영화 속 기술이 현실로.. 전동화·자율주행 기술 만나 한계 뛰어넘어

본격적인 자율주행시대를 앞두고 과거에 상상으로만 존재하던 기술이 속속 등장하고 있다. 전기동력화와 함께 자율주행기술이 더해지면서 그동안 물리적으로 해결하기 어려웠던 구조적 한계도 벗어나고 있다. 사진은 만도의 SbW(Steer by Wire) /사진제공=만도

본격적인 자율주행시대를 앞두고 과거에 상상으로만 존재하던 기술이 속속 등장하고 있다. 전기동력화와 함께 자율주행기술이 더해지면서 그동안 물리적으로 해결하기 어려웠던 구조적 한계도 벗어나고 있다. 그 중에서도 당장 적용할 수 있는 일부 기술은 사용자의 편의를 크게 높여줄 수 있다는 평을 받는다. 새롭게 등장한 기술의 실용성과 발전방향을 살펴봤다.

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바퀴 조향의 신세계 열렸다

좁은 공간도 ‘OK’… 뒷바퀴 꺾이며 회전반경 줄이는 마법

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최근 출시되는 자동차들의 성능은 상향 평준화됐다는 평을 받는다. 자동차의 기본기를 평가할 때 ‘잘 달리고, 잘 돌고, 잘 서는’ 성능이 얼마나 균형감을 갖추느냐에 주안점을 둔다. 안전하고 빠른 이동에 도움을 주는 수단인 만큼 세 가지 요소가 조화를 이루도록 설계되기 때문.

특히 내연기관차에서 전동화 자동차로 패러다임이 바뀌는 상황이어서 각 자동차 제조사들은 차별화에 골몰하고 있다. 그 중에서도 최근 업체들이 관심을 보이는 기술은 ‘사륜조향장치’(4WS)다. 운전자가 네 바퀴 모두를 좌우로 움직이게 해 주행 편의와 안전을 함께 챙기도록 한 것이다.

앞바퀴와 함께 뒷바퀴가 꺾이면 많은 이점이 생긴다. 사진은 메르세데스-벤츠 S클래스의 후륜조향기술. /사진제공=메르세데스-벤츠

◆뒷바퀴 조향 체험하면 ‘신세계’

자동차의 방향을 결정짓는 건 앞바퀴의 몫이다. 그동안 뒷바퀴는 그저 잘 따라오면 그만이었다. 그런데 차의 덩치가 커지면서 앞과 뒤가 한 덩어리처럼 움직이는 데 한계를 보였다. 좁은 곳에서 휠베이스(앞바퀴의 축과 뒷바퀴의 축 사이의 거리)가 긴 차를 다루는 것도 여간 어려운 게 아니다.

하지만 앞바퀴와 함께 뒷바퀴가 꺾이면 많은 이점이 생긴다. 저속에서는 앞바퀴와 반대 방향으로 움직여 휠베이스를 짧게 만들어주는 효과를 냄으로써 운전 시 편의성이 향상된다. 회전반경이 크게 줄어들기 때문에 주차장이나 좁은 골목 등은 물론 유턴할 때도 앞뒤로 움직일 필요 없이 한 번에 돌 수 있어 이득이다.

반대로 고속에서는 같은 방향으로 꺾이며 휠베이스를 길게 만드는 효과를 낸다. 고속주행 시 자동차의 앞과 뒤가 따로 움직이는 현상을 줄임으로써 자동차의 불필요한 흔들림을 제어할 수 있게 돼 주행안정성이 크게 향상된다. 운전자는 차를 다루기가 쉬워지며 함께 차에 탄 이들은 한층 더 편안함을 느끼게 된다. 그동안 스포츠카를 중심으로 4WS 기술이 적용된 이유다.

올 뉴 레인지로버SV_롱휠베이스 세레니티 /사진제공=랜드로버

자동차업계에 따르면 과거 혼다나 닛산 등 일본 자동차 제조사들이 이 같은 기술을 스포츠카에 주로 적용했다. 하지만 기술적 한계와 비용 상승으로 한동안 사용하지 않다가 최근 고급 세단을 중심으로 적용이 확대되는 추세다. 과거엔 기계적으로 조향장치가 연결된 탓에 무게가 늘고 불필요한 비용 상승으로 이어진다는 비판을 받았다. 그러다가 현재는 전자식 제어장치로 바뀌면서 설계 자유도가 크게 높아졌다는 평이다.

메르세데스-벤츠의 플래그십 세단 ‘S-클래스’(최대 10도)와 플래그십 전기차 ‘EQS’(최대 4.5도)에는 뒷바퀴가 꺾이는 4WS가 적용됐다. 길이가 5미터가 넘는 큰 차체임에도 소형차 수준의 유턴 회전반경을 보일 수 있는 배경이다. 좁은 주차장에서도 앞뒤가 같은 방향으로 꺾여 탈출을 쉽게 돕는다.

랜드로버의 럭셔리 대형 SUV ‘올 뉴 레인지로버’에도 4WS 기능이 탑재됐다. 뒷바퀴 조향은 전기 신호를 통해 가능하며 최대 7도의 조향각을 갖췄다. 랜드로버 모델 중 가장 작은 11m 미만의 회전 반경(스탠다드 휠베이스 기준)을 제공한다는 게 회사 측 설명.

아우디도 대형 모델인 ‘Q8, A8’ 등에 4WS를 탑재했다. 국내에선 제네시스가 ‘G80 스포츠’ 모델을 내놓으면서 4WS 대열에 합류했다. 연말 출시될 제네시스 G90에도 4WS 기능이 적용된다. 이외에 포르쉐나 BMW, 렉서스 등 글로벌 자동차 제조사들은 핵심 차종에 4WS를 적용하는 추세다.

◆“가격 낮춰 미래차 대비해야”

미래차 기술은 가격을 낮추는 게 관건이다. /사진=이미지투데이

자동차업계에서는 미래차 격전장에서 앞으로 사륜조향시스템 가격을 낮추는 게 관건이라고 입을 모은다. 과거와 달리 전자식으로 제어하는 데다 전동화 시대를 맞아 해당 기능 보급이 크게 늘어날 수 있어서다.

김필수 대림대 미래자동차공학부 교수는 “사륜조향장치가 탑재된 차는 안전성과 편의성이 높아지는 장점이 있다”며 “하지만 첨단 장치 장착에 따른 비용이 늘어나는 점과 고장이 발생했을 때도 비용 문제가 발생할 수 있다는 단점이 있다”고 설명했다. 그러면서 “국산화를 이룬 만큼 비용을 낮출 수 있을 것”이라고 기대했다.

자동차업계 관계자는 “사람이 운전하는 내연기관차는 물리적인 구조에서 한계를 드러냈다”며 “반면 앞으로 등장할 자율주행 전기차는 차체 설계가 자유로워지는 만큼 앞뒤 바퀴가 완전히 꺾이거나 운전대가 접혀 들어가는 등 과거에 불가능했던 기술이 대거 적용될 수 있다”고 전망했다.

박찬규 기자 star@mt.co.kr

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“주차걱정요? 그런 거 없어요”

바퀴 90도 꺾고 제자리 회전도 가능

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현대모비스 엠비전 투고 /사진제공=현대모비스

사람이 운전하는 내연기관차는 설계 면에서 구조적 한계가 분명했다. 반면 자율주행 전기차는 기존 자동차의 틀에서 벗어날 수 있다. 때문에 앞으로 새로 적용할 기술에 거는 기대는 크다.

현대차그룹의 E-GMP, GM의 얼티움 등에 볼 수 있듯 전기차 전용 설계방식의 핵심은 ‘모듈형’이라는 점이다. 배터리를 차 바닥에 깔고 앞뒤에 모터와 함께 바퀴를 설치하는 식이다.

이는 자동차 내부에서도 큰 변화를 이끌었다. 현재 운전석에 자리한 운전대는 자율주행시대가 본격화되면 공간만 차지하는 장치가 되는 만큼 미래엔 사용하지 않을 때 접혀 들어가는 식으로 발전했다. 마찬가지로 브레이크 페달도 사라질 수 있다. 만도의 ‘SbW’(스티어 바이 와이어)와 콘티넨탈의 ‘BbW’(브레이크 바이 와이어)가 대표적이다. 각 장치가 물리적으로 연결되지 않아 설계가 자유로워진 점이 특징.

 
이처럼 설계가 자유로워진 점 덕분에 바퀴 위치를 앞뒤 양 끝으로 옮길 수 있게 됐다. 또 바퀴가 꺾이는 각도를 크게 만들 수도 있다. 현대모비스가 개발한 ‘e-코너 모듈’은 90도까지 바퀴를 꺾을 수 있어 차가 옆으로 움직이는 것도 가능해졌다.

 
단순히 바퀴가 많이 꺾이는 것을 넘어 구동모터가 바퀴에 부착된 ‘인-휠-모터’ 형태로 구동과 조향, 현가장치가 통합된 구조를 생각해볼 수 있다. 이 같은 구조는 차가 옆으로 움직이는 것을 넘어 제자리에서 회전하는 것도 가능케 한다. 수 년 전만 해도 인-휠-모터가 탑재된 경우 조향 문제를 해결하지 못했다.

왔던 길을 후진으로 되돌아가는 기능도 주목받은 기술이다. BMW가 먼저 선보인 이 기술은 최근 현대모비스도 개발에 성공했다. 막다른 골목이나 주차장에서 운전자가 온 길을 그대로 되돌아갈 수 있다.

자동차업계에서는 이 같은 기술이 출시될 신차에 일부 적용되다가 목적기반이동수단(PBV) 등 새로운 이동수단에서 보편화할 것으로 전망하고 있다.
부품업계 관계자는 “현재 등장한 미래차 기술은 2023년 이후부터 실제 차에 적용돼 본격 테스트할 것으로 보인다”며 “2025년 이후부터는 이 같은 기술이 적용된 차를 타고 이동하는 것이 가능할 것”이라고 말했다.

박찬규 기자 star@mt.co.kr

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주차만 해도 '꽉꽉'… 자동차도 ‘무선충전’ 시대

내장형·무빙형 등 형태 다양… 전자파·구축비용 등은 과제

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전기자동차의 가장 중요한 구매요인으로 꼽히는 건 ‘충전’이다. /사진=이미지투데이

전기자동차의 가장 중요한 구매요인으로 꼽히는 건 ‘충전’이다. 짧은 주행거리 대비 긴 충전시간과 부족한 충전 인프라는 전기차가 극복해야 할 최대 단점으로 꼽힌다. 현재는 주로 플러그를 직접 꽂아 충전하는 유선충전방식을 쓰는 만큼 제약사항이 많다. 하지만 주차를 하거나 도로 위에 잠시 정차하는 순간에도 충전이 가능토록 하는 ‘무선충전’ 시대가 열릴 전망이다. 정부와 각 기업은 기술 개발과 인프라 확대를 위한 움직임에 분주하다. 다만 효율성, 구축비용, 전자파 등 해결 과제도 상당하다. 자동차 무선충전 기술은 어디쯤 왔을까.

◆車 멈추는 곳은 ‘충전소’

내연기관차 시대가 점차 저물고 전기차 시대로 전환이 빨라지면서 ‘충전’은 가장 중요한 요소로 자리매김했다. 얼마나 더 빨리, 얼마나 더 효율적으로 충전이 가능한지 여부가 전기차의 성공을 가를 만큼 중요해졌다. 나아가 무선충전을 통한 편리성 제고의 시대까지 다가오고 있어 전기차 시대로의 전환을 더 기대하게 만든다.

전기차 무선충전은 각 기업들도 주목한다. BMW는 2018년 7월 플러그인 하이브리드(PHEV) 530e i퍼포먼스 모델에 무선충전 옵션을 리스 형태로 제공했다.

기술기업 콘티넨탈은 같은해 2월 자동 무선충전 시스템을 공개했다. 이 시스템은 정밀도를 높인 ‘자기(Magnetic) 위치 시스템’ 기반의 마이크로 내비게이션 솔루션. 충전 패드 위에 눈이나 낙엽이 덮여 있어도 배터리를 정확히 감지하는 기술이다.

국내에서는 현대자동차그룹의 제네시스가 대표적이다. 제네시스는 올 4분기부터 무선 충전 인프라 시범 사업에 첫 전기차 GV60를 활용한다. 이 사업은 주차장 바닥에 무선 충전이 가능한 인프라 시스템을 구축하고 차가 해당 시스템에 진입 시 비접촉 형태로 충전이 가능하게 하는 기술이다. 제네시스는 주요 거점 등에 무선 충전 인프라 시스템을 구축하고 무선 충전 기능을 추가한 시범 사업용 GV60를 통해 관련 사업을 위한 데이터를 축적할 계획이다.

이밖에 미국에서는 퀄컴 헤일로(Qualcomm halo)가 도로주행 시에도 무선으로 충전하는 기술을 개발해 상용화를 추진 중이다. 국내에서는 카이스트 셔틀버스, 대덕특구 순환노선 무선충전 전기버스, 서울대공원 순환노선 등도 운행 중이다.

전기차 솔루션 개발공급업체 이비올의 이후경 대표는 “어느 산업이든 사용자가 편리한 쪽으로 발전하기 때문에 전기차 충전 역시 유선→무선 이동은 방향성이 확실하다”고 짚었다.

닛산 IDS 무선충전 콘셉트 /사진제공=닛산

◆효율성·구축비용·전자파 등은 해결과제

최근에는 현대차의 ‘전기차 무선충전 서비스’가 ‘정보통신기술(ICT) 규제 샌드박스 심의위원회’의 승인을 받았다.
현대자동차의 ‘전기차 무선충전 서비스’는 충전 수신기를 장착한 전기차가 주차장 주차면에 설치된 무선충전 송신기를 통해 무선 충전하는 서비스다.

무선 충전은 85KHz 주파수 대역을 이용한다. 국내 전파법상 해당 주파수 대역은 전기차 무선충전용으로 분배되지 않아 사용할 수 없었다. 이에 과학기술정보통신부는 실증특례를 승인했다. 기존 유선 완속충전기 대비 충전 고객경험 관점에서 사용자 편의성을 크게 향상시킨 신기술로 전기차 보급확대와 전후방산업 활성화가 기대된다면서다. 현대차의 이 기술은 전기차 제네시스 GV60에 적용돼 시범사업이 진행된다.

전기차 무선충전 기술이 세계적인 관심을 받는 가운데 한국의 기술이 국제표준화 주도에 근접한 모습이다. 산업통상자원부 국가기술표준원에 따르면 국제전기기술위원회(IEC)에서는 한국이 제안한 3종, 일본이 제안한 3종 등 6종의 국제표준안에 대한 기술 논의가 진행 중이다.

일본의 표준안은 출력 11㎾ 이하의 무선충전에 대해서만 규정해 기술 성장에 한계가 있다. 하지만 한국이 제안한 50㎾ 이상 고출력 무선충전 기술에 대한 국제 표준안은 지난해 12월 국제표준 제정의 첫 관문인 신규작업과제(NP) 채택 절차를 마쳤다. 50㎾급 무선충전이 상용화되면 약 1시간 만에 배터리 용량의 80%까지 충전이 가능하다. 교차로 등에서 신호 대기 중 약 1분의 충전으로도 4~5㎞를 주행할 수 있는 전력 충전이 가능한 수준이다.

전기차 무선충전시대에 대한 기대감이 높지만 효율성·구축비용·유지비·전자파 등 해결과제도 산더미다. 김필수 대림대 미래자동차공학부 교수는 “앞으로 전기차 충전은 유무선이 복합적으로 운용될 가능성이 크다. 공간, 지면, 사회적 합의, 구축비용 등 각종 제약이나 한계가 만만치 않기 때문”이라며 “유선보다 떨어지는 충전 효율과 사람에게 치명적인 전자파 문제 등도 앞으로 기술적으로 극복해야할 과제”라고 분석했다.

국내 자동차산업 연구 부문의 최고 권위자로 꼽히는 선우명호 고려대 석좌교수도 비슷한 시각이다. 그는 “전기차 무선충전 효율은 전기차와 패드 사이 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 (충전기와 차가) 얼마나 가까이 붙이느냐가 관건인 만큼 언덕, 과속방지턱 등 장소에 따라 한계가 있다”고 짚었다. 이어 “관련 설비를 땅에 매설해야 하는데 홍수·지진 등 각종 자연재해에 따른 문제도 대비하지 않을 수 없다”며 “기술 진화 속도가 빠른 만큼 이에 맞게 전환도 필요하지만 문제점을 분명하게 짚고 넘어가는 것 역시 간과해선 안 된다”고 강조했다.

김창성 기자 solrali@mt.co.kr

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박찬규 기자, 김창성 기자 star@mt.co.kr
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