글로벌 친환경 트렌드 속 금속·비금속 신기술 등 핵심 경쟁력 부상…타이어 업계도 관련 신제품 선보여

스톨츠의 알루미늄 소재 적용 브레이크 시스템.
스톨츠의 알루미늄 소재 적용 브레이크 시스템.

전기차(EV)가 전용 부품과 신소재 개발로 더 가볍고 안전하고 효율적으로 변신해 업계의 눈길을 끈다.

업계에 따르면 세계적으로 환경규제가 강화됨에 따라 자동차 산업에서 경량화 관련 신기술·소재가 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있다.

공차 중량 1500kg의 승용차 무게를 10kg 줄일 경우 연비는 2.8% 향상되고 배기가스인 이산화탄소와 질소산화물은 각각 4.3%, 8.8% 감소된다. 뿐만 아니라 가속, 브레이킹, 코너링, 최대 속도, 타이어 내구성 등 모든 주행 능력을 향상시킬 수 있다.

완성차 업계와 부품업계는 자동차 외장재의 대부분을 차지하고 있는 철을 대신해 다양한 신소재를 적용하고 있다. 대표적으로 초고장력 강판(AHSS)이 꼽힌다.

초고장력 강판은 일반 자동차용 강판에 비해 두께는 얇으면서 강도나 강성은 높아 상대적으로 더 얇게 차체를 제작할 수가 있다. 당연히 안전성도 훨씬 뛰어나다.

이와 관련 현대자동차의 ‘아이오닉 하이브리드’는 차체의 절반 이상(53%)을 초고장력 강판으로 바꾸고 정부 공인 복합연비 22.4km/l를 달성하기도 했다.

현대제철은 미래차 소재에 대한 자사의 기술력과 서비스를 소개하기 위해 개발한 콘셉트카 ‘H-솔루션EV’의 차체 골격에 1.8GPa 핫스탬핑 및 1.5GPa 냉연 등 초고장력 강판을 적용했다. 외판은 490MPa 고강도 강판, 알루미늄 및 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 등의 다양한 경량소재를 넣어 동급 전기차 차체 대비 9% 경량화를 달성했다.

이외에도 포스코는 쌍용자동차와 개발 초기부터 전략적 협업을 통해 신형 ‘코란도’ 차체의 74%에 고장력 강판(340Mpa 이상)을 적용했으며 이 중 초고장력 강판(590Mpa 이상)을 46% 이상 도입했다. 덕분에 신차안정성평가(KNCAP) 충돌안전성 1등급 수준의 안전성을 확보했다.

2019 오토살롱위크 사무국 관계자는 “트랜스미션, 열 교환기, 실리던 헤드·블록 등에 엔진 관련 부품에도 알루미늄을 활용한다”며 “알루미늄은 비중이 2.7로 철강재의 35%에 불과해 자동차용 철 소재를 대체하면 40%에 달하는 경량화가 가능하다”고 설명했다. 이어 “금속 이외에 고무, 나무, 플라스틱과 같은 비금속 분야에서도 다양한 신소재가 나오는 추세”고 덧붙였다.

화승알앤에이는 기존 소재보다 가벼운 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)와 열가소성 가황(TPV) 제품을 사용하고 있다. 기존의 성능은 그대로 유지하고 중량은 20~30% 가량 가벼운 제품을 적용해 국내외 유수의 자동차 브랜드에 차체 고무 실링을 납품하고 있다.

브레이크 시스템의 경우 탄소섬유 복합재와 알루미늄을 활용한 신소재 브레이크 시스템이 인기다. 특히 탄소섬유 복합재는 탄성계수가 높아 적은 부피로도 큰 효과를 볼 수 있으며 이를 캘리퍼에 적용함으로써 경량화 뿐 아니라 고성능 제동력도 얻을 수 있다.

가장 대중적으로 알려진 알루미늄 휠은 가벼워서 연비 향상을 비롯 외관과 색상이 화려하고 충격 흡수력이 좋아 편안하고 안전하게 운전할 수 있다. 또 조립부의 정밀가공을 통해 고속 주행 시 차체 떨림을 방지하며 핸들의 흔들림을 감소시켜준다.

미쉐린타이어의 ‘업티스 프로토타입’.
미쉐린타이어의 ‘업티스 프로토타입’.

타이어 업계도 전기차의 고출력, 저소음, 고연비 등 주요 특성을 만족시키는 전용 신제품을 앞다퉈 내놓고 있다.

한국타이어앤테크놀로지는 지난해 10월 미국 IDEA 디자인 어워드에 2세대 전기차 전용 타이어 ‘키너지 AS ev’로 자동차 운송 부문에 출품해 ‘파이널리스트’를 수상한 바 있다.

키너지 AS ev는 전기차 모델에 최적화된 저소음 환경을 구현하며 초고성능 승용차용 타이어 수준의 편안한 승차감과 최상의 주행성능 및 조종 안정성을 제공한다. 전자회로기판을 형상화한 블록 디자인과 전기차에 특화된 사이드월 디자인을 통해 에어로 다이내믹 성능 향상은 물론 다양한 주행상황에서도 최적의 드라이빙이 가능하다.

금호타이어의 전기차 전용 타이어인 ‘와트런’은 패턴, 재료, 구조 측면에서 전기차의 요구 성능에 맞춰 설계됐다. 저소음과 컴포트 기술을 도입했으며 재료 및 구조 측면에서도 고강성·경량화를 동시에 실현하고 최적의 몰드 구조 설계를 통해 내마모성과 접지력을 향상시켰다.

와트런은 금호타이어의 자체 평가 결과 동일규격의 자사 일반 타이어 대비 중량은 11% 정도 가볍고 회전저항(RR)은 18% 가량 적으며 구동력은 5% 가량 높다.

미쉐린은 지난 6월 캐나다 몬트리올에서 열린 ‘무빙온 서밋’에서 승용차에 적용되는 차세대 에어리스 휠 기술 ‘미쉐린 업티스 프로토타입’을 공개했다. 제너럴모터스(GM)와 함께 이르면 2024년 업티스의 승용차 도입을 목표로 프로토타입의 유효성을 공동 검증하기로 했다.

업티스는 공기가 없기 때문에 혁신적인 휠 조합으로 타이어에 바람이 빠지고 펑크가 날 위험이 없는게 특징이다. 향후 자율주행, 전기차, 공유서비스 또는 다른 응용 분야에 관계없이 새로운 형태의 이동성에도 적합할 것으로 기대된다.

미쉐린과 GM은 쉐보레 ‘볼트EV’를 시작으로 업티스의 시제품을 시험하고 있으며 올해 말 미시간에서 실제 주행 테스트를 시작할 예정이다.

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