하이브리드 차량에서 전기모터는 내연기관과 함께 동력 전달을 수행하며, 특히 e-CVT 구조에서는 두 개의 전기모터이자 발전기 역할을 하는 MG1과 MG2가 핵심적인 역할을 담당합니다. 이 두 모터는 동일한 전기기계 장치처럼 보이지만, 회전자 관성 특성에는 분명한 차이가 있으며, 이 차이는 e-CVT의 가속 응답성과 주행 질감에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 글에서는 MG1과 MG2의 회전자 관성 차이가 왜 발생하며, 그것이 가속 응답성에 어떤 방식으로 작용하는지를 구조적으로 살펴봅니다.
회전자 관성이란 무엇인가
회전자 관성은 회전하는 물체가 현재의 회전 상태를 유지하려는 물리적 성질을 의미합니다. 관성이 클수록 회전 속도를 변화시키기 위해 더 큰 토크가 필요하며, 가속과 감속에 더 많은 시간이 소요됩니다. 반대로 관성이 작으면 적은 토크 변화에도 회전 속도가 빠르게 변합니다. 전기모터에서는 이 회전자 관성이 토크 명령에 대한 RPM 응답 속도를 결정짓는 중요한 요소로 작용합니다.
하이브리드 시스템에서 MG1과 MG2의 역할 차이
하이브리드 e-CVT 시스템에서 MG1과 MG2는 기능적으로 명확히 구분됩니다. MG1은 주로 엔진 시동, 발전, 그리고 시스템 전체의 회전 속도 제어를 담당합니다. 반면 MG2는 차량을 실제로 구동하는 주동력 모터로서, 가속 시 직접적인 토크를 차축에 전달하고 감속 시에는 회생제동을 수행합니다. 이러한 역할 차이 때문에 두 모터는 설계 단계부터 목표 특성이 다르게 설정됩니다.
MG1과 MG2의 회전자 관성 구조적 차이
MG1은 주로 회전 속도를 빠르게 제어해야 하는 역할을 맡고 있기 때문에 비교적 가볍고 관성이 작은 회전자 구조를 가집니다. 빠른 속도 변화와 정밀한 제어가 중요하기 때문에 회전자 질량과 반경 분포가 최소화됩니다. 반면 MG2는 높은 토크를 지속적으로 전달해야 하므로 회전자 질량이 더 크고, 결과적으로 관성도 커집니다. 이는 동일한 토크 명령에서도 MG2의 회전 속도 변화가 MG1보다 느리게 나타나는 이유입니다.
e-CVT 가속 응답성과 회전자 관성의 관계
e-CVT는 기계적인 변속 단수 대신, MG1과 MG2의 회전 속도 비율을 전기적으로 제어해 가상의 변속비를 만들어냅니다. 이 과정에서 각 모터의 회전자 관성은 가속 응답성에 직접적인 영향을 미칩니다. 관성이 큰 MG2는 높은 토크를 제공할 수 있지만, 급격한 가속 명령 시 회전 속도가 즉각적으로 상승하기 어렵습니다. 반대로 관성이 작은 MG1은 빠르게 회전 속도를 조절할 수 있지만, 주행 토크를 직접적으로 크게 제공하지는 않습니다.
가속 시 체감 응답성에 미치는 영향
운전자가 가속 페달을 밟는 순간, 제어기는 MG2에 토크를 우선적으로 배분해 차량을 가속시키려 합니다. 그러나 MG2의 회전자 관성이 크기 때문에 초기에는 토크 상승 대비 회전 속도 증가가 완만하게 나타날 수 있습니다. 이때 MG1은 엔진 회전 속도와 시스템 전체 회전 균형을 빠르게 조정해, MG2의 응답 지연을 보완하는 역할을 합니다. 두 모터의 관성 특성이 잘 조율되지 않으면, 가속 초기에 반 박자 늦는 듯한 응답이나 이질적인 엔진 회전 상승이 발생할 수 있습니다.
제어 알고리즘에서의 관성 보상
현대 하이브리드 시스템의 제어기는 MG1과 MG2의 회전자 관성을 이미 모델 값으로 인지하고 있습니다. 가속 상황에서는 관성으로 인한 응답 지연을 예측해, 실제 요구 토크보다 높은 초기 토크를 선제적으로 인가하는 피드포워드 제어를 사용합니다. 이후 실제 회전 속도 응답을 감지해 피드백 제어로 미세 조정을 수행함으로써, 관성 차이로 인한 불연속적인 가속 감각을 최소화합니다.
시스템 전체 관성과 주행 질감
MG1과 MG2의 회전자 관성은 단독으로 작용하기보다는, 엔진과 유성기어를 포함한 전체 동력계 관성과 결합되어 시스템 거동을 결정합니다. 이 전체 관성이 적절히 관리되면, e-CVT 특유의 연속적이고 부드러운 가속 감각이 구현됩니다. 반대로 관성 모델링이나 제어 보상이 부족할 경우, 가속 시 소음 증가나 회전 감각의 이질감으로 이어질 수 있습니다.
정리
하이브리드 시스템에서 MG1과 MG2의 회전자 관성 차이는 단순한 설계 차이가 아니라, e-CVT 가속 응답성과 주행 질감을 좌우하는 핵심 요소입니다. 관성이 작은 MG1은 빠른 속도 제어를, 관성이 큰 MG2는 강력한 구동 토크를 담당하며, 제어기는 이 두 특성을 정밀하게 조율해 자연스러운 가속을 만들어냅니다. 결국 e-CVT의 부드럽고 즉각적인 응답성은 전기모터 관성 특성과 이를 보상하는 제어 전략이 함께 만들어내는 결과라고 볼 수 있습니다.