운전은 가상에서, 품질은 디지털로···남양연구소의 미래차 실험실

AI·VR 활용 드라이빙 시뮬레이터 도입고도화된 적층제조 기술, 맞춤 부품 생산차세대 SDV 완성도 높이는 통합 검증 시스템

실제 도로를 달리는 듯한 착각이 들었다. 가속 페달을 밟자 눈앞의 도로가 빠르게 밀려났고 코너에 진입하자 몸이 한쪽으로 쏠렸다. 노면의 잔진동까지 전해지는 순간, 이곳이 연구실이라는 사실을 잠시 잊게 된다.

지난 1일 찾은 경기도 화성시 현대차·기아 남양기술연구소. 미래차 개발의 심장부인 이곳에서는 실차보다 먼저 디지털 공간에서 자동차가 달리고, 3D 프린터에서는 금속과 레진이 자동차 부품으로 차곡차곡 쌓여 올라가고 있었다. 설계와 제작, 검증과 시험이 동시에 진행되는 연구소는 조용했지만 쉼 없이 움직이고 있었다.

연구동 곳곳에는 시제품 차량과 각종 부품, 시험 장비들이 빈틈없이 들어서 있었다. 연구원들은 모니터 앞에서 데이터를 분석하거나 시험 장비를 점검하며 분주하게 움직였다. 자동차 한 대가 완성되기까지의 모든 과정이 이곳에서 이어진다.

남양기술연구소는 디자인과 선행 연구, 차량 설계, 주행 시험까지 신차 개발 전 과정을 담당하는 현대차·기아의 핵심 연구 거점이다. 최근에는 SDV(소프트웨어 중심 자동차)와 전동화 시대에 맞춰 디지털 기반 개발 체계를 고도화하는 데 연구 역량을 집중하고 있다.

실차는 필요 없다···진화하는 디지털 주행

드라이빙 시뮬레이터 사진=현대차

가장 먼저 향한 곳은 드라이빙 시뮬레이터 스튜디오였다.

문을 열자 운전석을 중심으로 270도 화면이 시야를 가득 메웠다. 실제 도로를 그대로 옮겨놓은 듯한 화면 속에서 연구원들은 차량의 가속과 제동, 조향 성능을 반복해서 점검하고 있었다.

직접 시뮬레이터에 앉아 페달을 밟자 차량은 실제처럼 앞으로 튀어나갔다. 스티어링 휠을 돌리는 방향에 맞춰 콕핏 전체가 움직였고, 급격한 코너에서는 차체가 기우는 느낌까지 전달됐다. 거친 노면을 지날 때는 미세한 진동이 시트와 핸들을 통해 손끝으로 전해졌다.

남양연구소는 지난해 12월 세계 최초로 3D 그래픽 리얼리즘 기술을 적용한 드라이빙 시뮬레이터를 개발했다. 인공지능(AI)과 가상현실(VR)을 활용해 다양한 도로 환경과 주행 조건을 구현하면서 실제 차량 없이도 성능을 검증할 수 있는 시스템이다.

사진=현대차

정필영 주행성능컨셉개발팀 책임연구원은 "가상 환경에서 차량이나 장착하고자 하는 부품의 특성을 입력하면 곧바로 주행 평가를 할 수 있다"며 "단계별 개발 차량의 실차평가와 드라이빙 시뮬레이터 평가를 병행하고 반복 검증함으로써 차량의 성능과 신뢰성을 한층 높일 수 있다"고 설명했다.

이어 "노면에서 전달되는 미세한 진동까지 실제와 가깝게 구현하는 것이 핵심"이라며 "고객이 느낄 수 없는 미세한 차이까지 구현해야 전문 테스트 드라이버들이 차량을 자유자재로 운전하며 주행 성능을 정밀하게 검증하고 완성도를 높일 수 있다"고 덧붙였다.

시뮬레이터 운전석은 제네시스 G80 양산차를 그대로 옮겨놓은 듯한 모습이었다. 스티어링 휠과 페달, 실내 인테리어까지 실제 차량과 동일하게 제작해 운전자가 이질감 없이 평가할 수 있도록 했다.

실제 같은 주행 환경을 구현하기 위해서는 방대한 데이터 처리도 필수다. 수십㎞에 달하는 도로 데이터를 한 번에 불러오면 시스템이 버티기 어렵기 때문이다. 현대차·기아는 세계 최초로 '지형 서버' 방식을 적용해 차량 주변의 데이터만 실시간으로 불러오도록 구현했다. 초고용량 그래픽 데이터를 사용하면서도 끊김 없는 주행 환경을 구현한 배경이다.

부품 제작부터 전장 검증까지···미래차 시대 앞당긴다

연구동 3층 적층제조솔루션센터(AMSC)의 분위기는 또 달랐다.

유리창 너머에서는 대형 3D 프린터들이 쉬지 않고 움직이고 있었다. 설계 데이터만 입력하면 금형 없이 원하는 형상의 부품을 제작하는 공간이다.

가장 먼저 눈에 들어온 것은 폴리머 광중합셀 설비였다. 액상 레진에 자외선을 쏘아 부품을 만드는 장비로, DLP(Digital Light Processing)와 SLA(Stereolithography) 두 방식이 나란히 배치돼 있었다. SLA 설비는 사람 키를 훌쩍 넘길 만큼 거대한 크기를 자랑했다.

적층제조솔루션 설비 사진=현대차

적층제조 설비 통해 출력된 부품 사진=현대차

DLP 타입의 설비는 UV램프로 액상 레진 레이어에 자외선을 넓게 조사하며 면 단위로 경화시키는 방식이다. 반면 SLA는 레이어를 점 형태의 레이저로 빠르게 조사해 경화한다. 제작 속도는 DLP가 더 빠르고 SLA는 대형 부품을 제작하는데 더 적합하다.

4층으로 올라가자 이번에는 금속 분말을 사용하는 적층 장비들이 모습을 드러냈다. 미세한 금속 분말을 레이저로 녹여 부품을 만드는 방식이다. 여섯 개의 레이저가 동시에 움직이며 복잡한 형상을 정교하게 구현하고 있었다.

바로 옆 전시 공간에는 이 장비로 제작한 커스터마이징 부품과 도어 트림 등이 전시돼 있었다. 출력물은 3D 프린터로 제작했다고 믿기 어려울 만큼 표면이 매끄럽게 마감돼 있었다.

김용욱 매니저는 "세계 최초로 도입된 금속 적층 설비"라며 "모터스포츠 부품처럼 강성과 경량화를 동시에 확보해야 하는 부품은 물론, 기존 방식으로는 구현하기 어려운 얇고 복잡한 형상의 부품도 제작할 수 있다"고 강조했다.

마지막으로 6층에 마련된 제어기 검증 시설인 '노바 랩'을 찾았다. 시험차 제작 후 문제가 발견되면 부품을 다시 탈착하거나 시스템을 업데이트하는 등 수정 작업이 쉽지 않은 만큼 이곳에서 와이어카 등을 통해 각종 시스템을 선행 검증한다. 검증 항목은 회로, 통신, 기능, 진단 4가지로 구성된다.

제어기 검증 시설의 중심에는 와이어카가 자리해 있다. 와이어링과 제어기, 전장 부품을 그대로 연결한 와이어카는 차량 전체의 전기·전자 시스템을 실물 하드웨어로 구현한 검증 플랫폼이다.

검증 셀에서는 와이어카의 테스트가 한창이었다. 시연을 통해 공조, 램프, 시트 기능을 검증했고 화면에는 항목별 정상 여부와 소요 시간이 자동으로 표시됐다. 통합 전원 장치로 저전압, 과전압 등 가혹 조건을 구현하는 시험도 진행했다.

와이어카 테스트 중인 연구원들 사진=현대차

김상연 파이롯트전장제어개발팀 파트장은 "시험차가 제작되기 전, 차량 전체 시스템을 실물로 연결해 기능과 통신, 진단을 검증하는 최초 단계"라며 "완성된 차에서 트림 내부에 위치한 제어기를 탈거하거나 회로를 분석하기 어렵지만, 와이어카에서는 기본 기능들을 훨씬 빠르고 정확하게 검증할 수 있다"고 했다.

그러면서 "실차 제작에 앞서 통신 상태나 제어기 간 충돌 등을 미리 발견하고 개선해 SDV의 완성도를 높이고 있다"고 강조했다.

남양기술연구소를 둘러보며 가장 인상적이었던 것은 자동차 개발 방식이 빠르게 바뀌고 있다는 점이었다. 과거 수차례 실차를 제작하며 반복했던 과정은 이제 가상공간과 디지털 검증으로 상당 부분 대체되고 있었다. 자동차는 도로에 나오기 훨씬 전부터 디지털 세상에서 수없이 달리고 부품은 금형보다 3D 프린터에서 먼저 태어난다. 미래차 시대는 이미 이 연구소 안에서 현실이 되고 있었다.