"나오기만 하면 대박"... 테슬라도 못한 현대차의 혁신 기술 정체는?

[오토트리뷴=최현진 기자] 자동차 구동 시스템 역사의 패러다임이 바뀔 수도 있는 기술이 다름 아닌 현대차그룹에 의해 세계최초로 국내에서 공개됐다.

▲현대차 유니휠 시스템(사진=최현진 기자)

현대자동차는 지난 28일(화) 서울 중구 명동에 위치한 커뮤니티하우스 마실에서 '유니휠 테크데이'를 개최했다. 이 날 현대차는 기존 차량 구동 시스템에서는 볼 수 없었던 '유니버설 휠 드라이브 시스템(Universal Wheel Drive System, 이하 유니휠)'을 세계 최초로 공개했다. 전기차의 주요 구동 부품을 휠 내부로 옮겨 실내 공간을 획기적으로 확대하는 기능통합형 구동 시스템이다. 

▲기존 양산 전기차 구동 시스템 모형(사진=최현진 기자)

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유니휠(Uni Wheel)의 탄생 배경
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기존 내연기관 자동차는 엔진과 변속기를 거친 동력이 구동축(드라이브 샤프트)과 등속 조인트(CV 조인트)를 통해 바퀴로 전달됐다. 전기차의 겨우에도 엔진과 변속기가 각각 모터, 감속기로 바뀌었을 뿐 기존의 동력 전달 구조는 크게 달라지지 않았다. 현대차 선행기술원은 여기에 주목해 감속기와 구동축, 등속조인트의 기능을 모두 휠 안에 넣고 모터를 휠 가까이에 위치시키는 구조를 고안했다. 

▲유니휠 구동 시스템 모형(사진=최현진 기자)

이러한 배경에는 더 많은 실내 공간을 확보하고 이를 활용하기 위한 기술을 개발하기 위한 노력이 뒷받침된다. 기존의 자동차 구조상으로는 실내 공간을 큰 폭으로 늘리려면 차체를 크게 만드는 방법뿐이었다. 위에서 언급한 모터와 휠 사이의 동력 계통 부품 때문이다.

그러나 이들 필수 부품을 혁신적으로 소형화할 수 있다면 그만큼의 가용 공간을 창출하는 것이 가능하다. 유니 휠은 이러한 개념이 세계 최초로 실현화된 사례인 셈이다.

▲유니휠 유성기어 시연용 기구(사진=최현진 기자)

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유성기어와 멀티링크가 시스템의 핵심
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유니휠은 중앙의 선 기어와 좌우 각 4개의 피니언 기어, 가장 바깥쪽의 링 기어로 이루어진 '유성기어' 구조다. 근본적으로는 토크컨버터 방식의 자동변속기에서 흔히 볼 수 있던 구조와 거의 같다. 모터가 만들어낸 동력이 선 기어로 전달되면 피니언 기어들이 맞물려 링 기어를 움직인다. 링 기어는 휠과 직접적으로 연결되어 있어 최종적으로 휠까지 동력이 전달되는 원리다.

이 과정에서 유니휠은 감속기의 역할도 수행한다. 모터의 높은 회전이 피니언 기어들이 맞물리는 과정에서 감속되어 휠에서 높은 토크를 얻어낼 수 있다. 휠의 어떤 움직임에도 동일한 효율의 동력을 전달할 수 있어 높은 내구성과 승차감을 확보할 수도 있다.

▲유니휠의 상하좌우 운동(사진=최현진 기자)

각 피니언 기어들은 서로 연결되어 2개의 링키지를 구성한다. 이러한 멀티링크 메커니즘은 유니휠의 상하좌우 운동을 가능하게 만든다. 이는 기존 자동차의 등속조인트 역할을 대체한다. 액티브 서스펜션과의 결합될 경우 주행 상황에 따라 차고 조절을 용이하게 만들 것으로 기대를 모은다.

▲유니휠은 공간 확장 및 주행거리, 성능 증가에 탁월한 구조다(사진=최현진 기자)

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실내 공간과 주행거리 증가에 큰 기대
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유니휠의 가장 큰 의의인 가용 공간 확보는 전기차 바닥을 평평하게 만들어 다양한 목적과 확장성으로 실내 공간을 창출하기에 탁월하다. 그뿐만 아니라 해당 공간에 배터리를 추가로 탑재한다면 기존의 동력 시스템을 활용하는 동일 전기차 대비 더 긴 주행거리를 확보할 수도 있다.

▲다양한 특수 목적 모빌리티에도 적용 가능한 유니휠(사진=최현진 기자)

다양한 사이즈로 제작할 수 있다는 것 또한 유니휠의 강점이다. 최소 4인치, 최대 25인치 이상까지 알맞은 크기 조절과 설계가 가능하다. 이는 자동차뿐 아니라 휠체어, 자전거, 배송 로봇 등 특수 목적의 모빌리티에도 충분히 적용할 수 있다는 의미이기도 하다.

▲스타리아 기반 유니휠 테스트 뮬(사진=최현진 기자)

▲스타리아 기반 유니휠 테스트 뮬(사진=최현진 기자)

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선행 연구 단계.. 아직 해결할 과제 많아
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하지만 유니휠의 상용화 단계에는 아직 해결해야 할 과제가 많은 것으로 나타났다. 28일 행사장에서 진행된 Q&A 세션에서도 휠 내부의 구동계통 탑재에 따른 브레이크 구조 및 위치, 기어 윤활 및 냉각 구조, 조향 구조, 시스템 고도화 등에 대한 질문이 상당히 많이 나왔다. 

▲박종술 수석연구위원을 비롯한 현대차·기아 선행기술원 연구원들의 모습(사진=최현진 기자)

이에 대해 현대차·기아 선행기술원 박종술 수석연구위원을 비롯한 6인의 대표 연구원들은 "유니휠은 아직 선행 연구 개발 단계로, 유니휠 구조에 대한 최적화가 우선시되고 있다. 이것이 마무리되는 대로 실질적인 자동차 적용과 관련된 부분들을 고민할 계획이다"라고 밝혔다.

▲28일 진행된 유니휠 테크데이(사진=최현진 기자)

한편, 현대차는 유니휠과 관련된 특허 8건을 국내와 미국, 유럽 등 주요 국가에 출원 및 등록했다.

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