현대차 차세대 하이브리드, P1모터와 P2모터 병렬연결

현대자동차그룹은 10일 '현대자동차그룹 차세대 하이브리드 시스템 테크 데이'를 통해 차세대 하이브리드 기술을 공개했다. 차세대 하이브리드는 '동력과 효율의 완벽한 조화, 하이브리드 그 이상의 전동화 경험(Well Balanced High Tech & Expanded xEV Experience)'이 콘셉트다.

현대차그룹은 급변하는 시장 환경에 유연하게 대응할 수 있는 멀티 파워트레인 기반의 전략적 포트폴리오를 더욱 강화할 계획이다. 차세대 하이브리드 시스템은 2개의 모터가 내장된 신규 변속기에 다양한 엔진을 조합할 수 있어 차급과 특성에 맞춰 최적화된 성능과 연비를 제공한다.

새롭게 개발된 차세대 하이브리드 시스템 변속기는 구동 및 회생 제동을 담당하는 구동 모터(P2)  외에도 시동 및 발전, 구동력 보조 기능을 수행하는 신규 모터(P1)를 내장해 동력 성능과 연비를 향상시키고, 부드러운 변속감과 함께 소음 및 진동 저감 효과도 실현했다.

차세대 하이브리드 시스템 변속기는 현대차그룹의 다양한 엔진 라인업과 결합돼 100마력 초반부터 300마력 중반까지 시스템 출력 커버리지를 갖춰 소형 차급부터 대형 차급까지 폭넓은 운영이 가능하다. 또한 스테이 모드, V2L(Vehicle To Load), 스마트 회생 제동을 제공한다.

현대차그룹은 차세대 하이브리드 시스템 변속기에 구동 및 회생 제동을 담당하는 구동 모터(P2) 외에도 시동 및 발전, 구동력 보조 기능을 수행하는 시동 모터(P1)를 새롭게 추가해 'P1+P2 병렬형 구조'를 완성했다. 기존 시스템은 엔진과 벨트로 연결된 P0 모터를 사용한 구조다.

엔진에 직접 체결된 P1 모터는 P0 모터에 비해 마찰 손실이 없어 에너지 전달 효율이 높으며, P2 모터와 함께 차량에 구동력을 보조해 연비와 동력 성능을 동시에 개선한다. 변속기의 허용 토크는 기존 37.4kgm에서 46.9kgm로 약 25% 상향해 고배기량 터보 엔진과 결합도 가능하다.

차세대 하이브리드 시스템 변속기는 P1 모터를 추가하고 변속기 허용 토크를 높였음에도 기존 수준의 크기를 유지해 소형부터 중대형까지 다양한 차급에 탑재 가능하다. P1·P2 모터의 냉각 구조 및 냉각 유량을 개선해 단위부피당 출력 밀도를 약 21%, 토크 밀도를 약 7% 높였다.

2.5 터보 하이브리드 엔진은 변속기와 엔진 사이에 새롭게 추가된 P1 모터가 엔진의 시동·발전을 담당하게 되면서 불필요해진 메인 벨트, 알터네이터, 에어컨 컴프레서를 제거했으며, 고효율 사이클(밀러) 도입과 실린더 내부 혼합기의 흐름 강화로 성능과 효율을 향상시켰다.

일반적으로 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 통해 동력을 얻는데, 현대차그룹은 압축 행정시 흡기 밸브를 의도적으로 늦게 닫아 실린더 내부로 들어온 혼합기의 유효 압축비는 낮추면서도 폭발 과정에서 높은 팽창비를 유지하는 '과팽창 사이클'을 적용했다.

또한 피스톤 형상을 개선하고 연료의 3단 분사 영역을 대폭 확장해 연소 속도 향상, 연소 안정성 확보, 노킹 억제 등 다양한 측면에서 엔진 효율을 향상시켰다. P1+P2 병렬형 구조의 변속기 및 엔진 개선을 통해 연비와 동력 성능을 개선하고, 부드러운 변속감과 향상된 정숙성을 구현했다.

특히 엔진에 직접 체결된 P1 모터를 통해 엔진 시동에 걸리는 시간을 단축하고 연료 소모량을 줄였으며, 엔진의 부하와 P1·P2 모터의 구동력를 정밀하게 조절해 엔진이 고효율 영역에서 운전할 수 있도록 하는 '로드 레벨링' 효율을 높였다.

대형 SUV에 탑재되는 가솔린 2.5 터보 하이브리드는 최고 연비 14.1km/ℓ, 시스템 최고출력 334마력, 최대토크 46.9kgf·m의 성능을 갖춰 동급의 2.5 터보 가솔린 모델 대비 연비는 약 45%, 최고출력과 최대토크는 각각 약 19%, 9% 높다. (팰리세이드 2WD 7/9인승 18인치 휠 기준)

가솔린 1.6 터보 차세대 하이브리드는 중형 SUV 기준으로 연비가 기존 대비 약 4.3% 향상됐으며, 변속기 허용 토크가 37.4kgm에서 38.7kgm으로 증대, 한층 우수한 가속 응답성을 자랑한다. 또한 정차 중 엔진 구동으로 충전시 P1 모터를 통해 엔진 진동과 부밍을 줄여주게 된다.

하이브리드 변속 로직 ASC(Active Shift Control)에 P1 모터를 추가로 활용해 기존보다 더 빠르고 부드러운 변속 성능을 구현했으며, 엔진 클러치 제어를 개선해 전기 모터만 작동되는 EV 모드로 주행 중 엔진 개입 시의 이질감을 줄여 승차감을 향상시켰다.

현대차그룹은 신규 하이브리드 파워트레인 외에도 다양한 전동화 특화 기술을 하이브리드 차량에 적용해 상품 경쟁력을 확보했다. e-AWD, e-VMC 2.0(Electrification-Vehicle Motion Control), 스테이 모드, V2L, 스마트 회생 제동 등으로 구성된 전동화 특화 기술 라인업을 선보였다.

e-AWD는 전자식 사륜구동 시스템으로 전륜 기반 하이브리드 차량의 후륜 구동축에 구동 모터(P4)를 추가해 주행 성능과 가속 응답성을 향상시킨다. 현대차그룹은 e-AWD와 기계식 사륜구동을 모두 운영, 차급·차량별 특성과 지역별 시장 환경에 맞춘 사륜구동 시스템을 적용할 예정이다.

e-VMC 2.0은 e-VMC의 성능을 개선해 e-AWD 기반의 하이브리드 차량에 적용되는 기술로 전·후륜 구동 모터의 독립적인 토크 제어를 통해 주행 안정성과 승차감을 높여주며, e-핸들링 2.0, e-EHA(Electrification-Evasive Handling Assist) 2.0, e-라이드 2.0 등으로 구성된다.

e-핸들링 2.0은 선회 시 전·후륜 모터를 각각 반대 방향으로 제어해 차량의 무게 중심을 낮춰 롤(좌우 움직임) 방지 성능을 강화하는 기술이다. 기존 E-핸들링이 단일 모터의 가·감속 제어를 통해 주행 안정성과 응답성을 높였다면, 2.0 버전은 보다 정교한 제어로 향상된 주행 경험을 제공한다.

e-EHA 2.0은 긴급 조향 보조 기술로, 차량의 레이더 및 카메라 센서를 활용해 전방 충돌 위험을 감지, 운전자의 급격한 조향 시 전·후륜 모터의 제동 제어를 통해 회피 거동을 더욱 정밀하게 보조한다. 안정 구간에 진입하면 전륜 모터는 구동을, 후륜 모터는 제동을 담당해 성능을 개선한다.

e-라이드 2.0은 과속방지턱 통과 시 차량의 상하 움직임을 최소화해 승차감을 극대화하는 기술로, 과속방지턱 진입 및 탈출 상황에서 전·후륜 모터의 반대 방향 제어를 통한 차량의 무게 중심 변화를 활용해 피치 및 바운스(차량의 위아래 움직임) 모션을 최소화한다.

스테이 모드는 전기차의 '유틸리티 모드'를 하이브리드 차량 특성에 맞춰 적용한 사양으로, 주행 전/후 정차된 차량 안에서 고객이 더욱 쾌적한 시간을 보낼 수 있도록 한다. 공조와 멀티미디어 등 모든 편의 기능을 사용할 수 있으며, 충전량 70~80% 상태에서는 최대 1시간 사용 가능하다.

'목적지 도착 시 스테이 모드 사용 예약' 기능 사용시 내비게이션과 연동돼 목적지 도착 약 2km 전부터 고전압 배터리 충전을 시작하며, 도착 시점에는 충전량을 70~80% 수준으로 확보한다. V2L은 전기차와 동일한 최대출력 3.6kW를 지원, 캠핑 및 차박에서 유용하게 사용할 수 있다.

V2L은 엔진 가동시 지속적으로 사용할 수 있으며, 엔진이 작동하지 않는 스테이 모드에서는 배터리 용량의 최대 50%(SoC 80%에서 30%까지)까지 사용할 수 있다. 특히 계층형 예측 제어 기술인 'HPC(Hierarchical Predictive Control)'와 스마트 회생 제동을 통해 연비를 더욱 향상시킨다.

스마트 회생 제동은 과속카메라 등의 내비게이션 정보와 차간 거리 등을 차량이 종합적으로 판단한 뒤 최적의 회생 제동 강도를 자동 적용하는 기능이다. 이를 통해 운전자의 제동 페달 조작을 줄여 운전 피로도를 낮추고, 회생 제동을 통한 배터리 충전량을 증가시켜 연비 개선을 돕는다.

이한승 기자 <탑라이더 hslee@top-rider.com>