2020.07.12 현대자동차그룹
자율주행차 시대를 대비한 새로운 안전 기술, 허그 에어백
자율주행차 시대에는 많은 것이 달라진다. 안전과 관련된 기술 또한 마찬가지다. 현대자동차그룹이 개발을 진행하고 있는 허그 에어백(Hug airbag)은 자율주행차 시대를 대비한 안전 장치다.
완전 자율주행 기술이 상용화되면 자동차 이용 형태에 많은 변화가 생길 것이다. 완전 자율주행차는 현재의 자동차와 같이 시트 배열이 고정적이지 않다. 누운 듯 비스듬한 자세나 탑승자끼리 서로 마주보는 자세 등 시트 배열이 자유로운 상태에서 주행할 가능성이 높다. 이런 상황에서는 사고가 났을 때 기존의 고정형 에어백으로 탑승자가 충분히 보호받지 못할 수 있다.
안전벨트, 에어백 등의 수동적 안전 기술은 지난 수십 년간 탑승자가 정면을 향해 앉는다는 전제 하에 발전을 거듭해왔다. 완전 자율주행차에서는 탑승자의 자세가 다양해지는 까닭에 수동적 안전 기술의 역할이 제한된다. 이런 이유로 앞으로는 수동적 안전 기술의 개념이 바뀌어야 한다.
자율주행자동차 에어백의 미래 - '허그 에어백'
새로운 안전 개념에서 시작된 허그 에어백
허그 에어백의 개념은 ‘허그(Hug, 껴안다)’라는 뜻에 담겨있다. 한 쌍의 에어백이 시트에 내장돼 있다가 사고 시 앞쪽을 향해 부풀어 올라 마치 탑승자를 뒤에서 껴안 듯 감싸는 형태다. 허그 에어백은 측면 에어백이 정면 보호 기능까지 갖출 수는 없을까 하는 의문에서 시작됐다. 자율주행 시대를 대비해 새로운 개념의 에어백이 필요하다고 판단한 현대차그룹은 측면과 정면 보호 기능을 동시에 갖춘 허그 에어백 연구에 뛰어들었다.
챔버와 테더로 보호 역할이 분리되는 허그 에어백
허그 에어백은 측면 충돌 시, 기존의 측면 에어백 보호 영역과 동일하게 쿠션을 구성해 탑승자를 보호한다. 정면 충돌 시에는 쿠션 형상이 가이드가 되어 ‘테더(Tether, 에어백의 형태를 유지해주고 승객의 체중을 견디도록 돕는 끈 형태의 부품)’가 승객 어깨부를 구속한다. 이와 비슷한 개념의 에어백 기술이 물론 처음은 아니다. 다른 자동차 제조사도 미래 자율주행차 시대를 대비한 에어백 기술을 연구하고 있다.
타사의 기술은 탑승객의 정·측면을 모두 보호하기 위해 크기가 큰 쿠션으로 승객을 감싸고, 쿠션 내 압력으로 탑승객을 구속하는 원리다. 때문에 쿠션이 승객을 감싸는 형태는 크기 최적화에 한계가 있다. 반면, 현대차그룹의 허그 에어백은 충돌 방향에 따라 쿠션(측면 보호)과 테더(정면 보호)의 역할을 분리했다. 구속력을 갖추면서도 크기 최적화가 용이하며 어느 각도에서 충격이 오더라도 탑승객을 보다 안전하게 보호할 수 있도록 고안됐다.
허그 에어백은 테더 외에도 크게 3개의 챔버(Chamber)로 구성됐다. 챔버는 위치에 따라 역할이 다르다. 상단 챔버는 탑승객의 머리와 가슴을 보호하고 신체 이동을 구속한다. 중앙 챔버는 허그 에어백에서 유일하게 전방으로 꺾여 탑승객의 전방부를 지지하며, 하단 챔버는 골반을 보호하는 개념이다.
각각의 챔버는 테더로 연결된다. 허그 에어백이 사고 시 탑승객의 몸을 단단히 잡아 전방 보호 기능까지 수행할 수 있는 것은 바로 이와 같은 챔버와 테더의 유기적인 연결 덕분이다. 테더를 각 챔버와 어떻게 연결하느냐에 따라 구속력이 달라지기 때문에, 테더의 연결 부위와 길이를 연구하는 데 많은 공을 들이고 있다.
허그 에어백은 기술적으로 특별히 신경써야 할 부분이 또 있다. 바로 탑승자에 따라 천차만별인 신체 구조에 대한 대응 방법이다. 허그 에어백은 기존의 측면 에어백을 기준으로 탑승객의 평균 신체 크기에 맞춰 보호 영역이 설계된다. 그러나 머리를 보호하는 상단 챔버의 경우, 승객의 키에 따라 보호 기능이 제대로 작동하지 않을 수 있는 만약의 경우까지 대비해야 한다. 이를 위해 머리에 추가 상해가 발생하지 않게 테더의 장력과 상단 챔버의 압력을 조절하는 기술을 보완하기 위해 연구를 계속하고 있다.
현대차그룹은 에어백 소형화 기술과 시트 내 공간 확보에 따라 상단 챔버 면적을 키워 기존 에어백의 보호 성능까지 대체할 수 있는 방안도 연구를 검토하고 있다.
발전 가능성이 무궁무진한 허그 에어백의 미래
현대차그룹은 허그 에어백 기술 아이디어를 구체화 하는 과정에서 최적화된 쿠션 구조, 내외측 테더의 효율적 구조 등 국내외 주요 국가에 총 7건의 특허를 출원 완료했다. 또한, 향후 4~5단계 자율주행차의 개발에 발맞춰 적용할 수 있도록 기술을 다듬을 계획이다.
그 중 대표적인 해결 과제는 부피다. 허그 에어백은 보호 범위가 넓기 때문에 전개 시 부피도 기존 에어백보다 크다. 반면 자동차의 시트 디자인은 나날이 얇아지고 있다. 시트의 무게를 줄이는 동시에 실내 공간 확보를 위해서다. 시트 내에 수납해야 하는 허그 에어백의 특성상 모듈 크기의 최적화는 피할 수 없는 과제다. 이를 위해 현대차그룹은 최종적인 기술 개발 완료 시점까지 얇은 시트에도 적용할 수 있게 에어백 모듈 크기를 최적화 할 수 있도록 보완해 나갈 예정이다.
허그 에어백의 개발은 아직 진행 중이다. 법규나 충돌 성능을 만족하기 위해 다양한 기능들에 대한 추가 연구도 필요하다. 하지만 미래 자율주행차 시대를 대비해 고유의 실내공간 구성과 탑승자의 다양한 자세와 안전에 대응한다는 점에서 특별한 기술적 가치가 있다. 현대차그룹은 지속적인 연구와 보완을 통해 더 전방위적인 안전 기능을 수행하는 다양한 에어백을 연구해 나갈 계획이다.
기술·특허 자문
권혁인 연구원(승객안전시스템설계팀)
김봉균 책임연구원(지적재산2팀)