헤드램프는 자동차의 ‘눈’으로써 백 년이 넘는 시간 동안 어둑한 밤길을 밝혀왔다. 호롱불로 시작해 백열등, 할로겐, HID(High Intensity Discharge, 고압 방전등) 등을 거쳐 고효율 LED에 이르기까지 지속적인 발전을 거듭해온 자동차 부품 중 하나이기도 하다. 최신 헤드램프는 단순한 안전장치를 넘어 전천후 편의·안전사양으로 탈바꿈하고 있다. 그렇다면 헤드램프 기술은 어디까지 진화했을까? 제네시스가 GV80와 G80를 비롯해 2021년형 G90에 적용한 지능형 헤드램프 시스템(Intelligent Front-lighting System, 이하 IFS)을 통해 첨단 헤드램프 기술에 대해 알아봤다.
제네시스의 디자인 아이덴티티로 자리 잡은 쿼드램프는 가느다란 램프에 첨단 전조등 기술을 모두 집약하고 있다. 상단에는 로우빔 모듈, 하단에는 하이빔 모듈이 위치하고, 상하단 램프가 마주 보는 가장자리에는 주간주행등 겸 방향지시등 역할을 하는 LED(Light-Emitting Diode) 바까지 마련해 콤팩트한 구성에 다양한 기능을 모두 담았다.
IFS는 쿼드램프 하단의 얇은 하이빔 모듈에 적용한 기술이다. 운전자라면 한 번쯤 마주 오는 차량의 불빛에 눈이 부셨던 경험이 있을 것이다. 야간 운전 시 시야를 확보하기 위한 하이빔(상향등)이 상대방 운전자의 주행을 방해하는 경우가 종종 발생하기 때문이다. IFS는 하이빔 부분 소등 제어로 상대방 운전자에게 눈부심을 주지 않고 운전자 전방 시야를 확보해 편안하고 안전한 운전을 돕는다.
보통 헤드램프 형상이 얇아지면 자연스레 램프 유닛 크기도 작아져 시야 확보 성능이 떨어지기 마련이다. 하지만 크기가 작고 에너지 효율이 우수한 LED를 광원으로 사용하면 램프 구조를 비교적 콤팩트하게 설계하는 것이 가능하다. 제네시스 쿼드램프는 LED를 사용해 충분한 광량을 확보하고, 광선 패턴을 정밀하게 제어하기 위해 램프 유닛을 4개로 늘렸다.
하이빔 모듈 1개에는 8개의 LED를 나란히 배치한 매트릭스 빔 LED(Matrix Beam LED)를 적용했다. 다수의 LED가 모여있어 밝기가 뛰어난 것이 특징이다. 헤드램프 하나에는 하이빔 모듈 두 개가 장착되므로, 총 32개에 달하는 LED가 전방을 비추는 것이다. 덕분에 빛의 방향과 밝기를 정밀하게 조절할 수 있다.
매트릭스 빔 LED에서 나온 빛은 두 개의 특수한 렌즈에 의해 자유자재로 조절할 수 있다. LED 바로 앞에 위치한 옵틱 렌즈는 직사각형 형태로 매트릭스 빔 패턴을 만들어낸다. 여기서 형성된 빛은 프리폼 렌즈를 거쳐 굴절되거나 더 넓게 퍼지게 된다. 즉, 쿼드램프의 첨단 광학 기술은 밝고 효율이 높은 LED 뿐만 아니라 렌즈 제작과 배치 기술로 완성된다고 할 수 있다.
또한 LED는 할로겐 대비 빛을 발산할 때 내는 열이 적은 편이지만 최적의 램프 성능을 유지하기 위해선 열을 램프 모듈 외부로 빼내는 방열 설계가 필요하다. 하이빔 모듈 맨 뒤편에 마련된 히트 싱크(Heat Sink)가 바로 이를 위한 방열 장치이다. 각각의 목적을 위한 수많은 부품들이 모여 IFS를 위한 하이빔 모듈을 완성하는 셈이다.
IFS는 크게 세 가지 과정을 거쳐 작동한다. 우선 윈드실드 윗편에 있는 전방 카메라가 선행 차량이나 마주 오는 반대편 차선 차량을 인식하고, 상대 차량의 위치와 각도 등을 판단해 헤드램프 제어기에 송신한다. 정보를 전달받은 헤드램프 제어기는 상대 운전자의 시야에 방해되지 않는 영역을 계산해 32개에 달하는 매트릭스 빔 LED 중 점소등할 구간을 선택한다. 이 결정에 따라 하이빔 모듈은 전방 차량 위치에 해당하는 영역만 소등하고, 나머지 LED는 켠 상태로 유지한다.
IFS는 야간 주행 중 시야 확보를 돕는 하이빔 어시스트(High-Beam Assist, HBA)가 한층 발전한 기술이라고 할 수 있다. 일반적인 하이빔 어시스트는 전방 차량을 감지하면 상대 운전자의 눈부심 현상을 막기 위해 상향등을 순간적으로 끈다. 따라서 운전자의 지속적인 시야 확보에 한계가 있다.
IFS 역시 HBA처럼 상향등 상시 작동을 기본으로 하지만, 전방 차량 감지 시 대응 방식에서 결정적인 차이를 보인다. IFS는 하이빔을 부분적으로 소등함으로써 오고 가는 차량 운전자의 시야를 지속적으로 확보하는 것이다.
헤드램프의 시야 확보 성능은 꾸준히 진화할 것이다. 램프의 설계나 구성은 달라질 수 있겠지만, 빛을 넓고 멀리 비춰 충분히 시야를 확보하면서도 다른 운전자의 시야를 방해하지 않는다는 기본 목표는 변하지 않을 것이다.
쿼드램프에 담긴 IFS 역시 이런 맥락에서 개발했다. 물론 앞으로 광량과 제어 정밀도는 더 높아질 것이다. 매트릭스 빔을 구성하는 LED 개수를 늘려 광선의 해상도를 높인다거나 흔히 나노 머신이라 일컫는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 활용한 첨단 광학계 제작이 현재로선 가장 유력한 미래 헤드램프 기술로 꼽힌다.
업계 전문가들은 완전한 자율주행 시대가 도래하면 헤드램프의 역할이 현재와는 달라질 것이라고 예측한다. 도로 환경이 변하면서 우리가 당연하게 생각했던 헤드램프의 위치와 형태에 대한 정의도 바뀔 가능성이 높다.
현대모비스가 지난해 CES에서 최초로 공개한 M Vision 콘셉트에서 미래 헤드램프에 대한 힌트를 얻을 수 있다. M Vision 콘셉트가 탑재한 DMD(Digital Micro-mirror Device) 헤드램프는 모듈 내부에 40만 개에 달하는 미세한 거울을 달아 헤드램프 불빛을 자유자재로 조절한다. 이렇게 노면에 비춰진 불빛은 야간 주행에서의 시야 확보는 물론, 밝은 낮에도 형형색색의 문구나 신호를 그려내 다른 운전자나 보행자에게 다양한 메시지를 전달할 수 있다. 예컨대 길을 건너려는 보행자 앞에 노면이 패인 곳이나 물웅덩이가 있다면 해당 영역을 표시하고 차량 전면 패널에는 조심하라는 경고 문구를 띄워 보행자에게 경각심을 줄 수 있는 것이다.
오늘날, 기술이란 그 편의성이 사용자에만 국한되지 않는다. 상호작용을 통해 사용자 이외의 구성원도 배려하는 것이 첨단 기술의 핵심이다. 자동차 기술 역시 운전자의 편의와 안전을 극대화하면서 다른 운전자까지 배려하는 방향으로 진화하고 있다. 운전자의 시야를 최대한 확보하면서 다른 운전자를 방해하지 않는 IFS가 바로 이런 철학을 담은 대표적인 전조등 기술이라고 할 수 있다.
*제네시스 지능형 헤드램프 시스템(IFS)은 에스엘, 현대모비스와 협업을 통해 개발했습니다.
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