휠/타이어 기능과 원리 /구성요소

 

휠 / 타이어 / 첨단기술 - 기능과 원리 ● 관련용어 ● 구성요소 ● 방식

스틸 휠은 제조방법이 간단하고 값이 싸 대중적인 승용차에 많이 쓰인다 디자인의 자유도가 높은 알로이 휠은 스틸 휠에 비해 장점이 많다 플랜지는 림의 가장자리에 해당하는 테두리 부분을 말한다. 사진은 플랜지가 있는 휠(위)과 플랜지가 없는 휠(아래) 오프셋은 허브와 휠의 접촉면과 림 너비 중간점의 거리 차이를 수치로 나타낸 것이다 그루브는 젖은 노면에서 타이어의 배수를 돕는 홈이다 요즘의 승용차용 타이어에는 복합적인 트레드 패턴이 쓰인다 여러 주행안정장치의 기능을 한데 모은 것이 ESP다 (위)ABS의 발전을 보여주는 그림. 초기의 ABS 구성요소에 비해 최신 ABS 구성요소의 크기는 매우 작다, 다양한 주행조건에서 ABS를 테스트하는 모습 TCS는 구동력이 타이어의 접지한계를 넘어 바퀴가 헛도는 것을 막기 위한 장치다 ESP가 있는 차와 없는 차의 차이는 위험한 상황에서 뚜렷이 드러난다 ABS의 기본 구성요소 대표적인 스트롱 하이브리드 카인 토요타 프리우스 혼다의 IMA. 오른쪽 아래의 둥근 부분이 변속기와 엔진 사이에 위치하는 스타터 모터 겸용 전기모터다 마일드 하이브리드 시스템에 쓰이는 발전기 겸용 모터(빨간 부분) Hybrid AWD Plug-in hybrid 휠과 타이어 휠은 타이어를 끼워 차축에 결합하는 바퀴 모양의 틀이다. 허브와 휠의 접촉면과 림 너비의 중간점의 거리 차이를 오프셋이라고 한다. 타이어가 지면에 닿는 부분인 트레드에는 배수를 돕고 마찰열을 발산하기 위한 그루브가 새겨져 있다. 휠 휠•wheel 자동차의 휠은 타이어를 끼워 차축에 결합하는 바퀴 모양의 틀로, 소재에 따라 크게 스틸(steel) 휠과 알로이(alloy) 휠로 나뉜다. 스틸 휠은 프레스로 가공한 휠 부품을 용접해 만드는데, 제조방법이 간단하고 값이 싸 대중적인 승용차와 상용차에 많이 쓰인다. 알로이 휠은 합금소재를 주조 또는 단조 등의 방법으로 가공해 만드는데 스틸 휠에 비해 다음과 같은 여러 장점을 갖고 있다. •가볍다 합금소재는 알루미늄 합금이 많이 사용되기 때문에 스틸 휠에 비해 무게가 가볍다. 따라서 스프링 아래 질량이 가벼워져 승차감과 주행안정성이 뛰어나고 연비 개선효과가 있다. •강성이 높다 스틸 휠보다 충격에 견딜 수 있는 한계가 훨씬 높고, 파손되더라도 쉽게 찌그러지지 않기 때문에 타이어가 휠에서 벗겨질 확률이 낮아 안전하다. •발열이 잘 된다 알루미늄의 높은 열전도율로 브레이크의 냉각을 돕기 때문에 고속 주행이나 급제동 때 제동효율을 높인다. •디자인이 다양하다 스틸 휠에 비해 가공방법이 다양해 디자인이 자유롭다. 알로이 휠은 주조 휠보다 단조 휠이 가볍고 강성이 뛰어나지만 생산비가 많이 들어 값이 비싸다. 높은 압력을 사용하는 단조 공정 때문이다. 소재로는 주로 알루미늄 합금이 쓰이지만 고성능 차나 경주차에는 알루미늄보다 더 가벼운 마그네슘이나 티타늄 합금이 쓰이기도 하며, 경우에 따라서는 카본 복합소재로 만들기도 한다. 또한 휠은 구성되는 부품의 수에 따라 원피스(one-piece) 휠과 멀티피스(multi-piece) 휠로 나뉜다. 원피스 휠은 휠 한 개가 한 덩어리로 이루어진 것이고, 멀티피스 휠은 림과 스포크 등 따로 만들어진 두 개 이상의 부품을 결합해 만든다. 림•rim 휠에 타이어가 결합되는 원통형의 테두리 부분을 말한다. 림의 크기는 5J×14 등으로 림의 너비(인치 단위), 플랜지의 모양을 나타내는 기호×림의 지름(인치 단위)을 표시한다. 플랜지•flange 림의 가장자리에 해당하는 테두리 부분을 말한다. 타이어 안쪽의 비드 부분을 옆으로 받치면서 림을 보호하는 역할을 한다. 알로이 휠 중 플랜지가 튀어나오지 않은 형태의 것을 논 플랜지(non-flange) 또는 플랜지리스(flangeless) 타입 휠이라고 한다. 휠 너트•wheel nut 휠을 허브에 고정하는 데 쓰이는 너트. 영어로는 러그 너트(lug nut)라고 한다. 승용차에서는 휠 하나당 4~6개가 쓰이지만 경주차에서는 빠른 휠/타이어 교환을 위해 너트 하나로 잠그는 센터록 방식이 사용된다. 오프셋•Offset 일반적으로 휠이 끼워지는 허브와 휠의 접촉면과 림 너비의 중간점의 거리 차이를 수치로 나타낸 것으로 제로 오프셋(zero offset), 포지티브 오프셋(positive offset), 네거티브 오프셋(negative offset)의 세 종류가 있다. 제로 오프셋은 휠의 접촉면과 림 너비의 중간점이 같은 평면상에 있는 것, 포지티브 오프셋은 휠의 접촉면이 림 너비의 중간점보다 차체 바깥쪽으로 치우친 것을 말하며 요즘 나오는 일반적인 승용차에는 대부분 포지티브 오프셋의 휠이 쓰인다. 네거티브 오프셋은 휠의 접촉면이 림 너비의 중간점보다 차체 안쪽으로 치우친 것으로, 마이너스 휠(minus wheel)이라고도 불린다. 튜닝을 통해 폭이 넓은 타이어와 큰 휠을 끼울 때에 오프셋을 미처 고려하지 못할 때가 많은데, 이 경우 타이어가 차체 밖으로 튀어나와 외관을 해칠 뿐 아니라 오프셋의 변화는 차의 주행안정성에 영향을 미치므로 세심하게 고려해야 한다. PCD(Pitch Circle Diameter) PCD는 휠 볼트의 중심이 이루는 가상의 원의 지름을 말한다. 일반적인 승용차의 휠 볼트는 4개, 5개, 6개로 구성되며 4개의 볼트의 중심이 100mm 지름으로 분포되어 있을 때에는 ‘4×100mm’와 같이 표시한다. 타이어 트레드•Tread 타이어가 지면과 닿는 부분으로, 마찰력과 선회특성, 직진성과 배수성 등을 고려해 다양한 형태의 홈(그루브)이 파여져 있다. 그루브에 의해 트레드가 나뉘어 있는 형태를 트레드 패턴(tread pattern)이라고 하며 모양에 따라 리브(rib)형, 러그(rug)형, 리브러그(rib-rug)형, 블록(block)형 등으로 나뉜다. 현재 쓰이는 승용차용 타이어는 대부분 여러 패턴이 적절히 혼합되어 있다. 그루브•groove 타이어의 트레드 면에 파여진 홈으로, 설계목적에 따라 U자형이나 凹자형 단면을 갖는다. 그루브의 주된 역할은 젖은 노면에서 타이어의 배수를 돕는 것과 함께 타이어와 노면 사이의 마찰로 생기는 열을 발산하는 것이다. 또한 트레드 블록의 단위면적당 접지압력을 높이는 기능도 한다. 트레드의 단단함을 조절하는 한편 눈길에서 접지력을 높이기 위해 트레드 블록에 너비 1mm 정도로 가늘게 판 홈을 그루브와 구별해 사이프(sipe)라고 한다. 사이드 월•side wall 타이어의 옆부분을 말한다. 차체를 수직방향으로 지지하는 역할과 함께 적당한 유연성으로 노면으로부터의 충격을 흡수하는 역할도 한다. 숄더•shoulder 트레드와 사이드 월 사이의 부분을 말한다. 비드•bead 타이어의 안쪽 테두리 부분으로, 휠의 림과 결합되어 타이어의 형태를 유지하고 밀폐시키는 역할을 한다. 컴파운드 •compound 타이어의 트레드에 쓰이는 고무 합성물질을 말한다. 기본적으로 천연 또는 합성고무에 카본 블랙을 비롯한 여러 약품을 혼합해 만들어진다. 컴파운드는 트레드 패턴과 함께 타이어의 특성에 가장 큰 영향을 끼친다. 편평비(aspect ratio)와 타이어의 크기 타이어의 단면 너비에 대한 타이어 높이(비드 끝에서 트레드의 돌출면 가장 위까지의 길이)의 비율을 나타내는 수치. 일반적인 크기 표시가 ‘205/55 R15’와 같이 되어 있다면 타이어의 단면 너비가 205mm, 편평비가 55인 래디얼(radial, R) 구조의 림 지름 15인치 규격의 타이어라는 뜻이다. 이를 기준으로 타이어의 단면너비를 계산해보면 205mm 55%=112.75mm가 나온다. 이 타이어가 끼워지는 림의 지름이 15인치이므로, 타이어 전체의 지름은 (15×25.4)+(112.75×2)=606.5mm이다. 휠과 타이어를 키울 때에는 휠의 오프셋과 함께 타이어 전체 지름의 변화가 크지 않도록 편평비와 타이어의 너비를 고려해야 한다. 휠의 오프셋 변화가 없는 상태에서 타이어의 너비가 넓어지면 타이어가 회전하거나 상하운동할 때 차체에 닿을 수 있고, 타이어 전체 지름이 변하면 속도계와 적산/구간거리계의 수치에 오차가 생기기 때문이다. 런플랫 타이어•Run-flat tire 고무 재질에 공기를 채우는 타이어는 구멍이 나거나 휠이 변형되어 공기가 새어나오면 달릴 수 없게 된다. 이런 비상시를 대비해 대부분의 자동차 트렁크에는 스페어타이어가 실려 있다. 하지만 탄소규제 강화로 경량화에 대한 요구가 높아지면서 스페어타이어를 없앨 수 있는 런플랫 타이어 사용이 조금씩 늘고 있다. 또한 주행 중 공기압이 급격히 낮아지거나 찢어지면 사고로 이어질 수 있기 때문에 런플랫 타이어는 안전성 확보에도 크게 기여한다. 런플랫 타이어의 종류에는 사이드 월을 강화해 공기가 빠진 상태에서도 차 무게를 지지하는 셀프 서포팅 방식(Self-supporting)과 실링재 등을 사용해 스스로 구멍을 막는 셀프 실링(Self-sealing) 그리고 타이어 내부에 구조물을 넣는 방식 등이 있다. 첨단기술 관련 1. 주행안정장치 2. 하이브리드 카 / 연료전지차 01 주행안정장치 기계와 전기 및 전자장비가 결합되어 주행안정성을 높이는 장치들이 발전하고 있다. ABS는 제동 때, TCS는 가속 및 회전 때 주행안정성을 높여주고, ABS와 TCS를 결합하고 차체 기울기 조절기능이 더해진 ESC/ESP도 보편화되고 있다 자동차의 구동계와 섀시는 대부분 기계적인 구조로 구성되어 있다. 그러나 최근에는 환경과 안전이 자동차의 중요한 기본요소로 자리잡으면서, 기계구조의 정확한 제어와 조절을 돕는 전기 및 전자장비가 폭넓게 쓰이고 있다. 기계와 전기 및 전자장비를 통틀어 연구하는 메카트로닉스(mechatronics)가 자동차 분야에서도 빛을 발하고 있다. 엔진의 전자제어와 함께 기계와 전자장비의 결합이 가장 두드러지는 분야로는 주행안정장치를 들 수 있다. 운전자의 의도에 맞게 가속과 감속, 방향조절 및 핸들링 등 차의 움직임을 통제해 주행안정성을 높이는 것으로, 초기의 주행안정장치는 브레이크의 제어에만 국한되었지만 시간이 흐를수록 엔진과 구동장치, 나아가서는 서스펜션에 이르기까지 섀시 전반을 통합해 전자적으로 제어하는 방향으로 발전하고 있다. ABS ABS는 가장 기본적인 형태의 전자제어 주행안정장치로, 현재 주요 자동차 메이커에서 생산되는 대부분의 승용차에 기본장비로 채택될 만큼 보편적으로 쓰이고 있다. ABS는 Anti-lock Brake System(브레이크 잠김 방지장치)의 머릿글자를 따온 것이다. ABS가 자동차에 본격적으로 쓰이기 시작한 것은 1978년 보쉬(Bosch)가 전자제어 시스템을 양산차용으로 내놓은 이후다. 하지만 1930년대에 이미 기본적인 개념이 나왔을 정도로 ABS는 오랜 역사를 갖고 있다. 다만 전자제어 시스템이 나오기 전에는 일부 항공기와 승용차에 기계식 시스템이 쓰였을 뿐, 보편화되지는 못했다. 차가 안정적으로 달리기 위해서는 타이어와 노면 사이에 마찰력이 균형을 이뤄 구동력이 노면으로 잘 전달되어야 한다. 브레이크 페달을 밟아 제동이 이루어질 때에는 브레이크가 타이어의 회전을 제한하게 되는데, 그 힘이 타이어-노면의 마찰력보다 작아야 안정적인 제동이 이루어진다. 그러나 노면이 젖거나 얼어 미끄러울 때에는 타이어의 마찰한계가 낮아지기 쉽다. 또한 급제동을 하면 순간 제동력이 타이어의 마찰한계를 넘어설 수 있다. 이럴 때에는 바퀴가 회전을 멈춘 상태로 미끄러지게 되고, 운전자의 조작과 관계없이 관성에 의해 움직이기 때문에 운전자가 차의 움직임을 통제할 수 없다. 이런 현상을 막기 위해 개발된 장치가 바로 ABS다. ABS는 전자제어장치, 각 바퀴마다 달리는 바퀴 회전속도 센서, 2개 이상의 제동계통 유압밸브로 구성된다. 바퀴 회전속도 센서는 각 바퀴의 회전속도를 끊임없이 감지해 전자제어장치로 신호를 보낸다. 만약 제동할 때 어떤 바퀴의 회전속도가 다른 바퀴들보다 느리면 제동계통의 유압밸브를 조절해 그 바퀴의 제동력을 줄이고, 다시 바퀴의 회전속도가 다른 바퀴들보다 빨라지면 제동력을 높인다. 이러한 동작을 1초에 수십 번 반복함으로써 제동력의 균형을 유지하는 것이다. 브레이크를 단속적으로 작동시킴으로써 급제동하면서도 안정적으로 차의 방향을 바꿀 수 있다. ABS는 시간이 흐르면서 보다 정교한 제어에 다양한 기능이 더해지고 다른 전자제어 주행안정장치와 결합되고 있다. 또한 최근에는 바퀴 회전속도 센서에 먼지나 이물질이 달라붙으면 제 기능을 하지 못하는 점을 고려해 센서의 오염이 감지되면 약한 제동력을 가해 먼지나 이물질을 자동으로 떨어뜨리는 기능이 더해진 것도 있고, 회전과 제동이 함께 이루어질 때 차의 진행방향이 앞바퀴가 꺾인 각도와 일치하지 않으면 좌우 앞바퀴의 제동력을 적절히 조절해 속도를 줄이면서도 운전자가 원하는 방향으로 회전하는 것을 돕는 기능(BMW의 CBC)도 있다. ABS가 제동거리를 줄여준다고 잘못 이해하는 경우도 있는데, ABS의 원래 기능은 타이어의 접지력을 유지해 운전자가 차의 움직임을 통제할 수 있도록 돕는 데 있다. EBD ABS의 발전과정에서 등장한 것이 바로 전자제어 제동력배분(Electronic Brakeforce Distribution)을 뜻하는 말이다. 기본적인 ABS는 각 바퀴의 회전을 일괄적으로 같게 유지하지만 EBD는 차의 주행상태와 제동상태, 각 바퀴에 걸리는 부하에 따라 제동력을 다르게 조절한다. 즉 차에 사람이 많이 타거나 짐을 많이 실었을 때에는 제동 때 관성이 커지는 것을 고려해 각 바퀴의 제동력을 조절하며 코너링 때에는 차체의 무게중심 이동을 감지해 제동력을 조절한다. 일반적으로 무게가 많이 실리는 반대쪽 바퀴의 제동력을 높여 주행 상태의 균형을 맞춘다. TCS TCS는 Traction Control System(구동력 제어장치)의 줄임말이다. 바퀴의 회전속도를 읽고 조절한다는 점에서는 ABS와 개념이 같지만, ABS가 제동 때에만 작동하는 것과 달리 TCS는 정지 상태에서 출발, 가속, 회전 등 제동 이외의 상황에서 작동하는 것이 차이점이다. TCS는 구동력이 타이어의 접지한계를 넘어 바퀴가 헛도는 것을 막기 위한 장치다. 예를 들어 미끄러운 노면에서 정지했다가 출발하거나 가속 또는 회전하면서 액셀러레이터를 지나치게 깊게 밟았을 때에 TCS가 작동한다. TCS는 브레이크를 조절해 바퀴의 회전을 통제하는 BTCS(Brake TCS), 스로틀을 조절해 엔진출력을 통제하는 ETCS(Engine TCS), BTCS와 ETCS를 통합한 FTCS(Full TCS)가 있다. BTCS는 브레이크 페달이 움직이지 않아도 브레이크를 작동할 수 있도록 전자유압장치가 제동계통에 더해진다. ETCS는 구동력이 지나치게 높다고 판단되면 엔진제어 컴퓨터(ECU)를 통해 연료 분사시기와 분사량을 조절하는 방식으로 엔진출력을 떨어뜨린다. TCS는 ABS와 마찬가지로 타이어의 접지력을 유지해 안정적인 주행을 도울 뿐, 미끄러운 노면에서 구동력을 높여주는 역할을 하지는 않는다. TCS는 일반적으로 쓰이는 용어로, BMW는 ASC(Automatic Stability Control), 메르세데스 벤츠는 ASR(Anti-Skid Regulation)이라는 이름을 쓴다. ESC/ESP ESC 또는 ESP는 ABS와 TCS를 통합하고 요(yaw) 조절기능을 더한 복합 전자제어 주행안정장치를 말한다. 일반적인 용어로는 ESC(Electronic Stability Control)라고 하지만, 보쉬의 상품명인 ESP(Electronic Stability Program)로도 널리 알려져 있다. 1995년 메르세데스 벤츠와 BMW의 차에 처음 쓰이기 시작했고, 보쉬와 컨티넨탈 오토모티브 시스템즈(컨티넨탈 테베스), 덴소 등의 제품이 가장 보편적이다. ESC는 ABS와 TCS에 요 조절 기능을 더한 것으로 가속과 감속, 선회 때의 차체 움직임을 모두 감지하고 통제한다. 또한 운전자가 의도하는 주행방향을 스티어링 휠의 회전각도와 브레이크 페달 작동 정도를 통해 파악하고, 차의 반응을 진행방향 가속도와 옆방향 기울기, 각 바퀴의 회전속도와 비교해 판단한다. 수집된 정보를 바탕으로 상황에 따라 각 바퀴의 브레이크를 독립 제어하고, 브레이크 작동만으로 차체 움직임의 통제가 어려울 때에는 엔진출력을 낮추기도 한다. 일반적으로 ABS와 TCS의 기본기능을 모두 갖고 있으며 언더스티어 때에는 안쪽 뒷바퀴, 오버스티어 때에는 바깥쪽 뒷바퀴의 제동력을 키워 뉴트럴 스티어에 가까운 주행을 돕는다. 여러 조사결과에 따르면 ESC/ESP는 교통사고 예방효과가 뛰어나다. 예를 들어 미국 고속도로교통안전국(NHTSA)은 2004년에 ESC가 충돌사고를 35% 정도 줄이는 효과가 있다고 발표한 바 있으며. 이와 같은 예방안전효과 때문에 많은 메이커들이 주요 차종에 ESC/ESP를 기본 또는 선택장비로 마련하고 있는 추세다. 그러나 메이커마다 상표권 분쟁을 피하고 독자성을 강조하기 위해 DSC(BMW, 재규어, 랜드로버 등), VDC(피아트, 닛산 등), VSA(혼다), VSC(토요타, 스즈키 등) 등 각기 다른 이름을 쓰고 있다. 최근에는 SUV처럼 차체와 무게중심이 높은 차를 위한 전복방지 기능이 더해진 ESC/ESP도 나오고 있다. ARP(Active Rollover Protection)나 RSC(Roll Stability Control) 등으로 불리는 전복방지 기능은 ESC에 롤(roll) 감지 및 제어 기능을 더한 것이다. 이 기능은 ESC/ESP에 연결된 자이로 센서가 차체의 롤 각도와 롤 속도를 측정해, 회전 때 속도가 지나치게 빨라 정상적인 주행조건보다 롤 각도가 크고 롤 속도가 빠르면 엔진의 출력을 떨어뜨리고 필요한 바퀴에 제동력을 가한다. 02 하이브리드 카&연료전지차 하이브리드 전기차는 엔진과 전기모터의 개입 정도에 따라 스트롱 하이브리드와 마일드/어시스트 하이브리드로 나뉜다. 연료전지차는 자체적으로 전기를 발생하는 연료전지를 이용해 달리는 전기차를 말한다 하이브리드 카•hybrid car 하이브리드(hybrid)는 ‘잡종’을 뜻하는 영어 단어로, 자동차에서는 두 종류 이상의 서로 다른 성격의 구동계가 결합된 것을 말한다. 일반적으로 하이브리드 카는 내연기관과 전기모터 구동계가 결합된 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle)를 말한다. 현재 시판 중인 차에 쓰이고 있는 하이브리드 시스템은 특성에 따라 크게 풀(full) 하이브리드와 마일드(mild) 및 어시스트(assist) 하이브리드로 나뉜다. 또한 결합되는 내연기관의 종류에 따라 구분되기도 하지만 구조적인 면에서는 큰 차이가 없다. 풀 하이브리드•full hybrid 스트롱 하이브리드라고도 한다. 이것은 엔진과 전기 모터를 모두 갖추고 주행조건에 따라 엔진 또는 모터만 써서 달리거나 두 동력원을 함께 써서 달린다. 대표적인 풀 하이브리드 기술로는 토요타의 하이브리드 시너지 드라이브(Hybrid Synergy Drive, HSD)가 있다. HSD는 컴퓨터가 전체 시스템의 작동을 감지하고, 엔진과 모터를 어떻게 쓸 것인지를 판단한다. 모터 구동 모드에서는 출력이 더 필요할 때나 배터리 충전량이 기준치 이하로 떨어질 때에만 엔진이 작동한다. GM이 처음 제안하고 다임러크라이슬러와 BMW가 공동개발하기로 한 투모드 하이브리드(two-mode hybrid) 역시 풀 하이브리드 기술이다. 이 방식은 엔진과 모터에서 나오는 구동력이 하나의 축으로 전달되고, 변속기 내에 엔진과 모터의 구동력을 각각 담당하는 고속용 기어와 저속용 기어가 있어 두 가지 작동 모드를 갖기 때문에 투 모드라는 이름이 붙었다. 저속에서는 풀 하이브리드로 작동되며, 고속이나 고부하 주행 때에는 엔진이 항상 회전하고 모터가 보조역할을 한다. 풀 하이브리드는 마일드 하이브리드에 비해 모터 의존도가 높다. 즉 모터만으로 달리는 조건이 많기 때문에 연비가 우수하다. 그러나 모터에 충분한 전력을 공급할 수 있는 대용량 배터리와 고전압 전기계통, 엔진과 모터의 작동을 정밀하게 제어할 수 있는 컴퓨터 프로그램과 조절장치가 필요하다. 마일드/어시스트 하이브리드 마일드 하이브리드는 일반 엔진 구동계에 제동 에너지 재활용 기능을 갖춘 발전기 겸용 모터를 더한 것으로 정속 주행, 제동, 정지 때에 엔진을 꺼서 연료소비를 줄이는 방식이다. 어시스트 하이브리드는 주 동력원으로 엔진을 쓴다는 점은 마일드 하이브리드와 비슷하지만, 가속과 부하주행 때 전기 모터가 엔진의 회전력을 높이기 위해 쓰인다는 점이 다르다. 마일드 하이브리드는 엔진 의존도가 높은 만큼 일반적인 내연기관 자동차의 구조를 크게 바꾸지 않아도 된다. 많은 부품을 필요로 하지 않고 개발비가 적게 드는 만큼 풀 하이브리드 시스템보다 값이 싸다. 그러나 실질적인 연비향상 효과가 적은 것이 흠이다. 실용화된 마일드 하이브리드는 GM의 대형 트럭/SUV용 시스템이 대표적이지만, 최근 개발되고 있는 마일드 하이브리드는 대부분 모터가 엔진 회전력을 높이는 기능을 더해 어시스트 하이브리드의 성격을 띠고 있다. 대표적인 어시스트 하이브리드 시스템인 혼다의 IMA(Integrated Motor Assist)는 1999년 혼다의 첫 하이브리드 카인 인사이트(Insight)를 통해 소개되었고, 이후 나온 혼다의 여러 하이브리드 카들에 이어져 내려오고 있다. IMA는 엔진과 변속기 사이에 얇은 모터를 설치한다. 이 모터는 스타터 모터, 플라이 휠의 역할과 함께 엔진 구동력을 높이는 역할을 한다. 1세대 IMA는 엔진이 항상 회전하고 모터가 엔진의 보조적인 역할밖에 하지 못했지만, 2011년 등장한 2세대에서는 정속주행 때에 엔진을 끄고 모터만으로 달릴 수 있는 기능을 더했다. IMA는 토요타의 HSD나 GM/다임러크라이슬러/BMW의 투 모드 하이브리드에 비해 상대적으로 엔진 의존도가 높다. 그러나 제동 때 생기는 감속에너지를 재활용해 차의 가속을 돕는 것이 효율적이어서, 배기량이 작은 엔진과 결합하면 효과적이다. 또한 IMA의 모터는 일반 자동차의 12V 교류발전기처럼 작동하기 때문에, 다른 하이브리드처럼 전기장치에 높은 전압이 필요하지 않다. 플러그인 하이브리드•plug-in hybrid 플러그인(plug-in) 하이브리드는 외부 충전설비를 통해 모터 구동을 위한 배터리를 충전할 수 있는 기능이 더해진 하이브리드 카로, 일반 하이브리드에 전기차의 기능을 더한 것이다. ‘플러그인’이라는 말은 충전을 위해 외부 전원에 플러그를 꽂는다는 뜻. 플러그인 하이브리드는 배터리 용량을 늘리고 외부 충전기능을 더함으로써 모터로 달릴 수 있는 거리를 늘릴 수 있기 때문에 엔진 의존도를 낮출 수 있다. 하이브리드 AWD•hybrid AWD 네바퀴굴림(AWD) 방식을 하이브리드 구동계와 접목한 것을 말한다. 현재 앞바퀴굴림 방식 하이브리드 시스템을 바탕으로, 뒷바퀴 전용 모터를 따로 두어 가속 때나 미끄러지기 쉬운 노면에서 뒷바퀴를 굴림으로써 AWD의 기능을 하도록 만든 시스템이 실용화 되어 있다. 이 시스템은 뒷바퀴에도 제동 에너지 재활용 기능이 있어 앞바퀴굴림 방식 하이브리드 시스템보다 에너지 충전효율이 높다. 연료전지차•fuel cell vehicle 연료전지차는 엔진 대신 모터로 구동력을 얻는다는 점에서 기본적으로 전기자동차와 유사한 특성을 지닌다. 그러나 외부 전원을 이용해 배터리를 충전하고, 그 축적된 전기로 전기모터를 작동시키는 전기자동차와 달리, 연료전지차는 연료를 이용해 자체적으로 전기를 만들어낸다는 점이 다르다. 연료전지•fuel cell 연료전지(fuel cell)는 화학작용을 통해 전기에너지를 만드는 장치. 화학작용을 일으키는 물질이 전기에너지를 만들면서 소비되기 때문에 계속 외부에서 공급해 주어야 한다. 가장 대표적인 연료전지인 수소 연료전지는 수소와 산소를 연료로 사용하는데, 양자교환막(proton exchange membrane, PEM)을 거치면서 연료인 수소(H2)와 산화제인 산소(O2)가 반응해 전기를 만들어낸다. 전기를 만들어낸 수소와 산소는 반응잔여물로 물(H2O)을 생성한다. 일반적인 수소 연료전지는 발생전압이 0.86 볼트에 불과하다. 따라서 자동차의 전기장치를 구동할 수 있을 만큼의 충분한 전압을 얻기 위해서는 연료전지를 여러 층으로 구성하고 이를 직렬 또는 병렬 회로로 연결해야 한다. 이렇게 연결된 연료전지의 덩어리를 연료전지 스택(stack)이라고 한다. 수소 외에도 메탄올, 경유 등 다양한 물질들을 연료로 쓸 수 있지만, 반응잔여물로 이산화탄소 등 대기오염물질을 내놓기 때문에 무해한 물을 내놓는 수소가 가장 바람직한 연료로 꼽힌다. 그러나 수소의 대량생산과 공급, 차 안에 안전하고 효율적으로 저장하는 방법 등의 개발에 어려움을 겪고 있어 실용화되기까지는 오랜 시간이 걸릴 것으로 보인다. <자료출처=자동차생활>