차세대 자동차시장을 잡기 위한 각국의 기술 개발 레이스가 뜨겁다. 하이브리드카(HEV)를 넘어 플러그인하이브리드카(PHEV)와 전기차(EV)에 이르기까지 핵심 원천기술이 있어야만 대양을 품을 수 있는 자격이 주어진다. 정부와 업계는 차세대 자동차 분야에서 △PHEV용 지능형 파워모듈(IPM) △공정단축 복합 신공정 적용 알루미늄 차세대 서브프레임 모듈 △고강성·고안전 차량용 차체 △나노IT(NIT) 융합 친환경 공기청정 제어시스템의 4대 핵심과제에 연구개발(R&D)을 집중했다. 자동차의 성능과 기능을 획기적으로 높이고, 안전성·환경성까지 높이는 원천 기술 확보가 시급하다. 기술 개발과 제품화가 이르면 이를수록 차세대 자동차시장에서 우리의 입지는 견고해질 수 있다. ◇PHEV용 지능형 파워모듈(IPM)= 배터리, 모터제어용 인버터, 배터리 충전기와 함께 PHEV 상용화를 위해 꼭 필요한 핵심 분야다. IPM은 반도체 스위칭 소자와 함께 보호회로, 게이트 드라이브 회로를 일체화해 작으면서도 효율이 높다. 가격까지 낮출 수 있다. 지금은 대부분 외국산 수입에 의존한다. 국내 기반 기술의 부족으로 경쟁력이 매우 낮은 형편이다. 최근 IPM 또는 전력 반도체 모듈 분야에서 다양한 연구 및 개발이 진행돼 왔다. 하지만 산업 및 분산 발전용에 국한돼 있어 높은 신뢰성이 필요한 자동차용 전력모듈에는 적용의 한계가 높다. 오는 2017년 PHEV 인버터 및 충전기 시장이 전 세계적으로 약 48조원에 이를 것으로 전문가들은 예상했다. 국산형 PHEV IPM을 독자 개발하면 2017년 국내에서만 약 3조원의 수요를 만들어낼 수 있을 것으로 기대된다. PHEV시스템은 국내에서는 완성차 업체에 공급하고, 해외에서는 완성차 업체와 인버터업체에 공급함으로써 더 많은 수요를 창출해낼 수 있다. ◇공정 단축 복합 신공정 적용 알루미늄 차세대 서브프레임 모듈=얼마나 가볍고 강한 차를 만들어내는지는 미래에도 계속될 영원한 숙제다. 자동차용 서브프레임 모듈은 자동차 성능의 고급화·고성능화 요구를 충족시키면서도 엔진 및 주요 부품을 지지와 탑승자의 안전까지 지켜야 하는 어려 목적을 안고 있다. 갖가지 운전 조건에 대해 바퀴에 발생하는 구동력과 제동력, 원심력에 견딜 수 있도록 전후좌우의 강성과 함께 경량화까지 요구되는 핵심 모듈이다. 자동차의 전기에너지 활용이 대폭 늘어나는 미래에는 안전성과 함께 경량화가 관건 중 하나로 꼽힌다. 현재 알루미늄 서브프레임을 적용한 자동차 모델은 전무한 실정이다. 기술 개발이 순조롭게 진행되면 2011년께 알루미늄 서비스프레임이 국내 자동차 모델에도 적용될 예정이다. 향후 2000㏄급 이상의 중대형 차량까지 적용 폭을 넓힌다는 계획이다. ◇고강성·고안전 차량용 차체= 자동차의 안전과 탑승자 생명을 지키는 최후의 보루인 요소다. 고강성·고안전 차량용 부품 설계는 정강성 및 동강성, 충돌특성 및 경량성 등의 차체 성능과 더불어 시간과 비용 등 양산성까지 종합적으로 고려돼야 한다. 그러나 경량성과 안전성은 상충되는 성능 지표로 부품 경량화를 수행하면 차체 강성 및 충돌 특성이 저하되는 반비례 특성을 갖고 있다. 차체 강성을 향상시키는 방안으로 소재 기술, 구조 최적화와 함께 부제를 연결하는 용접이 있다. 용접기술은 차체 개발 시 차체의 제한된 소재 및 형상 제약 조건에서 차체 강성 및 소음, 진동 등의 품질을 향상시킬 수 있는 핵심요소다. 기존의 점 용접을 대체해 우수한 품질을 얻을 수 있는 레이저 용접을 도입하는 것이 필요하다. 레이저 용접은 기존의 차체 구조 및 소재조건에서 차체 강성 및 성능을 높일 뿐 아니라 경량화 부품 설계의 유연성을 배가시킨다. 부품의 경량화를 극대화함으로써 환경규제에 능동적인 대처도 가능하다. ◇나노IT(NIT) 융합 친환경 공기청정 제어시스템= 자동차는 과거의 이동수단에서 제2의 거주 공간으로 인식된 지 오래다. 자연히 차량 내부 환경은 웰빙시대 트렌드와 함께 아주 중요한 자동차 선택사항 중 하나로 자리 잡았다. 단순히 먼지를 포집하는 필터 기술에서 출발해 요즘은 실내 냄새, 미생물 등을 제거할 수있는 포괄적인 나노 기반의 기능성 필터기술로 진화했다. 항균 및 곰팡이 서식 방지를 위한 능동(광) 촉매기술과 능동적으로 차량 내 공기질을 제어하는 유해가스 통합 감지센서, 지능형 공기정화시스템, 클러스터 이온발생기, 냄새 저감형 공조 부품, 공조시스템 통합 제어기술 등으로 발전해 나갈 전망이다. 인간의 감성을 자극할 수 있다는 점에서 미래 자동차시장을 겨냥해 반드시 선점해야 할 기술 분야기도 하다. 이진호기자 jholee@
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