12 BMW 이노베이션데이- 2. 예측 변속 시스템의 마법

BMW가 2012년 9월 20일 독일 뮌헨 북부 마이자흐(Maysach)에 새로 설립한 BMW드라이빙 아카데미(Driving Academy)에서 전 세계 자동차 전문기자들을 대상으로 그들이 개발 중인 기술을 소개하는 행사를 가졌다. 올 해에는 2011년 4월의 이노베이션데이를 통해 발표했던 실린더 모듈을 베이스로 한 새로운 엔진 패밀리와 예측 주행제어 시스템 등의 개발 진행 상황에 대해 소개했다. 그 두 번째로 내비게이션을 통해 전방의 도로 상황을 분석해 최적의 주행을 실행하는 예측 변속제어의 개발과정에 대한 내용을 소개한다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)

먼 미래의 파워트레인 개발이 중요한 만큼 이 순간 가능한 모든 수단을 동원해 효율성을 높이는 것 역시 자동차회사들의 과제다. 다운사이징과 다운스피딩, 라이트사이징으로 대변되는 효율성 증대를 위한 자동차회사들의 노력은 치열하다. 단 몇%라도 중량을 줄일 수 있다면 그것은 큰 혜택으로 받아 들여지고 있다.

BMW는 새로운 이피션트 다이나믹스 엔진 패밀리를 통해 엔진 부분에서의 효율성을 추구함과 동시에 그 엔진의 힘을 바퀴에 전달하는 트랜스미션에 관한 연구도 다양한 각도로 진행하고 있다. 변속기 자체의 개량은 물론이고 변속기와 관련된 주변 기기와의 연동에 의해서도 운전의 즐거움을 손상시키지 않으면서 효율성을 높일 수 있는 방법을 찾고 있다. 여기에 소개되는 기술 역시 새로운 엔진 패밀리와 마찬가지로 개발이 진행 중인 것으로 이노베이션데이를 통해 전문기자들에게 진행과정이 소개된 것이다.

BMW는 2011년의 이노베이션데이를 통해 예측 변속 제어 시스템 채용한 8단 AT를 소개한 바 있다. ZF의 8단 자동변속기를 기본으로 하는 것으로 도로의 상황에 따라 최적의 변속 포인트를 찾아 지능적으로 변속을 진행하는 시스템이다. 이번에는 한 단계 진보 해 크게 예측 변속 제어(Predictive Drivetrain Management)과 선견(Foresight) 기능, 그리고 그것들을 실행하는 변속 모드를 선 보였다.

현재의 변속기 제어 시스템은 이미 운전자의 다양한 상황 및 요건을 허락하며 각 상황 별로 적합한 기어를 선택하는 수준에까지 이르러 있다. 토크 센싱에 의해 적절한 기어 변속 포인트를 찾아 내 연비 성능을 최적화하는 것은 오래된 기술에 속한다. 뿐만 아니라 운전자의 운전습성을 파악해 그에 맞는 패턴으로 변속 포인트를 실행하기도 한다.

BMW는 여기에서 한 발 더 나아가 다른 부품과의 상호 연결 및 내비게이션 정보의 사용을 통해 도로의 상황에 맞는 최적화된 변속 로직을 개발하고 있다. 토크 센싱의 지나친 작동을 억제해 효율성과 안락성을 제고하고 달리는 즐거움을 손상시키지 않기 위함이다. 더불어 네트워크 기능의 지능적 사용을 통한 혁신적인 기술에 대한 모색도 이루어지고 있다.

먼저 내비게이션에 입력된 정보를 통해 도로의 높낮이 정도를 파악한다. 전방 1.5km까지의 상황을 분석하는 The Electronic Horizon.‘ 단계다. 다음으로 노면의 마찰력 정도까지 파악하고 그 정보를 분석해 최적의 변속 포인트를 찾아낸다. 그렇게 해서 잦은 변속으로 인한 효율성 저하를 막고 달리는 즐거움을 손상시키지 않기 위함이다.

이를 위해 필요한 장비는 카메라를 비롯해 앞뒤 레이더, 내비게이션, 초음파 등이다.

이것을 구체적으로 적용해 실행에 옮긴 것이 예측 변속 제어(Predictive Drivetrain Management)과 선견(Foresight) 기능이다.

시작은 내비게이션으로부터 데이터를 인식하고 그것을 분석하는 것이다. 그 데이터를 통해 전방의 상황을 확인하고 예측 기능을 통해 자동차의 거동을 최적화한다. 이 때 동원되는 것이 코스팅(Caosting; 탄력 주행)과 에코 루트, 에코 프로(Eco Pro)에널라이저다. 이들을 통해 예측 동력전달장치 제어가 가동된다. 제어는 Sport+, Sport, Comfort, Eco, Eco Pro 모드 등 모두 5개의 모드로 이루어진다.

Comfort 모드에서는 우선 코너링에 진입하기 전에 알아서 시프트 다운이 이루어진다. 속도를 낮추고 구동력을 증강하기 위함이다. 코너의 CP지점을 지나면서는 다음 상황을 정확히 예측해 불필요한 변속을 하지 않도록 제어한다. 결국 운전자는 잦은 변속을 하지 않아도 되고 그만큼 코너링이나 와인딩 로드에서의 스트레스가 줄어 든다.

Sport 모드에서는 변속 포인트를 늦춰 코너링 진입시부터 탈출시, 다음 와인딩의 진입시까지 좀 더 높은 구동력을 확보해 스포티한 주행을 가능하게 한다. 저단 기어의 사용을 늘리는 것이다. 좀 더 다이나믹한 주행을 원할 때 사용하는 모드다. 여기까지는 기어박스를 중심으로 한 로직이다.

Eco Pro 모드에서만 작동되는 선견(Foresight) 기능은 좀 더 복잡한 예측이 가능하다. 자동차의 진행 방향 전방 1500미터까지의 상황을 파악하는 것이 시작이다. 내비게이션으로 목적지가 설정되어 있는 상황에서 최적의 도로를 선택한다. 최적이라는 것은 최단일 수도 있고 노면의 곡률반경이나 언덕길 등을 고려해 가장 효율적인 도로를 선택하는 것일 수도 있다.

전방의 도로에서의 속도 제한과, 코너의 상황, 고속도로 출구 등 모든 예상 가능한 상황을 상정해 최적의 도로를 찾아 주는 에코 프로 루트 기능을 말하는 것다. 그에 따라 최적의 변속을 수행해 준다. 그 결과 최대 25%까지 연료 저감이 가능하다고 한다. 그러니까 가능한 모든 방법을 동원해 효율성을 추구하면서 동시에 역동성이라고 하는 BMW의 DNA도 살려 내고자 한다는 것이다.

실제 짧은 시승 코스에서 이런 기능을 체감하기는 쉽지 않았다. 다만 연속되는 코너링에서 변속 회수가 줄어 들어 오른발의 스트레스가 줄어들었다는 정도는 느낄 수 있다. 교통량이 많은 상황에서는 이 기능이 어느 정도 효과를 발휘할지에 대해서도 고민이 필요할 것 같았다.

다만 최근 BMW의 발표한 자동주행시스템과 연동이 될 경우 시너지효과를 낼 수 있을 것도 같다. BMW는 지난 7월 CDC(ConnectedDrive Connect)로 불리는 자동주행시스템을 공개 한 바 있다. 이 시스템은 GPS와 레이더, 라이더, 비디오 카메라 같은 장비들이 차의 움직임은 물론 주위의 물체를 정확히 식별해 낸다.

CDC는 기본적으로 현재의 ACC(Adaptive Cruise Control)처럼 전방의 상황에 따라 가감속을 자동으로 실행한다. 그리고 전방이 완전히 비어 있다면 최대 130km/h까지 속도를 올릴 수 있다. 전방의 서행 차량을 피해 차선 변경 후 다시 원래의 차선으로 복귀할 수 있는 것은 물론이다. BMW는 이미 5천 km의 주행 테스트를 마친 상태이다.

CDC는 5시리즈에 프로토타입이 탑재돼 테스트가 진행 중이다. 최신의 비디오 카메라는 각 도로에 맞는 속도 제한은 물론 추월 금지 구간 같은 고급 정보도 식별이 가능하다. 그리고 정체구간에서도 운전자와 동일한 부드러운 거동을 제공한다.

참고로 예측 변속 제어 시스템의 기본이 되는 BMW의 8단 자동변속기는 12기통 엔진의 힘과 성능에 이상적으로 맞추어진 것이다. 안락성, 스포티함, 효율성을 추구하는 8단 자동 변속기는 이전의 6단 자동 변속에 비해 기어 증가 범위를 늘렸다. 기어세트 구성을 통해 성능은 향상시킨 반면, 기어의 크기, 무게, 시스템의 내부 효율성에는 부정적인 영향을 미치지 않았다.

BMW 엔지니어들이 8단 자동변속기에서 가장 먼저 고려한 것은 원하는 정도의 효율성 개선을 이루기 위해서는 6단 자동 변속기에 비해 기어 수를 늘리고 더욱 넓은 범위의 기어 증속을 제공하는 변속 시스템이 필요하다는 사실이라고 밝혔다. 동시에 시스템의 내부 효율성을 최적화하기 위해 추가 부품의 수를 최소한으로 유지한다는 것이었다고 한다.

그 작업을 위해 ZF 프리드리히스하펜(Friedrichshafen) AG등 협력업체들이 참여했다.


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