차세대 전기차 브레이크, 유압이 사라진다..4바퀴 전자식 독립 제어

자율주행차가 2050년쯤에는 실제 구현이 가능할까. 자동차 관련 산업 종사자라면 누구나 이런 의문을 품고 있을 것이다.

자율주행 실용화에 한 발 다가서는 단초가 될 만 신기술 트렌드가 소개 됐다. 세계 3대 자동차 기술 부품업체인 독일 콘티네탈오토모티브가 개발하는 4 바퀴 독립 제어하는 미래 브레이크 시스템3(FMS3) 단계다. 자율주행 브레이크의 핵심 기술로 2030년 상용화 목표로 개발이 한창이다.

콘티넨탈오토모티브코리아는 23일 서울 강남구에서 '콘티넨탈 미디어 라운드 테이블'을 개최했다. '미래 브레이크 시스템'(FBS)에 대한 3단계 기술 로드맵을 공개했다. 전동화·자율주행·디지털화 등 급격히 전기차로 기우는 글로벌 자동차 트렌드에 걸맞게 유압식이 아닌 디지털 드라이 제동 시스템을 2030년까지 상용화한다는 계획이다.

최근 자동차 산업은 기계공학과 유체역학 중심의 내연기관 시대가 저물면서 디지털 모빌리티로 급격히 전환되고 있다. 전동화, 커넥티비티, 자율주행, 차량 공유 등이 대표적인 흐름이다.

자동차 제조사 역시 앞다퉈 전동화, 커넥티비티, 자율주행 개발에 뛰어들면서 기술 트렌드로 기존 기계와 하드웨어 기반에서 반도체 ECU개발 관련 전자기술 및 소프트웨어(SW)로 이동한다.

자동차 기본 레이아웃을 의미하는 차량 아키텍처도 파워트레인 전동화와 자율주행 개발이 핵심이다. 모두 디지털 및 전기·전자 아키텍처 기반이다. 이 가운데 안전과 직결되는 브레이크 시스템도 자율주행과 전동화를 충족하도록 점차 디지털화하고 있다. 사실상 기존 유압식 브레이크 시스템이 사라지는 것이다.

윤성환 콘티넨탈오토모티브코리아 차량동적제어 부문장이 미래 브레이크 시스템에 대해 설명하고 있다 — 윤성환 차량동적제어 이사가 미래 브레이크 시스템에 대해 설명하고 있다

윤성환 콘티넨탈오토모티브코리아 차량동적제어 이사는 “기존 내연기관에서 브레이크 시스템은 역학 중심의 기계공학 위주였다면 전기차와 자율주행 레벨3 단계가 현실화하면서 전기차 전용 스케이트 보드 섀시에 걸맞게 유압이 사라지는 드라이 방식의 전자 브레이크 시스템 상용화가 눈앞에 다가왔다”고 소개했다.

이어 “후륜에 유압이 사라진 전자식 드라이 브레이크(FBS2)를 장착한 차량이 이르면 2026년 선보일 것”이라고 설명했다. 이미 콘티넨탈은 대형 자동차업체와 관련 브레이크 시스템을 양산하는 공급계약을 체결하고 상용화에 한창 속도를 내고 있다.

콘티넨탈이 개발하는 미래 브레이크 시스템(FBS)은 3단계다.

현재 판매 중인 전기차 제동시스템은 FBS 0단계다. 브레이크 오일을 사용하는 기존 유압식 브레이크를 그대로 활용하지만 회생제동을 접목해 브레이크 사용을 줄이는 것. 사실상 기존 하이브리드 차량이나 전기차의 경우 회생제동이 적극 개입해 브레이크를 내연기관 처럼 밟을 필요가 없다. 브레이크 패드 등 제동관련 부품을 반영구적으로 사용이 가능하다.

FBS 1단계는 2025년 도입될 기술로 이미 상용화에 다가섰다. 전기차 전용 플랫폼인 스케이트 보드 섀시 기반이다. 기계식 브레이크가 일부분 전기 브레이크로 바뀐다. 지금처럼 브레이크 페달이 물리적으로 제동시스템에 연결돼 운전자가 밟는 만큼 직접 제동이 걸리는 것이 아니라, 전기 브레이크 신호를 감지한 제동시스템이 유압을 조절하는 식이다.

이르면 2025년 도입돼 2028년까지 상용화될 FBS 2단계는 유압식 브레이크가 전륜 두 바퀴만 제어하고 전자식 드라이 브레이크 시스템이 후륜 2바퀴를 제어하는 방식이다. 자율주행 3단계 이상을 염두에 둔 본격적인 전기차 전용 브레이크 시스템이다.

2027년이후 나올 FBS 3단계는 유압식이 완전히 사라진다. 4바퀴를 독립적으로 전자 제어하는 브레이크 시스템이다. 각 바퀴에 전자 캘리퍼·드럼이 달려 바퀴 별로 제어가 가능하다.

류경호 콘티넨탈오토모티브 차량동적제어 팀장이 FMS 3단계를 설명하고 있다

류경호 차량동적제어 사업부 팀장은 “내연기관 브레이크 시스템이 기계식으로 4바퀴를 동시에 제어했다면 미래 전기차에 탑재될 브레이크 시스템은 회생제동을 기반으로 ABS, ESC 같은 전자 안전 시스템을 독립 제어한다”며 ““드라이 전자식 브레이크는 결국 하드웨어 보다는 4바퀴를 독립 제어하는 Central ECU 개발이 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다. 콘티넨탈은 이미 관련 반도체 설계 및 기술 인력을 확보했다.

콘티넨탈오토모티브는 2016년에 최초로 전자 유압식 브레이크 바이 와이어 MK C1 브레이크 시스템을 선보이며 전동화 트렌드를 앞당겼다. 2021년에는 MK C1을 기술적으로 개선하고 레벨 3 이상의 자율주행을 위해 설계한 2세대 브레이크 MK C2를 선보이며 자율주행과 미래 전기차 브레이크 시스템의 초기 상용화 단계에 들어섰다.

MK C2에 탑재한 '브레이크 바이 와이어'(brake-by-wire) 시스템은 전기차로 정상 주행을 할 때 발생하는 모든 감속 가운데 80% 이상은 회생 제동을 통해 전력을 생산하며, 미래 브레이크 시스템과 모션 제어 솔루션을 구현한다. 강력한 역동성을 갖춰 자율주행 상황에서 자율이나 운전자 보조 시스템에 압력이 필요할 때마다 운전자가 실질적인 페달 반응을 느끼지 못하는 상태에서 150밀리초 내에 브레이크 압력을 생성한다. 회생 제동과 휠 제동을 원활하게 결합하면 회생 효율을 최대 30%까지 높일 수 있다. ㎞당 최대 5g까지 이산화탄소 배출량도 낮출 수 있다.

윤 이사는 “2030년쯤 상용화할 유압이 전혀 필요 없는FMS 3단계 기술에 대해 자동차 업체가 큰 관심을 보이고 있다”며 “기존 유압식 브레이크에 비해 부품수가 대폭 줄어들고 조립도 간단해 전체 생산 비용도 낮출 수 있는 장점이 확실하다”고 설명했다. 자동차 업체가 필요로 하는 기술이라 개발에 탄력을 받을 수 있다는 것이다.

결과적으로 현재 사용하는 유압식 브레이크 시스템은 내연기관 종말과 함께 전기차 시대에는 찾아보기 어려운 사라진 기술이 될 것이라는 얘기다.

김태진 에디터 tj.kim@carguy.kr

콘티넨탈은 어떤 회사 * 2021 회계연도 기준(2021년 1월~ 12월)

설립 1871년 독일 하노버

직원수 : 글로벌 약 190,000명, 58개국 561개 지역에 진출

매출액 : 338억 유로(한화 약 45조원)

사업본부별 매출(%) : 자율주행/안전(22%), 차량네트워킹/정보(23%), 타이어(35%), 콘티테크(17%), 계약생산(3%)