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유럽의 자동차기술 개발동향

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2013-08-19 19:38:38

본문

1. 제네바 모터쇼 2013 : 혁명이 아닌 진화

올해 제네바 모터쇼에서 약 130개의 신차가 발표되었다. 이 중에서 주목을 받은 스타들은 럭셔리 스포츠카 제조업체의 슈퍼스포츠카였고 대량 생산업체들은 위기에 빠진 유럽의 자동차 시장과 아이디어의 부족으로 어려움을 겪고 있음을 보여 주었다. 실제로 미래지향적인 개념이 부족하다. 오히려 혁신보다는 추가개발이 올해 제네바 모터쇼의 모토처럼 보인다.

글 / 강대건 (탈리스테크)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2013년 6월호

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자동차산업이 현재 격변기에 있으며 제네바에서 불확실성과 무력감이 느껴졌다. 특히 오펠, 르노, 피아트 또는 PSA그룹과 같은 유럽 자동차 제조 업체들은 깊은 위기감에 처해 있다. 유럽 재정 위기로 인한 불경기의 결과 그리고 그로부터 촉발된 특히 남부 유럽의 낮은 자동차 판매실적으로 인하여 이런 제조 업체들에게 분발이 요구된다.

VW, BMW, 도요타, 현대기아 그리고 슈퍼 스포츠카 제조업체와 같은 프리미엄 브랜드 또는 글로벌화 된 업체들은 대륙밖에서의 판매가능성에 의존하여 훨씬 사정이 나은 편이다.

유럽 자동차산업의 위기로 인한 대량생산 브랜드의 경쟁은 부정적인 결과를 초래하는데, 미래비전 또는 혁신을 하기 보다는 현 상태의 유지와 겨우 후속개발만을 하는 수준이다. 하지만 어쩌면 바로 지금이 새로운 아이디어가 문제해결에 도움을 줄 수 있는 시기이다. 그러나 위기의 시기에는 훌륭한 아이디어가 있어도 재원이 부족하여 조기에 중단될 수 있어 쉽게 실현되지 않을 것이고 경기가 살아날 때까지 기다려야 하는 한계가 있다.

따라서 새로운 실험은 옵션이 될 수 없고 제네바에서 대부분의 신차는 기존 알려진 모델의 후속이거나 페이스리프트였다. 스코다는 이전보다 길이가 90mm, 폭이 45mm 늘어난 새로운 스코다 옥타비아를 전시했다. 골프 바리안트의 Concept-R-Line-Study로 폭스바겐은 혁신적인 새로운 발명없이 튼튼하고 넓직한 차를 제시하는데 그쳤다. 수정 모델 V70, XC70와 S80 외에도, 볼보는 제네바 모터쇼에‘60년대 Family’를 재현하였다.

그러나 몇 가지 흥미로운 일들도 있었는데, BMW는 새로운 3 시리즈 그란 투리스모(GT)를 통해서 세단과 투어링 사이의 간격을 메울 3 시리즈 내의 독특한 컨셉트를 제시하였다. 중국의 Qoros는 처음으로 전시회에 참가하여 유럽 데뷔를 시도하였다.

1.1 전기자동차에 대한 환상

이번 제네바 전시회에서는 전기자동차에 관하여 냉정을 되찾는 분위기였고 전기자동차에 대한 환상은 결국 끝이 나는 것으로 보였다. 지난 여러해 동안 전시회에서 전기자동차를 많이 발견할 수 있었으나 이번에는 메인홀의 부스에 자리를 잡긴 하였지만 방문객의 관심을 많이 끌지는 못하였다. 총 900대의 전시차량중 약 10%만이 km당 100g 이하의 CO2를 분출하는‘그린카’였다. 눈에 띤 것은 스위스의 콘셉트카 전문업체 Rinspeed가 출품한 근거리용 교통수단 Micromax였다. 마찬가지로 흥미로운 것은 Akka-& MBtech의 자율 드라이브 및 자율주차가 가능한 Link&Go였다.

순수 배터리 전기자동차 외에도 하이브리드 모델은 이제 다른 드라이브 시스템의 필드를 지배하고 있고 디젤 하이브리드도 참여하게 될 것 같다. 폭스바겐은 디젤하이브리드 XL1를 전시했고 스바루는 2.0ℓ디젤 복서엔진과 3개의 전기모터를 가지는 하이브리드 버전 Viziz를 선보였다. 미쓰비시는 Concept GR-HEV를 전시했는데 처음으로 1톤 픽업트럭에 디젤엔진과 전기모터로 구성된 하이브리드 기술을 적용하였다.

1.2 슈퍼스포츠카
제네바에서는 항상 슈퍼스포츠카가 빛을 발한다. Ferrari는 제네바 전시회에서 전설적인 Enzo의 후속인 La Ferrari라는 이름의 새로운 톱 모델을 보여 주었다. 한정판 모델은 499대만 제작되며, Hy-Kers-System에 의해 구동된다. 영국 제조 업체 McLaren은 1997년에 제작된 F1의 후속 McLaren P1을 전시하였다. 이전 모델과 달리 P1은 2 인승 스포츠카에 전기모터와 3.8ℓ트윈 터보 V8의 미드 엔진에 의해 구동된다. 영국의 자동차 브랜드 Bentley는 완전히 새로 개발된 스포츠 세단 Flying Spur에 가장 강력한 엔진을 장착했다. 이 사륜구동 자동차는 0에서 100km/h를 4.6초에 도달하고 최고속도
322km/h를 낼 수 있다. Rolls-Royce는 Wraith를 출품했고 Lamborghini는 한정판 모델 Veneno와 함께 회사 창립 50주년을 기념하였다.

유럽에서의 자동차 판매위기는 이 럭셔리 자동차회사에게는 해당 되지 않는다. 슈퍼스포츠카는 유럽, 아시아 및 동부 유럽뿐만 아니라 미국에서 주로 판매된다. 그러나 이 차량들은 미래지향적이고 폭넓은 모빌리티 솔루션을 제공하지는 않는다.

2. 미래의 모빌리티를 위한 내연기관

내연기관은 발명 이후에 커다란 개발능력을 보여 주었다. 전 Karlsruhe Piston Machine 연구소장 Ulrich Spicher 교수에 의하면 내연기관의 미래에 관한 질문은 곧 모빌리티의 미래에 대한 질문이 된다. 이러한 질문에서는 어떤 미래의 구동기계가 옳은지 정하기 보다는 어떤 것이 환경보호에 더 적합한지 그리고 어떤 에너지매체를 사용해야 하는지를 더 중요한 문제로 인식해야 한다.

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오히려 그것은 미래를 위한 올바른 모빌리티가 무엇인지 논의할 필요가 있다. 이를 구현하기 위해, Spicher 교수는‘차량’이라는 전체시스템을 평가해야 한다고 주장한다. 이 평가에서 구동기관은 에너지 공급유니트로서 그 목적에 맞게 적절히 고려되어야 한다. 이러한 상황 하에서 내연기관은 미래 모빌리티를 위하여 아주 다른 의미를 얻을 수 있기 때문이다.

미래의 개인 모빌리티를 위한 기초는, 환경과 자원의 보호뿐만 아니라 실제 작동 조건에서의‘차량’이라는 전체 시스템을 고려하는 것이어야 한다. 다양한 구동콘셉트와 모빌리티의 요구사항을 객관적이고 에너지적으로 정확히 판단하면 실제 운전상황 하에서의 내연기관은 현재 법령이 정한 평가기준에 비해 훨씬 높은 효율로 운전되고 있음을 알 수 있다.

2.1 내연기관의 개발가능성

FEV 엔진기술 사장 Prof. Stefan Pischinger 교수는, 내연기관은 엔진의 발명 이후 큰 개발역량을 보여주었다고 강조한다. 시간이 지남에 따라 오염물질 배출, 연료소비뿐만 아니라 소음방출을 줄일 수 있었다. 그러나 CO2 배출 한계는 더욱 줄어서 2020년까지 95g/km로 감소되어야 한다.

Prof. Stefan Pischinger의 의견에 따르면 이 목표가 Power Train의 효율향상이 없이는 도달되기 어려울 것이다. 따라서 내연기관에는 아직도 개발의 포텐셜이 남아 있다. 기존 내연기관의 최적화에는 Power Train의 전기장치화, 늘어나는 바이오매스 연료의 사용 그리고 변속기의 개선이 동반하게 될 것이다.

2.2 내연기관은 계속 주도적 역할 담당

자동차부품업체 MAHLE는 내연기관이 앞으로 수십년간은 계속해서 주도적 역할을 할 것으로 전망한다. 이 회사의 사장 Prof. Dr. Junker에 따르면 내연기관은 높은 에너지밀도를 기계적 에너지로 변환시켜 자동차를 움직이기에 가장 적합한 수단이라고 말한다. 내연기관은 전기모터에 의해 대체되어질 수 없고 오히려 보완된다고 봐야 한다.
두 가지가 조합된 패키지는 미래의 배출가스 한계치를 만족시키는 수단이 될 것이다.

2.3 새로운 드라이브 콘셉트

AVL List 의 사장인 Prof. Dr. Helmut List에 의하면 지속적인 CO2 배출가스 저감을 위해서는 이에 해당하는 드라이브의 지속적인 개발과 새로운 드라이브 콘셉트가 필요한데 전기장치화는 Power Train 포트폴리오의 확장에 중요한 역할을 한다.

개별 차량유형이 여러가지 Power Train 기술뿐만 아니라 여러 가지 연료와 조합되어야 하므로, 미래의 승용자동차 구동계에 대폭 강해지고 실제 입체적인 다변화가 따르게 된다. 어떤 Power Train 기술이 어떤 자동차유형 그리고 어떤 연료와 조합되어야 하는지는 시장과 자동차 종류별로 검토되어야 할 것이다.

특히, 전기장치화는 Power Train을 다양한 시장의 요구에 최적으로 부응하기 위한 많은 자유도를 만들어 내게 된다. 어떤 Power Train Element(내연기관, 변속기,전기모터, 배터리, 제어장치)에 얼마의 비용을 할당할지의 질문에 대한 답변이 미래 Power Train 개발의 결정적인 과제가 될 것이다.

3. 전기차 - 과대 광고 또는 혁명?

환경 그리고 동시에 경제적으로 적합한 미래의 모빌리티는 어떤 모습일까? Munchen 공대 자동차공학과 Prof.Markus Lienkamp에 의하면 자동차 산업은 지금까지 해왔던 것처럼 더 이상 사업을 영위할 수 없다고 한다.

석유생산의 감소와 동시에 석유에 대한 수요는 Mobility와 자동차산업에 대한 큰 문제이다. 세계인구의 모빌리티에 대한 수요가 더욱 증가하는 경우에 어느 기술이 이 문제를 해결할 수 있을까 ?

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또한 전기 모빌리티의 점진적인 시장침투는 자동차산업계에 점점 커지는 도전이다. 동시에 내연기관에 아직 얼마나 많은 잠재적인 효율증대 포텐셜이 있는지 의문을 가질 만 하다. 마찬가지로 모빌리티의 사회정치적 측면이 고려되어야 한다. 자동차에 대한 미래의 포괄적인 조건은 무엇인가? CO2 배출량을 줄이기 위해 구체적으로 어떤 정치적 입법이 필요할까? 또한 모빌리티의 사회적 평가에 변화가 생기고 있다. 미래의 개별교통은 어떤 역할을 할 것인지 그리고 모빌리티의 어떤 형태를 고객이 요구할 것인가 ?

3.1 변화에 대한 대응

업계는 새로운 기술과 고객 요구사항의 변화에 적응해야 한다. 장기적으로 모빌리티를 보장하고, 경제적으로 받아들여질 수 있고 사회적으로 균형을 이루고 동시에 환경친화적인 지속가능한 해결책에 관한 것이다. 독일의 자동차산업은 문제를 아직 이 정도까지 파악하지 않고 있으며 현재의 세계시장에서의 성공에 안심하는 분위기이다. 전기모빌리티를 집중적으로 연구하는 Prof Lienkamp는 독일의 자동차 산업계에 경각심을 불러 일으키고 변화를 인식시키기 위하여 노력한다. 그는 독일의 산업계에 위협에 대해 경고하고 자신의 연구를 통해 국제적인 우위를 유지하도록 도와주고자 한다.

3.2 자동차 제조업체가 주의해야 할 점

자동차산업이 현재 당면하고 있다고 보는 중요한 변화와 개발은 다음과 같다. 모빌리티는 멀티모드이어야 한다. 작은 가정에서는 전기자동차가 메인자동차의 역할을 할 수 있는데 반해서 여러 대의 자동차를 보유한 대가족의 경우 전기자동차는 세컨드카의 역할을 할 것이다.

소유의 개념이 사라진다. 특히 도시에서와 젊은 세대에서 자가용이라는 개념이 퇴색한다. 자동차산업은 사업모델을 전기자동차의 요구에 맞추어야 할 것이다. 문제는 이익이 보장되는 종래의 자동차와 수익성이 없고 부가가치 창출이 적은 전기자동차를 어떻게 하나의 사업범주에 포함시키는가 하는 것이다.

세계는 차량이라는 상품에서‘모빌리티의 세계’로 전환해 갈 것이다. 자동차 생산업체들은 모빌리티의 제공자로서 발전해 나가야 하는데 Car Sharing이나 Car Rental 같은 것을 들 수 있다. OEM들은 경제적으로 의미있는 전기자동차의 개발과 생산시설에 투자해야 한다.

전기자전거, 2인승 소형자동차, 우편 배달차량, 시내 배달차량 또는 택시 등이 이런 것들이다. 그들은 경제적인 전기자동차, 렌트카 그리고 모빌리티 서비스를 혼합한
매력적인 프로그램을 고객에게 제공해야 한다.

3.3 OEM은 이제 미래를 준비해야

지금 생산되는 차량의 연료소비를 줄이기 위하여 많은 투자를 해야 한다. 이를 위해서 생각할 수 있는 모든(Full Hybrid 제외) 엔진관련 해결방안을 실시해야 하고, 앞면
을 좁게 설계하여 에어로다이나믹을 개선하고 경제적으로 가능한 혼합구조에 의해 무게를 줄여야 한다. 크고 무거운 차량에 투자하는 것은 점점 의미를 잃게 된다. 전기
자동차의 경우 경제성을 가질 수 있는 소형차와 시내 배달차량에 초점을 맞추어야 한다.

3.4 차량 제조업체로부터 모빌리티 제공자로 변신

Prof. Lienkamp에 의하면 당면 문제를 해결하기 위해서 새로운 기술이 필요하지는 않고 현재 사용되는 기술들의 훌륭한 조합이 필요하다. 그는 자동차에 대한 미래의 포괄적인 상황을 어렵게 보고 있으나, 고객이 시간을 절약하고, 편리하고 저렴한 모빌리티를 선택할 수 있는 가능성은 낙관적으로 전망한다. 미리 모빌리티 공급자의 길을 가는 자동차 제조업체는 승리자가 될 것이고 계속해서 기존형태의 자동차와 그것의 생산량 증가에 집착하는 업체는 사라지게 될 것이다.

4. 접착제를 이용한 접합기술

미래의 차량을 지속적으로 경량화 함으로써 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 다양한 소재의 적용은 현대식 자동차의 무게를 줄이는데 도움이 되고 여기서 접합기술의 중요한 의미를 가진다.

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기존 접합콘셉트의 중요한 부분은 접착제를 이용한 접합이며 현재 지속적인 경량화콘셉트에 유망한 접합 기술로 간주된다. 증가하는 소재의 다양성과 강화섬유 플라스틱의 적용은 앞으로 접착제접합을 더욱 중요하게 만든다. 예를 들어, Multi-material-combination에서 접착제는 기계적 접합에 비하여 전기화학적 포텐셜 분리라는 역할을 담당할 수 있으므로 접합부의 부식을 방지하기 위한 추가공정이 불필요하게 된다. 또한 접착제는 서로 다른 소재의 열팽창에 적절히 대응할 수 있다.

4.1 접착제접합 기술에 도전

자동차 연구의 관점에서 볼 때 디자인, 소재 및 공정 측면에 도전은 무엇일까? 자동차 애플리케이션을 위한 기본은 오늘날의 접착 시스템의 작동특성에 대한 철저한 지식이며 가능한 많은 수의 접착제접합을 위한 파라메터들에 유의해야 한다. 개발자의 과제는 적절한 접착시스템의 선택이다.

핵심과제는 결합 할 소재들의 적절한 표면전처리 방법의 선택이다. 또한, 경량구조의 잠재력을 활용하기에 필요한 접착제의 가술적 적용에 대한 개선가능성이 제시된다. 또 다른 과제는‘접착해제’로서 현재보다는 앞으로의 비전목표이고 현재 진행되고 있는 연구과제의 테마이다.

강도와 강성의 증가와 동시에 높은 연신율의 관점에서 보는 접착제의 특성향상은 자동차의 경량구조에서 바람직하다. 접착제접합은 부품들의 구조효율을 증가시킨다. 경량 구조의 지속 가능한 재활용의 측면에서 접착제로 접합한 부분은 다시 분리할 수 있어야 할 것이다.

5. AUTOSAR : 구조적 및 기술적 재정비

글로벌 개발 파트너십 AUTOSAR는 자동차의 소프트웨어 아키텍처에 대한 업계 표준을 설정하는 목적으로 2003년에 발족되었다. 2013년부터 포스트단계 III와 함께 AUTOSAR는 구조적으로 그리고 기술적으로 재편되고 현재의 시장 상황에 맞게 조정되었다.

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AUTOSAR 개발은 각기 3년의 기간을 가지는 3단계에 기인하는데 2006년에 첫 번째 사양의 세트 확립과 함께 첫 번째 단계는 끝이 났고, 버전 3.1 및 4.0의 발표와 함께 2009년에 두번째 단계가 끝났다. 현재 가장 진보된 버전 4.0.3은 AUTOSAR 사이트에서 받을 수 있는 176개의 자료로 부터 구성되며 세 번째 단계의 일부가 되었다.

세 번째 단계의 또 다른 주요 결과는 릴리스 3.2의 발표였다. 세 번째 단계의 끝에서 개발 버전 4의 후속개발이 시작되었는데 시장의 요구에 기반하여 선택된 컨셉트 그리고 새롭고 이전 버젼과 호환성이 있는 컨셉트를 통합하였다.

이러한 컨셉트는 4.1.1 릴리스의 일부가 될 것이고 2013년 1/4분기에 계획되어 있다. 2013년부터 AUTOSAR는 후속단계 III에 돌입하였는데 이것은 전세계적으로 자동차생산에 적용하기 위한 진일보된 단계를 나타낸다.

5.1 게시물 단계 III의 목표

주요 계획 및 후속단계 III에있는 AUTOSAR의 목적은 다음과 같을 것이다 : 미래의 시장 요구 사항을 충족하기 위해, AUTOSAR는 두 가지 버전을 최대의 안정성, 이전 버전과의 호환성 및 장기간 사용성에 초점을 맞춰 동시에 개발할 것이다.

AUTOSAR 대변인 Stefan Schmerler와 Robert Rimkus에 따르면, 목표는 시장의 요구에 의해 정해지고 조직차원에서 파악되는 기술향상에 초점을 맞춘다. 주요 프로젝트는 한편으로는 안전에 대한 요구와 다른 편에서는 추가개선 사이의 균형을 이루는 것이다.

이 의미에서 안전성은 두가지 관점을 가진다 : 하나는 새로운 버전을 시장에 내놨을 때 사용자의 편의를 위해서 이전 버전들과의 호환성을 엄격하게 감시하는 것이고, 두 번째 관점은 동시에 메인티넌스가 가능한 소수의 고품질 버전에 집중하는 것이다.

부품공급업체 및 OEM 업체를 위해서 장기계획의 확실성을 제공하기 위해 새로운 릴리스 전략이 도입되었다. 이 전략은 주요 릴리스를 위한 수명주기에 대한 계획을 작성하고 또한 최대 두 개의 릴리스-브랜치가 동시에 개발되는 것을 확정한다.
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