2024 자동차 산업의 미래를 이끄는 7가지 트렌드

자동차 산업이 유례없는 속도로 급변하고 있습니다. 자동차 산업은 코로나19 이후 지속적인 성장을 보이고 있지만, 이러한 성장을 유지하고 다양한 과제를 극복하기 위해서는 혁신적인 변화가 필요합니다. 글로벌 경제 상황, 소비자 니즈, 엄격한 규제 (BS6, 6 에어백, CAFÉ, RDE 등) 및 새로운 차량 세그먼트 (EV, HEV) 등은 업계 변화를 촉진하는 주요 요인입니다.

이러한 변화에 적응하기 위해 OEM(Original Equipment Manufacturer)은 지속적인 혁신을 통해 모든 요구 사항을 충족하면서도 경제적인 신차를 개발해야 합니다. 또한 기계, 전기, 전자, 소프트웨어 등 여러 시스템이 상호 작용하는 복잡한 제품을 제작해야 하는 과제도 직면하고 있습니다. 이처럼 복잡한 제품을 설계하기 위해서는 업계 선두 기업은 최신 자동차 엔지니어링 트렌드에 정통해야 합니다. 지난 CES 2024에서도 우리나라의 현대자동차그룹, HL만도를 비롯하여 BMW, 메르세데스-벤츠, 혼다 등 다국적 자동차 제조사 및 부품사들이 대거 참가하여 모빌리티 분야의 새로운 기술을 선보였습니다. 오늘은 CES 2024에서 다뤄진 최신 기술 트렌드를 포함하여 모빌리티 주요 트렌드를 살펴보겠습니다.

1. 소프트웨어가 정의하는 자동차: Software Defined Vehicle (SDV)

세계 자동차 산업은 새로운 모빌리티 경험으로 나아가는 과정에서 전례 없는 전환기를 맞고 있습니다. 바로 기존 하드웨어 중심의 자동차에서 소프트웨어 중심의 자동차(Software Defined Vehicle, SDV)로 변화하고 있기 때문이죠. 소프트웨어 중심으로 진화하는 차량을 의미하는 SDV는 차량 개발에 있어 소프트웨어의 중요성이 높아짐을 시사합니다. SDV는 스마트폰 및 IoT로 이미 다양한 디바이스 간 애플리케이션 간 연동을 경험한 소비자들의 끊김 없는 경험 요구와 자율주행, AI 등 차별화 요소로부터 시작되었으며, 급속도로 발전하고 있는 AI 덕분에 더욱 가속화되고 있습니다. 현대자동차그룹은 CES 2024에서 ‘Software-Defined everything’이라는 비전을 공유했습니다. 현대자동차뿐 아니라 글로벌 자동차와 전장부품 기업들이 모두 자체 SDV 솔루션 또는 SDV를 위한 기술을 중점적으로 선보이면서 SDV가 모빌리티 트렌드의 중요한 축으로 떠올랐다는 것을 확인할 수 있었습니다.

SDV 시대로의 전환이 이미 시작된 지금, 기존 내연기관 및 하드웨어 중심의 자동차 제조 방식과는 다른 새로운 차원의 프로세스가 필요합니다. 하드웨어 중심 차량은 최초 출시 후에는 최소한의 유지보수만 필요한 반면에 소프트웨어 중심 차량은 무선통신을 통한 업데이트(Over-The-Air, OTA)가 지속적으로 요구되고, 소비자 모빌리티 경험 향상을 위한 다양한 소프트웨어 수용 요구가 늘어나면서 E/E 아키텍처(Electric/Electronic Architecture) 성능 강화 등 이전과는 다른 도메인이 부상하고 있습니다.

이에 자동차 제조업체는 서로 다른 소프트웨어를 수용하고 통합할 수 있도록 AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture)에 기반하여 개발하는 등 자사 아키텍처 고도화에 공을 들이고 있습니다. 또한 차량 전 주기에 걸쳐 지속적이고 빠른 소프트웨어 업데이트가 필요하기 때문에 하드웨어 가상화와 고도의 시뮬레이션 능력 역시 요구되고 있습니다.

2. 전동화: 새로운 시장 개척과 지속 가능한 미래 구현

지난 몇 년 동안 전기차(EV) 시장은 급격한 변화를 겪었습니다. 저공해 통근 수단에 대한 수요 증가, 장거리 무공해 차량 및 인프라를 지원하는 정부 등 다양한 요인은 제조업체가 EV의 글로벌 생산을 가속화하는 배경이 되었습니다. 국내에서도 전기차 시장은 2년 만에 4배를 성장하는 등 빠르게 성장하고 있습니다. 최근 들어 국내 전기차 시장이 줄어든 보조금, 충전 인프라 등으로 주춤하고 있지만, 여전히 전동화는 자동차 제조업체가 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있는 중요한 전략입니다.

전기차는 기존의 설계 및 개발 방식을 혁신적으로 변화시키고 있으며, 차량 구조, 설계 검증 프로세스 (DVP), 파워트레인 및 구동계에 대한 전략적인 변경을 필요로 합니다. 안전하고 최고 품질의 제품을 생산하기 위해 표준화 및 다양한 테스트 프로토콜 마련과 같은 노력이 지속적으로 이루어지고 있습니다. EV는 차량 내 전자 장치 및 소프트웨어의 중요성을 더욱 높이며, 자동차 OEM으로 하여금 모델 기반 시스템 엔지니어링 (MBSE) 접근 방식을 통해 많은 요구 사항과 기능 간의 상호 영향을 효율적으로 관리하도록 요구할 것입니다. 또한 배터리 안전 및 EMI/EMC 관련 규제 준수도 개발 과정의 복잡성을 더욱 높일 것입니다.

따라서 자동차 엔지니어들은 설계, 개발 및 제조의 디지털 트윈을 활용하여 혁신을 위한 새로운 방법을 모색하고 있습니다.

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3. 승객 안전 최우선: 자율 주행과 ADAS의 중요성

인간의 편의성 추구와 고령화 사회 진입으로 자율 주행 기술은 지속적으로 발전하고 있습니다. 미국자동차기술학회(Society of Automotive Engineers)는 자율 주행 기술을 6단계로 분류한 바 있습니다. 그 중 SAE 가이드라인 레벨 ‘Assisted Driving(보조 주행)’에 해당하는 첨단 운전자 보조 시스템 ADAS(Advanced Driver Assistance System)이 지속적으로 관심을 받고 있습니다. ADAS 장착의 자동차 사고 감소 효과가 입증되면서 소비자들은 ADAS를 필수 요소로 여기는 경향이 더욱 강해지고 있고, 이러한 트렌드는 자동차 엔지니어링 프로세스를 재구성하는 데 영향을 미치고 있습니다. 이번 CES 2024에서도 LG Magna, LG 이노텍, Qualcomm 등에서 ADAS 고도화를 위한 부품사들의 기술 선전이 돋보였습니다.

ADAS는 운전 안전과 편의성을 한층 더 높여주는 시스템이자, 완전 자율 주행 자동차 개발을 위한 중요한 발판이기도 합니다. 레이더, 차량 간 통신, 5G 연결, 스마트 도로 인프라, 위성 항법 등은 모두 ADAS 시스템이 주변 환경을 인식하는 데 기여하며, ADAS 시스템은 이를 통합적으로 활용하여 복잡한 도로 위 상황에서 신속하게 대응합니다.

시뮬레이션 및 가상 검증의 발전은 ADAS의 기술을 더욱 가속화시키고 있고, ADAS 및 자율 주행 자동차의 복잡성 증대는 더 빠른 개발 주기와 위험 감소를 요구하고 있습니다. 이를 해결하기 위해 설계자와 엔지니어링팀 간의 긴밀한 협업이 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 시뮬레이션 워크플로우를 결합하고 시뮬레이션을 CAD 및 PLM과 같은 다른 제품과 통합하면 ADAS 설계자의 공통적인 요구 사항과 엔지니어링 과제를 충족하는 데 도움이 될 수 있습니다. 서로 다른 그룹에서 개발한 구성 요소는 전체 차량 모델로 빠르게 조립되고 시뮬레이션을 위해 준비될 수 있으므로 시뮬레이션 엔지니어는 최신 버전의 지오메트리로 작업하고 기본 모델에 대한 변경 사항을 최신 상태로 유지할 수 있습니다.

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4. AI 기술 탑재, 스스로 디자인하는 자동차

2023년은 ChatGPT, DALL-E, Google Bard 등 생성형 AI의 광풍이 불었습니다. 산업의 전반을 주도하고 있는 AI는 비단 우리 일상생활뿐 아니라 자동차 산업도 파괴적으로 혁신하고 있습니다. 자동차 산업에서는 자율주행 기술에 활용되는 방대한 데이터 처리 과정에 AI 기술을 빠르게 도입해 활용하고 있고, 최근에는 소비자 경험을 향상시키기 위한 하나의 수단으로 활용하고 있습니다. 이번 CES 2024에서도 메르세데스-벤츠 및 폭스바겐이 AI를 활용한 가상 어시스턴트로 많은 주목을 받았습니다.

AI 기술 활용이 확대될수록 자동차의 전 생애 주기에서 생산되는 데이터의 처리와 관리 역시 더욱 중요해지고 있습니다. 데이터 사이언스 솔루션은 다양한 형식의 다양한 시스템에서 생성된 내부 및 외부 데이터를 연결하여 조직의 모든 계층에 실시간 정보 인텔리전스를 제공합니다. 고급 분석 및 인공 지능은 복잡한 데이터를 비즈니스 상황에 맞게 실천 가능한 지식으로 변환합니다. 이러한 지속적인 피드백 루프를 통해 엔지니어링부터 코스팅, 조달까지 모든 사람이 올바른 정보에 기반한 결정을 내려 비즈니스 변혁을 가속화할 수 있습니다.

수집된 데이터는 또한 개발 속도 향상, 비용 절감, 품질 개선, 지속가능성 개선 등 다양한 비즈니스 성과 개선 및 위험 감소를 위한 데이터 기반 결정을 내릴 수 있도록 지원합니다.

5. 모델 기반 시스템 엔지니어링 (Model-based systems engineering, MBSE): 복잡성 해결의 열쇠

자동차 공학 분야에서 중요한 트렌드 중 하나인 모델 기반 시스템 엔지니어링 (MBSE)는 가장 복잡한 제품 설계조차도 단순화할 수 있습니다. 차량의 복잡성이 빠르게 증가하고 있는 상황에서 MBSE는 이전 어느 때보다 중요합니다.

기존의 문서 중심 엔지니어링과 달리 MBSE는 모델을 자동차 엔지니어링의 중심에 둠으로써 설계 과정을 효율화합니다. 디지털 모델링 환경 덕분에 이제 이러한 방식이 매우 실현 가능해졌습니다.

실제로 시스템 엔지니어링에 디지털 접근 방식을 활용하면 표준 언어, 즉 “시스템의 시스템”을 도입하여 제품 구성 요소의 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다. 이 모델링 언어를 통해 프로젝트 이해관계자 모두 정보를 공유하고 단일 진실 공급원(Single Source Of Truth)으로부터 이익을 얻을 수 있습니다.

▶ 구체적인 MBSE가 궁금하다면? [MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE 시리즈

6. 경량 설계: 경제적이고 친환경적인 미래

자동차 업체들이 직면하는 가장 큰 과제는 무게를 줄이면서도 모든 성능 지표(KPI)를 달성하는 것입니다. 정부의 재료 규정 준수 관련 규제는 다양한 재료 사용 및 구성에 대한 이해를 더욱 필요하게 하고 있습니다. 오늘날 자동차 업체들은 대체 재료 사용, 최적화, 제조 기술, 접합 재료 및 방법 등 다양한 전략을 통해 경량화를 추진하고 있습니다.

경량 설계는 재료 사용량을 줄이고 제조 비용을 절감하며 탄소 발자국 개선, 전기차의 경우 주행 거리 증대 등의 이점을 제공합니다. 최근 등장한 다양한 기술은 자동차 엔지니어들이 보다 간편하게 경량 설계를 수행할 수 있도록 지원합니다. 여기에는 인지 증강 설계(경량 형상 생성을 위한 설계 생성 프로세스)가 포함됩니다. 물리 기반 시뮬레이션 기술은 개념 단계에서 다학문적 최적화를 통해 경량화 목표를 달성하면서 동시에 제품의 내구성, NVH(소음 및 진동 거칠기), 충돌 안전성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 제조 분야에서도 첨가제 제조 기술을 활용하여 구조 부품의 경량화가 시도되고 있습니다.

7. 디지털 혁신: 제품 개발 과정 혁신

마지막으로 디지털 도구는 현재 자동차 엔지니어링 분야를 혁신하는 핵심입니다. 오늘날 자동차 업체들은 설계, 시뮬레이션, 제조 간의 원활한 연결을 위한 공동 작업 방식을 추구하고 있습니다. 이는 더 빠른 속도로 제품을 개발하고 최고 품질의 새로운 제품을 개발하는 데 도움이 됩니다.

산업에서는 디지털 복제본뿐만 아니라 현실적인 물리 행동을 기반으로 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있는 버추얼 트윈 기술을 활용하고 있습니다. 또한 AI 기반 알고리즘은 다양한 분야에서 산업에 적용 가능성과 접근성이 높아지고 있습니다. 기존 방식보다 빠른 CAE 시뮬레이션 수행을 위해 다양한 머신러닝 기반 기술들이 연구되고 있으며, 클라우드 컴퓨팅 및 클라우드 사용은 다양한 디지털 솔루션 활용 편의성을 높이기 위해 빠르게 증가하고 있습니다. 따라서 자동차 산업은 고객을 변화의 중심에 두고 모든 운영 영역에서 디지털 도구와 디지털화를 적극적으로 받아들이고 있습니다.

결론: 변화의 시대, 미래를 향한 항해

자동차 산업은 일곱 가지 주요 트렌드의 영향으로 급변하고 있습니다. 이러한 변화 속에서 기술은 미래를 향하는 나침반 역할을 하고 있습니다. 설계자, 엔지니어, 제조업체의 작업 방식은 크게 변화했으며, 이를 통해 고도로 최적화된 차량들이 시장에 출시되고 있습니다. 또한 업계 전문가들은 클라우드 기반 디지털 도구를 통해 민주화되고 쉽게 접근할 수 있는 새로운 기술들을 습득하고 변화를 수용해야 합니다.

이러한 혁신의 여정은 지속적으로 진행될 것이며, 앞으로 어떤 미래가 우리를 기다리고 있는지 지켜봐야 합니다. 하지만 한 가지 확실한 것은 기술이 핵심 역할을 할 것이며, 변화를 수용하고 적응하는 기업과 개인만이 미래를 향한 항해에서 성공할 수 있을 것입니다.

[참고 자료]

다쏘시스템코리아