"부품을 휠 내부로 통합"…현대차·기아, 전기차 구동 패러다임 바꿨다

기존의 휠 구동 시스템과 유니휠 시스템 비교. /사진제공=현대차·기아

현대자동차·기아가 전기차 구동 부품을 휠 내부로 옮겨 실내 공간을 확대한 차세대 시스템을 공개했다. 기존 자동차 구동 시스템이 차지하는 공간에 새로운 실내 공간을 창출할 수 있게 돼 다양한 용도로 사용할 수 있는 가능성이 열렸다.

현대차·기아는 28일 서울 중구 커뮤니티하우스 마실에서 '유니휠(UNI Wheel) 테크데이'를 열고 '유니버설 휠 드라이브 시스템'(Universal Wheel Drive System, 이하 유니휠)을 세계 최초로 공개했다.


유니휠은 전기차의 주요 구동 부품을 휠 내부로 옮겨 실내 공간을 획기적으로 확대하는 기능 통합형 휠 구동 시스템이다. 유니휠은 전기차의 감속기와 드라이브 샤프트, 등속(CV) 조인트의 기능을 모두 휠 안에 넣고 동시에 휠 사이에 자리하던 모터를 소형화해 각 휠에 직결함으로써 공간 활용성을 크게 확장한다.

기존 내연기관 차량은 엔진과 변속기를 거친 동력이 드라이브 샤프트, CV 조인트를 통해 바퀴로 전달된다. 전기차 역시 엔진과 변속기가 모터, 감속기로 대체됐을 뿐 구동 전달 시스템은 동일하다. 이러한 구조는 과거 내연기관 자동차에서부터 오늘날 전기차에 이르기까지 모빌리티가 다양한 형태로 발전하는 동안 거의 동일하게 유지되며 차량 구동 시스템의 표준으로 자리잡아 왔다.

기존 자동차 구조상으로는 실내 공간을 큰 폭으로 늘리는 것은 차체를 크게 만드는 것 외에는 마땅한 방법이 없었다. 특히 휠과 휠 사이 동력 계통의 필수 부품이 있는 공간은 그 어느 업체도 크게 손 댈 수 없는 공간이었다.


반면 유니휠 기술이 적용되면 기존 구동시스템이 차지하던 공간을 자유롭게 활용할 수 있다. 먼저 좌우 휠 사이 확장된 공간을 트렁크나 프렁크 등 추가 적재 공간으로 활용할 수 있다. 운전자를 중심으로 설계된 지금의 좌석 배치를 탈피해 완전자율주행 시대에 대비한 새로운 디자인도 가능하다.

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

주행거리뿐 아니라 고객 탑승공간도 크게 늘어날 것으로 기대된다. 유니휠을 적용하고 그에 따라 배터리 패키징을 최적화할 수 있다면 승객의 탑승공간 손실을 최소화할 수 있을 것으로 예상된다. 대부분의 전기차 배터리는 차체 바닥에 배치되는데, 이 때문에 차고를 높여 설계하거나 이마저 불가능할 경우 배터리 부피만큼 승객 공간이 축소되는 한계가 있다.

높은 공간활용성과 저상화 설계를 추구해야 하는 PBV(목적기반차량)에 적용될 경우 목적에 따라 다양한 바디 타입 설계를 할 수 있어 활용성이 더 클 전망이다. 다양한 크기의 차량뿐 아니라 휠체어, 자전거, 배송로봇 등 다른 모빌리티에도 적용할 수 있다. 대상 모빌리티의 요구 조건에 따라 작게는 4인치부터 크게는 25인치 이상의 휠에 탑재할 수 있도록 유니휠의 크기를 조절할 수 있다.

유니버설 휠 드라이브 시스템의 내부 기어 구조. /사진제공=현대차·기아

이날 현대차·기아가 공개한 유니휠은 중앙의 선 기어(Sun Gear)와 좌우 각 4개의 피니언 기어(Pinion Geer), 그리고 가장 바깥쪽의 링 기어(Ring Gear) 등으로 이루어진 특수한 유성기어 구조다. 모터가 만들어낸 동력이 선 기어로 전달되면 피니언 기어들이 맞물려 링 기어를 회전시키고, 링 기어는 휠과 연결되어 있어 최종적으로 휠까지 동력이 전달되는 원리다.

유성기어 구조는 태양과 같이 자전을 하는 선 기어 (Sun Gear)와 그 주위를 행성처럼 회전하는 위성 기어(Planet Gear), 그리고 가장 외곽의 링 기어(Ring Gear)로 구성된다.

유니휠은 전기차의 감속기의 역할도 대체한다. 기어 잇수가 적은 선기어와 피니언 기어들이 맞물리며 상대적으로 기어 잇수가 많은 링기어를 회전시키는 구조로 입력축과 출력축 사이의 감속비를 자연스럽게 만들어낼 수 있기 때문이다. 기존 구동 시스템과 같이 별도의 감속기를 두지 않고도 모터에서 발생한 회전을 감속시켜 최종적으로 휠에서 높은 토크를 얻을 수 있다.

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