현대차, ‘캐스퍼 일렉트릭’ 테크토크 개최…“작지만 있을 건 다 있다”

경제·산업 입력 2024-08-07 08:30:00 수정 2024-08-07 08:30:00 김효진 기자 0개

현대자동차가 6일 캐스퍼 일렉트릭 테크토크를 개최하고 적용 기술을 설명하고 있다. [사진=현대자동차]

[서울경제TV=김효진기자] 현대자동차는(현대차) 6일 캐스퍼 일렉트릭의 본격 판매를 앞두고 서울 강남구 소재의 JBK 컨벤션홀에서 신차 캐스퍼 일렉트릭의 기술 설명회 ‘캐스퍼 일렉트릭 테크 토크’를 개최했다.

캐스퍼 일렉트릭은 전기차 대중화를 선도하기 위해 현대차가 야심 차게 준비한 엔트리 전기 SUV로, 지난 6월 부산모터쇼에서 첫 선을 보였다. 독보적인 상품성과 합리적인 가격을 앞세워 전기차 대중화의 새로운 기준을 제시할 것으로 기대되는 모델이다.

이날 행사에서는 캐스퍼 일렉트릭을 개발한 연구원들이 직접 발표자로 나서 전기차 대중화를 위한 새로운 기준이 될 캐스퍼 일렉트릭의 기술과 개발 비하인드 스토리, 차량의 특장점을 설명했다. 구체적으로 캐스퍼 일렉트릭의 내·외장 디자인 변화뿐만 아니라 커진 차체에 따른 실내 패키지와 공간의 변화, 현대차그룹 최초로 적용한 페달 오조작 안전보조 기술, A세그먼트 전기차의 경쾌한 주행 성능, 우수한 NVH 성능 등을 상세히 소개했다.

내연기관 모델보다 휠베이스가 180mm 증대된 캐스퍼 일렉트릭의 외관. [사진=현대차동차]

캐스퍼 일렉트릭 프로젝트를 주도한 정헌구 MSV프로젝트3팀 책임연구원은 “1회 충전 주행 가능 거리 315km를 달성한 동력 시스템, 증대된 휠베이스를 바탕으로 넓어진 공간효율성, 차별화된 전기차 사용성 제공 등 캐스퍼 일렉트릭의 상품성은 획기적으로 개선됐다”며 “작은 차의 한계로 지적되는 안전성, 편의성 등을 개선하고자 작지만 있을 것은 다 있는 밀도 높은 차를 목표로 연구원들이 많은 노력을 기울였다”고 전했다.

캐스퍼 일렉트릭은 현대차 EV 라인업 중 가장 작은 차라는 한계가 있었다. 하지만 실내 공간을 최대한 효율적으로 사용할 수 있도록 mm 단위로 검토하고 다시 개발하는 과정을 거쳐 완성됐다. 또한 300km 이상의 주행 가능 거리를 확보하겠다는 목표를 최우선으로, 긴 주행 가능 거리를 갖출 수 있는 대용량 배터리를 탑재하기 위해 내연기관 모델보다 휠베이스를 180mm 증대했다.

휠베이스가 늘어나면서 후석 공간과 러기지 공간도 넓어졌다. 하부에 배터리를 탑재함에 따라 후석 탑승자의 레그룸을 확보하기 위해 착좌 위치를 뒤로 80mm 옮기고, 러기지 공간이 100mm 늘어난 만큼 적재 공간은 47ℓ 커진 280ℓ의 용량을 확보했다(VDA 기준). 후석 시트를 앞으로 전부 밀면(앞뒤 최대 80mm) 최대 351ℓ까지 확보할 수 있다.

앞좌석은 신기술을 적용하고 설계를 변경해 거주성과 사용성을 높이는 방향으로 개선했다. 기계식 자동 변속 레버 대신 컬럼식 변속 레버(SBW)를 적용하고, 스마트폰 무선 충전기와 V2L을 탑재해 센터페시아의 사용 편의성을 강화했다.

아울러 센터페시아가 돌출된 양을 45mm 줄여 조수석으로 타고 내릴 수 있는 워크 쓰루 공간을 개선했다. 컵홀더의 사이즈를 키우고 센터 암레스트에 방해받지 않도록 위치를 앞쪽으로 변경해 사용 편의성도 한층 강화했다.

글로벌 전기차 시장을 목표로 개발된 캐스퍼 일렉트릭은 현대차 EV 브랜드 이미지와 글로벌 기준에 걸맞은 상품성을 갖추기 위해 디자인 측면에서 고도화된 제작 공법을 도입하기도 했다.

현대차는 아이오닉 5 이후 EV 라인업에 픽셀 그래픽을 확대 적용해 미래지향적인 EV 브랜드 이미지를 구축한 바 있다. 캐스퍼 일렉트릭에도 프런트 센터 턴 시그널 램프와 리어램프 부위에 픽셀 그래픽 디자인을 적용하기로 하였고 캐스퍼 일렉트릭의 아이코닉한 디자인이 한결 돋보일 수 있도록 심플한 느낌을 추가하는 콘셉트로 디자인 방향성을 결정했다. 이에 최적화된 공법으로 판단된 것이 바로 레이저 패터닝 공법이었다.

레이저 패터닝 공법을 램프에 적용함으로써 캐스퍼 일렉트릭의 아이코닉한 느낌에 심플함을 더할 수 있었다.

레이저 패터닝(에칭) 공법은 표면을 레이저로 태워 이미지 또는 각인을 새기거나 표면을 박리(부분적으로 떨어뜨림)시키는 기술로, 여러 분야에서 다양하게 활용 중이다. 현대차 모델 중에는 아이오닉 5의 가니시 히든 라이팅을 비롯해 팰리세이드의 리어 램프, 그랜저 및 코나의 심리스 호라이즌 램프 등에 적용된 바 있다.

기존에 레이저 패터닝 공법이 적용된 점(Dot)과 선(Line) 형태와 달리, 캐스퍼 일렉트릭은 넓은 면적의 형상으로 구현하는 것이 관건이었다. 다양한 시도와 연구개발 끝에 캐스퍼 일렉트릭의 아이코닉한 대면적 픽셀 그래픽을 구현했으며, 향후 점-선-면에 걸쳐 다양한 레이저 패터닝 공법의 디자인을 선보일 수 있는 기반을 구축하는 데 성공했다.

최근 세계적으로 고령화가 진행됨에 따라 페달 오조작에 의한 사고 발생률이 높아졌다. 이에 따라 UN 산하 유럽 경제 위원회(UNECE) 주관으로 정차 중 페달 오조작에 대한 안전 기능을 법규로 제정할 예정이며, 이 밖에도 세계적으로 고령 운전자에 대한 법규를 강화하려는 움직임이 있다.

현대차는 고령 운전자와 더불어 운전에 미숙한 초보 운전자들의 조작 실수를 방지하기 위해 페달 오조작 안전보조(PMSA) 기술을 개발, 현대차그룹 최초로 캐스퍼 일렉트릭에 적용했다.

PMSA는 전후방 1m 이내에 장애물이 있는 정차 또는 정차 후 출발하는 저속 주행 상태에서 가속 페달을 빠르고 깊숙하게 밟을 경우 이를 운전자의 의지와 상관없는 페달 오조작으로 판단, 구동력 및 제동력을 제어해 충돌을 방지하는 기술이다. ADAS 기술 중 주차 충돌방지 보조(PCA) 기능과 유사해 보이지만, 앞뒤에 장애물이 있고 가속 페달을 일정 속도 이상으로 밟을 시 페달 오조작으로 추정되는 상황에서만 작동하기에 차이가 있다.

기술의 작동 원리는 다음과 같다. ADAS 제어기 또는 BCM(Body Control Module)이 장애물에 대한 초음파 신호를 받아 차량 구동 제어기인 VCU(Vehicle Control Unit)에서 장애물의 거리를 판단한다. VCU는 장애물 위치, 차량 속도, 기어 위치 등 여러 조건을 판단해 제어 준비 상태에 진입한다. 이때 운전자가 가속 페달을 얼마나 빠르게 밟는지에 따라 PMSA 기능이 전개되며, 가속 페달을 최대로 밟은 상태를 100%로 봤을 때 100%까지 도달 시간이 0.25초 이내일 경우 기능이 작동한다.

PMSA는 정차 또는 정차 후 출발 시, 조향각 430° 이하, 25도 이하의 구배(지면 기울기)의 경우에만 작동한다. 장애물과의 거리에 따라 1차(1m 이내)로 구동력을 0에 가깝게 제어하고, 거리가 가까워지면 2차(60cm 이내)로 유압 제동을 제어해 충돌을 방지한다.

기능이 작동하면 클러스터에 브레이크 페달을 밟으라는 경고 메시지를 띄우고 경고음을 울려 위험을 알린다. PMSA가 작동한 뒤 브레이크 페달을 밟으면 기능이 해제되고, 차속이 일정 속도 이상 올라가면 다시 활성화돼 안전한 운전을 돕는다.

현대차는 지속적으로 기능이 업그레이드 된 페달 오조작 안전 기술을 개발하여 안전에 대한 선제적 대응을 할 것이며, 고령 운전자, 나아가 운전이 미숙한 이들도 안심하고 운전할 수 있는 환경을 조성할 계획이다.

캐스퍼 일렉트릭은 내연기관 파생 전기차로, 늘어난 중량과 휠베이스에 따른 승차감과 운동 성능저하라는 문제점이 발생할 수 있기 때문에 개발 초기부터 승차감 및 주행 성능에 집중해 개발됐다.

승차감은 전기차의 강점인 정숙성을 더욱 강조하는 방향으로 개선됐다. 이를 위해 PE 시스템을 차체에 고정하는 체결 부품인 마운트에 일반적으로 쓰이는 고무 소재의 부싱보다 충격 흡수 능력을 강화한 하이드로 부싱을 적용했다. 하이드로 부싱은 하나의 소재로만 이뤄진 고무 부싱과 달리, 내부에 유체를 봉입해 유체가 이동하면서 만들어내는 유체 저항으로 충격 에너지를 효과적으로 흡수하고 모터의 진동도 줄이는 부품이다. 하이드로 부싱 마운트를 적용한 결과 하부에서 올라오는 진동을 약 3dB 줄이고, 스티어링 휠을 통해 운전자의 신체로 직접 전해지는 진동도 9dB가량 줄일 수 있었다.

캐스퍼 일렉트릭에 적용된 하이드로 부싱 모터 마운트. [사진=서울경제TV]

승차감 향상을 위한 또 다른 방안으로 쇽업소버의 성능도 업그레이드했다. 기존에 동급 모델에서 주로 사용된 밸브보다 한 차원 높은 튜닝 자유도를 가진 어드밴스드 밸브를 앞뒤 쇽업소버에 모두 적용했다. 이를 통해 충격 흡수 능력을 한층 높였으며, 후륜의 경우 쇽업소버 자체의 사이즈도 키워서 감쇠 성능을 강화했다.

캐스퍼 일렉트릭에 적용된 쇽업소버. [사진=서울경제TV]

한편, 캐스퍼 일렉트릭은 차급을 초월한 안락한 승차감과 콤팩트한 차급 특유의 경쾌한 주행 감각을 모두 구현하기 위해 후륜 CTBA(토션빔)와 차체를 연결하는 트레일링 암 부위에 듀얼 컴파운드 부싱을 적용했다. 트레일링 암 부싱은 거친 길을 주행할 때 앞뒤, 위아래의 충격을 흡수하고, 선회할 때는 좌우 방향에 대한 강성을 확보해 한층 안정적인 코너링을 도와준다. 듀얼 컴파운드 부싱은 이중사출 방식을 사용해 충격을 흡수하는 내부 브릿지와 횡력을 지지하는 사이드 스토퍼의 경도를 다르게 제작한 것이 특징이다.

캐스퍼 일렉트릭의 경우 내부 브릿지의 경도를 낮춰 노면 충격을 부드럽게 흡수하고, 사이드 스토퍼의 경도는 높여 한층 탄탄한 코너링 성능을 확보할 수 있도록 개발됐다. 덕분에 험로 충격은 약 15% 줄이고, 핸들링 성능과 연관된 횡강성은 10%가량 높여 부드러운 승차감과 즐거운 주행 감각을 동시에 확보할 수 있었다.

현대차의 EV 라인업은 뛰어난 성능과 상품성으로 전 세계 유수의 자동차 시상식에서 수상하는 등 글로벌 전기차 시장에서 가치를 인정받고 있다. 엔트리 전기 SUV인 캐스퍼 일렉트릭은 현대차의 우수한 EV 스탠다드에 걸맞은 NVH 성능을 달성하기 위해 완전히 새롭게 설계됐다.

NVH 설계가 제대로 마련되지 않는다면 주행 중 탑승자가 쉽게 피로감을 느낄 수 있고, 결과적으로 차에 대한 부정적인 인상이 생길 수 있다. 이에 영향을 미치는 요소는 크게 로드 노이즈, 윈드 노이즈, 탑승자에게 직접 전달되는 진동이 있다. 관건은 NVH에 크게 영향을 미치는 위치와 구조를 파악해 최적의 대책을 보강하는 것이다.

캐스퍼 일렉트릭에는 저주파 소음과 고주파 소음에 따라 차별화된 로드 노이즈 대책이 적용됐다. 노면에서 타이어 및 서스펜션을 타고 올라온 진동이 차체로 전해져 실내로 방사되는 저주파 소음을 줄이기 위해 주행 중 차체 진동을 분석하고, 플로어 패널 곳곳에 최적의 효과를 낼 수 있도록 위치와 면적을 개선한 제진재를 적용했다. 이에 따라 거친 노면에서 주행 시 크게 발생하는 100Hz 전후의 부밍음 발생 대역에서 우수한 효과를 거둘 수 있었다.

주로 타이어의 패턴과 노면 접촉면 사이에서 발생된 소음이 공기 중으로 방사된 후 도어 및 글라스 등을 투과해 내부로 전해지는 고주파 소음은 차체 구조보다 공기 중의 소음 전달 경로를 잘 차단하는 게 중요하다. 이에 뒷바퀴에서 발생하는 소음을 줄이고자 리어 휠가드의 면적을 키우고 8.5mm의 러기지 보드를 적용한 결과, 사람의 귀에 잘 들리는 1,000~3,000Hz 대역의 소음 저감 능력을 확보했다.

윈드 노이즈의 경우 기존에는 차체에만 웨더스트립이 적용돼 있었으나, 캐스퍼 일렉트릭은 앞뒤 도어에 이중 실링 구조를 적용한 웨더스트립을 추가해 풍절음을 효과적으로 줄일 수 있었다. 아울러 더욱 두꺼운 앞좌석 도어 글라스를 적용하고, 매끈한 표면의 전면부 스트립 헤드램프, 공기 흐름을 효과적으로 유도하는 PE룸 하부의 풀 언더커버 등을 적용해 풍절음을 개선했다.

캐스퍼 일렉트릭에 적용된 언더커버. [사진=서울경제TV]

한편, 운전자에게 직접 전달되는 스티어링 휠 진동을 줄이기 위한 방안도 적용됐다. 스티어링 휠 시스템이 체결되는 부위의 차체를 보강하고, 스티어링 휠 내부에서 진동을 흡수하는 부품인 댐퍼를 새롭게 튜닝해 고속 주행 시 발생하는 진동을 개선했다. 이로써 캐스퍼 일렉트릭을 선택한 고객들이 한결 쾌적한 이동 경험을 만끽할 수 있는 NVH 성능을 구현할 수 있었다.

전기차의 동력은 모터, 감속기, 인버터로 이뤄진 PE(Power Electric) 시스템으로부터 발휘된다. 내연기관만큼의 진동과 소음, 열이 발생하진 않지만, 전기 작동 체계에 따른 고주파 소음이 발생하는 것은 불가피하다. 이 소음은 사람에 따라 “위이잉” 또는 “삐이” 등 날카로운 소음으로 들려 불쾌감을 유발할 수 있다.

캐스퍼 일렉트릭에 적용된 PE시스템. [사진=서울경제TV]

캐스퍼 일렉트릭의 PE 시스템에는 고주파 소음을 차단하기 위한 2가지 신규 설계가 반영됐다. 첫 번째는 모터 내부 구조를 최적화한 것이다. 전기차에 일반적으로 쓰이는 동기화 모터의 내부에는 전류가 흐르는 권선으로 구성된 고정자가 내측 벽면에 장착돼 있고, 여러 고정자 사이의 중심에 영구자석이 적층된 형태의 회전자가 있다. 고정자로 전류를 보내면 자기장이 발생해 회전자의 영구자석이 자기장을 따라 회전하면서 모터의 구동력을 만드는 원리다.

모터에 탑재된 회전자에는 영구자석을 V형태로 6단 적층하는 설계를 반영, 안정적인 출력을 발휘하였으며 고주파 소음도 크게 줄어들었다.

동기화 모터의 구조상 출력이 균일하지 않게 발휘되는 문제가 발생할 수밖에 없으며, 여기에서 고주파 소음이 발생한다. 이 소음을 줄이기 위해 캐스퍼 일렉트릭의 모터에 탑재된 회전자에는 영구자석을 V 형태로 6단 적층하는 새로운 설계가 반영됐다. 덕분에 한결 부드럽고 안정적으로 출력을 발휘할 수 있도록 개선됐으며, 고주파 소음 역시 크게 줄일 수 있었다.

PE 시스템의 고주파 소음을 줄이기 위한 두 번째 방안은 소음을 흡수하는 흡차음재를 적용한 것이다. 흡차음재를 직접 부착할 때는 소음 저감 능력뿐만 아니라 냉각 성능까지 고려해야 한다. 외부로 발산되는 열을 억제하는 영향을 미치기 때문이다. 이에 PE 시스템의 방향별로 소음이 방사되는 영향을 분석해 흡차음재를 적용할 수 있는 최적의 위치를 선정했고, PE 시스템 일부만 감싸도 차음 효과를 극대화할 수 있는 설계를 고안했다.

아울러 고주파 소음이 실내로 유입되는 경로를 분석해 소음을 저감하는 설계도 반영됐다. PE 시스템에서 발생하는 고주파음이 후드 양끝 상단 부위를 통해 실내로 유입되는 양이 많다는 점을 파악했고, 이 부위에 별도의 흡차음재를 추가로 적용해 고주파 소음을 효과적으로 억제할 수 있었다.

이렇듯 현대차는 엔트리 전기차인 캐스퍼 일렉트릭을 개발하면서도 동급을 뛰어넘는 상품성과 완성도를 구현하기 위해 치열한 고민과 연구개발을 멈추지 않았다. 현대차는 글로벌 전기차 시장에 선보일 캐스퍼 일렉트릭을 통해 전동화 전환 전략에 탄력을 더할 예정이다. /hyojeans@sedaily.com

#Tag