글로벌 상용차의 안전과 환경① 메르세데스-벤츠트럭
EVZ의 첨단 테스트 설비를 통한 과학적 분석
실제 환경과 가상의 상황 등 시뮬레이션 구현
테스트 범위에 따라 8~14일간 극한의 실험 연속
영하 40℃~영상 70℃까지 온도·습도 자율조정
공기역학적 설계의 중요성은 테스트를 통해 공기 흐름으로 확인할 수 있다.
자동차 개발은 ‘사람의 안전’을 기본 바탕으로 제작을 수행하게 된다. 그렇기에 차량 내·외관에 관한 법률적 규제는 기본 이상을 요구하게 되는 만큼 제작사들은 차량 테스트에 예민하게 대응할 수밖에 없다.
안전이 중요한 만큼 차체의 견고함, 기후 환경 변화에 따른 탄소 배출 대응도 중요하게 작용하고 있는 가운데, 글로벌 트럭 브랜드들이 트럭 제작에 있어 어떤 과정들을 진행하고 있는지에 대해 연재한다. 아울러, 기후변화에 대응하고 있는 탈탄소화를 위해 전동화 및 수소엔진으로의 전환 현황도 살펴본다.
독일 라인란트팔츠주 남서쪽에 위치한 게르머스하임지구에 속한 베르트 암 라인(Wrth am Rhein)은 메르세데스-벤츠트럭(이하 벤츠트럭)의 최대 트럭 생산 시설인 동시에 개발 및 테스트센터(EVZ)가 위치해 있다. EVZ에는 총 6개의 첨단 실내 테스트 장비와 외부에 주행 트랙을 갖추고 한 곳에서 대형트럭 테스트에 집중할 수 있도록 구축해 놨다.
EVZ의 테스트 및 평가 프로세스는 점차 전기 및 수소 기반 트럭 운전시스템과 관련된 테스트 절차의 전문화로 변화되고 있다. 이는 현재 준비하고 있는 대형 전기트럭 e악트로스 600(eAct ros 600)에 초점을 맞추고 있는 것과 행보를 같이한다.
EVZ의 220 테스트 시설에는 운전자의 편안함과 차량 안전 관련 장비들이 구비돼 있다. 차량의 진동을 분석하기 위해 세계에서 유일하게 개발된 다중 피스톤 벤치와 강력한 기후 테스트 체임버(Test Chamber) 중 하나로 극강의 추운 온도와 뜨거운 온도를 테스트할 수 있는 시설이 갖춰져 있다.
KundenCenter Worth의 테스트 트랙.
도로 시뮬레이션 및 차량 진동 분석
멀티 피스톤 벤치(Multi Piston Bench)는 다양한 도로 표면에서 발생되는 진동을 시뮬레이션하게 된다. 이를 위해 시스템에 입력된 실제 측량 데이터를 기반으로 실제 환경과 다른 도로 표면 모음이 생성돼 분석하게 된다.
시뮬레이션은 고속도로 경로, 시골도로, 파인 도로 등 열악한 도로로 구성된 경로까지 테스트하게 된다. 차량의 진동 발생은 정의된 진폭과 주파수를 갖는 신호를 사용해 수직과 세로 방향으로 구현하고 있다.
벤츠트럭에 따르면 멀티 피스톤 벤치를 사용해 검증된 측정 결과와 전체 차량의 재현 가능한 진동 및 공진 분석을 얻는 것을 최우선 과제로 두고 있다고 한다.
드라이브 변형에 관계없이 개별 차량 구성 요소와 어셈블리의 진동 및 가속 동작을 검사하고 평가하게 된다. 이러한 맥락에서 섀시와 차체 부품의 동작과 주행 편의성에 대한 영향은 다양한 주파수에서 측정되고 평가된다.
또한 테스트 시나리오에는 베어링 및 충격 흡수 장치의 안정적인 설치와 진동 동작이 다른 차량 구성 요소에 미치는 영향을 검사하는 것과 케이블 및 파이프 덕트와 같이 마모가 발생할 수 있는 좁은 장소를 식별하는 것도 포함하고 있다.
테스트는 범위에 따라 다를 수 있으며 전체 차량 또는 개별 어셈블리의 진동, 공진 동작을 검사하는 데 약 8일에서 14일 정도가 소요된다.
EVZ에는 세계에서 유일하게 개발된 다중 피스톤 벤치가 설치돼 차량의 진동을 분석한다.
멀티 피스톤 벤치의 구조와 기능
멀티 피스톤 벤치는 크기와 비교할 수 없는 테스트 기능성을 갖추고 있다. 고정된 차량이 목표한 방식으로 진동하도록 하는 첨단 진동 기반장치 위에 세로 방향으로 설치된 10개의 유압 실린더와 가로 방향으로 10개의 유압 실린더가 설치돼 있다.
수직 실린더와 세로 실린더 각 1개가 각 휠에 설치되며, 트윈 타이어의 경우 각 휠마다 설치된다. 진동 테스트가 진행되기 전 공기 스프링을 사용해 차량을 들어 올리게 된다. 이는 테스트 진행 중 발생하는 진동이 테스트 장비 시설로 전달되는 것을 차단하기 위한 조치이다.
멀티 피스톤 벤치는 오일 압력이 280바(bar)인 8개의 펌프로 구성된 중앙 유압장치에 의해 구동된다. 각 실린더의 하중 제한은 8톤으로 개별적으로 제어가 가능하다. 멀티 피스톤 벤치를 사용해 최대 5개의 차축과 최대 총 길이 20m를 갖춘 전체 차량의 진동 동작을 측정, 검사 및 분석할 수 있다.
트랙의 폭은 가변적으로 1.77m에서 2.06m 사이의 값으로 설정할 수 있다. 이 시설에서는 폭 최대 2.50m, 최대 높이 5.30m, 최대 휠 하중 8톤, 최대 총 중량 60톤의 세미트레일러, 트레일러가 장착된 차량을 테스트할 수 있다.
극강의 영하와 영상 온도에서 테스트가 가능한 테스트 체임버.
고온과 저온 기후 테스트 체임버
처음부터 전기와 수소 구동 차량도 사용할 수 있도록 설계된 고성능 기후 테스트 체임버는 최강 한파의 핀란드나 고온의 스페인 등 실제 현장에서 테스트하는 것보다 강도가 높다.
특히 기후 테스트 체임버를 이용하면 일 년 내내 비슷한 환경 조건을 시뮬레이션으로 유연하게 재현할 수 있다는 이점이 있다.
기후 테스트 체임버는 영하 40도(℃)에서 영상 70도의 온도 범위에서 작동된다. 온도 외에도 물리적 한계 내에서 필요에 따라 최대 100%의 다양한 습도를 설정할 수 있는 제어 기능도 있다. 온도 설정 및 습도 결정을 위한 온도 변화계수는 1.0Kelvin 또는 분당 섭씨 1℃이다.
원하는 값을 높은 정밀도로 지정할 수 있는 것이다. 이는 첨단기술과 더불어 에어컨, 기계류, 전기 및 편의 기능을 기존 차량과 대체 차량 모두에 대해 북극에서 아열대에 이르는 기후 조건을 만들어 테스트할 수 있음을 의미한다.
기후 테스트 체임버에는 세미트레일러와 트랙터 2대를 위한 공간이 마련돼 있다. 변화하는 온도와 습도 조건에서 다양한 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 광범위한 테스트가 가능하다.
내연기관 차량과 전기차의 냉간 시동 동작 최적화는 중요한 구성 요소로, 전기 트럭의 경우 배터리 관리와 배터리 충전량(SoC)이 중요한 핵심 요소가 된다.
또한 테스트 실행을 위한 기후 테스트 체임버에는 배기가스 환기 시스템, 일산화탄소, 수소, 메탄 누출 등 가스 경고시스템을 포함한 안전 기능이 장착돼 있다. 위험이 임박한 경우 3단계의 광학 및 음향 경고시스템이 참석한 사람들에게 즉시 기후 테스트 체임버를 떠나도록 알림과 동시에 소방서와 직접 연결토록 했다.
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지재호 기자 cjh@cvinfo.com
출처-상용차신문