자동차공학 / 미래모빌리티학과

차량동역학

Vehicle Dynamics

가속·제동·선회 시 타이어 접지면에서 발생하는 마찰력이 차량을 움직이는 유일한 외력이라는 전제 아래, 타이어-노면 마찰계수 가 차량이 낼 수 있는 최대 횡가속도의 한계를 결정함. 이 한계를 넘으면 타이어가 미끄러지며 언더스티어·오버스티어가 발생하므로 이를 예측하는 게 안정성 설계의 핵심.

ex) 레이싱카가 코너를 최대한 빨리 돌기 위해 타이어 마찰력 한계까지 정확히 활용하는 레이스라인 설계.

내연기관제어

Internal Combustion Engine Control

실린더 안에서 연료가 가장 효율적으로 연소되도록 흡입 공기량 대비 연료량(공연비)과, 피스톤이 압축 상단에 도달하는 시점에 맞춘 점화 타이밍을 엔진 회전수·부하마다 실시간 매핑해 제어하는 기술. 점화가 너무 이르면 노킹, 너무 늦으면 출력 손실이 발생하는 트레이드오프를 ECU가 센서 피드백으로 조정함.

ex) 가속 페달을 밟는 순간 ECU가 즉시 연료 분사량과 점화 시기를 재계산하는 것.

전기차 배터리 패키징

EV Battery Packaging

수백~수천 개의 배터리 셀을 직렬·병렬로 묶어 원하는 전압·용량을 만들되, 충放전 시 발생하는 열을 냉각판으로 균일하게 식혀 셀 간 온도 편차를 최소화하는 설계. 한 셀이라도 과열되면 연쇄적으로 옆 셀까지 열이 번지는 열폭주(thermal runaway)를 막는 게 안전 설계의 최우선 과제.

ex) 전기차 바닥 전체에 깔린 배터리팩이 충돌 시에도 셀이 손상되지 않도록 보호 구조를 갖추는 것.

자율주행 센서 융합

Autonomous Driving Sensor Fusion

카메라(색상·형태 인식은 강하지만 거리 추정은 약함), 라이다(정확한 3차원 거리 측정), 레이더(악천후에도 강인한 속도·거리 측정)처럼 서로 다른 강점과 약점을 가진 센서 데이터를 칼만필터 등으로 확률적으로 결합해, 한 센서만으로는 얻을 수 없는 정확하고 신뢰도 높은 주변 환경 인식을 만들어내는 기술.

ex) 자율주행차가 안개 속에서도 레이더로 앞차와의 거리를 놓치지 않는 원리.

샤시설계

Chassis Design

엔진·서스펜션·조향장치가 부착되는 차량의 뼈대 구조를 설계하는 영역으로, 비틀림·굽힘 강성을 충분히 확보해야 코너링 시 차체가 뒤틀리지 않고 서스펜션이 설계된 대로 정확히 작동함. 강성과 경량화는 서로 상충하는 목표라 재료·구조 최적화가 핵심 과제.

ex) 스포츠카가 일반 세단보다 차체 비틀림 강성을 훨씬 높게 설계해 코너링 응답성을 높이는 것.

동력전달계통

Powertrain

엔진·모터가 만든 회전력을 변속기의 기어비, 최종 감속기의 감속비를 거쳐 바퀴까지 증폭·전달하는 시스템. 저단 기어에서는 기어비가 커 토크가 증폭되고(출발이 쉬움), 고단에서는 기어비가 작아 회전수 대비 속도가 커짐(고속 주행 효율).

ex) 언덕을 오를 때 저단 기어로 바꾸면 힘이 세지는 대신 속도가 느려지는 것.

서스펜션 및 타이어 역학

Suspension & Tire Dynamics

스프링과 댐퍼로 이루어진 서스펜션이 노면 충격을 흡수하며 타이어가 최대한 노면에 밀착된 상태를 유지하게 하고, 타이어는 접지면의 마찰력(코너링 포스)으로 실제 조향·가속·제동력을 노면에 전달하는 유일한 접점. 서스펜션 세팅이 타이어 접지력을 얼마나 잘 유지시키느냐가 곧 주행 성능을 좌우함.

ex) 과속방지턱을 넘을 때 차체는 출렁이지 않고 바퀴만 위아래로 움직이는 것.

타이어 슬립비와 파제카 모델

Tire Slip Ratio & Pacejka Magic Formula

타이어는 노면과 완전히 미끄러지지 않는 순수 구름 상태와 완전 슬립 상태 사이, 바퀴 회전속도와 실제 차량속도의 미세한 차이(슬립비)가 있을 때 오히려 더 큰 힘을 낼 수 있는데, 이 슬립비-마찰력 관계는 단순한 직선이 아니라 특정 슬립비에서 정점을 찍고 다시 떨어지는 비선형 곡선을 그림. 이 실제 곡선을 정밀하게 근사하는 경험식이 파제카(Pacejka)의 매직 포뮬러로, ABS·TCS 같은 전자제어 시스템이 타이어를 최적 슬립비 근처로 유지시키는 데 이 모델을 씀.

ex) ABS가 급제동 시 바퀴를 완전히 잠그지 않고 미세하게 슬립을 남겨 최대 제동력을 유지하는 원리.

회생제동

Regenerative Braking

일반 제동은 브레이크 패드 마찰로 운동에너지를 열로 바꿔 그냥 버리는데, 전기차·하이브리드차는 감속할 때 구동모터를 반대로 발전기처럼 작동시켜 차량의 운동에너지를 전기에너지로 회수해 배터리를 충전함. 시내 주행처럼 감속이 잦은 조건일수록 회생제동으로 회수하는 에너지 비율이 커져 전비 개선에 크게 기여함.

ex) 전기차가 가속페달에서 발을 떼면 속도가 서서히 줄면서 동시에 배터리 잔량이 조금씩 올라가는 원핷라이딩(One-Pedal) 주행.

충돌 안전 구조 설계

Crash Safety Structure Design

차체 앞부분은 충돌 시 계획적으로 찌그러지며 충격 에너지를 흡수하는 크럼플존으로, 승객이 타는 캐빈은 거의 변형되지 않는 고강성 구조로 설계해, 충돌 에너지를 최대한 차체가 흡수하고 승객에게 전달되는 충격은 최소화하는 설계 원칙. 에어백·안전벨트 같은 승객구속장치와 함께 작동해 실제 인명 피해를 줄임.

ex) 충돌시험에서 차량 앞부분은 심하게 찌그러져도 운전석 공간은 그대로 유지되는 것.