Podbike FRIKAR, 소형 벨로모빌의 새로운 기준을 제시하다

Podbike FRIKAR: 벨로모빌의 새로운 기준을 제시하는 소형 전기자전거

자전거는 친환경적이고 효율적인 이동 수단이지만, 자동차와 함께 달리는 도심 환경에서는 안전성과 편의성에 대한 한계가 있습니다. 특히 비, 바람, 추위가 잦은 지역에서는 일반 자전거나 기존 벨로모빌만으로는 사계절 이동 수단으로 활용하기 어렵습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 모델이 Podbike FRIKAR입니다.

Podbike FRIKAR는 전기 보조 기능을 갖춘 4륜 벨로모빌로, 라이더를 감싸는 차체 구조와 공기역학적 디자인, 전천후 주행 편의성을 결합한 소형 이동 수단입니다. 개발 과정에는 Ansys Discovery, Ansys Mechanical, Ansys Fluent가 활용되어 구조 안전성, 피로, 공기역학, 환기 성능 등을 검토했습니다.

Podbike FRIKAR는 어떻게 시작되었나?

Podbike FRIKAR의 아이디어는 창업자이자 제품 개발자인 Per Hassel Sørensen의 실제 사고 경험에서 시작되었습니다.

그는 노르웨이 산네스에서 자전거를 타던 중 자동차와 저속 충돌 사고를 겪었습니다. 속도 자체는 낮았지만, 자전거가 자동차와 충돌할 때 라이더가 얼마나 취약한지 직접 경험하게 되었습니다.

이 사고 이후 Sørensen은 단순히 자동차로 이동 수단을 바꾸는 대신, 더 안전하고 지속 가능한 개인 이동 수단을 개발하기로 했습니다. 지속 가능 에너지 분야의 배경과 자전거에 대한 관심을 바탕으로, 그는 일상적인 이동에 적합한 벨로모빌 개발에 집중했습니다.

기존 벨로모빌의 한계

벨로모빌은 전기 보조 자전거와 소형 이동 수단의 장점을 함께 가진 형태입니다. 특히 유럽처럼 자전거 문화가 발달한 지역에서는 이동과 운동, 에너지 절감을 동시에 만족시키는 수단으로 가치가 높습니다.

하지만 기존 벨로모빌에는 몇 가지 한계가 있었습니다.

• 비와 바람에 라이더가 그대로 노출됨
• 루프나 앞유리가 없는 경우가 많음
• 도심 교통에서 시인성이 부족할 수 있음
• 3륜 구조로 인해 코너링 안정성에 한계가 있음
• 디자인이 대중적인 시장에 어필하기 어려움

Podbike FRIKAR는 이러한 한계를 해결하기 위해 더 안전하고, 더 눈에 잘 띄며, 사계절 사용할 수 있고, 디자인적으로도 매력적인 벨로모빌을 목표로 개발되었습니다.

Podbike FRIKAR의 핵심 특징

Podbike FRIKAR는 일반적인 전기자전거와 다르게 라이더를 완전히 감싸는 구조를 갖고 있습니다. 캐노피, 측면, 하단부가 밀폐되어 있어 비바람으로부터 라이더를 보호하고, 소형 제트 조종석처럼 유선형의 외관을 제공합니다.

주요 특징은 다음과 같습니다.

• 4륜 구조 기반의 높은 안정성
• 완전히 밀폐된 전천후 차체
• 전기 보조 페달 시스템
• 라이더 보호를 위한 구조 플랫폼
• 공기역학적 외관
• 성인 1명과 적재 공간을 고려한 내부 구성
• 옵션 유아용 시트 적용 가능
• 자전거 도로 주행을 고려한 최고 속도 설계

FRIKAR의 전기 보조 장치는 차량을 스스로 움직이게 하는 것이 아니라, 라이더의 페달 동력을 보조하는 방식입니다. 따라서 전기자전거의 성격을 유지하면서도 더 적은 힘으로 더 먼 거리를 이동할 수 있습니다.

4륜 구조가 주는 안전성과 안정성

기존 벨로모빌은 3륜 구조가 많은 편입니다. 반면 Podbike FRIKAR는 4개의 바퀴를 적용해 안정성을 높였습니다.

4륜 구조는 평상시 주행뿐 아니라 코너링 상황에서도 안정적인 거동을 제공합니다. 또한 차체의 보호 구역은 충돌 시 충격 에너지를 흡수하고 분산하도록 설계되었습니다.

이는 단순히 “안전해 보이는 디자인”이 아니라, 실제 사용자가 도심 주행에서 더 안전하다고 느낄 수 있도록 설계된 구조입니다.

특히 자동차, 보행자, 자전거가 함께 이동하는 복잡한 환경에서는 라이더가 외부와 분리된 보호 공간 안에 있다는 점이 큰 장점이 됩니다.

전천후 이동 수단을 위한 디자인

Podbike FRIKAR는 날씨의 영향을 줄이기 위해 캐노피와 차체를 활용한 밀폐 구조를 적용했습니다.

일반 자전거나 오픈형 벨로모빌은 비, 눈, 바람, 추위에 취약합니다. 반면 FRIKAR는 라이더를 감싸는 외형 덕분에 사계절 이동 수단으로 활용하기 좋습니다.

또한 기존 벨로모빌이 다소 장난감 같은 인상을 줄 수 있었다면, FRIKAR는 유선형 차체와 조종석 같은 외관으로 더 세련된 인상을 줍니다.

즉, FRIKAR의 디자인 목표는 단순히 기능적인 이동 수단이 아니라, 사람들이 보고 “멋지다”고 느낄 수 있는 벨로모빌을 만드는 것이었습니다.

주행 성능과 전기 보조 시스템

Podbike FRIKAR는 리컴번트 자전거 기반의 섀시를 사용합니다. 두 개의 뒷바퀴에는 모터가 적용되고, 앞바퀴 쪽에는 페달 발전기가 적용된 구조입니다.

전기 보조 장치를 사용할 경우 최고 속도는 약 시속 25km입니다. 이는 유럽 전기자전거 인증 기준과 자전거 도로 주행 조건을 고려한 속도입니다.

FRIKAR는 장거리 이동도 고려해 설계되었습니다. 여러 개의 트랙션 배터리를 장착할 수 있으며, 배터리 하나당 약 60~89km의 주행 거리를 제공할 수 있습니다. 다만 배터리는 차량을 독립적으로 추진하는 것이 아니라, 페달 동력을 보조해 라이더가 더 적은 에너지로 더 멀리 이동할 수 있도록 돕습니다.

Ansys 시뮬레이션이 개발에 활용된 이유

Podbike 개발팀은 제한된 개발 예산과 소규모 인력으로 제품을 개발해야 했습니다. 이런 상황에서 물리적 시제품 제작과 실험만으로 모든 설계 결정을 검증하는 것은 시간과 비용 측면에서 부담이 컸습니다.

이 때문에 개발팀은 Ansys Discovery, Ansys Mechanical, Ansys Fluent를 활용했습니다.

Ansys 시뮬레이션은 다음과 같은 개발 영역에 기여했습니다.

• 차체 구조 검토
• 피로 수명 분석
• 하중 및 진동 평가
• 충격 반응 분석
• 공기역학적 항력 계산
• 실내 환기 및 열 해석
• 차체 형상 반복 개선

특히 Ansys 스타트업 프로그램을 통해 Podbike는 고급 시뮬레이션 도구를 더 현실적인 비용으로 활용할 수 있었습니다.

구조 안전성과 피로 해석

FRIKAR는 가볍지만 튼튼해야 하는 제품입니다. 라이더를 보호해야 하면서도, 전기 보조 없이 페달로 주행할 수 있을 만큼 무게를 관리해야 하기 때문입니다.

개발팀은 탄소섬유 사용도 검토할 수 있었지만, 재활용과 재사용이 어렵다는 이유로 친환경 요구 사항에 맞지 않는다고 판단했습니다.

대신 더 높은 피로 주기가 요구되는 부품에는 환경 친화적이고 내식성을 가진 알루미늄 합금과 스테인리스 스틸을 선택했습니다.

Ansys Mechanical을 활용해 재료 피로, 하중, 진동을 모델링함으로써 울퉁불퉁한 도로를 포함한 다양한 조건에서 FRIKAR가 어떻게 반응하는지 검토할 수 있었습니다.

공기역학 설계와 항력 저감

FRIKAR의 차체는 단순히 보기 좋게 만든 것이 아니라, 공기역학 성능까지 고려해 설계되었습니다.

Ansys Fluent 기반 CFD 해석은 차체 주변의 유동을 분석하고 항력을 계산하는 데 사용되었습니다. 개발팀은 여러 차례 반복 계산을 수행하면서 차체 형상을 다듬었고, 이를 통해 항력을 줄이기 위한 설계 방향을 찾을 수 있었습니다.

전기자전거는 자동차처럼 강력한 동력으로 움직이지 않기 때문에 항력 저감이 중요합니다. 작은 공기저항 차이도 라이더의 체력 소모, 주행 거리, 속도 유지에 영향을 줄 수 있습니다.

밀폐형 차체에서 중요한 환기와 열 해석

FRIKAR는 라이더가 완전히 밀폐된 공간에 앉는 구조입니다. 이 때문에 일반 자전거와 달리 자연스러운 공기 순환만으로는 충분한 냉각이 어려울 수 있습니다.

개발팀은 Ansys CFD를 활용해 실내 환기를 위한 풍속과 열 해석을 검토했습니다.

밀폐형 차체에서는 다음과 같은 열원이 고려되어야 합니다.

• 라이더가 발생시키는 체열
• 헤드라이트 등 전장 부품의 열
• 유리창 김서림을 유발할 수 있는 습한 호흡
• 외부 기온과 내부 공기 흐름

충분한 환기 설계가 없다면 라이더가 더 많은 힘을 쓰게 되어 열 발생이 증가하거나, 쾌적성이 떨어져 주행 경험이 나빠질 수 있습니다.

따라서 FRIKAR의 환기 포트와 송풍구 설계는 단순한 편의 기능이 아니라, 실제 주행 성능과 사용자 만족도에 영향을 주는 핵심 설계 요소입니다.

시뮬레이션이 개발 속도를 높인 방법

Podbike FRIKAR는 사고 경험에서 출발한 아이디어였지만, 실제 제품으로 만들기 위해서는 안전성, 구조, 공기역학, 사용자 편의성까지 모두 검토해야 했습니다.

소규모 팀이 이러한 복잡한 설계 문제를 빠르게 해결하기 위해서는 반복적인 시뮬레이션이 필수적이었습니다.

물리적 시제품을 반복 제작하고 실험실 테스트를 수행하는 방식은 비용과 시간이 많이 듭니다. 반면 수치 시뮬레이션을 활용하면 설계 초기 단계에서 문제를 예측하고, 다양한 설계안을 빠르게 비교할 수 있습니다.

Sørensen은 FRIKAR와 같은 제품을 만들기 위해서는 수치 시뮬레이션이 필요하며, 시뮬레이션 없이는 합리적인 기간과 예산 안에서 개발하기 어렵다고 설명했습니다.

결론: Podbike FRIKAR는 벨로모빌의 실용성을 확장한 사례

Podbike FRIKAR는 단순한 전기자전거가 아니라, 안전성, 편안함, 전천후 주행, 친환경 이동성, 공기역학 설계를 함께 고려한 소형 벨로모빌입니다.

특히 4륜 구조와 밀폐형 차체는 기존 벨로모빌의 한계를 보완하고, Ansys 기반 시뮬레이션은 제한된 개발 자원 안에서도 구조 안전성, 피로, 항력, 환기 성능을 검토하는 데 중요한 역할을 했습니다.

결국 FRIKAR 사례는 새로운 모빌리티 제품 개발에서 시뮬레이션 기반 설계가 얼마나 중요한지를 보여줍니다.

제품을 더 안전하게 만들고, 더 빠르게 검증하고, 더 나은 사용자 경험을 제공하기 위해 Ansys 시뮬레이션은 핵심적인 개발 도구로 활용될 수 있습니다.

출처 : Ansys Cool, Compact and Comfortable: Podbike FRIKAR Redefines the Velomobile

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