Nikkei Automotive_2018.2 특집 요약 (p48-69)

2040년의 자동차 기술 예측
파워트레인/ 보디/ 안전·서비스/ 차내공간·HMI  

환경규제 강화에 의한 전동화나 자율주행 기술의 진화를 핵심으로 하여, 2040년을 향해가는 자동차 기술은 크게 변할 것이다. 일부 국가에서 엔진 차는 폐지되고 무인운전 차가 거리를 주행하는 시대를 전망해 보았다.

Part 1. 파워트레인
EV화에 함정, 엔진 효율 60% 초과

파워트레인의 동향을 예상하는데 있어서 열쇠를 쥐고 있는 것은 전기자동차(EV)의 비율이다. 엔진에 강한 일본의 자동차관련 기업의 행방을 크게 좌우한다.

2017년은 EV가 보급될 것이라는 전망으로 들썩였다. 중국과 유럽의 ‘EV시프트’가 선명해진 것이 가장 크다. 중국이 19년부터 ‘NEV(신에너지 차)’규제를 도입하기로 결정하였다. 대량의 EV 판매와 생산을 기업들에게 의무화하였다. 세계 최대의 자동차 시장인 중국의 대담한 정책은 전세계에게 EV의 존재감을 각인시켰다. 유럽이 EV화로 선회하는 이유는 독일 폭스바겐을 필두로 중국 시장의 점유율이 높아 중국에 기댈 수밖에 없기 때문이다(자동차부품회사 간부).

그러나 2030년까지 EV의 비율은 한번에 상승하지 않을 것이다. 신차 판매에서 차지하는 EV의 비율은 10% 전후일 것이라는 견해가 주류다. 배터리 가격은 충분히 싸지겠지만 긴 충전 시간이나 부족한 충전 인프라 문제는 세계적으로 해결되지 않는다는 생각이 대세다(일본 자동차회사 간부).

주요 조사기관이 발표한 2030년의 EV비율 예측은 1.6~26%로 큰 차이가 있다. 작은 수치를 제시하는 것은 정유회사, 20% 이상의 수치는 일부 금융기관이 제시하고 있다. 극단적인 수치를 제외하고 10% 전후로 보는 것이 일반적이다.

EV 비율은 한번에 높아지지 않는다. 일본의 자동차관련 회사가 EV시프트에 대비할 시간은 충분히 있다. 오히려 EV화를 단번에 실시하여 강점인 엔진 사업을 포기하는 것이 위험하다. EV점유율이 10% 전후라면 기존의 엔진 사업의 이익만큼 EV사업의 이익을 늘릴 수 없다.

-- 2040년을 전망한 EV시프트는 타당 --
일본의 자동차기업이 서둘러 EV화를 진행하면 중국 기업이 유리해진다는 위험성도 놓쳐서는 안 된다. 엔진 기술의 강점을 조기에 포기하면, 범용화한 EV관련 기술로 저가를 무기로 하여 추격해오는 중국의 대두를 지원하는 꼴이 될지도 모른다.

중국의 NEV규제에는 일본의 자동차관련 기업에 대한 대항 의식이 강하게 있다. 중국은 EV화의 목적에 대해 대기오염의 개선을 들고 있지만 해결책이 될 수 있는 하이브리드차(HEV)는 NEV의 대상에서 배제하고 있다. 도요타자동차와 혼다가 강한 기술 영역에서 일본 기업을 유리하게 하는 것을 싫어했다. 2030년까지를 생각하면 일본 기업은 “중국과 유럽의 EV 전략에 흔들리지 않는 것이 중요하다”라고 나카니시자동차산업리서치의 나카니시(中西) 씨는 말한다.

중국과 유럽의 EV 시프트에 대해 일본 기업도 가만히 있는 것은 아니다. 17년 12월, 도요타가 파나소닉과 배터리 개발 부문의 제휴를 발표. 자동차회사에 있어서 중핵인 배터리 관련 일본연합을 만들어 중국에 의존하지 않는 시스템을 구축하려는 목적이다.

2020년대에 세계에서 가장 싼 리튬이온 배터리를 공급하는 것은 중국의 배터리기업이 될 가능성이 높다. 지금은 범용품이라고 할 수 있는 리튬이온 배터리는 양산 규모가 경쟁력을 좌우하기 때문이다. 중국 기업은 NEV규제를 배경으로 타사를 압도하는 거액의 투자로 대량생산할 계획이다. 자동차회사의 부품 조달 원칙에서 보면 중국으로부터 배터리를 조달하고 싶어한다. 그러나 일본에 대한 대항 의식이 강한 중국에 중핵 부품의 공급을 의지하는 것은 위험이 크다. 도요타의 파나소닉과의 제휴는 중국 기업의 대두 후에도 일본에서 안정적으로 배터리를 조달할 발판을 확고히 하려는 의도라고 할 수 있다.

-- 모터는 고속역(高速域)의 고효율화가 초점 --
EV화는 한달음에 추진되지 못하고 있지만 HEV의 비율은 급격하게 높아지고 있다. 폭발적으로 증가하는 것이 유럽이 밀고 있는 48V 대응의 저출력 간이 HEV다. 20년대 전반에 1,000만대 규모, 30년 중반에 3,000만대 규모에 달할 것으로 전망한다. 그 후에는 EV 등으로 대체되면서 차츰 감소할 것이다. 도요타나 혼다가 강한 고출력형 HEV는 30년까지 서서히 증가하여 1,000만대 규모가 될 전망이다. 20년 이후에 48V 대응의 고출력형 HEV가 등장하면서 시장을 지원할 것으로 보고 있다.

전동차량의 보급률로 전망하기 어려운 것이 플러그인하이브리드차(PHEV)다. 조사기관에 따라 견해가 두 개로 나뉜다. PHEV가 답보할 것으로 전망하는 것이 JP모건증권이다. 28년에 최고치를 달성하여 600만대 규모가 되지만 그 후에는 감소할 것으로 예측한다. 미국이나 중국의 환경규제가 PHEV보다도 EV의 보급을 중시한 제도인 것을 근거로 한 판단이다. 한편, 딜로이트 토마츠 컨설팅은 30년에 주요 도시에서 1,300만대 규모, 40년에 6,000만대 규모가 될 것으로 예측한다. 고출력형과 간이형 HEV의 수요를 PHEV가 흡수한다는 것이다.

-- 다이아몬드 MOSFET가 실현될까? --

Part 2. 바디
철이 줄고, 열가소성 CFRP 대두

2040년을 전망한 자동차 바디의 진화는 크게 2개의 방향으로 나뉜다. 하나는 지금까지와 마찬가지로 경량화와 충돌 안전성의 양립을 추구하는 방향이다. 다른 하나는 2020년대 이후의 자율주행 차의 보급에 따라 ‘충돌하지 않는 자동차’ 혹은 ‘충돌해도 피해가 적은 자동차’가 실현되면서 부드러운 재료나 강도가 비교적 낮은 재료를 사용하는 바디가 등장한다.

기존의 자동차회사는 주로 경량화와 충돌 안전성을 양립하는 첫 번째 방향을 진행한다. 바디 구성은 강판이나 알루미늄(Al)합금, 마그네슘(Mg)합금, 탄소섬유강화수지(CFRP) 등을 적재적소에서 사용하는 ‘다중소재(Multi-material) 구조’가 가속된다.

부드러운 재료를 사용하는 두 번째 방향은 주로 타업종에서 참여한 회사가 선택한다. 전용 레인을 저속으로 달리는 ‘레벨4’이상의 자율주행 차가 대상이다. 이러한 자동차의 충돌 안전성 기준이 완화되면 외장에는 수지 패널재뿐 아니라 부드러운 수지가 새롭게 사용되게 된다. 바디에 투명한 수지를 사용한 자동차도 등장할 것 같다. 우선 첫 번째의 방향부터 바디의 미래를 살펴보자.

-- 철의 사용량은 크게 감소 --
엄격해지는 세계의 연비규제에 대응하기 위해 자동차의 바디를 가볍게 하는 시도는 앞으로도 중요한 테마다. 자동차회사의 바디 기술자 사이에는 ‘2030년 이후를 전망하면 바디의 질량을 현재보다 30~40% 가볍게 하지 않으면 안 된다”라는 견해가 있다.

경량화의 흐름은 세계에서 전동차량으로의 선회가 진행돼도 변하지 않는다. 예를 들면 EV의 항속거리를 늘리기 위해서는 무거운 배터리를 대량으로 적재해야 한다. EV 등의 전동차에는 가솔린차보다 가벼운 바디가 요구된다.

그 때문에 바디에 사용하는 강판의 사용량은 감소하고 Al합금이나 Mg합금, CFRP의 사용량은 증가한다. 미국 Center for Automotive Research가 17년 6월에 발표한 조사에 따르면, C/D세그먼트에 속하는 자동차 1대당의 연강(軟鋼) 사용 비율은 2010년에 55%(질량비)였지만 2040년에는 5%까지 감소한다고 한다.

2010년의 사용 비율이 15%인 고장력 강판은 2040년에는 47%로 증가한다. 2010년에 거의 사용되지 않았던 780MPa급 이상의 냉간프레스(Cold Pressing)재나 열간프레스(Hot Pressing)재의 사용 비율이 크게 높아진다.

Al합금도 2010년는 거의 사용되지 않았지만 40년에는 사용 비율이 26%까지 증가한다. Mg합금도 10년에는 거의 제로였지만 40년에는 5%로 증가한다. 영국의 재규어 랜드로버그룹이나 독일의 다임러 등은 지금도 고급차를 중심으로 Al합금이나 Mg합금을 적극적으로 사용하고 있다. 40년을 향해 타사도 사용량을 늘린다.

-- 양산차 바디에 열가소성 CFRP --
-- 자동화로 제조 비용을 억제 --
-- 바디의 개념이 변한다 --

Part 3. 안전/ 서비스
AI와 자율주행 차가 거리를 지킨다

2040년에는 도로교통의 주역은 자율주행 차, 운전면허는 거의 필요 없다. 자율주행 차는 교통사고를 감소시킬 뿐 아니라 센서를 사용하여 마을을 24시간 지키며 범죄를 미연에 방지한다. 자동차는 이동수단에서 사회의 안전을 지키는 인프라로 진화할 것이다. 자율주행 차의 실현에 반드시 필요한 센서나 AI도 비약적으로 발전한다. 센서는 레이저레이더(LIDAR)의 단가가 50달러 이하로 떨어지고 널리 보급된다. AI는 차량 내∙외의 인식은 물론 인간에 가까운 판단이나 추측도 담당하게 된다.

-- 75%가 자율주행 차 --
현재, 많은 자동차회사는 25년까지 레벨4 상당의 완전 자율주행 차를 시장에 투입할 계획이다. 자가용차의 경우 자율주행 레벨은 2, 3, 4로 단계적으로 올라간다. 독일 아우디가 17년 10월에 발매한 세단 ‘A8’은 세계에서 처음으로 레벨3 자율주행 기능을 탑재하였다. 우선 독일에 한정하여 18년부터 레벨3 기능을 제공한다. 레벨4의 완전 자율주행 기술은 20년의 실용화를 목표하고 있다.

한편, 배차서비스 등의 MaaS(Mobility as a Service) 용도는 레벨4의 무인 운전차가 조기에 실현될 것 같다. 구글 자회사인 Waymo는 17년 11월, 애리조나주에서 레벨4의 자율주행 차를 사용한 무인 배차 서비스 시험을 시작한다고 발표하였다. 지역 한정이지만 18년에는 일반 시민을 대상으로 출퇴근이나 통학용 배차 서비스를 시작한다. 레벨4의 자율주행 차는 현재로서는 고가지만 MaaS의 경우는 운전자의 인건비를 시스템으로 대체하는 것이 목적이기 때문에 조기 실용화를 기대할 수 있다.

2040년에는 도로를 달리는 자동차의 75%가 자율주행 차가 되고 운전면허는 거의 필요 없을 것이라는 예측이 있다. 무인 로봇택시가 거리를 24시간 주행하고 배차 서비스와 함께 지역의 보안 서비스도 제공할 가능성이 높다. 로봇택시가 갖추고 있는 고도의 센서를 사용하여 군중 속에서 수상한 거동을 찾아내 범죄 가능성이 높으면 통보한다.

-- LIDAR가 50달러 이하로 --
-- AI의 역할은 ‘인식’에서 ‘판단’으로 --
-- 신형 반도체로 전력을 2자릿수 저감 --

Part 4. 차내 공간/ HMI
차내는 쾌적한 ‘방’이 된다

자율주행의 실현으로 운전이라는 ‘고통’에서 해방되면 빈 시간을 어떻게 유효하게 사용할 수 있을까에 대해 사람들은 생각하게 된다. 독일 폭스바겐이 실시한 소비자 조사에서는 노는 것과 일, 그리고 수면에 대한 기대가 특히 컸다고 한다.

달리는 쾌적한 방. 2040년을 전망한 자동차회사들은 고민하기 시작했다. 어느 부품회사의 기술담당 매니저는 “(차량탑재기기를 줄인) 보다 심플하고 보다 넓은 차내 공간을 실현하고 싶다는 자동차회사의 요구가 커지고 있다”라고 말한다.

차내 공간에서 향후 중요한 역할을 담당하는 것이 시트와 HMI(Human Machine Interface)다. 시트는 사람과 접촉하는 유일한 부품으로 개인 체형이나 기호에 맞춘 시트를 실현할 수 있는가가 차별화의 포인트가 될 것이다.

HMI의 경우는 정보의 출구가 되는 표시 디바이스와 입구가 되는 음성인식이 크게 진화한다. 시트의 배치가 상황에 따라 다양하게 변한다면 고정된 장소에서만 사용할 수 있는 HMI로는 역부족이다. 2040년의 자동차에는 미터, 카내비게이션 시스템의 하드웨어는 존재하지 않을지도 모른다. 그 역할은 현재와는 다른 ‘투명 디스플레이’나 영상을 공간에 띄어서 표시하는 ‘홀로그램’으로 바뀐다. 스위치 등 물리적인 버튼은 없어지고, 요구는 자동차와의 대화를 통해 자동차에 전달하면 된다. 대화를 하면서 사람의 감정도 읽을 수 있어 적절한 대답을 기대할 수도 있다.

-- 이동서비스를 계기로 시트 진화 --
시트의 진화는 자율주행의 레벨과 밀접하게 연동한다. 운전자와 시스템 사이에서 운전권한의 이양이 있는 ‘레벨3’(부분적인 자율주행)는 운전석은 전방을 향하도록 배치해야 한다. 자율주행에서 수동 운전으로 전환할 때 운전자는 현재로서는 늦어도 10초 이내에 핸들을 잡아야 한다.

글로벌 자동차시트 공급업체인 Adient는 레벨3의 차량을 위한 컨셉트 시트 ‘AI17’을 개발. “운전자를 맞이하는 환영 인사를 표현하면서 자동차를 탄 순간부터 자율주행 차라는 것을 인지시키는 의미도 있다”. 개발을 주도한 애디언트의 Richard Chung 씨는 목적을 이렇게 설명한다.

완전 자율주행 차가 되면 차에 타는 사람은 앞을 향하고 있을 필요가 없다. 자가용차뿐 아니라 자동차를 사용한 이동서비스(MaaS)에서도 승차감을 중심으로 하는 쾌적함이 무엇보다 중요하다. 라이드 셰어인 경우, 다른 사람과 이야기하고 싶지 않을 때는 개인 공간을 확보할 수 있는 시트 모양으로 한다. 충돌하지 않는다는 것을 전제로 생각하면, 미래에는 시트 골격은 크게 간소화되고 에어백이나 시트벨트는 필요 없어질 것이다.

-- 진화의 제1탄은 HUD의 AR화 --
-- 안전 정보에서 엔터테인먼트로 --
-- 클라우드와 AI로 대화 가능 --

  -- 끝 --