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주행 성능 UP! 하이브리드 차 ASC 변속기술 세계 최초 개발

하이브리드 자동차는 연비가 좋은 반면, 변속감이 다소 늘어지고 답답하다는 단점이 있었다. 현대차그룹이 이 단점을 획기적으로 개선시킨 기술을 공개했다. 세계 최초다.

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하이브리드 자동차의 가장 큰 장점은 내연기관만 쓰는 자동차에 비해 연비가 뛰어나다는 점이다.엔진이 해야 할 일을 주행모터가 덜어주기 때문에 연료 소모가 상대적으로 적다. 장점을 극대화하기 위해 하이브리드 자동차는 차체 다른 부분도 연비 상승에 유리한 쪽으로 설계된다. 공기저항을 최소화하는 디자인 등이 그 예다. 


변속 및 주행감성을 일부 양보해야 했던 기존 하이브리드 변속 시스템

하이브리드 모델은 파워트레인도 성능보다 연비 지향의 성격을 띤다. 대표적인 부분이 변속기다. 기존 자동변속기는 변속 충격을 완화하기 위해 토크컨버터(유체로 엔진의 토크를 변환하여 동력을 전달하는 장치)라는 부품을 사용한다. 토크컨버터는 변속 충격을 줄이는 것 외에도 동력을 신속하게 전달하는 장점이 있다. 

자동변속기 앞에 바로 붙어 있는 토크컨버터(좌측 큰 부품)는 변속 충격을 완화하지만, 동력 손실이 큰 것이 단점이다

하지만 토크컨버터에는 단점도 있다. 토크컨버터는 동력이 직접 연결되어 전달되는 것이 아닌 토크컨버터 내부에 있는 유체를 거쳐서 전달되기 때문에 일부 에너지 손실이 발생한다. 그리고 토크컨버터의 무게 또한 무겁기 때문에 연비에 불리할 수 밖에 없다. 결국 연비를 조금이라도 높이고자 하는 하이브리드 자동차에 있어 토크컨버터는 도움이 되지 못한다.


그래서 일반적으로 하이브리드 자동차는 무겁고 동력 손실이 있는 토크컨버터를 삭제하여 연비 효과를 극대화 했다. 


그러나 이 방식도 완벽한 것은 아니다. 토크컨버터가 없는 탓에 때에따라 변속 충격이 발생할 수 있었다. 이런 단점을 없애고 부드러운 변속감을 만들기 위해 도입된 방법이 인위적인 변속 시간 증가다. 이렇게 되면 유압이 충격을 흡수할 시간도 확보할 수 있다. 덕분에 부드러운 변속감도 구현할 수 있었지만, 그 때문에 변속감이 늘어지거나 균등하지 못하는 단점도 생기고 말았다. 

기존 하이브리드 자동차는 가속 페달을 밟아도 차가 한 박자 늦게 움직이는 답답함을 보여줬다

하이브리드 차를 탔을 때 간혹 경험하는 이질감을 기억하는가? 가속 페달을 밟아도 차가 한 박자씩 늦게 반응하고 꿀렁이는 느낌이 들었던 것은 바로 이러한 변속 구조 때문이다. 그러나 연비 상승이라는 하이브리드 차 고유의 목적을 달성할 수 있었기에 변속 및 주행감은 다소 양보해야만 했다. 적어도 지금까지는 그랬다. 현대자동차그룹이 하이브리드 자동차의 변속 정밀 제어 기술 'ASC(Active Shift Control)'를 세계 최초로 개발하기 전까지는. 


하이브리드 주행 모터를 활용한 변속 정밀 제어 기술, ASC

ASC는 앞서 언급한 하이브리드 자동차의 자동변속기가 갖고 있던 모든 단점을 해결했다. 늘어지고 불균등한 변속감이 사라졌고, 변속 시간은 빨라졌으며, 내구성까지 높였다. 이 모든 것이 가능했던 건 하이브리드 자동차라면 기본적으로 달려있는 주행 모터를 새롭게 해석하고 활용했기 때문이다. 현대차그룹은 주행 모터를 활용해 독자 개발한 변속 로직만을 추가했다. 때문에 무게 증가, 구조의 복잡화 같은 문제 없이 하이브리드 변속기의 단점을 말끔하게 해결했다. 


ASC의 기본 원리를 이해하기 위해서는 먼저 하이브리드 차의 파워트레인 구조부터 알아야 한다. 


기존 내연기관 자동차는 엔진, 자동변속기, 바퀴가 직렬로 연결된다. 엔진에서 발생한 동력이 변속기를 거쳐 바퀴로 전달되는 형태다. 이 때 엔진 동력을 주행속도, 차량의 무게, 도로 상황 등에 맞춰 적절히 키우고 줄여 바퀴로 전달하는 게 자동변속기의 역할이다. 정지 상태에서 출발할 때처럼 큰 힘이 필요할 경우 저단을, 높은 속도로 정속 주행을 할 때처럼 큰 힘이 필요하지 않을 때는 고단을 선택하는 자동변속기의 움직임을 떠올리면 이해가 쉽다. 


하이브리드 자동차는 엔진과 자동변속기 사이에 하이브리드 주행 모터가 추가되어 동력 전달에 관여한다. 다시 말해 엔진만의 동력, 주행 모터만의 동력, 엔진과 주행 모터가 함께 만들어내는 동력이 변속기를 거쳐 바퀴로 전달된다는 얘기다. 엔진 혼자 부담해야 할 동력 생성을 전기모터가 보조하기 때문에 연비가 좋은 것은 물론 가속력에서도 유리하다. 


기존 HEV 변속의 단점 극복, 제어 로직만으로 변속감, 성능, 내구성, 연비 향상

HCU의 로직을 통해 주행 모터를 컨트롤 하고 이를 통해 모터는 초당 500회씩 변속을 정밀 제어한다

ASC는 하이브리드 차가 가지고 있는 전기모터의 역할을 새롭게 해석한 것에서 출발한다. 구체적으로는 하이브리드 차의 동력 제어를 총괄하는 HCU(Hybrid Control Unit)에 독자 개발한 변속 제어 로직 알고리즘을 추가했다. 


이 알고리즘은 하이브리드 주행 모터에 적용된다. 이를 통해 모터는 모터 내부에 내장된 센서를활용하여 변속기로 들어오는 엔진의 동력(입력축)과 변속기를 거쳐 나온 동력(출력축)의 속도를 초당 500회씩 정밀하게 모니터링하면서 변속기의 회전 속도를 엔진의 회전 속도와 신속하게 동기화시킨다. 다시 말해 변속을 하는데 필수적인 엔진과 변속기의 속도 동기화를 변속기 내의 유압이 아닌 주행 모터가 정밀하고 신속하게 대신해 준다. 


또한 기존에는 도로 상황, 변속기 내부의 오일온도 변화 같은 다양한 변수를 추정할 수 없었기 때문에 초기에 설정된 값으로만 변속을 강행했다. 예를 들어 급격한 언덕을 오를 경우, 변속기 내부 온도가 급상승하여 변속기 오일(ATF)에 기포가 발생하는 등의 변수가 생길 경우, 초기 설정값만으로는 동력을 매끄럽게 전달할 수 없다. 이는 결국 변속 시간을 지연시키면서 주행 성능의 저하로 이어진다.


반면, ASC는 이런 문제가 발생하지 않는다. 아니, 발생할 일 자체가 없다. 주행 모터 내부에 장착된 센서를 통해 도로 상황, 변속기 내 오일온도 변화를 추정하고 이를 바탕으로 최적의 변속 제어를 할 수 있기 때문이다. 

ASC가 적용된 변속기는 그렇지 않을 때보다 변속 속도가 약 30% 정도 빨라진다

구체적으로 ASC를 사용하면 기존 방식 대비 변속시간을 약 30% 단축할 수 있다. 외부 조건을 측정하고 이에 빠르게 대응할 수 있어 변속의 일관성(변속 시간의 편차)도 50% 좋아진다. 

ASC를 적용하면 내외부 조건에 실시간으로 대응해 일관된 변속 시간이 만들어진다

이러한 신속하고 일관된 변속을 통해, 가속 성능 향상과 연비 상승은 물론 변속을 하기 위해서는 불가피하게 발생하는 마찰 또한 최소화 하여 내구성까지 높일 수 있게 된다. 


하이브리드 변속의 패러다임을 바꾼 변속 제어 기술, ASC

현재 ASC 기술은 미국 6건을 포함하여 EU, 중국 등 전 세계 주요 국가에서 20여건의 특허 등록을 완료한 상태이다. ASC기술은 곧 출시 예정인 신형 쏘나타 하이브리드를 시작으로 하이브리드 세단 뿐만 아니라 현대차 그룹이 개발 중인 하이브리드 SUV에도 단계적으로 확대 적용될 예정이다. 


ASC 기술은 하이브리드 다단 변속에 모터 정밀 제어를 도입한 획기적인 기술로서, 현대차그룹은 앞으로도 글로벌 시장에서 하이브리드 자동차의 경쟁력을 지속 높여나갈 계획이다. 

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