전기차 시대에 걸맞은 타이어의 이상향을 역설하다
‘전기차’ 하면 늘 따라붙는 ‘정숙성’과 ‘친환경성’. 어떤 뜻일까? 아주 간단하게 말하자면 전기차 시대를 맞이하며 귀를 때리는 자동차 엔진음, 배기가스로 인한 환경 문제 등으로부터 멀어지고 있다는 뜻이다. 그런데 자동차의 동력만 전기모터로 바뀌었다고 해서, 위와 같은 전기차의 가치가 자동으로 발현되는 것은 아니다. 전기차의 진정한 감성을 끌어올리기 위해선 자동차 산업과 연결된 모든 분야에서 세밀한 연구가 필요하다.
특히 자동차에 들어가는 3만 개의 부품 중 유일하게 지면과 접촉하는 타이어에는 그 누구보다 전기차 특화 제품에 대한 전방위적 연구와 개선이 요구된다. 그 연구의 중심엔 고차원적인 ‘소음 연구’가 있다. “전기차는 원래 조용한 거 아니야?”하고 묻는다면, 한국타이어만의 저소음 비결을 만들어낸 Hankook EVolution Technology가 답이 될 것이다.
전기차의 설계 목표대로 최적의 성능을 제공하는 아이온
전기차의 정숙성이 타이어와 도로 노면 소음을 부각 시킨다?
운전 중 운전자의 귀에 닿는 소음은 다양하다. 자동차 소음을 구분해보자면, 먼저 내연기관차에서는 엔진과 구동계에서 발생하는 소음(Power Train Noise)이 약 50%, 타이어 소음이 약 30%를 차지한다. 그러나 전기차에서는 전기모터에서 발생하는 소음이 약 15%인데 반해 타이어 소음이 40%, 고속 주행 시 발생하는 풍절음이 약 30%를 차지한다. 배터리로 구동하는 전기차는 엔진 소음이 없기 때문에 내연기관차에 비해 가동 소음이 극도로 작다. 그래서 기존 내연기관차에선 엔진 소음에 묻혀 있던 도로 노면 소음과 타이어 소음이 전기차에선 더 두드러지게 들리는 것이다.
타이어 소음은 타이어가 지면과 접촉하면서 발생한다. 이때 타이어 내부의 공기가 진동하면서 나는 소음을 ‘공명음’이라 한다. 이 공명음은 차량의 무게를 지지하고 바퀴에 동력을 전달하는 장치인 차축을 통해 차 안으로 들어온다. 공명음이 한 번 시작되면 고속 주행 시 더 큰 소음으로 이어질 수 있다. 더불어 지속되는 소음은 운전자의 피로도를 높이고 안전한 주행에 방해 요인이 될 수 있다. 때문에 전기차 운전자는 소음에 더욱 예민해질 수밖에 없다. 바로 이 점이 전기차 시대엔 안정성뿐만 아니라 더 높은 수준의 저소음 타이어 개발이 요구되는 이유다.
한국 에볼루션 테크놀로지(Hankook EVolution Technology)’에 기반하여, 전기차 타이어에 요구되는 최적의 성능을 한 몸에 품은 전용 타이어 브랜드
자동차 내·외부의 소음을 잠재우는 iON의 기술력
‘Sound Absorber Technology’
"다양한 노면을 주행하면서 발생되는 타이어 소음을 모두 컨트롤 하는 것은 쉽지 않다.
전기차에 발생되는 주요 소음 현상을 개선하기 위해 흡음재 및 저소음 패턴 기술을 적용하고,
이를 통해 운전자에게 최고의 주행 감성을 제공할 수 있어야 한다."
강현석 연구원 (NVH Project팀)
‘Sound Absorber Technology’는 타이어 소음을 최소화한 한국타이어의 소음 절감 기술이다. 타이어 설계부터 패턴 디자인 그리고 소음 테스트까지 전 과정에 테크를 결합했다. 크게 패턴 소음 감소 기술, 진동 소음 감소 기술로 나눠 한국타이어만의 기술력을 소개한다.
Tech A : 패턴 소음 감소 기술
급정거, 방향 전환 시 타이어에서 끼익-하고 나는 듣기 싫은 고음을 잡는 패턴 디자인
iON evo
도로를 지나다 ‘끼익’하고 고막을 찌르는 소음에 귀를 막아본 경험이 있을 것이다. 이는 사고 발생 시와 같이 차량이 불안정한 주행 시 타이어 접지면(트레드)에서 나는 고음이다. 이 고음을 잡는 방법 역시 트레드 패턴에 있다. V자 모양의 대칭 형태부터 지그재그, 블록마다 홈이 깊게 파인 형태 심지어는 패턴 없이 매끈한 형태까지. 타이어 패턴의 종류는 무척 다양한데, 고유의 패턴에 따라 기능 역시 달라지기 때문이다. 더불어 피치(고무 형상), 널링(가로 홈), 숄더 등이 모여 하나의 타이어 트레드 패턴을 만드는데, 그로 인해 패턴을 통한 타이어 기능 연구 및 확장성은 무궁무진하다. 이와 같은 맥락에서, 한국타이어가 소음 저감을 위해 개발한 패턴 디자인 기술은 아래와 같다.
1. 널링과 사이드 그루브 기술을 통한 소음 저감
① 널링 (가로 홈) 기술
타이어 메인 홈(세로로 긴 홈)에 울퉁불퉁한 돌기 같은 널링(가로 홈)을 넣으면, 타이어 피리 소리를 줄일 수 있다. 한국타이어는 이 기술을 통해 기존 대비 약 0.8dB의 소음을 감소시켰다.
무향실 Sound Power 측정 조건 (Tire Size : 225/45R17, 공기압: 2.13kg/cm^2, 평가 위치: Hankook Technodome R&D 센터, Anechoic Chamber Safety Walk 노면)
② 사이드 그루브 기술
타이어 날개(숄더) 부분에 홈이 끝으로 갈수록 넓어지는 사이드 그루브 기술을 적용해 펌핑소리를 낮추고 배수성을 유지 시켰다.
2. 타이어 발자국 소음을 줄여주는 ‘챔퍼’기술
굽의 모서리가 날선 하이힐보다는 운동화를 신을 때 발자국 소리가 덜한 것처럼, 타이어에도 접지면을 사선으로 부드럽게 깎는 챔퍼 테크놀로지를 적용했다. 타이어가 지면과 부드럽게 닿음으로써 급정거, 방향 전환 시 소음을 저감했다.
Tech B : 진동 소음 감소 기술
안전 주행 중인데 타이어에서 거슬리는 소리가 난다?
웅웅거리는 공명 소음. 한 번 발생하면 원인을 찾기까지 많은 심리적, 물리적 시간이 소요된다. 때문에 공명음은 공명음 발생률 자체를 낮추는 기술력이 중요한데, 기본적으로 흡음재 부착이 예방책으로 쓰인다. 주요 성능을 유지하면서 특정 범위에서 전달되는 도로 소음을 개선하는 효과가 있기 때문이다. 하지만 흡음재 부착만으로 공명 소음 발생을 온전히 예방하기는 어렵다. 이에 한국타이어는 흡음재 부착뿐 아니라 타이어 강성, 질량, 주파수 등을 조절하는 테크 기술을 개발했다.
1. 타이어 변형을 방지하는 설계로 공명음 원인을 차단
한국타이어의 오랜 역사와 함께 쌓아온 빅데이터를 기반으로, 설계 단계부터 타이어 프로파일 최적설계를 통해 타이어 변형을 최소화했다. 타이어 변형이 적으면 타이어 내부 공기 변형 또한 줄어드는데, 이를 통해 내부 공기 진동인 공명음을 최소화할 수 있다.
2. 타이어 강성 조절을 통한 차량 소음 감소
차량에 민감한 주파수 영역대를 회피하는 주파수 조절 기술로, 실내 소음 완화를 위해 부드럽거나 딱딱한 타이어의 보강 구조를 적절하게 조절하여 공명음을 줄였다.
3. 타이어 고무 질량 조절을 통한 진동 소음 감소
공명음 완화를 위해 타이어 고무 질량을 튜닝하는 기술로, 고무 두께를 최적으로 조절하여 RR성능을 유지하며 공명음을 감소시켰다.
실차 측정 결과 조건 기술 (Tire Size : 205/55R16H, 패턴: K125, 하중: 409 kgf, 평가속도: 60km/h)
4. 타이어 흡음재 적용을 통한 타이어 노면 소음 감소
타이어 안쪽(이너라이너)에 타이어 진동 소음을 줄여주는 폴리우레탄 소재의 흡음재를 부착하여 노면에서 올라오는 소음을 -9.2dB 저감했다.
곧 시작될 EV Driving Emotion
한국타이어의 전기차 타이어 전용 브랜드인 iON은 전기 원자를 뜻하는 ion에서 착안한 이름이다. 기본기부터 탄탄한 EV 전용 브랜드가 되겠다는 의지를 담았다. 타이어의 기본인 안정성은 물론이고, AI를 기반으로 노면 소음을 테스트하고, 패턴 소음을 예측하는 테크놀로지를 개발한다는 점에서 더욱 확장성이 기대된다.
