자동차전장분야관련부품소개

자동차업계는 경쟁심화, 환경규제 강화 등에 대해 IT를 적용하여 편리성,안전성을 혁신하는 차별화 수단으로 활용하고 있다. 각국 정부의 안전용기기 및 센서 장착 의무화와 환경 규제도 자동차의 전자화를 촉진한다.이러한 자동차 전자화 추세에 발맞추어 전자부품 수요가 급속히 증대되고 있으며, 차체 내에 사용되고 있는 전자부품은 가볍고 작아지면서도기능에 있어서는 더욱 정확한 전자제어 시스템들이 점점 늘어나고 있는추세이다. 앞으로 자동차산업은 ASV(Advanced Safety Vehicle) 등첨단 안전차 및 하이브리드카에 이어 차세대 연료전지차 등 미래 친환경차가 주도권을 장악할 전망이다. 본 고에서는 첨단 안전차 및 미래 친환경차에 핵심이 되는 전장부품을 중심으로 설명하고자 한다.

가. ASV(Advanced Safety Vehicle, 첨단안전차량)

ASV는 자동차의 사고를 미연에 방지할 수 있는 각종 지능형 안전기술을차량에 적용하여 운전자의 주행 안전성과 편의성을 극대화시킨 인공지능형 첨단 안전차량이다. 차량의 핵심모듈 및 시스템의 지능화와 도로-차량 운 기술의 연계를 통해 차량 안전도 향상과 사고 예방이 가능하다.

국내업체 중 현대모비스에서는 현재 상용차량에 적용하는 ASV 개발품목으로 초음파센서, 차선이탈경보, 시스템ECU, 전동안전벨트, Combo센서, 보조제동등, 후방카메라, 사각지역감시카메라, 전방카메라, 조향 액츄에이터, 레이더 등의 개발을 추진하고 있다.

나. HEV(Hybrid Electric Vehicle, 하이브리드자동차)

HEV는 하나의 자동차에 2종류 이상의 엔진을 장착한 자동차로 기존휘발유, 디젤 등의 내연기관 엔진과 전기모터를 동시에 장착한다. 출발 등 저속 주행시 전기모터를 사용하고 높은 출력이 필요할 경우 내연기관 엔진을 가동시키는 방식이 주류이다. 하이브리드 자동차 기술은 엔진, 모터, 이차전지, 초소형 모터, 촉매, 연료전지 등 매우 다양한분야의 부품 및 자동차 기술을 필요로 하고 있어, 전후방 효과가 매우크다. HEV는 내/외연기관을 혼용하여 사용하기 때문에 일반 자동차에서 사용하는 부품들 대부분이 그대로 사용되며, 배터리 및 배터리콘트롤러, 인버터,안전회로(SafetyCircuit), 전기코터, 회전속도 감지센서(모터) 등의 전기 구동부품이 추가되는 형태를 가진다.

<그림 1> 첨단 안전차량(ASV)의 기능 자료 : Fortune

<그림 3> 하이브리드차와 기존 자동차와의 비교

<그림 2> 현대모비스의 ASV 개발 품목

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□배터리시스템일반 자동차가 시동 시의 잠시 동안과 액세사리(오디오, 전조등 등) 등의 구동에 그치는데 반해, HEV는 주행시 동력을 직접 공급하기 때문에 용량 및 충-방전 특성에 큰 차이가 있다. 일반 납 축전지는 메모리

효과로 인해 완전방전시 전기 저장능력이 급격히 떨어지는 단점이 있어, 상대적으로 특성이 우수한 NiMH 전지가주로 사용된다. 배터리 ECU는 감지부와 제어부로 구성

되어 있는데 감지부는 HEV 배터리 시스템의 온도와 전압을 감지하는역할을 하며, 제어부는 감지한 데이터를 기반으로 충전상태와 온도를제어한다.

□Power Control Unit(PCU) : DC/AC 인버터, DC/DC 컨버터DC/AC 인버터는 배터리의 DC 전압을 전기모터용 AC로 변환하는장치를 의미하고, DC/DC 컨버터는 배터리의 DC 전압을 12V(일반자동차용 액서사리 구동을 위한 전압)으로 낮추어주는 장치이다.

다. FCV(Fuel Cell Vehicle, 연료전지차)

FCV는 내연기관자동차의 동력변환장치에 해당하는 엔진을 연료전지로대체함으로써 연료전지에서 생산된 전기로모터를 구동시켜 주행하는 자동차이다. 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 직접 전기를 얻기 때문에 기존의 내연기관이 갖는열역학적인 제한을 받

지 않아 자동차의 평균 운전 역에서 내연기관자동차보다 2~3배의 높은 효율을 갖고 있으며, 수소를 이용하는 기술이기 때문에 내연기관차와비교해 유해물질은 물론 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 전혀 배출하지 않는 무공해자동차이다. 연료전지는 생긴 모양은 일반 차량배터리와비슷하나, 일반 차량배터리는 전기를 저장했다가 꺼내 쓰는 방식임에 반해 연료전지는 스스로 전기를 만들어 내는 발전장치라는 근본적인 차이가 있다. 차량에 탑재된 연료전지 속에 수소(H)를 넣어 공기 중의 산소(O)와 결합시키면 화학반응을 일으켜 물(H2O)이 만들어 지고 전기가 발생하는데, 이 전기를이용해 전기모터를돌려 자동차를 움직일수있다. 연료전지자동차는 크게 엔진에 해당하는 연료전지 스택, 수소저장장치, 연료전지의 최적운전에 필요한 각종운전장치, 전력변환장치, 구동계(모터 및 감속기) 그리고 이들을 제어하는 제어장치 등으로 구성된다. 기술개발 측면에서 연료전지자동차 기술은 연료전지 스택기술 발전과 수소저장기술 발전으로 구분된다.

□연료전지스택최근 연료전지 스택의 초기성능, 즉 출력도는 크게 향상되

었고 -20℃의 냉시동이 확보되는 등 연료전지자동차의 실용화에 한층 더 근접되었다고 평가되고 있다.

□수소저장장치연료전지 스택기술과 더불어 연료전지차량의 1회 충전 주행거리를 확보하는 중요한 장치로, 2001년 현대차에서 350기압 고압저장용기를최초로 적용한 이후 대부분의 회사가 350기압의 고압수소저장시스템을 채택하고 있다.

[참고문헌]

[ 1 ] ASV의 기술동향 및 개발현황, ETRI 정책보고서. 2006. 10월[2 ] 하이브리드카의 기술동향 및 개발현황, ETRI 정책보고서. 2006. 10월

자동차전장분야관련부품소개

<그림 4> HEV용 배터리 시스템 구성도

<그림 5> HEV용 주요 전장품

<그림 6> 도요타 하이브리드카와 연료전지차

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<그림 7> 수소에너지의 작동원리

<그림 8> 연료전지 스택의 구조

● 차량추돌경보시스템, 차선이탈경보시스템첨단안전차량(ASV)의 대표적인 핵심기술로서, 차량추돌 경보시스템은 전후방 차간거리 감지 레이더로 앞차와 뒷차의 거리를 감지하여 추돌할 가능성이 생길경우 이를 운전자에게 알려주는 기술이며, 차선이탈 경보시스템은 차선이탈 감지카메라로 자동차의주행차선을 계속 체크하고 있다가 차선이탈이 예상되면 경보음으로 운전자에게 알려준다.

● ACC(Adaptive Cruise Control: 지능형순항제어)ACC는 자동차가 정속을 기준으로 주행중 센서를 활용하여 감지하는 도로상황에 대한 실시간 정보를 자동차의 전자제어부(ECU)로 연결하여 매 순간 안전상황을 확보하기 위한 조치를 자동으로취한 후, 다시 정속주행으로 복귀할 수 있도록 제어하는 첨단 자동차 주행용 안전장치이다. 차량의 속도뿐만 아니라 전방차량과의 거리를 자동으로 제어함으로써 차량주행의 안전성과 운전자의편의성, 그리고 도로의 이용효율을 높인다.

● DZWS(In-Vehicle Dilemma Zone Warning System: 차내경고시스템)신호제어기의 신호변경 정보를 DSRC(Dedicated Short RangeCommunications)를 통해 실시간으로 차량 내 단말기에 전달하여 운전자로 하여금 딜레마구간에서의 의사결정을 안전하게 내릴

수 있도록 유도한다.녹색잔여시간 정보를 유선을 통해 노변안테나로 전송하는

‘신호제어기’, 제어기로부터 수신한 정

보를 무선으로 차내단말기로 송신하는‘노변안테나’, 노변장치로부터 수신한 정보와 속도를 분석하여 경고음과 LCD 그래픽을 표출하는‘차내장치’로 구성된다.

● PCS(충돌예방안전)전방장애물과의 충돌을 예측하고 충돌위험에 따라 전동안전벨트를제어하는장치

● ESP(Electronic Stability Program: 전자안전프로그램)차량자세에 연계하여 안전성을 확보할 수 있는 첨단 제어장치. 자동차에서, 커브길이나 빙판길에서 갑작스러운 장애물 출현 시 자동차의 바퀴, 조향 휠, 차제 중심에 장착된 다양한 센서를 통해브레이크를 밟지 않아도 자동으로 차량을 제어, 좌우 미끄러짐을방지하는 전자식 주행 안정성 프로그램

● AFS(배광가변전조)커브및교차로에서차량진행방향과연동시켜전조등의조사각을조절하는장치로핸들을돌리면그의방향에따라움직여지는헤드라잇

● UWS(전후방감지)주차시 운전자에게 장애물의 유무를 경보하는 장치

● FRMS(전후방모니터링시스템)주차시 카메라로 전측방과 후방의 사각지역을 모니터링하는 장치

● LDWS(Lane Depature Warning System: 차선이탈경보)전방도로 상의 화상처리를 통하여 차선이탈 여부를 판단/경보하는 장치

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● APS(Automatic Parking System: 자동주차보조)주차를 자동으로 수행하여 운전자의 편의성을 향상시키는 장치

● LCDAS(Lane Change Decision Aid System: 차선변경결정시스템)후방 및 측면차량의 충돌가능성과 동일 차선을 운행하던 후방차량이 차선을 변경하려고 할 때 운전자에게 경고하는 시스템

● LKS(Lane Keeping System: 차선유지보조)차선 이탈시 조향 액츄에이터(Actuator)를 이용하여 주행차선을유지하는 장치

● Full 방식과Mild 방식하이브리드 자동차(HEV)는 일반적으로 가솔린, 디젤엔진과 같은내/외연기관 엔진과 전기모터를 동시에 장착한 형태가 대표적으로 전기모터의 역할에 따라 Full 방식과 Mild 방식으로 구분한다.Full 방식은 시동과 저속 운행시 연료소비 없이 전기모터에 의해구동이 이루어지는 방식이고, Mild 방식은 평상시에는 내/외연기관으로 주행하며, 급가속과 같이 추가동력이 필요한 경우에만 전기모터를 사용하는 방식이다.

● HEV의구동방식 : 직렬, 병렬, 직/병렬결합방식

직렬방식은 내/외연기관 엔진이 발전기를 구동시켜 배터리를 충전시키고, 모터의 구동은 발전기와 배터리를 통해 발생된 전기를이용하는 방식이다. 병렬방식은 주 동력계가 엔진과 전기모터로서, 축전지로부터 구동력을 얻는 전기모터와 엔진 모두에 연결된동력전달장치(Transmission)를 거쳐 각각 독립적으로 구동축을작동시키는 방식이다. 현재 대부분의 HEV는 병렬방식을 채택하고 있다. 최근 도요타는 직렬방식과 병력방식을 결합시킨 듀얼방식의 THS(Toyota Hybrid System)를 채택하여 엔진과 전기모터등 상호작용을 최적화하고 있다.

● Inverter(모토구동및변환용)직류전력(DC)을 교류전력(AC)으로 변환하는 장치(역변환장치)이

다. HEV 차량에는 50 kW급 이상의 대용량 인버터 기술이 필요하며, 고용량이면서 소형/경량화, 신뢰성 확보가 중요하다. 인버터는 컨버터, 제어유닛 등과 통합하여 모듈화 가능하다.

● IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),RBS(Regenerative Braking System)IGBT와 RBS는 HEV차량에 사용되는 장치이다. IGBT는 대전력스위칭 및 제어용 파워모듈(인버터용)이다. 배터리 출력전압을 높이거나 이를 모터 구동을 위해 DC를 AC전력으로 변환하는 역할을 하는 장치로 전환된 전류가 크기 때문에 발열량 최소화가 중요하다. RBS는 브레이크(Foot Brake) 및 엔진 브레이크 사용시 전기모터를 발전기로 사용하고, 자동차의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리에 저장하는 장치(Stroke Sensor, 브레이크제어 ECU, 액츄에이터로 구성)이다. 이 장치는 주로 가속과 감속을 반복하는 저속 시내주행시 연료 효율을 높이는데 효과적이다.

● Converter(컨버터)신호 또는 에너지의 모양을 바꾸는 장치이다. 신호변환의 경우에는 흔히 트랜스듀서센서(transducer sensor)라고 하며, 전력분야에서는 교류와 직류간의 변환, 교류의 주파수 상호변환 등을 하는장치를 말한다. 좁은 뜻으로는 교류 직류의 변환을 컨버터, 직류

교류의 변환을 인버터(inverter), 어느 주파수에서 다른 주파수로의변환을사이클로컨버터(cycloconverter)라고하여구별한다.

● Power Train(동력전달장치)파워트레인은보통엔진(Engine)과변속기(Transmission)만을말하는 것이지만 구동축(Driveshaft), 차동장치(Differential) 등을 포함하는 광의의 뜻도 갖는다. 자동차의 엔진에서 회전력을 발생시키는 과정부터 그 발생된 힘을 바퀴에 전달하기까지 사용되는 모든 자동차의 구성요소를 일컫는다. 엔진의 구동력을 끊거나 이어주는 클러치,스피드에 맞게 엔진동력을 선택하는 변속기, 변속기와 종감속기어사이에 설치되어 변속기의 출력을 종감속기어에 전달하는 추진축,종감속기어와차동장치로구성된다.

● Torque Converter(토크컨버터)파워트레인의 주요 부품으로 임펠러, 터빈, 스테이터로 구성되어있고, 그 내부에는 오일이 채워져 있다.

[참고문헌]

[ 1 ] ASV의 기술동향 및 개발현황, ETRI 정책보고서. 2006. 10월[2 ] 하이브리드카의 기술동향 및 개발현황, ETRI 정책보고서. 2006. 10월

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