정밀 기술과 최신 설계 공법의 헤드램프 개발 스토리
세련된 디자인은 물론 첨단 기술까지 갖춘 최첨단 헤드램프의 개발 배경은?
자동차의 헤드램프는 운전자의 시야를 확보하고, 함께 도로를 달리는 다른 차에 신호를 보내는 중요한 부품이다. 최근 출시된 자동차를 보면 세련된 디자인은 물론 스마트한 기능까지 갖춘 최첨단 헤드램프가 적용되고 있다. 소재의 변화와 기술의 발전으로 안전 장비로서의 기능을 더욱 강화하고, 디자인 변화를 통해 자동차 고유의 아이덴티티까지 담아내는 역할을 하고 있는 것이다.
그렇다면 첨단 자동차 헤드램프는 어떻게 탄생할까? 자동차 헤드램프 시장의 기술 트렌드를 살펴보고, 최첨단 소재와 공법으로 독특한 헤드램프 디자인을 완성시킨 사례를 알아본다.
양방향 커뮤니케이션이 가능하도록 진화하는 헤드램프
현대기아자동차 라이팅비전설계팀은 자동차에 적용하는 외장 및 내장 램프를 설계하는 업무를 한다. 이 팀을 이끌고 있는 이재훈 팀장은 ‘램프는 단순히 빛을 켜고 끄는 부품이 아닌 구조, 광학, 전기, 전자, 제어 로직, 통신, 재료 등의 기술이 집약된 결과물’이라고 말한다.
지능형 헤드램프 시스템(IFS, Intelligent Front-lighting System)이 적용된 제네시스 G80Q. 자동차의 램프 시장은 어떻게 변화하고 있나?
과거 램프는 유리 재질의 커버를 적용해 형상적 제약이 많았다. 1995년 이후부터 플라스틱 사출 및 재료 가공 기술이 발전했는데, 이때부터 폴리카보네이트 재질을 램프에 적용하면서 램프 디자인이 다양해졌다. 아울러 LED 램프가 등장하며, 전구를 사용하던 과거보다 더 복잡한 설계가 가능해졌다. 최근에는 지능형 헤드램프 시스템(IFS, Intelligent Front-lighting System) 같은 첨단 광원 제어 기술도 등장했다. 또, 운전자가 다가가거나 주차하고 멀어질 때 자동차가 빛으로 인사를 하는 듯한 다이내믹 웰컴 라이트(DWL, Dynamic Welcome Light) 같은 감성품질을 고려한 기술도 램프에 적용되고 있다.
Q. 자동차는 이동수단에서 스마트 모비리티 디바이스로 발전하고 있다. 미래에는 어떤 자동차 램프가 등장할 것으로 예상하나?
미래의 자동차 램프는 양방향 커뮤니케이션을 위한 도구로 발전하리라 생각한다. 현대차그룹 역시 보행자와 의사소통을 할 수 있는 자동차 헤드램프 시스템을 연구하고 있다. 헤드램프에 40만 개에 달하는 미세한 거울로 빛을 조정하는 기술을 적용해 도로에 특정 문자나 이미지를 투사하는 방식이다.
자동차의 후면부에 적용되는 리어램프 역시 커뮤니케이션 도구로서의 역할이 강조될 것이다. 지금까지는 정지등, 미등, 후진등, 방향지시등과 같은 약속된 규칙으로 보행자 또는 뒤따르는 차량에 정보를 제공했다면, 미래의 리어램프는 디스플레이 형태로 진화해 문자나 이미지 등 더 명확한 메시지를 전달하게 될 것이다.
헤드램프 기술의 발전으로 더욱 중요해지는 검증 과정
헤드램프가 다양한 첨단 기술을 탑재하며 안정성 검증도 중요한 과제로 떠올랐다. 헤드램프의 구조가 복잡해지고 아직 양산차에 적용된 사례가 없는 신소재가 쓰이기 시작했기 때문이다. 헤드램프의 성능과 안정성 검증은 어떻게 이뤄질까? 현대기아차 바디시험2팀의 조정현 팀장에게 들어봤다.
자동차 헤드램프는 야간 빛 분포 성능 시험인 배광 시험같은 품질 테스트와 신기술 평가를 거쳐 양산차에 적용된다.Q. 램프 시험은 어떤 과정으로 진행되나?
헤드램프의 경우 야간 빛 분포 성능 시험, 습기 시험 등 품질을 판단하는 시험이 있고, 지능형 헤드램프 기술(IFS)과 같은 신기술 평가가 있다. 램프에 한정된 평가는 아니지만, 헤드램프에 적용된 소재의 내열 성능을 테스트한다. 40도가 넘는 환경에 8시간 노출시켜 부품의 팽창률 등을 평가하는 것이다. 또, 램프의 개발 초기부터 라이팅비전설계팀과 함께 협업하며 품질을 관리하는 역할도 하고 있다.
Q. 헤드램프 자체의 안정성도 중요하지만, 자동차에 탑재 후 사용성을 검증하는 과정도 중요할 것 같다.
실제 운전 상황에서의 품질을 테스트하기 위해 도로 평가를 진행한다. 도로 평가는 도로 타입을 찾는 것부터 시작된다. 주간에는 원하는 환경을 가진 도로가 어디에 있는지 찾아다니고, 실제 테스트는 주로 야간에 진행한다. 자동차 램프 테스트는 다른 빛이 있으면 정확도가 떨어지기 때문에 칠흑같이 어두운 밤에 시작해 밤을 새워서 진행하는 경우가 많다. 시험 중에 우리 의지로 통제가 불가능한 상황도 발생한다. 테스트 도중 비가 오게 되면 노면에 고인 빗물에 램프의 빛이 반사돼 정확한 평가가 어렵다. 러시아 헤드램프 사용 실태 조사를 위해 러시아에 방문했을 때는 백야 때문에 테스트가 계속 지연되는 웃지 못할 에피소드도 있다. 운전 환경에는 변수가 정말 많기 때문에 다양한 상황에서의 테스트를 하는 것이 중요하다.
Q. 자율주행시대를 대비한 시험도 있나?
자율주행시대에는 자동차와 사람, 그리고 모든 사물이 네트워크를 통해 커뮤니케이션하게 될 것이라고 예상한다. 자동차는 그릴을 통해 외부 보행자에게 신호를 보내는 시그널 램프나 앞 차량의 움직임을 분석해 방향을 지시하고 이를 표시하는 픽셀라이트 등의 기술을 탑재하게 될 것이다. 실제로 이를 대비해 완전자율주행 관련 시그널 램프의 작동 평가를 시행 중이다.
또, 탑승자의 심리적인 안정감을 극대화하는 무드 조명인 엠비언트 라이트에 대한 평가도 준비하고 있다. 자율주행시대의 자동차 실내 공간은 지금보다 더 엔터테인먼트 분야에 집중될 것으로 예상된다. 이에 대비해 인간공학적 램프를 만들고, 이를 검증하는 것이 중요한 과제로 떠오를 것이다.
파격적인 변화, 현대차 더 뉴 그랜저의 히든라이팅
더 뉴 그랜저는 현대차가 콘셉트카 ‘르 필 루즈(Le Fil Rouge)’를 통해 선보인 그릴과 헤드램프가 일체형으로 된 전면부 디자인을 양산차 최초로 적용했다. 단순히 헤드램프가 그릴을 파고든 형태가 아니라 그릴과 헤드램프의 경계에 히든라이팅 램프를 적용한 통합형 디자인을 구현했다.
평소에는 그릴의 일부처럼 보이지만, 시동을 켜 주간주행등에 빛이 들어오면 본 모습을 드러내는 더 뉴 그랜저의 히든라이팅 램프는 어떻게 개발됐을까? 라이팅비전설계팀 이순일 연구원에게 히든라이팅 램프의 개발 배경에 대해 물었다.
더 뉴 그랜저의 히든라이팅 램프Q. 더 뉴 그랜저에 적용된 히든라이팅 램프란 무엇인가?
더 뉴 그랜저의 주간주행등에 적용된 히든라이팅 램프는 자동차의 시동이 꺼져있을 때는 그릴의 일부지만, 시동을 켜면 그릴 양쪽에 별이 떠 있는 듯한 모습으로 불이 켜진다. 히든라이팅 램프는 쏘나타에 최초 적용된 기술이다. 하지만 그랜저의 경우 쏘나타와는 램프의 구조부터 형태까지 다르기 때문에 제작 공법에 차이가 있다. 일례로 빛이 나올 구멍을 레이저로 가공하는 방식이 다르다. 이 방식은 알루미늄을 패널 표면에 얇게 입히고 점등이 필요한 부분에 미세한 구멍을 레이저로 뚫는 공정이다. 패널의 두께가 얇으면 가공이 쉽지만, 빛이 흩어지기 때문에 적절한 두께의 패널에 정밀 제어 레이저로 구멍을 낸 것이다.
그랜저의 주간주행등인 히든라이팅 램프는 헤드램프와 그릴을 디자인적으로 연결해주는 역할을 한다.Q. 개발 과정에서 어려웠던 점은 무엇인가?
최초로 시도되는 방식이었기 때문에 참고할만한 케이스가 없었다는 점이다. 특히 그릴에 램프를 적용하다 보니 충돌 시 안전성 확보를 위한 검증 과정이 매우 중요했다. 그 외에도 렌즈에 알루미늄을 입히는 문제, 반사면의 뒤틀림, 타공 형상에 따른 빛 분포 성능 등 처음 겪는 문제가 많았다. 이를 해결하기 위해 새로운 공법을 시험해가며 만든 샘플이 200개 이상이다. 힘든 과정이었지만, 완성 후에는 특허까지 출원하는 성과를 거뒀다.
스타일의 완성, K5 하트비트 램프
3세대 K5는 라디에이터 그릴과 헤드램프 등 모든 조형 요소를 유기적으로 연결해 기아자동차 디자인의 정체성을 전면부 전체로 확장했다. 특히 심장 박동을 형상화한 하트비트 램프는 K5만의 아이덴티티를 더욱 강화한 디자인 요소로 평가받는다. K5 스타일의 핵심인 하트비트 램프는 어떻게 개발됐을까? 외장설계1팀 이승진 연구원에게 물었다.
3세대 K5의 하트비트 램프Q. 하트비트 램프의 독특한 형상을 구현하는 데 어려움은 없었나?
K5는 기아차의 상징인 타이거 노즈 그릴과 헤드램프, 주간주행등을 하나의 디자인 요소로 연결했다. 이를 위해 후드와 펜더 사이를 타고 올라가는 하트비트 형상의 주간주행등을 적용했는데, 이 과정에서 해결해야 할 과제들이 많았다. 특히 후드가 닫힐 때의 움직임에 맞게 헤드램프 형상을 조정하는 과정에 어려움이 있었다. 샘플을 완성하면 장착 후 초고속 카메라를 동원해 후드가 닫힐 때의 움직임을 측정하고 개선하는 작업을 거쳤다.
헤드램프와 마찬가지로 심장박동 시그널을 형상화한 K5의 리어램프Q. 리어램프에도 동일한 콘셉트의 램프 디자인이 적용됐다.
램프의 점등 이미지는 자동차 디자인에서 매우 중요한 부분이라 디자이너가 최초에 제시한 콘셉트를 충실하게 구현하기 위해 노력했다. 자동차 램프가 지켜야 하는 법규를 준수하면서 K5의 혁신적인 디자인을 유지하는 목표로 설계에 임했다. K5 리어램프에 새롭게 적용한 센터램프는 긴 영역에서 점등해야 하기 때문에 양쪽 광원에서 램프 중심까지 빛의 밝기를 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해 빛이 굴절하는 과정에서 손실되지 않고 100% 반사되는 현상인 전반사를 이용한 설계를 선택했다. 광학계, 광원의 개수, 광원 간 거리, 광원의 출력 등의 조합을 달리해 검토하는 과정을 여러번 반복하고, 램프의 성능을 최적화하면서 현재와 같은 이미지를 구현할 수 있었다.
첨단기술로 안전을 지키는 제네시스의 쿼드램프
크레스트 그릴의 좌우로 뻗은 슬림한 쿼드램프는 제네시스를 상징하는 디자인 요소일 뿐만 아니라 아니라 최첨단 램프 기술을 탑재했다. 라이팅비전설계팀 박용우 책임연구원과 홍완희 연구원에게 제네시스 쿼드램프의 개발 이야기를 들어봤다.
제네시스의 쿼드램프Q. 쿼드램프 개발 시 가장 중요하게 생각한 부분은 무엇인가?
제네시스 GV80에 최초로 적용한 쿼드램프는 슬림한 가로형 램프 4개로 완성됐다. 디자인 콘셉트에 충실하기 위해 최대한 얇게 세팅하면서도 충분한 빛을 발산할 수 있도록 심혈을 기울였다. 또한 첨단 사양인 지능형 헤드램프 기술의 완성도를 높이기 위해서도 노력했다. 쿼드램프를 개발하며 기존 헤드램프와 달리 여러 개로 광원을 나눈 분할 광학계에 대한 설계 기준을 정립할 수 있었다.
제네시스 쿼드램프에 적용된 지능형 헤드램프 모듈Q. 제네시스의 지능형 헤드램프 기술은 무엇인가?
지능형 헤드램프 기술은 상향등으로 운전자의 시야 확보를 도우면서 대항차와 전방 차량에 도달하는 불빛은 차단해 다른 운전자의 눈부심을 막는 기술이다. 전방 카메라에서 다른 차량의 좌·우 램프 각도 정보와 거리 정보를 받아 상향등 점등 여부를 자동차 스스로 판단하고 조절하는 것이다. 아울러 지능형 헤드램프 기술은 뒤에서 추월하는 차량의 움직임에도 대응한다. 운전자가 설정한 속도에서 작동을 시작하며, 운전자 편의를 위해 작동 조건을 변경할 수도 있다.
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