드라이빙 시뮬레이터 / 현대자동차그룹

[더팩트 | 화성=박성호 기자] "전기차는 사소한 소음도 더 크게 들리기 때문에 품질에 민감합니다. 게다가 전자 제어에서 발생하는 오류 등을 해결하려면 더 발전된 검증 플랫폼이 필요합니다."

현대자동차·기아 소속 직원은 남양연구소가 끊임없이 진화하는 이유를 설명하며 이같이 말했다.

SDV(Software Defined Vehicle) 시대가 도래하면서 자동차는 매 순간 진화하는 제품으로 바뀌고 있다. 여기에 전동화와 자율주행, 커넥티드 기술이 동시에 고도화되면서 차량을 구성하는 전기·전자 아키텍처와 소프트웨어 구조 역시 과거와 비교할 수 없을 만큼 복잡해졌다.

차량 기술이 고도화되고 고객의 기대도 커지면서, 차량 개발의 목표 수준 또한 높아지고 있다. SDV에 걸맞은 차량 개발 체계와 기준이 필요하고 고객이 체감하는 주행 감각과 품질까지 빈틈없이 끌어올려야 한다는 지적이다.

이러한 변화의 중심에 국내 최대 규모의 자동차 연구개발 거점인 현대차·기아 남양기술연구소가 있다. 남양기술연구소는 디지털 기반의 혁신 R&D 기술 개발에 집중하며 미래 모빌리티를 선도할 기술력과 완성차 품질을 확보한다는 계획이다.

지난달 30일 경기도 화성시 현대차·기아 남양기술연구소에서 열린 '2026 남양연구소 랩투어'에 참석해 현대자동차그룹의 향상된 미래 연구개발 기술을 확인했다.

이날 중점적으로 확인한 기술은 차량을 만들지 않고도 주행 성능을 개발하고 검증하는 △드라이빙 시뮬레이터, 차량의 치수 품질을 데이터로 관리하는 △디지털 측정 센터(DMC), 설계 데이터만으로 부품을 효율적으로 제작하는 △적층 제조 솔루션 센터(AMSC), 그리고 수백 개의 제어기 작동을 사전에 검증하는 △노바 랩(NOVA Lab) 등이다.

드라이빙 시뮬레이터 / 현대자동차그룹

◆"현실 도로를 가상 도로 위로 그대로 옮기다"…드라이빙 시뮬레이터 스튜디오

신차를 개발하기 위해선 더 많은 개발 시간이 필요하다. 하지만 기존처럼 차량을 개발할 때마다 수많은 프로토타입(Prototype)을 만들고 시험하는 방식으로는 갈수록 늘어나는 검증 요소들을 감당하기 어렵다

그래서 주목받는 것이 가상 공간에서 성능을 검증하는 버추얼 차량 검증 기술이다. 현대차·기아는 버추얼 차량 검증의 핵심 도구로 드라이빙 시뮬레이터를 활용한다.

드라이빙 시뮬레이터 스튜디오에 들어서자, 운전석을 중심으로 270° 화각의 거대한 곡면 스크린이 눈길을 사로잡았다. 운전석에 오르면 마치 실제 차량에 탑승한 듯한 착각이 든다.

시뮬레이터는 실제 도로와 차량을 가상으로 정밀하게 구현한다. 실제 차량의 승차감과 유사한 승차감은 물론, 원심력에 의한 차체 쏠림과 노면 진동까지 고스란히 모사했다.

이날 드라이빙 시뮬레이터가 모사한 차량은 제네시스의 G80이다. 실제로 운전석에 앉을 기회가 생겨 가상 현실에서 시승했다. 가상현실의 주행평가장에서 G80은 노면의 경사와 요철, 과속방지턱, 아스팔트의 질감까지 그대로 감지했다. 현대차그룹은 남양기술연구소의 주행시험장을 1㎜ 단위로 정밀 스캔해 데이터로 옮겼다고 설명했다.

정필영 주행성능컨셉개발팀 책임연구원은 "드라이빙 시뮬레이터는 가상 공간에서 차량의 성능 변화를 예측하고 평가하는 것은 물론, 성능 육성까지 가능한 장비"라고 말했다.

드라이빙 시뮬레이터는 차량의 거동뿐만 아니라, 노면에서 전달되는 최대 40Hz의 미세한 진동까지 재현하는 고성능 사양이다. 덕분에 양산 모델 개발은 물론, 세계에서 가장 가혹한 서킷으로 불리는 독일 뉘르부르크링을 질주하는 레이스카와 현대 N, 그리고 제네시스 마그마 등의 고성능차 개발에도 활용된다.

또한 정밀한 해석 모델링 데이터를 바탕으로 부품의 특성을 실시간으로 바꿔 다양한 세팅을 시험할 수 있고, 날씨의 제약 없이 젖은 노면 주행도 즉시 평가할 수 있다.

광학식 3D 스캐너로 수치 측정을 하는 모습 / 현대자동차그룹

◆보이지 않는 품질까지 데이터로 검증…디지털 측정 센터(DMC)

디지털 측정 센터(Digital Measuring Center, DMC)는 디지털 측정 기술을 활용해 차량의 치수 품질을 측정하고 분석한다. 외관의 틈새나 단차가 어긋나면 고급감이 떨어지고, 이 오차에서 비롯되는 소음이나 누수 문제가 고객 불만으로 이어지기 때문이다.

DMC는 △외관 품질 △NVH △수밀 △기능 및 조립성이라는 4대 검증 항목을 데이터로 관리하고 있다.

가장 먼저 차량의 뼈대인 바디 스트럭처를 측정하는 공간으로 이동했다. 이곳에는 센서가 측정물에 직접 접촉해 좌푯값을 읽어내는 3차원 측정장비 CMM(Coordinate Measuring Machine)이 늘어서 있었다. CMM이 읽는 차 한 대당 측정 포인트는 무려 1000개에 이른다.

한진수 파이롯트품질검증팀 팀장은 "연관성 있는 포인트 간의 편차와 거리, 평행도를 계산해 실질적인 품질을 판단한다"며 "약 600개의 평가 항목으로 완성된 측정 체계는 그대로 양산 공장으로 이관돼 동일한 기준의 품질을 구현한다"고 설명했다.

이어 후드와 도어, 테일게이트 같은 무빙 부품을 검증하는 공간으로 자리를 옮겼다. 이곳에서는 광학식 3D 스캐너로 전체 형상을 빠르게 측정한다. 자율주행 운반 로봇(AMR)으로 측정물을 자동 이송하고, 로봇 암에 장착된 3D 스캐너가 자동으로 측정하기에 작업자의 개입 없이도 정밀한 측정이 가능하다.

완성차 복합 측정실에서는 부품과 완성차를 함께 검증한다. 작업자가 포터블 3D 스캐너를 흔들며 형상을 측정하고, 불량을 사전에 차단한다. 측정은 수작업으로 이뤄지지만, 효율은 굉장히 높다. 이후 차량 전체를 스캔해 최종 상태를 검증한다.

무빙 동적 검증장은 도어나 테일게이트와 같은 무빙 부품의 하자를 확인한다. 무빙 부품은 끊임없이 움직이기 때문에 수명이 단축될 수밖에 없다. 다만, 현대차·기아는 일정 수준 이상의 흔들림이 감지되면 이를 불량으로 판단하고 재개발 및 재검증에 나선다.

해당 검증들을 거치며 쌓인 데이터는 DMC의 핵심 자산이다. DMC는 측정 데이터를 가상 공간에서 최적의 조립 상태를 찾는 'DATA-FIT'과 개선 방향을 도출하는 'DATA-AUDIT'에 활용한다. 또한, 수집 데이터를 활용해 AI 데이터 서버 등을 구축한다는 방침이다.

WAAM 장비가 금속을 적층하는 모습 / 현대자동차그룹

◆부품 제조의 한계를 넘다…적층 제조 솔루션 센터(AMSC)

적층 제조 솔루션 센터(Additive Manufacturing Solution Center, AMSC)는 데이터만으로 금형 없이 어떤 형상이든 구현해 낸다. 적층 제조는 재료를 한층 한층 쌓아 부품을 만드는 플러스 공법이다.

기존 자동차는 제품을 깎고 자르는 절삭, 즉 마이너스 공법이 일반적이다. 다만 이같은 공법은 디자이너나 엔지니어들 머릿속에 있는 제품을 그대로 구현하기가 쉽지 않다.

적층 제조 공법은 이같은 단점을 상쇄한다. 현대차그룹은 새로운 기술을 도입하기 위해 AMSC를 완성했다. AMSC는 현대차그룹에 최초의 3D 프린터가 도입된 1996년 이후 30년 만에 새로 지은 AMS동에 문을 연 제조솔루션본부다. 설계부터 출력과 후처리, 검사에 이르는 적층 제조 기술 연구를 수행하며, 그룹사 간 연계 비즈니스를 지원하는 역할도 도맡고 있다.

이곳엔 △액상 레진을 자외선으로 경화시켜 부품을 만드는 폴리머 광중합셀(Vat photopolymerization Cell) △금속 와이어를 녹여 쌓는 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 설비 △플라스틱 분말을 다루는 폴리머 분말소결셀 등이 있다.

폴리머 광중합셀은 헤리티지 차량 복원에 쓰였다. 현장에 전시된 현대차 포니의 사이드 실 부품은 실제 부품을 3D 스캔한 뒤 적층 제조로 원형과 질감을 복원한 뒤 도장까지 마쳐 품질이 매우 우수했다.

WAAM은 주조나 프레스로는 만들 수 없는 복잡한 형상이나, 경량화가 중요한 모터스포츠 부품을 제작하는데 도움된다. 소품종 생산에 유리한 해당 설비를 활용하면 압도적 강성을 갖추면서도 가벼운 스포츠카가 탄생할 수 있다는 설명이다.

폴리머 분말소결셀을 활용하면 후처리 공정과 재료 낭비가 줄어든다. 커스터마이징 부품도 제조하기 쉽다.

AMSC는 현재 일반 소비자가 이용하는 양산 차종의 생산 및 제작 기술엔 거의 활용되지 않는다. 다만, 현대차그룹은 적층 제조 기술의 무궁무진한 활용성에 더 큰 기대를 걸고 연구개발을 이어간다는 방침이다.

제어기와 기능 검증을 위해 제작된 와이어카의 모습 / 현대자동차그룹

◆SDV 시대 도래…차세대 제어 및 검증실 '노바 랩(NOVA Lab)'

노바 랩(Next-generation Open Validation & Automation Lab)은 차세대 개방형 제어기 검증실이다. 연구실에는 완성된 차량 대신, 차량 구조의 테스트 벤치 위에 와이어링과 제어기, 전장 부품을 그대로 연결한 와이어카(Wire-car)가 늘어서 있었다.

와이어카는 차량 전체의 전기·전자 시스템을 실물 하드웨어로 구현한 검증 플랫폼이다. SDV로 전환되는 과정에서 제어기 통합이 이뤄지고 있지만 여전히 대형 차종의 경우 연결되는 제어기와 전장 부품은 300~500개, 와이어링 커넥터는 약 500개에 달한다.

김상연 파이롯트전장제어개발팀 파트장은 "시험차가 제작되기 전, 차량 전체 시스템을 실물로 연결해 기능과 통신, 진단을 검증하는 최초의 단계"라며 "완성된 차에서는 트림 내부에 위치한 제어기를 탈거하거나 회로를 분석하기 어렵지만, 와이어카에서는 기본 기능들을 훨씬 빠르고 정확하게 검증할 수 있다"고 말했다.

이날 노바 랩은 각종 검증을 시연했다. 공조, 램프, 시트 등이 정상적으로 작동하는지부터 저전압, 과전압 같은 가혹 조건에서 발생하는 문제점들도 확인했다.

노바 랩에서는 주행 조건에서의 심화 검증도 이뤄진다. 타이어와 차량 하중이 없어 주행과 동일한 상황을 모사하기 어렵다는 점을 고려해 차량 구동 부하 장치를 개발했다. 여기에 소형 다이나모미터를 결합한 이동식 장비를 도입해 실차에 가까운 주행 조건을 구현했다.

이날 테스트 벤치에서는 주행을 시작해 스마트 크루즈 컨트롤(SCC) 진입과 가속, 후측방 충돌 경고(BCW), 차로 유지 보조(LFA/LKA), 전방 충돌 방지 보조(FCA)로 이어지는 시나리오가 차례로 시연됐다.

SDV 검증셀은 현대차그룹의 차세대 차량들의 품질을 완성하기 위해 마련한 공간이다. SDV 시대로 들어서며 그동안 기능별로 흩어져 있던 수많은 제어기는 고성능 컴퓨터 기반의 존(Zone) 제어로 통합되고 있다. 전원은 기존 12V에서 48V로, 통신은 CAN에서 고속 이더넷으로 바뀐다. 이처럼 차량의 전원과 통신 체계가 달라지면, 기존의 방식만으로는 차량을 온전히 검증하기 어렵다.

노바 랩은 이에 대응하기 위한 신규 검증 장비와 기법을 지속적으로 연구하고 있다.

김상연 파이롯트전장제어개발팀 파트장은 "노바 랩은 그룹사와 협력사가 함께 활용할 수 있는 오픈형 플랫폼"이라며 "실차 제작에 앞서 통신 상태나 제어기 간 충돌 등을 미리 발견하고 개선해 SDV의 완성도를 높이고 있다"고 강조했다.

psh@tf.co.kr