셰플러, 전기차를 더 깨끗하고 즐거우며 안전하게

최신 하이브리드 모듈부터 인휠까지…

글│한 상 민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr
2017년 01월호 지면기사



오토메카니카 상하이에서 셰플러는 다양한 애프터마켓 제품과 함께 고전압 P2 하이브리드 모듈 등 e모빌리티 솔루션을 소개했다. 셰플러가 제안하는 솔루션과 함께 하이브리드 카 등 전기차는 더욱 효율적이고 안전하며 운전하기 즐거운 차가 돼가고 있다.

 

 

P2 하이브리드 모듈

오토메카니카 상하이(Automechanika Shanghai)에서 셰플러는 다양한 애프터마켓 제품과 함께 고전압 P2 하이브리드 모듈 등 e모빌리티 제품을 선보였다. 셰플러 그레이터 차이나(Schaeffler Greater China)의 e모빌리티 시스템 부문 왕 시안펭(WANG Xianfeng) 프로젝트 매니저에게 소개를 부탁하자 설명이 이어졌다.

“한쪽은 엔진에 다른 한쪽은 트랜스미션에 연결되는, 엔진과 트랜스미션 사이에 통합된 독립적인 전기모터인데, 여기 있는 것은 셰플러의 1세대 P2 하이브리드 모듈입니다. 이 모듈은 64 kW급이지만 현재 혁신적인 3세대 모델이 나와 있고 출력도 80 kW입니다.”

셰플러의 3세대 고전압 P2 하이브리드 모듈은 애플리케이션에 따라 차이는 있지만, 차량의 효율성을 대략 22%까지 개선시킨다. 이 하이브리드 모듈은 다양한 드라이브트레인의 전기화를 위해 모듈 방식으로 개발됐기 때문에 마일드 하이브리드부터 플러그인 하이브리드까지 다양한 드라이브 콘셉트에 적용할 수 있다.

모듈은 오토매틱 디스커넥트 클러치와 전기 모터로 구성된다. 디스커넥트 클러치는 유압식 전달 경로 없이 볼스크류 드라이브를 통해 클러치를 기계적으로 직접 맞물리게 하는 전기기계식 CSC(Concentric Slave Cylinder)에 의해 작동된다. 이는 모듈 외부에 요구되는 액추에이터를 위한 추가적인 공간이 필요 없다는 말이다. 

 



모듈은 최대 800 Nm의 내연기관 토크를 트랜스미션으로 전달할 수 있다. 하이브리드 모듈에 사용되는 전기모터의 효율은 96%, 최대 출력은 100 kW다. 높은 비용 없이 최대 800 Nm의 내연기관 토크를 효율적으로 전달하기 위해 토크 전달은 방향성에 의존하게 된다. 이때 원-웨이 클러치는 트랜스미션과 전기모터 방향으로 구동 토크를 전달하는데 사용되고, 내연기관 방향의 비틀림 토크는 클러치를 통해 전달된다. 높은 토크가 요구된다고 해도 클러치는 여전히 콤팩트한 디자인과 디자인 제한범위, 비용 측면에서 장점을 가질 수 있다.


 

가속 시 내연기관 엔진의 연결 조정은 내연기관, 디스커넥트 클러치, 전기모터, 트랜스미션과 관련해 매우 복잡한 문제다. 그러나 이 원-웨이 클러치는 내연기관과 전기모터의 속도가 동기화되자마자 내연기관에 즉각적인 기계적인 연결을 제공한다. 따라서 조정이 매우 신속히 이뤄진다. 클러치 다이내믹스는 100 ms 이내다.


효율성과 관련된 또 다른 장점은 드라이브트레인의 회전 불규칙성을 능동적으로 차단하는 점이다. 대략 1.500 rpm으로부터 클러치의 마이크로 슬리피지(slippage)와 낮은 속도 범위에서 능동적인 액티브 바이브레이션 댐핑으로 댐퍼를 최적화함으로써 개선된 안락함을 제공하는 동시에 디자인 제한범위를 줄여준다.

왕 매니저는 “1세대 모델은 포르쉐 파나메라와 카이엔 하이브리드 등에 적용됐었다”라며 “셰플러의 하이브리드 모듈이 적용된 다른 모델은 밝힐 수 없지만 여러 OEM과 논의 중이고 중국에서 곧 대량생산될 것”이라고 말했다.

 




일렉트릭 액슬


왕 매니저는 전시장의 하이브리드 모듈 외에 셰플러의 e드라이브 포트폴리오의 설명을 위해 마케팅 부문의 리 지규오(Li Zhiguo)를 소개했다. 지규오에 따르면 셰플러의 주요 제품은 토크 벡터링 기능을 특징으로 하는 3세대 고전압 2속 일렉트릭 액슬(High-voltage Electric Axle), 48V 하이브리드 모듈, E휠 드라이브(E-Wheel Drive) 등이다.

전기차와 하이브리드 카의 인기가 갈수록 높아지면서 이들 차량은 더욱 향상된 연비와 배출가스 저감 성능 외에도 가속력, 최고 속도, 운전의 즐거움, 안전성과 4륜구동과 같은 옵션 제공을 위해 새로운 e드라이브 시스템을 요구하고 있다. 리 지규오는 “이들 제품들은 매우 가까운 미래의 양산을 위해 몇몇 OEM들과 긴밀히 작업되고 있다”고 말했다.





콤팩트 모델의 프론트와 리어 액슬에 대한 3세대 2속 일렉트릭 액슬은 서로 다른 크기의 2개의 수냉식 영구자석 동기 모터, 2단 유성기어, 능동 토크 분배를 위한 토크 벡터링 트랜스미션, 파워 일렉트로닉스, 경량 디퍼런셜 등이 통합된다. 높은 구동력에 대한 짧은 기어비와 고속주행에서도 전반적으로 높은 효율성 달성을 위해 긴 기어비의 두 가지 기어 변속을 통해 전기차의 다이내믹함과 주행거리를 동시에 향상시킨다. 이는 1속 e드라이브 시스템을 장착한 유사 모델과 비교할 때 6% 정도 효율이 높다.

이 액슬의 또 다른 특징 중 하나는 능동 토크 분배로 근본적으로 주행 행태를 바꿀 수 있고 차량의 다이내믹과 안전성 향상에 큰 영향을 미치는 점이다. 구동모터는 지속적으로 구동력을 제공하고 작은 전기 모터는 토크 벡터 트랜스미션을 구동해 능동적으로 디퍼런셜을 회전시킨다. 그 결과 종방향 토크 분배가 발생한다. 능동 토크 분배에 따라 마찰 계수가 다른 표면을 주행할 때 동력 전달을 크게 개선시키며 조향을 보다 안정화, 주행 다이내믹스를 향상시킨다.

전기차에서 프론트와 리어에 각 1개씩 2개의 일렉트릭 액슬을 사용하면 4WD가 가능해지고, 이에 따라 종, 횡방향 모두에 대한 드라이브 토크 분배가 가능하다. 내연기관 차량의 리어 액슬에 일렉트릭 액슬을 추가할 경우도 기계적인 샤프트의 추가 없이 AWD의 구현이 가능하다.

3세대 일렉트릭 액슬의 출력, 토크 등 사양에 대한 물음에 셰플러의 담당자는 “지금까지 사양을 공개하지 않고 있다”고만 답했다.

 




E휠 드라이브


셰플러의 인휠 시스템인 ‘E휠 드라이브’는 미래의 도시이동성을 위한 전기차 솔루션이다. 33 kW급(최대 40 kW), 350 Nm 토크(최대 700 Nm)의 전기모터, 파워 일렉트로닉스 및 컨트롤 유닛, 수냉식 쿨링 시스템, 휠베어링, 브레이크를 휠에 통합함으로써 기존의 드라이브 콘셉트가 해낼 수 없는 새로운 수준의 기능적 자유와 통합, 공간적 이점을 제공한다. 각 휠이 상황에 따라 독립적으로 적절히 대응함으로써 주차, 회전 등의 거동이 매우 유연해지고 토크 벡터링과 함께 탁월한 주행의 즐거움을 선사할 수 있다.


 

48V 시스템


셰플러는 콘티넨탈과 함께 48V 마일드 하이브리드 시스템을 공동개발, 공급하고 있다.
지난해 4월 비엔나 모터 심포지엄에서 포드와 함께 공개한 GTC II 콘셉트 카는 이 시스템의 성능을 잘 설명해준다.

2014년에 열린 이 심포지엄에서 먼저 발표된 1세대 가솔린 기술 콘셉트 카 GTC I의 경우엔 NEDC(New European Driving Cycle) 기준, 레퍼런스 차량 대비 17% 연비가 향상된 결과를 냈다. CO₂ 배출량은 95 g/km 미만이었다. 이는 터보차저 3실린더 1리터 가솔린 엔진(GTDI)과 12V 스톱/스타트 시스템을 장착한 고효율 모델인 포드 포커스(Ford Focus)의 효율성을 한층 더 강화한 것이었다. GTC II의 경우엔 최신 48V 하이브리드 시스템을 장착해 GTC I 대비 효율을 13%나 끌어올렸다.

GTC II의 전기모터는 벨트 구동방식으로 내연기관과 트랜스미션 사이에 통합됐다. 벨트의 업스트림과 다운 스트림의 2개 클러치가 필요에 따라 내연기관이 완전히 분리되도록 한다. 그런 다음 전기모터를 독립적으로 사용한다. 결과적으로 GTC II는 스톱/스타트 기능뿐만 아니라 저부하에서 지속적인 속도의 코스팅 주행을 가능하게 한다.

한편 셰플러는 오는 CES에서 인휠 콘셉트 카와 더불어 혁신적인 베어링 콘셉트를 선보일 예정이다. 셰플러의 핵심 제품인 롤링 베어링은 미래의 네트워크화된 자동차를 위한 센서가 될 것이다. 현미경 수준에서 베어링에 통합된 센서 코팅이 토크, 회전, 힘, 온도를 측정할 수 있게 해 운전자, 플릿 매니저, 정비소 등에 직접적으로 귀중한 데이터를 제공할 것이다.

리 지규오는 “오토메카니카 상하이는 애프터마켓을 위한 쇼라고 볼 수 있지만 우리는 e모빌리티 제품을 선보이고 있고, 이것이
처음이 아니다”라며 “e모빌리티는 자동차 산업의 미래로 셰플러가 포커스하는 분야로, 이 영역에서의 우리의 역량을 보여줄 좋은 기회로 활용하고 있다. 많은 참관객들이 우리의 e모빌리티 제품에 관심을 갖고 더 많은 정보에 대해 문의하고 있다”고 말했다.

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