전기차를 위한 현대모비스의 프론트 페이스 통합 모듈
전기차의 디자인은 물론 제조 방법까지 바꿀 신기술의 등장이다.
글로벌 전기차 시대가 도래하면서 기술적 우위를 점하기 위한 경쟁은 더욱 치열해지고 있다. 전기차는 작은 요소 하나도 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 모든 부분을 고려해 새로운 기술을 개발해야 한다. 현대모비스는 자동차의 얼굴이라 할 수 있는 전면부 관련 신기술을 지속적으로 선보이고 있다. 전기차의 전면부는 자동차 디자인의 핵심이자, 주행성능과 밀접한 기술의 집합체다. 1회 충전 주행거리와 주행 안정성에 영향을 미치는 공력성능 관련 부품, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)과 자율주행 기술이 사용하는 센서, 상호 소통을 위한 조명, 충전 소켓 등 담아야 할 것이 많아서다.
현대모비스가 새로 개발한 ‘프론트 페이스 통합 모듈’은 이 모든 것을 하나로 아울렀다. 내연기관 자동차와 같이 그릴 형태를 유지해 디자인 다양성을 확보하는 동시에 다양한 공력성능 개선 기술을 적용한 것이 특징이다. 아울러 라이다(LiDAR) 등 센서 보호 기술을 더하고 충전 편의성도 높였다. 프론트 페이스 통합 모듈의 각 기능을 소개한다.
액티브 에어 플랩과 액티브 에어 후드
‘액티브 에어 플랩(Active Air Flap)’은 냉각 필요 여부에 따라 덮개를 여닫아 공기 저항을 줄이는 기술이다. 전기차는 내연기관 자동차 대비 적은 열이 발생하며, 이는 상단 라디에이터 그릴의 삭제로 이어져 왔다. 하지만 전기 모터와 배터리에서 발생하는 열을 식혀야 하기에 하단에 작은 그릴을 달고 액티브 에어 플랩을 적용하는 경우가 대다수다.
현대모비스의 프론트 페이스 통합 모듈은 커다란 그릴을 여닫는 방식으로 액티브 에어 플랩을 구현했다. 현대모비스 외장모듈설계셀 김장호 책임연구원은 “기존에 볼 수 없었던 혁신적인 무빙 그릴을 완성했다”며 다음과 같이 설명을 보탰다.
“고객은 전기차에 혁신적이고 미래지향적인 디자인을 원합니다. 이를 가장 잘 표현할 수 있는 부분이 전면부입니다. 그런데 공력 개선을 위해 전기차 대부분이 전면부를 둥글게 다듬다 보니 서로 비슷해 보이는 이미지가 생겼습니다. 이를 극복하기 위해 그릴 디자인의 전통성을 살리고, 공력성능도 향상시켜 1회 충전 주행거리를 늘릴 방안을 찾았습니다.”
가변 그릴 시스템을 만드는 것은 결코 쉽지 않은 일이다. 강한 주행풍에 맞서 버텨야 하고, 빠르게 작동해야 하므로 단순하면서도 튼튼한 구조를 완성해야 한다. 그런데, 현대모비스는 이에 만족하지 않고 새로운 시도를 여럿 더했다. 그릴에 조명을 적용해 디자인 완성도를 높이는 동시에 ‘액티브 에어로 후드(Active Aero Hood)’까지 더해 냉각 효율을 한층 높인 것이다. 김장호 책임연구원은 다음과 같이 설명했다.
“작동부품에 조명을 적용하기 어려웠지만 디자인 혁신을 제시하고 싶었어요. 자율주행 시대에는 자동차와 보행자의 소통을 위해 라이팅 그릴을 사용할 수 있을 것입니다. 그리고 액티브 에어 후드는 냉각 효율에 초점을 맞춘 기술입니다. 기존에는 그릴을 통해 들어온 공기가 나갈 통로가 마땅히 없었어요. 집에서 환기할 때 앞뒤 창문을 전부 열듯, 액티브 에어 후드를 열면 냉각 모듈을 통과한 공기가 후드로 바로 나가니 더 많은 공기를 받아들일 수 있습니다.”
액티브 휠 커튼과 액티브 에어 스커트
자동차가 주행할 때 공기 저항의 25%는 휠 주변부에서 발생한다. 따라서 휠 주변의 공기 흐름을 정리하면 공기 저항이 줄어 1회 충전 주행거리가 늘어나며 주행 안정성도 높아진다. 그래서 자동차 대부분은 전면 범퍼 양쪽에 휠 커튼을 적용한다. 공기의 흐름을 조절해 휠 하우스 주변의 와류를 줄이기 위해서다.
현대모비스는 프론트 페이스 통합 모듈을 개발하며 휠 커튼도 개선했다. 기존의 휠 커튼은 항상 열려있는 상태지만 공력해석 결과 액티브 에어 플랩과 연동해 여닫을 때 더욱 좋은 효과를 거둘 수 있다는 것을 확인했다. 그래서 휠 커튼도 필요에 따라 작동할 수 있도록 ‘액티브 휠 커튼(Active Wheel Curtain)’을 개발했다.
아울러 프론트 페이스 통합 모듈에는 현대자동차그룹의 ‘액티브 에어 스커트(Active Air Skirt)’ 기술도 적용됐다. 이는 타이어를 포함한 차량 하부로 들어가는 공기 유입을 줄여 공기역학적 성능을 높이는 기술이다. 해당 기술은 전기차 플랫폼의 하부 레이아웃을 고려하여 범퍼의 양쪽 필요한 부분만 가린다. SUV, CUV와 같은 차량은 범퍼의 지상고가 높아 이에 따른 공력 손실이 발생하는데, 80km 이상에서 에어스커트가 하부로 전개되어 휠 주변 공력 손실을 개선한다.
김장호 책임연구원은 “액티브 휠 커튼과 액티브 에어 스커트는 차량 높이를 낮추기 어려운 SUV 등의 전기차에 특히 유용하다”며 개발 배경에 대한 상세 설명을 이어갔다. “SUV의 범퍼는 일반 세단과 비교해 상당히 높습니다. 그만큼 차량 하부나 휠 쪽으로 바람이 많이 유입되는데, 이 둘은 공기역학적 손실이 매우 많이 발생하는 부분이기도 합니다. 기본적인 손실이 큰 만큼 개선했을 때 효과는 더욱 뛰어납니다.”
라이다 히든 시스템과 반자동 충전기술
자율주행차는 다양한 센서로 이뤄져 있다. 특히 라이다(LiDAR)와 같이 레이저를 통해 사물을 인식하는 센서는 차량 외관에 돌출된 형태로 장착된다. 라이다가 자동차 디자인과 자연스러운 조화를 이루지 못하는 이유다. 현대모비스는 이를 극복할 ‘라이다 히든 시스템(LiDAR Hidden System)’을 프론트 페이스 모듈에 적용했다. 평소에는 센서를 숨겨놓았다가 필요할 때 꺼내는 방식으로, 센서를 보호하는 동시에 차량 전면부 디자인을 더욱 매끈하게 다듬을 수 있다.
현대모비스는 반자동 충전 시스템을 위한 슬라이딩 방식의 충전 도어도 새롭게 선보였다. 반자동 충전 시스템은 충전 시작 단계에서 충전기를 꽂기만 하면 완충된 이후 충전기 회수, 충전 부위 닫힘이 자동으로 이뤄진다. 전기차 충전 시 사람이 직접 마무리해야 하는 불편함을 덜고, 충전 로봇 대비 합리적인 대안을 제시했다는 데 의미가 있다. 김장호 책임연구원은 반자동 충전기술에 대해 다음과 같이 설명했다.
“편의성을 생각하면 자동충전 로봇이 가장 좋은 선택이지만 아직 설치 비용이 높습니다. 그래서 가장 합리적인 차원에서의 개선이 필요하다고 생각했어요. 반자동 충전은 자동충전 대비 훨씬 저렴한 가격으로 편의성을 개선할 수 있습니다. 충전건을 직접 연결하지만 회수는 자동으로 할 수 있죠. 미래에 자율주행 기반의 로보택시가 상용화된다면 어떨까요? 사람이 충전건만 꽂아주면, 완충 뒤 자동으로 출발하니까 충전 시설 관리자가 신경 쓸 일이 줄어들 겁니다. B2B 시장에서 활용성도 높을 것이고요.”
현대모비스의 새로운 도전은 계속된다
현대모비스가 개발한 프론트 페이스 통합 모듈은 생산 혁신에도 기여할 수 있다. 자동차의 전면부는 각종 신기술, 자율주행 센서, 디자인 등을 모두 포함하기에 높은 수준의 기술 개발 능력을 요구한다. 게다가 신기술의 증가로 모든 기술을 통합해 구현하기는 더욱 어려워지고 있다. 따라서 통합 솔루션에 대한 요구는 계속 늘어날 것이다.
프론트 페이스 통합 모듈은 자동차의 모든 영역에 들어가는 핵심 부품을 설계하는 현대모비스가 여러 기술을 융합한 통합 솔루션이다. 프론트 페이스 통합 모듈을 도입하면 스마트 팩토리에 필요한 통합형 모듈공급이 가능해 자동차 제작이 용이해지는 것은 물론, 향후 기술변화의 중요한 축이 될 생산혁신에도 기여할 것이다. 그렇다면 향후 전기차 전면부의 모습은 어떻게 바뀔까? 김장호 책임연구원에게 물었다.
“현재 전기차 전면부 디자인의 중심은 램프지만 전기차가 더 널리 보급되면 램프만으로 전면의 인상을 결정짓기에는 한계가 있을 것입니다. 현대모비스에서 예측하는 기술의 최종 단계는 ‘융합’입니다. 공력부품의 다이나믹한 모션과 램프 기술을 융합한다면 공기역학 성능도, 디자인도 모두 개선할 수 있습니다. 서로 다른 부품과 기술을 융합해 새로운 가치를 부여하기란 굉장히 어렵습니다. 이런 기조는 현대모비스의 기술력을 보여줄 기회가 될 것입니다.”
현대모비스는 전동화, 자율주행 등 미래 모빌리티 핵심 기술 및 기술의 융합을 통해 ‘고객 맞춤형 모빌리티 솔루션 공급자’로 거듭나고 있다. 적극적인 해외 시장 공략 및 수주 확대 노력 강화 덕분에 2023년에는 해외 완성차 대상 92.2억 달러의 수주 성과를 거두는 등 선택과 집중을 통한 중장기 성장 동력 확보에 박차를 가하고 있다. 기술적 우위와 새로운 아이디어를 기반으로 도전하는 현대모비스의 새로운 시도에 주목해야 할 이유다.
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