ZF는 TRW 인수로 운전자 지원 시스템, 승객 안전 시스템, 드라이브트레인, 트랜스미션, 브레이크, 스티어링 시스템, 자동주행 시스템 등의 통합기술 제공이 가능해졌다. ZF가 미래 트렌드 대응, 기술력을 AUV에 담았다.

뛰어난 기동성, 지역적인 무배출 주행, 그리고 차와 운전자, 주변 환경의 네트워크를 통한 소통. ZF의 어드밴스드 어번 비히클(Advanced Urban Vehicle, AUV)은 섀시, 구동계, 운전 지원 시스템(ADAS)을 지능적으로 연결해 도심에서 서브 콤팩트카 및 소형차로서 최적의 이동성을 제안한다. ZF는 TRW 인수로 운전자 지원 시스템, 승객 안전 시스템, 드라이브트레인, 트랜스미션, 브레이크, 스티어링 시스템, 자동주행 시스템 등의 통합기술 제공이 가능해졌고, 이를 활용한 미래 트렌드 대응, 기술력을 AUV에 담았다.

AUV 콘셉트의 핵심부인 ‘올 일렉트릭 리어 액슬 드라이브 eTB(electric Twist Beam)는 휠 가까이에 장착된다. 이에 따라 차량의 기본적인 레이아웃은 매우 높은 자유도를 갖게 됐다. 혁신적인 프론트 액슬은 특히 스티어링 각도를 75도까지 확대해 도심 주행에서 차량 민첩성과 기동성을 대폭 강화한다.

AUV의 2가지 반자동화 운전자 지원기능은 안전성, 효율성뿐만 아니라 편의성을 크게 높인다. 차는 스마트폰과 스마트워치 등 모바일 기기의 버튼을 누르는 것만으로 원격 제어 스마트 파킹 어시스트(SPA)가 가능한 데다 차량의 높은 기동성을 통해 매우 협소한 공간에서도 스스로 주차할 수 있다. 또 다른 운전자 지원 기능인 클라우드 기반 ‘프리비전 클라우드 어시스트(PreVision Cloud Assist, PVCA)’는 커브에 진입할 때, 적절한 시기에 자동으로 구동 토크를 둔화시킴으로써 기계적 브레이크 조작 없이 속도를 감소시키고 안전하면서도 효율적으로 구간을 통과하도록 해준다.

AUV는 스티어링 휠을 통해 운전자의 존재를 직접 확인해 자동주행 등에서 지원 기능성을 높인다. 핸드온 감지(HOD) 시스템은 스티어링 휠 전체 면을 통해 운전자가 휠을 잡고 있는지를 인식하고 자동운전 등에 필요한 기본 정보를 확보한다. 또 휠에 내장된 OLED 디스플레이는 운전자의 직접적인 시야 내에 위치해 안전하게 상세한 주행정보를 제공한다.

도심 기동성

ZF 프리드리히샤펜의 스테판 좀머(Stefan Sommer) CEO는 “ZF의 AUV는 도시이동성에 대한 구체적인 해결책을 제시하는데, 차량에 이미 제공되는 기술과 시스템, 이러한 기능과 운전자 혹은 운전자 행태와 환경 간의 네트워크화 및 연결을 통해 언제 어디서나 유용한 데이터를 얻고 활용할 수 있다”며 “연구는 미래 도시이동성 개념을 구체적으로 도출할 수 있는 출발점으로서 특히 TRW 오토모티브 인수를 통해 가능할 수 있었다”고 말했다.

ZF가 AUV로 제안하는 전기차는 일반적인 서브 콤팩트 카에 기반해 전적으로 ZF가 제작한 것이다. 전기 에너지는 프론트 액슬과 리어 액슬의 3개 모듈 내에 하우징된 구동 배터리(16 kWh, 355 V)를 통해 공급된다. 반독립식 리어 서스펜션 eTB는 40kW급 소형 구동부가 좌우 휠에 각각 장착돼 추진력을 제공한다. 이 차량은 기본적으로 도시 교통에 특화된 차량으로, 최대 토크가 1,400 Nm, 최대 회전수가 2만 1,000rpm이다. 최고 속도는 150 km/h다.

ZF 프리드리히샤펜 연구개발 책임 헤럴드 나운하이머(Harald Naunheimer) 박사는 “프론트 액슬에 혁신적 구조를 채택하고 조향 각도를 75도까지 증가시킴으로써 주차나 방향 전환이 매우 용이해졌다”며 휠각도가 수정돼 회전 반경이 6.5 m 미만이어 U턴, 즉 180도 회전을 통상적인 2차선 도로에서도 편하게 할 수 있다”고 설명했다.

ZF는 일반 스트럿 방식 서스펜션 대신 낫 모양의 휠 캐리어에 연결된 2개의 컨트롤 암이 있는 섀시를 채용했고, 이 차축의 운동학적 특성 및 전기 파워 스티어링 시스템의 스티어링 기어 개량으로 큰 조향 각도를 만들어 냈다. 또한 75도의 조향 각도에 대응하기 위해 휠 아치에 충분한 공간을 마련했다.

프론트 액슬의 거동은 토크 벡터링, 즉 구동력을 좌우로 각 바퀴에 독립적으로 분배할 수 있는 순수한 전기 구동 리어 액슬의 지원을 받는다. 이 구조는 ZF의 반독립 리어 서스펜션 eTB를 기반으로 한다. 구동 토크는 2개의 40 kW급 전기 모터와 경량 알루미늄 케이스에 포함된 변속기가 각각의 구동장치에 독립적으로 분배한다. 이에 따라 큰 각도로 회전할 수 있다. 그 결과 약 4m의 좁은 공간에서도 한 번의 움직임으로 쉽게 주차할 수 있다.

원격 자동주차

새로운 프론트 액슬 구성은 AUV에 탑재된 운전자 지원 기능인 SPA와 결합됐을 때 진가를 발휘한다.
이 시스템은 적절한 주차공간 인식을 지원할 뿐만 아니라 병렬, 직각 주차를 완전히 자동화한다. 주차지원의 시작은 전방, 후방, 측면에 장착된 12개의 초음파 센서와 2개의 적외선 센서를 통해 주변을 감지하고 적절한 주차공간을 찾는 것이다. 그러면 전자제어장치가 정보를 처리하고 전기 구동 및 스티어링에 필요한 조향 각도 등 주차 기능과 관련된 모든 계통을 제어한다.

이 주차지원 기능은 장소와 경로를 가능한 한 정확하게 결정하는 것이 중요하기 때문에, ZF는 바퀴 회전수를 이용해 주행거리를 측정하는 방법을 취했다. 운전자는 운전석에 앉아 콘솔에 포함된 태블릿 PC 화면을 통해 지켜보거나 명령을 내릴 수 있고, 차에서 내렸다면 스마트폰이나 스마트워치 등의 모바일 장치를 이용해 주차 기능을 시작할 수 있다. AUV는 보행 속도로 주행하면서 자동으로 주변의 적당한 공간을 찾아 주차 프로세스를 진행한다.

나운하이머 박사는 “SPA를 채택하면서 운전자 편의만을 염두에 둔 것이 아니다.
미래에는 운전자 없이도 차가 주차할 수 있게 되면서 주차공간을 더 효율적으로 사용할 수 있을 것”이라며 “예를 들어 주차장은 문을 개폐할 공간을 계산에 넣지 않아도 되기 때문에 주차 공간이 축소될 것이고, 이에 따라 빈 공간이 보다 생산적으로 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

클라우드의 활용

클라우드 기반 운전자 지원 기능인 PVCA는 AUV의 주행거리, 주행 안전성을 강화한다. GPS에만 의존하는 일반적인 시스템과 달리 ZF 시스템은 지오메트리 데이터와 최대 허용 속도 정보를 이용하는 것뿐만 아니라 모든 주행에 대한 차량 위치, 당시의 주행 속도, 종적, 횡적 가속도에 대한 데이터를 클라우드에 저장한다. 만일 운전자가 동일한 루트를 다시 주행한다면 시스템은 이런 경험 데이터와 실제 주행 변수에 따라, 예를 들어 커브 진입 시 최적의 속도를 계산하고 진입 전에 기계적 브레이크 조작없이 토크를 떨어뜨리는 일련의 제어 지원을 통해 배터리 소모를 줄이고 브레이크 시스템을 보호하며, 특히 전방 시야가 좋지 못한 커브 길에서 안전성을 향상시킨다.
물론 PVCA 시스템이 작동하는 동안 액셀 조작도 가능하다. 페달 조작이 언제나 우선된다.

나운하이머 박사는 “PVCA는 높은 부가가치를 갖는 학습형 시스템으로 주행 때마다 도로상황, 도로 폭, 곡률의 시인성과 같은 중요한 데이터를 축적한다”며 “이러한 데이터를 경험으로 파악함으로써 정확한 주행을 지원한다”고 말했다.

PVCA는 2가지 주행 모드로 돼 있어 운전자 스타일에 맞게 선택할 수 있다. 에코 모드는 연비가 가장 좋아지는 주행 스타일로 커브 접근 시 신속하게 감속이 시작된다. 역동적인 주행을 원하는 경우에는 스포츠 모드를 선택할 수 있다. 연료분사를 억제하는 타이밍은 지연되지만 기계식 브레이크를 사용하지 않고, 회생 브레이크에서 최적의 커브 진입 속도로 인도한다.

나운하이머 박사는 “PVCA는 실주행 뿐만 아니라 클라우드 기술에 의해 축적된 실제 주행 데이터를 분석해 차량 성능을 최적화한다”며 “날씨, 노면 상황 등의 실시간 정보를 시스템에 통합할 수 있고, 네트워크 연결된 다른 차량의 데이터를 사용할 수도 있다”고 말했다.

스티어링 휠을 통한 소통

AUV에 장착된 다기능 스티어링 휠의 림에는 OLED가 설치돼 있다. 림에 설치됐기 때문에 운전자는 디스플레이 정보를 언제나 안전하게 볼 수 있다 . 특히 여기에는 PVCA에 의한 커브 진입 시 감속 토크 , 지점 통과후 가속 토크와 같은 중요 기능 정보가 표시된다.

또한 AUV는 휠의 HOD를 통해 운전자의 존재를 상시 감지한다 . 운전자가 휠을 잡고 있는지를 림 전체에 임베디드된 정전용량식 터치 센서가 감지해 휠에 내장된 전자제어 유닛이 식별 상태 정보를 디지털 신호로 바꿔 LIN 통신을 이용해 차량에 보낸다. 이 신호에 기반해 차는 운전자에게 경고를 보내거나 가능한 운전자 지원 시스템을 활성화한다.

ZF TRW 능동/수동 안전기술 부문 알로이스 시왈드(Alois Seeward) 이사는 “HOD를 통해 우리는 도심주행에서의 러시아워와 같은 상황의 운전부하를 저감하는 자동화된 운전 또는 지원 기능의 기반을 만들고 있다”고 말했다.

이들 지원 기능은, 예를 들어 가다서다를 반복하는 저속주행 상황에서 앞차와 일정거리를 유지하면서 필요에 따라 자동으로 제동하면서 쫓아가도록 하며, 운전자가 휠에서 손을 떼고 있더라도 능동적인 안전성을 확보할 수 있도록 돕는다.

AEM_Automotive Electronics Magazine