파워트레인 구성
자동차의 파워트레인 구성은 엔진 또는 모터에서 발생한 동력을 기어박스, 드라이브라인, 디퍼렌셜을 거쳐 최종적으로 바퀴까지 전달하는 일련의 시스템을 의미한다. 내연기관차의 경우 실린더 헤드와 블록, 캠샤프트, 크랭크축으로 이루어진 엔진 본체가 동력원 역할을 수행하며, 여기에 터보차저나 슈퍼차저 같은 강제흡기 장치가 결합되기도 한다. 이 동력원에서 발생된 회전력은 클러치 혹은 토크 컨버터를 통해 트랜스미션으로 전달되어 기어비 변환 과정을 거친 뒤, 드라이브샤프트를 통해 디퍼렌셜 기어로 전달된다. 디퍼렌셜은 좌우 바퀴에 걸리는 부하 분배를 조율해 코너링 시 뒷바퀴 간 회전수 차이를 허용하면서도 출력을 안정적으로 분배하는 기능을 한다. 이후 액슬 샤프트를 통해 토크가 각 바퀴의 허브에 전달되어 주행력을 발휘하는데, 이 모든 과정이 유기적으로 결합된 시스템이 바로 파워트레인 구성이다. 전기차나 하이브리드차의 파워트레인 구성은 여기에 전기 모터, 인버터, 배터리 팩, 감속 기어박스가 추가되며, 모터에서 발생된 회전력을 직접적으로 기어박스에 전달하거나, 때로는 토크 컨버터를 생략하여 효율을 극대화한다. 더 나아가 4WD 시스템을 갖춘 전기차는 앞·뒤 축에 각각 독립 모터와 감속기를 배치하여 전자식 토크 벡터링을 구현하기도 한다. 파워트레인 구성 단계에서 핵심은 각 모듈 간 기계적 연결 강도, 열팽창 허용 오차, 진동 및 소음 특성, 윤활유 흐름 최적화, 그리고 전체 시스템의 중량 배분을 종합 고려하여 동력 전달 손실을 최소화하고 내구성을 확보하는 것이다.
설계
구동부 설계는 파워트레인 구성 중에서도 기어박스와 드라이브라인을 포함한 모든 동력 전달 계통의 설계 원칙과 최적화 과정을 의미한다. 기어박스 설계는 원하는 토크와 속도 곡선을 얻기 위해 기어비를 단계별로 배치하고, 동력 전환 시 발생하는 충격을 흡수하기 위한 동력 분산 기구(예: 동요 페달, 토크 컨버터)를 통합하는 작업이다. 수동변속기는 동기기어와 헬리컬 기어를 중심으로 설계되어 부드러운 변속감을 제공하며, 듀얼 클러치 변속기(DCT)는 두 개의 클러치를 이용해 다음 기어를 미리 예비 결합하여 기어 변속을 거의 무단(無斷)으로 수행한다. 무단변속기(CVT)는 벨트와 풀리를 통해 연속 기어비 변환이 가능하며, 토크 곡선을 세밀하게 제어할 수 있는 장점을 갖지만, 고부하 상황에서의 내구성과 반응 속도 확보를 위해 보조 동력 분산 장치가 필요하다. AWD 차량의 드라이브라인 설계에서는 중앙 디퍼렌셜 혹은 전자식 멀티플레이트 클러치를 통해 앞·뒤 축 간 토크를 능동적으로 분배하며, 이를 통해 안정적인 코너링과 견인력을 달성한다. 이러한 구동부 설계 과정에서 핵심 요소는 기어 소재의 피로 수명, 베어링의 윤활 및 실링 방식, 기어 오일의 점도 특성, 그리고 축간 정렬 공차를 엄격히 관리하는 것이며, 시뮬레이션 단계에서는 FEA(유한 요소 해석)를 통해 응력 집중부를 예측하고, 프로토타입 제작 후 HIL(하드웨어 인 더 루프) 테스트를 수행하여 실제 주행 조건에서의 온도 상승·진동·소음 특성을 검증한다.
열관리
파워트레인의 열관리 엔진 또는 모터, 기어박스, 배터리, 인버터 등의 온도를 최적 범위 내에서 유지하여 성능 저하와 부품 열화, 과열로 인한 고장을 방지하는 핵심 기술이다. 내연기관 차량에서는 냉각수 순환식 라디에이터와 써모스탯, 워터 펌프, 오일쿨러가 통합된 열관리 시스템이 배치되며, 이 시스템은 엔진 내부 연소실 온도가 상승하면 자동으로 냉각수를 순환시켜 열을 외부로 방출하고, 저온 운전 시에는 히터 코어를 통해 실내 난방에 활용하도록 제어한다. 반면 전기차 파워트레인에서는 배터리 팩과 전력전자장치, 모터 모두가 별도의 냉각 루프를 통해 관리되는데, 배터리 팩은 모듈별 센서를 통해 온도 분포를 실시간 모니터링하고, 액냉식 또는 히트 파이프 기반 냉각 채널을 활용해 셀 간 온도 편차를 ±2℃ 이내로 유지한다. 인버터와 모터는 모터하우징의 액냉 채널과 히트싱크를 통해 손실 열을 빠르게 제거하며, 고부하 상황에서는 냉각 펌프 유량과 밸브 개도를 제어 유닛이 조정하여 냉각 성능을 극대화한다. 열관리 전략 설계 시 중요한 것은 각 열교환기의 열저항, 유체 동압손실, 펌프 소비전력, 그리고 시스템 응답 시간을 종합 고려하여, 고도로 통합된 콤팩트 패키징 하에서도 열 스트레스 없이 장시간 주행이 가능하도록 하는 것이다. 또한, 냉각제 누수나 열교환기 막힘 등의 이상 징후를 진단하는 진단 알고리즘을 통해 예방정비를 지원하며, FMEA(고장 모드 및 영향 분석)를 기반으로 열관리 시스템의 신뢰성을 확보한다.