한국자동차 공학회는 지난 4월 22일 창립 30주년을 맞이하였으며, 이를 기념하여“30주년 기념학술대회”를 롯데호텔월드에서 개최했다. 이번 창립 30주년 기념 학술대회에서는 자동차공학회 회원들과 자동차공학인을 위하여 두 명의 해외 석학을 초청하여 특별강연을 실시하였으며 본 자료는 특별강연 내용을 연세대학교 허승진교수가 정리한 것이다. 전체적인 내용은 한국자동차공학회보 2008년 8월호에 ‘자동차기술의 현재와 미래’라는 제목으로 게재되었으며 한국자동차공학회의 동의를 얻어 글로벌오토뉴스에 그대로 전재한다. (편집자주)

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우선, Drive Train의 경우 자동변속기, 2중 클러치 수동변속기, 무단 변속기(CVT) 기술이 그동안 지속적인 발전이 이루어졌다. 특히, 현재 유럽에서는 이중클러치 수동변속기가 매우 흥미를 끌고 있는 기술로 인정받고 있다. 바퀴 현가기구와 조향분야에서도 능동형 조향시스템(AFS)와 같은 많은 신기술 들이 개발되고 있으며, Drive Assistance System (DAS) 분야에서는 ACC (Adaptive Cruise Control) 및 LKS (Lane Keeping Assist System) 등의 신기술들이 상품화되고 있다.

글 / Henning Wallentowitz IKA (Institute of Automotive Technology)

나아가서, 차체분야에서는 알루미늄 등의 초경량 신소재를 활용하여 차량 충돌 안전도를 크게 향상시킨 차체가 개발되었으며, 대표적인 예로서 Audi A6의 Space Frame 차체 및 VW Lupo의 초경량 모노코크 차체를 들 수 있다. 본 강연의 세부 주제는 Active 및 Passive Safety 기술과 통합 주행 제어 기술을 소개하고 앞으로 미래형 자동차에 이러한 다양한 신기술들이 상호 어떻게 협조적으로 통합 적용될 수 있을까에 대한 전망을 하고자 한다.

<그림 1>에서와 같은 능동형 안전도기술 분야의 Roadmap을 살펴보면 현가, 조향, 구동 및 제동 분야에서 다양한 종류의 능동제어시스템이 개발되고 있다. 대표적인 예로서 현가시스템 제어기술로는 CDC, Active Body Control (ABC), Active Air Spring, Active Stabilizer 등이 있으며, 조향시스템 제어기술로서는 EPS, EHPS, AFS, SBW 등의 신기술이 지속적으로 개발 적용되고 있다. 제동분야에서 능동제어기술의 경우에는 기술개발의 역사가 가장 오래되었으며, <그림 2>에 정리된 바와 같이 ABS, TCS, ESP, EHB, BAS, EPB, BBW (EMB) 등의 대표적인 첨단 기술이 이에 포함된다.

나아가서, 오늘날 지능형 자동차기술의 범주에서 이와 같은 현가/조향/제동 분야의 제어기술은 상호 통합된 능동 샤시 제어시스템의 기술로 발전되어 가고 있는 바, GCC, ICC, UCC, VDM 등의 다양한 상품명의 통합 샤시제어 시스템으로 실용화 단계에 있다.또한 이러한 자동차 사고 발생 시의 충돌회피를 위한 통합 샤시제어 시스템은 ACC, Stop & Go, CWS, LKS 등의 Drive Assistance System (DAS)의 충돌 예방 안전시스템과 연계되어 지능형 고안전 자동차기술로 점차 확대 개발되고 있는 추세이다.

Continental사의 EHB (Electro-Hydraulic Brake) 제동시스템은 시속 100km/h 주행 중의 급제동시 최대 제동거리 30m를 목표로 개발되었으며, 이는 100ms 이내의 빠른 응답특성으로 제동압력이 가압됨으로써 유사한 기능의 기존 BAS 제동장치에 비하여 약 4m의 제동거리 단축효과를 얻을 수 있었다.

한편, Simens VDO 사에서 개발된 e-Brake (EMB : Electro-mechanical Disc Brake)는 무한대의 자기 증폭작용을 통해서 기존 전자유압식 제동시스템에 비하여 매우 적은 에너지를 소모하면서 동일한 제동효과를 낼 수 있는 획기적인 기술이다. 따라서 미래형 자동차의 제동시스템 기술로서 전륜의 경우 EHB 제동시스템이 장착되고, 후륜에는 Electro-mechanical 제동시스템이 장착되는 이른 바, EHC(Electro-hydraulic Combi Brake) 제동시스템의 실용화가 특히, 연료전지 및 하이브리드 자동차 등의 친환경 자동차의 제동시스템으로 크게 부각되고 있다.

조향시스템의 경우 EPS (Electrical Power Steering) 시스템은 오늘날 소형차 중심으로 널리 상품화되고 있으며, AFS (Active Front Steering)과 같은 능동식 조향시스템의 개발 및 상품화를 통해서 주행속도별 적합한 조향비 변화 및 측면풍에 대한 주행 안정성 향상에 기여할 수 있을 것이다. 그러나 Bywire식의 능동 조향 시스템(SBW)은 Failsafe 문제를 고려할 때 실용화에 어려움이 제기된다.

전자제어 현가시스템으로서 대표적인 기술로서 Hydro-pneumatic Spring을 사용하여 차체의 자세를 제어하는 Benz사의 ABC (Active Body Control) 현가시스템과 비틀림 액츄에이터를 Stabilizer Bar에 장착하여 선회 시 롤 운동을 줄여주는 BMW사의 Dynamic Drive 시스템을 예로 들 수 있다. 또한 아헨공대 자동차기술연구소에서는 롤 제어기능을 갖는 공기스프링을 개발 하였다. 나아가서, 현가코일스프링의 장착위치(Hard Point)를 주행상황에 따라서 능동적으로 변화시킴으로써 타이어 기준의 현가스프링 상수(Ride Rate)를 조절 가능한 새로운 개념의 능동형 현가시스템 기술이 제안되었다. 이는 매우 작은 에너지를 사용하여 종래의 전자제어식 능동형 현가시스템과 유사한 제어 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

다음에는 수동 안전도의 관점에서 초경량 고안전 차체의 기술개발 현황을 살펴보기로
하자. 대표적인 초경량 차체 기술개발 사례로서, VW사의 마그네슘 적용 스페이스 프레임차체, Chrysler사의 섬유강화소재 적용 차체 그리고 TKS사의 초경량의 NSB (New Steel Body) 스페이스 프레임 차체 개발을 들 수 있다.

충돌 안전 기술개발 사례로서 <그림 3>에소개된 탄소강화섬유 복합소재(CFRP)를 적용한 엔진룸과 승객룸, 알루미늄 범퍼, High-strengths Steel 적용의 A-pillar와Longitudinal Member로 구성되는 Porsche Carrera GT 자동차의 차체를 보여주고 있다. 그밖에도 충돌 안전기술분야에는 Vehicle Compatibility, Lateral Pole 충돌안전기술, 측면 충돌 시의 Door Intrusion 방지기술, 충돌 시 보행자 보호기술 등에 관한 신규 법규 강화에 따른 혁신적인 신기술들이 다각적으로 개발되고 있다.

마지막으로 Integrated Drive Control에 대한 기술을 살펴보면, 교통흐름 제어의 최적화기술로서 기존의 고정된 신호체계에 교통상황 정보를 더하여 교통에 따라 흐름을 제어하는 체계를 만들었다. 또한, 보행자 보호기술로서, 보행자가 조그마한 신호송신기를 달고 건널목을 건널 때 그 송신기의 신호를 차량이 수신하여 미리 보행자가 있음을 감지하고 차량의 속도를 줄이고, 보행자가 건널 때 멈추는 자동감지시스템이 제안되었다. 또 다른 시스템으로는 카메라를 이용하여 전방의 보행자 및 차선을 감지함으로써 도로교통 안전도를 향상 시키는 지능형 자동차기술이 실용화 단계에 있다.

결론적으로, 자동차의 안전도기술은 <그림4>의 다양한 종류의 능동식 안전기술과 <그림5>에 보이고 있는 수동식 안전기술이 결합된 시스템으로 발전하여 도로교통 안전도 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 전망된다. 나아가서 미래의 자동차 기술로서 Radar/Laser 및 Vision 센서를 장착한 지능형자동차는 C2C (Car to Car) 및 C2I (Car To Infra) 통신기술과 접목되어 도로교통사고의 유발을 미연에 방지함으로써 더욱 안전도 향상을 기대할 수 있을 것이다. 궁극적으로는 샤시시스템의 능동제어기술 개발을 위해서 사용된 전자화기술이 운전자, 자동차와 교통 인프라를 포함한 도로교통시스템까지 통합적인 지능화 기술로 확대 발전될 때 획기적으로 교통사고를 줄일 수 있는 자율주행의 미래형 도로 통시스템까지도 예측할 수 있을 것이다.

<허승진 교수 : sjheo@kookmin.ac.kr>