기술의 발전과 시대의 변화에도 사람들은 변함없이 스스로 삶의 원칙과 신념을 지키고 있습니다. 그리고 다양한 장비나 콘텐츠를 통해 일상의 즐거움을 찾는 노력도 계속되고 있는데요. 즐거움을 주는 자동차(Fun-to-Drive)’는 어떤 차일까요? 탑승자가 목적지까지 가는 동안 편안하고 안전하며, 속도감까지 골고루 느낄 수 있는 자동차일 것입니다. 그리고 한 번의 버튼으로 자동차의 즐거움을 만끽할 수 있는 사용자 중심의 하이테크 기술이 집약되었다면 더 바랄 것이 없겠죠. 현대자동차는 아이오닉 일렉트릭(아이오닉 EV)을 통해 이 모든 즐거움을 제공해 드릴 것입니다.

지난 시간, 아이오닉 일렉트릭의 탄생 배경과 특별한 가치를 소개해 드렸는데요. 이번 시간에는 현대자동차 아이오닉을 담당한 연구개발진을 통해 운전자에게 즐거움을 주는 아이오닉 일렉트릭의 매력 네 가지를 알아보겠습니다.



ATTRACTION 1. 버튼이 대세



아이오닉 일렉트릭이 주는 즐거움의 정점에는 전자식변속버튼이 자리하고 있습니다. 기존에는 운전자가 전자식변속 레버로 직접 변속 명령을 내렸다면 이제 버튼만 터치하면 자동차가 알아서 주행상황을 판단해 변속을 수행합니다. 운전자에게 새로운 경험을 선사할 이 기술이 탄생하기까지 어려움이 많았는데요. 전자식변속버튼(이하 SBW) 시스템에 들어가는 버튼 조작부 설계를 맡은 한 책임연구원은 SBW버튼 시스템이란 말 그대로 버튼을 누르면 차량이 변속되는 것으로 운전자가 버튼을 눌러 PRND의 명령을 VCU(Vehicle Control Unit: 차량제어기)에 보내면, VCU는 운전자의 주행상태를 판단 후 운전자가 요구하는 기어단을 수행한다고 합니다. 그렇게 버튼으로 명령을 보내기 때문에 버튼의 조작과 설계가 매우 중요하다고 볼 수 있는데요. VCU(Vehicle Control Unit) 차량제어기는 모터제어기와 더불어 토크 제어를 최우선으로 수행하며 그 외에 시동 시퀀스 제어, 고장 진단 제어, 에너지 관리 최적 제어 등을 CAN으로 연결된 하위 제어기와 협조해 수행합니다. VCU를 비롯한 각 제어기에는 상호 간의 협조 제어를 통해, 만에 하나 발생할 수 있는 고장으로부터 차량 안전을 확보하기 위한 전략이 마련되어 있습니다. 요약하면 운전자 명령을 주행상황에 맞게 수행하는 것이죠. VCU는 PRND의 현재 상황을 알리고 운전자가 요구한 기어단 수행 및 주행상태에 따라 운전자의 요청사항을 반영하지 못했을 때 운전자에게 그 이유를 알리는 역할을 합니다. 그리고 운전자의 명령 없이도 안전을 위해 임의로 P를 체결하고, 이를 알리는 기능도 마련되어 있습니다.


[버튼 조작에 익숙해질수록 즐거움이 더해가는 아이오닉 일렉트릭]


SWB 액추에이터(Actuator)와 액추에이터에 들어가는 제어기(SCU: SBW-ECU) 개발을 담당한 연구원은 운전자가 버튼으로 변속 명령을 보내면 VCU에서 명령을 받아 어떻게 변속할 지 정확하게 판단하고 결과를 SBW 액추에이터에 송출한다고 합니다. 기존의 기계식은 케이블을 당겨 운전자가 직접 PRND단으로 변속했다면, SBW버튼 시스템에서는 액추에이터가 변속을 수행하게 되는데요. 운전자가 버튼을 누르면 VCU에서 정보를 입수하고, 액추에이터는 모터를 구동해 변속하는 시스템입니다. 그리고 차량제어기 로직을 개발하는 업무를 맡은 책임연구원의 말에 따르면, SCU와 파킹 액추에이터 그리고 버튼 컨트롤 제어기, VCU 등 각각의 제어기들을 총괄적으로 협조 제어하는 로직이 빈틈없이 설계되고 정확하게 운용되어야 오류 없이 각 제어기들이 항상 제 역할을 제대로 수행한다고 합니다.



ATTRACTION 2. 운전의 즐거움까지 장착한 회생제동 시스템


[회생제동을 통해 운전의 피로에서도 회복되는 기분]


친환경 전기차의 에너지 효율에서 빠지지 않고 소개되는 기술 중 하나는 바로 회생제동 시스템입니다. 차가 감속할 때 운동에너지를 전기에너지로 변환해 배터리를 충전시키고 충전된 배터리를 일반 주행 시에 사용해 에너지 효율을 높이는데요. 아이오닉 일렉트릭에서는 간편한 패들시프트를 통해 시스템을 활용할 수 있어 운전의 즐거움까지 더했습니다. 아이오닉 일렉트릭의 회생제동 시스템은 기존의 3개 모듈로 구성된 브레이크 시스템이 2개의 모듈로 압축되어 중량 감소 효과를 더했습니다. 이는 유압회로 부분을 개선해 유압반응을 높이고, 회생제동을 더 적극적으로 진행해 브레이크 효율을 높인 것이죠. 브레이크 페달을 밟아서 회생제동을 조절하는 경우, 유압손실이 클 수밖에 없는 반면, 아이오닉 일렉트릭처럼 탑재한 패들시프트로 회생제동을 조절하는 경우, 유압손실이 없었습니다. 이를 통해 유압제동에 의한 에너지 손실을 최소화해 주행거리를 극대화할 수 있습니다.



ATTRACTION 3. 손맛의 매력, 패들시프트_회생제동 컨트롤


[왼쪽 레버는 제동률을 한 단계씩 높이고 오른쪽 레버는 낮춥니다]


회생제동 시스템은 브레이크를 밟고 내리막길을 주행할 때 배터리에 전기를 충전하는 것으로 에너지 효율 시스템에서 가장 중요한 위치를 차지합니다. 이 기술은 세대를 거듭하면서 진보된 모습으로 발전해왔는데요. 아이오닉 일렉트릭에 탑재된 3세대 회생제동 시스템은 패들시프트와 만나 편의성과 안전성이라는 두 마리 토끼까지 덤으로 받은 셈이죠. 아이오닉 일렉트릭의 3세대 회생제동 조절장치는 패들시프트(Paddle Shift)가 대신합니다. 스티어링 휠 중앙, 좌우에 자리 잡은 패들시프트는 일반적으로 스티어링 휠을 잡은 상태에서 기어 변속을 할 수 있도록 돕는 장치인데요. 아이오닉 일렉트릭에 장착된 패들시프트는 회생제동률을 조절하는 제어기 역할을 합니다. 



아이오닉 일렉트릭은 위와 같이 0레벨에서부터 3레벨까지 단위를 설정해 좌우 패들시프트를 눌러가면서 회생제동률을 조정할 수 있습니다. 왼쪽 레버는 제동률을 한 단계씩 높이고 오른쪽 레버는 한 단계씩 낮춥니다. 제동률 변화는 계기판에서 확인할 수 있는데요. 기어로 회생제동을 하는 것과 액셀에서 발을 떼면 자동 브레이킹이 걸리는 타사 차종들과는 다른 방식입니다. 가·감속이 많은 시내에서는 3레벨로 세팅해서 최대한 회생제동량을 늘리고, 일정한 속도의 고속주행이 많은 경우에는 1레벨로 세팅하면 충분합니다. 그리고 내리막길에서는 패들시프트만으로도 회생제동률을 조정하면서 일정 속도를 유지하며 내려올 수 있습니다. 브레이크 없이 내려오면 위치 에너지를 통해 얻은 운동 에너지를 고스란히 배터리에 담아낼 수 있습니다. 익숙하기까지 시간이 걸릴 수 있지만 패들시프트의 손맛에 길들어지면 충전량과 운전의 재미가 늘 수밖에 없겠죠.



ATTRACTION 4. 원하는 대로 드라이빙, 드라이브 모드


[나만의 맞춤 드라이빙이 가능한 아이오닉 일렉트릭]


자동차가 달리는 도로는 다양한 주행환경을 갖고 있습니다. 운전자의 성향이나 상황에 따라서도 주행스타일이 다양합니다. 이처럼 자동차는 여러 조건의 도로를 각양각색의 사람들이 운전하기 때문에 한 가지 주행모드만으로 모두가 만족하기 어렵습니다. 운전의 즐거움은 대체로 역동성에 있는데요. 아이오닉 일렉트릭에는 최대출력 120ps(88kW), 최대토크 30.1kgf·m의 강력한 동력성능을 자랑하는 모터가 장착되어 있습니다. 이것이 바로 최고속도 약 165km/h에 도달하는 아이오닉 일렉트릭만의 역동적인 주행성능으로 앞서 말씀드린 ‘FUN-TO-DRIVE’(펀 투 드라이브)가 기대되는 이유입니다. 아이오닉 일렉트릭만의 전기식 기어 변환 시스템을 통해 버튼을 누르는 것만으로 스포츠(Sport), 노멀(Normal), 에코(Echo) 등의 주행 모드 변경이 가능한데요. 단일출력 감속변속기(Single Speed Reducer Transmission)를 통해 전기모터를 자동으로 매끄럽게 가속시킬 뿐만 아니라 스포츠, 노멀, 에코 모드를 통해 드라이버의 취향에 맞는 최상의 주행경험을 선사합니다. 버튼을 누를 때마다 각 모드가 바뀌는 것을 클러스터에서 바로 확인할 수 있는데요. 주행 모드가 바뀔 때마다 계기판 컬러도 화이트, 그린, 레드로 함께 바뀌어 계기판 컬러만으로도 현재의 주행 상황을 판단할 수 있죠. 



이렇듯 아이오닉 일렉트릭의 드라이브 모드는 펀 투 드라이브에 있어 없어서는 안될 필수 기능입니다. 특히 스포츠 모드의 경우, 버튼 하나 눌렀을 뿐인데 순식간에 고성능 스포츠카로 변신한 듯한 파워를 느낄 수 있는데요. 중·저속에서도 큰 힘을 순식간에 뽑아내는 전기차의 특징이 유감없이 발휘되기 때문입니다. 내연기관차와 비교해서 아이오닉 일렉트릭은 우수한 제로백을 자랑합니다. 전력 질주했을 경우, 정지상태에서 100km 속도에 도달하는 동안의 시간이 스포츠 모드에서는 9초대입니다. 그리고 에코 모드는 친환경차의 임무에 가장 최적화된 에너지 효율을 높이는 기능을 갖추고 있습니다. 추가적인 구동에너지를 절감해 연비도 좋아지고, 불필요하게 최고 속도를 내지 않도록 지원합니다. 즉 연비 위주의 드라이브 모드입니다. 끝으로 노멀 모드는 에너지를 최적화하면서 운전자가 다이내믹하게 주행할 수 있도록 지원합니다.

이처럼 아이오닉 일렉트릭의 드라이브에 즐거움을 높인 만큼 안전도 높였습니다. 앞서 차량 주행성능을 강력하게 확보하기 위해 구동모터 냉각성능은 모터 개발 시 최우선으로 고려해야 하는 부분인데요. 모터에 전류를 많이 사용할수록 많은 열이 발생합니다. 높은 출력을 요구하는 고속주행 조건보다는 높은 토크를 요구하는 언덕 주행 시 모터에서 더 많은 열이 발생합니다. 이때 발생하는 열을 최대한 식혀야 하기에 모터에서 온도 관리는 동력성능뿐만 아니라 회생제동 및 주행거리와도 밀접한 관계가 있습니다. 아이오닉 일렉트릭의 모터 냉각방식은 수랭식이 적용되었으며, 냉각채널 형상 및 압력손실 부분을 최적화해서 안전성을 최대화했습니다.


[2016 부산국제모터쇼에서 현대자동차의 신념과 철학]


지금까지 아이오닉 일렉트릭을 통해 즐거운 드라이빙의 포인트를 소개해드렸습니다.

아이오닉 연구개발진들의 기억에 남는 에피소드를 정리하며 시작이 어렵지만 어려움을 극복한 지혜가 아이오닉 일렉트릭에 고스란히 적용되어 있음을 확인할 수 있었는데요. 변속시스템에 있어서 무난한 레버 타입으로 의견이 모아졌지만, 아이오닉 일렉트릭의 아이덴티티가 하이테크였기 때문에 더 연구하며 초안을 잡아 나갔다고 합니다. 이후 인테리어 이미지도 간결하고 손쉬운 방향으로 결정되었고, 최종 버튼 타입으로 결정되었습니다. 이게 끝은 아니죠. 전기차에는 처음 도입하는 버튼 타입이기에 운전자 입장에서 버튼이 센터 콘솔에 위치하다 보니 실수로 물건을 콘솔에 잘못 놓을 경우가 있는데, 버튼 타입일 경우 운전자 의지와 상관없이 버튼이 눌리는 상황이 생길 수 있죠. 이 때문에 누르는 버튼의 시간, 압력 정도를 세밀하게 계산해서 오조작에 대비했다고 합니다. 그리고 버튼 타입에 대한 가장 큰 문제는 노트북과 같이 음료수와 같은 오물의 침투일텐데요. 고장을 일으키는 원인이 되기 때문에 아이오닉 일렉트릭은 방수 구조 설계에 집중해서 디자인적으로 버튼 가이드를 안쪽으로 두고 버튼 자체 내구성을 높였습니다.

이 밖에도 아이오닉 일렉트릭의 오토파킹(Auto-parking)을 통해, 운전자가 별다른 조작을 하지 않아도 VCU 제어기 판단 하에 자동으로 P단을 체결하는 매력이 숨어 있습니다. 운전자가 차에서 내릴 때 D단을 두고 문을 열었더라도 오토파킹이 되고, 운전자가 액셀페달에서 발을 떼고, 안전벨트 풀고, 문을 열면 차는 운전자가 내린다는 것을 확실하게 인식해 오토파킹이 되는 것이죠. 또한 경사로에서 N단으로 시동을 껐는데, 문을 열고 내렸어도 오토파킹이 적용됩니다.


이처럼 현대자동차의 연구개발진 모두가 운전자들이 더욱 재미있고 무엇보다 안전하게 운전을 즐길 수 있도록 고민하고 매진하고 있습니다. 그리고 전기차를 대표하는 아이오닉 일렉트릭을 통해 그 첫 번째 결실을 이루었습니다.

다음 시간에는 일상의 편안함을 높인 아이오닉 일렉트릭의 기술과 성능을 전해드리겠습니다. 감사합니다.



* 현대자동차그룹 연구개발본부의 ‘R&D STORY’ – 아이오닉 일렉트릭 (AE EV) 편에서 원문을 확인할 수 있습니다.

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