NVH는 NOISE. VIBRATION. HARSHNESS 의 약자입니다. 자동차 기술이 정점에 이르면서 차량 내부의 소음과 진동뿐만 아니라 터널이나 도로 상태 등, 주변 환경에서 전달되는 불필요한 자극이 최소화되고 있는데요. EQ900 개발자들은 이를 완벽하게 해결하고자 승객이 탑승하는 공간을 둘러싼 모든 부품의 연구를 거듭했습니다. 이번 시간에는 EQ900의 연구개발진이 이룬 정숙성과 안전성의 혁신을 소개해 드리겠습니다.



소음을 차단하고 흡수하는 기본에 집중


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 NVH 개발의 핵심은 다른 주요 성능들에게 영향을 주지 않으면서 조용하게 만드는 것입니다. 예를 들어 차에는 사람의 관절에 해당하는 연결부위들이 있는데요. 이러한 연결 부위의 재질을 말랑말랑하고 부드럽게 만들면 부딪히는 부분이 적어져 NVH는 좋아지지만, 운전자 의도대로 차량이 움직이는 핸들링 성능이 둔화됩니다. 특히 이런 연결 부위 소음은 흡•차음재로 해결되지 않기 때문에 처음부터 바디의 강성을 키우는 방식으로 해결해야 합니다. 이처럼 상충되는 다른 성능과 조화를 이루면서도 정숙한 차량을 개발하는 것이 EQ900의 초기 NVH 목표였습니다. 

EQ900가 주목한 부분은 차량 내부에서 승객이 느끼는 차폐감입니다. 터널을 지나거나 트럭과 같은 차량이 큰 소음을 내며 옆을 지나갈 때 차폐감의 차이는 두드러지게 느껴지는데요. 최근 감성 부분에 대한 고객 요구가 강화됨에 따라 이러한 실내소음 성능 향상에 더욱 집중했습니다. 차의 차폐감을 좋게 하는 방법은 엔진이나 하부소음과 같이 외부에서 오는 소음과 진동을 일차적으로 차단하고 그 후에 실내로 들어온 소음을 최대한 흡수해줄 수 있도록 흡음하는 데 있습니다. 이 과정에서 가장 중요한 포인트는 소음의 부위와 종류를 정확하게 진단하고 재질/두께/형상 등 흡•차음재의 종류를 다르게 해서 최적의 해결책을 적용하는 것입니다. 가령 뒷좌석에 앉았을 때 A/B/C 필라 부위는 바람 소리가 많이 들리고 고주파성 소음이 많이 들리기 때문에 신슐레이트(Thinsulate) 소재의 형상과 두께를 최적화해서 고주파성 소음을 흡수합니다. 그리고 차 바닥에서는 일반적으로 저음영역대의 소음이 올라오기 때문에 밀도가 높은 폴리우레탄 재질의 헤비레이어 재료를 사용해 낮은 주파성의 소음을 차단합니다.


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[뒷좌석 정숙성이 대폭 향상되었습니다]


EQ900는 차폐감 향상을 위해 도어 부위에 3중 실링 웨더스트립 구조를 적용했습니다. 기존에 2중으로 적용되었던 도어 차폐 실링 고무를 EQ900는 총 3중으로 적용해서 외부소음을 차단해주는 실링 구조를 강화한 것입니다. 외부에서 한번 내부에서 이중으로 차단하는 이 구조와 더불어 차량의 모든 유리에 차음유리를 

적용했는데요. 외부소음을 차단하는 데 큰 도움이 되었습니다.

또한, 차량 외부 언더커버도 소음에 강한 재료를 사용해 공력성능뿐만 아니라 하부에서 오는 소음을 막도록 했으며 실내에서 보이는 내장재도 겉으로는 플라스틱, 가죽, 직물 구조만 보이지만 그 안쪽에는 주요 포인트마다 흡음재를 적절히 적용해 차폐감이 더욱 향상되었습니다.


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[차가 아닌 서재에 머물러 있는 느낌과 더 가까워졌습니다]



중공 알로이 휠 신기술 적용으로 로드노이즈를 잡다 


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주행 중 발생하는 소음에는 고속도로나 교량을 지날 때 도로를 연결하는 슬롯, 파손도로 돌출부와 같은 둔턱을 지날 때 발생하는 타이어 공명음이 있습니다. 타이어가 둔턱을 지날 때 안에 있는 공기가 수축/팽창을 하는데 이때 북을 한번 치는 것처럼 ‘탱’ 하고 고유 주파수의 소리가 나는 것입니다. EQ900에는 휠 내부의 불용공간을 파낸 후, 알루미늄 판재를 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)이라는 공법으로 정밀하게 용접해 소음기 역할을 하는 공간을 적용한 중공 알로이 휠을 개발했습니다. 이 공간을 통해 타이어가 공명음을 만드는 경우에 동일 주파수지만 반대 위상의 소리를 휠 내부에서 낼 수 있어 공명음을 상쇄하는 역할을 합니다. 이를 통해 휠의 무게를 줄이면서도 둔턱을 넘어갈 때 4~5dB의 공명음을 개선하는 성과를 얻었습니다. 보통 2dB만 되어도 일반 승객들이 이전보다 조용해진 것을 느낄 수 있기에 4~5dB의 소음 개선 효과는 NVH 성능 개발자들에게는 큰 성과였습니다.



고객의 입장에서 정답을 찾다 


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NVH 성능을 개발하고 평가하는 과정은 매우 고된 작업입니다. 같은 도로라 해도 1, 2, 3차선에 따라 소음이 다르고 아침에 평가한 결과와 저녁에 평가한 결과가 다를 정도로 주변 환경 조건에 민감하기 때문인데요. 또한, 업무 특성상 비교 결과를 얻기 위해서는 같은 장소, 같은 조건에서 경쟁차와 EQ900 두 대를 가지고 평가를 진행해야 합니다. 이 경우 주변 도로 상황에 따라 온종일 평가해야 할 때도 있습니다. 때문에 실도로에서의 평가는 여러 가지 다양한 조건을 통해 문제를 찾아내는 방법으로는 효과적이지만 재현성이 가장 중요한 개선시험을 할 때에는 결과치를 얻는데 어려운 면이 있지요. 이에 실제 고객 입장에서 문제 소음을 규명하고자 다양한 실도로의 노면 거칠기와 노면 소음 측정 데이터 베이스를 구축했습니다. 남양연구소 내 구축된 로드노이즈 전용 무향실은 다양한 노면 패치를 샤시 다이나모(Dynamo: 역학적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환시키는 기계, 즉 모터로 통칭)에서 바꿔가며 노면 소음을 재현할 수 있고 도로 경사면의 기울기에 따른 부하까지 동일하게 모사해 실도로와 거의 유사한 시험이 가능한 경사로 시험실을 구축했습니다. 이 밖에도 터널환경을 재현해 차폐감을 평가하는 잔향실도 만들어 연구소 안에서 할 수 있는 평가의 폭을 넓혔습니다. 또한 소음을 측정하는 방법 자체도 고객이 사용하는 조건과 유사하도록 변경했는데요. 특히 가속소음이나 소음 선형성 평가과정에서 실제 고객이 속도를 높이기 위해 액셀 페달 밟는 패턴을 통계적으로 분석해 실제 주행과 유사한 스로틀 개폐량을 설정, 소음을 측정하고 개선하여 최대한 고객의 입장에서 정답을 찾기 위해 노력했습니다.  



가속성능에 사운드 디자인을 접목하다


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전 주행영역에서 정숙하고 부드러운 주행 감성을 보여주는 EQ900이지만, 직접 운전할 때에는 좀 더 빠르고 역동적으로 주행하고 싶은 욕구를 느낄 때도 있습니다. 그래서 이러한 운전자의 의지를 반영해 드라이빙 모드 중 스포츠(Sport) 모드를 선택하면 차별화된 가속음을 느낄 수 있도록 주행음 구현 기술(ASD: Active 

Sound Design)을 적용했습니다. 이 기술은 지난 벨로스터에서 처음 선보였던 것으로, 드라이빙 모드와 연계해 운전자가 스포츠 모드를 선택하면 가속감과 매칭되는 다이내믹한 엔진사운드를 더해줘 가속 시 운전자의 만족도를 높여주는 기능입니다. EQ900에 적용된 ASD는 엔진으로부터 rpm, 차량 속도, 액셀 눌림양, 토크 등의 정보를 받아서 앰프/스피커를 통해 설정된 목표엔진음을 운전자가 실내에서 들을 수 있습니다. 


제네시스 EQ900

[차량 앰프와 스피커 시스템을 활용한 ASD 기술]


위의 그림에서와같이 엔진음 개발 기술은 부품 단위에서 소리를 제어했던 기존 기술에서 차량의 종합적인 소리를 설계하는 능동제어 사운드 디자인 개발 기술로 발전했습니다. 이를 통해 차량과 엔진이 일체화된 선형적인 느낌과 풍부한 음색으로 운전자의 가속감 향상에 도움이 됩니다.



운전부하를 줄여 안전운전의 토대를 만들다 


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NVH 성능에 이어서 EQ900의 안전성에 관한 기술을 소개해드릴까 합니다. EQ900는 완벽한 충돌안전 성능과 폭넓은 사고예방기술뿐만 아니라 ADAS(운전자 주행지원 시스템) 기술을 접목해 고속도로 운전부하를 획기적으로 줄여주는 고속도로 주행지원 시스템(HDA: Highway Driving Assist)을 탑재했습니다. ADAS 개발부문에서 연구한 선행 기술을 토대로 양산차에 최적화되어 개발된 이 시스템은 기존 차량에 탑재된 차간거리 제어(ASCC) 기능과 차선유지 제어(LKAS) 기능, IT 정보(Navigation: 표지판 정보)를 융합했는데요. 고속도로상에서 스스로 차간거리 및 차선을 유지해주는 새로운 기능으로 탄생한 것입니다.

HDA 시스템은 액셀과 브레이크를 밟지 않아도 레이더 센서를 통해 선행 차량과의 거리를 일정하게 유지하고 전방 차량이 정차하면 자동으로 정지 및 재출발하는 기능과 함께 카메라로 좌우 차선을 인식하여 항시 도로의 중앙을 달릴 수 있도록 제어하는 기능을 기초로 합니다. 0~150km/h의 넓은 속도 범위에서 작동하는 HDA 시스템은 IT 기술을 융합해 내비게이션 정보로 고속도로를 판단하여 IC/JC, 톨게이트처럼 감속이 필요한 구간에서는 자동으로 시스템이 해제되도록 했습니다. 또한, 내비게이션으로부터 최고제한속도 정보를 받아 구간에 맞춰 자동으로 속도가 변하도록 설정하는 기능까지 탑재해 국내 고속도로 환경에서 보다 편리하게 사용되도록 설계했습니다.


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[고속도로 주행지원 시스템 기능과 구성]



사고위험을 사전에 예방하다 


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[후측방 충돌회피 지원 시스템(좌)과 차선유지 보조 시스템(우)]


EQ900에는 기존의 사고위험을 감지하고 표시/소리/진동을 통해 운전자에게 위험을 알려주던 후측방 경보 시스템(BSD), 전방충돌 경보 시스템(FCWS)에서 한발 더 나아가 사고위험 상황에서 차량 스스로 제어하여 능동적으로 충돌위험을 줄이는 시스템이 탑재되었습니다. 후측방 충돌회피 지원 시스템(SBSD: Smart Blind Spot Detection)은 차선변경 중에 후측방의 사각 지역의 차량으로 인해 충돌위험이 있을 때, BSD 레이더로 사전에 위험을 감지하고 변경하려는 차선 반대편의 앞바퀴를 전자 자세제어 장치(ESC: Electronic Stability Control)로 편제동하여 차선을 벗어나지 않도록 차량 스스로 제어하는 시스템입니다. 그리고 차선 이탈 시 경고 디스플레이 및 스티어링 휠 진동 등으로 위험을 알리는 차선 이탈 경보 시스템(LDWS: Lane Departure Warning System)에서 한 단계 업그레이드되어, 윈드쉴드에 장착된 카메라로 전방 차선을 인식하고 스티어링 휠을 제어하여 운전자가 차선을 유지할 수 있도록 보조합니다.

자동 긴급제동 시스템(AEB: Autonomous Emergency Braking)은 차량 전면의 레이더와 카메라 센서가 특성을 상호 보완하여 전방의 차량/보행자를 검출하고 충돌이 예상될 때, 경보와 함께 긴급하게 자동 제동하는 기능입니다. 특히 전방이 아닌 측면에서 접근하는 보행자를 정확히 감지하기 위해 전방 카메라의 화소와 화각을 넓혀 감지 성능을 높였습니다. 특히 SBSD와 AEB 같이 충돌위험이 있는 상황에서 충돌을 막아주는 시스템은 위험 상황에서 정확하게 작동하는 것은 물론이며 반대로 동작하지 않아야 할 때 동작하는 오작동이 일어나지 않도록 하는 것도 더 중요합니다. 그래서 수많은 과정을 통해서 꼼꼼하게 점검하고 개선해서 지금의 향상된 안전기술을 EQ900에 탑재할 수 있었습니다.

이 외에도 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC)을 통해 선행 차량과의 거리를 감지하여 운전자가 설정한 차량 속도 및 앞차와의 거리를 유지할 수 있습니다. 차량이 완전히 정지한 후에도 선행 차량이 출발하면(3초 이내) 자동으로 속도 및 거리 제어를 지원합니다. 그리고 스마트 하이빔 어시스트(HBA)로 마주 오는 차량의 전조등 불빛 및 주변 조도를 감지해 자동으로 상향등에서 하향등으로 전환해주는데요. 어두운 길에서도 운전 차량 및 상대 차량이 안전한 주행을 할 수 있습니다.


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[어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤 (좌)과 스마트 하이빔 어시스트 (우)]


마지막으로 도로 위의 안전성을 높이는 EQ900의 주행지원 시스템은 언제 어떠한 상황에서도 정확하게 작동하도록 시스템 품질을 높이는 것이 중요했습니다. 카메라, 센서, 내비게이션 정보를 활용하는 시스템 특성을 고려해 오전/오후, 맑은 날/흐린 날, 비 오는 날/눈 오는 날 모두 주행상황이 다르기 때문에 모든 경우의 수를 테스트하여 완성도를 높였습니다. 또한 역광, 터널 진출입과 같이 빛의 변화로 도로환경에 대한 정확한 인지가 어려운 가혹한 상황을 설정하여 테스트를 진행하면서 정확성을 높였습니다.


지금까지 EQ900의 문이 닫히는 순간, 자동차 안이 아닌 일상의 편안한 공간으로 느껴지는 정숙성과 도로 위의 여러 변수에도 안전성을 높여주는 첨단 기술의 안전성을 소개해드렸습니다. ‘다음 시간에는 HMI(HUMAN MACHINE INTERFACE)에서 EQ900의 진정성이 느껴지는 감성품질과 인체공학 시스템을 전해드리겠습니다.’


* 현대자동차그룹 연구개발본부의 ‘R&D STORY’ – EQ900 편에서 원문을 확인할 수 있습니다.


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