자동차의 발달과 진화에는 새로운 기능의 신기술을 끊임없이 연구, 개발한 수많은 개발자들과 엔지니어들의 숨은 노력이 뒷받침되었다. 2018년은 4차산업혁명과 자율주행, 커넥티드, 인공지능 등이 본격적으로 거론되기 시작한 해로 의미가 있다. 시대를 앞서 나가는 신기술이 하루아침에 나오는 것은 아니지만 어느새 생각보다 빠르게 진행된 기술을 목격하게 된다. 하지만 기술은 어느 한 방향으로만 달려가는 것은 아니다. 전동화는 하나의 흐름이지만 균형과 공존을 위한 노력도 동시에 이루어지고 있다. 마쓰다의 엔지니어 쿠도의 말은 그래서 의미심장하다. “대체로 매스컴은 A냐 B냐, 재래식 엔진이냐 전기냐를 따지기를 좋아한다. 한마디로 패러다임을 확 바꾸기를 바란다. 하지만 그런 변화는 결코 일어나지 않는다고 역사는 증명할 것이다. 실제로는 점진적 변화가 일어날 뿐이다. 오늘날처럼 재래식 엔진을 개선하는 길이 가장 중요하다고 믿는다.” 올해의 주목할 만한 신기술들을 살펴보았다.

자율주행 3단계 수준 첫 양산차 시판

몇 년 전 아우디 RS7이 호켄하임링 코스에서 최고시속 241km로 달리던 장면이 화제가 되었다. 그 정도 속도로 화제를 모은 것은 아니었다. 그 차의 운전석에 아무도 없었기 때문이다. 이 프로젝트를 통해 얻은 전문성을 바탕으로 만든 것이 바로 아우디의 플래그십 신형 A8이다. 아우디에서 만든 차 중 기술적으로 가장 진보한 모델로 꼽힌다. 48V 전기 아키텍처보다 더 높은 가격의 배터리는 엔진을 끄고 최대 40초 동안 주행할 수 있다. 또한 전방 도로의 지형을 파악하고 그에 맞게 바퀴를 조절하는 액티브 전자기계식 서스펜션은 인간의 통제 없이 스스로 완벽하게 구동된다.

아우디 A8은 ‘아우디 AI’ 범주 아래 있는 일련의 기술을 이용하여 국제자동차공학회(SAE)가 정의한 자율주행차 기준인 레벨3 기준을 충족하는 최초의 양산차다. A8은 최고시속 60㎞ 이하의 속도로 혼잡한 도로에서 운전자의 도로 주시나 도움 없이 주행할 수 있다. 만약 그 이상의 속도로 달리거나 전방에 사고나 고장 등의 사건이 발생하면 ‘트래픽 잼 파일럿’(Traffic Jam Pilot) 시스템이 작동, 운전자에게 다시 운전해야 한다고 경고한다. 또한 운전자가 피곤하거나 졸음운전을 하는지 등을 감시하는 작은 카메라도 장착했다.

한편 아우디폭스바겐코리아는 지난 3월 6일, 수입차업계 최초로 국토교통부로부터 국내 실도로에서 자율주행 기술을 시연할 수 있는 자율주행차 임시운행허가를 취득했다. 이를 통해 국내 도로 및 교통환경 빅데이터를 축적, 아우디의 레벨 3 조건부 자율주행 기술인 트래픽 잼 파일럿(Traffic Jam Pilot)을 점진적으로 개발한다는 계획이다. 시험 차량에는 차선 유지 보조(Lane Keeping Assist), 예측효율시스템이 결합된 어댑티브 크루즈 컨트롤(Predictive Adaptive Cruise Control), 어댑티브 크루즈 어시스트(Adaptive Cruise Assist), 속도 제한(Speed Limiter), 전방 추돌 경고(Front Collision Warning)와 같은 반자율주행 기능이 기본으로 장착되어 있다. 해당 시스템은 버튼 하나로 간편하게 작동되며, 운전자가 의도할 때 언제든 차량 제어가 가능하다.

48V 전원 기반 마일드 하이브리드

최근 자동차업계의 이슈는 전동화다. 하지만 내연기관을 포기하고 갑자기 전동화로 가기는 어렵다. 내연기관을 좀 더 효율적으로 사용하기 위한 기술이 필요한 이유다. 일반적인 승용차 전압은 12V다. 기존 12V 배터리를 사용하는 모터 출력은 주변 기기를 돌리기에는 적합하지 않다. 냉각수 순환 펌프와 냉각팬, 에어컨 압축기 등을 엔진 힘으로 돌린다. 전압을 48V로 올리면 많은 문제를 해결할 수 있다. 이 기술의 핵심은 높은 전압과 엔진 부하를 덜어주는 전기모터다. 동력에 연결되지 않는 모터를 통해 엔진에 걸리는 여러 가지 부하를 줄여준다. 자연스레 효율이 향상되는 것은 물론이다.

이처럼 48V 전원을 활용하는 방식을 마일드 하이브리드 시스템이라고 한다. 마일드 하이브리드의 전기모터는 배기가스 대신 터빈을 돌리기도 한다. 효율이 좋아지는 만큼 연비도 향상된다. 현대기아차는 투산과 스포티지에 48V 마일드 하이브리드 시스템을 적용하고 유럽시장에 우선 출시했다. 스포티지 마일드 하이브리드 방식은 2.0L 디젤엔진에 크랭크샤프트와 구동 벨트로 연결된 소형 스타터-제너레이터가 힘을 보태는 구조다. 48V ‘에코다이내믹스 플러스’(Ecodynamics+) 시스템의 전력은 트렁크 바닥 아래에 설치한 리튬이온 배터리가 공급하고, 전기 시스템이 13마력을 더하면서 총 출력을 198마력까지 끌어 올린다. 정속 주행하기 위해 액셀러레이터에서 발을 떼거나 브레이크 페달을 밟으면 스타터 모터가 발전기로 변해, 다른 차라면 열 형태로 날아가 버릴 에너지로 배터리를 재충전한다. 이 기술은 가까운 미래에 현대기아차 모델 라인업 전반으로 확대될 전망이다.

친환경 압축점화 가솔린엔진

세계 자동차업계는 보다 청정한 차를 만들기 위해 하이브리드와 순수전기차를 개량하는 데 초점을 맞추고 있다. 그러나 마쓰다는 대다수 메이커와는 다른 길을 가고 있다. 가솔린과 디젤 등 내연기관의 효율성을 높이는데 집중하기로 한 것이다. 마쓰다는 상대적으로 작은 기업이 받아들일 수밖에 없는 철학이라고 주장한다.(그렇다고 전동화를 거부하는 것은 아니며 조금 더 먼 프로젝트로 보고 있다. 최근 토요타와의 기술제휴로 전기차 개발도 준비중이다)

마쓰다의 스카이액티브 엔진은 오토 사이클의 열효율 개선에 초점을 맞춰왔다. 이를 통해 성능을 훼손하지 않고 연비와 배기를 개선할 수 있었다. 여기서 압축점화 기술이 나왔다. 동질적 기화연료 압축점화(HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition)는 기화연료를 연소할 때까지 압축하는 것을 말한다. 디젤엔진의 기본방식이지만 오랫동안 가솔린엔진에는 사용할 수 없었다. 연료의 성질이 서로 다르기 때문이다.

가솔린 HCCI는 제한된 엔진 회전대에서만 작동한다는 데 문제가 있다. 이상적 해법은 압축점화와 스파크 점화를 결합할 수 있는 가솔린엔진이다. - 불꽃점화 방식의 가솔린엔진과 달리 압축점화 방식의 디젤엔진은 점화 플러그가 없다 – 그러면 훨씬 폭넓은 회전대에서 쓸 수 있다. 마쓰다가 개발한 방식은 불꽃점화 제어 압축착화(SPCCI: Spark Controlled Compression Ignition) 방식이라 부른다. 디젤엔진처럼 고압으로 압축된 공기에 미량의 연료를 넣어 자연적으로 불이 붙게 하는 방식이다. 기존 가솔린엔진의 불꽃점화 방식과 디젤엔진의 압축착화 방식을 상황에 따라 함께 사용함으로써 연료 효율성을 크게 높일 수 있는 것이다.

가솔린 암축점화 기술의 스카이액티브-X 엔진은 개발기간이 5년 걸렸다. 스카이액티브-X 엔진은 스카이액티브 플랫폼과 함께 2019년 생산에 들어간다. 그로부터 5년 안에 마쓰다는 새 엔진과 플랫폼으로 라인업을 모두 갈아치운다는 계획이다.

한편 현대자동차의 미국법인은 현대차 미국 테크니컬센터(HATCI)가 최근 미국 에너지성(Department of Energy)으로부터 첨단 복합형 엔진인 가솔린 압축점화 엔진 개발을 위한 보조금 495만 달러(약 55억8,000만 원)를 받았다고 밝혔다. 이에 따라 현대차는 마쓰다가 개발한 스카이액티브-X 가솔린 압축점화 엔진과 경쟁할 수 있는 친환경 엔진 개발에 박차를 가할 전망이다.

혁신적인 사이드 미러의 등장

아우디 최초의 전기 SUV e-트론은 올해 세계에서 가장 주목받은 전기차 중 하나. 최고출력은 408마력에 달하고 네바퀴를 굴리며 차체자세제어장치 등 강력한 성능을 갖추었다. 그리고 화제를 모은 신기술로 기존 도어에 달린 사이드미러를 대체하는 미래지향적 카메라가 있다. 옵션으로 선택할 수 있는 이 장치는 ‘버추얼 익스테리어 미러’ 라고 부른다. 보통 도어 손잡이나 스피커가 있는 곳에 한 쌍의 7.0인치 디지털 디스플레이를 달아 화면을 띄운다. 그중 하나는 터치스크린으로 운전자가 시야각을 조절할 수 있다.

버추얼 미러 기술은 공기저항을 줄여 주행가능거리를 늘리고, 고속으로 달릴 때 풍절음을 줄일 수 있는 놀라운 효과를 낸다. 그러나 화면은 기존 사이드미러보다 낮은 곳에 있다. 따라서 운전 중에 이를 확인하는 데 익숙해져야 하며 직사광선이 비추는 경우 눈부심 현상이 문제가 된다. 아직 해결해야 할 것들이 있지만 앞으로 자동차산업 전반에 널리 퍼질 것으로 보인다. 많은 자동차 브랜드가 버추얼 미러를 준비하고 있는 것으로 알려졌다.

지난 10월 렉서스 ES 300h가 국내 출시됐다. 신형 렉서스 ES 300h는 양산차 최초로 디지털 방식의 사이드 미러가 채용된 모델. 렉서스 디지털 아우터 미러는 파나소닉 카메라와 5인치 디스플레이, 덴소제 ECU(Electronic Control Unit)로 구성된다. 비가 올 경우 빗방울이 맺히면 시야가 흐려질 수 있기 때문에 카메라 주변의 온도를 높여 수분이 달라붙지 못하도록 히터 기능도 내장했다. 야간 주행 시에는 뒤따라오는 차량의 헤드라이트 불빛으로 발생하는 눈부심 방지 기능도 갖추었다. 옵션으로 소비자가 선택하는 방식인데 국내 출시 모델에는 아예 갖추지 않았다. 아무래도 소비자에게는 익숙하지 않은 방식이라 적응하기까지는 시간이 필요할 것으로 보인다.

1회 충전 400km 이상 달리는 전기차 시대

현대차의 소형 SUV 전기차 코나 일렉트릭이 완전충전 기준 1회 충전 주행 가능거리 406km를 인증 받았다. 이는 국내 시판중인 전기차 중 가장 긴 주행거리로 1회 충전 400km 이상 시대를 연 주인공이 됐다. 코나 일렉트릭은 64kWh 배터리를 기준으로 했을 때 한 번 충전으로 서울에서 부산까지 편도 운행이 가능한 것으로 나타났다.

최고출력 150kW(204마력), 최대토크 395N∙m(40.3kg·m)의 전용 모터를 탑재한 코나 일렉트릭은 모던과 프리미엄 두 가지 트림으로 운영된다. 특히 현대차는 고객들의 주행 패턴을 고려해 장거리보다 근거리 주행에 적합한 ‘라이트 패키지’를 운영, 기본모델보다 350만 원 가격을 낮춰 고객들의 선택 폭을 넓혔다. 라이트 패키지는 39.2kWh 배터리를 탑재해 1회 충전으로 254km까지 주행이 가능하다. 배터리 충전 시간은 64kWh 배터리 기준으로 100kW 급속충전(80%) 시 54분, 7kW 완속충전(100%) 시 9시간 35분이 소요된다.(현대차 자체 측정 수치)

코나 일렉트릭은 또한 현대 스마트센스의 핵심 안전 기능인 전방 충돌방지 보조(FCA), 차로 이탈방지 보조(LKA), 운전자 주의 경고(DAW) 등을 전 트림에 기본 적용했다. 고속도로 주행보조(HDA) 및 차로 유지 보조(LFA) 등 반자율주행에 버금가는 첨단 기능을 동급 SUV 최초로 적용했다. 특히 기본 장착된 내비게이션을 통해 충전소를 검색하면 급ㆍ완속 충전기 현황 및 사용가능 여부를 알 수 있게 했다.

코나 일렉트릭 64kWh 모델의 가격은 전기차 세제 혜택 후 기준 모던 4,650만 원, 프리미엄 4,850만 원이며, 서울 기준으로 보조금 혜택을 받으면 모던 2,950만 원, 프리미엄 3,150만 원에 구매할 수 있다.

최영재

자동차 칼럼니스트