산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2017. 12. 특집2 요약 (p69~81)

도쿄 EV 모터쇼 2017
전동화 및 자율주행으로 단숨에 전환

‘제45회 도쿄 모터쇼 2017’(일반공개는 2017년 10월 28일~11월 5일, 도쿄 빅사이트)에서는 일본업체의 EV로의 전환이 선명하게 드러났다. 완성차 제조업체 및 부품 제조업체는 모두 전동화 및 자율주행 관련 기술을 선보였다. EV 전환에 있어서 한 발 앞서있는 유럽 업체의 공세가 점점 거세지고 있는 가운데, 국내 기업은 시대의 흐름을 파악하기 위한 움직임이 활발해지고 있다.

■ 완성차 제조업체
모두 컨셉트 EV 선보여

‘전고체전지에 관한 특허 출원 건수는 도요타자동차가 세계 최고이다. 200명이 넘는 기술자와 더불어 2020년대 전반의 전고체전지의 실용화를 목표로 한다’---. 도요타자동차 부사장의 Didier Leroy 씨는 전동화의 핵심인 차세대 배터리기술의 개발방침에 대해 그와 같이 힘주어 선언했다. 당사가 마쓰다 덴소와 공동으로 설립한 새로운 회사를 소개하면서 향후 전기자동차(EV)의 양산화를 향한 본격적인 개발을 추진해가는 열의를 보였다.

도요타자동차가 EV전환을 명확하게 하고 있는 배경에는 유럽이나 중국을 비롯한 시장의 급속한 EV전환이 있다. EV의 주요기술인 배터리 개발에 주력하는 것도 그 때문이다. EV에 주력하려고 하는 것은 도요타뿐만이 아니다. 이번 모터쇼에서는 자동차 제조업체가 모두 컨셉트 EV를 출전. 각 사가 세계의 흐름에 뒤떨어지지 않으려는 모습을 엿볼 수 있었다.

부품 제조업체도 전동화∙자율주행 분야의 기술개발을 가속화시키고 있다. 덴소 대표이사인 아리마(有馬) 씨는 ”전동화와 자율주행의 2분야에서 2020년까지의 3년간 5,000억엔을 투자한다”라고 공표했다. 이것은 당사의 최근 3년간 개발비의 절반에 해당하는 액수로 해당분야에 주력하는 것이 엿보인다.

-- AI로 운전자의 취향을 추정 --
도요타자동차가 출품한 것은 초소형 EV ‘TOYOTA Concept-I RIDE’. 1회 충전당 항속가능거리가 100k~150km를 상정하는 시티 커뮤터(도시의 초소형 자동차)이다.

차량으로의 승차 및 운전 등에서 휠체어 이용자들에게 편리성을 높이는 생각을 짜내었다. 운전자는 좌석의 팔꿈치가 닿는 끝 부분에 탑재된 죠이 스틱을 사용, 달리고 구부러지고 멈추는 등의 조작이 가능하다. 인공지능(AI)의 ‘Yuri’를 사용하여 내장된 카메라나 마이크로 수집한 정보로부터 운전자의 감정이나 취향을 추정하는 기능도 갖추고 있다.

닛산자동차가 발표한 것은 미국 자동차기술회(SAE)가 정한 레벨4 이상의 자율주행을 상정한 EV컨셉트 ‘IMx’이다. SUV타입으로 2020년경의 실용화를 목표로 하고 있다. 항속거리는 600㎞이상으로, 자율주행의 실현을 위해 총 39개의 센서를 탑재하고 있다. 당사는 직접 언급하지는 않았으나, 용량 80㎾h정도의 리튬(Li)이온 전지를 탑재할 것으로 보고 있다.

혼다는 스포츠 타입의 EV컨셉 ‘Sports EV Concept’를 선보였다. ‘프랑크푸르트 모터쇼 (IAA)2017’(일반공개는 9월 16일~24일, 독일)에서 최초로 공개한 소형 EV의 컨셉트 카 ‘Urban EV Concept’와 동일한 EV전용 플랫폼을 사용하고 있으며, 외관 디자인 및 시트 등을 스포츠 타입으로 변경했다.

미쓰비시자동차는 프런트에 1개, 리어에 2개의 구동용 모터를 탑재한 SUV의 컨셉트 EV ’e-EVOLUTION CONCEPT’를 공개. 2020년이후에 발매하는 EV 및 플러그인하이브리드차(PHEV) 등에 탑재할 계획인 시스템을 해당 차에 구현했다. 2개의 스테레오 카메라를 사용한 안전운전지원기술을 탑재하고 있으며, “눈길이나 비포장 도로 등에서도 노면의 상태를 파악하기 쉽다”(당사 가이드).

-- EV의 특성을 살려 넓은 실내공간 확보 --
-- 독일업체, 실용화를 감안한 일본에 첫 선 --

-- 미쓰비시후소(Mitsubishi Fuso), 다임러와 배터리 개발 --
트럭에도 EV화의 파도가 밀려오고 있다. 다임러 산하의 미쓰비시후소 트럭∙버스(이하 미쓰비시후소, 가나가와 현)는 대형 EV트럭의 컨셉트 ‘Vision ONE’을 출품했다. 도시 내의 거점간 운송을 상정하고 있으며, 350㎞의 항속 가능거리를 목표로 한다.

■ 전동화
배터리로의 신규 참여부터 일체형 파워트레인까지

덴소가 개발에 투자를 강화한다고 표명한 것처럼 많은 부품 제조업체가 자동차 업체의 EV전환에 발맞춰 기술개발을 가속화시키고 있다. 이번 전시의 키워드는 ‘전동화’ ‘자율주행’ ‘커넥티드’의 3가지. 그 중에서도 가장 눈에 띄는 것이 전동화를 위한 기술이었다.

-- 배터리에 참여하는 부품 제조업체 --
전동화의 열쇠가 되는 기술 중 하나가 배터리이다. 이에 따라 해당 분야에 참여하려는 기업이 출현했다. 일본특수도업(日本特殊陶業)은 개발중인 전고체전지를 출품했다. 유황을 포함하지 않은 산화물계(系)의 Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZ)계 고체전해질을 사용하는 것이 특징이다.

당사는 고체전해질을 가압성형에 의해 두께 100㎛정도의 시트로 가공한다. 이번에는 10㎝ 각도의 라미네이트 타입의 시작품을 전시했다. 가압성형에서는 Li이온 전도율이 저하되기 쉽기 때문에 첨가물 등을 연구하여 대책을 세울 방침이라고 한다.

아직 개발 중이기 때문에 사양 등은 밝히고 있지 않으나, 실용화 시기에 관해서는 도요타자동차가 2020년대 전반으로 발표했으므로 ‘그 시기에 맞추고 싶다’(일본특수도업)라고 한다.

제이텍트(JTEKT)는 동작 온도범위가 -40~85℃로 넓은 리튬이온 캐퍼시터를 출품했다. 용량은 500F이다. 우선은 전동 파워 스티어링(EPS)의 출력을 높이는 보조전원 등으로 사용한다. 2019년부터 월 생산 4만 셀로 양산할 예정이라고 한다.

-- 저(低)진동∙소형화를 향한 움직임이 활발 --
주요 기술전시의 대부분이 전동화 관련이었던 것이 니혼세이코(日本精工)이다. 예를 들어 그 중 하나가 고속회전형 모터와 트랙션 감속기를 일체화한 EV용 구동장치 ‘트랙션 스퀘어 드라이브’. 2025년 경의 실용화를 상정하고 있다.

또한 당사는 인호일 모터(IWM)의 컨셉 모델인 ‘휠 허브 모터 피트’도 전시했다. 2개의 모터와 소형 변속기를 탑재하고 있어 부드러운 가감속이 가능하다고 한다. 변속기를 탑재함으로써 모터를 소형화할 수 있어 높은 회전력을 확보할 수 있다. 2개의 모터를 반지름 방향으로 나열함과 동시에 피니언 기어와 톱니 기어의 조합을 채택하여 2016년 12월에 발표한 종전의 모델보다 소형∙슬림화를 구현했다.

-- 엔진 차 베이스로 효율적인 HEV 개발 --
-- 독일 제품은 일체형 파워트레인 선호 --

■ 자율주행
운전자와의 새로운 관계 모색

전동화와 함께 자율주행에 관련된 기술도 많이 선보였다. 그 중에서도 눈에 띄는 것이 자율주행 시의 휴먼 머신 인터페이스(HMI)와 자율주행을 뒷받침하는 센싱 기술이다.

-- ‘속삭이는‘ 시트로 운전자에게 경고 --
자율주행 시의 HMI에서는 다양한 제안이 있었다. 자율주행이라는 주행 형태의 변화를 파악하여 각 업체는 운전자와의 새로운 관계방식을 모색하고 있다.

HMI로서는 표시기술을 중심으로 한 전시가 많았던 가운데, 타치에스(Tachi-S)는 운전자와의 새로운 접점으로 몸에 닿는 시트에 주목했다. 당사가 출품한 것은 클라리온과 공동 개발한 스피커와 진동자(엑사이터)를 탑재한 시트이다. 머리 받침대 안에 내장된 스피커가 운전지원 시스템과 연동하여 경고음이나 카 내비게이션의 음성 안내를 운전자에게만 정확하게 전달한다. 운전자에게는 잘 들리지만, 조수석에 앉은 사람에게는 들리지 않게 했다. 운전지원 시스템의 경고음이 차 안에 울리게 되면 ‘타고 있던 사람을 불안하게 만드는 경우도 있다”(터치에스 가이드)는 우려 때문이다.

시트 바닥과 등 면에 2개씩 내장된 엑사이터의 진동에 의해, 운전자에게 위험을 알리는 기능도 있다. 예를 들어 우측 후방에서 추월하려는 차량이 접근해 올 경우, 앉는 부분의 우측을 진동시킨다. 엑사이터의 구조는 스피커와 흡사하며 보이스콜의 진동을 이용한다. 음향기술을 보유하고 있는 클라리온의 기술을 활용해서 개발했다고 한다. 2019년부터 양산을 개시할 예정이다.

-- 수동운동으로 전환, 얼굴∙눈∙손으로 판단 –
미쓰비시덴키(三菱電機)는 자율주행의 보급을 상정하여 자율주행에서 수동주행으로 안전하게 전환하기 위한 모니터링 시스템을 개발. 컨셉트 카 ‘EMIRAI4’에 탑재하여 선보였다.

인스트루먼트 패널의 중앙에 있는 광각 카메라 및 핸들을 통해 운전자의 상태를 센싱한다. 구체적으로는 운전자의 얼굴이 정면을 향하고 있는지, 눈을 뜨고 있는지, 핸들을 손으로 붙잡고 있는지의 3가지 상태를 확인하는 것으로 수동운전으로 전환할 때의 안전성을 높일 수 있다.

-- 파이오니아가 3D-LiDAR를 출전 --

■ 커넥티드
예지 보전 및 AR 정비도 등장

자동차를 인터넷에 연결하여 운전자에게 새로운 가치를 제공하는, 말하자면 ‘커넥티드 카’에 주력하는 대형 부품 제조업체도 눈에 띄었다. 운전자의 저변이 확대되는 자율주행의 실현이나 카셰어링(차량공유)의 보급을 앞두고 있는 가운데, 방법을 모색하고 있는 듯 했다.

-- 차재 부품이라도 예지보전 --
보쉬(Bosch)사는 차재부품의 예지보전(고장징후 진단)이 가능한 컨셉트 카를 전시했다. 데몬스트레이션으로 (1)운전자에게 3,000㎞ 주행 후에 배터리가 고장 날 가능성이 있다고 전달한다, (2)자동차가 운전자의 스마트폰과 통신, 비어있는 스케줄을 특정하여 수리 공장의 예약을 제안한다는 흐름을 선보였다.

배터리에는 온도, 전압, 충전상황 등을 측정하는 센서가 내장되어 있으며, 당사는 센서 데이터를 획득함과 동시에 고온상태에서 얼마나 지속적으로 가동했는지 등을 기록. 축적된 데이터로부터 배터리의 수명을 예측한다.

또한 취득 데이터를 다른 차의 동종 배터리가 지금까지 어떤 고장이 있었는지의 데이터와 클라우드 상에서 비교 분석해 이상이 없는지를 판단한다.

-- 연결되는 타이어로 일원 관리 --
전도성 고무 등을 사용하여 고무의 상태를 센싱 할 수 있는 컨셉트 타이어를 출품한 곳이 독일의 콘티넨탈(Continental)이다. 타이어의 펑크, 고무의 온도, 트레드(타이어의 접지면) 표면이 닳은 정도를 검지하여 운전자에게 알려준다. 복수 차량의 타이어 정보를 일원화로 관리한다면 운송업자 및 렌터카 업자에게는 차량관리의 효율화를 기대할 수 있다.

해당 컨셉트 타이어의 트레드 부위는 일반적으로 타이어에 사용되는 절연성 고무를 도전성 고무로 끼워 넣은 구조로 되어 있다. 트레드에 온도를 측정하는 열전대를 내장함과 동시에 기존의 타이어 공기압 감시시스템(TPMS)을 조합시켰다.

타이어의 펑크나 고무의 닳는 정도는 전기 저항을 지표로 하여 판단한다. 예를 들어 못 등이 타이어를 찔러 구멍을 내면 타이어의 외측과 내측에 있는 도전성 고무가 길잡이 역할을 하여 펑크 난 것을 알려준다. 마모량은 전기저항의 변화로부터 추정한다.

-- AR로 정비를 손쉽게 --
커넥티드 카 분야에서 기술력을 어필하는 것은 부품업체만이 아니다. KDDI는 태블릿 단말기를 사용한 점검 어플리케이션 ‘Connected AR’ 및 스마트폰에 의한 카셰어링의 예약 앱 등의 데모를 선보였다.

Connected AR은 운전차용의 엔진룸 점검 앱이다. 태블릿 단말기의 카메라를 엔진룸을 향해 가까이 대면 정비기록의 데이터를 기반으로 엔진오일 및 브레이크 오일의 교환시기를 화면에 표시한다. 또한 냉각수 및 워셔액의 잔량을 화상으로 판단하여 충전이 필요한지에 대해서도 화면에 표시된다. 보다 카셰어링을 이용하기 쉽게 하기 위해 주차장에 있는 자동차에 스마트폰을 대고 화면상에 타고 싶은 자동차를 선택해 예약할 수 있는 앱도 선보였다. 전시 부스에서는 예약이 끝나자 미니어처 모델이 주행하는 데모를 시연했다.

 -- 끝 --