감속기·등속조인트 하나의 휠 안에
전기차 구동체계 획기적 변화 예고
휠·모터 결합된 인휠 전단계로 추정
조향 필요한 전륜 적용까지는 먼길

유니휠 구동 모습. (사진=현대차그룹)

현대차가 최근 공개한 신기술 ‘유니휠’에 업계의 관심이 집중되고 있다. 감속기와 드라이브 샤프트, 등속 조인트를 모두 휠 안에 배치함으로써 공간 확보는 물론 주행 안전성과 효율까지 잡았다는 것. 업계에서는 대부분 신기술의 성과를 높이 평가하는 분위기지만, 일각에서는 신중론을 제기하고 있다. (CNB뉴스=정의식 기자)

신개념 휠 구동 시스템 ‘유니휠(Uniwheel)’이 화제다. 내연기관차는 물론 최근의 전기차에서도 볼 수 없었던 새로운 구조의 구동 시스템이라는 것. 과연 유니휠은 기존의 구동 시스템과 어떻게 다를까?

지난달 28일 현대차·기아는 서울 중구 명동 커뮤니티하우스 마실에서 ‘유니휠 테크데이’를 열고 ‘유니버설 휠 드라이브 시스템’(Universal Wheel Drive System·이하 유니휠)을 전격 공개했다.

발표에 따르면, 유니휠은 기존 전기차 구동 시스템의 감속기, 드라이브 샤프트, CV(Constant Velocity, 등속) 조인트 기능을 모두 휠 안에 넣고 모터를 휠 가까이 배치한 새로운 구조다. 기존 부품들이 차지하던 공간을 자유롭게 활용할 수 있을 뿐 아니라 차량 승차감 및 내구성도 향상할 수 있어 전동화 시대의 ‘게임 체인저’가 될 신기술이라는 것.

기존 등속 조인트가 적용된 드라이브 샤프트는 휠의 상하좌우 움직임에 따라 꺾이는 각도가 커질수록 동력 효율과 내구성이 떨어졌지만, 유니휠은 어떤 움직임에도 동력을 동일한 효율로 전달해 차량 내구성과 승차감을 확보할 수 있다는 것이 장점이다.

기존 E-GMP 시스템(왼쪽)과 유니휠 적용 시스템(오른쪽). (사진=현대차그룹)

유니휠은 중앙에 위치한 선 기어(Sun Gear)와 좌우 4개의 피니언 기어(Pinion Gear), 바깥쪽의 링 기어(Ring Gear)로 이루어진 유성기어 구조를 채택했다. 모터가 만들어낸 동력이 선 기어로 전달되면 피니언 기어들이 맞물려 링 기어를 회전시키고, 휠과 연결된 링 기어가 최종적으로 휠에 동력을 전달하는 방식으로 작동한다.

아울러 유니휠의 피니언 기어들은 2개의 링키지(2개의 회전짝을 연결하는 부품)로 구성된 멀티링크 메커니즘으로 설계돼 있어 매끄러운 상하좌우 운동이 가능하다. 두 가지 구조의 융합을 통해 유니휠은 모터에서 나온 동력을 휠까지 안정적으로 전달하는 동시에 노면 굴곡에 따라 휠이 자연스레 상하로 반응한다.

뿐만 아니다. 유니휠은 전기차의 감속기 역할도 대체해 모터에서 발생한 회전을 감속시켜 휠에서 높은 토크를 발휘할 수 있다. 최대 4개의 휠 구동력을 각각의 소형 모터로 독립 제어함으로써 높은 수준의 조향 및 주행 안정성, 토크 벡터링(각 바퀴의 토크를 정밀하게 제어하는 기술)을 구현할 수 있다는 것.

공간 확보에 주행 안전성까지 확보

유니휠을 적용함으로써 얻을 수 있는 가장 큰 장점은 ‘공간 활용’이다. 감속기와 드라이브 샤프트, CV 조인트가 모두 휠 안에 들어가므로, 구동계 공간을 획기적으로 줄일 수 있다는 것.

현대차·기아는 유니휠을 통해 확보되는 공간을 다양한 방식으로 활용하겠다는 구상이다. 트렁크, 프렁크 등 추가 적재 공간으로 사용할 수 있으며, 기존 운전자 중심의 좌석 배치를 탈피한 새로운 디자인 구현도 가능하다. 또, 이 공간에 배터리를 추가로 탑재할 경우 주행거리를 획기적으로 향상시킬 수도 있다.

유니휠의 구동 시스템. 구동모터에서 동력을 전달받는 선(Sun) 기어와 바퀴를 굴리는 링(Ring) 기어(왼쪽), 4개의 피니언(Pinion) 기어 2세트를 하나로 엮은 링키지(Linkage, 오른쪽)로 구성됐다. (사진=현대차그룹)

또 다른 장점은 ‘주행 안전성’이다. 모터 중심축과 휠 중심축이 일치하지 않아도 주행할 수 있으므로, 노면이나 주행 상황에 맞춰 최저 지상고를 조절할 수 있고, 기존의 등속 조인트가 적용된 차량보다 주행 안전성을 확보할 수 있다는 것.

다양한 모빌리티에 적용할 수 있는 ‘확장성’도 눈여겨볼 강점이다. 유니휠은 모듈화 설계를 통해 4인치부터 25인치 이상의 휠까지 만들 수 있다. 일반적인 구조의 차량은 물론 배송 로봇이나 전동 휠체어, 자전거, 로봇 같은 소형 모빌리티에도 적용 가능하다는 얘기다.

상용화하려면 완성도 높여야

물론 아직 풀어야할 과제는 남아있다. 유니휠 기술은 개발 기간이 2년반 정도밖에 되지 않아 윤활 시스템, 실링, 제동, 조향 등의 분야에서 좀더 완성도를 높여야 한다는 것.

특히 이번 시연회에서 유니휠은 스타리아의 후륜에 시험 장착했는데, 이는 스타리아가 공간 확보에 유리한 리지드 엑슬 서스펜션을 탑재하고 있어서다. 조향이 필요한 전륜에 적용하기는 아직 이른 시점으로 추정돼 상용화까지는 아직 갈 길이 멀다는 전망이 나오고 있다.

또, 기존의 휠보다 많은 부품이 탑재되다보니 휠 전체의 중량이 증가하는 것도 부담이다. 휠이 무거워지면 타이어도 보다 내구성이 높은 제품이 장착되야 하는데, 이는 중량과 비용 부담을 늘리는 요인이다.

지난달 28일 ‘유니휠 테크데이’ 현장. (사진=현대차그룹)

기존 휠 대비 생산 단가가 높다는 것도 풀어야할 난제다. 4륜 구동 기준 네 개의 유니휠을 장착할 경우 비용 부담이 증가할 수 있는데, 이 때문인지 개발팀은 유니휠을 소형 상용차나 고급 승용차에 우선 탑재할 계획이라고 밝혔다. 2024년까지 양산 직전 단계의 완성차를 만드는 것이 목표다.

자동차 업계 한 관계자는 “전기차 시대로 접어들면서 휠과 모터가 결합된 인휠(In-Wheel) 모터 기술이 주목받아왔는데 아직 상용화는 이뤄지지 않았다. 현대차도 지난 3월 4륜 독립 구동 인휠 시스템을 공개한 바 있다”면서 “유니휠 기술 역시 인휠로 가는 과도기적 기술로 추정되며, 국내 기업이 이 분야에서 앞서 나가고 있는 점은 매우 고무적”이라고 분석했다.

(CNB뉴스=정의식 기자)