l 코앞으로 다가온 자율주행의 현주소
자율주행, 더 이상 먼 미래의 이야기가 아니다. 지난해 12월 처음으로 미국 로봇기업인 뉴로(Nuro)가 캘리포니아 주정부로부터 물품 배송 목적의 자율주행 차량의 상용화 허가를 받았고 지난달에는 GM과 구글의 자율주행차 계열사들이 캘리포니아주에서 승객을 태울 수 있는 자율주행차 운행 허가를 받았다. 우리나라 국토교통부도 지난해 12월 자율주행차의 임시운행허가 규정을 개정하여 자율주행차의 도로 시험 운행을 허용하였다. 자율주행이 우리의 생활 속으로 들어올 날이 머지않았음을 알 수 있는 대목이다.
최근 들어 모터쇼의 관심을 뛰어넘고 있는 세계 최대 IT 전시회 CES의 최대 화두 중 하나도 자율주행 기술이다. CES 2021에서 미국 최대 자동차 회사 GM의 CEO 메리 바라(Mary Barra)는 “2025년까지 전기차와 자율주행 프로그램에 총 270억 달러(약 30조 원) 이상을 투자할 것”을 표명하였고, 인텔의 자회사 ‘모빌아이(Mobileye)’는 인간보다 1,000배 이상 안전하게 운전하는 자율주행차의 시험주행계획을 발표하였다. CES 2021 최고 혁신상은 IBM의 무인자율항해선박 ‘메이플라워호’에게 주어졌다.
l 급변하는 자율주행 물살에 대응하는 포스코그룹의 움직임
이러한 자율주행의 급물살 속에서 포스코그룹 역시 시장을 선도하기 위한 잰걸음을 이어가고 있다. 포스코그룹은 더 가볍고 더 강한 자동차를 만들기 위한 친환경 ‘기가스틸’의 개발과 더불어 포스코케미칼을 통해 배터리 핵심소재인 음극재•양극재를 생산하고 있으며, 세계 최고 수준의 Hyper NO 전기강판을 소재로 한 구동모터를 개발하는 등 자율주행 모빌리티 시대를 적극적으로 대비해오고 있다. 지난해 7월부터는 세계철강협회 산하 자동차 분야 컨소시엄인 ‘월드오토스틸’ 활동을 통해 전 세계 20여 개 철강사들과 공동으로 완전 자율주행차 콘셉트 개발에 힘쓰고 있다.
포스코가 ‘월드오토스틸(WorldAutoSteel)’에 참여하여 자동차 경량화 기술에 이바지해 온 역사는 결코 짧지 않다. 월드오토스틸은 1994년에 만들어진 컨소시엄으로 당시 포스코를 포함한 전 세계 35개 철강사들이 참여하였으며, 첨단 철강 소재를 이용한 차체 경량화 프로젝트를 수행하여 철강 소재의 우수성을 널리 알리기 위한 목적으로 시작됐다.
지난 1998년 처음 발표된 초경량 철강 차체 콘셉트인 ULSAB(Ultralight Steel Auto Body) 시리즈는 월드오토스틸의 상징적인 연구 결과로서 첨단고강도강인 AHSS(Advanced High Strength Steel)의 적용 확대에 큰 기여를 했다. 2011년에는 전기차 시대를 준비하며 초경량 전기차 철강 차체 콘셉트인 FutureSteelVehicle을 성공적으로 개발 완료했다. 이러한 월드오토스틸의 성과를 기반으로 포스코는 2012년에 전 세계 철강사 최초로 초경량 전기차 철강 차체 실증 모델인 PBC-EV(POSCO Body Concept – Electric Vehicle) 10대를 제작할 수 있게 되었고, 최근에는 전기차 경량 서스펜션과 배터리 팩인 PSC-EV(POSCO Suspension Concept – Electric Vehicle), PBP-EV(POSCO Battery Pack – Electric Vehicle)의 실증 모델 제작을 완료했다.
▲ 2021 수소모빌리티+쇼에 전시된 PBC-EV, PSC-EV, PBP-EV 실증 모델
l 새로운 자율주행 차량 콘셉트 개발에 도전 중인 포스코
ULSAB과 FutureSteelVehicle의 성공에 이어 월드오토스틸에서 지난해 새롭게 시작한 자율주행차량 개발 프로젝트인 ‘Steel E-Motive(SEM)’는 운전자가 필요 없고 조향을 위한 스티어링 휠이 생략된 완전 자율주행 콘셉트 차량 개발을 목표로 하고 있다. 이 차량의 콘셉트는 개인 소유의 차량 형태보다는 차량 공유 등의 모빌리티 서비스에 적합한 새로운 형태의 차량이다. 현재 총 4단계의 개발과정 ▲사전연구 ▲개념설계 ▲상세설계 ▲홍보 중 두 번째 단계인 개념 설계가 활발히 진행되고 있다.
▲ ‘월드오토스틸’의 신개념 자율주행차량 Steel E-Motive (SEM) 개념단계 설계안 (출처: ahssinsights.org)
▲ Steel E-Motive(SEM)의 신개념 차량의 외관 크기 (SEM1: 근거리용 차량, SEM2: 장거리용 차량) (출처: ahssinsights.org)
Steel E-Motive는 이전에는 없었던 새로운 형태의 차량이기 때문에 이에 적합한 최적의 구조와 이를 제조하기 위한 새로운 공법이 필요하다. 포스코는 SEM 프로젝트의 신개념 차량 형태의 핵심 뼈대를 설계하는 과정에서 포스코 고유의 위상최적화 알고리즘*을 사용하여 최적 구조를 제안하였고, 신개념 차량의 부품 제조에 적합한 포스코 고유 특허기술 ‘롤 스탬핑’ 기술을 SEM 프로젝트의 부품 제조공법 후보로 포함시켰다.
*위상최적화란 주어진 ‘설계공간’과 ‘경계조건’ 및 ‘하중조건’에서 소재의 ‘위상'(공간 내의 점•선•면 등에 관하여 양이나 크기와는 별개로, 위차관계를 나타내는 법칙)을 최적화하는 방법으로 포스코는 BESO(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization)라는 알고리즘을 기반으로 한 고유의 위상최적화방법론을 개발하여 경량화 솔루션 개발에 활용하고 있다.
▲ 포스코 고유의 위상최적화 알고리즘을 통해 도출된 핵심 구조
▲ SEM 프로젝트의 부품 제조공법 후보 리스트에 포함된 포스코 특허기술 ‘롤 스탬핑’ (출처: ahssinsights.org)
특히 포스코의 특허기술인 ‘롤 스탬핑’은 10월 13일에 발표된 세계철강협회 주최 제12회 ‘Steelie Award’의 올해의 혁신상을 수상한 기술로 기가스틸과 같이 초고강도 소재를 복잡한 형상의 부품 제조에 적용하기 위한 혁신적인 공법이며, 이미 글로벌 자동차사의 양산차에 적용되어 생산성과 우수성을 인정받은 바 있다. 롤 스탬핑은 음각 및 양각의 부품 형상이 새겨진 상하 성형롤에 소재를 통과 시켜, 기존 롤포밍 공법으로는 성형 불가능한 가변단면 형상을 제조할 수 있는 장점이 있다. 이에 신개념 SEM 차량의 새로운 구조와 다양한 부품에 기가급 철강재를 적용하기 위한 최적의 공법 후보이다.
포스코는 ‘롤 스탬핑’ 기술을 비롯해 기가급 강재의 형상 불량을 정확하게 예측할 수 있는 성형해석 모델 HAH(Homogeneous Anisotropic Hardening), 점용접부 파단을 정확하게 예측할 수 있는 모델 등 다수의 고유 기술을 월드오토스틸이 AHSS 관련 금속, 성형, 용접 분야 전반에 대한 이용 정보를 제공하고자 최근 개설한 ‘AHSS 가이드라인’(ahssinsights.org) 홈페이지에 등재하는 등 앞으로 포스코의 차량용 철강 소재가 미래 모빌리티 시대에 더욱 활발하게 적용될 수 있는 발판을 마련하고 있다.
월드오토스틸은 내년 하반기경 SEM 프로젝트의 최종 결과를 발표할 계획이며, 포스코는 이 프로젝트에 주도적으로 참여함으로써 전 세계 철강사들과 함께 미래 자율주행차량 시대에도 친환경적이고 안전한 소재는 철강이라는 점을 확고히 할 계획이다.
