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안전

M.E.C.A 시대를 위한 첨단 안전 기술

미래 산업을 주도할 키워드 ‘메카(M.E.C.A: 모빌리티(Mobility), 전동화(Electrification), 연결성(Connectivity), 자율주행(Autonomous))’ 시대에는 자동차 안전의 개념도 달라지고 있습니다. 자동차를 이용하는 목적이 단순 ‘이동’에서 다양한 라이프스타일을 반영하는 공간으로 확대되면서 이제 안전 영역은 기존에는 생각하지 못했던 범위까지 대비해야 합니다. 
현대자동차그룹은 에어백과 시트벨트, ADAS(첨단 운전자 보조 시스템) 등 직접적인 운전 상황에서 발생할 수 있는 사고를 막는 기술은 물론, 전방위적으로 탑승자와 보행자를 잠재 위험으로부터 보호하기 위해 첨단 안전 기술을 선보이고 있습니다. 

FUTURE전방위적인 안전 기술

보다 적극적으로 탑승자 안전에 개입하다

기존의 자동차 안전 영역은 운전자가 주행하는 동안 만날 수 있는 충돌 상황을 능동과 수동 방식으로 대처했다면 다가올 M.E.C.A 시대에는 자동차 안전에 대한 개념이 충돌 상황 외 모든 상황으로 확대됩니다. 이에 현대자동차그룹은 능동과 수동 안전 영역에 승객 모니터링, 유해환경 대응, 승∙하차 안전, 원격 차량 관리 분야를 새롭게 추가해 관련 기술을 선보이고 있습니다.

우선 능동과 수동 안전 영역은 1차 사고 외에 다양한 변수로 발생할 수 있는 2차 사고까지 대응하는 방향으로 발전하고 있습니다. 그리고 승객 모니터링 기술은 차에 오르는 순간부터 각종 센서가 탑승객의 건강 상태를 모니터링하고, 특히 운전자가 졸음이나 스트레스 상태로부터 벗어나도록 각종 경고 신호와 같은 시스템을 가동합니다. 또한 미세먼지 등의 유해 물질로부터 차량 및 탑승자를 보호하기 위한 공기 정화 시스템을 작동하고, 차량 스스로 실내 공기 상태를 판단해 공조 장치 무드를 조절합니다. 또 ‘뒷좌석 승객 알림’과 같은 승∙하차 안전 시스템을 가동해 전 좌석의 안전 상태를 운전자가 파악할 수 있게 하고, 연결성이 높아진 환경을 최대한 이용해 원격으로 차량 상태를 제어할 수 있게 돕습니다.

TECHNOLOGY안전 핵심 기술 알아보기

생명과 직결되기에 더욱 치밀하고 세심하게

자동차 안전 기술은 주행 중 일어날 수 있는 위험 상황에 대응하는 방향으로 발전해 왔습니다. 탑승자와 보행자의 목숨과 직결된 만큼 미국 고속도로안전보험협회(IIHS), 신차평가제도(NCAP: New Car Assessment Program) 등 안전 담당 기관들은 보다 더 가혹한 상황을 제시해 자동차의 안전 기준을 상향 조정하고 있습니다.

정면충돌할 때 운전자가 무의식적으로 핸들을 꺾는 상황에서의 피해를 시험하는 ‘IIHS 스몰오버랩 평가’는 오랜 세월 개발자들의 과제였습니다. 그동안 프리미엄이라고 평가받았던 자동차들이 이 평가에서 고배를 마셨기 때문입니다. 현대자동차그룹은 차체 구조 최적화 설계를 통해 스몰오버랩 평가에서 매년 좋은 평가를 받고 있으며, 지속적으로 에어백과 같은 구속 장치에 대한 연구를 해온 결과 세계 최초 고난이도 에어백 기술을 공개했습니다. 또한 2차 사고까지 고려해 탑승자뿐만 아니라 보행자의 안전까지 생각하는 능동∙수동 안전 기술을 개발해왔습니다.

안전 성능 개발이 어려운 이유는 세계 각국이 내세우는 안전 기준이 다르고 매년 그 기준도 높아져 가기 때문입니다. 이에 안전 기술을 보다 고도화시켜 모든 기준을 만족시켜야 함은 물론, 회사 자체적으로도 평가 기준을 상향 조정해 다양한 시험과 해석을 통한 기초 설계를 탄탄히 하고 있습니다. 이렇게 탄탄한 기초 위에 첨단 기술을 더해 더욱 안전한 자동차로 거듭나고 있습니다.

KEY TECH
1. Active Safety
2차 사고를 미리 차단하라

다중 충돌 방지 자동 제동 (MCB: Multi Collision Brake)

일반적으로 교통사고가 발생하면 운전자는 여러 요인으로 위험에 처할 수 있습니다. 의식을 잃을 수도 있고, 자동차를 뜻대로 움직일 수 없어 1차 사고 후에 더 위험한 상황이 생길 여지가 많습니다. 충돌한 자동차가 중앙선을 넘어 반대편 차로로 진입하거나, 도로를 이탈해 주행 중인 다른 차 혹은 보행자, 가로수, 가드레일 등과 2차 충돌을 일으킬 수 있습니다. 

한국도로공사가 지난 2013년부터 2017년까지 조사한 고속도로 2차 사고 치사율을 살펴보면 52.7%로, 일반 사고 치사율 9.1%보다 무려 5배 이상 높았습니다. 이러한 배경 속에서 탄생한 다중 충돌 방지 자동 제동(MCB: Multi Collision Brake) 시스템은 최초 사고가 난 직후의 상황을 고려한 것으로, 기존에는 안전 기술 목적이 사고 회피 혹은 예방이었다면 MCB는 한 단계 넘어서서 사고 이후의 상황을 한 번 더 파악하고 탑승자뿐만 아니라 사고 차량 주변을 함께 보호하고자 합니다. 

MCB는 정∙측면 등 충돌 사고로 인해 차량 에어백이 전개되면, 차에 적절한 제동 기능을 작동시켜 2차 사고 등 다중 충돌을 경감시킵니다. 이 모든 과정은 초당 200MB에 이르는 3세대 CAN 네트워크 방식으로 순식간에 이뤄집니다.

각종 센서와 네트워크의 유기적 연결로 작동되는 MCB

MCB 기술은 유럽에서 인정받고 있습니다. 유럽 시장에서 판매되는 차량의 안전성을 평가하는 기관 유로앤캡(EuroNCAP: European New Car Assessment Program)의 경우, 성인 보호 영역 충돌 테스트에서 MCB를 적용한 차에 1점을 부여하고 있습니다. 또한 유럽 자동차 제조사의 한 연구 결과에 따르면 MCB를 적용한 차는 2차 사고로 인한 사망률이 연간 최대 8%, 중상자는 4%가 적은 것으로 나타났습니다.

위험 요소를 미리 예측하다

ADAS 안전 기술

영화 <마이너리티 리포트>에서는 미래를 내다보는 예언자들이 나옵니다. 이들이 미래에 일어날 사건 혹은 사고에 대해 이야기하면 주인공들이 이를 막기 위해 최선의 노력을 다합니다. 자동차에도 영화의 예언자들처럼 위험 요소를 사전에 분석해 사고를 미연에 방지하는 기술이 있습니다. 바로 ADAS라 불리는 ‘첨단 운전자 보조 시스템’입니다.

이 기술의 강점은 첨단 센서와 제어 장치를 통해 운전자가 인지하지 못한 위험까지 감지해 충돌하지 않도록 도와주는 것 입니다. 자동차 앞 유리에 장착된 전방 카메라, 전방 레이더 및 후측방 레이더 등으로 차량 주변 사물과 움직임을 정확하게 인식하고, 차량용 컴퓨터가 충돌 위험을 감지하면 운전자에게 경고하거나 자동차를 스스로 제어하여 충돌하지 않도록 도와줍니다.

현재 ADAS가 적용된 기술을 살펴보면 자동차 스스로 앞차와의 거리와 차로를 유지하며 주행할 뿐만 아니라 카메라가 교통표지판을 인지해 규정 속도에 맞춰 속도를 줄이는 경지에 이르렀습니다. 안전과 관련한 대표적인 ADAS 세부 기능은 다음과 같습니다.

전방 충돌방지 보조
(FCA: Forward Collision-Avoidance Assist)

주행 중 전방 물체와 충돌하지 않도록 도와줍니다. 선행 차량이 갑자기 속도를 줄이거나, 앞에 정지 차량 혹은 보행자가 나타나는 등 전방 충돌 위험이 감지되면 경고를 해줍니다. 경고 후에도 충돌 위험이 높아지면 자동으로 제동을 도와줍니다.

차로 이탈방지 보조
(LKA: Lane Keeping Assist)

일정 속도 이상 주행 중 방향지시등 스위치를 움직이지 않고 차로를 이탈하면 경고를 해줍니다. 차로 이탈이 감지되면 자동으로 조향을 보조하여 차로를 이탈하지 않도록 도와줍니다.

후측방 충돌방지 보조
(BCA: Blind-Spot Collision-Avoidance Assist)

차로 변경을 위하여 방향지시등 스위치를 움직였을 때, 후측방 차량과 충돌 위험이 감지되면 경고를 해줍니다. 경고 후에도 충돌 위험이 높아지면, 자동으로 차량을 제어하여 충돌 회피를 도와줍니다. 또한 평행 주차 상태에서 전진 출차 중 후측방 차량과 충돌 위험이 감지되면 자동으로 제동을 도와줍니다.

KEY TECH
2. Passive Safety
정확하고 빠르게 반응하라

복합 충돌 에어백 시스템

‘복합 충돌’은 도로 위에서의 1차 충돌에 이어 가로수나 전신주, 다른 자동차 등과 추가적으로 충돌하는 경우를 말합니다. 이 상황에서의 탑승자 안전도를 높인 ‘복합 충돌 에어백 시스템’은 모든 충돌을 독립적인 1차 충돌로 인식하는 부분을 보완한 기술입니다.

미국과 캐나다 등 북미에서 2000년부터 2012년까지 5만 6,000여 건의 교통사고 사례를 분석한 결과, 복합 충돌은 약 30%에 이를 정도로 자주 발생합니다. NASS∙CDS 통계를 살펴보면, 복합 충돌 사고 중 국도 중앙선 침범 충돌이 30.8%로 가장 높게 나타났습니다. 이어서 고속도로 톨게이트 급정거 충돌이 13.5%, 고속도로 중앙분리대 충돌 8.0%, 도로가 가로수 및 전신주 쓸림 충돌 4.0% 순입니다.

1차 충돌이 일어나면 이에 따른 충격으로 탑승자의 자세가 비정상적으로 바뀌어 다칠 확률이 높아지지만, 현재 대부분의 에어백 시스템은 이를 고려하지 않고 다시 기준 충격 강도에 도달할 때만 에어백을 작동시킵니다. 반면 현대자동차그룹이 세계 최초로 개발한 복합 충돌 에어백은 1차 충돌에서 에어백이 전개되지 않을 만큼 충격이 약할 경우, 탑승자의 불안정한 자세와 속도 등 여러 조건을 정밀하게 계산해 이후 충돌에서는 기준 충격 강도를 낮추거나 작동 시점을 조절해 에어백이 더 쉽고 빠르게 작동되도록 개선되었습니다.

차량 내 충돌을 최소화

센터 사이드 에어백

기존의 에어백이 사람과 사물의 충돌에서 생기는 피해를 완화했다면, 복합 충돌 에어백 시스템처럼 2차 충돌에 대비하기 위해 개발된 센터 사이드 에어백은 주로 사람과 사람이 부딪히는 사고를 방지하고자 개발되었습니다. 쉽게 말해 평소에는 운전석 시트에 수납되어 있다가 측면 충돌 발생 시 운전자와 동승자 사이에서 전개되어 승객이 반대편으로 넘어가는 것을 방지해 사람 간 충돌은 물론, 내장재와의 충돌도 막아주는 것이 목적입니다.

센터 사이드 에어백은 운전자만 탑승했을 때도 작동하여 내장재와의 충돌을 예방한다

현대자동차그룹은 센터 사이드 에어백에 ‘열압축 폴딩’ 공법을 적용해 안전성을 유지하면서도 세계에서 가장 작고 가벼운 형태를 완성했으며, 관련 기술로 국내외 특허를 획득했습니다. 이 에어백은 힘없이 펄럭거리지 않고 탑승자의 하중을 지지해줄 수 있도록 테더(Tether)라는 끈 모양의 부품이 에어백을 감싸며 잡아주는데, 테더와 에어백의 형태를 간결화하는 기술을 개발해 경쟁사 대비 약 50%의 중량 절감을 이뤄냈습니다. 이를 통해 상대적으로 얇은 시트를 비롯해 다양한 차종에도 장착할 수 있습니다.

테더와 챔버가 탑승객을 ‘백허그’

허그 에어백

자동차 개념이 변화하는 미래에는 에어백의 모습과 역할도 변곡점을 맞게 됩니다. 특히 완전 자율주행 기술이 상용화되면 자동차 이용 형태에 많은 변화가 생길 것입니다. 완전 자율주행차는 현재의 자동차와 같이 시트 배열이 고정적이지 않아 기존의 고정형 에어백으로는 탑승자를 충분히 보호하지 못할 수 있습니다.

허그 에어백은 에어백이 탑승자를 껴안듯 감싸는 형태다

현대자동차그룹이 개발한 허그 에어백은 미래 에어백 기술의 방향성을 품고 있습니다. 기존 사이드 에어백보다 구성 성능을 높인 허그 에어백은 각각의 역할을 수행하는 3개의 챔버로 구성돼 있습니다. 우선 상단 챔버는 탑승자의 머리와 상반신을 감싸고, 하단 챔버는 골반을 비롯한 하반신을 보호합니다. 그리고 중앙 챔버의 돌출된 부분은 전방으로 꺾이며 탑승자가 움직이지 않도록 고정하는 역할을 합니다. 이 챔버들은 테더로 연결하는데, 덕분에 좌우 여섯 개의 챔버가 마치 한 몸이 되어 탑승자를 끌어안듯 보호할 수 있습니다.

현대자동차그룹은 허그 에어백 기술 아이디어를 구체화하는 과정에서 최적화된 쿠션 구조, 내외측 테더의 효율적 구조 등 국내외 주요 국가에 총 7건의 특허 출원을 완료했습니다. 또한 향후 4~5단계 자율주행차에 적용할 수 있도록 기술을 다듬을 계획입니다.

충돌에 대비하는 차체

구조 & 공법

자동차 안전 기술은 탑승자와 보행자의 생명과도 직결되기 때문에 섬세하면서도 꼼꼼한 기획과 설계가 필요합니다. 또한 자동차 안전에 대한 중요성이 높아져가는 요즘, 충돌을 평가하는 NCAP 충돌 평가 기준도 상향되고 있습니다. 이에 충돌 대비 기술도 발전해가고 있습니다.

충돌 대비 기술에서 중요한 것은 차체 구조입니다. 이는 환형과 순차 구조로 나뉘는데, 환형 구조는 차체의 가로 방향, 세로 방향 부재를 고리처럼 결합해 더 단단한 강성과 경량화된 무게가 특징입니다. 특히 전면부, B필러 후면부에 이르는 환형 구조는 안전성은 물론 경량화로 이어져 연비 향상 효과까지 있습니다.

순차 구조는 고속으로 주행하는 자동차가 다른 사물과 충돌했을 때의 에너지를 차체가 순차적으로 흡수할 수 있게 합니다. 가령 정면으로 충돌했을 때 ①사이드 멤버에 가장 먼저 충격이 도달하면 찌그러지면서 에너지를 흡수합니다. 그 다음 ②펜더 에이프런에 충격이 전달되는 동시에, 차례로 ③A필러 위쪽으로도 전달돼 나머지 에너지를 골고루 분산시키는 것입니다.

측면 충돌의 경우 공간이 정면에 비해 부족해 조금이라도 차체가 밀려 들어온다면 탑승객이 상해를 입게 됩니다. 때문에 사이드실부에 충격 에너지가 가장 많이 들어오는 곳마다 벌크 헤드(격벽)을 둬 측면 충돌 시 충격이 잘 분산되도록 설계되었습니다.

구조 외에 단단한 차체는 충돌에 대한 안전을 높이는 기본 중의 기본입니다. 핫스탬핑 공법은 개발 비용을 줄이면서도 차체 강성을 높이는 기술로, 고온에서 가열된 소재를 프레스 성형과 동시에 급속 냉각시켜 차체를 단단하게 담금질해 완성합니다. 가공 전에 비해 3~5배가량 높은 강도를 지녀 피할 수 없는 충돌 상황에서도 승객실을 안전하게 보호합니다.

보행자를 생각한 기술

액티브 후드 시스템

차량과 보행자 간 사고에서 가장 중요한 것은 보행자의 머리 부상을 막는 것입니다. 이는 보행자의 생명을 좌우하는 결정적 요인입니다. 현대자동차그룹이 공개한 액티브 후드 시스템은 후드 멀티콘 구조를 통해 보행자와 충돌하면 차량이 이를 감지, 보닛을 들어 올려 보행자를 보호하도록 합니다. 가령 보행자와 차량이 충돌했을 때 보닛 아래 액추에이터(작동기)가 움직여 보닛이 6cm가량 올라가게 되는데, 이렇게 보닛과 엔진룸 사이에 충격을 흡수하는 공간이 생기면서 보행자의 머리 부위 부상 정도를 대폭 줄일 수 있습니다.

액티브 후드 시스템

최근 강화되고 있는 보행자 보호 규제의 핵심은 차량과 보행자의 충돌 사고 시 보행자가 차량의 후드 위로 쓰러지도록 하는 것입니다. 일반적으로 차량과 충돌했을 경우 대부분 보행자는 차량이 진행하고 있던 방향인 도로 쪽으로 넘어지게 되며, 이때 가해 차량에 다시 치이게 되는 2차 사고로 이어질 가능성이 있어 매우 위험합니다. 이를 보완하기 위해 개발한 로어 레그폼∙로어 스티프너 기능은 충돌할 때 보행자의 무릎 꺾임을 최소화해 안전성을 높여주고, 충돌 후 보행자가 차량 밑으로 들어가는 현상을 방지해 1차 충격에 이은 2차 충격을 예방합니다.

충돌 시 충격을 분산하라

3세대 플랫폼 다중 골격 엔진룸

충돌 에너지를 효과적으로 흡수∙분산하는 3세대 플랫폼

충돌 안전성에서 중요한 것은 충돌 시 발생하는 거대한 에너지를 얼마나 효과적으로 흡수하고 분산하느냐에 있습니다. 그 핵심은 차체 구조에 있으며, 자동차 제조사들은 심혈을 기울여 차체 구조 개발에 공을 들였습니다. 현대자동차그룹의 3세대 플랫폼은 과거 승객실 강도를 최대한 올려 충격을 버티는 구조를 넘어서 충돌 에너지를 엔진룸에서 효율적으로 분산시켜 승객이 받는 최종 에너지를 최소화하는 방향으로 설계되었습니다.

차량 전반부에서 충돌 에너지를 흡수∙분산하는 것이 중요한 이유는 여기에 있습니다. 흔히 사고가 임박했을 때 운전자는 무의식적으로 핸들을 돌리게 된다고 합니다. 이 경우 대부분 차량의 모서리로 충격이 전달되고, 충격을 흡수할 면적이 적어지면 차량과 탑승객은 심각한 피해를 입습니다. 또 모서리로 충격이 집중되면 그 충격은 차량을 지탱하는 A필러까지 전해지고, A필러가 무너지면 대시보드와 타이어, 그리고 엔진이 앞좌석을 덮쳐 끔찍한 결과를 초래하게 됩니다.

다중 골격 엔진룸 구조

현대자동차그룹은 다중 골격 엔진룸을 개발해 이런 사고 발생 시 충돌 에너지가 차량 전면부에서 승객실까지 오지 않도록 효율적으로 분산시켰습니다. 전면부의 와이드 크래쉬 박스에 우물 정(井) 형태의 서브프레임을 새롭게 적용하면서 초기 충돌 에너지 흡수율을 높였고, 엔진룸 양쪽을 지지하는 사이드멤버뿐만 아니라 서브프레임, 펜더 에이프런 등을 유기적으로 잘 엮어서 충돌 에너지가 여러 경로로 흡수 혹은 분산하도록 설계했습니다. 또한 서브프레임의 폭을 넓히고, 사이드멤버와 주변 골격 부재의 연결성을 강화해 분산 효과를 높였습니다.

슬라이드 어웨이 거동은 감가속도를 최소화해 탑승객이 받는 상해를 크게 줄인다

다중 골격 엔진룸을 통해 탄생한 기술이 바로 슬라이드 어웨이(Slide Away) 거동입니다. 1차 충돌 후의 상황까지 고려한 안전 기술로 충돌 에너지를 효과적으로 흡수하면서, 횡 방향으로 일정 수준 이상의 충돌이 감지되면 횡 방향으로 소폭 이동하는 것이 특징입니다. 이를 통해 승객에게 전달되는 충돌 에너지를 최소화시키며, 주행 방향을 유지하기 때문에 2차 사고를 크게 줄일 수 있습니다.