공기저항계수가 불과 0.30(Cd값)라는 획기적인 3세대 Audi 《100》이 출시된 지 벌써 40년이 지났다. 당시에는 1970년대 오일쇼크에서 벗어난 지 얼마 되지 않은 무렵의 가치관 변화를 반영해서 큰 화제가 되었다.

▲ Audi 《100》(1981년, Cd값=0.3)

Audi 《100》은 당시 경쟁 모델과 비교하면 확실히 매끄러운 외관을 하고 있지만, 이국적이라는 느낌과는 거리가 멀다. 그렇기에 오히려 그 혁신적인 공력성능이 더욱 흥미로운 소재가 되었을 것이다.

시대의 흐름에 따라, 공력이 얼마나 중요한 의미를 갖게 되었는지는 익히 알고 있을 것이다. 공기저항은 어디까지 저감할 수 있을까? 자동차의 외관에 어떤 영향을 미칠까? 전동화는 어떤 영향을 미치며, 앞으로 어떤 제품이 만들어질까? 자동차의 표면을 “잡고” 감속시키려는 공기저항은 속도의 제곱으로 증가한다는 무섭고도 강력한 것이다.

간단하게 설명하자면 속도가 2배가 되면 저항을 이겨내기 위해 4배의 파워가 필요해진다는 말이다. 지금까지 파워를 향상시키기 위해 엔진의 설계에 얼마나 많은 노력을 기울여왔는지를 생각해보면, 현재의 공력에 주목하는 이유도 납득이 된다. 그리고 전기자동차(EV)의 파워트레인은 내연기관보다 월등히 효율이 높기 때문에 공력성능의 영향을 더욱 우려해야만 하는 상황이 되었다.

Porsche의 공력 연구개발을 담당하는 Thomas Wiegand 매니저의 설명에 따르면 WLTP 테스트 사이클에서 EV 손실의 30~40%는 공기저항이 차지하고 있으며, 현실 세계에서는 50%까지 상승할 가능성이 있다고 한다. 이에 비해 엔진차는 공기저항에 의한 손실은 전체의 10%에 불과하다.

▲ EV의 에너지 손실의 50%는 공기저항에 의한 것이라고 한다
(이미지는 공력 실험중인 Porsche의 《Taycan》)

그러나 EV는 공력에 관해서 엔진차보다 뛰어난 점이 몇 가지 있다. 첫 번째는 파워 유닛의 발열량이 적기 때문에 냉각용 라디에이터나 엔진 룸 내부의 공기 흐름이 거의 필요하지 않다는 점이다. 나머지 하나는 배기관과 구동계열 부품이 적기 때문에 자동차 하부를 매끄럽게 마무리하기 쉽다는 점이다.

시판차량에서도 그릴 셔터 등의 가동식 에어로 파츠(Aero Parts)를 조금씩 적용하기 시작하면서 필요한 양의 공기만을 브레이크 디스크나 라디에이터로 보내고 있다. Porsche의 《Taycan》은 0.22, M-Benz의 《EQS》는 0.20이라는 공기저항을 달성하고 있으며, M-Benz 《EQXX Concept》는 믿을 수 없을 정도로 낮은 수준인 0.17까지 공기저항을 낮췄다.

▲ M-Benz의 《EQS》(Cd=0.20, 왼쪽), M-Benz의 《EQXX Concept》(Cd=0.17, 오른쪽)

M-Benz의 Stefan Klever 공력 엔지니어는 《EQS》에서는 100km 주행 당 15kWh의 에너를 소비하지만 《EQXX Concept》에서는 10kWh까지 감소한다고 설명한다.

Porsche는 앞으로 형상기억 소재를 사용함으로써 자동차가 달리면서 형태를 변화시키게 되지 않겠는가 하는 생각을 하고 있는 것으로 보인다.

독일의 슈투트가르트대학교에서도 연구가 이루어지고 있으며, 스피커를 사용해서 바디의 표면을 진동시켜 공기의 박리움직임에 영향을 주어 저항을 낮추는 실험이 진행 중이다.

항속거리와 충전시간 등이 EV 구입의 걸림돌로 작용하고 있는 현재, 조금이라도 에너지 효율을 높이기 위해서 공력 성능은 파워트레인과 더불어 중요한 개발 해결과제로 떠오르고 있다.