전기차 전용 타이어와 휠은 뭐가 다른가

Jan 13. 2025

자 오늘은 자동차니까 타이어와 휠이야기를 해봅시다. 전기차의 급격한 보급과 기술적 발전은 기존 내연기관 자동차와는 완전히 다른 요구사항을 만족시키는 새로운 부품 설계를 필요로 하고 있습니다.

특히 무게가 증가하고 무게중심이 달라진 데다가 소음이 엔진소음으로 가려지던 부분이 사라지니 추가적인 고려가 필요한 부분이 많죠, 그중에서도 타이어와 휠은 전기차 성능과 효율성에 직접적인 영향을 미치는 핵심 구성 요소로, 단순히 기존 부품의 재사용으로는 최적의 성능을 구현하기 어렵습니다.

이유가 뭘까요?

대표적으로 위와 같은 변화를 뽑을 수 있겠네요 배터리로 인한 높은 중량 증가, 모터 특성으로 인한 즉발적인 고토크 출력, 그리고 엔진이 사라짐으로 인한 저소음 및 진동 요구가 있겠죠

결론적으론 전체적으로 위이유들로 인하여 흡음재를 더 달아야 한다는 게 중론입니다. 그래서 이러한 특성은 주행 안정성과 효율을 좌우하는 타이어와 휠의 설계 및 소재 선택에서 중요한 설계 기준으로 작용하는 것이죠.

예를 들어, 전기차는 높은 토크를 즉시 전달할 수 있어 타이어에 순간적으로 큰 마찰력을 요구하며, 배터리로 인해 중량이 증가하면서 타이어의 하중 지지력과 내구성의 요구치가 과거와는 달라진 데다가.

타이어뿐만 아니라 휠 또한 전기차의 공력성능, 에너지 효율, 열관리의 중요성도 올라간 것이죠, 여기에 휠은 단순히 타이어를 고정하는 부품을 넘어, 차량 전체의 공기역학적 성능과 회전 질량을 최적화하는 요소로 결국 휠에서 마저도 전용 디자인을 하고 있는 추세입니다. 전기차의 경우 공력 효율이 주행거리와 직결되므로, 공기역학적 디자인(Aero Wheel)을 고려한 공력휠이라는 녀석을 내놓고 있는 것이죠

결론적으로, 전기차 전용 타이어와 휠의 개발은 단순한 내연차 기술의 연장이 아닌, 전기차의 특수한 요구사항을 충족시키기 위해 독립적으로 설계되고 최적화되어야 한다는 겁니다. 오늘은 전기차 타이어와 휠의 구조적·기술적 특징 이야기를 해 봅시다.

1. 타이어 및 휠 구조의 기본 이해

타이어는 크게 트레드(Tread), 카카스(Carcass), 사이드월(Sidewall), 비드(Bead)로 구성됩니다. 아래와 같이 구성되지만 그거 이외에도 비드코어나 벨트 같은 구성요소들도 있죠 우선은 이 이야기를 해볼까요?

트레드(Tread) 타이어의 외부 표면, 마찰력과 그립력을 담당, 트레드의 디자인은 차량의 주행 조건(고속, 오프로드, 사계절 등)에 맞추어 패턴과 고무 혼합물 비율을 조정

카카스(Carcass)는 타이어 내부의 기본 구조, 섬유와 스틸 와이어로 구성되어 형태를 유지하고 차량 하중을 지탱

사이드월(Sidewall) 타이어의 옆면으로, 외부 충격으로부터 내부 구조를 보호하고 타이어의 강성과 유연성을 균형 유지

비드(Bead)는 타이어와 휠 림을 단단히 고정, 고강도 스틸 와이어로 보강

대충이 정도로 정리할 수 있겠네요 사실 이런 구조론에서 중요한 부분은 결국 기존차와는 뭐가 달라지냐는 겁니다.

위에서 설명한 대로 변경이 있었으니 맞춤형으로 제작을 해야 한다 정도죠 결국 변화를 정리해 보면 초기 토크가 강하고 조용하니까, 더 흡음재를 활용한 조용한 타이어와 높은 수준의 마찰력(Tread Grip)을 만들어 내야 한다로 요구조건이 추가된 것이죠

2. 자동차 휠의 기본구조

휠은 크게 림(Rim), 스포크(Spoke), 허브(Hub)로 구성됩니다.

림 (Rim)-타이어를 지지하고 고정하는 구조물, 타이어의 비드를 담는 역할

포크 (Spoke) -림과 허브를 연결하며 하중을 분산

허브 (Hub)-휠을 축에 고정 차량의 구동력과 제동력을 전달

사실 디스크라는 녀석은 그냥 튀어나와서 하중분산의 역할이지만 일단 이 정도가 있습니다.

이론적으로는 그렇게 큰 게 없죠 물론 강성과 구조역학을 따지면 갑자기 머리 아파지지만 거기까지 갈 건 아니니까요

2. 휠의 직경은 큰 게 좋을까 작은 게 좋을까?

결론부터 보고 갑시다 휠의 크기에 따라 주행거리가 거의 40KM 차이가 납니다 대략 8~10% 차이가 나는 건데 이게 말이 되는 걸까요?

이론적으로 봐봅시다. 휠 지름이 증가하면 휠의 전체 회전 관성이 커집니다. 이는 곧 회전 관성은 휠을 회전시키는 데 필요한 에너지를 증가시킨다는 뜻이죠

관성 모멘트는 위와 같은 수식으로 결정되는데 여기서 I는 관성 모멘트, m은 휠의 질량, r은 휠의 반지름입니다. 휠 지름이 커질수록 r제곱으로 저항이 커지고 무게는 증가하니 회전 관성이 크게 증가한다는 뜻이죠 물론 산정에는 다른 공식들도 들어갑니다만. 결론적으로 휠의 인치가 클수록 구동 모터는 더 많은 에너지를 소비하여 휠을 가속하거나 감속해야 하므로, 전력 소비량이 증가한다는 것이죠

문제는 일반소비자 입장의, 도시 주행의 경우 가·감속이 빈번한 환경이고 거기에 전기차는 가감속이 빠르기에 그만큼 관성의 영향을 크게 받습니다.

실제로 전비나 연비는 체감하시는 분들이 꽤 많고요

그럼 무조건 작은 휠이 좋냐 물어보시면 큰 휠에는 그것만의 장점이 있습니다 직경이 크다면 그만큼 타이어가 도로의 작은 굴곡과 충격을 더 효과적으로 흡수할 수 있어 승차감이 향상된다는 이야기도 많아요 다만 오프로드 환경이 아닌 출퇴근 환경에선 드라마틱할 정도의 차이가 안 날 뿐이죠

3. 그래서 전기차 휠은 뭐가 다른데?

위 사진처럼 전기차는 공력 휠이라는 녀석을 사용합니다. 휠의 개구율(휠의 비어 있는 비율)이 5%만 차이가 나도 공기저항계수(CD)는 0.003 이상 벌어진다는 연구결과가 있는데 실제로 전기차는 주행거리로 경쟁을 하는 제작품이고 그중에서도 0.001이라도 줄이려는 시대에서는 메인전장이라 해도 과언이 아니죠 CD는 따로 특집을 준비하고 있으니 거기서 다뤄보도록 하고 우선은 낮을수록 좋다는 개념만을 잡고 있어 주세요

제가 좋아하는 차량인 아이오닉 5에 들어가는 휠은 프랙털(Fractal) 형태의 디자인이 가장 큰 특징으로 개발된 차량이죠, 프랙털이란 같은 패턴이 반복되는 기하학적인 형태로 20인치 휠에서는 작은 다이아몬드 형상이 끝없이 반복되어 휠에 입체적인 느낌을 더해주고 19인치 휠도 큰 다이아몬드 형상이 반복되는 프랙털 휠을 만들어서 판매 중인 겁니다.