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MEIDEN_2019.2. 특집 요약 & 목차 (p1-3)

자동차 시험 시스템 특집
2050년 자동차용 파워트레인 기술의 전망
와세다대학 창조이공학부 총합기계공학과 구사카 진(草鹿 仁) 교수

현재 우리 주변에는 태블릿형 PC, 스마트폰, 액정 텔레비전, 그리고 자동개찰이나 하이브리드자동차 등 30년 전에는 상상도 못했던 제품이 넘쳐나고 있다. 30년 후인 2050년에는 자동차는 어떻게 진화해 있을까?

자동차에서 나오는 배출 가스는 규제를 하지 않았을 때와 비교해 1/50에서 1/10정도까지 줄어들 것이다. 이미 저공해화는 달성되었다고 할 수 있다. 앞으로 단체(單體) 대책에서는 받침대 위의 모드 시험에서 실제 도로 주행에서의 에미션 대책으로, OBD(On Board Diagnostics)에 의한 이상치 검출, 종합 대책에서는 미규제 물질을 포함한 배출 가스의 과학적인 검증이 초점이 될 것이다.

요즘은 온난화 대책이 많은 주목을 받고 있다. 2015년 COP21에서 채택된 파리협정으로, 일본은 2013년 대비 온난화 가스를 26% 줄이고, 운수 부문에서는 2013년의 225백만 톤에 대해 27.4%의 삭감을 각의 결정하였다. 거대한 시장을 보유한 중국의 전기자동차(EV) 개발과 디젤 승용차의 배출 가스 조작 사건이 전동차로 가는 조류를 만들고 있다.

중국 정부는 EV를 경제 성장의 중요한 제품으로 삼고 EV 개발을 추진하고 있다. 리튬이온 배터리의 매출 상위 10사에 중국의 배터리업체가 7사나 올랐다. 유럽에서는 각 도시에서 2030-40년까지 가솔린차나 디젤차의 판매나 침입을 금지하는 법안이 논의되고 있다.

미국 캘리포니아주에서는 Advanced Clean Car(2025년 규제)가 2018년부터 시작되었다. 승용차, SUV, 미니밴, 픽업트럭에서 2025년까지 ZEV(Zero Emission Vehicle)와 PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)의 판매 비율을 현행 4%에서 15.4%까지 끌어올린다.

향후 개발에서는 레어메탈에 의존하지 않는 모터의 소형화, 고성능화, 전동 파워트레인의 보조 장치도 포함한 전력 소비율의 평가∙모델화가 필요하다.

현재의 세계인구는 약 76억 명이다. 2050년까지 아시아나 아프리카를 중심으로 20억 명 정도가 증가할 것으로 예상된다. 일차에너지는 현재와 비교해 2040년까지 30%가 증가할 것으로 전망되며, 중국과 인도가 그 증가분의 약 절반 정도를 차지한다.

지금까지의 역사를 보면 GDP가 증가하면 반드시 보유 대수가 증가한다. 향후 신흥국의 자동차 보급은 증가할 것이 명백하다. 자동차 생산 대수에서는 중국이 1위이며, 보유 대수에서도 미국을 제치는 것은 시간 문제다.

앞으로 인도도 포함해 자동차 생산 대수는 증가할 것이다. 2050년의 승용차 연간 판매는 배증하여 2억대에 달할 것으로 전망된다. 일본과 같은 자동차 선진국에서는 선진국을 대상으로 한 전동화 기술, 신흥국용 클린 엔진 기술을 동시에 병행하여 추진해 나가야 한다.

타이트오일이나 셰일오일을 산출하면서 미국은 에너지 수출 대국이 되었다. 이로 인해 중동의 석유 가격은 오르지 않고, 소비자는 전동화를 통한 경제적인 이득을 얻기 어렵다. 때문에 재생가능 에너지의 비율을 늘리면서도 2040년의 ‘탈∙석유’ 달성은 어려울 것이라는 지적도 있다.

일본 제조품의 전체 출하액은 300조엔. 이 중에서 자동차 제조품은 53조엔으로 전체의 17%나 차지, 명실공히 제조는 일본의 기간산업이다. 앞으로 이를 대체할 산업이 현재로서는 보이지 않는다. 때문에 일본의 자동차 관련 기업이 국제 경쟁력을 유지할 수 있는 전략이 필요하다. 일본의 경우, GDP에 대한 공헌도가 높지만 자동차 산업에 대한 연구 투자율이 낮아 개선이 필요하다. 강호 팀이지만 전략과 투자를 게을리하면 단기간에 약소 팀으로 전락하는 것은 프로 스포츠 세계에서는 상식이다.

HV의 증가로 모터와 배터리 수요는 증가하고 있지만 엔진을 탑재하지 않은 전기자동차의 판매가 늘지 않는다. 이미 연비가 좋은 HV에 대한 불명확한 분류, 배터리의 항속거리, 차격(車格)과 차량 가격의 갭이 원인이다. 저가이면서 에너지 밀도가 높은 배터리, 충전시간의 단기화, 대수 증가에 따른 자원 가격의 급등과 확보 전망이 서지 않을 경우, 폭발적인 대수 증가에는 주의가 필요하다.

연료전지자동차는 이미 실용 수준에 도달했다. 앞으로는 수소라는 최소 분자의 공급 인프라를 어떻게 충실화해 나갈 것인가가 보급 포인트다.

이상의 내용을 감안하면, 2050년의 자동차는 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)가 발표한 2012년 리포트가 현실적인 해답이 될 것으로 보인다. 상용차는 지금의 디젤엔진을 주체로 한 파워트레인에 일부 LNG(Liquefied Natural Gas)차, 전동차가 추가될 가능성이 있다.

일본은 특기인 기계가공, 파워일렉트로닉스 공학기술을 활용하기 위해 HV 기술을 연마할 필요가 있다. 보다 복잡한 시스템을 사용하여 항속거리나 차량 성능에서 타국의 추종을 허락하지 않는 자동차를 창출해야 한다.

앞으로는 자동차용 파워트레인에서는 각종 요소의 계측과 상세한 모델화, 각 상세요소 모델에서 고속연산 모델로의 리덕션, 요소 모델의 차량 모델로의 통합을 통해 모델베이스를 개발해야 한다.

● 목차
 

[특집] 자동차 시험 시스템 특집
1. 2050년 자동차용 파워트레인 기술의 전망
2. 자동차 시험 시스템 특집을 내면서

[환경 대응형 시험 설비]
3. 일본자동차연구소 납품 WLTP 대응 환경형 Chassis Dynamometer System
4. 전자(電磁) 양립성 시험용 사륜 독립 Chassis Dynamometer System

[시뮬레이션]
5. 모델베이스개발(MBD) 지원 시스템

[고응답 Dynamometer]
6. Dynamometer 제어장치 THYFREC VT350DY
7. 드라이브 트레인 벤치 입력축의 축토크 제어 방식 전기관성제어

[드라이브 트레인계 시험 설비]
8. FF∙FR 겸용 드라이브 트레인 테스트 시스템
9. Transfer Case Tester
10. 고토크 가진(加振) 대응 구동용 영구 자석형 Dynamometer PCDY-Ⅳ

[신제품]
11. 신형 조작계측시스템 MEIDACS Ⅱ
12. WLTP 대응 계측제어시스템 MEIDACS DY 6200P-W

특허소개

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