전기차의 소음 및 진동(NVH) 특성 분석

1. 개요

전기차(EV)는 내연기관차(ICE)와 비교했을 때 소음 및 진동(NVH: Noise, Vibration, Harshness) 특성이 다릅니다. 내연기관이 없는 전기차는 엔진 소음이 없다는 장점이 있지만, 대신 기존 내연기관차에서는 잘 느껴지지 않았던 다른 유형의 소음과 진동이 문제로 부각될 수 있습니다. 이에 따라 전기차 제조업체들은 NVH 문제를 해결하기 위해 다양한 기술적 접근 방식을 연구하고 있습니다.

본 글에서는 전기차의 NVH 특성을 내연기관차와 비교하며, 전기차에서 발생하는 주요 소음 및 진동 요인을 분석하고, 이를 줄이기 위한 기술적 대응과 향후 발전 방향을 살펴보겠습니다.

 

2. 전기차와 내연기관차의 NVH 차이점

2.1 내연기관차의 NVH 특성

내연기관차는 엔진의 폭발과 연소 과정에서 발생하는 소음이 주된 NVH 원인입니다. 주요 소음 및 진동 요소는 다음과 같습니다.

• 엔진 소음: 연료가 연소되면서 발생하는 폭발음 및 배기음
• 변속기 소음: 기어 변속 시 발생하는 마찰 및 기계적 소음
• 배기 시스템 소음: 배기 가스가 머플러를 통과할 때 발생하는 소음
• 진동: 엔진의 움직임과 회전으로 인한 차체 진동

이러한 요소들로 인해 내연기관차에서는 엔진 소음을 억제하기 위한 흡음재 및 방음 기술이 필수적입니다.

2.2 전기차의 NVH 특성

전기차는 엔진이 없기 때문에 위에서 언급한 내연기관차의 주요 소음원이 사라집니다. 하지만, 전기차에도 고유의 소음 및 진동 문제가 존재합니다.

• 전동기(모터) 소음: 고주파 음이 발생하며, 속도가 증가할수록 소리가 커질 수 있음
• 배터리 냉각 시스템 소음: 배터리 온도 관리를 위한 냉각팬 및 열 관리 시스템 작동 시 발생하는 소음
• 타이어 및 노면 소음: 엔진 소음이 사라지면서 타이어 마찰음과 노면 소음이 더 두드러짐
• 공력 소음: 차량이 고속 주행할 때 공기가 차체를 통과하며 발생하는 소음

특히 저속 주행 시 전기차는 매우 조용하기 때문에, 보행자의 안전을 위해 인공적인 가상 엔진 소리(AVAS, Acoustic Vehicle Alerting System)를 추가하는 경우도 많습니다.

 

3. 전기차의 주요 NVH 원인 및 해결 방법

3.1 전기 모터 소음 해결

전기차의 전동기는 내연기관보다 조용하지만, 일부 고주파 소음이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 다음과 같은 기술이 사용됩니다.

• 소음 저감 설계: 모터 내부 구조를 최적화하여 불필요한 소음을 줄임
• 액티브 소음 제어(ANC): 반대 위상의 음파를 발생시켜 소음을 상쇄하는 기술
• 방진 장치 적용: 모터 장착부에 방진 고무나 서스펜션 구조를 개선하여 진동을 줄임

3.2 배터리 냉각 시스템 소음 해결

전기차 배터리는 일정한 온도를 유지해야 하므로 냉각팬이 지속적으로 작동할 수 있습니다. 이에 대한 해결책으로는:

• 액체 냉각 방식 채택: 공기 냉각보다 조용하고 효율적인 액체 냉각 시스템 사용
• 팬 속도 최적화: 필요할 때만 냉각팬이 작동하도록 제어하여 불필요한 소음을 줄임
• 소음 저감 설계: 냉각 시스템의 소음원을 최소화하는 엔지니어링 기법 적용

3.3 타이어 및 노면 소음 감소

전기차는 내연기관보다 조용하기 때문에 상대적으로 타이어와 노면 소음이 두드러질 수 있습니다. 이를 해결하기 위해:

• 저소음 타이어 사용: 소음 저감 설계가 적용된 특수 타이어 장착
• 방음재 강화: 휠하우스 및 차체 하부에 흡음재를 추가하여 노면 소음을 흡수
• 서스펜션 최적화: 노면 충격을 줄이고 승차감을 향상시키는 서스펜션 시스템 개발

3.4 공력 소음 해결

고속 주행 시 공기가 차량을 통과하며 발생하는 공력 소음이 문제될 수 있습니다. 이를 줄이기 위해:

• 공기역학적 디자인 적용: 유선형 차체 설계 및 공력 성능 최적화
• 도어 및 창문 밀폐성 강화: 외부 공기가 유입되지 않도록 실링(sealing) 강화
• 액티브 노이즈 캔슬링: 실내에서 반대 위상의 소리를 발생시켜 공력 소음을 감소

 

4. 전기차 NVH의 미래 발전 방향

전기차 NVH 문제를 해결하기 위해 자동차 제조사들은 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 향후 발전 방향은 다음과 같습니다.

• 고급 방음재 및 흡음재 개발: 차량 무게 증가 없이 NVH를 줄이는 신소재 연구
• 액티브 소음 제어 기술 고도화: AI 기반 소음 저감 기술 발전
• 더 조용한 전동기 개발: 모터 설계 최적화로 소음 자체를 근본적으로 감소
• AI 기반 가상 엔진 사운드: 차량 속도 및 주변 환경에 따라 자동으로 최적의 가상 사운드를 생성하는 기술 개발

 

5. 결론

전기차는 내연기관차에 비해 조용하지만, 새로운 유형의 NVH 문제를 가지고 있습니다. 모터 소음, 배터리 냉각 시스템 소음, 타이어 및 노면 소음, 공력 소음 등이 주요 NVH 요소이며, 이를 해결하기 위해 다양한 기술적 접근 방식이 적용되고 있습니다.

미래에는 전기차 NVH 기술이 더욱 발전하여 더욱 정숙하고 쾌적한 주행 경험을 제공할 것으로 기대됩니다. 전기차 제조사들은 소음 저감 기술을 지속적으로 연구하며, 소비자들에게 최상의 승차감을 제공하기 위해 노력하고 있습니다.

다.