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ㆍ	기고칼럼
ㆍ년/월/일	2013-06

미래의 자동차산업과 도로기술

미래의 자동차산업과 도로기술
A Study of Automobile Industry and Highway Technology

이용재 (중앙대학교 도시공학과 교수)
권순범 (중앙대학교 일반대학원 박사과정)

Ⅰ. 서론

자동차기술은 도로기술 발달과 함께 발전되어 왔다. 독일의 경우 이미 자동차 스포츠 경기장과 자동차산업 발전을 위한 테스트 트랙에 해당되는 AVUS(Automobile Verkehrs und bungs Straße) 건설(1913~1921년)을 통해 최고급 자동차 산업을 발전시켰으며, 세계적인 자동차 전용도로로 대표되는 아우토반 건설 기틀을 마련했다.
현대의 기술은 서로 다른 기술을 접목해 새로운 기술을 만드는 융합화를 통해 그 발전 속도를 가속화 하고 있다. 대표적으로 IT 분야를 중심으로 기존 제품 기능 개선이나 여러 제품의 기능을 통합한 다양한 스마트 기기가 출시돼 정보화와 생활편의에 대한 요구는 점점 높아져가고 있다. 또한 2000년대 이후 환경에 대한 관심이 높아지면서 녹색성장에 대한 교통부문의 대책이 논의되고 있는 시점이다. 최근 미국, 일본, 유럽 등 주요 선진국은 물론 국내에서도 이같은 기술융합을 통한 미래형 자동차 및 첨단 도로관련 연구가 활발히 진행되고 있어 기존의 기계공학, 토목공학 등 물리적인 분야를 중심으로 발전된 자동차산업과 도로의 새로운 미래상이 제시되고 있다.
따라서 본 연구에서는 최근 대두되고 있는 친환경 자동차, 스마트 카(Smart Car) 등 미래형 자동차와 국내에서 연구가 추진되고 있는 스마트 하이웨이(SMART Highway)에 대한 개념을 살펴보고 향후 도로 및 자동차산업이 나아가야 할 방향에 대해 논의해 보고자 한다.

Ⅱ. 미래 자동차와 도로기술

1. 미래 자동차기술
1885년 최초의 가솔린엔진을 사용한 자동차 발명 이후 기계공학을 중심으로 발전되어 온 자동차산업은 유가상승, 지구환경문제, 기술의 융합화에 따른 시대적 요구로 인해 친환경 자동차와 스마트카(Smart Car)관련 기술개발이 가속화되고 있다.
1) 친환경 자동차
친환경 자동차는 연비효율개선 및 무공해, 장거리 주행을 지향하는 자동차로 정의할 수 있으며, 현재 상용화를 앞두고 추진 중에 있는 친환경 자동차 관련기술은 크게 기존의 내연기관 성능을 개선한 기술과 대체에너지 기술로 구분할 수 있다. 내연기관 개선 기술은 자동차 발명 이후 최근까지 개선을 거듭해 발전한 기술로 적용성과 경제성이 높은 특징을 가지고 있다. 이중 하나인 균질예측혼합압축착화(HCCI : Homogeneous Charge Compression Ignition) 기술은 가솔린 엔진에 연료를 분사해 압축폭발을 이용하는 디젤 엔진방식을 적용함으로써 가솔린 엔진의 환경성과 효율성을 갖출 수 있도록 했다. 클린 디젤은 기존의 디젤자동차 배출가스를 현저히 줄일 수 있는 시스템을 장착해 디젤 엔진의 효율성에 환경성을 높인 기술로 현재 유럽을 중심으로 발전하고 있다.
다운사이징은 엔진 배기량이나 실린더 수를 줄여 엔진 출력과 연비향상을 동시에 달성하는 기술이다. 세계경제 위기 이후 소형차 선호가 증가하면서 개발이 가속화되고 있다.
전동시스템을 활용한 기술은 미래 친환경차 산업의 핵심으로 대두되고 있다. 현재 가장 상용화된 기술은 하이브리드 자동차(HEV : Hybrid Electronic Vehicle)로, 내연기관과 전기로 구동되는 시스템을 선택적으로 작용해 연비를 향상시키는 방법을 적용하며, 동력원은 내연기관을 사용하기 때문에 주유소 등 기존 인프라의 추가 설치가 요구되지 않아 원활한 보급이 가능한 장점을 가지고 있다.

전기자동차(EV : Electronic Vehicle)는 전기모터에 의해 구동되기 때문에 기존 내연기관을 사용한 자동차에 비해 구조가 단순하며, 외부로부터 충전받은 전기를 동력원으로 사용함으로써 배기가스가 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 그러나 주행거리 제한과 충전소 보급 등 상용화는 어려우나, 멀지않은 미래에 해결될 것으로 판단된다. 연료전지 자동차(FCEV : Fuel Cell Electronic Vehicle)는 수소, 메탄올, 천연가스 등의 화학반응에 의한 에너지를 통해 전기를 생산하는 무공해 자동차로서 대표적으로 수소연료전지 자동차 개발이 진행되고 있다.

2) 스마트 카(Smart car)
최근 들어 관련 산업 또는 서로 다른 산업간 기술을 융합해 새로운 기술 또는 가치를 창조하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 기조는 IT산업을 접목한 스마트기기 분야에서 두드러지게 나타나고 있으며 전 산업에 걸쳐 확대되어가고 있다. 자동차산업 분야에서는 단말기를 통해 위치, 주변교통상황 및 경로안내 등의 정보를 수신하거나 고속도로 통행요금을 징수하는 수동적인 정보 및 단순기능을 제공하는 형태에서 자동주차, 충돌회피 등 능동적이고 복합적인 기능을 하는 형태로 변화되어 가고 있다.

스마트 카의 의미는 매우 광범위한 내용을 포함하고 있어 구체적인 개념을 서술하기에는 무리가 따르므로 그 기능과 정의를 검토할 필요가 있다. 전황수는 스마트 카에 대해“차량 내 정보를 통합하고 운전자가 차 안에서 오락, 정보 등 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있는 차로, 스마트폰 등 모바일 기기와 이동통신 기술을 자동차에 접목해 편의성을 높이고 고객의 니즈에 부응하는 차세대 자동차이며, 교통사고를 획기적으로 줄이고 사고 피해를 최소화해주며 자동차 주행을 효과적으로 할 수 있게 해 환경 오염도 줄일 수 있다”고 정의했다. 지능형 자동차의 주요기능은 안전성과 편의성으로 구분되며 그 내용은 다음과 같다.

① 예방안전 : 운전자의 눈 깜빡임과 호흡상태 감지해 졸음운전이나 음주운전 시 경보가 울리며, 사각(死角) 감지 카메라는 사이드미러나 룸미러로 볼 수 없는 영역을 비춰준다. 적외선 카메라는 야간에 전조등 미치지 않는 거리에 출현한 사람과 동물을 미리 감지할 수 있다.
② 사고회피 : 장애물을 감지하지 못했을 때 자동차 스스로 급제동을 걸거나 조향장치를 조작해 피해 방지하며, 운전자가 부주의로 차선을 이탈한 것으로 판단된 경우 경보가 울린다. 또 운전자가 사각지대 장애물을 인식하지 못한 상태에서 차선을 변경할 때에도 경보가 울린다.
③ 충돌 및 피해 확대 방지 : 사고가 발생할 경우 충격흡수능력을 극대화한 차체구조가 승객석을 보호해주며, 모터가 달린 능동형 안전벨트가 작동하면서 에어백이 터져 탑승자를 감싸준다. 또 인근 경찰서·병원 등에 사고사실을 자동통보하고 화재 발생 시 소화액이 자동 분사된다.
④ 각종 편의장치 : 스마트 하이웨이에선 자동차가 움직이는 사무실이나 움직이는 응접실이 된다. 차에서 동영상을 즐기거나 e-메일을 주고 받고 화상회의를 하는 게 가능하다. 음성인식 기술 덕분에 내비게이션, 오디오·비디오 시스템 등은 모두 말로 조작되며, 내비게이션은 운전자와 대화를 나누는 수준까지 올라 연료 잔량을 감안해 값싼 주유소나 충전소를 안내하고 주인의 입맛을 고려한 맛집으로 안내하는 기능까지 수행한다.

2. 스마트 하이웨이(SMART Highway)
최근 들어 미국, 일본, 유럽 등 주요 국가에서 IT 등 첨단기술을 도로에 접목해 안전성과 이동성, 편리성을 극대화한 서비스를 제공하기 위한 목적으로 연구가 활발히 수행되고 있다. 이와 관련, 국내에서는 스마트 하이웨이(SMART Highway) 사업이 추진되고 있다. 이 사업은 국토해양부 VC-10 사업의 하나로 토목기술, IT 및 차세대 자동차기술을 접목해 안전성, 편리성, 정시성, 친환경성의 핵심가치와 세계 최고수준의 빠르고 편안한 지능형 녹색도로 실현이라는 비전 아래, 2007년 10월부터 시작해 내년 7월을 목표로 추진되고 있다.

스마트 하이웨이 사업은 한국도로공사를 중심으로 추진되고 있으며, 스마트 하이웨이를 구현해 가치를 높이기 위한 8대 서비스, 6대 인프라, 9대 기술의 869전략을 수립해 사업의 성공적인 추진 위한 총괄과제와 분야별 4대의 핵심과제로 나눠 지속적인 연구개발이 수행되고 있다. 현재 핵심과제별 기술개발이 완성됐으며 스마트 하이웨이 체험도로를 건설해 도로전용 통신망(WAVE 통신망)을 기반으로 한 연쇄사고 예방, 낙하물 정보 제공, 주행로 이탈 방지, 하이패스 게이트를 하나로 통합한 ‘스마트 톨링’, 긴급상황 알림, Virtual VMS 서비스 등을 시연한 바 있으며 기술적용을 위한 3단계 사업에 진입해 있다.

Ⅲ. 정책적 고찰
본 연구에서는 미래 자동차와 도로기술을 바탕으로 자동차산업과 도로기술 발전전략 그리고 향후 연구과제에 대해 고찰해 보고자 한다. 첨단기술을 활용한 미래 자동차 및 도로기술 관련 연구·개발이 추진되고 일부 상용화를 앞두고 있는 현 시점에서 그 의미를 돌이켜 보면 친환경 부분에서는 전세계적으로 지구온난화와 석유자원 고갈의 문제에 대응하기 위한 필수적인 대책으로 해석된다. 자동차는 석유소비량과 온실가스 배출량에서 많은 부분을 차지하고 있으며 기존 내연기관 기술개발 만으로는 한계가 있는 만큼 친환경 자동차와 스마트 하이웨이 연구는 녹색교통 환경 실현에 많은 역할을 할 것으로 기대된다.

미래형 자동차 및 첨단도로 관련 연구는 정보화 스마트시대에 부응하는 교통환경의 미래상을 제시하는 핵심기술로서 교통 이동성 확보는 물론 안전성과 편의성을 획기적으로 개선할 것으로 예상된다.
국내 교통사고건수는 2009년 기준 111.4건/1만대로 OECD 국가 중 유일하게 자동차 1만대당 100건 이상을 기록하고 있으며, 10억 주행 km당 교통사고는 OECD 평균(424.8건)에 비해 약 1.9배가 많은 786.3건으로 나타나 교통안전 측면에서 심각한 문제로 제기되고 있다.

이러한 상황에서 스마트카 및 스마트 하이웨이 연구는 교통사고 감소에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 스마트 카를 예로 들면 박성태 외 3인은 도입 효과의 안전성 측면에서 운전자가 육체적·정신적으로 불안정한 주행으로 인해 돌발상황에 적절한 대응을 하지 못할 경우, 자동제어 기술을 통해 운전자 부주의에 의한 사고가 30% 이상 획기적으로 감소될 것으로 예상된다고 한다.

1. 자동차 산업 부문 발전전략
자동차 산업은 국가경제 뿐만 아니라 타 산업체에 미치는 영향이 막대한 관계로 미국, 일본, 유럽을 포함한 세계 주요 선진국가들은 자동차 산업을 국가 주요전략사업으로 간주해 연구 및 기술 개발에 막대한 투자를 하고 있다. 자동차 생산 규모에 있어 세계 5위권으로 부상한 한국도 IT 산업과 자동차 산업을 국가 핵심사업으로 지정해 기술개발에 많은 노력을 기울이고 있으며, 반도체, 선박 등 주요 기산산업 중에서도 자동차 산업은 국가경제에 가장 많은 비중을 차지하고 있다.

국내 자동차 생산은 2011년 465.7만대로 역대 최대 생산량을 기록했다. 특히 수출량은 315.2만대로 독일, 일본 다음으로 수출 300만대를 돌파해 세계 3대 자동차 수출국으로 부상했다. 이는 국산자동차 품질 및 브랜드 이미지가 해외경쟁력을 갖춘 결과로 해석될 수 있다. 한국의 전자정보통신(IT) 분야는 이미 세계적인 경쟁력을 확보하고 있다. 반도체, 초고속 인터넷, 스마트폰을 포함한 모바일 통신, 가전분야에서 위상은 세계적이라 할 수 있다. 이러한 기술과 인프라, 그리고 우수한 자동차 제조기술을 가지고 있는 두 분야를 접목할 경우 미래형 자동차 개발 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖게 될 것은 충분하다.

또한 친환경 자동차에서 핵심적인 부분을 차지하는 배터리 분야에서도 한국은 높은 시장점유율을 차지하고 있다. 전동시스템에 주로 적용되는 리튬이온 배터리 시장의 90% 이상을 한중일 3국이 차지하고 있으며, 2011년 한국업체 점유율이 39%로 가장 높은 비율을 차지하고 있는 점 또한 미래 자동차산업 발전에 강력한 동력원이 될 것으로 판단된다. 그러나 흔히 ‘슈퍼카’라고 불리는 고성능 자동차 부분에 대해서는 부족한 점이 있다.

국내의 자동차 제조기술은 세계적인 수준에 근접했다는 평가를 받고 있지만 아직까지는 BMW나 Mercedes-Benz 등 최고급 자동차 기술과 브랜드에는 미치지 못하고 있다. 서구 자동차 선진국의 경우 자동차 경주를 통한 속도와 힘의 경쟁을 추구하며 우수한 기술과 브랜드를 확립시켜 온 사실에 비춰 보면 고성능 자동차 개발과 관련한 지원기술 확보는 자동차 산업의 경쟁력 향상에 중요한 요소로 작용된다.
친환경 자동차와 관련해 기존의 가솔린 또는 디젤연료를 사용하는 내연기관에서 전기를 사용하는 전동시스템으로 변해가는 상황은 상대적으로 고성능 자동차 관련 기술이 부족한 우리에게 아주 좋은 기회가 될 수 있을 것이며, 스마트 기술을 활용해 차량 안전성 및 편의성을 부가하면 차별화된 미래형 고성능 자동차 개발을 통한 새로운 브랜드 이미지 창출이 가능할 것이다.

한국은 자동차 선진국이랄 수 있는 미국, 일본, 유럽 국가들과 후발주자라 할 수 있는 중국, 인도, 브라질 같은 신흥 자동차 생산국가 사이에 끼어있는 상황에 있다. 따라서 자동차 선진국으로의 입지를 확고히 하기 위해 친환경 자동차 및 스마트 카 등 미래형 자동차 개발과 함께 고성능 자동차에 대한 기술 개발을 통한 관련 지원기술 확보와 브랜드 이미지 향상이 필수적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

2. 도로기술 부문 발전전략
스마트 하이웨이는 핵심기술 개발과 실용화를 통해 안전한 이동성 확보, 기술선진국 진입 및 해외시장 진출을 연구개발 목적으로 하고 있다. 스마트 하이웨이 기술 부분에서 주행로 이탈 예방, 연쇄사고 예방, 스마트 톨링, 돌발상황 검지, WAVE 기반 통신기술 등 세계 1위 기술 5건과 선진국 대비 100% 기술수준 달성, 안전성 부분에서는 고속도로 운전자 과실사고 25% 저감, 환경부문에서는 탄소저감 10% 달성을 목표로 하고 있어 IT 및 자동차 기술이 융합된 첨단 도로 인프라를 통해 미래의 교통환경에 획기적인 변화가 따를 것으로 기대된다. 스마트 하이웨이 핵심가치는 ‘안전성, 편리성, 정시성, 친환경성’으로 이상적인 도로환경을 추구하기 위해 절대적으로 필요한 요소다. 그러나 도로의 가장 기본적 가치인 ‘이동성’은 혼잡 완화, 돌발 상황 관리, 차량 흐름 연속성 확보 등 교통류 관리를 통해 유지할 수 있지만, 현실적으로 대부분의 차량은 고속도로에서 제한속도를 초과해 주행하고 있는 실정이다.

또한 기술 발전으로 자동차의 평균 최고속도는 200km/h에 이르고 있으며, 몇몇 고성능 자동차의 경우 300km/h 이상의 속도에서도 기계적으로 무리 없이 주행할 수 있는 능력을 보이고 있다. 이러한 상황에서 스마트 카 및 스마트 하이웨이 구현으로 도로 주행의 안전성과 편리성이 확보되면 특히 고속도로의 경우 도로상 운전자는 현재보다 더욱 빠른 속도로 주행할 것은 자명할 것이다.

현재 국내 도로의 설계기준은 설계속도 120km/h까지 제시하고 있어 도로 기능이 자동차 성능을 따르지 못하고 있는 실정이다. 도로는 자동차가 주행하는 공간이라는 개념에서 자동차와 도로기술은 상호 보완관계를 형성하며 발전할 때 가치가 더욱 향상될 것이다. 또한 현재 철도 중심의 교통정책으로 인한 도로부문 투자 감소와 도로시설 한계로 인한 비효율성으로 수송측면에서 경쟁력이 저하되는 등 현재 도로가 당면한 여러 문제를 해결하기 위해 스마트 하이웨이 같은 첨단도로 관련 연구는 물론 설계속도 향상을 통한 도로 이동기능을 향상시킬 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Ⅳ. 결론
친환경 자동차와 스마트 카, 스마트 하이웨이 기술 개발은 안전성, 편의성, 친환경성 확보 측면에서 긍정적인 미래의 교통환경을 기대할 수 있다. 자동차 산업의 경쟁력 부분에서는 미래형 자동차 개발과 함께 고성능 자동차에 대한 기술개발을 병행해 친환경, 스마트 기술을 접목한 고성능 자동차 기술 개발을 통해 브랜드 이미지 상승을 도모하고 세계적인 수준으로 부상한 한국의 자동차 산업 입지를 확고히 해야 할 것으로 판단된다. 도로 기술부분에서 도로는 이동성을 기본 가치로 한다는 의미에서 스마트 하이웨이 구현을 통한 안전성 및 편의성 확보는 물론 자동차 성능을 고려한 설계속도 향상에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.