현대차그룹, 新개념 통합 구동계로 車공간 활용도 높인다

[이데일리 박민 기자] 현대차 그룹이 엔진(모터)에서 발생한 동력(힘)을 실제 차량이 움직이는 바퀴까지 전달하는 단계인 구동 시스템의 신역사를 쓰게 됐다.

현대자동차·기아는 28일 서울 중구 명동 소재에 테크데이를 개최하고, 기존 차량 구동 시스템에 변화를 불러올 ‘유니버설 휠 드라이브 시스템(Universal Wheel Drive System, 이하 유니휠)’을 세계 최초로 공개했다.

유니휠을 개발한 선행기술원 연구원들의 모습.(사진=현대차그룹)

유니휠은 전기차 구동 부품 일부를 타이어 안쪽 휠 내에 하나로 통합해 구현하고, 구동부품이 차지했던 공간을 활용도를 높인 것이 특징이다. 현대차그룹 관계자는 “기존에 없던 완전히 새로운 구조의 구동 시스템을 고안했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

차량이 움직이는 원리는 엔진(모터)에서 생긴 동력이 변속기(감속기)를 통해 드라이브 샤프트, CV 조인트(등속 조인트)를 거쳐 구동축과 일직선상이 아닌 바퀴까지 힘이 전달돼 굴러가게 된다.

유니버설 휠 드라이브 시스템의 내부 기어 구조 모습.(사진=현대차그룹)

바퀴 휠에 장착된 유니휠.(사진=현대차그룹)

현대차그룹 관계자는 “모터의 높은 회전수로 만들어진 동력이 감속기를 거치면서 토크가 증대되고, 이는 드라이브 샤프트를 통해 각 휠로 전달된다”며 “이때 드라이브 샤프트 양쪽에 달린 CV조인트는 휠이 상하좌우로 움직일 때에도 동력을 끊김 없이 일정한 속도로 전달하는 역할을 한다”고 설명했다.

유니휠은 바퀴 바깥쪽에 위치해 있던 전기차의 감속기(내연기관의 변속기)와 드라이브 샤프트, CV조인트(등속 조인트)의 기능을 통합해 휠 안에 넣었다는 점이 기존과 다르고 획기적인 점으로 꼽힌다.

특히 휠 사이에 자리하던 커다란 모터를 네 개로 소형화해 바퀴에 각각 위치시켜 독립 제어하게 된다. 이를 통해 높은 수준의 조향 및 주행 안정성을 바탕으로 지금까지와는 차원이 다른 토크 벡터링(Torque Vectoring)을 구현할 수 있는 것도 강점이다.

토크 벡터링이란 각 바퀴에 전달되는 토크를 정밀하게 제어하는 기술로, 미끄러운 노면이나 코너링 주행 시 안정적이면서도 역동적인 성능을 가능하게 한다.

현대차 관계자는 “유니휠은 휠의 어떤 움직임에도 동력을 거의 동일한 효율로 끊김 없이 전달할 수 있어 높은 내구성과 승차감을 확보할 수 있다는 장점이 있다”고 설명했다.

특히 주행 상황에 따라 차고 조절이 가능한 ‘전자식 에어 서스펜션’과 결합되면 험로에서는 차고를 높여 안정적으로 주행할 수 있고, 고속 주행에서는 차고를 낮춰 전비와 고속 안정성을 향상시킬 수 있다.

유니휠은 우수한 주행 안정성뿐 아니라 기존에 구동시스템이 차지하던 공간을 자유롭게 활용할 수 있어 공간 활용성도 높일 수 있다는 것도 최대 장점으로 꼽힌다. 바퀴 바깥쪽에 존재하던 감속기와 드라이브샤프트, CV조인트 등의 구동부품이 모두 바퀴 휠 내부에 들어온 만큼 해당 부품이 차지하던 공간을 보다 다양하게 활용할 수 있는 것이다.

현대차그룹 관계자는 “지금의 자동차 구조상으로는 실내 공간을 큰 폭으로 늘리는 것은 차체를 크게 만드는 것 외에는 마땅한 방법이 없다”며 “특히 휠과 휠 사이 동력 계통의 필수 부품이 있는 공간은 그 어느 업체도 크게 손 댈 수 없는 공간이었다”고 설명했다.

우선 해당 공간을 배터리 탑재 공간으로 활용한다면 주행거리가 향상되는 효과도 기대할 수 있다. 즉 차 크기를 늘리지 않더라도 대형 전기차 이상의 주행거리 확보가 가능하다는 의미다.

바퀴 안에 들어가는 유니버설 휠 드라이브 시스템 모듈. (사진=현대차그룹)

바퀴 휠에 장착된 유니휠.(사진=현대차그룹)

주행거리뿐 아니라 고객 탑승공간도 크게 늘어날 것으로 기대된다. 대부분의 전기차 배터리는 차체 바닥에 배치되는데, 이 때문에 차고를 높여 설계하거나 이마저 불가능할 경우 배터리 부피만큼 승객 공간이 축소되는 한계가 있다.

하지만 유니휠을 적용하고 그에 따라 배터리 패키징을 최적화할 수 있다면 승객의 탑승공간 손실을 최소화할 수 있을 것으로 예상된다.

유니휠의 이러한 특징은 높은 공간활용성과 저상화 설계를 추구해야 하는 PBV에 활용될 경우 더 큰 진가를 발휘할 것으로 보인다. 새로운 실내 공간을 창출하는 것은 물론, PBV(목적 기반 차량)와 같은 다양한 용도에 최적화된 미래 모빌리티를 실현할 수 있다.

현대차·기아는 유니휠의 개발 완성도를 높이기 위해 다양한 테스트를 통해 안정성과 효율성, 내구성 등을 지속 검증하고 있으며, 향후 기어비 조정 및 윤활 냉각 시스템 고도화 등 상품성을 높이기 위한 노력을 이어갈 예정이다. 유니휠과 관련된 특허 8건을 국내와 미국, 유럽 등 주요 국가에 출원 및 등록했다.

현대차·기아 선행기술원 박종술 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.