테슬라 모델 3의 비밀스러운 기술

오토카코리아 2018.11.08 15:42

테슬라 전기차의 외형적인 창의력 너머를 바라보자. 신형 세단의 속살에 숨은 한층 독창적인 자질이 빛날 것이다

요즘 테슬라를 들먹일 때면 주문량을 제대로 채우지 못하고 허둥대는 메이커의 생산능력을 문제 삼는다. 또 최근 세상을 들썩인 창업자 일론 머스크의 기행도 관심을 끈다. 순수 전기 파워트레인의 기술적인 장래가 논란의 대상이 되기도 한다. 그러나 테슬라는 모델 3을 계기로 섀시와 서스펜션 디자인에서 새로운 접근방법을 개척하고 있다. 두 분야는 자동차의 성능과 매력을 결정짓는 핵심 요소. 그리고 테슬라는 기존업계의 양산차 생산 관행을 따르지 않았다. <오토카>는 테슬라 기술진과 그 개발 과정을 좀 더 깊숙이 파고들기로 했다. 


요즘 대부분의 자동차 메이커는 플랫폼을 바탕으로 새로운 주요 모델을 만들고 있다. 그러나 테슬라 기술진은 모델 3의 섀시와 서스펜션을 백지상태에서 출발한다는 제1 원칙을 밀고 나갔다. 출발점은 타이어였다. 2015년 개발 작업이 시작됐고, 타이어 메이커와 거의 3년 동안 협업을 했다. 모델 S의 타이어 개발기간은 생각보다 더 길었다. 테슬라에 따르면 고성능 전기차 타이어는 재래식 엔진차(ICE)와는 달라야 했다. 장거리용 배터리를 장착한 두바퀴굴림 모델 3은 1700kg을 조금 넘는다.

따라서 타이어는 무거운 차체를 싣고 최고시속 250km(2중 모터 버전)를 견뎌야 한다. 아울러 가속이나 에너지 재생 브레이킹할 때 계속해서 토크를 감당해야 한다. 전기차 무게의 상당 부분은 내연기관차보다 낮은 위치에 있다. 차 바닥 밑에 배터리팩을 넣기 때문이다. 따라서 코너링을 할 때 바깥쪽 한 쌍의 타이어에 수직압력이 덜 쌓인다. 이 문제를 해결하고자 테슬라는 트레드 강성에 노력을 집중했다. 동시에 코너링 그립과 낮은 롤링 저항을 뒷받침할 새로운 타이어 성분을 개발했다. 타이어에는 방음 폼을 넣어 틈바구니에서 증폭되는 소음을 억제했다. 


뒷바퀴에는 한 개마다 더블 위시본과 비슷하게 5개 링크와 한 개의 댐퍼를 갖췄다. 또한 링크를 갈라 타이어의 접지면을 통해 전달되는 힘을 한층 효과적으로 조절했다. 아울러 엄격한 전방 충돌 시험에서 앞 서스펜션을 최대한 보호하도록 설계했다. 사고가 발생할 경우 직접적인 부상을 입는 것 이외에도 도어가 잠기거나 전기차 배터리가 위협이 될 수 있기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해 앞바퀴와 서스펜션이 타격을 받을 때 끊어지도록 설계한 희생링크를 추가했다. 그래서 바퀴가 제3 링크 주위를 돌아간다. 이로써 보디 바깥으로 바퀴가 움직이고, 차와 승객 그리고 배터리를 충격권 밖으로 밀어냈다. 

네바퀴굴림 버전의 추가 모터는 앞쪽 서브프레임 ‘V’의 2개 마운트에 올라앉았다. 그리고 충돌이 일어날 때 뒤쪽 공간으로 물러난다. 파워핸들은 아주 빠른 10:1이었고, 380도 회전에 핸들을 두 번 돌려야 했다. 이 스티어링 시스템은 다중입력방식을 채택했다. 고압 배터리와 전자조절 모듈과 ‘핫백업’용 2개 인버터가 동원됐다. 테슬라 기술진은 모델 3의 앞바퀴에 한층 값비싼 4개 브레이크 캘리퍼를 달아 페달 반응을 개선했다. 동시에 그보다 값싼 단일 피스턴 슬라이딩 버전을 배제하고 독자적인 피스턴을 디자인했다.

이로써 제동기능이 끝나면 브레이크 패드를 걷어 들여 공기저항을 줄이고 주행반경을 늘렸다. 디스크 자체의 수명은 차와 같았다(약 25만km). 이는 모델 3의 에너지 재생 제동 방식이 재래식 브레이크보다 훨씬 경제적임을 입증하는 결과였다. 이 과정에서 부식 작용이 문제가 될 수 있었다. 때문에 기술진은 새로운 반부식 기술을 개발했다. 세부까지 살피는 절실한 관심은 개발팀의 심층을 파고드는 신념과 같았다. 성능이나 비용을 가리지 않고, 어느 부분에서 개선이 이뤄졌을 때 다른 분야에서도 성과를 올리기 위해 최선을 다했다. 


<일론, 주파수가 뭐죠?>

테슬라는 모델 3의 안락성을 위해 서스펜션 개발에 정성을 쏟았다. 여기서 NASA의 학습효과가 큰 힘이 됐다. 캘리포니아에 본거를 둔 테슬라는 인간능력의 한계를 둘러싼 항공우주기구 NASA의 연구 성과를 적극 활용했다. 여기에는 불편을 느끼지 않으면서 일정한 주파수에 인체가 얼마나 견딜 수 있느냐는 연구도 들어 있었다.
 


서스펜션은 움직이는 수직 주파수(헤르츠로 측정한) 안락성만 아니라 운전감각에도 영향을 줬다. 테슬라에 따르면 대다수 서스펜션은 1.0Hz~3.0Hz 사이를 움직이도록 조율됐다. 모델 3의 경우 기술진은 서스펜션의 수직 주파수를 속보나 구보에 맞췄다. 이로써 파워트레인의 성능과 조화를 이뤄 편안하고 스포티하게 조절할 수 있게 됐다. 

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