물리학과 첨단기술 September 2004 9

약 100년 동안의 역사를 가지는 자동차는 운 자의 시스템

조작으로 주행하고, 방향을 환하며, 정지하는 기능 주의

단순한 이동 수단이었으나, 고객과 사회의 요구에 의해 많은

분야의 기술을 목함으로써 지능과 다양한 기능을 가진 이동

공간으로 발 하고 있다.이러한 발 으로 우리의 생활은 많은 발 이 있었으나, 한

편으로는 자동차의 속한 증가로 환경오염, 화석연료의 고갈

교통사고의 증가 등 많은 문제 도 야기시키고 있다.재 에서 언 한 문제 을 극복하기 하여 많은 신기술

연구가 진행 에 있으며, 최근 주목 받고있는 차세 자동차

의 신기술로는 첫째, 기오염 감 기술과 체에 지 기술

을 응용한 환경자동차 분야와, 둘째, 자기술과 통합제어기술

을 목하여 교통사고를 미리 방하는 ASV(Advanced Safety Vehicle) 분야, 마지막으로 정보통신기술의 목을 통한 ITS (Intelligent Transport System) 분야를 들 수 있다.

향후 학계의 기 기술 연구와 산업계의 응용 연구를 바탕으

로 많은 신기술이 개발되어, 환경을 보호하고 인류에게 즐거

움을 주는 차세 자동차가 개발되기를 바라면서 연구개발

인 신기술을 소개하고자 한다.

엔진 변속기 기술

엔진 기술은 세계 각 지역에서 차 강화되고 있는 연비

배기 규제에 의해 향후 가장 큰 향을 받을 것으로 상되고

있으며, 지 까지 자동차 시장에서 가솔린 엔진이 우

를 하고 있었으나 고압분사식 디젤 엔진이 새로운 주목을

받으며 승용차에까지 차 용이 확 되어가고 있어 가솔린

엔진도 새로운 환 을 맞이하고 있다.최근 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 엔진의 신기술을

요약하면 <표 1>과 같다.

1. 가솔린 직 분사엔진(GDI)

가솔린 직 분사엔진은 엔진의 속도와 부하 조건에 따라 분

사시기와 연료량을 정 하게 제어하여 직 연소실에 분사함

으로써, 희박(Ultra-Lean) 혼합기의 공 과 고효율의 연소가

가능한 엔진으로 연비와 배기가스를 감하고 /고속 역에

서는 출력을 개선하 다<그림 1>.이 기술은 오래 부터 개념 연구는 진행되었지만, 공연

비 40 이상의 희박 연소를 이루기 해 화 러그 주 로

연료의 성층화를 이루어야 하며, 이를 해서는 운 조건에

따라 공기 유동, 분사시 , 분사압력, 화시 등 모든 련

특집 자동차와 물리학

차세 자동차의 신기술 동향 망

권 문 식

권문식 부사장은 독일아헨공과 학교 기계공학과 공학박사(1990)로

재 자동차 부사장, ∙기아차 연구개발본부 선행개발센터사업부

장, 연구개발기획조정 실장으로 재직 이다.

(kwonms@hyundai-motor.com)

표 1. 엔진의 신기술.

기술분야 신기술

가솔린 엔진

가솔린 직분(GDI) 엔진

가변밸 타이 (VVT)기통휴지(DOD)

디젤 엔진고압분사 커먼 일(Common-rail)가변용량 과 기(VGT)

공통엔진 마찰 감

경량화

GDI: Gasoline Direct InjectionVVT: Variable Valve TimingDOD: Displacement On DemandEGR: Exhaust Gas RecirculationVGT: Variable Geometry Turbo Charger

그림 1. 연료분사방식 비교.

인젝터 인젝터

흡기포트 실린더

인젝터 인젝터

흡기포트 실린더

(a)일반 엔진 (b)직 분사 엔진

물리학과 첨단기술 September 2004 10

된 변수들의 최 화 기법과 인젝터 연료공 시스템 기술

이 요구됨에 따라 최근에서야 실용화가 이루어지고 있다.

2. 기통휴지 시스템(DOD)

기통휴지시스템은 워가 요구되는 발진/가속 상태에서는

기통이 모두 작동하나, 워가 요구되지 않는 정속주행 상태에서

는 일부 기통에 연료 공 을 단하고 흡배기 밸 도 닫아 피스톤

을 공 (空轉)하게 함으로써 연비를 향상시키는 기술이다.이 기술 개발에 있어 과제는 기통이 잠시 멈춘 후 다시 가

동될 때 흡배기의 밸 제어, 기통휴지 작동시 발생하는 쇼크, 기통휴지 상태에서 주행시 일어나는 진동 문제 등이 있으며, 이를 해결하기 해 다양한 연구개발이 진행되고 있다.

3. 고압분사 커먼 일(CRDI)

고압분사 커먼 일 시스템은 디젤연료 분사 시스템의 신

인 기술로 연료분사를 해 캠구동 장치를 사용한 기존엔진

과 달리 고압펌 를 이용해 분사압력을 형성하고 연료압력과

분사를 독립 으로 제어한다 <그림 2>.재 1600 bar 이상의 고압 분사(2세 커먼 일 시스템)가

가능하며, 연료분사 기간을 단축시키고 고속에서도 공기와 효

과 으로 섞이게 하여 출력을 높이고 배출가스를 이는 결과

를 가져왔다.커먼 일 시스템의 경우 최 분사압력을 궁극 으로 1800

bar 수 까지 높일 수 있을 것으로 상되고 있으며 이를

한 연구개발이 진행 이다.

4. 가변용량 과 기(VGT)

속 역에서는 배기가스 유로를 축소시켜 속도에 지를 증

시키고 최 토크를 향상시키는 반면, 고속 역에서는 배기

가스 유로를 확 시켜 많은 운동에 지를 달하여 최 출력

을 향상시키는 정 제어 과 기이다. 은 배기량으로 우수한 동력 성능의 달성이 가능하여 차량

의 연료소비 배출가스 측면의 장 을 가질 수 있다. 과거

40 kW/L에 불과했던 비출력이 재는 50~55 kW/L까지 상승

하 으며, 수년 후에는 60 kW/L 이상의 높은 비출력 엔진의

출시가 상된다.

5. 변속기 기술

수동변속기, 자동변속기, 무단변속기로 별되어지는 변속기

기술은 최근 다단화(6속 수동변속기/자동변속기), 수동변속기

의 자화, 무단변속기의 용량화 등과 같은 기술로 개되

고 있다.주행 조건에 따른 다단화를 통하여 연비 성능 개선이 이루어

지고 있으며, 연비측면에서 선호하지만 작동 편의성에서 뒤지고

있는 수동변속기는 유럽을 심으로 SAT(Semi Automatic Transmission)→ASG(Automatic Shift Gearbox)→DCT(Dual Clutch Transmission)로 자화되어 계속 으로 기술진화가 이루어지

고 있다<그림 3>.무단변속기는 엔진의 워손실과 풀리 용량의 문제로 2000

cc 이하의 차종에 용하 으나, 최근에는 롤라와 디스크를

조합한 토로이달(Toroidal) 방식의 무단변속기가 2000cc 이상

차종에 용되고 있다. 한 하이 리드 시스템과 함께 용

되고 있어 향후 하이 리드 자동차 시장에서도 필수 부품 기

술로 이어질 망이다.

친환경 자동차 기술

최근 으로 연구개발 인 친환경 자동차로는 20C 에 개발되어 내연기 자동차의 격한 기술 발 과 사회

환경에 의해 자동차 시장에서 소외되었던 기 자동차(Electric Vehicle)와 하이 리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle)가 있고

1980년 후반에 개발된 연료 지 자동차(Fuel cell Electric Vehicle)가 있다.

21C 첨단 자제어 축 지 기술을 목하여 다시 시작

된 기 자동차의 기술개발 성과로 1990년 반 이후 지엠

(GM) EV1, 포드(FORD) Th!nk EV, 도요다(TOYOTA) RAV4 EV 등이 소량 양산되어 시장에 투입되었으나 기존 내연기

을 체할 수 있는 만큼의 성능 가격 경쟁력을 확보하지

못하여 소비자에게 다시 소외되었다.그러나 기 자동차에서 개발된 기술을 내연기 자동차에

목, 단 을 상호 보완하여 하이 리드 자동차의 개발로 이

어져 1997년 도요다 리우스(PRIUS) 하이 리드 자동차가

세계 최 로 양산에 성공하 다.한 2003년 12월 TOYOTA와 HONDA는 연료 지 자동차

를 소량 리스 매를 개시하 다.

그림 2. 커먼 일 분사시스템.

고압펌프

커먼레인

인젝터고압펌프

커먼레인

인젝터 그림 3. 수동변속기 자화에 따른 진화.

물리학과 첨단기술 September 2004 11

향후 자동차의 패러다임은 가솔린/디젤 자동차로부터 가솔

린/디젤 하이 리드 자동차를 지나 수소를 연료로 사용하는

연료 지 자동차로 흘러갈 것이라 측되고 있다.

1. 하이 리드 자동차

하이 리드 자동차는 두 가지 이상의 동력원을 이용하여 주

행하는 자동차로 정의될 수 있으며, 재 사용되고 있는 가솔

린 디젤엔진 뿐만 아니라 연료 지, 압축천연가스 등 다양

한 종류의 동력원이 사용될 수 있다.국내 시범운행 계획 인 자동차 클릭 하이 리드 자동

차를 기 으로 기존 자동차 비하여 추가되는 핵심 부품은

구동모터, 배터리 제어기이다<그림 4>.부품 구성과 구동 방식에 따라서 직렬형(Series Type), 병렬

형(Parallel Type) 복합형(Series-Parallel Type) 하이 리드

자동차로 구분할 수 있으며 구동 과정은 아래와 같다.- 직렬형 하이 리드 자동차<그림 5(a)>엔진은 최 연비 역 배기가스 최소 상태에서 작동시

키며 축 지를 충 시키고 축 지의 기에 지를 사용하여

구동모터가 자동차를 구동하는 방식

- 병렬형 하이 리드 자동차<그림 5(b)>최 의 조건으로 엔진이 자동차를 구동하며 여유 구동력은

축 지에 장하여 출발/가속 시와 같이 많은 구동력을 필요

로 할 때는 구동모터가 구동력을 보조하여 자동차를 구동하는

방식

- 복합형 하이 리드 자동차<그림 5(c)>구동모터와 발 기(2 모터 시스템)를 따로 구성하여 모터로

만 주행이 가능하고(직렬형), 때로는 모터와 엔진으로 구동(병렬형)하여 두 방식의 장 을 극 화 한 구동방식

재 모든 구동방식이 양산에 용(직렬형: 코스타, 병렬형: 시빅, 복합형: 리우스) 이나 주로 병렬형과 복합형의 연구

개발이 더 활발히 진행 에 있으며, 엔진과 모터의 한

사용에 의한 연비 성능 개선을 해 제어 기술과 부품 성

능 향상 기술이 연구 개발되고 있다.향후 하이 리드 자동차의 부품 기술(모터, 축 지, 제어기 등) 양산 경험은 연료 지 자동차 양산으로 이어질 것으로

상되며, 간 단계의 기술이라기 보다는 미래 자동차 산업의 생존

을 한 필수 기술이라는 인식 환이 빠르게 진행되고 있다.

2. 연료 지 자동차

연료 지 자동차란 수소와 산소의 기화학반응으로 만들어

진 기를 이용하여 모터를 구동시키는 자동차를 의미한다.<그림 6>은 연료 지 자동차를 개략 으로 표 한 것으로

기존 자동차의 엔진에 해당되는 부분인 연료 지 스택, 수소

연료를 장하는 수소 장장치, 각종 주변장치, 모터 감속기로

구성되며, 하이 리드 시스템의 경우 보조 지가 포함된다.연료 지 자동차의 주요 시스템 기능은 <표 2>와 같이 정

리할 수 있다.가장 요한 핵심 부품인 연료 지 스택은 자동차용 모터

구동에 필요한 수백 볼트의 고 압을 얻기 해 수백 개의

MEA(Membrane Electrode Assembly) 사이에 분리 과 가스켓

을 삽입하고 직렬 연결하여 구성한다.<그림 7>

그림 6. 연료 지 자동차의 구성.

수소탱크 연료전지

모터 & 감속기 모터제어기

수소탱크 연료전지

모터 & 감속기 모터제어기

그림 4. 하이 리드 자동차 주요 부품 구성.

엔 진 모 터 변 속 기

모터제어기 배터리 시스템

엔 진 모 터 변 속 기

모터제어기 배터리 시스템

그림 5. 하이 리드 자동차 구동 방식.

(a) 직렬형 하이 리드 자동차

(b) 병렬형 하이 리드 자동차

(c) 복합형 하이 리드 자동차

물리학과 첨단기술 September 2004 12

연료 지에는 해질에 따라 사용연료, 작동온도 발 가능

용량이 상이하여 사용 용도가 다양하다. 재 연료 지 자동차에

가장 많이 사용되는 연료 지는 100℃ 이하의 비교 온에서 운

이 가능한 고분자 해질 연료 지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 주로 연구개발되고 있다.

재 연료 지 자동차의 실용화를 한 가장 큰 과제는 가

격, 내구성 성능으로 구분할 수 있다. 연료 지는 백

매와 같은 귀 속의 많은 사용으로 가격이 높아 매량 감

방법 체 재료 연구가 요구되고 있으며, 빙 이하의 온

도에서 물의 동결에 의한 연료 지 극 구조의 괴나 스택

운 장치의 손상을 방지하는 연구와 기존 자동차 수 의 주

행거리 확보를 한 수소 장시스템의 개발 등도 요구되어진

다. 이 외에도 제어기와 연료 지 부 장치, 국내의 환경에

합한 수소 생산 방법, 수소공 인 라 구축 등을 포함한 많

은 과제의 연구개발이 진행 에 있으나 련 학계/산업체/정부의 지속 인 심과 력이 한층 더 요구되고 있다.

자동차와 안 기술

자동차의 안 기술은 1950년 시트 벨트의 장착을 시작

으로 견고한 자동차 구조와 사고 후 승객의 거동을 제한하여

승객의 생명 보호 상해를 최소화하는 수동 개념의 안 기

술(Passive Safety)이 개발되었다. 그러나 이러한 기술들은 사

고 발생시에 인명의 피해를 최소화하기 한 기술로 사고를

미연에 방지할 수는 없다.실제 사상자가 발생하는 자동차 사고의 원인을 분석하여 보

면 약 70%는 방 부주의와 안 확인의 불충분 등 이른바

뒤늦은 인지에서 일어난다고 한다.최근에는 이러한 사고 조사 결과를 바탕으로 자동차에 과

귀(센서, 카메라 등)를 장착하여 운 자의 인지와 단을 지원

한다. 한, 운 조작의 용이성 각종 주행 조건에서의 차

량의 운동성능 향상을 한 능동 개념의 안 기술(Active Safety)을 연구개발하여 충돌 사고를 미리 방하는 노력이 진

행되고 있다.

1. 방안 응 기술

사고 발생에 도달하기 단계인 안 주행 사고 회피

부문의 안 을 방안 (Pre-Crash Safety) 이라 한다<그림 8>.운 자의 시계 확보는 기본 인 안 특성으로 최근 주목

받고 있는 신기술은 야간에 외선 카메라를 사용하여 운 자

의 시야 확보를 제공하는 나이트 비 (Night Vision)과 운

방향에 따라 헤드라이트가 움직이는 응형 런트 라이트 시

스템(Adaptive Front Light System)이 있으며<그림 9>, 운 자

의 시계가 확보되지 않는 교차로와 T자로 등을 주행하는 경

우에 카메라를 설치하여 약 20 m 정도의 근거리 시야를 모니

표 2. 연료 지 시스템 기능.

시스템 기능 주요 부품 기존 자동차 비교

연료 지 스택 • 력 생산

• Membrane Electrode Assembly ( 극, 해질), 분리 , 가스켓

엔진/변속기/엔진부 장치공기공 기 • 스택에 공기(산소) 공

• 압축기 는 Blower

가습기 • Membrance 가습, 배출 수증기 처리, 시스템 열 리

기모터 • 동력발생

연료개질기 • 수소생성 (메탄올, 가솔린 등 사용시)연료탱크/연료펌

연료 장 장치 • 연료 장 공 (고압탱크, 흡장합 등)

에 지 장 장치 • 기 장장치(배터리/캐퍼시터) 하이 리드 자동차

그림 7. 연료 지 단 셀 스택.

전극막 분리판(Bipolar plate)

확산층 가스켓

연료전지 스택

전극막 분리판(Bipolar plate)

확산층 가스켓

연료전지 스택

전극막 분리판(Bipolar plate)

확산층 가스켓

연료전지 스택

그림 8. 자동차 사고의 발생 단계.

안전주행

사고회피

충돌예지

사고발생

승객보호

PrePre--Crash SafetyCrash Safety

Active Safety

Passive Safety

사고회피

상해경감

안전주행

사고회피

충돌예지

사고발생

승객보호

PrePre--Crash SafetyCrash Safety

Active Safety

Passive Safety

사고회피

상해경감

물리학과 첨단기술 September 2004 13

터에 보여 으로써 주변 차량, 자 거 보행자를 직 확인

하고 주행하는 차량 모니터링 시스템이 있다.에서 언 한 시계 확보 기술이 방안 을 한 1차 인 방법

이라면, 운 자의 졸음상태를 감지하여 충돌 차선이탈에 의한

사고를 막는 졸음 경보 시스템, 운 자가 혹시 앞을 제 로 보지않

을 때를 비한 방 장애물 경보 시스템, 주행 근 차량 경

보 시스템 등의 기술이 2차 인 방법으로 개발되고 있다.능동 개념 안 기술(Active Safety)인 EBD ABS(승차 인원

화물 재량에 따라 제동력을 배분하는 기능을 추가한

ABS 시스템), Brake Assist System( 이크 페달의 속도를

감지하여 긴 시 제동력을 빠르고 강하게 보조하는 이크

시스템), Cruise Control, Electronic Stability Program 기술 등

은 서로 융합하여 운 자의 의지에 상 없이 자동차 제어장치

의 단으로 제어가 되는 사고회피 기술이 개발되어 재 고

차량에 용되고 있다.개발되고 있는 사고회피 시스템의 부분은 차체 방에 장

착한 리 이더와 충돌을 사 에 단하는 Pre-crash 제어

장치, Pre-crash 시트 & 벨트, Pre-Crash 이크로 구성되어

있다. 작동과정을 순서에 따라 보면 <그림 10>과 같다.

2. 충돌안 응 기술

세계 으로 충돌안 기 에 한 규제가 운 자에서 보행

자, 차종 등 이 다른 차량간의 충돌로 발생될 수 있는 안

기 으로 확 강화됨에 따라 주요 자동차 회사는 보행자

안 , 어드밴스드 에어백(Advanced Airbag), 차체 양립성

(Compatibility) 기술에 하여 집 연구하고 있다.차체 양립성은 실제 사고형태를 반 한 충돌안 책으로

써 형차와 소형차처럼 량이나 크기가 크게 다른 차량끼리

충돌했을 때에도 탑승자의 안정성을 확보하는 차체 구조

범퍼 높이와 같은 제한 요소를 극복하는 기술이다.보행자를 보호하기 한 기술로는 보행자의 다리부분에 미

치는 충격을 완화하기 해 런트 범퍼나 라디에이터 부분에

충격을 흡수하는 구조를 개발하고 있으며, 한 머리부분의

충격을 완화하기 해 후드와 엔진룸 사이에 일정량 이상의

충격 흡수 공간을 설치하고 후드나 와이퍼의 설치부분이 함몰

되어 에 지를 흡수할 수 있는 구조를 고안해내고 있다.극 인 방법으로는 (a) 보행자의 충돌을 감지하여 후드의

끝단부를 상승시켜 공간을 상승시키는 액티 후드 기술과 (b) 에

어백을 개하는 보행자 보호 에어백 기술이 있다<그림 11>.에어백의 기술에 있어서는 충돌의 세기 정도, 탑승자의 몸

무게, 시트벨트의 착용 여부, 시트의 치 등에 따라 에어백의

개 여부와 팽창압력을 결정하여 승객의 상해를 최소화하도

록 개되는 어드밴스드 에어백의 기술이 개발되어 양산에

그림 9. 시야 확보 기술.

로우빔

하이빔

나이트비전

로우빔

하이빔

나이트비전

(a) 나이트 비

(b) 응형 런트 라이트 시스템

그림 11. 보행자 보호 기술.

(a) 액티 후드 (b) 보행자 에어백

그림 10. 사고회피 시스템 작동 개요.

(b)주행차로접근

(c) 가까이접근

(d) 추돌회피곤란

등받이 각도 조절 무릎측 좌석 상향 썬루프 닫음

(a)주행차검지

(b)주행차로접근

(c) 가까이접근

(d) 추돌회피곤란

등받이 각도 조절 무릎측 좌석 상향 썬루프 닫음

(a)주행차검지

물리학과 첨단기술 September 2004 14

용 에 있으며 90년 반 가슴을 보호하는 가슴 에어백(Thorax Airbag)부터 시작하여 머리와 가슴 에어백(Head and Thorax Airbag)으로 발 했고, 측면 충돌 시 승객의 상해를 이기 한

다양한 에어백의 개발로 기술이 개되고 있다<그림 12>.

3. 컴퓨터 시뮬 이션 기술

안 기술의 개발에 있어 차량 사고의 분석은 매우 요하

다. 사고 분석이 가능하여야만 다양한 형태로 발생하는 사고

의 원인을 찾을 수 있고 새로운 기술 개발이 가능하기 때문이

다. 이러한 사고의 분석 과정에서 실차 시험을 통한 사고 형

태의 재 은 곤란하므로 컴퓨터 시뮬 이션 기술은 안 기술

에서 필수 기술로 자리잡고 있다.과거에는 충돌 법규를 만족하는 차량의 충돌 시뮬 이션 기

술이 주로 개발되었으나 최근에는 회피 시뮬 이션 기술

인체 모델의 연구개발로 확 진행되고 있다<그림 13>. 이러

한 기술의 개발은 자동차 설계자가 개발 기에 사고 원인 분

석, 차량/운 자/교통환경 간의 상호 계, 인체에 미치는

향을 악하여 사고 상해 정도를 개선할 수 있는 시스템의

개발이나 차체 구조의 개발을 가능하게 하여 안 한 자동차의

개발에 크게 기여하고 있다.

자동차 자화와 ITS

세계의 주요 자동차 련 업체들이 빠르게 발 하는 자제

어 정보통신 기술을 자동차 분야에 목을 시도함으로써

기존의 기계식 구동 시스템은 자화를 통해 기 신호에

의해 제어되는 시스템으로 변화됨으로써 정 제어 지능화

가 가능하게 되고, 사람/자동차/도로간에 필요한 정보를 주고

받는 네트워크 시스템의 구축으로 교통정보 공유, 모바일 웹

환경에서 무선 인터넷 정보 공유 자 상거래 등이 가능한

환경이 구축되고 있다.

특히, 지능화된 시스템 기술은 첨단 도로 인 라와 융합하

여 교통 시스템의 효율을 높이고 사고를 경감시켜 궁극 으로

는 무인자율주행차량을 실 하게 될 것이다. 한 GPS(Global Positioning System)와 무선통신(개인용 이동 화 등)을 이용하

여 운 경로, 긴 구난, 인터넷서비스(뉴스, e-mail, 엔터테인먼

트) 교통정보 등을 실시간으로 제공하는 텔 매틱스

(Telematics) 기술은 시장형성 기 단계이지만 향후 많은 수

요가 상된다.

1. X-By-Wire와 42V 시스템

X-By-Wire( 는 Drive-By-Wire)는 지능형 자율주행차량의

필수 인 기반 기술로 기존의 기계 링크를 통하여 유압/공압으로 구동하는 시스템을 선(Wire)으로 연결하여 기 신호

에 따라 모터 제어기로 구동하는 시스템이다<그림 14>.X-By-Wire 기술 에 가장 먼 양산에 용되고 확 인

기술은 Throttle-By-Wire로 직 분사 자밸 제어 기술 등

과 함께 엔진의 상태를 최 으로 제어하여 배기가스를 이는

동시에 연비 향상에 큰 기여를 하고 있으며, 뒤를 이어 최근

에는 페달이나 버를 작동함 없이 버튼으로 주차 이크를

그림 14. 다양한 X-By-Wire 시스템.

Front Steer-By-Wire

Throttle-By-Wire

Roll-By-Wire

Damper-By-Wire Brake-By-Wire

Rear Steer-By-Wire

그림 12. 다양한 충돌 응 한 에어백.

머리가슴 에어백 발목 에어백

커튼 에어백 Inflatable Tubular Structure

그림 13. 인체 시뮬 이션 모델.

발목

흉부내장 장기

안구머리(뇌)

발목

흉부내장 장기

안구머리(뇌)

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작동하는 Parking-By-Wire가 고 차 주로 양산에 용되고

있다.그러나 Steer-By-Wire와 Brake-By-Wire 기술은 가장 요한

안 부품으로 기공 이 끊기거나 불량, 선 단락

제어 오류로 신호가 달되지 않으면 기능상실로 이어져 치명

인 안 문제에 노출될 가능성이 크므로 안 에 한 부가

인 시스템의 연구개발이 활발히 진행되고 있다.최근에는 고장 발생 시에 능동 는 수동 으로 안 한

상태로 작동이 가능한 EHB(Electro Hydraulic Brake)나 EHPS (Electro Hydraulic Power Steering)가 X-By-Wire의 간 단계

로 개발되어 양산에 용 이다.Brake-By-Wire는 기존의 엔진 동력을 사용하는 유압 이

크 시스템에서 배압장치(Booster)와 유압라인 등을 삭제하고

후의 휠(Wheel)에 기 모터로 작동되는 자 제어 캘리퍼

를 설치하여 Wheel speed, Yaw rate, Wheel angle Acceleration 센서에서 검출된 기 신호를 받아 제동력 제동 속도를 실

시간으로 빠르게 제어함으로써 차량의 안 성 운 자의 편

리성을 향상시킨다<그림 15>.향후 차량 안 기술의 심으로 차량을 정지하는 기본 인

성능 만족뿐만 아니라 샤시 시스템들과 연동하여 사고회피시

스템으로 진화가 상되며, 차량의 안 성과 반 인 운동성

능을 획기 으로 개선할 수 있을 것으로 기 되어진다. Steer-By-Wire는 기존의 스티어링 시스템에서 운 자와 휠

사이에 치한 Steering Shaft, 유압펌 유압라인 등이 삭

제되고 액 에이터로 체되어 Steering angle, Wheel speed, Pinion angle, Yaw rate Acceleration 센서에 검출된 자

신호를 받아 제어기가 최 으로 차량의 회 방향을 제어함으

로써 안락하고 안정 인 운 환경을 조성해 다<그림 16>.향후 X-By-Wire 기술과 같은 동부품의 증가는 많은 구동

모터와 액 에이터의 사용으로 용량의 력이 요구될 것이다.이미 기존의 14 V 원 시스템은 고 차종에서 력 공

의 한계에 도달한 상태로 42 V 원 시스템의 개발이 필요할

것이다.42 V 원 시스템은 14 V 원 시스템 비하여 용량의

력 공 이 가능하고 각종 Wire의 경량화가 가능하며, 기

효율이 높아져, 결과 으로 연비가 개선되는 효과가 있으

나 많은 부품개발 비용과 개발 기간이 문제이다.따라서 재는 일본, 유럽 국내와 같이 신호 기나 정체

가 문제가 되는 지역에서는 IDLE STOP & GO 시스템과 함

께 42 V 원 시스템이 개발되고 있으며, 다른 한편으로 편

의성 는 필수 동부품 용이 많을 것으로 상되는 고

차량 등에서 42 V 원 시스템을 개발하고 있다.

2. ITS

IT(Information Technology)를 기반으로 사람, 자동차 도

로간에 필요한 정보 교환을 한 네트워크 시스템과 도로와

차량의 자동화를 통하여 기존 도로의 이용효율을 높이고 각종

사고 방지용 안 시스템을 용하는 연구개발이 가속화 되고

있다.이와 같이 첨단안 차량(ASV, Advanced Safety Vehicle)과 도

로의 안 자동화 연구들을 좁은 의미의 ITS(Intelligent Transport System)라 하며, 자동차 뿐만 아니라 선박 항공기 등의

체 교통수단을 포 하여 넓은 의미의 ITS라 한다.ITS는 여러 분야로 구성되어 있으며, 일반 으로는 첨단교

통 리(ATMS), 첨단교통정보(ATIS), 첨단차량 도로(AVHS), 첨단 교통(APTS), 첨단화물운송(CVO)으로 구분할 수 있으

며, 이러한 분야의 기술개발로 기존 교통 시스템의 문제 을

부분 직간 으로 해결할 수 있는 기 효과가 있다<표 3>.ITS 기술은 80년 후반부터 미국, 일본, 유럽 각국의 정부

련 산업체가 심이 되어 국책과제로 추진 에 있으나, 인 라 구축을 한 엄청난 비용, 구체 인 표 화 미비, 시스

템의 높은 가격 등으로 지 까지 본격 인 시장을 형성하지

못하고 있는 실정이다. 그러나 최근 이동통신 가입자의 폭발

그림 15. Brake-By-Wire.

전자제어페달

전자제어캘리퍼

ECU

베벨기어

Screw

디스크/라이닝

피스톤모터

전자제어페달

전자제어캘리퍼

ECU

베벨기어

Screw

디스크/라이닝

피스톤모터

그림 16. Steer-By-Wire 구성.

ECU

Actuator

스티어링박스스티어링 컬럼

ECU

Actuator

스티어링박스스티어링 컬럼

물리학과 첨단기술 September 2004 16

인 증가와 치 기반의 네비게이션 수요 증가에 따른 텔

매틱스 기술과 자화에 따른 첨단안 차량 기술의 발 은 주

목할 만하다.텔 매틱스는 통신(Telecommunication)과 정보(Information)의

합성어로 이동통신, 치측정 지리정보 기술을 기반으로

도로 안내, 인터넷을 통한 각종 생활 서비스 긴 구난 서

비스, 자동차의 고장 진단 서비스 등을 사용자에게 제공하는

종합 서비스이다.기존에는 무선통신과 GPS기술을 이용하여 차량 항법

(Navigation) 서비스에 한정되어 개발되었으나 최근에는 교통

시스템의 이용객에게 빠르고 정확하게 다양한 정보를 실시간

으로 달할 수 있는 서비스를 개발하고 있다.이러한 서비스를 해서는 정보 수집, 정보 처리, 정보 달

(통신), 단말기 등의 기술이 필요하고, 운 에 작동해야 하

는 조작장치의 증가에 따라 조작이 복잡해지는 문제 이 있으

므로 음성으로 간단하게 명령을 내리고 음성으로 정보를 들을

수 있는 음성인식/합성/압축/변환기술의 개발이 실히 요구되

고 있다.재 국내에서 제공하는 텔 매틱스 서비스는 사용자

의 숫자가 증가하고 있으며, 업체들의 서비스 컨텐츠도 다양

하게 개발되고 있는 추세이다.향후 텔 매틱스 기술은 ITS 서비스 확 를 한 기반을

제공할 것이며 더욱 더 발 한 도로 인 라와 함께 진보할 것

이다.이러한 인 라의 구축과 앞서 언 한 능동안 (Active

Safety) 기술들의 융합으로, 미래의 운 자는 책을 읽거나 업

무를 하면서 편안하고 안 하게 원하는 곳으로 이동할 수 있

는 무인자동운 이 실 될 것이다.

결 론

세계 자동차 생산 6 (2003년 기 )인 국내 자동차 산업은

짧은 기간동안 국가의 주력 기간 산업으로서 많은 노력과 결

실을 맺고 있다. 특히, 2004년에는 세계 경제의 침체와 치열한 선진 업체간

의 경쟁 속에서 자동차가 Benz, Toyota, GM을 제치고

세계의 고객으로부터 품질을 인정(J.D Power 품질지수 조사

결과)받는 쾌거를 이루어 사상 최 의 수출을 기록하고 있다.그러나 향후 세계의 자동차의 성능과 품질은 평 화되는

경향을 보이고 있어 이제는 미래 기술에 한 기술력 보유가

경쟁력을 좌우할 것이다.따라서 국내 완성차 업체 부품업체가 지속 으로 성장하

기 해서는 본 기고문을 통해 소개한 차세 자동차 기술의

패러다임 변화에 비하여 자동차 산업뿐만 아니라 련 산업

과의 연 가 필요하며, 한 기 기술 연구자들의 참여와 인

재육성이 요구되고 있다.

표 3. ITS 기술의 분야 기 효과.

분야 기능 기 효과

교통 리

√ 교통량에 따라 신호주기 자동조

√ 유료도로 통행료 자동 징수 무인단속

√ 고속도로 진입 교통량 자동조

• 교통 정체의 경감: 톨게이트, 교차로 등

• 교통 사고의 획기 감소: 궁극 으로 무인자율차량

• 에 지 기 오염 개선

• 물류 효율화를 통한 경제 손실 감

• 첨단 기술의 확보 가능하여 생 산업 성장 → 국가 경제의

성장 동력

• 교통 서비스의 질 개선 등

교통정보 √ 교통상황, 최 운행정보, 주차정보 제공

√ 돌발상황 정보 수집 제공

ASV & 도로

√ 차량 간격 자동 조

√ 험 정보 제공 자동 제어

√ 충돌 방지 한 안 시스템 제공

교통 √ 환승정보제공

√ 효율 인 배차 리

화물운송

√ 화물차의 배차 리 최 화

√ 험물 차량 리

√ 자서류 처리

ATMS (Advanced Traffice Management System), ATIS (Advanced Traveler Information System),AVHS (Advanced Vehicle & Highway System), APTS (Advanced Public Transportation System),CVO (Commercial Vehicle Operation)

그림 17. 미래의 지능형 교통시스템 개요.