현재 모터는 고급차의 경우 많게는 120개가 장착될 만큼 애플리케이션 영역이 폭넓어졌다. 소형 전동 모터는 자동차에서 다양한 애플리케이션에 확장 적용됨으로써 시장 규모가 2006년 192억 유로에서 2013년 233억 유로 규모로 성장할 전망이다.
전자식 파킹 브레이크(Electric Parking Brake, EPB)는 핸드 브레이크 사용을 없앤다. EPB는 일반적으로 대시보드 위의 버튼을 누름으로써 핸드 브레이크와 같은 기능을 한다. EPB는 자동차 메이커들에게 기존 핸드 브레이크 레버와 차량 하부의 케이블, 기계식 연결장치, 조절기를 제거하도록 해 공간과 비용을 절약할 수 있고 디자인과 새로운 공간 이용의 이점을 줌으로써 신차 적용이 확대되고 있다.
EPB는 기본적으로 차가 서 있을 때 브레이크가 자동으로 잠기고 출발할 때 액셀러레이터 페달 작동시 자동으로 풀리는 기능을 제공한다. 기존의 와이어 방식과 달리 전자식으로 제어돼 차량이 서 있을 때 컴퓨터가 차량의 속도와 엔진의 회전, 브레이크의 동작 유무를 판단해 운전자가 브레이크를 밟은 깊이 만큼 잠기게 한다. 정차중에 운전자가 브레이크를 밟고 있지 않더라도 도중에 브레이크가 풀릴 염려가 없다. 비탈에서는 출발할 때 뒤로 밀리지 않게 한다.
전자식 파킹 브레이크

EPB에서 전동 모터는 브레이크 케이블을 작동한다. 최신 시스템들은 캘리퍼에 직접 장착된 전동 모터로 브레이크 디스크를 구동한다. 보쉬는 2006년 말 일체형 파킹 브레이크 기능을 탑재한 경상용차를 위한 신형 리어 차축 브레이크 캘리퍼를 생산하기 시작했다. 파킹 브레이크 및 리어 디스크 브레이크 통합을 위해 두 가지 방식을 사용했다. 하나는 콤팩트 드럼 브레이크를 브레이크 디스크의 로터에 통합한 방식이고, 다른 하나는 BIR(Ball-In Ramp) 메커니즘을 브레이크 캘리퍼에 통합한 방식이다. 이 경우 보든(Bowden) 케이블을 통해 브레이크 캘리퍼 레버로 전달된 회전 운동은 경사형(ramp-shaped) 홈에 마련된 볼에 의해 큰 힘을 제공하는 단거리 병진 운동으로 변환된다. 이로부터 브레이크 피스톤은 차량을 정지시킨다.
버튼으로 동작하는 파킹 브레이크가 운전자 편의를 향상시킬 수 있어 사용률이 증가하고 있다. EPB는 개발사에 따라 컨셉트가 조금씩 다르다. 케이블 기반 EPB는 전형적인 파킹 브레이크 하드웨어 형태지만 레버나 페달 대신 일렉트릭 액추에이터가 케이블을 잡아준다. 콘티넨탈, 듀라 오토모티브 시스템스 등은 파킹 브레이크 케이블 작동에 전동 모터를 사용한다. 액추에이터는 브레이크 시스템의 새로운 디자인 없이 적용할 수 있기 때문에 제조비용을 낮출 수 있다. 케이블 방식 EPB는 BMW, 재규어, 랜드로버 등이 채용하고 있다.
다른 방식은 전동 모터를 브레이크 캘리퍼 위에 장착한 형태로 고급차를 중심으로 적용되고 있다. TRW의 EPB 시스템은 브레이크 캘리퍼 위에 장착된 컴퓨터 컨트롤 모터를 통해 브레이크를 작동한다.
델파이의 EPB는 유압 프런트 브레이크 및 전자 기계식 리어 브레이크를 포함하는 하프웨이 하우스(halfway-house) 시스템이다. 이 제품은 2010년 완성될 예정이며 완전 전자식 브레이크는 2012년 완성될 전망이다. 메리터(Meritor) WABCO(Westinghouse Air Brake Company)의 유압식 파워 브레이크는 HCU(Hydraulic Compact Unit)와 이중 회로 마스터 실린더를 핵심 기술로 한다. HCU는 두 개의 펌프 시스템, 어큐뮤레이터(Accumulator), 일체형 필터 부착 이중 회로 유체 탱크, 압력 이완 밸브, 솔레노이드 밸브, 이중 회로 릴레이 밸브를 구동하는 두 개의 독립 전동 모터로 구성된다. 브레이크 페달 작동시 마스터 실린더는 페달 힘에 비례하는 신호 압력을 제공해 가압 유체가 어큐뮤레이터에서 해당 브레이크로 흐르게 한다. 페달 작동이 해제되면 브레이크 유체는 브레이크 캘리퍼에서 탱크로 복귀하고 선압력은 제로로 회복된다.
유럽은 현재 가장 큰 EPB 시장이다. 유럽에서는 아우디 A6, A8, BMW 7시리즈, 르노 벨 사티스(Vel Satis), 재규어 S타입, XJ는 물론 폭스바겐 파사트 등 수많은 모델들이 수년 전부터 EPB를 장착해 오고 있다. 반면 북미 지역에서는 생산되는 90%의 차량이 오토매틱 기어박스를 장착하고 있고 현 채용 수준이 유지될 전망이어서 EPB에 대한 메이커들의 관심이 유럽에 비해 낮다. 그러나 자동 변속 기어 점유율이 높은 미국에서도 다른 요구에 의해 EPB가 요구되고 있다. 파킹 브레이크와 자동 변속 기어를 결합할 수 있고 힐 스타트 어시스트와 같은 기능을 부과해 더욱 안전하고 편안한 주행 성능을 발휘할 수 있기 때문이다.
서유럽에서는 2006년 약 180만 유닛의 EPB가 판매됐는데, 2013년이면 420만 유닛이 넘을 전망이다. EPB 시장은 메이커들이 EPB를 통한 경쟁력 강화는 물론 재판매에 있어 중요한 요소여서 파워 윈도, 중앙 잠금장치와 같은 수준의 성장률이 예상된다.

전동식 미러

유럽에서 전동식 미러(power-folding mirrors)는 럭셔리 카 부문에서 대중화된 지 오래다. 전동식 미러는 혼잡한 도심에서의 주행이나 주차중 차량 간 접촉에 의한 미러 파손을 방지한다. 고급차의 외부 미러는 일반적으로 보안등, 오토 디밍, 가열 글래스 등의 전자 기능과 일체화되고 있다.
일본에서는 도심의 좁고 번잡한 도로 환경때문에 신차의 전동식 미러 장착이 일반화됐다. 반면 북미 지역에서의 전동식 미러는 전혀 다른 차원에서 요구되고 있다. 제조사들은 그 동안 미국시장에서 전동식 미러의 잠재력이 크지 않다고 생각했지만 SUV의 차체가 커지면서 차고 주차시 문제 발생이 늘어 수요가 일어났다. 현재 북미 지역에서 생산되는 차의 85%가 전동식 미러를 채용하고 있는 것으로 추정된다. 전동식 미러는 향후 중국 등 신흥시장의 소형차에서 장착률이 현재 5%에서 10%로 늘어날 전망이다.

전동식 시트

전동식 시트는 그 동안 프리미엄 카의 전유물로 여겨졌으나 최근 들어 저가 차량에도 채택되기 시작했다. 특히 북미 시장에서는 옵션으로 채용되는 비중이 크게 높아졌다. DC 모터는 프론트 시트의 승객이 편안하고 손쉽게 각도 등을 조절할 수 있게 한 지 오래로, 최근엔 리어 시트에 적용되고 있다. 제조업체들은 리어 시트 적용의 경우 한정적이겠지만 리어 히팅 시스템처럼 프리미엄 카에서 보편화될 것으로 보고 있다.
독일의 브로제(Brose)에 따르면, 시트와 도어에서 모터 채용이 늘고 있으며 모터 설계에 있어서 무게 및 설계 공간 축소, 파워 입력 축소, 효율 향상이 더욱 중요해지고 있다. 이 회사는 아우디를 포함한 많은 자동차 메이커에 등받이 일체화 허리 보호대(lumber support) 등의 전동식 시트 조절기를 공급하고 있다. 척추 보호 기능은 탑승객의 장골릉(iliac crest)과 하부 척추를 지지해 추간판(디스크)에 가해지는 압력을 줄여 피로를 방지하고 잘못된 자세를 바로 잡아준다. 아우디 Q7의 시트는 브로제의 6축 전동식 시트 조절기가 장착돼 좌석의 높이, 길이, 경사를 버튼으로 조절할 수 있다. 스포츠 모델 차에서는 커브 길 주행시 우수한 측면 보호 성능도 제공한다. 폭스바겐의 페이톤(Phaeton), 아우디의 A8, 인피니티의 Q45 등 고급차 시트는 버튼을 누르면 안마를 해주거나 목덜미를 받쳐주는 헤드레스트(headrest)를 갖추고 있다.
보쉬는 시트를 위해 모터 및 공압 쾌적성 시스템을 개발하고 있다. 보쉬의 전동 시트는 최대 7개의 모터를 통해 좌석 쿠션 높이 조절, 좌석 세로방향(fore-aft) 조절, 좌석 쿠션 길이 각도 조절, 등받이 경사 조절, 허리 지지 높이 곡률 조절, 어깨 지지 경사각도 조절, 머리보호대 높이 조절 등의 기능을 구현한다. 공압 시스템의 경우엔 시트에 일체화된 여러 팽창형 공기 쿠션을 기반으로 한다. 가변 허리 지지대, 시트 폭 조절 기능은 물론 코너링 시 수평 가속도에 따라 조정되는 기능, 마사지 기능 등을 포함한다. 보쉬의 공압 시스템은 공압 펌프와 밸프 블록을 포함한 전자제어 장치로 구성된다. 보쉬는 공압 시스템이 전기 시스템에 비해 탑승자 체형에 보다 적절히 맞출 수 있고 가볍다고 말한다.
보쉬는 파워 시트 주요 기능이 안락감을 향상시키는 것이지만 공간 제한 및 제어장치로의 어려운 접근성, 복수 조작 선택 등의 문제로 적용은 여전히 고급 승용차에 제한될 것으로 내다봤다.
일부 업체들은 특정 모델에 대해 프런트 시트의 길이 방향 위치 조정 모터를 수동 조절기로 대체하고 있다. 차량에 적용되는 전동 모터 수가 증가함에 따라 모터의 총체적 중량 또한 증가하고 있기 때문이다. 차량 업체들은 원가 및 중량을 줄이기 위해 시트에 사용되는 모터 수를 줄이려 하고 있다.
차의 리어 시트 부문은 개인뿐만 아니라 가족을 위한 특별한 공간으로 진화하기 시작했다. 링컨 MKX나 포드 에지(Edge)는 트렁크의 전동식 파워 리프트게이트는 물론 버튼 터치로 2열 시트를 접을 수 있는 스토우(stow) 기능을 내장하고 있다. 볼보 XC90은 2열 중앙석에 앞뒤로 움직이는 슬라이딩 방식의 어린이 시트를 배치했다. 앞 시트에 매달리지 않고도 운전하는 부모와 더 쉽게 가까이 다가갈 수 있도록 배려한 것이다.
크라이슬러의 그랜드 보이저는 리어 시트를 창고나 침실로 활용할 수 있도록 했다. 스위블 앤 고(Swivel & Go) 시스템은 버튼 터치만으로 수십 초만에 리어 시트 2열, 3열을 감쪽같이 사라지게 할 수 있다. 스위블 시트는 기본적으로 장애인 등 몸이 불편한 승객의 탑승을 돕기 위해 도입됐으나 크라이슬러의 밴이나 현대차의 시트들은 180도, 90도 회전해 새로운 라운지형 탑승 공간을 만들어 안락감을 업그레이드하고 있다.
전동식 윈도

1963년 브로제가 개발한 전동식 윈도는 BMW 3200 CS 쿠페에 처음 채택된 이후 자동차의 필수가 됐다. 전동식 윈도는 최근엔 사람의 신체 일부를 비롯한 이 물질이 창에 꼈을 때 작동을 자동으로 제어하는 안티 핀치(anti-pinch) 기능, 원터치 파워 기능 등이 추가되고 있다. 이는 임베디드 제어장치를 갖는 스마트 모터가 대세가 되고 있다는 것이다. 일반적으로 다른 모터들이 슬림화하고 있는 데 반해, 이 모터들은 무겁고 대형화하는 경향을 보이고 있다. 그러나 구조적 관점에서의 R&D는 가볍고 작으며 소음 적고 수명 긴 장치를 개발하는 데 맞춰 있다.
전동식 윈도는 1990년대만 해도 유럽과 미국의 차들에서 프론트는 전동식 윈도, 리어는 수동인 경우가 많았으나 요즘엔 모든 윈도가 모터에 의해 작동한다. 차문이 자동으로 닫히는 파워 클로저(Power Closer) 시스템은 1999년 처음 선보였다. 전자유압식 구동 장치였던 이 시스템은 그 동안 코스트 문제로 채택이 제한적이었다. 파워 슬라이딩 도어(Power Sliding Door)는 2002년 시트로엥 C8, 피아트 울리세(Ulysse), 란챠의 페드라(Lacia Phedra), 푸조 807 등 유럽 메이커들을 통해 대거 선보였다. 푸조 1007은 최초 단일 모터 구동형 도어를 양측에 부착한 소형차로 앞열 시트 아래 장착된 전자제어 장치를 공유했다. 토요타는 슬라이딩 도어 디자인, 개발, 채용에서 세계 톱 메이커다. 라움(Raum), 시엔타(Sienta), 포르테(Porte), 가이아(Gaia), 이시스(Isis) 모델에 슬라이딩 도어를 채택했다. 포르테는 운전석 측에 파워 슬라이딩 도어를 장착했는데, 개방시 어른, 어린이가 동시에 들어갈 수 있는 크기다(1,002 mm×126 mm).
전동식 윈도는 로드 링키지 레귤레이터와 케이블 레귤레이터 메커니즘이 시장의 90%를 차지하고 있다. 로드 링키지 레귤레이터는 구동 모터 피니언이 로드 링키지에 연결된 사분 기어와 맞물린다. 윈도 레귤레이터 메커니즘 사용은 줄고 있다. 설치할 시스템을 결정하는 데 있어서 가장 중요하게 고려할 사항은 유효 설치 공간이다. 일부 자동차 메이커들은 전동식 윈도를 개별 도어 잠금장치 또는 중앙 잠금장치 시스템과 결합하고 있다.
콘티넨탈이 제공하는 퍼포먼스 클래스 원(Performance Class One)은 소형으로 소음이 적고 가볍다. 첨단 로터 및 기어박스 구조와 고급 자성체를 사용했으며 모터 샤프트, 웜 기어를 분리해 개발했다.
차량 도어는 충분한 탑승 공간을 제공하기 위해 계속해서 얇아지고 있어 경량, 소형의 전동식 윈도 모터 수요 증가를 견인하고 있다.

선루프, 와이퍼, 벨트

전동식 선루프는 틸트(tilting) 및 슬라이딩 선루프 기능이 결합되고 있다. 구동 모터는 일반적으로 루프 또는 트렁크에 설치된다. 약 30 W 출력의 영구 발전형 웜 구동 모터가 사용된다. 모터는 열전 스위치 또는 소프트웨어 열보호 스위치에 의해 열 부하로부터 보호된다. 현재 설계상 주안점은 틸트, 슬라이드 선루프보다 길이를 연장한 글래스 루프, 그리고 컨버터블과 글래스 루프의 결합이 강조되고 있다. 또 파노라마식 선루프가 유럽과 북미 지역에서 인기를 얻고 있다. 럭셔리 차량의 전유물이었던 선루프는 현재 전체 클래스 차량에서 적용되고 있다.
보쉬는 와이퍼 모터에 영구자석 DC 모터를 사용한다. 윈드쉴드 와이퍼 시스템은 일반적인 웜 기어 장치를 사용하지만 리어 윈도, 헤드램프 와셔 시스템은 회전 운동을 진동 운동으로 전환하기 위해 추가적인 기어 장치를 결합한다. 덴소는 자동차 연비 향상을 고려해 보다 가볍고 세척에 최소한의 유체만 사용하는 시스템을 개발하고 있다. 이를 위해 경량, 소형 윈드실드 와셔 펌프를 개발했다. 보쉬는 폭스바겐 페이톤에 세계 최초 전자제어식 리버싱 트윈 모터 와이퍼 시스템을 공급했다. 이 시스템의 각 와이퍼 암들은 고유 모터로 구동한다. 와이퍼 암은 전기적으로 동기화돼 기계식 링키지가 불필요하다. 와이퍼가 오프되면 와이퍼 암은 후드 밑으로 사라져 차량의 공기역학 특성을 향상시키고 보행자 충돌시 피해를 줄인다.
향후 전자 구동 장치로 제어되는 와이퍼 블레이드가 늘어날 전망이다. 예를 들어 덴소는 1989년 세계 최초 차량 속도에 따라 와이핑 각도와 속도를 제어하는 시스템을 럭셔리 카에 도입했다. 이같은 시스템들은 현재 유럽의 신차 중 약 25%에 탑재되고 있는데, 2010년이면 약 30%로 늘어날 전망이다.
안전벨트는 최고의 보호 성능을 제공하기 위해 안전한 상태로 체결돼야 하는 동시에 안전벨트 프리텐셔너 압력이 탑승자의 운동 자유도를 제한하거나 쾌적성을 제한해서는 안된다. 전동 안전벨트 리트랙터는 이같은 요건을 충족시켜야 한다. 충돌시 안전벨트 리트랙터는 ABS, ESP와 같은 기존 안전 시스템에 의해 유발돼 운전자 및 보조석 탑승자 안전을 위해 벨트를 죈다. 콘티넨탈의 안전벨트 리트랙터는 에어백과 파이로테크닉(pyrotechnic) 시스템을 보완한다. 브로제는 BMW 3 시리즈 쿠페용 독립 안전벨트 애플리케이션인 전동식 안전벨트 캐리어를 개발했다. 이 캐리어는 사이드 패널에 위치한다. 운전자가 차에 착석하고 도어를 닫고 키를 돌리면 안전벨트는 B-필러에 포함된 구불구불한 확장성 플라스틱 피더 암을 사용, 전진한다. 탑승자가 벨트를 잡고 메는데 60초면 충분하다. 이 기능은 에어백의 좌석 감지기가 탑승자를 인식할 때만 동작한다.
모터는 자동차의 시트, 헤드라이트, 리어 뷰 미러를 조절하는 데 이용되고 있으며, 제동과 조향에도 관여하는 등 차의 거의 모든 부문에서 자동 조작, 솔레노이드 기능에 활용되고 있다. 제조사들은 보다 가볍고 콤팩트한 장치 개발과 함께 모터의 출력 밀도, 소음 개선 등 기본 성능을 향상시키고 사이즈, 무게를 줄이기 위해 노력하고 있다. 한편으로는 소형 전동 모터 수요가 늘어남에도 불구하고 원자재 가격 상승이 모터 제조사들을 압박하고 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine