英 GKN, EV·HEV 겸용 전동 구동계 “eTwinsterX”

편집부
2017년 11월호 지면기사

영국의 GKN 드라이브라인(GKN Driveline)은 지난 9월 개최된 제67회 프랑크푸르트모터쇼(IAA)에서 새로운 전기 액슬(electric axle, eAxle) 콘셉트를 발표했다.
 

‘eTwinsterX’라고 부르는 GKN의 eAxle은 주목할 만한 특징 세 가지가 있다. 하나는 동축 상에 모터와 변속기, 차동기어(differential)를 통합 배치한 구조로 동등한 출력의 다른 시스템보다 훨씬 작다. 이로 인해 전륜구동(FWD), 후륜구동(RWD) 또는 4륜구동(4WD)의 시티카에서 럭셔리 플러그인 하이브리드 SUV에 이르기까지 모든 유형의 차량에 적용할 수 있다.

eTwinsterX의 두 번째 특징은 구동 모터의 동력을 전달하는 고유한 2단 변속기이다. 가능한 최고의 효율을 제공하기 위해 기어 변속을 최적화하고 원활한 변속 성능을 제공한다.
 

세 번째 특징은 GKN이 이미 ‘Twinster’에서 제공하고 있는 토크 벡터링(torque vectoring) 기술이다. 이를 통해 차량의 안정성, 민첩성, 안전성을 향상시킨다.
 

GKN은 현재 400,000개 이상의 eDrive(electric drive) 장치를 생산하고 있으며, eTwinsterX는 이러한 통합 시스템에 대한 회사의 전문성을 보여주는 사례이다.
 

eTwinsterX 시스템은 순수 전기 차량의 메인 구동용이나 분할 차축(split-axle)식 구동계가 필요한 플러그인 하이브리드 차량의 보조 구동용으로 사용할 수 있다. GKN은 현재 포르쉐 918 스파이더와 BMW i8용 고성능 프런트 eAxle뿐 아니라, 볼보 XC90 T8 트윈엔진과 BMW 2시리즈 액티브 투어러용 고효율 리어 eAxle을 제공하고 있다. eTwinsterX는 기존 차량 플랫폼에 통합할 수 있어, 설계를 크게 변경하지 않고 쉽게 4륜구동 하이브리드화를 실현한다.
 

 


eTwinsterX의 2단 변속기는 기존의 1단 전기 구동장치보다 향상된 가속도와 최고 속도의 균형을 유지한다. GKN은 2013년 출시된 BMW i8 하이브리드 슈퍼카에 최초로 적용된 2단 전동 차량 변속기를 통해 이 기술을 개척했다.

다단 변속기는 전기차가 저속 기어를 사용해 더 나은 발진 성능을 제공하고, 고속 기어를 사용해 보다 효율적인 고속 주행을 가능하게 한다. 전기모터가 최적 시점에 가깝게 동작하도록 유지하는 시스템의 최적화된 변속 전략은 최대 주행 거리를 제공할 수 있음을 의미한다. 즉 eTwinsterX는 기존 eDrive 시스템보다 긴 와트 당 주행거리(miles per watt)를 제공한다.
 

일반적으로 1단 변속기는 기계적으로 제한된 최고 속도를 제공하는데, 이 속도를 초과하면 전기모터가 비효율적인 부분에서 동작하기 때문이다. 2단 변속기의 경우에는 고속 기어가 연소 엔진이 있는 기존 기어박스와 동일한 원리를 이용해 높은 주행 속도에서 더 낮은 RPM으로 전기모터를 동작시킬 수 있다.
 

토크 벡터링은 개별 바퀴의 토크 분포를 관리함으로써 차량 동역학을 지능적으로 제어한다. GKN의 Twinster 토크 벡터링 솔루션은 기존의 차동기어를 각 바퀴에 토크 전달을 정밀하게 조정하는 트윈클러치 시스템으로 대체한다는 점에서 독특하다.

Twinster 기술은 eTwinsterX 구동계의 핵심이며, 순수 전기차 및 하이브리드 차량 모두에 이점을 제공한다. GKN의 완전한 전동 구동계는 구동 바퀴에 즉시 높은 토크를 전달하며, 바퀴 간에 토크를 정확하게 분배함으로써 보다 안정된 출발과 가속, 코너링을 보장한다. 플러그인 하이브리드 구동계는 일반적으로 리어액슬에 전기 부품을 추가하므로, 무게가 늘고 차량의 언더스티어(understeer) 경향을 증가시킬 수 있다. 이러한 모델의 경우, eTwinsterX가 뒷바퀴에 토크를 정밀하게 분배함으로써 중량 변화를 완화시켜 보다 민첩하고 부드러운 주행 특성을 제공한다.
 

eTwinsterX는 또한 차량을 감속하기 위해 역방향 토크(negative torque) 효과를 생성할 수 있고, 차동제한(Limited Slip Differential, LSD) 기능을 제공한다. 동역학 불균형이 차축에서 감지될 때, 이 시스템은 더 높은 견인력으로 바퀴에 더 큰 동력을 보낸다. 속도를 줄이면, 전동 Twinster 시스템은 차량을 안정시키고 동시에 운동에너지를 회복시켜 eDrive 시스템의 회복 잠재력을 극대화한다.
 

GKN 드라이브라인의 eTwinsterX는 2017년 말부터 데모 차량에 선보일 예정이다. eDrive 시스템은 양산 적용을 염두에 두고 설계됐으며, 2018년 초 GKN의 광범위한 윈터 테스트 프로그램(winter testing programme)을 포함한 실제 시험을 거치게 된다. 최초의 eTwinsterX 데모 카에는 기존 모델 플랫폼의 플러그인 하이브리드 차량이 포함될 예정이다.  

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