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| ▲ 현대차기아가 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 취득한 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2) <출처=미국 특허청> |
현대차‧기아가 주행 상황에 따라 휠의 공기 통로를 자동으로 여닫는 새로운 기술로 미국 특허를 취득했다.
고속 주행에서는 휠을 막아 공기저항을 줄이고, 브레이크 냉각이 필요할 때는 다시 열어 열을 배출하는 방식이다. 전기차 주행거리와 내연기관차 연비 개선에 활용할 수 있는 기술로 주목된다.
외신들에 따르면 현대차와 기아는 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2)를 취득했다.
특허 명칭은 '휠 및 이를 포함하는 차량(Wheel and vehicle including the same)'이다. 2023년 12월 한국에서 처음 출원한 기술을 기반으로 2024년 5월 미국에 출원했으며, 지난해 6월 공개된 뒤 이번에 정식 등록됐다.
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| ▲ 현대차기아가 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 취득한 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2) <출처=미국 특허청> |
# 고속에서는 닫고, 브레이크 식힐 때는 연다
기존 자동차 휠은 공기저항과 브레이크 냉각이라는 상반된 조건을 고려해 설계된다.
스포크 사이가 넓게 뚫린 휠은 공기가 원활하게 통과해 브레이크 디스크와 캘리퍼의 열을 식히는 데 유리하다. 반면 표면이 대부분 막힌 에어로 휠은 휠 주변의 복잡한 공기 흐름을 줄여 공기역학 성능을 개선할 수 있다.
하지만 휠을 완전히 막으면 브레이크 냉각에 필요한 공기 흐름이 제한된다는 문제가 발생한다. 현대차·기아의 특허 기술은 이러한 한계를 해결하기 위해 휠 안쪽에 움직이는 날개판을 추가한 것이다.
구조는 비교적 간단하다. 일반적인 휠 스포크 뒤에 중앙 회전 링과 여러 개의 날개판을 배치한다. 링이 회전하면 날개판이 스포크 사이의 빈 공간으로 이동해 구멍을 막는다.
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| ▲ 현대차기아가 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 취득한 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2) <출처=미국 특허청> |
반대로 링이 원래 위치로 돌아가면 날개판이 스포크 뒤로 숨으면서 공기 통로가 다시 열린다. 휠의 구조를 지탱하는 스포크 자체는 움직이지 않는다. 실제로 작동하는 부품은 안쪽의 회전 링과 날개판이다.
특허에는 이 장치를 작동시키는 다양한 방법도 제시됐다. 전기모터뿐 아니라 유압과 공압을 이용할 수 있으며, 전기적 자극에 따라 형태가 변하는 형상기억합금을 활용하는 방식도 포함됐다.
형상기억합금이 작동 장치를 밀면 날개판이 이동해 휠의 개구부를 닫고, 작동력이 사라지면 스프링과 같은 탄성 부품이 날개판을 원래 위치로 되돌린다.
휠 내부에는 작동 장치를 제어하는 전자 회로도 들어간다. 현대차는 휠이 회전하는 상황에서도 개폐 장치를 작동시킬 수 있도록 구동부와 제어 장치의 구조를 구체적으로 제시했다.
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| ▲ 현대차기아가 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 취득한 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2) <출처=미국 특허청> |
# 휠·타이어가 공기저항의 25%…전기차에도 효과 기대
이번 기술이 주목받는 이유는 휠과 타이어가 자동차의 공기저항에 상당한 영향을 미치기 때문이다.
특허 명세서에 따르면 차량 전체 공기저항에서 차체 상·하부 형상이 차지하는 비중은 약 65%, 휠과 타이어는 약 25%, 냉각 관련 저항은 약 10%로 설명된다.
이는 휠과 타이어의 공기역학적 설계를 개선하는 것만으로도 차량 전체의 에너지 효율을 높일 여지가 있다는 의미다.
특히 고속에서는 공기저항의 영향이 커진다. 휠의 개구부를 닫아 공기 흐름을 개선하면 전기차는 전력 소비를 줄이고, 내연기관차는 연료 효율을 높이는 데 도움이 될 수 있다.
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| ▲ 현대차기아가 지난 3일 미국 특허청(USPTO)으로부터 취득한 가변 개폐식 휠 기술에 대한 특허(US 12,779,902 B2) <출처=미국 특허청> |
반면 잦은 제동이 이뤄지는 도심이나 긴 내리막길에서는 브레이크 냉각이 중요해진다. 이때 휠의 공기 통로를 다시 열어 브레이크 디스크 주변으로 공기가 흐르도록 하는 방식이다.
다만 실제 주행 조건에서 언제 휠을 열고 닫을지, 어떤 센서와 제어 방식으로 작동할지는 아직 구체적으로 공개되지 않았다.
더드라이브 / 조하은 기자 auto@thedrive.co.kr
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