"휠의 혁신"…현대차, 구동 패러다임 바꾼다

현대차가 차세대 EV 구동 기술 '유니휠'을 처음으로 공개했다. 기존의 구동 부품을 휠 내부에 통합시킨 신개념 구동 기술이다. 이를 통해 전기차의 신규 공간을 창출, 주행거리 향상과 다양한 PBV 설계가 가능해질 전망이다.

현대자동차·기아는 28일 서울 중구 명동에 위치한 커뮤니티하우스 마실에서 '유니휠(UNI WHEEL) 테크데이'를 개최하고, 차세대 구동 기술 '유니버설 휠 드라이브 시스템(Universal Wheel Drive System, 이하 유니휠)'을 최초로 공개했다.

유니휠은 전기차의 주요 구동 부품을 휠 내부로 옮겨 실내 공간을 확대하는 기능 통합형 휠 구동 시스템으로, 기존에 없던 새로운 구조의 구동 시스템을 개발했다는 점에서 의미가 있다.

기존 내연기관 차량은 엔진과 변속기를 거친 동력이 드라이브 샤프트, CV(Constant Velocity, 등속) 조인트를 통해 바퀴로 전달된다. 전기차 역시 엔진과 변속기가 모터, 감속기로 대체됐을 뿐 구동 전달 시스템은 동일하다.

유니휠은 이런 구조를 바꿔 전기차의 감속기와 드라이브 샤프트, CV 조인트의 기능을 모두 휠 안에 넣고, 모터를 각 휠 가까이에 위치시켰다. 이를 통해 전기차의 바닥이 평평한 플랫 플로어(Flat-Floor) 구현이 가능해졌다.

이 기술이 적용되면 기존 구동시스템이 차지하던 공간을 자유롭게 활용할 수 있기 때문에 새로운 실내 공간을 만들 수 있다. 더 나아가 PBV(Purpose Built Vehicle, 목적 기반 차량)와 같은 다양한 용도에 최적화된 미래 모빌리티를 실현할 수 있다.

박종술 현대차·기아 선행기술원 수석연구위원은 "기존 파워트레인이 갖고 있던 여러가지 부품을 휠 안쪽에서 구현했기 때문에 공간 창출이라는 큰 장점이 있다"며 "더불어 전동화 파워트레인의 큰 역할을 하는 모터의 고속 기능을 그대로 사용할 수 있도록 감속기 기능을 휠 안에서 구현 가능하다"고 설명했다.




● CV조인트·감속기 기능 모두 수행

유니휠은 중앙의 선 기어(Sun Gear)와 좌우 각 4개의 피니언 기어(Pinion Geer), 그리고 가장 바깥쪽의 링 기어(Ring Gear) 등으로 이루어진 유성기어 구조다. 모터가 만들어낸 동력이 선 기어로 전달되면 피니언 기어들이 맞물려 링 기어를 회전시키고, 링 기어는 휠과 연결되어 있어 최종적으로 휠까지 동력이 전달되는 원리다. 피니언 기어들이 서로 연결돼 2개의 링키지(Linkage)를 구성하는데, 이러한 멀티링크 메커니즘이 유니휠의 상하좌우 운동을 가능하게 한다.

이러한 두 가지 구조가 융합된 특성을 기반으로 모터에서 나온 동력을 휠까지 안정적으로 전달함과 동시에 노면에 따른 휠의 움직임에 자유롭게 반응할 수 있다. 기존 CV 조인트가 적용된 드라이브 샤프트는 휠의 상하좌우 움직임에 따라 꺾이는 각도가 커질수록 동력 효율과 내구성이 하락하는 문제가 있다. 하지만 유니휠은 휠의 어떤 움직임에도 동력을 거의 동일한 효율로 끊김 없이 전달할 수 있어 높은 내구성과 승차감을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

특히 유니휠은 전기차의 감속기의 역할도 대체할 수 있다. 기어 잇수가 적은 선기어와 피니언 기어들이 맞물리며 상대적으로 기어 잇수가 많은 링기어를 회전시키는 구조로 입력축과 출력축 사이의 감속비를 자연스럽게 만들어낼 수 있기 때문이다. 이로 인해 기존 구동 시스템과 같이 별도의 감속기를 두지 않고도 모터에서 발생한 회전을 감속시켜 최종적으로 휠에서 높은 토크를 얻을 수 있다. 특히 현재 개발 중인 유니휠은 큰 감속비를 내도록 설계돼 있어, 작은 모터로도 높은 토크를 구현할 수 있다.

● 플랫 플로어로 신규 공간 창출

유니휠의 가장 큰 특징은 휠과 휠 사이에 자리하던 모터를 소형화해 기존에 사용할 수 없었던 공간을 구현한다는 점이다. 확장된 공간은 트렁크나 프렁크 등 추가 적재 공간으로 활용할 수 있다. 또 해당 공간을 배터리 탑재 공간으로 활용한다면 주행거리가 향상되는 효과도 기대할 수 있다. 즉, 차 크기를 늘리지 않더라도 대형 전기차 이상의 주행거리 확보가 가능해진다.

주행거리뿐 아니라 고객 탑승공간도 크게 늘어날 수 있다. 대부분의 전기차 배터리는 차체 바닥에 배치되는데, 이 때문에 차고를 높여 설계하거나 이마저 불가능할 경우 배터리 부피만큼 승객 공간이 줄어든다. 하지만 유니휠을 적용하고 배터리 패키징을 최적화한다면 승객의 탑승공간 손실을 최소화할 수 있을 것으로 예상된다.

유니휠을 통해 구현되는 플랫 플로어 플랫폼은 고객의 사용 목적에 맞는 PBV의 다양한 바디 타입 설계를 가능하게 해다. 휠체어, 자전거, 배송로봇 등 다른 종류의 모빌리티에도 적용할 수 있다. 대상 모빌리티의 요구 조건에 따라 작게는 4인치부터 크게는 25인치 이상의 휠에 탑재할 수 있도록 유니휠의 크기를 조절할 수 있기 때문이다.

현대차·기아는 유니휠의 개발 완성도를 높이기 위해 현재 안정성과 효율성, 내구성 등을 검증하고 있다. 향후 기어비 조정 및 윤활 냉각 시스템 고도화 등 상품성을 높이기 위한 노력을 이어갈 예정이다. 현대차·기아는 유니휠 관련 특허 8건을 국내와 미국, 유럽 등 주요 국가에 출원 및 등록했다.

박종술 현대차·기아 선행기술원 수석연구위원은 "미래 모빌리티 시장의 게임 체인저가 될 수 있는 혁신적인 아이디어를 선보일 수 있어 기쁘다"며 "고객들이 모빌리티를 지금과는 완전히 다른, 새로운 방식으로 경험할 수 있도록 기술의 완성도를 높이는 데 최선을 다하겠다"고 말했다.