세계 자동차 업계는 대기 환경오염 문제에 대응하기 위한 각국 정부의 차량 연비 규제 및 배출가스 규제에 따라 친환경 자동차의 개발 확대에 박차를 가하고 있다. 내연기관의 시장의 부진 속에서 친환경 자동차 시장은 크게 확대될 전망이다.
차량의 전동화는 이산화탄소를 줄이는 데 있어 중요한 열쇠로서 기후 변화에 대처하는 데 핵심적 역할을 한다.
완성차 업체는 점점 더 엄격해지고 급변하는 배출가스 입법으로 인해 설계 단계에서부터 더 많은 것을 고려해야 한다. 소비자 수요 가속화로 인해 개발주기는 점점 짧아진다. 친환경 자동차 산업이 가속화되면서 기술 개발의 검증 및 고도화 또한 자연스럽게 확대될 것이 분명하다.
전기차를 완성하기 위해 필요한 구성 요소는 매우 다양하다. 대표적으로 전동화 파워트레인부터 냉각 시스템, 공조(HVAC) 시스템 그리고 제어기 등이 준비돼야 한다. 또 연비와 성능을 평가하기 위해서는 기존 내연기관과는 전혀 다른 방법으로 접근해야 한다.
시뮬레이션을 이용하면 각 시스템 단위로 가상 모델을 만들고 성능을 예측할 수 있다. 완성차 업체는 선행 연구 단계에서 시뮬레이션을 활용해 시스템 사양을 결정할 수 있고, 개발 기간을 단축시키며, 비용을 절감하는 등 많은 이점을 누릴 수 있다.
자동차 시스템 개발의 디지털 변화에 대응하고, 내연기관과 다른 친환경차를 개발하기 위해서는 다음과 같은 요건들이 충족돼야 한다.
첫째, 전기전자 시스템 및 기계 시스템의 기능을 모사할 수 있는 1D 기반의 시스템 시뮬레이션 플랫폼이 필요하다. 둘째, 1D 기반에서 다양한 물리 시스템을 구현할 수 있는 다물리 기반의 시뮬레이션이 요구된다. 마지막으로, 1D에서 불가능한 해석영역 예를 들어 3D 열유동 해석, 구조해석 그리고 여러 제어 알고리즘과 통합할 수 있는 Co-시뮬레이션 플랫폼이 있어야 한다.
전기차의 에너지 소비 효율을 예측하기 위해서는 배터리 팩, 파워 일렉트로닉스 그리고 동력을 전달하는 기계적인 파트로 구성된 모델이 필요하다. 배터리 팩과 파워 일렉트로닉스를 냉각시키기 위해 워터 펌프, 라디에이터 등으로 구성된 냉각 시스템 모델도 있어야 한다. 또 오일과 공기, 냉각수 등으로 모터를 냉각하는 시스템과 차량 실내 온도를 조절하고 환기를 위한 HVAC 시스템 모델이 요구된다.
시뮬레이션은 이러한 시스템을 연결해 차량의 주행상황을 모사하기 위한 가상 시나리오와 환경을 만들고, 필요한 데이터를 입력하면 각 시스템이 동작하기 위해 요구되는 파워를 해석하며, 이를 통해 1회 충전당 주행가능 거리, 에너지 소비 효율 등을 계산한다.
AVL은 기존의 내연기관 차량뿐 아니라 하이브리드, 전기차, 수소차에 이르는 미래 차량 개발을 위한 기술을 보유하고 있다. 시뮬레이션뿐 아니라 검증을 위한 평가 장비 및 시스템, 그리고 개발과 검증을 위한 엔지니어링 방법론과 노하우까지 친환경 자동차 및 관련 시스템과 부품을 개발하는 업체들에게 포괄적 종합 솔루션을 제공하고 있다.
박진형기자 jin@etnews.com
