최근 발생한 COVID-19 사태는 현대인들의 생활 양식에 많은 변화를 가져오게 되었다. 자동차 시장에서도 그 영향을 확인 하는 것은 어렵지 않다. 밀폐된 공간을 피하여 휴가철 여행지를 찾아 떠나는 캠핑족들의 증가로 SUV(Sport Utility Vehicle) 수요가 늘어나게 되었고 출근과 퇴근 길에 교통 비용을 절약하기 위하여 차량 공유 서비스를 이용하던 직장인들은 사회적 거리 두기의 명분을 하나의 이유로 삼으며 Owner driving의 욕망을 실현하고자 하는 양상이 뚜렷해지고 있는 것이다.
기업은 소비자의 만족도를 높이고 더 많은 판매량을 기록하기 위한 연구를 끊임없이 지속하고 있다. 편의사양의 다각화와 안전장치의 안정성 그리고 원천 기술의 고차원화를 이룩하려 개발을 하는 과정에서 기존에는 제품의 구조적 한계만으로 해결이 가능했던 문제들이 지금은 전자장치와 기구의 융합으로 풀리게 되었다. 그 결과 어쩌면 과거에는 서로의 영역이 뚜렷했을지도 모르는 각 산업 군들의 경계가 오늘날에는 하나의 분야만으로는 구분 짓기 어려울 정도로 허물어지고 있는 것이 현실이다.
특히, 차량의 헤드램프는 운전자의 시야 확보 및 보행자 인식, C2C(Car-to-Car) 커뮤니케이션에 필수적인 부품으로 인식되고 있으며 다양한 기능과 높은 수준의 성능이 요구되고 있는 것이 실정이다.
헤드램프는 자동차 법규 내에서 약 80% 가량을 차지할 정도로 많은 규제를 준수 해야만 한다. 주행 차량의 운전자에게 편의를 제공 하면서 상대 차량의 운전자 까지도 고려 해야만 한다. 더불어 거리 보행자의 안전 또한 놓치지 않도록 여러 스펙을 충족 시키는 개발이 이루어지고 있다. 본 고에서는 헤드램프 분야에서 오랜 시간 동안 중요 문제로 삼고 있는 ‘습기’ 문제에 대하여 그 현상과 기술의 변화가 어떻게 이루어지고 있는가에 대하여 기술하고자 한다.
헤드램프 동향
UX/UI 디자인 발달로 인해 제품을 보는 관점이 Outside에서 Inside로 바뀌고 있다. 특히 헤드램프는 자동차 스타일링과 더불어 외장 디자인과 연계되어 각 OEM마다 하나의 심볼을 완성하게 해주는 주요한 제품이다.
●헤드램프 디자인 키워드
첫 번째 키워드는 <그림 1>의 ‘Electronics’이다. 최근 자율주행자동차의 개발로 차량 외관에 위치한 센서들이 기존 부품들 내로 위치되고 있는데 헤드램프의 경우 radar, LiDar와의 접목이 주로 연구되고 있다. 기존 정적인 환경에서 제품 구현을 해오던 많은 전자회사들은 자동차와 같이 다이나믹한 환경에서 제품 성능 확보를 위해 많은 노력이 이루어지고 있다.
두 번째 키워드는 <그림 1>의 ‘Platform’이다. 아마 실생활에 와 닿는 예로는 Car Pay 기능이 있다. 실생활에 자주 이용하는 매장들과 자동차를 연결한 하나의 플랫폼이 MZ세대들에게 새로운 문화로 자리잡고 있다. 향후 Connected Car 시장의 발전 방향성은 무궁무진할 것으로 예상된다.
마지막 키워드는 <그림 1>의 ‘Supplier’다. 기존 내연기관 중심의 자동차 산업이 전기차, 수소차로 넘어오면서 자동차 협력사들의 생존경쟁이 심화되고 있다. 헤드램프의 경우 주변 부품인 Grill, Fender, Door와의 융합 디자인이 최근 트렌드로 자리 잡고 있으며, 차량간 통신 뿐만 아니라 운전자와 보행자 간의 커뮤니케이션에 대해서도 많은 논의가 이루어지고 있다.
●헤드램프 소비자 인식 동향
자동차를 대하는 각 나라별 문화 차이에 따라 제품 개발 방향도 차이가 있다. 실용성을 중시하는 유럽의 경우 헤드램프의 고유 기능 및 가격 경쟁력이 우위에 있고, 각 집마다 차고가 있어 DIY 문화가 널리 퍼진 미국 시장에서는 소모품 교환이 쉽게 이루어 질 수 방향으로 검토가 된다. 자동차 외관 품질에 대해 신경을 많이 쓰는 아시아의 경우 점등 및 외관 디자인에 초점을 맞춰 개발 검토가 이루어지고 있다.
헤드램프 습기 저감 기술 개발 동향
각 나라별 소비자 인식 차이에 따라 헤드램프 습기를 받아들이는 사고의 차이도 뚜렷하다. 개선 동향에 앞서 먼저 습기 발생 원리에 대해 설명하고자 한다.
●습기 발생 환경
우선 ‘습기’란 공기 중에 포함되어 있는 수분이 물체의 표면에 물방울의 형태로 나타나는 자연적 현상이다. 원인으로는 더운 공기가 이슬점 온도보다 낮은 물체와 접촉하거나, 공기 내의 수증기가 포화상태가 되는 경우 습기가 발생하게 된다.
헤드램프의 경우 <그림 2>의 A→B, A→C로의 변화가 주된 발생 이유다. 예를 들어 <그림 2>의 A→B 경우는 외부의 차가운 공기와 엔진 또는 광원으로 인해 데워진 헤드램프내 따뜻한 공기가 만나서 습기가 발생하는 경우이다. <그림 2>의 A→C 경우는 비 오는 날 헤드램프 공기 내 수분이 포화상태가 되어 습기가 발생하는 경우이다.
일반적으로 습기가 생기게 되어도 헤드램프를 장시간 점등하게 되면 광원의 온도로 인해 내부 온도가 상승하게 되어 내부 습기가 자연적으로 소멸하게 된다.
●소비자 만족을 위한 습기 저감 기술 동향
유럽의 경우 습기를 자연 현상으로 받아들이기 때문에 헤드램프 내부 습기 발생으로 인해 별다른 필드 클레임이 접수되고 있지 않고 있지만, 그 외 국가들 대부분은 습기 제거에 대한 요구 사항들이 많이 접수되고 있다.
헤드램프 개발 초기에는 외부 렌즈에 물이 맺히지 않게 하는 근본적인 원인 제거에 초점을 두었다. 렌즈 표면을 소수성(Hydrophobic)으로 만들어 물이 맺히지 않게 하는 방안에 대해 많은 연구가 이루어졌으며, 업계에서는 이를 방담 코팅(Anti-fog coating)이라고 부른다. 일반적으로 다관절 로봇을 이용한 스프레이 분사 방식으로 적용되며, 전자 산업에서 널리 쓰이는 CVD(Chemical Vapor deposition) 방식과는 적용 방식이 상이하기 때문에 내구성 및 성능 차이가 있다.
자동차 기술이 발전함에 따라 제품 내구성이 증가된 탓에개인의 자동차 소유 기간이 늘어났고, 이에 따라 방담 코팅만으로 습기에 대한 장기 부품 내구성을 확보하기엔 무리가 있다는 사실이 드러났다.
이후 추가적인 습기 개선을 위해 헤드램프 체적에 최적화된 흡습제 적용 검토가 이루어졌고, 누구나 쉽게 교환이 가능한 헤드램프용 흡습제 패키지가 개발되었다. 일반적으로 가정에 널리 쓰이는 습기 흡습제와 통상적으로 원리는 같지만 습기 제거 후 잔여물 제거 방식에 차이점이 있다. 가정용 습기 흡습제의 경우 습기를 제거할수록 습기 제거통 안에 물이 차게 되지만, 헤드램프에 적용되는 흡습제의 경우에는 흡습제 내부의 분말이 수분을 흡수하여 경화되는 차이점이 있다. 흡습제 특성에 따라 수명이 무한하지는 않지만 보증 수명 내 습기 제거 성능은 매우 높은 편이다. 현재는 흡습제의 보증 수명을 증가시키기 위한 통기 구조 기술과의 융합 적용 방안들이 연구되고 있다.
헤드램프는 다양한 산업분야의 기술이 접목된 전자 제품으로 거듭나고 있고 기계, 전기, 전자, 금속, 광학, 인간공학 등 여러 분야 기술 융합으로 인해 고객들의 눈높이는 끊임없이 높아지고 있다. 앞서 기술한 습기 저감 기술 또한 소비자 만족을 위해 과거부터 지금까지 끊임없이 연구되고 있으며, 향후에도 우리 연구진들은 고객 만족을 위한 보다 더 선명한 시야 확보. 보다 더 안전한 제품 개발을 위해 각자의 자리에서 열심히 땀 흘릴 것이다. 또한, 어떠한 환경 조건하에서도 고객의 입과 눈이 되어 여러 상황을 나타낼 수 있는 지능형 헤드램프 기술 개발에 대한 노력을 아끼지 않을 것이다. 지속적인 학습을 통한 발전으로 국가 기술 경쟁력의 중추적인 핵심이 되어 자동차 부품 산업의 선두 주자가 되도록 연구 개발에 힘쓸 것이다.
글 / 엄세윤 (에스엘)
출처 / 오토저널 2021년 10월호
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