[포커스] 다쏘시스템코리아, “미래 자동차 개발 위해 시뮬레이션도 달라져야”
전기자동차와 커넥티드카, 자율주행자동차의 등장은 자동차를 개발하는 과정에서 새로운 개념과 방법론에 대한 요구를 높이고 있다. 다쏘시스템코리아는 3월 13일 진행한 '시뮬리아 전기차/배터리 해석기술 세미나'에서 전기자동차와 배터리 개발을 위한 시뮬레이션 기술을 소개했다. ■ 정수진 편집장
신개념 자동차의 등장, 시뮬레이션은 필수가 된다
자동차 산업이 전자화와 지능화 트렌드에 주목하고 더 많은 전기/전자 장비가 자동차에 탑재되는 흐름이 이어지고 있다. 이에 따라 자동차의 내/외부에서 발생하는 전자파에 대한 고려가 필요하고, 자동차 내의 장비간 그리고 차량 대 차량(V2V: Vehicle to Vehicle) 통신에서 센서나 안테나의 오작동을 막을 수 있는 최적설계가 필요하다.
한편, 모터로 달리는 전기자동차는 전면 그릴의 흡기구가 필요 없고, 차량의 하부에 대용량의 배터리를 탑재하는 등의 특징으로 인해 내연기관 자동차와 다른 형상을 가진다. 이러한 차이는 자동차의 주행 중에 일어나는 소음과 진동에도 변화를 가져온다. 내연기관과 전기모터의 서로 다른 구동 특성은 차량의 주행 성능과 승차감도 달라지게 만든다.
문제는 이렇게 달라지는 설계 요소들이 기존의 자동차 개발 과정에 없던 새로운 것이기 때문에, 설계에 참고할 수 있는 ‘축적된 데이터’가 없다는 점이다. 때문에 가상 환경에서 정확한 검증을 하고 이 데이터를 설계에 반영할 수 있는 시뮬레이션 기술이 미래 자동차 개발에서 더욱 중요해지고 있다. 또한 시뮬레이션은 수많은 환경 변수를 반영한 자율주행차의 테스트를 가상으로 진행함으로써 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수 있는 수단으로도 꼽히고 있다.
이전과 다른 시뮬레이션 방법론과 기술이 필요
다쏘시스템은 지난 몇 년간 전자기 시뮬레이션을 위한 CST, 다물체 동역학 해석 솔루션 심팩(Simpack), 래티스 볼츠먼 방정식 기반의 유동해석 소프트웨어인 엑사(Exa)의 파워플로(PowerFLOW) 등을 인수하면서 자사의 시뮬레이션 브랜드인 시뮬리아(SIMULIA) 포트폴리오를 넓혀 왔다.
이번 세미나에서 다쏘시스템은 이러한 기술을 활용한 안테나 디자인 및 배치, 차량 동역학 퍼포먼스의 가상 예측, 전기자동차의 유동해석과 공력소음 설계, 무선충전 시뮬레이션 프로세스, 배터리 셀의 성능 검증 등을 소개했다.
한 대의 자동차에는 10개에서 30개 정도의 안테나가 탑재되는데, 전자기 해석 툴인 CST 스튜디오 스위트(CST Studio Suite)는 전기적 사이즈 및 주파수 대역에 따라 다양하게 활용할 수 있는 네 가지 솔버를 제공해 다중 안테나 해석을 효율적으로 진행할 수 있다. 또한 안테나를 포함한 전체 차량 모델을 한 번에 해석하는 풀웨이브 방식과 안테나 해석을 따로 진행한 후 차체 모델에 이를 적용하는 하이브리드 방식을 선택할 수 있는 것도 특징이다.
▲ 자동차에 탑재된 블루투스 모듈의 전자파가 운전자에게 주는 영향에 대한 시뮬레이션
2014년 다쏘시스템이 인수한 심팩은 내연기관과 다른 전기자동차의 구동계 특성이나 자율주행자동차의 동역학 특성을 검토하는데 활용할 수 있다. 특히 성능 중심이 아닌 탑승자의 관점에서 동역학과 관련해 요구되는 안정성과 편의성, 메카트로닉 시스템 경험, 승차감 등을 시뮬레이션으로 검증할 수 있다. 심팩은 효율적인 유연체 모델을 지원하고, 대형 결합 시스템을 빠르게 해석할 수 있다. 실시간 테스트 환경 지원, 고주파수 분석, 결과/분석 기능 등에 강점을 가지며, 단일 환경에서 해석 데이터베이스를 구축할 수 있다.
▲ 심팩(Simpack)은 리얼타임 모델을 생성하고 외부 시뮬레이터와 연결하는 리얼타임 동역학 시뮬레이션을 지원한다.
일반적인 가솔린 엔진의 SUV에서는 차체형상이 공기저항의 40%를 차지하고, 휠 구조물이 30%, 하부구조와 서스펜션이 20%, 전면 흡기구가 10%를 차지한다. 그런데 전기자동차에서는 이 비율이 차체형상 50%, 휠 구조물 35%, 하부구조 10%, 전면 흡기구 5%로 달라진다. 차량의 하부는 배터리가 대부분을 차지하고, 엔진을 냉각시키기 위한 흡기구조가 없는 등 전기자동차의 형상이 달라지기 때문이다. 이에 따라 공기저항을 검증하기 위한 유동해석에서도 고려사항이 달라지게 된다.
또한, 엔진이 없는 전기자동차는 차체에서 발생하는 소음이 적은 만큼, 주행 중에 창문이나 타이어 등에서 나타나는 소음을 해결해야 한다는 요구가 더욱 강해진다. 전면 그릴이 없거나 작아지고, 사이드미러가 작아지거나 카메라로 대체되는 등 디자인의 자유도가 높아지는 반면, 변화된 형태의 유동소음을 해석하는데에 기존의 해석 데이터를 활용하기가 어려워지는 측면도 있다. 다쏘시스템은 소음의 소스(source)를 파악하고 설계 개선에 활용할 수 있는 솔루션을 제공해 이러한 요구에 대응하도록 한다. 여기에 더해, 자율주행차의 눈과 귀 역할을 하는 센서가 최적의 동작을 할 수 있도록 유동해석으로 센서 위치를 결정하거나 공기흐름을 제어해 센서 오염을 막는 방법도 고려해야 한다.
▲ 비나 진흙 등의 오염물이 센서와 카메라의 작동을 방해하지 않도록 안전성을 검증하는 것이 필요하다.
복잡한 개발 과정, 플랫폼으로 통합한다
다쏘시스템은 멀티피직스, 멀티스케일 시뮬레이션을 위해 활발한 기술 인수를 진행하고 도메인을 확장해 왔는데, 한편으로 ‘시뮬리아’ 브랜드가 후발주자로서 시장에 이미 자리 잡은 솔루션과 경쟁해야 하는 영역도 존재한다. 최근 시뮬레이션 기술이 상향평준화되면서 소프트웨어 기능의 차별화가 어려워지는 가운데, 다쏘시스템은 플랫폼을 중심으로 하는 데이터 및 프로세스의 통합을 차별화 요소로 내세우고 있다.
다쏘시스템 시뮬리아 HQ의 마르코 월터(Marko Walter) 디렉터는 “자동차 산업은 전자화와 자율주행 등으로 극적인 변화를 겪고 있으며, 늘어나는 복잡성 및 빨라지는 개발 속도에 대한 요구에 대응할 필요를 느끼고 있다”면서, “다쏘시스템은 분자 단위에서 전체 시스템까지 포괄하는 멀티 스케일 시뮬레이션, 단일 모델로 다양한 시뮬레이션에 활용할 수 있는 싱글소스, 모델 기반의 시스템 엔지니어링, 손쉬운 데이터 교환과 커뮤니케이션이 가능한 3D익스피리언스 플랫폼 등을 통해 미래 자동차 개발을 위한 시뮬레이션 기술과 환경을 제공할 것”이라고 전했다.
다쏘시스템코리아의 한상배 전무는 “전기자동차와 자율주행차는 자동차 산업에 새로운 개념들을 제시하고 있다. 전통적인 자동차 개발 과정에서 축적된 데이터를 활용하기 어렵기 때문에, 기존에 없던 새로운 개발 이슈에 대응하기 위해 시뮬레이션이 더욱 중요해지고 있다”면서, “다쏘시스템은 3D익스피리언스 플랫폼을 내세우면서 다양한 시뮬레이션 기술을 통합하는 작업을 지속하고 있다. 단순히 솔루션 포트폴리오를 넓히는 것이 아니라 복잡한 개발 과정을 통합하는데 플랫폼이 역할을 할 것이며, 다쏘시스템은 이러한 점에서 강점을 갖고 시장 공략을 강화할 것”이라고 전했다.
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작성일 : 2019-04-02
