올해는 자동차 분야가 급격한 변화와 팽창을 한 해로 기록될 것이다. 배기의 이산화탄소와 오염물질 감소를 목표로 하는 친환경 방향은 종전과 마찬가지였으나 정보통신기술의 발달에 따라 자동차 관련 분야가 대폭 넓어졌다. 그래서 올해 자동차 분야의 화두를 네 단어로 정리하면 친환경 분야의 전기동력화와 정보통신 분야의 자율주행, 커넥티드, 차량공유라고 할 수 있다.

기존의 내연기관과 변속기 기술은 점진적으로 개선되고 있지만, 워낙 새로운 분야의 성장 가능성이 커서 집중적인 투자가 이루어지고 있다. 기업 간 합종연횡과 기술개발 협력도 빠르게 진행되고 있다. 이 글에서는 위의 네 가지 새로운 분야의 기술개발을 먼저 살펴보고 기존의 파워트레인과 미래의 수소연료전지자동차 기술개발에 대해 요약한다.

첫째 전기자동차 시장은 정부지원과 기술개발에 힘입어 빠르게 성장하고 있다. 전기차는 운행할 때 오염물질과 이산화탄소의 배출이 거의 없고 연비도 높아 각국 정부가 정부지원금과 세금 혜택 및 의무생산 쿼터 법규를 통해 보급을 독려하고 있다.

한 예로 중국은 정부 보조금을 줄이고 있지만 2019년부터 전체 생산량의 10%를 전기차로 채우도록 요구하고 있다. 그동안 전기차 개발에 소극적이던 독일의 자동차 업체들과 일본의 토요타도 전기차 개발에 적극적으로 나서는 등 변화가 크다. 메르세데스-벤츠는 2022년까지, 폭스바겐은 2030년까지 전 차종의 전동화를 내세우고 각각 ‘EQ’와 ‘I.D.’라는 독자 전기차 브랜드를 확보했다.

전기차의 주행거리에 대한 불안을 해소하기 위해 점점 대용량 배터리를 장착하여 주행거리가 400km에 이르는 차들이 개발되었다. 한 예로 60kWh 배터리가 장착된 쉐보레 볼트 EV의 경우 한 번 충전으로 383km까지 주행할 수 있다. 배터리 기술의 발달과 가격저하가 초미의 관심사인데 일본 배터리 업체 GS유아사는 한 번 충전으로 지금보다 두 배 멀리 가는 전기자동차 배터리 개발에 돌입했다. 새로운 고체 전해질을 사용하는 배터리에 대한 관심이 높아 유럽의 업체들은 연합하여 개발할 계획이고 토요타는 2021년 정도에 생산할 예정이다.

전기 승용차만이 아니라 전기 버스와 전기 트럭의 개발과 보급도 빠르게 성장하고 있다. 이미 다임러그룹은 자회사 미쓰비시후소를 통해 100km 정도 주행 가능한 최초의 양산형 전기 트럭을 판매하고 있고 대형 전기 트럭도 선보였다. 최근 테슬라도 대형전기 트럭 ‘테슬러 세미’를 발표했다. 폭스바겐도 나비스타와 협력하여 전기 트럭을 선보일 예정이다, 전기차가 언제 내연기관 자동차만큼의 경쟁력을 가질지는 아직 미지수나 배터리 기술이 발전하여 에너지 밀도가 높아지고 가격이 내려가면 2030년경에 정부의 지원 없이도 내연기관 자동차와 경쟁할 수 있을 것이라는 예측도 있다.

둘째 자율주행 관련해서 많은 발전이 있었다. SAE에서 정한 자율주행 5단계 중 3단계 기술이 이미 아우디 A8에서 실용화되었으며 전혀 인간의 개입이 필요 없는 5단계 기술은 구글 계열사인 웨이모에서 테스트하고 있다. 자율주행 기술의 기반이 되는 기술을 가진 두 회사를 중심으로 전 세계 업체들은 크게 두 진영으로 뭉치고 있는데 앤비디아와 모빌아이이다. 앤비디아는 GPU의 강자로서 최근 무인 자율주행에 필요한 인공지능 컴퓨터인 ‘앤비디아 드라이브 PX 페가수스(Pegasus)’를 개발했는데 차 번호판 정도의 크기임에도 초당 320 조회의 계산이 가능하도록 하였다. 보쉬와 협력하고 있으며 벤츠, 폭스바겐, 아우디, 토요타, 포드, 볼보, 테슬라, 오토리브와 함께 자율주행 기술을 개발하고 있다.

모빌아이의 컴퓨터 비전 인공지능 기술은 이미 여러 업체의 ADAS 시스템에 실용화되었다. CPU의 강자 인텔이 모빌아이를 인수한 후 BMW를 중심으로 콘티넨탈과 델파이, 피아트크라이슬러 등과 공동으로 2021년 실용화를 목표로 개발을 진행하고 있다.

물론 인공지능 기술을 보유한 구글 웨이모도 독자적으로 자율주행 자동차를 운행하면서 인공지능(소프트웨어) 개발에 집중하고 있으며 중국의 바이두와 한국의 네이버 등도 자율주행 플랫폼을 개발하여 시험을 진행하고 있다. 자율주행에 필요한 센서 중 주목할 만한 센서는 레이저를 이용하여 주위 환경을 3차원으로 측정하는 라이다 센서인데 최근 벨로다인에서 VLS-128 Lidar를 개발했다.

셋째 자동차가 통신을 통해 연결되고 있다. 이미 4G를 이용한 인포테인먼트(Infotainment) 이용이나 차랑 내 소프트웨어 업데이트 등이 실용화되었고 카셰어링이 활성화되었다. 앞으로 근거리 통신을 통한 IoT가 발달하여 자동차와 자동차 간에 또 자동차와 인프라 간에 정보교환이 가능해질 예정이다. 우리나라에서 2019년부터 보급이 예상되는 5G는 다운로드 속도가 빨라서 시속 100km로 달리는 자동차가 5cm도 이동하기 전에 명령 송수신이 완료되는 수준이라 하니 자율주행에 유용하게 응용될 것이다. KT와 SK도 적극적으로 관련 기술 확보에 나섰다.

넷째 자동차 공유가 확대되고 있다. 우버는 자율주행기술개발에 적극적이고 서비스를 다양화하고 있으며 중국에서는 디디추싱이 성장 중이다. GM은 리프트에 투자하고 차량공유 플랫폼 메이븐을 인수했다. 포드는 차량제어, 차량공유, 주차예약, 차량 내 엔터테인먼트, 고객지원 담당자와의 실시간 채팅까지 포괄하는 원스탑 모빌리티 서비스 제공을 위한 플랫폼을 출시했다. 다임러는 이동경로 설계, 예약, 다양한 교통수단의 통합결제를 제공하는 서비스를 북미 지역으로 확대하였다. 국내에서도 쏘카와 그린카가 고객을 위한 새로운 기술과 서비스를 도입하고 있다.

기존의 내연기관도 가솔린 엔진분야는 터보 GDi화와 엔진 소형화, 연료 분사압력의 증가, 배기에 설치한 GPF 등을 통해 연비와 에미션을 개선하고 디젤 엔진 분야도 실도로 주행시험에 대비해서 요소 SCR 확대적용 등 기술을 개발하고 있다. 변속기도 다단화가 계속 진행되어 8단 자동변속기 보급이 일반화되고 9단, 10단 변속기도 보급이 시작되었다.

마지막으로 수소연료전지자동차 관련 업체들도 적극적인 공세를 취하고 있다. 현대자동차는 사진과 같은 차세대 수소연료전지자동차를 발표하였고 28개의 완성차업체와 에너지기업들로 구성된 수소위원회(Hydrogen Council)의 공동 회장사 역할도 맡게 되었다. 한국, 일본, 독일, 미국 등이 보급에 적극적이고 중국도 2030년까지 수소차 100만대 생산 계획이고 하니 충전 인프라가 조성되면 미래에 활발한 보급이 이루어질 것이다.

전광민

연세대학교 기계공학과 교수