Nissan Advanced Technology Briefing2010이튿날 행사는 닛산자동차가 개발하고 있는 신기술 소개와 테스트 코스에서 직접 시승하고 체험하는 형태로 진행됐다. 2009년 행사에서는 전기차를 중심으로 설명했었으나 올 해에는 하이브리드카와 각종 주행 안전 기술 등 전반적인 내용을 다루었다. 매년 개최되는 행사인만큼 짜임새도 좋아지고 내용도 충실해졌다. 설명하는 엔지니어들의 자세도 그렇고 행사를 진행하는 스탭들의 자세도 빈틈이 없다. 120여명에 달하는 기자들 모두가 큰 혼란 없이 2시간의 프리젠테이션과 7가지 시승 및 체험을 정해진 시간 내에 할 수 있었다. 파워트레인에 대한 닛산자동차의 전략과 다양한 안전 관련 신기술 등을 소개한다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
사진/닛산코리아

닛산 그린 프로그램 2010

이산화탄소를 화두로 연구개발활동을 한다는 점에서는 글로벌 트렌드와 같다. 닛산자동차는 그린 프로그램 2010을 축으로 2050년까지 이산화탄소 배출량을 지금보다 90%를 줄여야 한다는 과제를 전제로 하고 있다. 단기적으로는 내연기관 엔진의 효율성을 증대하고 장기적으로는 전동화와 대체 에너지 및 재생 에너지로 전환해야 한다는 점도 다른 메이커와 크게 다르지 않다.

이미 소개한 바 있지만 닛산자동차는 사회와 운전자, 자동차 등 3중 접근방식을 제시하고 있다. 교통체증 감소와 에코드라이빙 지원, 엔진의 효율성 증대가 그것이다. 자동차만이 아닌 모든 차원의 방법이 동원되어야 해결할 수 있는 과제라는 것을 그렇게 표현하고 있다.

가솔린 에너지 100을 사용해 열 손실과 펌핑 손실, 기계적 손실 등으로 80%를 허비하고 또 파워 트레인 출력도 주행저항과 브레이크 열 등으로 20%를 낭비한다. 닛산자동차는 엔진의 다운사이징과 직접 분사방식, 듀얼 인젝터, CVTC, VVEL등 소프트웨어의 개량에 의해 효율성을 극대화하고 있다. 열 및 운동에너지의 재생도 이산화탄소 저감에 크게 기여한다. 당장에 열 에너지 재생은 많은 잠재력을 갖지만 회수가 상대적으로 어렵다. 하지만 CVT 오일 워머등의 채용으로 해법을 찾음과 동시에 운동에너지 재생에도 역점을 두고 있다.

닛산자동차는 연료효율성 개선을 위해 7월 중순 1.2리터 3기통 직분사 수퍼차저 엔진을 개발해 공개했다. 더불어 듀얼 인젝터, 클린 디젤, 신개발 CVT, 스톱 스타트 시스템, 그리고 풀 하이브리드 시스템 등을 개발했다.

그 중 3기통 직분사 수퍼차저 1.2리터 엔진은 성능은 1.5리터급이면서 이산화탄소 배출량은 세계 최저 수준인 95g/km를 목표로 하고 있다. 각종 손실을 줄이기 위해 압축비를 13 : 1로 했으며 밀러 사이클의 채용, 흡입 & 배기 CVTC, 피스톤 링과 밸브 리프터의 무수소 DLC*3 코팅, 미세 마감 기계 가공 등 다양한 신기술을 적용했다. 밀러 사이클 엔진은 직분사 시스템으로 해도 터보차저와의 상성이 떨어져 수퍼차저를 채용했다는 것이 닛산측의 설명이다.

주행시 엔진의 반응은 실용 영역에서의 반응에 중점을 두었다는 느낌을 받았다. 오랜만에 수동변속기가 조합된 모델이었는데 3단까지의 변속은 토크감을 충분히 느낄 수 있었다. 하지만 그 이상에서는 효율성을 중시하는 세팅이었다.

1.2리터 가솔린 엔진으로 주목을 끌고 있는 것은 폭스바겐의 직렬 4기통 1.2리터 TSI 엔진이 있다. 이 엔진은 최고출력105마력으로 1,500 rpm이라는 낮은 회전수에서 17.8kg.m의 최대 토크를 발휘한다. 이 엔진이 올라간 신형 폴로의 연비는 18.28km/L, CO2 배출량은 129g/km이다. 이는 기존의 1.6리터 자연흡기 보다 30g/km이나 줄어든 것이다.

닛산의 1.2리터는 3기통 엔진은 구체적인 데이터는 아직 발표되지 않았다. 다만 닛산측은 세계 최고의 연비 효율성을 갖춘 동시에 1.5L 엔진 수준의 엔진 파워와 95g/km의 CO2 배출(NEDC 기준)을 달성하고 있다고 밝히고 있다.

병렬식 풀 하이브리드 시스템 완성

Nissan Advanced Technology Briefing2008에 처음 소개됐던 병렬형 풀 하이브리드 시스템을 완성해 공개했다. 하나의 모터와 두 개의 클러치(인텔리전트 듀얼 클러치 컨트롤)로 구성된 병렬식 풀 하이브리드 시스템이다. 트랜스미션은 토크 컨버터방식의 자동 변속기가 아니다.

닛산의 풀 하이브리드 시스템은 토요타의 시스템처럼 EV모드가 있다. 내연기관 엔진은 인피니티 시리즈에 탑재되는 VQ35DE로 엣킨슨 사이클 방식을 채용하고 있다. 구체적인 제원은 아직 공개되지 않았다.

클러치 하나는 엔진과 모터, 또 하나는 모터와 자동변속기 사이에 설치되어 주행 상황에 따라 클러치는 단절되거나 연결된다. 전기모터만으로 주행할 때는 클러치1은 단절되고 클러치 2가 접속된다. 이에 따라 엔진은 정지 상태가 되고 모터만으로 구동한다. 클러치1을 단절함으로써 엔진이 계속해서 도는 것을 피해 전력소비를 저감할 수 있다는 것이 닛산측의 설명이다.

출발시에는 전기모터만으로 구동을 하며 배터리의 충전 상태는 센터 페시아의 AV모니터를 통해 확인할 수 있다. 가속을 하면 엔진이 구동이 되며 큰 파워가 필요할 때는 전기모터와 내연기관이 동시에 작동한다.

발진 후 EV모드만으로 주행하는 거리는 길지는 않다. 프리우스의 경우 시속 20km/h정도까지 전기모터로 구동이 가능하다. 닛산의 병렬식 하이브리드 시스템도 비슷하다. 닛산측은 고속 주행시 80km/h에서도 전기모터만으로 구동이 된다고 했다. 실제 4km 정도의 서키트 주행시에 실험을 해 보았다. 65km/h에서 엑셀러레이터에서 발을 떼자 엔진 시동이 꺼진다. 좀 더 속도를 올려 보았지만 그때는 엔진이 작동됐다.

토요타의 하이브리드 시스템과의 차이라면 직결감이 좀 더 강하다는 점이다. 또한 하이브리드 시스템의 중량이 100kg 이하로 억제되어 운동성능에 미치는 영향도 크지 않다고 한다.

닛산자동차는 고속에서의 연료 경제성이 기존 하이브리드 차량에 비해 현저하게 향상됐다고 설명하고 있다. 미국에서의 고속 주행 실험 데이터에 따르면, 주행 시간의 약 절반 정도 가솔린 엔진이 작동하지 않고 전기모터만으로 구동됐다고 한다.

닛산의 하이브리드 시스템은 2010년 11월 중형 세단인 푸가에 탑재되어 출시된다. 푸가에는 닛산이 세계 최초로 개발한 EDIB(Electric Driven Intelligent Brakes)와 EHPS(Electro-Hydraulic Power Steering)가 채용된다. EDIB는 하이브리드 차량을 위한 것으로 전기 모터가 브레이크 실린더에 직접 연결된다. 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 압력을 지속적으로 유지시켜줘 충전 효율을 높여준다.

닛산에 따르면 친환경적인 것은 물론 성능에서도 큰 장점을 갖고 있다. 브레이크와 스티어링의 반응이 빨라지고 보다 자연스러운 작동 감각을 제공한다는 설명이다. EHPS는 운전자가 조향할 때만 모터가 작동한다. 기존의 유압식과 EPS의 장점을 모았다고 밝혔다. 각 부품을 모듈화 해 기존의 파워 스티어링 시스템 보다 사이즈를 줄인 것도 장점이다.

안전 운전을 위한 다양한 신기술들

닛산자동차는 올 해에도 완성 단계에 있는 각종 안전 및 주행 관련 신기술들을 소개했다. 우선 주목을 끄는 것은 볼보의 시티 세이프티보다 한 단계 진보한 정면충돌 방지 시스템(Forward Collision Avoidance Assist Concept). 감속이 필요하다고 판단되는 경우 시스템에서 스크린 디스플레이 및 사운드를 이용해 운전자에게 경고 메시지를 보낸 뒤, 엑셀 페달을 위로 올리는 힘을 생성하고 부분적으로 부드럽게 브레이크를 작동시켜 감속을 돕는다. 이후 충돌의 위험이 있다고 판단되는 경우, 시스템은 보다 강하게 브레이크를 작동시키는 것과 동시에 운전자의 안전벨트를 강하게 조여준다. 볼보의 시티 세이프티가 15km/h 이내에서 작동되는데 반해 60km/h의 속도에서도 작동된다는 점이 다르다. 실제 체험 주행시 약 40km/h의 속도에서 장해물 직전에서 급 제동이 되며 멈춰셨다. 몸이 앞으로 약간 쏠리기는 했지만 위화감이 크지는 않았다.

ACC(Active Drive Controle)와 같은 개념의 DCA(Distance Controle Assistance)는 주행 중 앞 차와의 차간 거리를 제어해 주는 장비다. ACC가 스로틀과 브레이크를 동시에 제어하는데 반해 DCA는 브레이크만 제어한다. 써키트 주행시 ACC와의 거동 차이가 크지 않다는 것을 느낄 수 있었다.

주차장에서 후진할 때 갑자기 나타나는 사물에 대해 센서가 감지해 자동으로 브레이크를 작동시키는 BCI(Brake Controle Interception)도 새로운 아이디어다. 후방 180도 정도의 각도에서 나타나는 물체를 감지해 작동한다. 후진시의 위험으로 인한 사고 방지를 위한 장비도 더 높은 수준으로 진화하고 있는 것이다.

어라운드 뷰 모니터에는 움직이는 물체를 감지하는 MOD(Motion Object Detection)가 추가됐다. 별도의 센서 없이 카메라만으로 감지하는 것으로 차체 전후 좌우에 있는 움직이는 물체를 감지해 경보를 울려준다. 물론 카메라를 통해 물체를 확인할 수도 있다. MOD는 주차 시 보행자 또는 움직이는 사물이 차와 근접할 경우 이를 운전자에게 알린다. 기존의 리어 뷰 모니터나 어라운드 뷰가 안전한 주차를 돕는 기술이지만 MOD가 추가되면 운전자가 미처 발견하기 힘든 사물까지 감지할 수 있다. 이는 자동차가 출발할 때나 낮은 속도로 운행할 때도 같은 기능을 한다.

이 외에도 닛산자동차는 운전자와 승객 모두에게 안락한 실내 환경을 제공하기 위해 디자인된 새로운 ‘건강과 웰빙(Health and Well-being)’ 컨셉을 도입한다고 밝혔다. 이를 기반으로 ‘안락한 승객 시트(Comfortable Captain Seat)’, 실내 공기 모니터링 시스템인 ‘ACCS(Advanced Climate Control System)’과 ‘퀵 컴포트 시트 히터 (Quick Comfort Seat Heater)’ 등 세 가지 새로운 기술이 도입된다. 필터를 이용해 외부에서 유입된 공기를 비타민 C로 바꾸어 준다는 기술도 재미있다.

‘닛산 = 운전의 즐거움’이라는 인식을 확립하기 위해 추진하고 있는 ‘라이프 온보드’를 중심으로 다양한 활동들도 눈길을 끌었다. 사용자의 신체적, 정신적 건강을 유지해 준다는 개념을 기본으로 하고 있다. 여기에는 최근 닛산이 ‘쥬크(Juke)’에 선보인 사용이 용이한 다목적 다기능 정보 시스템인 ‘인텔리전트 컨트롤 디스플레이(Intelligent Control Display)’, 인피티니 M과 신형 푸가에 사용된 쾌적한 바람, 온도, 습도 및 자연 숲의 향을 재현하는 에어컨 시스템인 ‘포레스트 AC(Forest AC)’, 실내 자재의 질과 결의 개선 및 인간에 대한 연구를 기반으로 한 신기술 등이 포함된다.

다이나믹 퍼포먼스도 닛산이 추구하고 있는 달리는 즐거움을 위해 진화했다. 세계 최초로 운전자 조작 시에만 작동되는 모터가 탑재된 전기 유압식 파워 스티어링 시스템도 주목을 끈다. 이 시스템은 여러 부분을 통합해 작동되던 전통적인 파워 스티어링 시스템보다 크기가 작다. 유압식 파워 스티어링의 자연스럽고 부드러운 조작과 전자식 파워 스티어링의 연비 향상 효과라는 두 타입의 장점을 모두 살려 설계된 것으로, 닛산 푸가 및 인피니티 M 등 고급 스포츠 세단을 구매하는 고객의 니즈에 맞는 균형 잡힌 시스템을 개발하기 위한 것이다.

자동차의 전기 모터를 이용해 직접 브레이크 실린더를 작동시키는 전기 구동 인텔리전트 브레이크도 세계 최초의 기술이다. 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 필요한 제어력은 유지되면서 마찰 브레이크의 유압력을 통제해 하이브리드 모터의 에너지 재생산이 극대화 되도록 촉진한다. 모터가 직접적으로 브레이크 실린더를 작동하는 시스템 구조가 간단하기 때문에 이 새로운 전기 구동 인텔리전트 브레이크 시스템은 향후 다양한 하이브리드 차량에 적용될 잠재력을 가지고 있다.

이는 차체의 흔들림이나 비 정상적인 거동을 제어하기 위한 HBMC(유압식 바디 모션 컨트롤)와 함께 다이나믹 퍼포먼스의 진화에 기여하고 있다.