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전기차, 더 이상 심심하지 않다
기사입력 :[ 2019-07-12 11:24 ]
전기차용 토크 백터링 기능 변속기가 등장했다는 건

[김태영의 테크 드라이빙] 전기차(EV)는 이제 자동차 분야의 확실한 미래다. 세상의 자동차들이 전기차로 서서히 바뀌고 있다. 물론 모든 자동차가 전기차로 변하는 건 우리 예상보다 훨씬 오래 걸리겠지만 말이다. 반면 지금 이 순간에도 여러 자동차 제조사와 부품 개발사가 전기차와 하이브리드를 더 효율적이고 역동적으로 개선시킬 기술을 개발하고 있다. 그중에서 GKN 드라이브라인(GKN Driveline)이 개발한 e트위스터(eTwinster)가 눈에 띈다. 이 기술을 사용하면 전기 자동차도 내연기관 자동차처럼 훨씬 역동적이면서도 자연스러운 움직임을 실현할 수 있다.



GKN 드라이브라인은 이미 ‘트윈스터 네바퀴굴림 시스템’으로 자동차 업계를 주목시켰다. 트윈스터 네바퀴굴림 시스템은 양산형 포드 포커스 RS에 달려서 ‘드리프트 모드’를 구현하는데 도움을 줬다. 포커스 RS의 AWD는 평상시 앞뒤 바퀴에 30:70으로 구동력을 배분한다. 그러나 드리프트 모드에선 각각의 휠로 일정한 구동력을 유지한다. 조그만 해치백이 멋진 네바퀴 드리프트를 선보일 수 있는 비결이다.

여기에 사용된 시스템은 좌우 클러치로 디퍼렌셜 기어를 조절하는 방식이다. 구조적으론 양쪽을 완전히 연결하면 디퍼렌셜이 잠기면서 좌우에 일정한 동력이 가해진다. 가변적으로 연결할 경우엔 코너의 바깥쪽 바퀴에 동력을 더 전달하는 토크 백터링 기능도 실현한다. 좌우 클러치를 완전히 해체하면 엔진이나 구동계를 코스팅 상태(공회전이나 탄력 주행)로 만들어 연료 사용의 효율성도 높아진다.



트윈스터 액슬 시스템은 포커스 RS처럼 꼭 네바퀴굴림이 아니어도 사용할 수 있다. 토크 허용 범위도 넓어서 이론적으론 내연기관 고성능 자동차에도 사용할 수 있다. 차동제한 장치(LSD) 대신 트윈스터 액슬을 사용하면 세 마리 토끼를 한 번에 잡는 효과가 있다는 것이다. 그러니까 양쪽 두 바퀴에 일정하게 동력을 보내는 LSD의 기본 성능뿐이 아니라 기계적인 토크 백터링 효과도 누린다. 더불어 연료 효율성도 높여준다.

GKN 드라이브라인에 따르면 정속 주행 중 트위스터 액슬이 클러치를 해제하는 것만으로도 연료 소비량을 1~8%까지 줄일 수 있다(고 밝히고 있다). 심지어 가격도 합리적이다. 트윈스터 리어 액슬의 가장 기본 구성(분리 클러치 1개)이 일반형 차동장치보다 아주 조금 더 비쌀 뿐이다.



이게 끝이 아니다. GKN 드라이브라인은 전기차나 하이브리드의 특성에 맞춰서 트윈스터 액슬을 한 단계 더 발전시켰다. 그게 바로 e트위스터(eTwinster)다. e트위스터는 세계 최초로 개발된 ‘2단 토크 백터링 변속기’다. 이 시스템의 목표는 이전에 전기차에서 구현한 구동계와 토크 백터링의 조합을 모듈화를 통해 훨씬 단순화시키는 것이다. 더불어 두 단계의 기어비로 힘과 속도의 균형도 이뤄낸다. 쉽게 말해 포르쉐 918 스파이더, BMW i8처럼 기술력을 입증한 ‘e액슬’에 앞에서 설명한 전자제어 트윈 클러치 토크 백터링(트윈스터 액슬) 기술을 결합한 혁신적인 구조다.



e트위스터는 토요타 프리우스의 유성기어처럼 전기 모터에 직접 연결하는 구조다. 하지만 두 번째 유성기어(서로 다른 크기의 태양 기어 두 개와 결합된 두 세트의 유성기어)를 통해 두 개의 기어비가 제공된다. 첫 번째 기어비(17:1)는 저속 토크를 끌어내기 위함이다. 비교적 힘이 부족한 작은 모터에서도 충분한 가속력을 끌어낼 수 있다. 두 번째 기어비(10:1)는 고속에서 차의 속도를 효과적으로 높이는데 도움을 준다. 실제로 이 기술이 사용된 테스트카를 타보면 두 기어비를 교차하며 변속하는 것을 전혀 알아차릴 수 없다고 한다.



그렇다면 전기차에 트윈스터 액슬과 e트위스터 복합해서 사용하면 어떨까? 앞바퀴에 트윈스터 액슬을 사용하면 코너링 성능이 안정화된다. 모터 출력을 사용할 때도 언더스티어(차가 코너 밖으로 밀려나는 현상) 성향을 대폭 줄일 수 있다. 더불어 좌우 바퀴에 동력을 분배하는 토크 백터링으로 코너링 한계 성능이 높아진다. 반면 뒷바퀴는 한결 역동적인 동력 성능을 보여준다. 가속하는 순간은 타이어 접지력을 안정적으로 끌어낸다. 코너에서 두 바퀴에 일정한 토크가 걸리는 역동성(오버스티어 성향)도 쉽게 끌어낸다. 감속/가속 시 성향도 컴퓨터 프로그램에 따라서 쉽게 변경할 수 있다는 의미다.



GKN이 개발한 이런 시스템은 이전에 비슷한 기능을 발휘하던 구조보다 훨씬 작으며 범용성도 높다. 다시 말해 기존 자동차의 플랫폼에 쉽게 ​​통합하는 것도 가능하다. 또한 앞바퀴 굴림이나 뒷바퀴 굴림, 혹은 지능형 네바퀴 굴림 모두에 맞춰 사용할 수 있다는 장점도 있다. 물론 어떤 기술이든 만능일 수는 없는 법. 이 시스템에는 단점도 존재한다.

LSD나 토크 백터링처럼 기계적 시스템을 요하는 고성능 자동차에서는 분명 완벽한 성능을 발휘할 수 없을 것이다. 무게가 늘어나고, 유지나 보수 같은 내구성 문제도 여전히 해결해야할 과제다. 하지만 트윈스터 액슬과 e트위스터는 일반적으론 어느 차에 사용하든 주행 성능과 연비를 나아지게 할 가능성을 가지고 있다. 따라서 앞으로 등장할 새로운 하이브리드나 전기차가 이 시스템(혹은 비슷한 기술)을 사용하게 될 날이 머지않았다. 물론 일반적인 소비자라면 자동차 카탈로그에서 이런 내용을 확인할 수 없겠지만 말이다.

자동차 칼럼니스트 김태영

김태영 칼럼니스트 : 중앙일보 온라인 자동차 섹션을 거쳐 자동차 전문지 <카비전>, <자동차생활>, <모터 트렌드>에서 일했다. 현재는 남성지 <에스콰이어>에서 남자들이 좋아하는 소재를 주로 다룬다.

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