크기 : 4.1×1.04×1.79m
중량 : 약 1,130㎏
최고시속 : 230㎞
최고출력 : 400㎾ (약 600마력)
전기모터 : 2기
배터리 : 리튬-세라믹
로드 밀렌은 헬멧의 바이저를 내리고 출발선을 향해 천천히 나아갔다. 앞으로 뻗어있는 포장도로를 따라 시선을 옮기자 오른쪽으로 굽어진 뒤 급격한 오르막길이 눈에 들어왔다. 이 커브는 레이서인 밀렌이 20㎞의 산길에서 만나게 될 156개의 커브 중 첫 번째 녀석이었다. 이날 레이스의 결승선은 해발 4,300m에 있다.
‘파이크스 피크 인터내셔널 힐클라임(PPIHC)’으로 명명된 이 대회는 미국 콜로라도주 파이크스 피크산의 험준한 산길을 내달리는 91년 전통의 산악 레이스다. 밀렌은 무려 9차례나 PPIHC에서 우승한 유명 레이서로 1994년에는 최단시간 주파 기록을 세우기도 했다. 오늘 그의 목표는 그의 아들인 리스가 지난해 세운 9분 46초를 경신하는 것이다.
이윽고 출발을 알리는 녹색 깃발이 펄럭였고, 밀렌이 액셀러레이터를 강하게 밟는 순간 563마력의 레이싱카가 첫 커브를 향해 튀어나갔다. 마치 경찰의 추적을 피해 달아나는 범죄자들의 차량을 연상케 하는 모습이었다.
산길 트랙 곳곳에 서 있는 관중들이 밀렌의 차량이 다가오는 것을 알 수 있는 유일한 징후는 120㏈의 사이렌뿐이었다. 대지를 뒤흔드는 엔진음을 뿜어내는 일반적인 레이싱카와 달리 이번 대회에 그가 탑승한 토요타의 ‘TMG EV P002’는 전혀 소리가 나지 않아 일부러 사이렌을 달았다. 그렇다. 그는 이날 레이서에 입문한 뒤 처음으로 전기자동차를 타고 파이크스 피크산을 오르고 있었다.
역사적으로 레이싱 대회의 우승컵은 가장 빠르고, 가장 강력하고, 최첨단 기술이 접목된 차량의 몫이었다. 때문에 레이싱카는 신기술의 성능을 가늠하는 시금석 역할을 해왔으며, 성공적인 기술들은 적절히 변형돼 양산형 모델에 적용되고 있다. 다만 치열한 레이싱의 긴장감 유지를 위해 오늘날의 모든 레이싱 대회들은 참가자격이나 차량의 외관 및 성능 등에서 모두 엄격한 규칙을 적용한다. 그래서 엔지니어들은 이제 기술 혁신보다는 기존 규칙에서 정하고 있지 않은 일종의 개구멍들을 찾아 활용하는데 더 열중한다. 요즘 들어 오히려 양산형 차량들이 레이싱카보다 기술적으로 뛰어난 면면을 보이고 있는 이유가 여기에 있다.
일례로 페라리 458 이탈리아에는 구동력을 제어하는 ‘트랙션 컨트롤 시스템(TCS)’이 달려 있다. 페라리의 F1 레이싱카에는 장착이 금지된 장치다. 또한 데이토나 500 레이싱대회에 출전한 토요타 캠리에는 요즘 웬만한 차량에 다 장착된 오버헤드 캠샤프트(OHC) 엔진과 가변밸브타이밍(VVT) 엔진을 채용할 수 없다. 포르쉐가 금명간 출시할 슈퍼가 ‘918 스파이더’는 이 회사가 지금껏 개발한 그 어떤 레이싱카보다 뛰어난 동력전달장치(powertrain)를 갖고 있다.
이런 상황에서 다행히도 혁신 기술의 적용을 억제하지 않는 레이싱대회가 딱 하나 있다. 바로 PPIHC다. 이 대회에서는 차량의 속도 상승을 위한 기술은 무엇이든 허용한다. 전기자동차는 이 같은 PPIHC에서도 가장 빠르게 기술발전이 전개되고 있는 분야다. 매년 새로운 전력관리, 토크 벡터링(torque vectoring), 고속충전 기술이 파이크스 피크산에서 성능을 검증받고 있다. 특히 이 기술들은 여타 레이싱카의 신기술과 달리 즉각 상용 차량에 접목 가능한 것들이다.
수년 전까지만 해도 전기자동차는 단순히 새로운 차량일 뿐 그 이상의 장점은 찾기 어려웠다. 1981년 시어스의 전기자동차가 PPIHC에서 파이크스 피크산의 정상에 오르는 데는 30분이 넘게 걸렸다. 하지만 현재 전기자동차는 안전규정 외에는 어떠한 제한도 없는 무제한급 레이싱카들에게까지 위협적 존재로 부상하고 있다.
작년 PPIHC에서도 토요타의 TMG EV P002는 고고도 구간 주행기록 1위를 차지하며, 높은 고도에서 트윈 전기모터의 우수성을 만천하에 입증했다. 내연기관 차량의 경우 공기가 희박한 고고도에서는 추력의 30%가 상실됐던 반면 TMG EV P002는 고도의 영향을 전혀 받지 않았던 것. 이에 대다수 사람들은 전기자동차가 내연기관 차량을 밀어내고 PPIHC에서 우승하는 날을 시간문제로 보고 있다. 토요타 외에 미쓰비시도 올해 536마력급 사륜구동 전기자동차 ‘미브 에볼루션 II(MiEV Evolution II)’를 2대나 출천시켰다. 그리고 프로 레이서인 그렉 트레이시는 이 차량을 몰아 본 후 전기자동차를 넘어 전체 순위 3위 이내에 들 것이라는 전망을 내놓았다.
“전기자동차를 타면 차량과 제가 한 몸이 된 듯한 느낌을 한층 강하게 받아요. 가솔린 차량은 항상 기어를 조작해야 하고, 엔진의 회전범위(power band)도 신경 써야 하지만 전기자동차는 롤러코스터처럼 막힘없이 가속이 이뤄지죠. 자질구레한 것은 모두 잊고 주행과 코너링에만 집중할 수 있습니다. 특히 마지막 코너링 때와 첫 번째 코너링 때의 힘이 동일하다는 점에는 정말 감탄을 금치 못하겠어요.”
그렉이 지목한 MiEV의 또 다른 장점은 실시간 4륜 토크 벡터링과 회생제동시스템이 채용돼 있다는 사실이다. 덕분에 전기모터가 제2의 브레이크 역할을 수행, 브레이크 패드와 로터의 과열을 막아준다.
“처음에는 차량의 성능에 적응할 시간이 필요했죠. 한번 적응하고 나니 코너링 속도가 매번 계속 빨라지더군요.”
미쓰비시의 양산모델 ‘랜서 에볼루션’은 토크 벡터링 4륜 구동시스템으로 유명한데 이 시스템에 힘입어 물리학을 무시하는 듯한 기동성을 발휘한다. 그러나 가솔린 차량의 경우 100% 기계식으로 시스템을 구성해야한다. 반면 미브 에볼루션 II는 각 바퀴의 모터 속도를 제어하는 것만으로 더 빠른 반응을 보장한다.
물론 전기 레이싱카라고 만능은 아니다. 그중에서도 배터리는 여전히 해결되지 않고 있는 최대 핸디캡으로 꼽힌다. 파이크스 피크산의 정상에 오를 수 있을 정도로 배터리 기술이 발전한 것은 분명하지만 휘발유와 비교하면 에너지 밀도에서 뒤지기 때문에 거대한 배터리팩을 장착해야 한다. 그만큼 차량 중량의 상승이 불가피하다.
전기레이싱카 ‘E-러너(E-Runner)’를 가지고 PPIHC에 출전한 일본 전기자동차진흥협회(APEV)팀의 수석엔지니어 타지마 나오노부는 이렇게 말한다.
“배터리 중량은 장차 전기자동차가 맞닥뜨릴 최대 난제입니다. E-러너만 해도 여타 무제한급 출전 차량의 1.4~1.5배에 달하죠. 156개의 커브가 있는 PPIHC에서는 민첩한 선회 성능이 매우 중요하기 때문에 중량을 줄일수록 승리에 가까이 다가갈 수 있습니다. 당연히 양산 모델에서도 중량은 핵심 요소에요. 중량을 줄여야 주행거리가 늘어나니까요.”
토요타는 6월에 열리는 PPIHC를 몇 주 앞두고 미국 노스캐롤라이나주 솔즈베리에 위치한 이 회사의 레이싱 전문 자회사 TRD에서 개발·보유 중이던 TMG EV P002를 필자가 직접 운전해볼 수 있는 기회를 줬다. F1과 나스카 레이싱 대회에서 화려한 경력을 쌓은 TRD의 차대 개발 담당 스티브 위컴 부사장에 의하면 원래 레이싱카 개발은 철저히 비밀리에 진행된다.
“PPIHC에서는 지켜야할 규정이 없기 때문에 숨겨야할 것도, 규정을 위반하는 비밀장치도 없죠. 그래서 이렇게 보여드릴 수 있는 겁니다.”
TMG EV P002는 영국 래디컬의 스포츠카 SR8의 차대를 기반으로 한다. 중량은 약 1,130㎏으로 실제 경주에서는 출력 563마력, 토크 124kg·m의 막강 파워를 자랑했다. 그러나 경기 당일까지 밀렌은 최대 85%의 성능만으로 연습을 했다. 무리한 조작에 의한 전기모터 과열을 막기 위함이었다. 그럼에도 이 녀석의 출력 대 중량비는 가히 어마어마한 수준이다. 출력 대 중량비는 슈퍼카의 거목인 부가티의 베이론이 단연 1등이지만 0rpm에서는 최대 토크를 내지 못한다. 전기모터를 사용하는 TMG EV P002는 그것이 가능하다. 전기자동차가 지닌 가장 눈에 띄는 성능적 강점 중 하나가 바로 이것이다.
TRD의 시험트랙에서 시동을 걸자 위컴 부사장은 자칫 필자가 실수라도 하면 PPIHC 출전이 무산될 수 있음을 주지시켜줬다.
“세상에 1대 밖에 없는 차에요. 절대로 어디에든 충돌하면 안 됩니다. 그리고 카본 브레이크가 장착돼 있어 과열되면 제대로 작동하지 않으니 주의해 주세요. 차량과 부품 개발에 들어간 수백만 달러는 차치하고라도 값을 매길 수 없을 만큼 귀중한 차량입니다.”
마음을 다잡고 액셀을 강하게 밟는 순간 필자는 극심한 인지부조화를 겪었다. 강력한 가속에 의해 몸이 운전석 등받이에 파묻혔지만 귀에 들리는 것은 전기모터의 낮은 기계음과 바람, 트랙 위의 모래가 바퀴덮개(펜더)에 부딪치는 소리뿐이었던 것.
“전기 레이싱카를 처음 몰아보면 누구나 당황하죠. 뇌는 그동안의 경험상 자동차를 운전할 때 그에 합당한 청각신호가 들어오리라고 예상하는데 전혀 그렇지 않으니까요.”
필자는 점차 속도를 높여가며 주행을 해본 뒤 차량을 멀쩡한 상태로 위컴 부사장에게 넘겨줬다. 전기자동차의 참맛이 이런 느낌이라면 그 미래는 분명 밝을 것이라는 생각과 함께.
PPIHC 경기 당일의 날씨는 맑고 화창했다. 경기가 시작되고 전기 레이싱카에 앞서 휘발유 모델들이 먼저 산 위로 달려나갔다. 우승은 월드랠리 챔피언인 세바스티앵 뢰브 선수의 차지였다. 푸조의 875마력 레이싱카로 8분 13초 만에 정상을 정복했다. 신기록이다.
이윽고 전기 레이싱카가 출발선에 정렬할 때쯤 갑자기 날씨가 변덕을 부렸다. 정상 부근에 진눈깨비가 내린다는 것이었다. 각 팀의 엔지니어들은 물에 젖은 도로와 마른 도로가 뒤섞여 버린 탓에 어떤 타이어를 장착해야할지도 결정하기 어려워했다.
그 때문인지 연습 주행에서 9분대를 기록했던 밀렌은 결국 그보다 45초나 늦은 기록으로 결승선에 들어왔다.
“PPIHC 대회는 연습 때 아름답다가도 실전에서 험악해진 적이 한 두번이 아니에요. 이번에도 자연은 저희 편이 아니었네요. 연습 때는 최고기록에서 몇 초 차이였는데 안타까워요.”
그의 경쟁자였던 그렉 트레이시의 미브 에볼루션 II는 1초 이내의 근소한 차이로 밀렌보다 앞서 결승선을 통과했다. 최종 순위는 트레이시가 3위, 밀렌이 4위였다. 트레이시의 말이다.
“이곳은 세상에서 가장 위험한 레이싱 코스의 하나에요. 게다가 비까지 왔죠. 이런 상황에서 10분 23초라는 기록도 정말 대단한 겁니다.”
그런데 1위는 누가 차지했을까. APEV팀의 E-러너였다. 경주용 슬릭타이어에 수작업으로 홈을 파서 젖은 지면에 대비하는 등의 노력에 힘입어 9분 46초 만에 코스를 주파했다. 전기자동차 중 최초의 10분 이내 기록이었다. 밀렌은 다소 실망스럽기는 해도 머지않아 전기 레이싱카가 기술적으로 휘발유 레이싱카를 앞지를 것이라는 믿음을 잃지 않았다.
“이번 대회에 출전한 전기 레이싱카들은 앞으로 1년 내에 기록을 1분쯤 더 단축시킬 겁니다. 그렇게 한 5년이 지나면 어떤 일이 벌어질까요? 정말 재미있는 상황이 될 거예요.”
이 같은 생각은 APEV팀의 타지마 나오노부도 마찬가지였다. 그는 향후 3년 안에 전기자동차가 PPIHC 대회에서 정상을 차지할 것으로 내다보고 있다. 모터사이클 분야에서는 이미 전기 바이크가 왕좌를 빼앗았다. 이번 대회에서 라이트닝 모터사이클이 개발한 전기 슈퍼바이크가 휘발유 바이크 가운데 1위를 차지한 두카티의 멀티스트라다(Multistrada)보다 21초나 빨리 코스를 완주한 것.
PPIHC 대회 참가팀들은 현재 전기자동차의 보급을 가로막고 있는 장애물들을 극복해낼 충분한 잠재력을 갖고 있다.
예컨대 토요타의 경우 프리우스 플러그인 하이브리드카에 채용된 배터리보다 10배 가까이 큰 TMG EVP002의 42kWh급 배터리를 단 1시간 30분 만에 고속충전하는 방법을 알고 있다.
“과거의 TMG EV P002는 동력전달장치의 시험대였지만 지금은 고속충전시스템의 시험대가 됐습니
다.”
내연기관 자동차는 전기자동차보다 100년 이상 앞서서 기술개발이 전개됐다. 그러나 기술한 바처럼
전기자동차들은 파이크스 피크산을 포함한 여러 장소에서 내연기관 차량의 성능을 따라잡아 가고 있
다. 위컴 부사장은 필자에게 이렇게 강조했다.
“신기술이 개발돼 전기자동차의 중량이 지금의 절반으로 줄어든다면 어떻게 될지 상상해 본적이 있나요? 그때 저희는 천하무적이 될 겁니다.”
“전기 레이싱카들은 앞으로 1년 내에 PPIHC에서의 기록을 1분쯤 더 단축시킬 겁니다. 그렇게 한 5년쯤 지나면 어떤 일이 벌어질까요?”
“전기자동차를 타면 차량과 제가 한 몸이 된 듯한 느낌을 한층 강하게 받아요. 롤러코스터처럼 막힘없이 가속이 이뤄지죠.”
전기에너지 혁명
미국 전역에 전기충전소가 속속 건설되며 전기자동차의 자유로운 이동권이 확보되고 있다.
현재 미국 내의 전기충전소는 총 8,051개소로 이중 절반 이상이 2012년 이후 문을 열었다. 지도에서 육각형은 전기충전소의 위치를 뜻한다. 색상의 경우 대도시 외곽에서 주로 보이는 청색 계열은 2012년 이후 건설된 신규 충전소, 적색 계열은 기존 충전소와 신규 충전소의 공존을 의미한다.
[HYBRID RACER]
수소 레이싱카
지난 5월 독일 ‘뉘르부르크링 24시’ 레이싱 대회에 출전한 애스턴 마틴의 ‘래피드 S’는 트랙을 11바퀴이상 돌며 약 290㎞를 주행하는 동안 단 한 방울의 휘발유도 사용하지 않았다. 대신 연료로 쓴 것은 26.7㎏의 수소였다. 이 차량은 수소와 휘발유를 함께 연료로 사용하는 신개념 하이브리드 스포츠카로, 이날 기록은 뉘르부르크링 24시에서 경쟁한 최초의 수소자동차로 국제자동차연맹(FIA)에 의해 공인받았다. 애스턴 마틴의 모터스포츠 부문 책임자인 데이브 킹은 이에 대해 이렇게 밝혔다.
“일반적인 수소자동차를 개발해서 보여주고, 기술력을 자랑하는 것은 우리에게 쉬운 일입니다. 하지만 저희는 기술적 한계를 뛰어넘어 한 번에 전구간을 레이싱카의 속도로 완주할 수 있는 차량을 원했습니다.”
현재 애스턴 마틴은 비용, 크기, 주행거리 면에서 수소야말로 기존 하이브리드카의 배터리를 대체할 최적의 연료라고 결론내린 상태다.
수소의 에너지 밀도는 휘발유보다 30~40%나 낮기 때문에 래피드 S에는 5.9ℓ급 V12 터보차저 엔진①이 채용됐다. 덕분에 수소 연료 모드에서도 약 500마력의 출력을 낸다. 특히 뉘르부르크링
24시의 성능시범용 실험차량 출력이 550마력으로 제한돼 있어 휘발유 모드의 출력은 원래 성능보다 낮췄다.
래피드 S에는 용량 3.5㎏의 탄소섬유 수소저장용기 4기②가 장착돼 있다. 2개는 트렁크, 2개는 조수석 쪽에 위치한다. 양산 모델에는 트렁크의 용기만 장착된다. 수소저장압력은 350bar이며 약 40초면 완충할 수 있다.
수소시스템은 오스트리아의 알세트 글로벌이라는 기업 작품이다. 수소와 휘발유의 연료 전환을 처리하는 엔진 운영 소프트웨어③도 이 회사에서 개발했다. 레이스 도중 이 같은 연료 전환은 자동적으로 이뤄지며, 연료 전환 시 미세한 느낌을 느낄 수 있을 뿐 전 과정이 매우 자연스럽게 진행된다는 게 데이브 킹의 설명이다.
에너지 밀도 (energy density) 특정 부피에 저장된 에너지의 양. 즉 에너지 밀도가 높다는 것은 적은 양으로 많은 에너지를 얻을 수 있다는 의미다.
TRD Toyota Racing Development.
슬릭 타이어 (slick tire) 표면에 홈이 없어 지면과의 마찰력을 극대화한 타이어.
파이크스 피크 인터내셔널 힐클라임 Pikes Peak International Hill Climb.
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