전동화 시대를 이끄는 현대트랜시스의 핵심은 이곳

전동화 전환의 가속화로 경쟁이 치열해지는 자동차 시장에서 파워트레인 전문 기업 현대트랜시스의 행보가 주목받고 있습니다. 

현대트랜시스는 최근 세계적으로 급증하고 하이브리드차 수요에 대응하기 위해 세계 최고의 효율과 성능을 갖춘 차세대 하이브리드 구동시스템을 독자 개발하고, 주요 생산 거점을 중심으로 생산능력을 확대하고 있습니다. 또한 6월 사우디아라비아의 전기차 제조사 시어(Ceer)사와 전기차구동시스템 공급계약을 체결하며 새로운 성장 동력을 확보했는데요. 모터, 인버터, 감속기가 하나로 통합된 구조의 전기차 구동시스템 역시 자체 역량을 통해 독자 개발한 제품입니다. 

전기차, 하이브리드차 등 다양화되는 시장 니즈에 유연하게 대응할 수 있도록 폭 넓은 전동화 구동 시스템 라인업을 구축해온 현대트랜시스의 개발 전략이 경쟁이 심화되고 있는 글로벌 시장에서도 빛을 발하고 있는 것인데요. 현대트랜시스는 친환경차에 대해 높아진 소비자들의 기대수준을 충족시킬 수 있도록,  새로운 기술개발과 성능 개선에 집중하며 전동화 시장에서의 리더십을 확대하고 있습니다. 

 

그리고 그 중심에 현대트랜시스 화성구동연구센터가 있습니다. 
 

현대트랜시스 화성구동연구센터

현대트랜시스 화성구동연구센터는 2007년 준공 이후, 변속기, 액슬과 같은 내연기관 구동부품부터 전기차 구동시스템, 하이브리드 구동시스템, 전기차 감속기까지 다양한 종류의 파워트레인을 개발해왔습니다. 현재 약 600명의 파워트레인 연구원들이 근무하고 있는 연구소는 15,000평 부지에 1개 연구동과 4개 시험동, 그 밖에 유틸리티 시설을 동시에 갖추고 있습니다.  
   

 전동화 전용시험동인 화성구동연구센터 시험 4동

특히 시험 4동은 전동화 사업을 강화하기 위해 가장 최근 건축된 전동화 전용 시험시설로, 전동화 파워트레인에 시험에 최적화된 다양한 장비를 갖추고 있습니다. 이곳에서 기술 혁신을 향한 집념과 끊임없는 도전으로 전동화 시대를 이끌어가고 있는 전동화시험개발실의 연구원들을 만나보았습니다. 

 

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집요함이 만든 뛰어난 성능과 효율의 전동화 파워트레인

 

전동화 시험동의 전달효율 시험실(Efficiency Test Cell)에서는 하이브리드 엔진에서 발생한 동력을 변속기가 얼마나 효율적으로 구동축에 전달하는지를 측정하고 있었습니다. 이는 하이브리드 변속기의 성능과 효율을 검증하는 시험으로 자동차의 연비와 직결됩니다. 
 

사진에서 보이는 모터는 엔진의 역할을 대신합니다. 모터에서 생성된 동력은 변속기를 통해 주행에필요한 동력으로 변환됩니다. 양쪽에 붙은 큰 모터는 자동차의 전륜 바퀴를 대신하는 역할을 해 실제 주행 상황을 시뮬레이션할 수 있습니다.

 

변속기의 성능 데이터는 모니터를 통해 실시간 확인하고 있습니다. 성능 데이터의 토크 변화를 통해 변속기의 동력 전달 효율성을 구체적으로 파악할 수 있죠. 수집된 데이터를 바탕으로 설계 조직과 협업하여 개선과 평가를 반복합니다.

전동화 시험동에서는 하이브리드 구동시스템 뿐만 아니라 전기차 구동시스템에 대한 전력효율을 포함한 시스템 효율 시험도 진행하고 있습니다. 전기차의 경우 변속기 대신 감속기를 통해 모터의 높은 회전수를 줄여서 구동력으로 전환하는데요. 이 때문에 기존 내연기관 변속기와는 다른 평가 기준이 적용되는 것은 물론, 시험 장비의 구성도 달라집니다. 전기차나 하이브리드차의 시스템은 고전압을 사용하기 때문에 안전과 계측 측면에서 고려해야 할 요소 또한 많습니다. 이를 위해 배터리를 모사할 수 있는 배터리 시뮬레이터나 전력분석기와 같은 정밀 계측 장비도 지속적으로 도입하고 있습니다.

최근 현대트랜시스는 차세대 하이브리드 구동시스템 독자 개발에 성공했습니다. 변속부와 모터부의 기초 성능부터 전달 효율성까지 현대트랜시스가 자체개발한 하이브리드 구동시스템은, P1+P2 타입의 구조로 모터를 2개 적용하여 기존 대비 연비와 출력을 10% 이상 향상시킨 것이 특징입니다. 

전동화 시대로 전환하는 과도기에
현대트랜시스의 강점이 돋보일 수 있는 부분에 집중해
혁신으로 완성한 결과물입니다.
- 전동화 성능시험팀 이재두 책임연구원 -

 

전동화 성능시험팀은 점차 요구 수준이 높아지는 글로벌 전동화 시장에서 고객을 만족시킬 수 있도록 제품 개발 초기부터 높은 목표를 설정하였고, 그 결과 세계 최고 수준의 효율성과 성능을 갖춘 차세대 하이브리드 구동시스템을 개발에 성공할 수 있었습니다. 평가와 개선을 끊임없이 반복해온 연구원들의 집요한 도전이 만든 성과라고 할 수 있습니다. 

차세대 하이브리드 구동시스템 개발은 우수한 전동화 제품을 개발했다는 것에 그치지 않고, 현대트랜시스가 독자적인 전동화 기술 개발 역량을 확보했다는 점에서 더욱 큰 의미를 가집니다. 이번 차세대 하이브리드 구동시스템 개발은 현대트랜시스가 독자 개발 역량을 갖춘 기술 기업으로 거듭나는 계기이자, 새로운 성장의 변곡점이 될 것으로 기대됩니다.  

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친환경 자동차의 가치를 높이는 탁월한 내구성
 

 

전동화 신뢰성 시험팀은 현대트랜시스가 개발하고 생산하고 있는 모든 파워트레인들에 대한 내구 평가를 진행하고 있습니다. 그 중 하이브리드 엔진과 변속기를 장착하여 내구 테스트를 진행하고 있는 전동화 시험동의 버추얼 비히클 시험실 (Virtual Vehicle Test Room)을 살펴봤습니다.  

자동차를 구매할 때 제조사는 보통 보증기간을 둡니다. 3년에 6만km, 5년에 10만km 같은 내용들입니다. 이 정도는 제조사가 보증할 수 있을 만큼 제품의 내구성에 자신이 있다는 말입니다. 변속기, 감속기와 같은 동력전달장치의 경우 별도의 보증기간을 둘 정도로, 내구성은 파워트레인의 성능을 평가하는 매우 중요한 척도입니다. 현대자동차그룹의 경우 친환경차의 지속가능성을 확대하기 위해 전기차와 하이브리드차의 품질보증기간을 별도로 지정하고 있습니다. 전기차 동력전달 부품의 경우 10년에 16만km, 하이브리드차 동력전달 부품의 경우 10년에 20만km입니다. 

현대트랜시스는 이처럼 전동화 파워트레인에 대한 높은 내구성 기준을 충족시키기 위해 혹독한 시험을 진행하고 있습니다. 짧은 시간 안에 파워트레인의 수명을 확인하기 위해, 가혹한 조건에서 반복적인 테스트를 진행하는 것인데요. 시험실 안에서는 24시간 내내 엔진과 변속기가 작동되고 있었습니다. 예컨대 일상 주행 중에는 액셀러레이터를 끝까지 밟는 일이 거의 없지만, 내구 평가 시에는 이를 수백, 수천 번 반복하며 내구 한계를 확인하는 시험을 진행하는 것입니다. 평균적으로 1년에 한 번씩 교환하는 엔진오일을 1주일에 한 번씩 갈아야 할 정도라고 합니다.  

 

지금의 자동차는 기계 부품의 집합체보다는 정밀한 전자 기기에 가깝습니다. 자동차의 각종 영역을 컴퓨터로 정밀하게 제어하기 때문입니다. 화성구동연구소에서도 차량을 제어하는 ECU(Engine Control Unit), TCU(Transmission Control Unit), VCU(Vehicle Control Unit) 등 다양한 제어기를 실제로 가동하며 파워트레인 테스트를 진행하고 있습니다. 특히 하이브리드 구동시스템은 OPU(Oil Pump Unit), HPCU(Hybrid Power Control Unit)처럼 내연기관보다 많은 제어기가 필요하기 때문에 더 정밀하게 데이터를 계측해야 합니다.  

하이브리드 구동 부품을 테스트할 때는 제어기 냉각수 라인도 별도로 필요합니다. 또한, 고전압 배터리의 SOC(State of Charge, 배터리 충전 상태)에 따라 모터의 출력 수준이 달라질 수 있기 때문에 한층 꼼꼼한 테스트 환경이 수반돼야 하죠. 사이클별로 동일한 테스트 환경을 유지하는 것이 중요한 이유입니다. 

수집된 모든 데이터는 시험실 밖의 모니터를 통해 실시간으로 나타납니다. 가속 페달을 밟고 엔진 회전수가 올라감에 따라 변속기가 어떻게 작동하는지 정밀한 상태를 하나하나 체크할 수 있습니다. 하이브리드 변속기는 전기 모터와 함께 작동하기 때문에 계측 데이터를 더욱 꼼꼼하고 정밀한 분석이 필요합니다. 
 

전동화 신뢰성 시험팀은 최근 SOC(State of Charge, 배터리 충전 상태) 및 전압 강하 모델 구현을 위한 BTS(Battery Test System) 환경을 구축했습니다. 실제 차량 주행 중 SOC가 감소하는 것은 자연스러운 현상이지만 이 상황을 내구 시험 셀 안에서 재현하는 건 불가능했습니다. 이를 극복하기 위해 실제 도로 데이터를 기반으로 SOC 및 전압 강하 모델을 개발한 겁니다. SOC가 부족하면 모터의 파워를 제한해 내구 시험 중 변속기에 가해지는 부하를 줄일 수 있습니다. 덕분에 현대트랜시스가 자체 개발한 하이브리드 구동시스템도 내구 시험 개발 비용을 크게 줄일 수 있었습니다.

파워트레인의 내구성은 자동차의 신뢰성과 직결되기 때문에, 
이를 철저히 검증하는 것이 전동화 신뢰성시험팀의 주된 목표입니다.
- 전동화 신뢰성시험팀 윤여훈 연구원 -

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전동화 차량만의 쾌적한 승차감을 완성시키는 NVH 개발  
 

차량 주행 중 발생하는 소음과 진동은 승차감을 좌우하는 중요한 요소입니다. NVH는 소음(Noise), 진동(Vibration), 불쾌함(Harshness)을 뜻하는 것으로, 현대트랜시스의 NVH개발팀은 파워트레인에서 발생하는 소음과 진동을 분석하여 개선하는 업무를 담당하고 있습니다. 

외부 소음과 진동을 철저히 차단한 무향실(Anechoic Chamber)에서는 아주 미세한 소음 하나까지 잡아낼 수 있습니다. 이 무향실의 특징은 고출력 모터의 NVH 테스트를 위해 고전압 파워 서플라이어를 갖춘 것입니다. 모터로 구동되는 상태에서의 소음과 진동을 계측하기 위한 세팅이죠. 엔진만 구동할 때, 엔진과 모터가 함께 구동할 때 등 다양한 상황의 시뮬레이션으로 통해 종합적인 평가와 개선을 진행하고 있습니다. 

NVH는 탑승자가 느끼는 승차감, 정숙함과 같은 주행 감성과 직결되기 때문에 더욱 섬세한 개발이 필요한 영역입니다. 소음과 진동을 억제하다 보면 성능에 영향을 줄 수도 있기 때문에, 승차감과 성능 사이에서 소비자를 만족시킬 수 있는 최적의 균형점을 찾는 것이 중요합니다.  

 

 

내연기관차와 하이브리드차, 전기차는 각 특성이 다른 만큼 NVH의 평가 기준도 다릅니다. 내연기관 변속기의 경우 기어의 작동 과정에서 소음과 진동이 발생한다면, 하이브리드는 엔진과 구동 모터가 같이 사용되는 복합적 구조가 원인이 되기도 합니다. 전기차의 경우 더욱 강한 파워를 쓸 수 있도록 모터의 회전수를 높이는 고속화 설계가 트렌드로 자리잡았는데요. 이러한 고속화, 고전압 트렌드에 따라 고주파 소음이 발생할 수 있습니다. 이렇듯 전동화 전환에 따라 차량의 주행조건별 파워트레인 소음 원인을 분석하고 개선하는 것은 물론, 소음 품질 강건화 개발이 현대트랜시스 NVH 개발팀의 핵심 업무라고 할 수 있습니다.

변속기만 잘 만드는 기업도 있고, 전기차 구동 시스템만 잘 만드는 기업도 있습니다.
하지만 내연기관부터 하이브리드, 전기차 구동시스템에 이르기까지
각 파워트레인에 최적화된 NVH 평가기준을 가지고
그 기준에 따라 평가할 수 있는 기업은 흔치 않습니다.
저희 NVH개발팀이 자부하는 현대트랜시스만의 차별화된 경쟁력이라 할 수 있죠.
- NVH개발팀 백성환 책임연구원 -

 

 

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전동화 자동차의 완성도를 높이는 실차 시험 

 

개별 부품의 성능이 우수하다 해도 실제 차량에 장착되면 얘기가 달라집니다. 자동차는 수많은 부품이 상호작용하는 복잡한 기계이기 때문입니다. 파워트레인의 성능과 효율을 검증하기 위한 마지막 평가는 바로 차량시험 평가입니다. 

전동화차량 성능 개발팀에서는 현대트랜시스가 개발한 파워트레인 부품을 실제 차량에 탑재하여 시험을 진행하고 있습니다. 실차 시험실에서는 에너지소비효율(연비 및 전비)평가, 그리고 차량이 운전자의 의지에 따라 충실하게 움직이고, 그에 따른 성능에 이상이 없는지 등의 운전성 평가를 합니다. 또한, 시험 차량에 탑재된 현대트랜시스 제어기의 고유 기능을 실차에서 검증하고, 차량 성능 제어기들간의 협조제어가 제대로 구현되는 지도 평가합니다. 차량 가속 페달 조작에 따른 파워트레인의 구동 성능과 에너지 전달 효율, 문제점을 종합적으로 테스트하고 있는 셈입니다. 
공도 테스트에는 한계가 있기 때문에 시험실 내에 실제 주행 환경과 유사한 조건을 만들어 시험을 진행하고 있습니다. 타이어가 롤러 위를 계속 도는 동안 에너지소비효율(연비 및 전비)를 측정하는 것입니다. 테스트 과정에서 수집되는 모든 데이터는 연구소 내 설계, 성능, 제어를 담당하고 있는 팀들과 협업하며 제품을 개발하는 밑거름으로 활용됩니다. 

  

전동화 시험동의 실차 시험실에서는 전기차구동시스템의 수주대응을 위한 전기차 벤치마킹 테스트가 진행중이었습니다. 모든 실차 시험이 가능한 크기와 규모를 갖춘 이 시험실은 투 휠(Two Wheel)과 포 휠(Four Wheel), 2개의 시험셀을 통해 전륜/사륜 등 다양한 구동 방식의 실차 테스트를 진행할 수 있습니다. 

차량 앞에 설치된 거대한 팬은 차량이 주행할 때 맞바람이 저항을 일으키는 상황을 시뮬레이션하는 용도입니다. 팬은 휠 속도와 연동돼 있어 휠이 빠르게 움직이면 그에 맞춰 강한 바람을 만들어냅니다. 주행 중 발생하는 공기 저항을 포함한 테스트를 진행하기 위한 용도입니다. 
 

운전석에는 운전자를 대신하여 드라이빙 로봇이 가속 페달을 밟는 역할을 하고 있었습니다. 실제 운전자와 같이 가속 및 브레이크 페달, 기어 변속까지 모두 조작이 가능합니다. 반복적인 동작을 통해 차의 속도, 엔진/모터 회전수, 토크 등 종합적인 데이터를 수집하는 것입니다. 전동화 차량성능개발팀은 이러한 데이터를 바탕으로 고객의 다양한 요구사항을 충족시킬 수 있을 때까지 연구소 내 다양한 부문과 협업하며 파워트레인의 성능을 꾸준히 개발해 나갑니다.  
 

 

저희가 하는 일이 소비자에게 전달되기 전 마지막 테스트기 때문에
늘 신경이 곤두서 있을 수밖에 없습니다.
내 가족이 탄다는 생각으로 테스트에 성실히 임하고 있습니다.
- 전동화 차량성능개발팀 한긍희 책임연구원 -

 

 

연구원들의 이런 엄격한 책임감이 우리가 일상에서 당연하게 누리고 있는 기술의 편의로 이어지는 것이겠죠.  전동화 차량 성능개발팀은 선행 제품에 대한 검증은 물론이고, 양산품질 개선을 위한 평가, 경쟁사 차량의 벤치마킹까지 다각적인 차량 시험 평가를 진행하고 있습니다. 지금 이 순간에도 끊임없이 발전하고 있는 전동화 파워트레인 기술의 특성 상, 기존 고객을 만족시키는 것을 넘어 시장이 기대하는 것 이상의 성능을 개발하기 위한 노력입니다.  

 

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전동화 기술 혁신을 위한 연구소의 노력은 최근 글로벌 성과로 이어졌습니다. 지난 6월 현대트랜시스는 시어(Ceer)사와 3조원 규모의 전기차 구동시스템 공급 계약을 체결한 것인데요. 현대트랜시스의 전동화 제품을 현대자동차그룹이 아닌 글로벌 완성차 기업에 공급하는 첫 사례로 의미가 깊습니다. 

최근까지 내연기관 변속기를 생산하며 축적해온 기술 경쟁력을 바탕으로 하이브리드 시장에서 저변을 넓혀왔다면, 이번 전기차 구동시스템 글로벌 수주는 전기차 시장에서 현대트랜시스의 입지를 강화하는 계기가 될 것으로 보입니다. 

이 외에도 현대트랜시스는 EV, FCEV, HEV, PHEV까지 모든 친환경 차량에 대응 가능한 전동화 구동 시스템 라인업을 구축함으로써 전동화 시장 변화에 유연하게 대처할 수 있는 차별화된 경쟁력을 입증해내고 있습니다. 이는 고객의 요구에 세심히 귀 기울이며 하이브리드 시스템 기술과 전기차 시스템 기술을 모두 확보해 온 결과물이기도 합니다.

 

앞으로도 고객 중심의 기술 개발과 끊임없는 혁신으로 전동화 시대를 이끌어갈 현대트랜시스의 모습을 기대해주시기 바랍니다.