"공간 혁신" 차세대 모빌리티에 적용될 '이 기술'

HL만도

[글] 박재형 에디터

자동차의 전동화 및 자율주행 흐름에 맞춰 구동 시스템은 적극적으로 변화하고 있다. 대표적으로 과거 기계식으로 작동했던 조향 및 제동 분야가 전자식 제어 방식, 이른바 ‘바이 와이어'(by-Wire) 시스템으로 바뀌어 곧 상용화될 것으로 예상된다.

한국자동차연구원은 지난달 26일 발표한 ‘완결을 향해 가는 바이 와이어로의 진화’ 보고서에서 이같이 밝혔다. 보고서에 따르면 과거 자동차에서 운전자의 큰 힘이 요구됐던 부분에는 기계적 연결과 유압장치가 활용됐지만 최근 반도체와 통신 기술 발달에 따라 전기의 도움을 받는 방향으로 변화하고 있다.

변화의 핵심은 기계적 연결을 전기 요소로 대체한 바이 와이어 시스템으로, 이는 정교한 제어가 가능하고 경량화·소형화에 유리하기 때문에 차량의 효율성 및 퍼포먼스 상승효과를 가져다준다. 스티어링 휠과 랙 사이 기계적 연결을 제거한 ‘스티어-바이-와이어'(SBW) 시스템과 더불어 제동에서 유압을 완전히 배제한 '브레이크-바이-와이어(BBW)' 시스템은 상용화가 가장 유력한 분야로 꼽힌다.

콘티넨탈

브레이크는 안전과 직결되는 장치인 만큼 정교한 기술이 필요하다. 지금까지 브레이크 시스템은 주로 브레이크 페달에서 마스터 실린더를 거쳐 바퀴 내 피스톤으로 유압을 전달하는 기계식 연결이었다. 하지만 이는 자율주행 및 전동화가 발전함에 따라 제동 시스템이 더 광범위한 작업을 수행해야 하는 상황에서 많은 제약이 따랐다.  

브레이크 바이 와이어(BBW)는 운전자가 브레이크 페달을 밟았을 때 발생한 전자신호를 휠까지 전달해 제동력을 일으키는 구조를 의미한다. 이 분야 대표주자인 콘티넨탈은 BBW를 기반으로 한 미래 브레이크 시스템(FBS : Future Brake System)을 0,1,2,3 네 단계로 나눠 개발하고 있다.

먼저 0단계는 브레이크-바이-와이어(BBW)를 바탕으로 작동하는 전기 유압식 브레이크 시스템이다. 이 단계는 전기차, 하이브리드차 등에서 회생제동을 일으킬 때 일정한 강도의 반응을 느낄 수 있도록 지원한다. 이에 따라 운전자의 의도대로 감속하는 정도를 섬세하게 조작할 수 있다.

콘티넨탈이 오는 2025~2026년 기간에 출시하려는 1단계 미래 브레이크 시스템은 회로 기판과 프로세서 등을 2개씩 갖춤에 따라 브레이크 시스템이 전자 제어 불능 상태에 빠졌을 때, 이중 구조로 이에 대처할 수 있는 특징을 갖췄다. 기계식 구조가 줄었기 때문에 0단계 시스템보다 더 작고 가벼우며 효율적이다. 다만 1단계 시스템은 페달에서 전자 신호를 일으키더라도 앞뒤 차축에서 제동력을 일으키는 구조 자체는 모두 유압식으로 이뤄져 있는 것이 특징이다.

여기서 더욱 발전된 2단계는 1단계와 달리 앞차축에만 유압식 제동 구조를 적용했다. 뒤차축의 브레이크는 전자신호를 받아 유압 없이 제동력을 일으킬 수 있다. 마지막으로 3단계는 유압식 브레이크 시스템을 모두 배제한 시스템이다. 콘티넨탈은 오는 2027~2030년 기간 안에 3단계 개발을 최종 목표로 두고 있다. 이에 따라 4개 휠이 모두 전자 제어되는 브레이크 시스템을 갖출 수 있다. 해당 브레이크 시스템은 휠마다 별도 제어 장치가 장착돼 중앙 고성능 컴퓨터 통제 아래 작동한다.

현대자동차

바이-와이어 기술의 장점은 분명하다. 브레이크-바이-와이어는 유압장치를 대체할 수 있기 때문에 이를 활용하면 차 내부 구조를 단순화하면서 대부분의 통제를 전자식 제어 방식으로 바꿀 수 있다. 즉, 여유로워진 차량 내부 구조를 활용해 더욱 다양하고 혁신적으로 공간을 디자인할 수 있는 것이다.

같은 맥락에서 차세대 목적 기반 모빌리티(PBV)의 'e-코너 모듈' 기술에 적극 활용될 수 있다. e-코너 모듈은 네 바퀴가 독립적으로 구동할 수 있도록 조향, 제동, 현가 시스템을 바퀴 하나에 통합시킨 기술이다. 중앙부와의 기계적 연결이 불필요하기 때문에 실내 공간이 확장되고, 도어 개폐 방식이나 바퀴 조향 각도가 지금보다 자유롭게 구현될 수 있다. 

이 외 유압 구조에 필요한 브레이크 오일의 사용량을 줄일 수 있어 환경친화적인 특성을 갖췄으며 후륜 브레이크 시스템에 회생제동 기능을 도입하는 것도 가능하다. 일반 회생제동과 달리 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 뒷바퀴가 속력을 줄이는 방식이다.

CANOO사의 스케이트보드 플랫폼

한국자동차연구원 보고서에 따르면 바이 와이어 기술은 전기차의 스케이트보드 플랫폼에도 활용될 수 있다. 스케이트보드 플랫폼은 주행 관련 서브 시스템을 모듈화해 차체 하부(또는 차대)에 통합한 것을 말한다. 따라서 유압 장치 등을 제거해 구조를 단순화해야 하고, 플랫폼 위로 운전과 관련되는 부품을 자유롭게 배치할 수 있어야 한다. 이런 면에서 바이 와이어 시스템이 도움이 될 수 있다는 얘기다.

보고서는 “바이 와이어 시스템은 기능 안전·소비자 수용성 측면의 보완점이 남아 있으나 맞춤형 제조 방식을 지향하는 완성차 기업의 의지로 수년 내 보편화될 것”이라며 “현대차 등의 로드맵을 고려할 때 2025년 전후로 양산 차량에 적용될 것으로 예상된다”라고 밝혔다.

바이 와이어 시스템은 여러모로 이동 수단의 효율성을 높여주는 기술이다. 하지만 소프트웨어로 조작되는 만큼 작동의 오류를 불러일으키거나 해킹의 가능성도 배제할 수 없다. 이에 대응할 수 있는 안전 설계가 동반된다면 미래 모빌리티의 획기적인 발전이 가능할 것으로 보인다.