[데일리임팩트 변윤재 기자] 현대차·기아가 신개념 구동시스템을 공개했다. 전기차의 주요 구동 부품을 바퀴(휠) 내부로 옮겨 동력 효율과 주행 안정성, 공간 활용성을 높인 게 특징이다. 지금껏 완성차 제조사들이 시도하지 않았던 구조다.
현대차·기아는 해당 시스템이 상용화될 경우, 목적 기반 차량(PBV) 등 다양한 모빌리티의 성능을 끌어올릴 수 있을 것으로 내다보고 있다. 미래 모빌리티 시장의 게임 체임저로 거듭나겠다는 의지가 읽히는 대목이다.
28일 현대차·기아는 서울 중구 명동 커뮤니티하우스 마실에서 ‘유니휠(UNI WHEEL) 테크데이’를 개최하고 유니버설 휠 드라이브 시스템(유니휠)을 공개했다.
유니휠은 전기차의 주요 구동 부품을 휠 내부로 옮겨 실내 공간을 확대하는 기능 통합형 휠 구동 시스템이다. 현대차 관계자는 데일리임팩트에 “기존에 없던 완전히 새로운 구조의 구동 시스템”이라며 “다양한 용도에 최적화된 미래 모빌리티를 실현할 수 있다”고 말했다.
기존 차량은 엔진과 변속기를 거친 동력이 드라이브 샤프트, 등속(CV) 조인트를 통해 바퀴로 전달된다. 전기차도 모터, 감속기에서 나온 동력을 드라이브 샤프트, 등속(CV) 조인트, 바퀴 순으로 전달한다는 점에서 동일한 구동 시스템을 갖고 있다.
반면 유니휠은 전기차 감속기와 드라이브 샤프트, CV 조인트의 기능을 휠 안에 넣고, 모터를 소형화시켜 각 휠 가까이에 배치했다.
이를 위해 중앙의 선 기어와 좌우 각 4개의 피니언 기어, 가장 바깥쪽의 링 기어 등으로 이뤄진 특수한 유성 기어 구조를 채택했다. 모터가 만든 동력이 선 기어로 전달되면 피니언 기어들이 맞물려 링 기어를 회전시키는 방식이다. 이처럼 회전하는 링 기어를 통해 최종적으로 휠까지 동력이 전달된다.
또 피니언 기어들이 서로 연결돼 2개의 링키지를 구성하는데, 멀티링크 메커니즘이 유니휠의 상하좌우 운동을 가능하게 한다. 이같은 두 가지 구조가 융합되면서 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. 유니휠은 휠의 어떤 움직임에도 동력을 거의 동일한 효율로 전달할 수 있다. 특히 전자식 에어 서스펜션을 탑재하면, 주행 상황에 따라 최적의 퍼포먼스를 낼 수 있다. 험로에서는 차고를 높여 안정적으로 주행하고, 고속 주행에서는 차고를 낮춰 전비와 고속 안정성을 향상시키는 식이다.
유니휠을 쓰면 별도의 감속기를 쓰지 않고도 더 높은 토크를 얻을 수 있다는 점도 강점이다. 각각의 기어들이 입력축과 출력축 사이의 감속비를 자연스럽게 만들어낼 수 있어서다. 게다가 네 개의 휠을 각각의 소형 모터로 독립 제어하는 만큼, 지금까지와는 차원이 다른 토크 벡터링을 구현할 수 있다. 각 바퀴에 전달되는 토크를 정밀하게 제어함으로써 미끄러운 노면이나 코너링 주행 시에도 안정적이면서도 역동적인 성능을 낼 수 있다는 얘기다.
그러나 유니휠의 가장 큰 장점은 설계 자유도의 제고다. 기존 구동 시스템에서는 활용할 수 없던 양쪽 휠 사이 공간을 추가로 확보할 수 있다. 여기에 배터리를 추가 탑재하면 차 크기를 늘리지 않더라도 대형급 이상으로 주행거리를 늘리는 것도 가능하다.
운전자를 중심으로 설계된 좌석 배치를 탈피해 완전자율주행을 위한 새로운 내부 디자인도 구현할 수 있다. 대부분의 전기차 배터리는 차체 바닥에 배치되는 까닭에 승객 공간이 줄어든다. 유니휠을 적용한 뒤 배터리 패키징을 최적화하면 짐 칸, 탑승 공간을 확대할 수 있다는 게 회사 측의 설명이다.
유니휠은 높은 공간활용성과 저상화 설계를 추구해야 하는 PBV에 활용될 경우 더 큰 진가를 발휘할 것으로 예상된다. 고객의 사용 목적에 따라 다양한 바디 타입 설계를 가능해서다.
특히 전기차에 필요한 동력원과 감속기 기능을 동일하게 구현할 수 있고, 유니휠의 크기를 조절 가능할 뿐더러, 휠의 회전축이 이동한다는 점에서 모든 종류의 전기차부터 휠체어, 자전거, 배송로봇 등 다른 종류의 모빌리티에도 적용할 수 있다. 현대차 관계자는 데일리임팩트에 “대상 모빌리티의 요구 조건에 따라 작게는 4인치부터 크게는 25인치 이상의 휠에 탑재할 수 있도록 유니휠의 크기를 조절할 수 있다”면서 “유니휠의 특성상, 계단을 에스컬레이터처럼 부드럽게 오르는 모빌리티도 만들 수 있다”고 밝혔다.
현대차·기아는 유니휠과 관련된 특허 8건을 국내와 미국, 유럽 등 주요 국가에 출원·등록한 상태다. 향후 기어비 조정, 윤활 냉각 시스템 고도화 등 상품성을 높여갈 계획이다.
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