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세계인명사전에 등재된 현대차 연구원이
들려주는 디지털 차량 개발 이야기2015/12/01by 현대자동차

세계인명사전 ‘마르퀴즈 후즈 후’에 등재된 현대자동차 연구원에게
컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 차량 개발에 관한 이야기를 들어봤습니다

현대자동차 진동소음해석팀 김용대 책임연구원
l 현대자동차 진동소음해석팀 김용대 책임연구원



현대자동차 김용대 책임연구원은 진동소음에 관한 연구를 담당하고 있습니다. 특히, 컴퓨터 시뮬레이션으로 차량을 개발하는 CAE(Computer Aided Engineering) 기법을 활용한 연구를 많이 진행하고 있는데요. 최근에는 이러한 연구 업적을 인정받아서, 세계 3대 인명사전 중 하나인 ‘마르퀴즈 후즈 후(Marquis Who's Who)’ 2016년 판에 등재되기도 했습니다. CAE 기법에 대한 더욱 구체적인 이야기와 실제 적용 사례 등을 알아보기 위해 현대자동차 김용대 책임연구원을 직접 만나봤습니다.



세계인명사전에 등재된 자동차 회사 연구원

자동차 진동소음에 관한 연구로 세계인명사전에 등재된 김용대 책임연구원
l 자동차 진동소음에 관한 연구로 세계인명사전에 등재된 김용대 책임연구원

세계인명사전, 등재 과정이 궁금합니다
세계인명사전 ‘마르퀴즈 후즈 후’는 매년 각 분야에서 업적을 세운 이들을 선정해 등재하고 있습니다. 하지만 구체적인 선정 기준은 공개하지 않고 있습니다. 저는 연구 내용을 바탕으로 논문 집필이나 특허 등록을 꾸준히 하는 편인데요. 지금까지 국제저명학술지를 포함한 26편의 논문을 발표했고, 해외 특허를 포함한 14개의 등록특허를 발명했습니다. 물론, 저보다 뛰어난 업적을 세운 분들도 많기 때문에 이런 연구 실적이 대단한 것이라고 생각하지는 않습니다. 다만 기업의 연구원으로서 달성한 업적이라는 것을 고려했을 때 눈길을 끌었기에 선정된 것이 아닌가 생각합니다.

어떤 분야를 주로 연구하시나요?
CAE 기법을 활용하여 자동차의 진동소음에 관한 연구개발을 주로 합니다. 고속도로 노면에서 발생하는 소음이나 브레이크에서 발생하는 소음을 줄이기 위한 방법을 연구하기도 하고, 자동차에 탑승한 사람에게 진동이 덜 전달되도록 하는 차체에 관한 특허를 발명하기도 했습니다. 저는 이런 연구를 진행할 때마다 CAE 기법을 활용하여 문제의 원리를 분석하고 최적화를 수행하여 체계적인 개선안을 도출했는데요. CAE 기법을 이용하면, 시행착오와 경험에 기반했던 기존의 직관적 문제 개선 방식에 비해 성능은 최대한 향상시키고 문제 해결에 소요되는 시간은 대폭 절약할 수 있습니다.



컴퓨터 시뮬레이션으로 자동차를 개발하는 사람들

CAE 기법을 활용하여 자동차를 개발하는 현대자동차
l CAE 기법을 활용하여 자동차를 개발하는 현대자동차

CAE 연구원은 어떤 일을 하나요?
CAE는 Computer Aided Engineering의 약어입니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 물리적 현상을 예측하고 문제가 있다면 사전에 개선하는 연구활동입니다. 자동차 분야에서는 ‘디지털 차량 개발’이라고 부르기도 합니다. 현대자동차의 CAE 연구원들은 충돌, 진동소음, 내구, 연비, 냉각, 주행 안정성 등 자동차의 주요 성능에 관한 ‘디지털 차량 개발’ 업무를 담당하고 있습니다.

CAE는 자동차 개발 과정에서 어떤 역할을 수행하나요?
일반적으로 자동차는 몇 차례 프로토타입 (시험 제작품)을 만들어서 시험해 본 뒤에, 단계적으로 문제를 개선해서 품질을 향상시킵니다. 하지만 프로토타입을 실물로 제작하게 되면 많은 시간이 소요되는 것은 물론, 설계를 변경할 때마다 드는 비용도 만만치 않습니다. 여기서 CAE를 활용하면 훨씬 효율적으로 차량을 개발할 수 있습니다. 실물 프로토타입을 제작하지 않더라도 컴퓨터 시뮬레이션만으로 차량의 성능을 예측해 볼 수 있기 때문입니다. 개발 초기 단계에 CAE기법을 이용하여 성능 문제를 많이 해결해 놓을수록, 프로토타입의 완성도가 높아지며 제품 양산 단계에서 더 높은 수준의 성능을 달성할 수 있습니다.



자동차 성능 문제의 해결사, CAE

특정 성능의 악화 없이 모든 성능을 개선시키는데 활용되는 CAE 기법
l 특정 성능의 악화 없이 모든 성능을 개선시키는 데 활용되는 CAE 기법

자동차 성능에 관하여 CAE가 어떤 문제들을 해결할 수 있는지 궁금합니다
자동차를 개발하다 보면 풍선효과가 자주 나타납니다. 한 성능을 향상시키면 반대로 다른 성능이 악화되는 것이죠. 예를 들어 주행안정성을 위해서 차체와 서스펜션간의 결합 강성을 올리면, 주행안정성은 좋아지지만 소음진동이 심해지는 경우가 많습니다. 이런 상황에서 특정 성능의 악화 없이 모든 성능을 개선해야 하는데, 이때 CAE가 활약하게 됩니다.

이런 딜레마적 상황에서 CAE는 어떤 방식으로 문제를 해결하나요?
여러 성능을 동시에 고려한 통합 최적화를 시행합니다. 앞서 주행 안정성과 소음진동의 풍선효과를 말씀 드렸는데요, CAE를 이용하면 가능한 모든 설계 변수를 고려하여 주행안정성과 소음진동을 동시에 개선하는 최적화를 수행할 수 있습니다. 실물 제품을 통해 개선 확인을 할 때는 몇 가지 개선안만을 확인해 볼 수 있는 반면, CAE를 활용하면 적용 가능한 개선안을 모두 검토해 볼 수 있습니다. 그 많은 경우의 수를 어떻게 다 따져보냐고요? CAE를 활용하면 수학적 알고리듬을 이용하여 단시간 내에 연관 성능에 최적화된 문제 해결책을 도출해 낼 수 있습니다.

하이브리드 전용 차량을 개발하면서 시행착오를 최소화하기 위해 ‘컨셉 공유회’를 운영했습니다
l 하이브리드 전용 차량을 개발하면서 시행착오를 최소화하기 위해 ‘컨셉 공유회’를 운영했습니다

CAE 연구원으로서 수행했던 업무 가운데 가장 어려웠던 것은 무엇인가요?
하이브리드 전용 차량(프로젝트명 AE)의 개발 초기에 컨셉 성능 개발을 했을 때입니다. 이전의 하이브리드 차량 개발은 내연기관에 맞도록 개발된 차량에 하이브리드 파워트레인을 장착하고 성능을 추가로 개선하는 정도로 이루어졌습니다. 내연기관용 차량개발은 기존에 해왔던 개발 방식이었기 때문에 크게 어렵지 않았습니다. 하지만 AE의 경우에는 처음부터 하이브리드 차량의 관점에서 설계하고 성능을 개발해야 했기 때문에, 모든 것이 새로웠습니다. 그만큼 막막하기도 했고요.

저를 포함한 CAE 연구원들은 차량의 ‘상세 설계’가 이루어지기 전에 성능의 큰 틀을 잡아주는 ‘컨셉 개발’을 수행하였습니다. 예를 들어 새로운 환경차 구동 모터나 대용량 배터리 같은 주요 시스템을 장착하는 구조와 결합방식을 결정해야 했죠. 시행착오를 최대한 줄이기 위해 ‘컨셉 공유회’를 운영했습니다. CAE 연구원들이 컨셉 단계의 차량 성능을 예측해서 제시하고, 설계 및 시험 부서에서는 그에 대한 의견을 냈습니다. 1년여 동안 거의 매주 의견을 조율하고 설득과 협의를 진행했습니다. 결국, 초기 컨셉 설계 과정에서의 이러한 노력 덕분에 프로토타입의 최초 시험 합격율을 획기적으로 향상시킬 수 있었습니다.



모두가 인정한 CAE의 효용성

완성차 개발뿐만 아니라 건설 철강, 소재, 부품 등에서도 활용되는 CAE 기법
l 완성차 개발뿐만 아니라 건설, 철강, 소재, 부품 등에서도 활용되는 CAE 기법

현대자동차에서 CAE의 발전 과정과 앞으로의 방향이 궁금합니다
제가 입사한지 얼마 되지 않은 15년 전만 해도 컴퓨터 기술이 발달되지 않았던 때라 CAE의 역할은 지금만큼 크지 않았습니다. 주어진 도면을 검토하고 일부 성능 문제를 개선하는 정도로만 사용됐죠. 지금은 설계 및 시험 부서뿐만 아니라 경영층에서도 최적화의 측면에서 CAE의 효용성을 인식하여 점점 더 많은 역할을 부여 받고 있습니다. 현 시점은 급증하는 CAE 활용 요구에 부응하여 CAE 자원의 효율적인 활용 및 육성이 요구되는 중요한 시기입니다. 그래서 CAE 커뮤니티의 결속이 필요합니다. 최근에는 완성차 개발 과정에서 겪었던 시행착오를 건설, 철강, 소재, 부품 등의 부문과 공유하기 위해서, 현대자동차그룹 각 그룹사의 CAE 부문과 현대자동차의 CAE 부문이 협업을 추진하는 중입니다. 이를 통해 세계 산업에서 우리의 위상을 이전의 Fast Follower에서 Creative Leader로 전환하고자 노력을 기울이고 있습니다.



사진. 주성용





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