[현대모비스 공학교실] 모터를 품은 바퀴 '인휠시스템'… 동력 손실 줄이고 주행성능 쑥

현대모비스 '4륜 독립 구동 인휠 시스템'이 적용된 현대자동차 '아이오닉 5'. 현대모비스

차량을 움직이는 것은 지면과 맞닿아 있는 바퀴다.

엔진이나 구동모터가 회전하면서 발생한 동력이 드라이브 샤프트, 토크 컨버터 등 다양한 동력전달장치를 거치며 차량 바퀴에 전달되면 비로소 자동차가 움직인다.

그런데 만약 동력장치를 바퀴 내부에 집어넣으면 어떻게 될까? 자동차 바퀴 안에 구동모터와 제동장치 등을 일체화한 '인휠(In Wheel) 시스템'은 세상에 없던 개념이다. 이를 통해 누릴 수 있는 장점은 △동력 효율 및 전비 향상 △항속 거리 증대 △주행 성능 개선 △특수 모션 구현 등이다.

우선, 차량에 인휠 시스템을 적용하면 드라이브 샤프트(구동력을 바퀴에 전달해주는 기계 부품) 같은 별도의 동력 전달 부품이 필요하지 않게 된다. 모터가 바퀴를 직접 구동해 중간 과정에서 새어 나가는 동력 손실을 최소화할 수 있다. 관련 부품 최소화는 차량 무게를 줄여 전비 개선의 이중효과도 얻을 수 있다.

또 기존 구동 시스템이 바퀴 안으로 들어가기 때문에 차체 하부에 가로세로로 기다랗게 뻗어 있는 부품이 사라지고, 이 공간을 활용해 배터리 용량도 늘릴 수 있다.

네 바퀴를 각 모터가 직접 제어하고 구동력을 효율적으로 배분하는 인휠 시스템은 최적의 선회 성능이나 차체 자세 제어 성능을 제공한다. 운전자가 급격한 커브길에서 회전할 때 운전자 의도대로 차량을 조정할 수 있게 되는 것이다.

현대모비스는 미래 모빌리티 분야에서 게임체인저로 불리는 인휠 시스템 시장에 대응하기 위해 2010년부터 개발에 착수했다. 인휠은 차량 바퀴에 전기차 파워트레인을 넣는 개념이다. 이 때문에 설계 과정이 까다롭고, 동력 성능과 내구성 확보 등 극복해야 하는 등 난제가 많은 기술이다.

인휠 시스템은 구동모터와 제어기 기술이 핵심으로 현대모비스는 관련 기술을 모두 자체 개발했다. 현재 전 세계에서 양산 사례가 없는 신기술이다. 실제로 현대모비스가 개발한 4륜 인휠 시스템은 전후좌우 효율적인 토크 분배를 통해 선회 성능 향상과 함께 약 20% 이상의 전비 개선 효과를 볼 수 있는 것으로 알려졌다.

현대모비스가 올해 초 'CES 2023'에서 선보인 아이오닉5 기반 'e-코너 시스템'의 핵심 기술도 인휠이다. e-코너 시스템은 구동부에 해당하는 인휠을 중심으로 전자식 조향, 제동, 현가 기술이 융합된 통합 솔루션이다. e-코너 시스템이 적용된 차량은 제자리 회전(제로턴), 가로 주행(크랩주행) 등 특수한 움직임을 구현할 수 있다.

디자인 측면의 혁신도 기대된다. 차체 디자인을 제약하는 파워트레인(동력 전달계) 등 기계적 장치가 사라지기 때문에 공간 활용이 용이하다. 확보된 공간을 이용해 일반적인 차량에서 볼 수 없었던 독특하고 유려한 디자인이 가능하다.