자동차 엔지니어(12)
타산업의 기술을 빌려오다
잠수함과 항공기 측정기술
자동차를 개발하면서 많은 계측을 진행합니다.
온도측정부터 소음, 응력(힘), 전압, 가속도(진동), 전기저항, 색깔의 변화(변색), 경도(딱딱한 정도), 스트로크(반복적으로 움직이는 거리), 회전각도, 전자파의 크기 등등 가능한 많은 것들을 측정하고, 분석해야만 부품개발이 원활하게 진행하게 됩니다. 이중 기존 개념을 크게 바꾼 타 산업 부분 2가지 기술이 있습니다.
1. 잠수함 음향측정 기술 '소나'
소나(Sonar, SOund Navigation And Ranging)는 음파에 의해 수중에서 어떤 물체의 위치와 거리를 알아낼 수 있는 장비로 진동을 탐지하는 '가속도계'센서를 사용합니다.
2000년대 초반에 영국 장비회사 엔지니어링 세일즈맨이 방문을 하였는데, 잠수함의 소나 관련 기술개발 경험이 있는 분으로 자동차 소음측정에 소나 기술을 도입해 보고자 홍보 중이었고 아직 자동차 부분에 이 기술을 사용한 사례는 없었습니다.
지금까지는 소음측정은 '사운드레벨메터' 장비를 사용하여 공기의 울림으로 전달되는 것 소음이 얇은 막을 진동하게 되면 전기적 신호로 바꾸어 녹음을 하거나, 소음의 크기를 측정하고 있었습니다.
하지만 이기술은 고체의 진동을 이용하여 소음을 측정한다는 특이점이었습니다.
예를 들면 탁자에 앉아서 사람들이 이야기를 할 때 가속도계를 탁자에 붙이면 사람들의 이야기를 녹음을 할 수 있고 목소리의 크기를 측정할 수 있습니다.
이 기술에 대한 응용방법을 고민하였습니다.
지금까지 차량 하단 새시부품들에서 나는 소리는 '사운드레벨메터'로 측정을 하면 타이어소음을 포함한 복합적인 소리가 공기를 통해 전달되는 바람에 어디서 나는지 구분이 어려웠는데, 이 기술은 가속도계를 붙인 각 부품마다 발생하는 소리를 명확하게 구분하여 측정할 수 있었습니다.
새시부품은 서로 연결되어 있어 처음 어떤 부품에서 진동(소음)이 발생하면 전파되어 어디서 먼저 진동(소음)이 시작됐는지 알지 못하지만, 이기술로 처음 진동이 시작된 부품을 쉽게 찾을 수 있어 하체부 소음원을 쉽게 찾아내고 제거 찾아낼 수 있어 개발기간을 획기적으로 줄일 수 있었습니다.
2. 항공기 날개 응력측정 기술
차량의 각 부품에 얼마나 힘이 걸리는지를 측정하는 센서로 '스트레인게이지'를 이용합니다.
부품에 얇은 금속선으로 된 '스트레인게이지'를 강한 접착제로 붙이고 완전히 굳기를 기다렸다가 측정을 하면 힘의 크기에 따라 이 금속선이 인장, 압축될 때 저항값의 변화를 측정하여 힘의 크기를 알 수 있는데 부품의 수명을 결정하는 중요한 기술입니다.
또한 '온도'를 측정하려면 온도 측정 포인트마다 하나의 '써모커플'이라는 센서를 붙여서 온도를 측정합니다.
이 두 가지 측정기술은 한 개의 센서마다 측정기까지 한 개의 긴 전기선으로 연결되어야 하므로 10포인트를 측정하면 10 가락의 측정 전기선이 연결돼야 복잡하고 측정에 한계가 있었습니다.
2010년대 초반에 보잉사에서 기다란 날개를 가진 드론을 개발하면서 비행 중에 날개의 걸리는 응력(힘)을 측정하고 싶었는데 이러한 측정전기선 문제로 인해 새로운 기술을 개발하게 되었습니다.
한가닥의 광섬유를 이용하여 일정간격 부위마다 '응력'과 '온도' 값이 변할 때 빛의 회절의 변화량을 측정하여 값으로 변환하는 기술이었습니다.
(보잉사 드론 - 네이버이미지)처음 이장비는 항공용이라서 측정범위가 10cm 간격이어서 자동차 용도로 사용할 수 있도록 1년에 걸쳐 새롭게 보완하여, 자동차업계 최초로 한가닥의 광섬유로 2m 길이를 2.5mm 간격으로 '응력'이나 '온도'를 동시에 측정할 수 있게 되었습니다.
부품에서 이광섬유 한 줄을 붙여놓으면 수십 군데 부위에서 동시측정이 가능하므로 어디가 힘이 가장 많이 걸리는지? 혹은 온도가 가장 높게 올라가는지를 쉽게 알 수 있게 된 것이지요!
특히 전기차용 배터리의 화재가 민감한데, 한가닥의 광섬유로 배터리 곳곳을 지나가게 붙여놓으면 어느 부위가 주행 중에 온도가 높이 올라가고, 몇 도까지 올라가는지를 쉽게 알 수 있었습니다.
이장비 회사는 자동차용으로 장비세팅 다시 하면서 고생을 하였지만, 지금은 다른 여러 회사에서 구매를 대기할 정도로 잘 나가고 있습니다.
잠수함, 비행기용 측정장비를 자동차 개발에 사용하는 데는 약간의 튜닝은 필요했지만, 이 두기술을 자동차 업계 최초로 사용하여, 개발단계에서 문제점들을 사전에 제거하여 품질 좋은 자동차를 만드는데 기여한 것에 자부심을 느낍니다.
"좀 달려본 남자는 현대자동차 연구소 엔지니어로 34년 동안 -40℃에서 50℃까지, 미국, 유럽, 남미, 중동, 중국, 러시아등 세계각국의 다양한 주행조건에서 실차개발시험을 진행하였다. 그동안의 시험경험들을 1) 자동차주행시험장, 2) 해외기후환경과 자동차, 3) 해외사회환경과 자동차, 4) 자동차엔지니어, 5) 미래모빌리티로 나누어 연재하고 있다. "