새로운 하드웨어를 추가하지 않고 1g의 중량 증가도 없는 서스펜션 Geometry와 미세한 제동력의 시너지에 의해 높은 G 선회 중의 차체 부상을 억제한다. Mazda의 엔지니어에게 《Roadster》에 적용하는 KPC의 구조와 효과에 대해 들었다.  

Mazda는 2021년 12월 16일 《Roadster》의 업그레이드 모델을 출시했다. 990S(특별 사양차)의 설정도 화제였지만, 주목해야 할 것은 전 차량에 표준 적용한 신기술 KPC이다. KPC는 Kinematic Posture Control을 뜻한다.

Mazda의 차량개발본부 조종안정성능 개발부의 우메츠 다이스케(梅津大輔) 주임은 “(경량 컴팩트 FR) 《Roadster》다운 경쾌한 주행과, 자동차에서 전달되는 풍부한 피드백, 정보 등을 그대로 고속ㆍ고가속 영역에서도 의지대로 달릴 수 있는 즐거움을 느낄 수 있게 하고 싶어 이번 기술 개발에 대응했다”고 밝혔다.

Roadster는 저속에서도 충분히 즐거운 캐릭터라서, 일본뿐 아니라 전세계적으로 독자적인 포지션을 자리 잡고 있다. 그러나 독일에서는 고가속 영역이 조금 모자란다고 지적되었던 것도 사실이다.

“이번에는 Roadster가 가진 본래의 장점인 저속에서의 즐거움과 용이함을 그대로 두고, 중량 Zero로 고속ㆍ고가속 영역을 안정화시키기 위해서는 어떻게 하면 좋을까 생각하고 개발했다. Roadster 사상 최대의 진화점이다.”

저속역에서의 경쾌함과 즐거움을 그대로 유지하면서, 고속ㆍ고가속 영역까지 즐거움과 안심감의 범위를 넓혔다는 것이다.

KPC는 Rear Suspension의 Geometry를 잘 활용해 자세를 제어하는 기술이다. 현행 《NDRoadster》의 Rear Suspension은 Multi-link 타입이다. 너클을 시계 방향으로 봤을 때 옆에서 본 경우, 2시, 4시, 6시, 8시, 10시의 위치에 링크가 체결되는 구성이다.

Upper측(2시와 10시), Lower측(4시와 8시) 모두 2개의 링크로 구성되는 더블 위시본 + 토 컨트롤 링크(6시)의 구성으로 생각해도 좋을 것이다.

KPC의 효과는 《NDRoadster》에 원래 적용된 Anti-lift각의 강한 Suspension Geometry를 이용한다. 2시 & 10시, 4시 & 8시의 레이아웃에 의해 가상 순간 회전 중심이 결정되고, 이 가상 순간 회전 중심이 높은 위치에 있는 만큼, 타이어 접지점과의 각도가 커져, 가상 순간 회전 중심에서 발생하는 제동 시 Anti-Lift력(차체를 끌어내리는 힘)은 커진다.

“가장 큰 포인트는 리어의 Anti-lift Geometry이다. 《NDRoadster》의 경우는 가상 트레일링 포인트를 확실히 높게 설계했다. 기존의《NDRoadster》에 비해 Anti-lift각을 크게 잡은 Geometry를 적용한 것인데, 이는 제동 시 자세를 안정시키려는 목적이었다. KPC는 이 Geometry를 잘 활용했다.”

원래 강한 Anti-lift Geometry를 적용했기 때문에 목표로 한 자세 제어가 가능한 기술을 적용할 수 있었다.

반대로 생각하면 Anti-lift Geometry가 약한 리어 서스펜션에서는 효과를 크게 기대할 수 없다는 뜻이다. Anti-lift력은 제동력 발생과 더불어 발생한다. KPC는 이것을 선회 시 선회 내륜측에서 발생시킨다.

“G가 강하게 걸리는 코너링 시, Anti-lift의 Geometry를 활용해 리어의 내륜측을 매우 작게 제동하는 것으로, 롤을 억제하면서 차체 전체를 끌어올려 부상을 억제하고, 선회 자세를 안정시킨다.

세계 최초의 기술로, 서스펜션 구조를 변경할 필요가 없다. 원래 《Roadster》의 서스펜션 구조를 최대한으로 활용해 중량 증가 없이 고가속의 자세를 안정화시키는 기술이다.”

KPC는 후륜 좌우의 속도차에서 선회 상태를 실시간으로 검출하고 속도차에 따라 리니어하게 제동력을 강화한다. 좌우륜의 속도차는 ESC 유닛(Bosch ESP9)에서 사용하고 있는 차륜속 센서를 사용했다.

파워트레인 컨트롤 모듈에서 내륜 제동을 계산하고, ESC 유닛에 제동력 지시를 내려 내륜 제동을 발생시킨다. KPC의 적용에 따라 ESC 사양을 바꾸지는 않았고 그대로다.

걱정이었던 것은 액압이 너무 작다는 점이었다고 한다. KPC의 작동으로 발생하는 액압은 ESC의 작동 시 발생하는 액압의 1/10 이하이다. 최대 액압은 0.3MPa 밖에 안되기 때문에, 이 영역의 미세한 컨트롤 성능을 보증할 수 있는지에 대한 확신이 없었다. 이 부분을 Mazda측에서 검증을 거듭해, 기존의 유닛으로 충분히 분해능이 있다는 것을 확인하고, 보증했다.

바꿔 말하면, 그 만큼의 작은 액압으로 충분한 효과가 있다는 것이다. 감각적으로는 브레이크 페달에 발을 얹고 있을 정도의 제동력이다. 선회 리어 내륜으로 약한 제동력을 주는 것에 의해 Anti-lift력이 작용하고, 선회 중 부상(Float)을 억제한다.

반경 30m의 코너에 55km/h로 진입하고 횡G=0.8G의 시점에서 KPC의 유무를 비교하면, 있는 경우는 Heave(떠오름)가 1.7% 감소했다는 계측 결과가 나왔다고 한다.

선회 내륜에 브레이크를 건다고 하면 Yaw Moment 제어를 연상하게 되는데, 앞의 조건에서의 Yaw Rate 증가는 0.02%에 지나지 않으며(부상 방지 효과의 1/100 정도의 영향) 무시해도 되는 수준이다.

저중속 코너가 이어지는 시즈오카현(?岡?)의 이즈(伊豆) Skyline에서 KPC 유무의 비교 시승을 실시했다. KPC는 횡G = 0.3G 이상에서 작동되었다.

G-Bowl 앱으로 운전 중 G를 조수석의 탑승자에게 확인하게 하고 주행하면 (실제 횡G보다도 크게 표시), 스스로는 가볍게 코너를 통과할 생각이었더라도 0.3G 이상의 횡G가 발생하고 있다는 것을 알 수 있다.

KPC는 전자제어이기는 하지만 실제로는 LSD가 작용하는 것처럼, 선회 상태에 따라 기계적이고 리니어하게 작동한다. ABS와 ESC처럼, 제어의 개입을 느낄 만큼의 위화감은 없다.

KPC 유무를 비교하면 있는 경우가 안심하고 코너에 진입할 수 있다. 없는 경우는 차체 앞이 뜨지 않을까 하는 불안감을 느끼게 되는데, KPC가 적용되면 그런 느낌이 없고, 자세가 안정되기 때문에(겨우 수 mm의 차이지만), 자신감을 갖고 기분 좋게 코너에 진입할 수 있다. “Roll감에서 중요한 것은 Roll이 아니다. Pitch와 Heave다”라는 설명은 사실 당연한 이야기인 것이다.