아이오닉 5는 미래지향적인 이미지 속에서 넉넉한 실내 공간과 공기역학을 고려한 기능적 디자인을 통해 현대자동차 최초의 전용 전기차에 걸맞은 혁신을 실현했다. 아이오닉 5의 공기역학적 요소를 살펴봤다.
자동차는 달리는 내내 공기와 부딪힌다. 주행 속도가 높아질수록 만나는 공기의 저항은 강해지고, 차체를 따라 흐르는 공기의 움직임도 격렬해진다. 주행 중 자동차와 공기의 상호작용은 차량의 주행 성능, 연비(전비), 주행 안정성, 소음에 큰 영향을 미친다. 모든 자동차 제조사가 자동차의 움직임과 공기 흐름을 다루는 공기역학 연구에 많은 공을 들이는 이유다.
전기차의 경우 공기역학은 더욱 중요해진다. 배터리 용량을 늘리면 주행 거리를 늘릴 수 있지만 가격과 무게도 함께 증가한다. 즉, 같은 배터리 용량으로 더 멀리 달리는 전기차를 만들기 위해서는 바람을 잘 관리해야 한다.
아이오닉 5는 3,000mm의 긴 휠베이스와 차체 하부에 배터리를 평평하게 배치해 실내 공간을 극대화했다.
아이오닉 5는 현대자동차의 첫 번째 전용 전기차로, '연결된 삶을 위한 진보된 전동화'를 향한 여정의 시작을 알리는 모델이다. 전기차 시대에 걸맞은 혁신적인 경험과 승객 중심 라이프스타일에 최적화된 넉넉한 공간을 구현하기 위해 아이오닉 5는 배터리를 차체 하부에 평평하게 배치하고 3,000mm의 긴 휠베이스(앞뒤 바퀴 중심 간 거리)를 확보했다. 또한 앞뒤 오버행(각 바퀴 중심에서 차체 끝까지의 거리)을 짧게 하고 높은 SUV 스타일을 적용해 공간 활용성을 높였다.
하지만 SUV 스타일 확보를 위한 뒷좌석 탑승객의 편의성과 실내 공간의 실용성, 트렁크 공간 확장, 높은 리어 글라스는 공기역학 측면에서 다소 불리한 조건이다. 즉, 실용성과 공기역학은 종종 반비례 관계에 있다.
아이오닉 5는 공기역학 성능을 최적화하기 위해 풍동에서 오랜 시간 테스트를 거쳤다.
이러한 불리한 조건을 극복하기 위해 현대자동차는 공기역학 성능과 관련된 모든 부서가 오랜 시간 동안 세심하게 많은 테스트를 진행했다. 공기역학에 최적화된 디자인을 바탕으로, 아이오닉 5는 단점을 상쇄하고 설계 완성도를 높이기 위해 기능적인 디자인이 적용됐다. 공기역학 성능은 공기역학 성능(자동차와 공기 사이의 상호작용을 처리하는 능력)의 핵심 요소인 리어 스포일러, 지능형 공기 흐름 제어 장치(AAF, 액티브 에어 플랩), 휠, 언더커버 등 다양한 영역에서 고려됐다. 낮은 시트를 갖춘 유선형 클램셸 보닛, 완만하게 기울어진 A필러, 일반 크로스오버 대비 낮은 최저 지상고(노면에서 차체까지의 높이) 역시 아이오닉 5의 공기역학 요소다.
그 결과 아이오닉 5의 공기 저항 계수는 0.288로, 동급 내연기관 차량(공기 저항 계수 0.32~0.34) 대비 공기 저항을 약 11~18% 줄였다. 이는 다른 SUV 전기차의 공기 저항 계수(0.28~0.31)와 유사한 수준으로, 아이오닉 5의 뛰어난 경쟁력을 확인시켜 준다. 디자인 개발 과정에서 공기역학 성능을 고려한 아이오닉 5의 공기역학 요소들을 살펴봤다.
공기역학 디자인의 핵심 요소, 리어 스포일러
아이오닉 5는 현대자동차 최초의 고유 모델인 포니의 디자인 유산을 계승한 모델이다. 사진은 포니의 콘셉트 모델과 아이오닉 5, EV 45 콘셉트를 비교한 모습이다.
아이오닉 5는 현대자동차 최초의 고유 모델인 포니의 디자인 유산을 계승하면서도 미래 모빌리티에 대한 현대자동차의 비전을 구현했다. 이것이 아이오닉 5의 실루엣에서 포니의 흔적을 볼 수 있는 이유로, 간결한 측면과 측면이 만나는 파팅 라인을 최소화했다.
그러나 경사진 각도의 리어 글라스 각도 등 공기역학적으로 불리한 점도 존재한다. 일반적으로 SUV의 직선형 리어 윈도우나 세단의 완만하게 누운 리어 글라스 각도는 공기역학 성능에 효과적이지만, 포니와 같은 해치백 모델의 리어 글라스 각도는 공기 흐름 제어를 어렵게 만들어 공기 저항을 증가시킨다. 아이오닉 5의 디자이너와 엔지니어들은 과거, 현재, 미래를 연결하는 디자인을 구현하면서 전기차에 중요한 최적의 공기역학 성능을 위해 리어 글라스 각도의 단점을 보완하는 리어 스포일러를 개발하는 데 오랜 시간을 투자했다.
아이오닉 5의 리어 스포일러는 공기 저항을 줄이기 위해 개발된 핵심 부품이다.
리어 스포일러는 자동차의 공기역학 설계에서 핵심적인 역할을 하는 부품이다. 주행 중 차체 상하좌우로 흐르는 공기 중 차체 하부를 통과하는 공기가 차량을 뜨게 하는 양력(lift)을 감소시킨다. 동시에 차체를 넘어 차량 후미에 형성된 공기의 소용돌이(와류)를 최소화해 주행 안정성을 저해하지 않도록 제어한다. 양력 감소는 주로 고속으로 달리는 고성능차나 레이스카에 적용되며, 일반 승용차의 리어 스포일러는 대부분 공기의 소용돌이를 조절해 주행 안정성과 연비 향상을 도모한다. 이러한 이유로 차량의 콘셉트에 따라 리어 스포일러의 형상과 각도 등 세밀한 튜닝이 요구된다.
IONIQ 5의 리어 스포일러는 공기 저항 감소에 초점을 맞춰 개발됐다.
아이오닉 5의 경우 배터리와 전기모터 등 PE 시스템의 무게와 완만한 루프 라인의 형상 덕분에 주행 안정성을 높일 수 있는 충분한 다운포스(차체를 위에서 아래로 누르는 힘)를 확보하고 있다. 이에 따라 공기 저항 감소에 중점을 두고 리어 스포일러가 개발됐다. IONIQ 5의 리어 스포일러는 0.1° 간격의 미세 조정 개발 과정을 거쳐 최적의 공기역학 설계로 제작됐다. 리어 스포일러 옆 공간을 막는 것도 기류 제어와 공기 저항 감소에 효과적인 역할을 한다.
필요에 따라 그릴을 열고 닫는 지능형 공기 유량 제어 장치(AAF)
전기차에도 PE 시스템 냉각을 위한 라디에이터 그릴이 장착된다.
내연기관차는 라디에이터 그릴로 공기를 통과시켜 주행 중 발생하는 엔진 열을 효과적으로 식힌다. 전기차 역시 전기모터와 배터리에서 많은 열이 발생하기 때문에 냉각이 필요하다. 현대자동차그룹의 전기차 전용 플랫폼 E-GMP를 기반으로 하는 아이오닉 5는 전기모터 외부에 냉각수 라인을 설치한 기존 방식 대신 내부 코일에 직접 냉각 및 윤활 오일을 분사하는 방식으로 냉각 성능을 혁신적으로 개선했다. 전기모터, 인버터, 감속기를 통합한 소형화 및 경량화는 IONIQ 5 PE 시스템의 새로운 특징이다.
아이오닉 5의 지능형 공기 유량 제어 장치는 상황에 따라 열고 닫히며 공기 저항을 줄이고 냉각 효과를 제공한다.
IONIQ 5의 PE 시스템 냉각을 담당하는 주요 부품 중 하나는 지능형 공기 유량 제어 장치(AAF)다. 기존 AAF는 내연기관차에서 라디에이터 그릴을 통해 엔진을 냉각할 때 발생하는 냉각 저항을 줄이기 위해 개발됐으며, 냉각 필요 여부에 따라 플랩(격벽)을 개폐해 저항을 줄이는 개념이었다.
IONIQ 5에 적용된 외장형 AAF는 일반 AAF 대비 범퍼 전면부와의 단차를 줄여 냉각 저항 저감 효율이 높으며, 공기 저항을 줄이기 위해 그릴을 닫았을 때 범퍼와 하나의 면을 형성해 시각적으로도 깔끔한 느낌을 준다. AAF 개폐 시 발생하는 공기 저항 계수의 차이는 약 0.013으로, 1회 충전 주행 가능 거리를 약 7.3km 늘려주는 효과를 제공한다.
공기 저항을 줄이는 효과적인 요소들
고속으로 회전하는 휠은 공기 흐름이 교란되는 지점으로, 자동차 연비에 큰 영향을 미친다.
전기차의 주행 가능 거리에 영향을 미치는 요소 중 하나는 타이어다. 타이어는 자동차와 노면을 연결하는 유일한 부품으로, 형상과 소재에 따라 구름 저항이 달라지며 이는 차량 연비에 큰 영향을 미친다. 타이어의 구름 저항은 타이어 배열과 휠의 크기 및 형상을 달리해 줄일 수 있다. IONIQ 5에는 235/55R 19인치 또는 255/45R 20인치 타이어가 장착되며, 두 휠 모두 공기역학적 성능을 고려해 휠의 오픈 면적을 최소화하고 전면부를 평평하게 설계했다.
IONIQ 5는 전면에서 봤을 때 타이어가 옆으로 돌출되지 않도록 설계해 공기 저항을 최소화했다.
또한 전면에서 봤을 때 타이어가 차체 외부로 돌출되지 않도록 해 주행 중 타이어에 닿는 공기량을 최소화했다. 아울러 휠이 고속으로 회전할 때 발생하는 저항을 최소화하기 위해 타이어와 휠 사이의 간격을 줄이고, 타이어 표면을 따라 발생하는 공기가 자연스럽게 빠져나가도록 설계했다.
IONIQ 5에 적용된 디지털 사이드 미러는 주행 중 공기 저항을 줄이고 편안한 시야를 제공하는 혁신적인 첨단 사양이다.
아이오닉 5에 처음 적용된 디지털 사이드 미러(DSM) 역시 공기역학적 성능을 극대화하기 위한 요소다. 주행 시 발생하는 공기 저항은 차량 전방 투영 면적에 비례해 증가하는데, 차량 양옆의 사이드 미러는 공기 저항을 높이는 주요 원인이다. 이에 자동차 제조사들은 사이드 미러 크기를 줄이거나 두께를 얇게 만들어 공기 저항을 낮춘다. 아이오닉 5의 DSM은 카메라로 사이드 미러의 역할을 대체해 공기 저항을 줄이고, 악천후나 폭우가 내리는 야간에도 선명한 후방 시야를 제공한다.
차체 하부 공기 흐름을 제어하는 타이트한 언더커버
아이오닉 5는 배터리 전후방과 리어 멤버에 언더커버를 적용하는 등 차체 하부를 꼼꼼히 막아 공기 흐름을 제어한다.
일반적으로 차량 상부와 하부 형상이 공기역학 성능에 미치는 영향은 각각 45%와 35%로 알려져 있다. 차체 하부에 평평한 배터리가 탑재된 전기차는 내연기관차보다 차체 하부의 공기 흐름이 더 빠르다. 따라서 전면 하부로 유입된 공기의 흐름이 차체 후단까지 원활하게 유지되면 공기 저항을 줄이고 효율을 높일 수 있다.
평평한 바닥 구조를 가진 전기차의 장점을 극대화하기 위해 아이오닉 5는 배터리 전후방 영역에 언더커버를 설치해 공기가 걸릴 수 있는 틈새를 꼼꼼히 메웠다. 또한 리어 서스펜션과 전기 모터가 장착된 리어 멤버에도 언더커버를 적용해 공기가 차체 후방으로 원활히 빠져나갈 수 있도록 했다. 배터리 후방 언더커버와 리어 멤버 언더커버는 현대자동차가 최초로 적용한 부품으로, 눈에 보이지 않는 영역까지 전용 전기차에 걸맞은 혁신적인 아이디어가 반영된 결과라고 할 수 있다.
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