[미디어펜=김연지 기자]현대차가 캐스퍼 일렉트릭에 적용된 최신 기술을 전격 공개했다. 현대차는 동급 대비 뛰어난 상품성을 자랑하는 캐스퍼 일렉트릭을 통해 전기차 캐즘(Chasm)을 돌파, 전기차 대중화를 선도한다는 방침이다.

현대차는 6일 캐스퍼 일렉트릭의 본격 판매를 앞두고 서울 강남구 소재의 JBK 컨벤션홀에서 캐스퍼 일렉트릭의 기술 설명회 '캐스퍼 일렉트릭 테크 토크'를 개최했다. 이날 행사에서는 캐스퍼 일렉트릭을 개발한 연구원들이 직접 캐스퍼 일렉트릭에 적용된 기술과 개발 비하인드 스토리 등에 대해 설명했다.

캐스퍼 일렉트릭은 전기차 대중화를 선도하기 위해 현대차가 야심 차게 준비한 엔트리 전기 SUV(스포츠유틸리티차)다. 현대차는 독보적인 상품성과 합리적인 가격으로 전기차 대중화의 새로운 기준을 제시할 것으로 기대하고 있다.

캐스퍼 일렉트릭 프로젝트를 주도한 정헌구 MSV프로젝트3팀 책임연구원은 "1회 충전 주행 가능 거리 315km를 달성한 동력 시스템, 증대된 휠베이스를 바탕으로 넓어진 공간 효율성, 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 말했다. 

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

PMSA는 차량이 정차 또는 정차 후 출발하는 저속 주행 상태에서 전후방 1m 이내에 장애물이 있음에도 운전자가 가속 페달을 강하게 조작했을 때 이를 운전자의 의지와 상관없는 페달 오조작으로 판단하고, 구동력 및 제동력을 제어해 충돌을 방지하는 기술이다. 

ADAS(첨단운전자보조시스템) 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. 

ADAS 제어기 또는 BCM(차체제어모듈)이 장애물에 대한 초음파 신호를 받아 차량 구동 제어기인 VCU에서 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. 

하정우 차량구동제어개발1팀 연구원은 "PMSA 기능은 다가오는 물체를 감지하는 것이 아니라 물체가 감지된 상태에서 급출발을 감지하는 기능"이라면서 "주행 중에는 이 기능이 작동하지 않는다. 정차 중 페달 오조작에 의한 가속을 막는 기능으로 제한적인 상황에서 급가속을 방지하는 기술"이라고 설명했다.

하 연구원은 "물체가 1m 이내에 있음에도 운전자가 가속 페달을 강하게 밟는 것은 운전자의 가속 의지가 아닌 페달 오조작으로 판단하고 기능이 작동하는 것"이라면서 "평지 기준 0.25초 내에 가속 페달을 100%까지 밟았을 때 작동한다"고 부연했다.

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 더 가까워지면 2차(60cm 이내)로 유압 제동을 제어해 충돌을 방지한다. 제동 유압은 별도의 해제 조작이 없을 경우 최대 5분까지 유지되도록 설정됐다.

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 활성화된다.

현대차는 지속적으로 기능이 업그레이드된 페달 오조작 안전 기술을 개발해 안전에 대한 선제적으로 대응, 고령 운전자부터 초보 운전자들까지 모두가 안심하고 운전할 수 있는 환경을 조성할 계획이다.

한편 세계적으로 고령화가 진행됨에 따라 페달 오조작에 의한 사고 발생률이 높아짐에 따라 UN 산하 유럽 경제 위원회(UNECE) 주관으로 정차 중 페달 오조작에 대한 안전 기능을 법규로 제정할 예정이며, 세계적으로도 고령 운전자에 대한 법규를 강화하려는 움직임이 일고 있다.

하 책임연구원은 "내년 6월 발효될 예정인 유럽연합유엔경제위원회(UNECE)가 주관하는 페달 오조작 방지 기술(ACPE·Acceleration Control for Pedal Error) 규정이 있다. 현대차는 법규 발표 시점에 맞춰 업그레이드된 PMSA 2.0 기능을 개발해 대응할 예정"이라고 밝혔다.

지정훈 MSV엔지니어링솔루션팀 연구원은 "캐스퍼 일렉트릭은 콤팩트 전기차이지만 높은 경쟁력을 갖추기 위해 주행거리를 300km 이상 확보하자는 최우선의 목표를 갖고 개발을 시작했다. 그 목표를 충족하는 대용량 배터리 용량을 탑재하기 위해 내연기관 대비 휠베이스를 180mm 늘리게 됐다"고 말했다.

휠베이스가 늘어나면서 후석 공간과 러기지 공간도 넓어졌다. 후석 탑승자의 레그룸을 확보하기 위해 착좌 위치를 뒤로 80mm 옮겨, 캐스퍼 내연기관보다 더 큰 레그룸을 확보했다. 러기지 공간이 100mm 늘어나면서 적재 공간은 기존 대비 47L 커진 280L의 용량을 확보했다. 후석 시트를 앞으로 전부 밀면(앞뒤 최대 80mm) 최대 351L까지 적재 가능하다.

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. 

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

캐스퍼 일렉트릭은 내연기관 파생 전기차로 늘어난 중량과 휠베이스에 따른 승차감과 운동 성능저하라는 문제점이 발생할 수 있는 만큼 현대차는 개발 초기부터 승차감 개선 및 주행 성능 개발에 집중했다. 

문강한 MSV R&H시험팀 연구원은 "내연기관은 파워트레인 소음과 진동으로 차량의 진동이 어느 정도 가려지지만 EV는 엔진과 같은 파워트레인이 없기 때문에 작은 진동도 소비자들이 쉽게 느끼고 불편함을 표할 수 있다"면서 "현가조향시스템의 개선으로 EV가 지니는 정숙성과 승차감 측면의 강점은 강화하고, R&H 성능을 최적화하는 방향으로 개발을 진행했다"고 설명했다.

현대차는 전기차의 강점인 정숙성을 더욱 강조하기 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 줄었다. 

또 승차감 향상을 위한 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 키워 감쇠 성능을 강화했다. 

캐스퍼 일렉트릭은 후륜 CTBA(토션빔)와 차체를 연결하는 트레일링 암 부위에 듀얼 컴파운드 부싱을 적용해 안락한 승차감과 콤팩트한 차급 특유의 경쾌한 주행감을 모두 살렸다. 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 확보했다.

현대차는 NVH(소음·진동) 성능 확보를 위해서도 많은 노력을 기울였다. NVH 설계가 제대로 마련되지 않는다면 주행 중 탑승자가 쉽게 피로감을 느낄 수 있고, 결과적으로 차에 대한 부정적인 인상이 생길 수 있기 때문이다. 

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. 

전주현 MSV소음진동시험팀 책임연구원은 "캐스퍼 일렉트릭의 고주파 로드노이즈 성능 확보를 위해 리어 휠가드의 면적을 늘렸고,  8.5mm의 러기지 보드를 적용해 후륜 타이어에서 발생하는 소음을 줄였다"며 "동급의 주요 경쟁차 대비 3.3db 우세한 고주파 로드노이즈 성능을 보이며, 사람의 귀에 잘 들리는 1000~3000Hz 대역의 소음 저감 능력을 확보했다"고 말했다.

윈드 노이즈의 경우 기존에는 차체에만 웨더스트립이 적용돼 있었으나, 캐스퍼 일렉트릭은앞뒤 도어에 이중 실링 구조를 적용한 웨더스트립을 추가해 풍절음을 효과적으로 줄일 수 있었다. 전 책임연구원은 "이중실링 웨더스트립의 효과에 더해 윈드노이즈 실내 유입을 추가적으로 개선하기 위해 전석 도어 그라스의 두께를 0.3T 증가시키고, 매끈한 표면의 전면부 스트립 헤드램프, 공기 흐름을 효과적으로 유도하는 PE룸 하부의 풀 언더커버 등을 적용해 풍절음을 개선했다"고 설명했다.

운전자에게 직접 전달되는 스티어링 휠 진동을 줄이기 위한 방안도 적용됐다. 스티어링 휠 시스템이 체결되는 부위의 차체를 보강하고, 스티어링 휠 내부에서 진동을 흡수하는 부품인 댐퍼를 전기차 주행조건에 맞게 튜닝해 고속 주행 시 발생하는 진동을 개선했다. 

전기차의 동력은 모터, 감속기, 인버터로 이뤄진 PE 시스템으로부터 발휘된다. 내연기관만큼의 진동과 소음, 열이 발생하진 않지만, 전기 작동 체계에 따른 고주파 소음이 발생하는 것은 불가피하다. 

이건희 MSV전동화소음진동시험팀 책임연구원은 "일반적으로 고객들은 내연기관 차량 대비 전기차가 높은 정숙성을 가지고 있기를 기대한다"면서 "PE시스템이 발생시키는 소음을 억제해 고객들에게 뛰어난 상품성을 제공하기 위해 여러 기술을 적용했다"고 말했다.

캐스퍼 일렉트릭의 PE 시스템에는 고주파 소음을 차단하기 위한 2가지 신규 설계가 반영됐다. 현대차는 고주파 소음을 억제하기 위해 모터 내부 구조를 최적화했다. 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. 

이 책임연구원은 "동기화 모터는 구조적인 한계 때문에 불균일한 출력 특성이 발생할 수밖에 없다. 캐스퍼 일렉트릭은 V자 모양의 형태로 6단으로 회전자를 적층했다"며 "좀 더 안정적인 토크 전달뿐 아니라 주행 중 차량 안에서 발생하는 고주파 소음 또한 크게 개선됐다"고 설명했다.

현대차는 또 PE 시스템의 고주파 소음을 줄이기 위해 소음을 흡수하는 흡차음재를 적용했다. 흡차음재를 직접 부착할 때는 소음 저감 능력뿐만 아니라 냉각 성능까지 고려해야 한다. 외부로 발산되는 열을 억제하는 영향을 미치기 때문이다. 

이 책임연구원은 "PE 시스템의 방향별로 소음이 방사되는 영향을 분석해 흡차음재를 적용할 수 있는 최적의 위치를 선정했고, PE 시스템 일부만 감싸도 전체를 감싼 것과 비슷한 효과를 낼 수 있었다"고 말했다. 그러면서 "이러한 구성으로 중량도 저감할 수 있어 다방면에서 유리한 효과를 거뒀다"고 덧붙였다.