자동차 산업의 전동화 추진으로 변화가 가속화되면서, 자동차 제조사들은 차량의 공기 역학을 개선하기 위한 방안을 모색하고 있다. 이러한 노력은 때로는 흥미롭고 이상하기까지 한 해법으로 이어지기도 한다.

Porsche는 최근 차량의 공기 역학을 개선하기 위한 방식을 테스트하는 과정의 일환으로 독일 슈투트가르트 대학에서 차량 전체를 진동하게 하는 방식을 연구하고 있다고 밝혔다.

동 대학 자동차 공학 프로그램 학장인 Andreas Wagner 교수는 “전체적으로 진동을 도입하여 차체의 특정 지점에서 공기저항 계수인 Cd값을 낮출 수 있을지를 연구하고 있다”며, “차량 주변의 유동에 스피커를 이용해 정의된 펄스를 도입한다면 유동 박리 거동에 영향이 있을 것”이라고 언급했다.

하지만 이 방법에는 아직 해결할 과제들이 존재하며, 이제 막 개발이 시작된 단계이다. 예상대로 Porsche는 이러한 방법이 자동차의 소음과 진동에 영향을 미치지 않기를 바랄 것이다.

Wagner 교수는 “예컨대 탑승자들에게 윙윙거리는 소리 등의 잡음이 들리지 않도록 해야 한다”며, “이에 따라 양산까지는 일부 해결할 과제가 남아 있다”고 설명했다.

또한 Porsche가 연구 중인 EV 공기역학 개선 방식 중에는 생산에 가까워진 기술도 있다. 예컨대 능동 공기역학(active aero)에는 차량의 공기 저항을 줄일 수 있는 알려지지 않은 잠재성이 많다. 시뮬레이션 도구의 개선을 통해 이러한 기술을 더욱 향상시킬 수 있다.

Wagner는 “지난 20년간 전산 유체 역학(computational fluid dynamic) 시뮬레이션의 중요성이 매우 커졌다”며, “수학적 방법에 대한 이해도가 높아지고, 더욱 정확한 도구가 개발되었으며, 컴퓨터의 처리 능력이 향상되었다”고 설명했다.

하지만 여전히 개선의 여지가 있다. 예컨대 컴퓨터는 회전하는 타이어가 공기에 미치는 영향에 관한 시뮬레이션에 어려움을 겪고 있으며, 차량 중량에 따른 타이어의 변형에 관한 정확한 시뮬레이션도 매우 어렵다. 이러한 과정에 도움을 주기 위한 지능적 알고리즘(intelligent algorithm)이 개발되고 있으며, 인공지능도 공기역학 분야에 크게 기여할 것으로 예상된다.

Porsche의 공기역학 R&D 책임자 Thomas Wiegand 박사는 “AI 알고리즘은 보간법(interpolation) 및 보외법(extrapolation)을 통해 기존 데이터에서 새로운 데이터를 생성할 수 있다”며, “이를 통해 구체적인 실험을 계획하고, 수행할 실험 수를 줄일 수 있으며, 분류를 위한 변수를 모두 측정할 필요가 사라졌다”고 설명했다.

이러한 연구의 결과로 모든 EV의 형태가 같아진다는 의미는 아닐 것이다. Porsche의 연구를 통해 설계자의 자유도를 높이면서도 더욱 효율적인 차량을 만들 수 있다.

Porsche Engineering의 공기역학 및 열관리 책임 엔지니어 Marcel Straub은 “양호한 공기저항 계수는 여러 방식으로 달성할 수 있다”며, “예컨대 후면을 최적화하려면 트렁크 리드 높이와 차체 하부의 디퓨저를 변경할 수 있다”고 설명했다. 그러면서 “최고의 공기역학을 갖춘 차량들이 모두 같은 형태로 설계될 것이라는 우려는 하지 않아도 된다”고 덧붙였다.