
• 리어 엔드 토크(Rear End Torque): 구동 토크의 반작용으로 차축과 차체에 걸리는 회전 모멘트이다.
• 구동 토크 반력: 구동축 토크가 차축 하우징에 되돌아 걸리는 힘이다.
• 안티 스쿼트(Anti-squat): 가속 시 후부 내려앉음을 억제하도록 현가 링크 배치로 정한 설계 비율이다.
• 하중 이동: 가속 시 무게중심이 후륜 쪽으로 옮겨 가는 현상이다.
• 현가 링크: 차축과 차체를 잇는 부재로, 구동 토크 반력을 받는 부품이다.

2. 개념 풀이

리어 엔드 스쿼트는 가속할 때 차체 후부가 가라앉는 자세 변화를 가리키며, 가속에 따른 하중 이동과 현가 기구의 반작용이라는 두 요인으로 생긴다. 가속하면 무게중심이 뒤쪽으로 옮겨 가 뒤 현가에 실리는 하중이 늘어난다. 여기에 엔진 토크가 구동축을 거쳐 바퀴에 전달되면 같은 크기의 반력이 차축을 통해 현가 링크에 걸리고, 링크의 배치에 따라 이 반력이 차체를 아래로 누르는 방향으로 작용한다. 이 두 요인이 합쳐져 뒤쪽이 가라앉는 것이 리어 엔드 스쿼트이다.

바퀴가 노면을 밀어 구동력을 얻으면 그 반대 방향의 힘이 차축과 차체에 작용한다. 구동축을 통해 차동장치로 전달된 토크는 바퀴를 한 방향으로 돌리는 만큼 차축 하우징을 반대 방향으로 돌리려 한다. 이것이 구동 토크 반력이다. 이 반력을 차체가 어떻게 받는지에 따라 현상의 모양이 달라진다. 내측 제동장치와 반축(half-shaft) 구동 방식의 후륜처럼 현가 링크가 토크를 받지 않는 구조에서는 반력이 링크에 전달되지 않는다. 반면 외측 브레이크와 스윙 액슬 구동계처럼 링크가 토크를 받는 구조에서는 반력이 링크를 거쳐 차체에 그대로 전달된다.

리어 엔드 토크는 구동 토크의 반력이 차동장치 하우징과 차축에 회전 모멘트로 걸리는 현상이다. 정상 상태에서는 반력 모멘트 T_r 이 구동 토크 T_d 와 크기가 같고 방향이 반대라고 근사한다. 식으로 쓰면 T_r = T_d 이다(T_d: 구동 토크, T_r: 반력 모멘트, 단위 N·m). 차체 입장에서 이 모멘트는 차체를 구동 방향과 반대로 비틀거나 한쪽을 들어 올리려는 힘으로 나타난다. 리어 엔드 토크는 가속뿐 아니라 제동 시에도 반대 방향으로 생기며, 제동 쪽 대응 현상은 차체 앞부분이 내려앉는 다이브(anti-dive)이다.

안티 스쿼트는 현가 링크를 비스듬히 배치하여 가속 시 구동 토크 반력이 차체를 위로 밀어 올리도록 만든 설계 비율이다. 백분율로 나타내며, 값이 클수록 가속 중 스쿼트가 억제된다. 앞 현가의 안티 다이브와 달리 뒤 현가는 장착 공간이 제약되는 사례가 있어, 안티 스쿼트 힘을 별도의 댐퍼 배치로 보완하기도 한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 자동차는 후륜 구동에 판 스프링과 차축 구조를 쓰는 경우가 많았고, 이때 구동 토크 반력은 차축 하우징을 거쳐 차체로 그대로 전달되었다. 헨리 포드의 모델 T는 차동장치가 가로 판 스프링과 두 개의 좁은 로드로 차체에 연결되어 있었으므로, 구동 반력을 따로 받는 부재가 필요했다. 그래서 실제 구동축을 감싸는 토크 튜브를 두어 반력을 변속기 뒤쪽 끝의 볼 조인트로 전달하고, 차축이 돌아가지 않도록 구속하였다. 1930년대 말 뷰익 등 일부 차량에서도 비슷한 방식이 쓰였다. 코일 스프링은 앞뒤 방향 추력을 받지 못하므로, 1948년 허드슨 차량처럼 코일 스프링을 쓴 구조에서는 반력을 받는 별도 링크가 함께 필요했다.