왜 전기차는 휠에 따라 주행거리가 다를까?[구름저항,편평도,회전저항,공기저항]

 

 

 과거 내연기관 차량에서 휠은 연비와 직결되는 요소였다 보통 1인치가 증가한다 가정하면 2kg이 증가해 연비가 약 4~10% 정도 감소한다는 연구결과가 있었고, 일반적으로 휠이 커지면 승차감과  연비가 떨어지지만 외관이 예뻐지는 트레이드오프 관계에 있다 봐도 될 정도로 상식이었다. 물론 핸들링 응답성이나 브레이크의 제동성 강화 디자인 측면이 뛰어나져 오히려 더 좋다 말하는 사람이 있는 만큼 큰 휠에는 손해만 있는 것도 아니기에 내연기관에서는 이를 고민하긴 했지만 중대한 논의점으로 끌어오지는 않았는데

현대 아이오닉 5 카탈로그

 

 

 전기차 시대로 넘어오며 카탈로그에 실제 복합 주행거리가 30km씩 감소하는 걸 보고 깜짝 놀라 다만 차량의 무게가 얼마인데 고작 휠인치수에 따라 30km나 차이나요?라는 질문을 하는 사람이 많아졌다, 오늘은 이에 대해 이야기해보자

 

 

에너지 소비와 타이어 크기 관계

 

여기서 C는 회전 저항 계수, N 차량의 무게, 타이어의 회전 저항력 F라 둔다면

위 수식은 타이어의 회전 저항력은 전체 차량의 무계와 계수에 영향을 받는데  일반적으로 17인치 타이어가 0.01이라면 19인치 타이어는 0.015 정도로 생각보다 증가량이 적은 것은 아니다. 

회전 저항과 주행 거리

 

전기차의 주행거리를 E, 주행거리를 D라 가정한다면 결국 주행거리와 타이어 회전저항력의 곱과 기타 손실(히터 라이트 디스플레이등)의 항목의 합임은 어렵지 않게 추론할 수 있다.

 

 

결국 수식을 다음과 같은 형태로 변경할 수 있는데 주행거리는 회전 저항력이 증가하면 감소함을 어렵지 않게 추론할 수 있다.

 

공기 저항과 에너지 소비

공기저항력을 F, 공기밀도를ρ, 공기저항계수를 C, 차체의 전면면적을 A,  속도를 V라 계산하면 당연스럽게 타이어 크기에 따라 A가 증가할 테니 이에 따른 에너지 소비량이 증가할 것이다는 어렵지 않게 추론할 수 있을 거다.

 

그렇다면 당연히 이런 질문도 있을 수 있다, 근데 그만큼 관성이 커지잖아요? 관성이 커지면 그만큼 연비가 좋아져야 하는 거 아니에요?

 

 

다만 이는 관성 모멘트의 특성으로 설명할 수 있는데 수식적으로 설명하기에는 너무 길어지지만 타이어의 크기가 크면 당연히 관성모멘트가 증가할 거고 그만큼 가감속 시 더 많은 에너지를 요구한다 회생제동을 100% 한다면 큰 차이가 없을 수도 있다.라는 연구결과도 존재하지만 일반적인 주행환경에서는 유압식 브레이크를 사용하기에 당연스럽게 관성모멘트가 증가하는 큰 휠에 따른 연비가 떨어질 수밖에 없다.

 

물론 이러한 큰 휠에 단점만이 있는 것은 아니다. 제조사마다 차이는 있지만 테슬라 모델 S의 경우 디스크브레이크의 크기를 키워 더 강한 제동력을 제공한다. 물론 이는 21인치 휠의 공간이 구조적으로 더 넓기에 가능한 일이고 안정성능에서 뛰어날지 모르겠지만 디스크의 크기증가는 곧 무게증가와 동일한 말임을 잊지 말자

 

• 테슬라 모델 S 포퍼먼스 19인치 휠: 355mm 디스크
• 테슬라 모델 S 포퍼먼스 21인치 휠: 380mm 디스크

또한 는 타이어의 단면 높이를 단면 폭으로 나눈 비율인 타이어 편평도(Aspect Ratio)와 회전하면서 발생하는 구름저항에도 영향을 끼치니 결론적으로는 적당한 크기 중 작은 휠이 더 좋을 수도 있다는 판단은 엔지니어로써 내린다.

 

다만 그래도 예쁜 차량은 못 참으니 한 번쯤 고려해 보시길 바란다.