인류가 처음 신발을 신었을 때는 그저 발을 다치지 않게 보호하려는 목적이 전부였다. 그러나 오늘날의 신발은 다양한 목적에 맞게 개발되고 있고, 다채로운 기능도 가지고 있다. 타이어도 마찬가지다. 모빌리티의 발달과 함께 정확한 목적에 부합하는 제품으로 세분화되어 있는 것이다. 실질적인 경험치가 쌓이고 있는 전기차 타이어 개발의 현주소를 살펴보자.
끝없는 테스트의 산물, EV 타이어
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다가올 전기차 시대는 자율주행 및 지능형 교통 시스템과 맞물릴 가능성이 크다.
최근 자동차에 새로운 패러다임이 생겨났다. 바로 전기자동차다. 우리는 현재 내연기관과의 이별을 앞두고 있으며 동시에 새로운 파워트레인으로의 전환을 기다리고 있다.
자동차가 전동화된다는 것은 단순히 동력원이 화석에너지에서 전기에너지로 전환되는 수준을 너머 더 큰 변화를 가져올 것이다. 가령 주유만 해도 그렇다. 단 몇 분이면 기름을 가득 채우고 다시 출발할 수 있는 기존 내연기관차와는 달리, 전치나는 아무리 빨라도 재충전에 20~40분은 투자해야 하니 모든 이동에 계획이 필요하다. 바야흐로 전기차를 맞이하는 새로운 태도를 가져야 한다는 뜻이기도 하다.
에너지의 사용 관점에서도 태도의 변화는 필요하다. 단순히 비용 절약의 차원이었던 과거 내연기관차와는 달리 전기차의 에너지 효율은 곧 이동할 수 있는 거리의 변화를 의미한다. 따라서 충전 환경까지 고려하면 전기차 사용자는 좀 더 민감해져야 할 필요가 있다.
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자동차의 동력이 내연기관에서 전기모터로 전환된다는 것은 많은 변화를 내포한다.
이외에도 자동차의 전동화로 인해 달라질 수밖에 없는 것이 많다. 전동화와 더불어 자율주행의 시대로 전환된다면 운전이라는 행위와 결별하게 될지도 모른다. 이쯤 되면 모빌리티 패러다임의 혁신이라고 해도 좋다.
다만, 이처럼 동력원이 바뀌고 주행의 주체가 바뀐다고 하더라도 변하지 않는 것은 여전히 자동차는 지면에 닿아 있어야 한다는 것이다. 즉, 여전히 타이어는 필수적인 부품이자 드라이빙의 가장 중요한 역할을 담당한다는 뜻이다. 패러다임의 변화와 자동차를 대하는 태도가 달라짐에 따라 타이어의 진화도 불가피하다. 전기차 타이어는 어떻게 진화해야 하는 것일까?
Interview
“전기차는 기존 내연기관 자동차와 특성이 다른 만큼 그에 최적화한 타이어가 요구된다. ‘HEM*기술’의 목표는 고하중 지지력(High Load Capacity), 월등한 접지력(Ultra Grip), 초저소음(Ultra Low Noise)이다.”
*HEM(Hankook Electric Mobility) 기술: 타이어를 기반으로 한국타이어의 미래 혁신 기술
이현규 연구원 (New Tech. Benchmarking Project팀)
HEM 테크놀로지로 탄생한 한국타이어 키너지Kinergy AS ev.
Q. 전기자동차를 위한 타이어가 정말 필요한 것인가?
물론이다. 전기차 역시 시중에서 판매하는 일반 타이어를 끼울 수는 있다. 그러나 중요한 것은 단순한 규격이 아닌, 전기차의 특성에 맞춰줄 수 있느냐하는 것이다.
전기차는 일반 차량과 다양한 면에서 차이가 있다.
첫째, 차량의 플랫폼 자체가 완전히 다르다. 엔진이 사라진 대신 차체 바닥에 배터리가 깔리고 전기모터가 올라가게 되었다. 이러한 변화는 운동 특성에 큰 영향을 준다. 둘째, 배터리로 인해 기존 내연기관 대비 전기차가 더 무겁고, 모터의 특성상 더 스포티한 가속 성능을 보인다. 무거워졌지만 초기 토크가 강하기 때문에 많은 고객들이 타이어가 미끄러지는 듯한 느낌을 느끼게 된다. 즉 높은 수준의 마찰력(Tread Grip)이 필요하단 뜻이다.
셋째, 이러한 두 가지 중요한 변화에 따라 핸들링 특성도 달라진다.
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내연기관 자동차와 전기차의 플랫폼 비교.
Q. 역학 외에 다른 특성이 있다면 무엇인가?
전기차를 이용하는 소비자들을 대상으로 조사해 본 결과, 소음에 더 민감해졌다는 의견이 많았다. 전기모터로 구동하는 조용한 전기차에서 소음에 신경 쓰인다는 게 의아하게 느껴지겠지만 사실 그럴 수밖에 없다. 그간 내연기관 자동차를 운전했을 때, 엔진 소음에 묻혀 있어 들리지 않았던 다른 기타 소리들이, 엔진의 소음이 줄어들자 더 두드러지게 들리게 된 것이다. 따라서 이에 맞는 저소음 타이어 개발이 필요하게 되었다.
Q. 확실히 전기차의 기본적인 정숙성 때문에 타이어나 노면 소음에 상대적으로 더 예민해지는 것 같다.
아직까지는 이질적이라는 의견이 많다. 전기차를 처음 타면 모터 소리가 낯설다가 차츰 타이어에 의해 발생하는 로드 노이즈가 들리기 시작한다. 특히 고속 영역에서 엔진 소음 없이 풍절음만 들리니까 이질적이라 느끼는 것도 무리는 아니다. 다시 이야기하지만, 그래서 전기차 시대엔 타이어의 역할이 더욱 중요해진다고 본다.
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한국타이어 키너지 AS ev는 소음 저감 그루브 및 초고강성 리브 블록 등 전기차 특화 디자인이 적용됐다.
Q. 타이어가 소음을 저감시킬 방법이 있는가?
근본적으로는 타이어 패턴과 피치(Pitch)의 배열, 타이어와 지면이 닿는 접지 형상의 최적화로 소음을 줄여나간다. 특히 횡방향 그루브(Groove)의 설계 형상에 따라 소음을 저감하는 효과가 확실히 드러난다. 이 외에도 타이어 트레드 블록 내부에 홈을 가공해 노이즈 주파수를 상쇄하는 기술도 있다. 일반 고객들도 많이 아는, 타이어 내부에 스펀지 같은 흡음재(Foam)을 붙이는 기술도 있다.
자동차 회사 측에서도 휠 림에 별도의 홈을 만들어 소음을 상쇄시키는 기술을 시도하기도 하는데, 이 역시 타이어 패턴 설계에 따라 소음의 정도가 달라질 수 있다. 어찌됐건 노면과 마찰하는 것은 타이어이기 때문에 타이어 자체의 기술력이 소음에 있어 가장 중요하다.
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역학적 대응 및 소음 저감 등 전기차 시대엔 타이어의 역할이 더욱 중요해진다.
Q. 주행 특성이나 동역학 특성이 바뀌면서 요구되는 타이어의 변화도 있지 않나?
무엇보다 전기차는 중량이 150~200kg 더 무거워지기 때문에, 그에 맞춰 서스펜션 셋업도 바뀌는 경향이 있다. 내연기관과 동일한 셋업을 취할 경우 아무래도 출렁거림이 심해질 테니, 좀 더 딱딱한 셋업으로 바꾸는 편이다. 그러다 보니 자연스럽게 전기차는 승차감이 다소 불편하다는 의견도 생긴다. 이런 특성까지 감안해 최적화된 타이어를 개발하는 중이다.
Q. 핸들링, 소음, 승차감 개선이라는 것은 결국 타이어의 이상향에 가까워지는 것 같다.
그렇다. 전방위에 걸친 개선이 요구된다. 당사에서 개발하는 전기차 타이어들은 실제로 모든 항목의 성능에서 최고 수준의 목표치를 가지고 있다. 현재 개발 진행 중인 모델 패턴들은 22년도 상반기까지는 목표에 근접한 결과를 도출할 수 있을 것 같다.
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한국타이어 벤투스 S1 에보3 ev를 장착하고 출고되는 고성능 전기 스포츠카 포르쉐 타이칸.
Q. 전기차를 구매하는 사람은 여전히 마일리지가 가장 큰 걱정이다. 타이어가 이를 해소해줄 수 있지 않을까?
전기차의 전비(연비)를 높이는 것이 무척 중요하기는 하나 타이어만으로 해결하기에는 어려움이 많다. 구름저항을 낮추면 전비 향상에 도움이 되기는 하지만 전기차 주행거리는 그보다 타이어 외적인 면에서 영향을 받는 경우가 대부분이다. 예를 들어 겨울철에 히터를 사용할 경우 배터리 소모량이 크기 때문에 주행거리가 대폭 줄어든다. 결국 주행거리 확대는 배터리나 충전 기술에 의존하게 될 것 같다. 그렇다고 타이어의 역할이 줄어드는 것은 아니다. 우리는 계속해서 최저 수준의 회전저항 기술 및 공기저항을 낮추는 공기역학(Aero Dynamics)을 적용한 상품을 개발하고 있다.
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Ventus S1 evo3를 장착한 아우디 e-tron의 모습
Q. 전기차를 위한 타이어 개발의 궁극적인 목표는 무엇인가?
개발 경쟁력을 갖추기 위해 우선 전기차 세그먼트(Segment)별로 서로 다른 타이어의 반응이나 특징을 데이터화하는 것이다. 어떤 모델에 어떤 타이어를 장착했을 때 어떤 값이 나온다는 것을 정확하게 수치화한 디지털 데이터로 수집하려고 노력한다.
현재 출시된 전기차를 대상으로 한 데이터 수집을 전기차 타이어 개발과 함께 진행하고 있다. 이와 같은 과정이 앞으로는 점점 필수적인 것이 될 것이다. 자동차 제조사 중 일부는 이미 타이어 제조사에 타이어의 평가 없이 가상 시험(Virtual Simulation) 결과만 요구하는 경우도 있다. 이처럼 디지털 데이터를 바탕으로 시뮬레이터에서 자동차와 타이어 테스트를 하는 쪽으로 변해가고 있다. 앞으로 출시될 다양한 전기차는 이와 같은 방식으로 타이어를 테스트하게 될 것이므로, 우리도 거기에 맞춰 데이터 축적 및 데이터 품질을 높이는 데 많은 시간을 투자하고 있다.
