기아의 플래그십 세단인 K9이 페이스리프트 모델로 돌아왔다.
세밀하게 다듬어 품격을 높인 디자인, 안락한 주행 경험, 승객의 편의성과 안전을 위해 새롭게 적용한 첨단 기술 등 다채로운 특징이 가득하다.
하지만 이번 K9에 담긴 변화 중 유독 눈길을 끄는 기술이 있다.
그건 바로 내비게이션 정보와 전방 레이더 및 카메라 정보를 활용해 전방 도로 상황에 맞게 최적의 기어로 변속하는 전방 예측 변속 시스템이다.
변속기 제어에 내비게이션 정보를 활용한 사례는 과거에도 있었지만, 전방 레이더와 카메라 정보까지 종합적으로 활용한 변속 기술은 K9에 적용된 것이 세계 최초다.
전방 예측 변속 시스템은 굽잇길, 내리막길, 과속 카메라 및 과속 방지턱 등을 통과하기 전 미리 기어를 내려 안전하고 편리하게 통과할 수 있도록 도와준다.
이뿐 아니라 앞차와 가까워질 때는 안전한 차간 거리를 자동으로 유지할 수 있도록 변속하고, 고속도로에 진입할 때는 교통 흐름에 수월하게 합류할 수 있도록 가속 성능을 높여주기도 한다.
여러모로 운전자를 이롭게 해주는 변속 기술이라고 할 수 있다. 전방 예측 변속 시스템의 개발을 주도한 현대자동차그룹 선행기술원 전병욱 연구위원을 만나 해당 기술의 구체적인 성능과 특징, 현대차그룹의 미래 변속 기술에 대한 이야기를 나눴다.
참고로 전병욱 연구위원은 지난해까지 남양기술연구소 지능화구동제어리서치랩의 수장으로 근무했고, 올해 초 미래 모빌리티 혁신 기술 개발을 주도하는 선행기술원으로 자리를 옮겼다.
Q. 전방 예측 변속 시스템이란 구체적으로 어떤 기술이며, 어떤 알고리즘을 거쳐 변속을 제어하는가?
전방 예측 변속 시스템은 내비게이션 정보와 전방 레이더 및 카메라의 신호를 활용해 전방의 가·감속 상황을 예측하고 미리 최적의 기어로 변속하는 기술로, 운전의 편의성과 주행 안정성을 제공한다.
이 기술은 전방 도로의 곡률과 기울기, 도로의 각종 이벤트, 전방의 교통 흐름을 판단한 뒤 자동차의 속도가 앞으로 어떻게 변해야 하는지 예측함으로써 목표 속도에 맞춘 최적의 기어를 미리 결정하는 원리다.
전방 예측 변속 시스템을 구현하기 위해서는 TCU(Transmission Control Unit, 변속기 제어 장치)가 내비게이션, 레이더, 카메라와 같은 전방 인식 장치와 연결돼야 하며, 센서 신호를 전방 상황으로 변환하는 디코딩 알고리즘이 필요하다.
이와 같은 상황 판단 기술과 더불어 주행 상황에 가장 적절한 기어를 결정하는 예측 변속 기술 등 지능화된 제어 소프트웨어 기술이 시스템의 핵심이라고 할 수 있다.
내비게이션의 경우 도로의 구배와 곡률을 포함하는 정교한 3차원 지도 정보를 사용하고, 지도의 신호 송출 속도 역시 실시간 변속 제어에 사용하기 충분하도록 빠르게 업그레이드됐다.
내비게이션은 주로 도로의 기울기 및 곡률과 같은 형상 정보, 예상 주행 경로, 도로의 제한 속도, 과속 방지턱, 교차로 등의 각종 도로 이벤트 정보를 송출한다.
전방 레이더와 카메라를 통해서는 전방 차의 주행 속도, 자차와의 상대 속도, 차간 거리, 차선 이탈 정보 등 전방의 종합적인 주행 상황을 판단한다.
특히 최근 출시된 신차의 경우 OTA(Over The Air, 무선 업데이트) 기능을 통해 내비게이션의 지도 정보가 자동 업데이트되므로, 전방 예측 변속 시스템도 최상의 성능을 계속 유지할 수 있다.
Q. 최근의 변속 기술은 더 이상 발전의 여지가 없을 만큼 완성도가 뛰어나다. 전방 예측 변속 시스템을 새롭게 개발한 이유가 궁금하다.
기존의 자동 변속 기술은 주로 차의 속도와 운전자의 가속 페달 조작 등에 따라 정해진 변속 스케줄 대로 기어를 결정한다.
이 방식은 일반적인 주행 상황에서는 전혀 문제가 없지만, 도로 형상이 급격하게 변하거나 앞차의 가·감속이 빈번히 발생하는 상황에서는 그 조건에 맞는 최적화가 필요하다.
이에 따라 내비게이션, 레이더, 카메라 신호를 변속 알고리즘에 접목함으로써 숙련된 수동변속기 운전자와 유사한 ‘인지-판단-실행’의 3단계 제어 기술을 구현했다.
아울러 실제로 있을 법한 다양하고 복합적인 주행 상황에 대응하는 지능적인 제어 로직을 적용했다.
내리막 와인딩 도로에 과속 방지턱이 있거나 코너링 중에 전방차와 가까워지는 경우처럼 복합적인 상황에서 모든 요소를 고려해 가장 합리적인 기어를 선택하도록 하는 식이다.
특히 전방 예측 변속 시스템은 변속 제어에 국한하지 않고 전기차나 앞으로 등장할 자율주행차까지 충분히 적용할 수 있는 기술이다.
K9을 통해 예측형 구동 제어 기술을 양산차에 처음 적용함으로써 차의 구동 성능과 에너지 효율을 극대화할 수 있는 중요한 기술적 교두보를 확보했다는 의미가 있다.
Q. 전방 예측 변속 시스템을 활용했을 때 운전자가 얻을 수 있는 혜택은 무엇인가?
운전자에게 가장 큰 혜택은 운전의 편리함과 주행 안정성이다.
일상 운전에서 마주치는 다양한 상황에서 브레이크와 가속 페달의 조작 빈도를 줄여주고 변속을 통해 부드러운 가·감속을 유도하기 때문에 운전의 스트레스가 줄어들 수 있다.
아울러 도로와 운전 조건에 따라서 브레이크 시스템의 열화를 줄이고 실도로 연비를 개선하는 효과도 얻을 수 있다.
가령 커브길 주행의 경우 경기도 포천 산정호수 일대에서 테스트한 결과, 총 3km의 구간에서 변속 횟수는 약 43%, 브레이크 페달 조작 빈도는 약 11% 줄어드는 효과가 있었다.
강원도 구룡령 일대의 긴 내리막길에서는 브레이크 사용 빈도가 무려 39%나 줄었다.
고속도로 본선 합류점에서 가속 시 자동으로 스포츠 모드가 작동해 가속 성능이 약 28% 높아졌고, 과속 카메라 앞이나 전방 차를 추종하는 경우 불필요한 가·감속을 줄여줘 운전 스트레스가 크게 경감되는 효과가 있었다.
Q. 전방 예측 변속 시스템은 여러 주행 모드 중 스마트 모드에서만 활성화되는데 이렇게 세팅한 이유는 무엇인가? 또한, 전방 예측 변속 시스템에도 운전자의 성향이 반영되는가?
일반적으로 주행의 3 요소라고 하면 운전자, 도로, 교통 관점으로 요약할 수 있다.
기존의 스마트 모드는 운전자의 습관과 의지를 학습해 운전 성향에 따라 차의 가·감속 특성을 차별화하는 기능을 제공했다.
이번에 전방 예측 변속 시스템을 스마트 모드에 적용하면서 운전자의 성향뿐만 아니라 도로 상황 및 교통 흐름에 특화된 스마트 모드의 초기 청사진을 완성한 셈이다.
즉, 주행의 3 요소를 모두 완성한 것이라고 할 수 있다.
K9에 적용한 전방 예측 변속 시스템에는 아직 운전 성향과 연동되는 기능은 없다.
물론 미래에는 개인의 운전 성향과 연동하는 기술을 적용할 계획이다.
전방 예측 변속 시스템이 운전자의 주행 성향과 연동해야 하는 필요성은 저마다 다양한 주행 상황에 대응하는 습성이 다르고, 예측 변속이 개입하는 강도에 따라 개인별로 다르게 체감할 수 있기 때문이다.
이 때문에 K9의 경우 대부분 운전자들이 이질감을 느끼지 않을 수준으로 성능을 제한했지만, 미래에는 도로나 교통 상황에 따라 운전자마다 더욱 차별화된 개인화 성능을 경험할 수 있을 것이다.
Q. 전방 예측 변속 시스템이 작동할 때 운전자가 이질감을 느끼는 부분도 있을 것 같다. 이런 점을 해소하기 위해 어떤 과정을 거쳤는가?
사실 ‘차별화’와 ‘이질감’은 종이 한 장 차이다.
개발하면서 이 부분이 가장 큰 고민이었다.
가령 커브길에 들어서기 전 엔진 브레이크를 확실하게 제어한다면 주행 안정성에 효과적이지만, 일부 운전자는 오히려 어색한 느낌을 받을 수 있기 때문이다.
이를 방지하고자 전방 예측 변속 시스템의 기능별로 작동 민감도(개입 범위, 개입 수준)를 모두 다르게 설정했고, 시스템이 작동하는 수준에 제한을 두었다.
이를테면 커브길 예측 변속의 경우 TCU가 횡가속도를 예측해 운전자의 몸이 심하게 쏠릴 수 있는 상황에서만 기어를 낮추고 엔진 브레이크를 작동하도록 설계했고, 반면에 내리막길의 경우에는 주행 안정성을 위해 비교적 민감하게 엔진 브레이크를 작동하도록 의도한 것이다.
아울러 낮은 기어로 예측 변속하는 범위를 제한해 엔진 회전수의 상승 폭이 과하지 않도록 세팅한 것도 마찬가지 이유다.
무엇보다 전방 예측 변속 시스템을 적용한 K9은 아늑하고 정숙한 승차감을 중시하는 프리미엄 대형 세단이라는 점을 고려해, 이질감을 최소화하는 방향으로 성능을 조정했다.
만약 이 기술을 처음 적용한 차가 기아 스팅어, 제네시스 G70, 현대차 벨로스터 N처럼 운전의 즐거움을 추구하는 모델이었다면, 전방 예측 변속 시스템의 성능 세팅 방향도 매우 적극적이고 과감한 방향으로 바뀌었을 것이다.
향후 다른 차종에 적용할 경우에도 차급에 맞춰 차별화를 진행할 예정이다.
운전자의 이질감을 줄이기 위한 두 번째 방법은 계기반에 전방 예측 변속 시스템이 작동하는 상황을 직접적으로 알려주는 기능을 담은 것이다.
이질감이 발생하는 원인 중 하나는 운전자가 인지하지 못한 상태에서 차의 특성이 변하는 것으로, 운전자가 현재의 주행 상황을 쉽게 인지할 수 있도록 6개의 대표 아이콘을 만들어 기능별로 작동할 때마다 계기반에 해당 아이콘이 점등하는 기능을 적용했다.
이를 통해 전방 상황에 자동차 스스로 적절하게 대응하고 있다는 것을 운전자가 인지함으로써 혹시 모를 이질감을 극복하는 것은 물론, 오히려 운전의 재미 요소를 강조하는 효과도 기대한다.
Q. 전방 예측 변속 시스템은 각종 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템) 정보를 활용하지만, 스마트 크루즈 컨트롤을 활성화한 상태에서는 개입하지 않는다. 이렇게 세팅한 이유는 무엇인가?
전방 예측 변속 시스템이 최우선으로 추구하는 지향점은 바로 ‘고객 운전의 편리성’이다.
따라서 이 기술은 운전자가 직접 운전하는 상황에서만 작동하도록 했다.
스마트 크루즈 컨트롤 기능은 이미 다양한 주행 상황에서 운전자의 조작 없이 어느 정도 대응할 수 있는 기술로, 운전자가 전방 예측 변속 시스템의 혜택을 직접적으로 체감하기 어렵기 때문이다.
하지만 앞으로 스마트 크루즈 컨트롤에 전방 예측 기술을 연계할 경우 전방 상황에 맞춰 파워트레인을 최적화할 수 있으며, 이는 곧 연비형 크루즈 컨트롤을 구현하는 것도 가능하다는 이야기가 된다.
특히 자율주행의 경우 첫 번째 지향점은 ‘안전 우선’인데, 여기에 전방 예측형 파워트레인 기술을 접목하면 안전은 물론이고 ‘연비도 좋은 자율주행’이라는 새로운 패러다임을 구축할 수 있다.
현재 내부적으로는 미래 기술의 하나로 크루즈 컨트롤이나 자율주행 기술에 접목할 수 있는 전방 예측형 파워트레인 협조 제어 기술을 구상하고 있으며, 이를 통해 에너지 효율이 더욱 높은 자율주행 기술을 완성하는 데 보탬이 될 것으로 기대하고 있다.
Q. 전방 예측 변속 시스템의 기능을 보면 주로 다운 시프트와 관련돼 있다. 연비 향상을 위해 적극적으로 기어를 올리는 기능을 넣지 않은 이유가 있는가?
전방 예측 변속 시스템은 변속기로 감속도를 제어하는 기능이기 때문에 다운 시프트에 집중된 것이 맞다.
하지만 코스팅 주행(탄력 주행) 조건에서는 변속기를 중립으로 제어해 연비 향상을 도와준다.
기존에도 에코 모드로 주행 시 가속 페달에서 발을 뗄 경우 변속기를 중립으로 제어하는 기술이 있지만, 전방 예측 변속 시스템의 중립 제어는 내비게이션의 지도 정보를 활용한다.
이를 통해 코스팅 주행의 속도를 정교하게 조작할 수 있도록 중립 제어를 지능적으로 사용하며, 불필요한 중립 제어의 작동을 예방해 연비 효율과 편의성, 안전성에 도움을 준다.
적극적인 업 시프트는 도로나 교통 흐름에 의한 필요보다는, 운전자의 연비 운전 습관과 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있다.
이는 스마트 모드의 운전 성향 판단에 따라 스마트 에코 모드로 전환해주는 기술을 통해 달성하고 있다.
결국 전방 예측 변속 시스템은 스마트 모드에서 작동하기 때문에 운전 성향의 변화, 전방 주행 상황의 변화 모두를 인식해 종합적으로 업 시프트, 다운 시프트, 중립 주행 기술 등을 효과적으로 제공하는 것이다.
Q. 2020년 ICT 커넥티드 변속 시스템을 공개한 바 있다. 커넥티드 기술이 적용된 전방 예측 변속 시스템은 언제쯤 경험할 수 있을까? 나아가 현대차그룹의 미래 변속 기술에 대한 방향도 궁금하다.
이번에 공개한 전방 예측 변속 시스템이 바로 1세대 ICT 커넥티드 변속 시스템이다.
즉, 1세대 기술은 내비게이션, 전방 레이더, 카메라와 연결된 시스템으로, 이 같은 콘셉트의 지능형 변속 제어가 첫 발을 내딛은 것이라고 볼 수 있다.
2세대 시스템에서는 교통 신호등 정보와 같은 다양한 V2X(Vehicle to Everything) 시스템과의 연결을 통해 더욱 강화된 구동 성능을 제공할 수 있을 것이다.
다만 V2X 통신의 경우 내부적인 기술 개발과 별개로 외부 정보를 송출하는 공공 인프라 구축, 송출 주체인 지자체 기관과의 협의, 그리고 지역 및 국가별 송출 신호의 표준화 등이 선행돼야 하기 때문에 양산 시점을 장담하기는 어렵다.
미래 기술의 경우 앞서 언급했듯 다양한 전방 주행 상황은 물론, 운전자의 습관이나 성향에도 함께 부합할 수 있는 더욱 개인화된 구동 제어 시스템을 개발하고 있다.
고객 개인이 ‘나만의 구동 성능’을 갖게 되는 맞춤형 기술이라고 이해하면 되겠다.
사실 이러한 시스템은 기존의 변속 기술과 달리 매우 복잡하고 지능적인 제어 로직을 필요로 한다.
이를 위해 인공지능 기술의 하나인 실시간 제어용 딥 러닝 추론 기술을 개발하고 있다.
대부분의 인공지능 기술은 대용량 컴퓨터를 통한 빅 데이터 처리에 주로 활용되지만, 자동차의 경우 다양한 상황에서 실시간으로 신속한 ‘인지-판단-실행’ 단계가 필요하기 때문에 클라우드 시스템에 의존하기는 어렵다.
그렇다고 해서 대용량 컴퓨터를 차에 탑재하는 것도 곤란하기 때문에 경량화된 딥 러닝 추론 알고리즘을 차 내부의 기존 제어 장치에 직접 적용하는 이른바 온디바이스 인공지능 기술을 구현하는 것이 매우 중요하다.
온디바이스 인공지능은 클라우드 인공지능 대비 반응 속도가 빠르고 보안에 강하며 전력 소모가 적다는 장점이 있다.
그때가 되면 미래 변속 기술뿐만 아니라 변속기를 탑재하지 않은 전기차의 구동 시스템에도 인공지능 알고리즘을 적용해 혁신적인 예측형 구동 제어 기술을 선보일 수 있을 것이다.
Q. 마지막 질문이다. 2015년 1세대 K9 페이스리프트 모델에 스마트 모드를 처음 적용했고, 현재 2세대 페이스리프트 모델에 전방 예측 변속 시스템을 최초로 적용했다. K9에 신기술을 처음 적용한 이유가 궁금하다.
꼭 K9이어야 한다는 목표로 개발한 기술은 아닌데, 두 기술 모두 결과적으로는 K9과 좋은 인연을 맺게 된 것 같다(웃음).
사실 스마트 모드나 전방 예측 변속 시스템과 같이 주변의 제어 장치들과 연계해 융합 시너지를 내는 기술의 경우 주변 장치들의 고도화된 성능이 필요하다.
전방 예측 변속 시스템을 위해 정교한 3차원 지도 정보를 제공하는 내비게이션, 정밀 레이더, 카메라가 연계돼야 하는 이유와 같다.
따라서 이런 고도화된 제어 시스템을 처음 적용하기 위해서는 첨단 기술이 집약된 플래그십 모델이 유리한 측면이 있긴 하다.
새롭게 출시된 K9은 전방 예측 변속 시스템을 비롯해 다양한 첨단 편의·안전 사양을 갖춘 기아의 하이테크 플래그십 세단이다.
전방 카메라와 내비게이션 정보를 통해 전방 노면에 적합한 서스펜션 제어로 최적의 승차감을 제공하는 프리뷰 전자제어 서스펜션, 정면 또는 측면 충돌로 에어백이 전개될 경우 자동 제동 기능이 작동해 2차 사고 등 다중 충돌 위험을 줄여주는 다중 충돌방지 자동 제동 시스템, 사전에 등록한 지문을 이용해 차 키 없이도 시동을 걸 수 있는 지문 인증 시스템 등이 대표적인 첨단 기술이다.
K9을 경험하는 모든 이들이 주행 안정성과 운전 편의성을 향상해주는 전방 예측 변속 시스템을 통해 높은 만족감을 누릴 수 있기를 기대한다.
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