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[오토저널] 자율주행차 시대를 대비한 타이어 산업의 전략

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2017-07-31 15:03:19

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자율주행 차량의 개념 및 기술 분야
 
미래의 자동차는 어떤 모습을 하고 있을까? 과거 이동수단으로서 가축을 이용한 수레에서 시작한 자동차는 내연 기관 자동차에서 친환경을 표방하고 있는 전기차로 패러다임이 급속하게 변화하고 있다. 테슬라로 대표되는 전기자동차는 과거에는 사람들의 마음속에만 존재하는 먼 미래의 자동차 모습이었으나, 지금은 현실화되어 조만간 자동차 산업을 지배할 기세다. 내연기관은 화석연료의 사용으로 인한 CO2의 배출로 대기 오염의 주범이라는 오명을 쓰고 있다. 이 에 비하여 전기를 에너지원으로 사용하고 있는 전기자동차의 경우, 친환경이라는 시대적 요구에 부합한다고 할 수 있다. 그러나 자동차에 사용되는 전기는 어디서 오는가? 전기 를 생산하는 과정에서 발생하는 CO2 배출로 인한 환경오염 이라는 측면에서는 또 다른 논란을 부를 수 있다. 현재 전기 생산의 대부분을 화력 발전 또는 원자력에 의존하기 때문이다. 그렇지만 전기에너지원의 생산도 점차 친환경 방식으로 바뀌지 않을까 기대해 본다.


구글의 무인차 개발로 불붙기 시작한 자율주행 자동차 기술 개발 선도는 BMW와 BENZ로 대표되는 자동차 산업군과 구글(Hardware)과 애플(Software) 그리고 하만을 인수한 삼성전자로 대표되는 IT 산업군이라고 할 수 있을 것이다. 미래 자동차 산업의 키워드는 뭐니 뭐니 해도 자율주행 차량이 될 것이다. 얼마 전 모 신문사의 경제 이슈란에 이런 기사가 실린 것을 볼 수 있었다.


작년 11월 15일 영종도 총거리 2.6km의 드라이빙 코스에서 SK 텔레콤과 BMW 합작으로 커넥티드 카의 시연회가 열렸다. 두 대의 차가 일렬로 달리던 중, 앞 차가 전방의 고장난 차를 발견하고 먼저 급정거하고 고장 난 차량의 영상 정보를 뒷차에 전달하고 이 영상을 전송 받은 뒤차는 전혀 어려움 없이 장애물과의 충돌을 예방할 수 있었다.

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<그림 1>과 같이 자율주행 차량은 운전자의 도움없이 레이저 센서, GPS 그리고 레이다와 같은 센서의 도움을 받아 주행 상황을 인지하고, 판단하여 주행 경로를 차량 스스로 제어하는 것을 의미한다. 각종 소프트웨어들은 여러가지 센서들로부터 수집한 방대한 자료들을 분석하여 차선의 변경, 장애물 발견시 급제동 또는 회피 여부에 대한 결정 등의 주행상황을 판단하고 진행하여야 할 경로를 제어하게 된다. 현재 사용하고 있는 가장 낮은 수준의 자율주행차 개념이 스마트 크루즈 컨트롤(SCC)이다. SCC는 엑셀이나 브레이크 조작없이 일정 속도로 앞차와의 간격을 유지하며 주행하는 시스템이다.


자율주행 차량의 핵심 기술은 무엇일까? 주변의 차량과 사물들의 정보를 인식하여 거의 실시간 수준의 속도로 정보를 전송하고 또한 이렇게 전송된 정보 역시 실시간 수준으로 처리되어, 차량의 주행과 제동, 가속 그리고 Cornering과 차선 변경 등을 자율적으로 할 수 있음을 의미한다. 따라서 자율주행차와 주변 사물과의 통신 기능에 방점을 두어 Connected Car란 용어가 생긴 것으로 판단된다. 통신업체에서는 실시간 수준의 통신이 가능한 5G 기반의 이동 통신을 활용하여 드론이 촬영한 영상을 수신하여 영상을 인식하고, 차량의 노선 이탈 방지 기술 등을 선보였다. 5G 통신망의 전송 속도는 사람이 사물을 인지하는 속도보다 25배 빠른 전송 속도로 운전자에게 많은 교통 정보의 전달이 가능해짐에 따라 돌발 상황에 대한 대처 능력이 크게 향상될 수 있었다.


Connected Car는 5G와 같은 초고속 통신망, 관제센터, 신호등, 위성, CCTV, 드론 등의 방대한 정보의 전송과 분석을 함으로써 다른 차량의 운행 정보를 거의 실시간 수준으로 인지할 수 있게 되었다. Connected Car와 같은 자율주행 차량의 기술은 미래 자동차 기술의 핵심 기반이 될 것이다. 정리하여 부연 설명하면 주행 중인 차량 주위의 사물을 인지하고 차량과 송수신을 가능하게 해주는 IoT(사물 인터넷) 기술과 이러한 정보를 거의 실시간 수준으로 전송, 처리해 줄 수 있는 5G 이동 통신 기술은 자율주행 차량의 핵심 기반 기술이 될 것이다.


NHTSA(미국 도로 안전교통국)에 의하면 자율주행 차량의 분류 단계를 5가지 단계로 구분하고 있다. 주행 상황을 인지하고, 주행 경로를 제어하며 안전 사고 등 문제 발생시 법적 책임 주체를 고려하여 5가지 단계로 분류하여 설정하고 있다. 차량 주행시 주행상황 인지, 경로 제어 그리고 책임 주체 모두가 운전자인 비자율주행 단계인 단계 0으로부터 인지, 제어 그리고 책임 주체가 자동차인 완전 자율 단계인 단계 4까지 모두 5단계로 분류하고 있다. 물론 4단계의 법적 책임 소재 여부는 아직도 논란이 되고 있다. 과연 자동차 로직에만 책임을 부여하고 차량의 소유주 또는 차량 제조 업체는 아무런 책임이 없나? 또는 도덕적인 책임만 물을 수 있을까?하는 부분에 대한 논란은 여전하다.

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이와 같은 미래 자동차 기술의 핵심인 자율주행 차량에 대하여 우리는 어떤 준비를 하고 있는가? 정말 다행스럽게도 자율주행 차량의 기반 기술인 사물 인터넷이 가능한 Internet Infra 수준은 미국, 유럽, 일본에 비해서도 최고 수준으로 갖추어져 있다고 생각한다. 장황한 설명 필요 없이, 출장이든 여행이든 상기 언급한 선진국 지역을 한번이라도 방문한 한국 사람이라면 속도로 대변되는 인터넷 환경 수준 및 비용에 대하여 무한한 자부심을 느낄 것이다.


우리나라는 사물 인터넷이 가능한 수준의 Internet Infra가 구축되어 있고, 거의 실시간 수준의 정보 처리 속도를 갖춘 5G 수준의 초고속 통신망을 2018년 평창 동계 올림픽에 맞추어 시현할 준비를 서두르고 있다.

 


자율주행 차량에 요구되어지는 타이어 성능


자율주행기술이 보편화 되면 타이어 산업은 어떤 변화를 가져올까? 현재까지 MC(Michelin), BS(Bridgestone) 그리고 GY(Goodyear)가 타이어 산업의 Big 3를 견고하게 구축하고 있다. 프랑스 변방의 조그만 타이어 업체에 불과하던 Michelin이 세계 최고의 기술력을 보유한 타이어 산업의 일등 기업이 된 계기는 과거의 바이어스 구조의 타이어에서 래디얼 구조로 바꾸는, 그 당시에는 혁신적인 기술의 변화가 있었다.


타이어 구성 요소 중 뼈대에 해당하는 카카스는 섬유 또는 금속 와이어 코드와 이를 둘러싸고 있는 고무로 구성되어 있는데 <그림 3>과 같이 코드의 방향과 타이어 원주 방향이 수직으로 되어 있는 것이 래디얼 타이어이고, 일정 각도(보통 30~40도 정도)를 이루고 있는 것을 바이어스 타이어라고 한다. 본고의 주제와 다소 벗어난 이 개념에 대한 자세한 언급은 생략하고, 다만 래디얼 타이어가 바이어스 타이어에 비하여 고속주행시의 차량 성능이 탁월하다고 요약할 수 있다.

 

본 기술의 변화를 유도한 업체가 Michelin이었고, 최근에도 타이어에 사용되는 원료 중에 충진제로 사용하는 C/B 대신에 친수성 성질을 갖는 Silica(유리와 모래의 주성분으로 SiO2의 화학 구조식을 갖고 있음)를 사용함으로서 빗길 노면 에서의 타이어 성능을 한 단계 Upgrade시켰다고 업계에서는 판단하고 있다.

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자율주행 차량 기술과 병행하여 타이어 산업에서도 래디얼 타이어 기술에 버금가는 혁신의 변화가 도래하였다고 생각된다. 자율주행 차량에 요구되는 혁신적인 기술을 선점한 기업이 타이어 산업의 선두주자로 부각될 수밖에 없는 환경이 도래하였음을 삼척동자도 알 수 있는 너무나 당연한 기술 혁신의 흐름이라 생각된다. 자율주행차 시대의 가장 큰 변화는 차량과 주변 사물의 정보 통신 기술의 발달과 차량 주행 조건의 변화를 생각해 볼 수 있다. 예상되는 차량 주행 조건 변화 중 특히 주행 속
도의 상승은 차량 주행 환경의 큰 변화를 유발하게 될 것이다. 국내의 고속도로 한계 속도는 100Km/h(일부도로는 110km/h)로 제한되어 있다. 운전자가 운전에만 집중하는 경우, 돌발 상황에 대한 운전자의 반응 시간은 0.5~0.6초이며 집중력이 분산되거나 다소 반응시간이 늦은 운전자를 고려할 때 반응 시간은 1초 정도로 생각하는 것이 합리적이다. 전문 평가자가 아닌 일반 운전자가 100Km/h의 주행 속도에서 전방의 장애물을 인지하고 급제동을 하면 제동 거리는 50m 전후가 될 것이다. 반응 시간 1초에 따른 주행 거리 28m, 제동 거리 50m 그리고 안전을 고려한 여유거리를 포함하여 앞차와의 안전거리를 100m로 규정하고 있다. 물론 비가 오거나 안개가 낀 경우에는 시야 확보와 제동거리를 증가를 고려하여 감속 주행을 하고 있다.


 
자율주행 차량 시대를 대비한 타이어 산업 의 전략


자동차와 타이어의 성능 및 품질이 급격하게 향상되고 도로 환경 개선의 제한 최고 속도 상승에 대한 우호적인 여론이 형성되고, 특히 반응 속도가 0.1초 미만인 자율주행 차의 보급을 감안하면 제한 최고 속도의 상승은 확실해 보인다. 그리고 0.1초의 반응속도를 갖는 자율주행 차량의 공주거리가 2.8m에 불과한 점을 감안하면, 자율주행 차량의 제동 성능은 차량과 타이어의 제동 특성에서 결정되어 질 것이다. 차량을 보유한 소비자들과 완성차업체에서는 타이어 구매 시 제동 성능에 대한 관심과 요구가 강화될 것이고, 타이어 업체에서는 제동성능에 대한 개발 목표치가 상승하게 될 것이다.

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자율주행 차량 시대를 대비한 한국의 실정은 어떠한가? 자율주행 차량의 핵심 기술은 차량 주변의 정보를 신속하게 차량에 전달 할 수 있는 사물 인터넷, IoT 기술과 초고속 정보 전송이 가능한 고성능 이동 통신망과 이를 실시간 분석 처리할 수 있는 빅데이터 처리 능력이라고 생각할 수 있다. 그리고 이에 대한 우리의 기술 개발 수준은 어떠한가? 자율주행 차량이 주행할 수 있는 도로망 확충 및 관련 도로 시설은 준비되고 있는가? 자율주행 차량 시대에는 과거에 비하여 사고가 많이 줄어들 수 있겠지만, 혹시라도 발생할 수 있는 안전사고에 대한 법적 미비점 보완에 대한 국민 공감대는 형성되고 있는가? 그러한 역할은 누가 할 것인가? 자율주행차량 시대를 대비한 문제 해결과 자율주행 차량 보급의 보편화를 대비한 로드맵은 준비되어 있는가? 이러한 문제와 많은 이슈가 산적해 있음에도 불구하고 우리나라는 다행스럽게도 자율주행 차량 시대를 선도할 수 있는 기초 환경이 잘 준비되어 있다고 감히 주장하고 싶다. 자율주행 기술의 기반이 되는 정보 처리 속도와 Internet Infra를 잘 갖춘 한국의 자율주행 자동차 기술 환경은 매우 유리하다고 생각한다.


자율주행 시대를 대비한 완성차 업체, 그리고 통신 및 전장(자동차에 들어가는 전기 및 전자 장치를 의미함) 업체 등에서는 많은 준비를 하고 있고, 삼성전자의 경우, 미국의 전장 업체인 “하만”을 인수하는 등 자동차 전장 사업에 대한 준비를 착실히 하고 있는 것으로 보인다. 자율주행 자동차의 등장에도 기본적으로 차량은 타이어와 노면의 마찰을 통하여 구·제동에 필요한 힘과 방향 전환을 유도하는 역할을 하는 개념은 불변이며, 자동차 세대의 변화에도 타이어의 역할과 기능에 대한 중요성은 아무리 강조해도 부족함이 없을 것이다.


Mr. Dunlop이 자전거용 타이어 고무를 처음 개발한 후, 자동차 산업의 발전과 더불어 타이어 기술은 급격한 발전을 이루었고, 전술한 것처럼 바이어스 타이어에서 래디얼 타이어로 타이어 기술의 혁신적 변화를 유도한 Michelin 타이어가 타이어 업계의 First Tier로 우뚝 선 계기가 되었듯이, 또 자율주행차 시대에는 타이어 산업의 어떠한 변화가 우리를 기다리고 있을까?


자율주행차의 성능을 극대화할 수 있는 타이어 개념으로 무장하여 자율주행 차량용 타이어 산업을 선도하는 기업이 타이어 산업의 주류로 우뚝 서게 될 것이고, 이에 반하여 수동적이고 방관자적 자세를 보이는 타이어 업체는 현재의 기술 수준이나 타이어 산업 위치에 관계없이 도태될 수밖에 없는 변혁의 시기에 놓여 있다고 생각한다.

 

전술한 것처럼 자율주행차 시대의 초고속 통신망과 사물 인터넷 기술을 보유한 우리나라는 매우 유리한 환경을 확보하고 있다. 이와 같은 자율주행 차량의 기술 발전과 병행하여 타이어 산업도 한국타이어를 비롯한 국내 기업들이 Global 타이어 시장을 선도하는 시대를 기대해 본다.

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