Siemens 솔루션을 사용하여 전기 자동차의 아이콘을 부활시킨 Karma Automotive

EV 스포츠카의 등장

(기술력의 제약, 또는 석유 자원의 지배적인 위치로 인해) 전기 자동차가 현실과 동떨어진 먼 미래의 일처럼 여겨지던 시대는 오래 전에 지나갔습니다. 20여 년 전에 새로운 아이콘, Prius가 등장하면서 세상을 완전히 바꿔 놓았습니다. 오늘날 전 세계적으로 1,200만 대 이상의 하이브리드 또는 전기 자동차가 판매되었고, 그 숫자는 계속 증가하고 있습니다: 이제 전기화가 자동차 산업의 거대 혁명으로 간주될 뿐만 아니라, 인류는 가솔린과 내연 기관이 완전히 사라진 미래를 구상하기 시작했습니다.

전기 자동차, 또는 하이브리드 자동차는 높은 가격, 여전히 제한적인 자율 주행 기능 등 여러 가지 이유로 도로를 장악하지 못하고 있습니다. 게다가 많은 이들이 진정한 아름다움은 내면에 있다고 생각하지만, 새 차를 고를 때 핵심적인 차별화 요소 중 하나가 외관입니다. 이러한 점을 가장 먼저 주목하고 2012년에 Model S를 출시한 Tesla는 그 동안 전기 자동차 시장에서 간과했던 세분 시장, 즉 고급스럽고 스포티한 디자인을 선호하는 고객을 공략할 수 있었습니다.

지금까지 많은 OEM에서 하이엔드 럭셔리 하이브리드 자동차, 또는 전기 자동차를 하나 이상 선보였습니다. Honda NSX, Lexus LC500h, BMW i8, Jaguar I-Pace, Porsche Panamera 등이 그런 예입니다.

(초창기 Tesla를 비롯해) 많은 스타트업이 이 시장에 도전하고 있습니다. 그 과정에서 많은 업체가 사라지거나 다른 곳에 흡수되었으나, 새롭고 훌륭한 e-브랜드로 부상하여 기존 브랜드에 당당히 맞설 프로토타입을 갖춘 곳도 있습니다.

불사조 같은 Karma Automotive의 스토리

이러한 스타트업 중 하나가 Karma Automotive입니다. 미국 캘리포니아를 거점으로 하는 이 자동차 제조사는 2014년, 파산 위기에 처한 Fisker Automotive를 전신으로 출범했습니다. 새롭게 거듭나는 과정에서 Karma는 장점을 보존하고 단점을 극복하고자 노력했습니다. 고객에게 호평받았던 아름다운 이탈리안 스타일의 자동차 디자인을 유지하되 기술을 대폭 업그레이드했습니다. 그 결과, Fisker Karma의 원래 외관과 내부를 대부분 유지하면서도 A123 배터리, 충전기, 전기 제어 장치를 적용한 고급 전기 하이브리드 세단이 탄생했습니다. '돋보이고 싶을 때 모는 차'라고 Karma Automotive의 최고기술책임자, Bob Kruse는 말합니다.

스타트업인 Karma는 한정된 자원 때문에 흔히 겪는 몇 가지 문제를 해결해야 했습니다. 일단 스타트업은 기성 업체만큼 시간 여유가 없습니다. 게다가 두 번째 기회는 거의 주어지지 않습니다. 따라서 디지털화가 그야말로 생사를 가르는 문제가 됩니다. '모델과 분석이 현실의 상황을 제대로 재현함으로써 그 가상의 솔루션이 실제 자동차에 높은 수준의 신뢰도로 적용되어 제대로 작동하는 것이 그 어느 때보다 중요하다'고 Kruse는 단언합니다.

최고의 NVH 성능을 향한 집념

하이브리드 전기 스포츠카에서 엔진 소음은 개발 프로세스의 전 범위에서 관리해야 하는 핵심 성능 속성입니다. 엔진 소음은 브랜드에 따라 달라야 합니다. 결코 쉽지 않은 일입니다. '전기 스포츠카 엔진에서 어떤 소리가 나야 하는지 알려주는 역사가 없기 때문'이라고 Karma Automotive의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 수석 엔지니어, Jud Knittel은 말합니다.

하이브리드 전기 자동차의 주요 문제는 내연 기관과 같은 소음 마스킹 효과가 없어 도로 소음, HVAC 소음 등 각종 다른 소리가 더 크게 들린다는 것입니다. 이러한 소음원을 줄이려면 기존 자동차보다 훨씬 더 많은 노력을 기울여야 합니다. 게다가 NVH를 최적화하려는 노력이 무게, 강도, 내구성, 승차감과 같은 다른 속성에 불리하게 작용하는 것과 같은 역효과를 낳을 수도 있습니다.

이러한 요인을 균형적으로 다루려면 테스트와 시뮬레이션을 (때로는 동시에) 수행하는 것이 필수적입니다. Karma는 개발 프로젝트 초기부터 이 사실을 염두에 두었습니다.

시뮬레이션과 테스트의 시너지

"우리가 이 프로젝트를 맡았을 때 그 범위에는 제품 개발뿐만 아니라 Karma에서 마련 중인 프로세스까지 포함되었습니다." Karma Automotive의 차량 통합 부문 디렉터, Erik Keipper는 이렇게 설명합니다. "Siemens와의 파트너십 덕분에 프로그램 관리자, 엔지니어, 기술자 간의 원활한 공조가 이루어졌습니다."

이처럼 제품뿐만 아니라 프로세스까지 다루는 중대한 차량 개발 프로그램에서 성공의 열쇠 중 하나는 차량 설계 정의 단계를 최대한 일찍 착수하는 것입니다. 그러면 최종 검증 단계에서 수정하느라 막대한 비용이 드는 상황을 최소화하거나 아예 방지할 수 있습니다. Karma는 바로 이 작업을 위해 Simcenter™ 3D 소프트웨어를 선택했습니다. 모든 필수 하이엔드 솔루션과 솔버를 통합 제공하는 Simcenter 3D에서 다양한 속성을 최적화할 수도 있습니다. 이를 위해 최고로 인정받는 CAE(Computer-Aided Engineering) 전처리/후처리 기능과 이 소프트웨어의 특별한 CAD 통합/관리형 환경을 활용합니다. 특히 Karma는 Simcenter 3D의 하이브리드 모델링 방법을 사용하여 여러 성능 속성을 포괄하는 종합적인 차량 최적화 작업을 초기 단계에 시작했습니다. 이러한 접근 방식에서는 개발 중인 컴포넌트를 3D CAE로 모델링하고, 기존 컴포넌트는 주파수 응답 함수(FRF) 및 모드와 같은 테스트 결과를 토대로 한 정확한 축소 모델을 사용하여 모델링합니다.

Simcenter 3D CAE 소프트웨어와 함께 Simcenter Testlab™ 소프트웨어 및 Simcenter SCADAS 하드웨어가 NVH 테스트를 위해 선정되었습니다. 이러한 도구를 완벽하게 조합하여 적용하면 실험적 모달 해석, 운영 데이터 수집, 음질 평가 등 광범위한 테스트 기능을 사용할 수 있게 됩니다. Simcenter Testlab 소프트웨어는 빠르고 정확한 데이터 수집 및 테스트 결과의 이점 외에도 방대한 엔지니어링 노하우와 사용자 지침을 제공합니다. Karma는 특히 이 소프트웨어의 지능형 데이터 보기 기능과 디스플레이 덕분에 같은 데이터를 여러 각도에서 볼 수 있다는 점을 높이 평가했습니다. "같은 데이터 집합에 대해 무수히 많은 기능이 제공됩니다. 게다가 이 모든 기능은 Simcenter Testlab에서 마우스 클릭 한 번으로 실행할 수 있습니다."라고 Knittel은 말합니다.

테스트는 벤치마킹, 목표 설정, 프로토타입 성능 검증 단계에만 중요한 것이 아닙니다. 시뮬레이션을 최대한 활용하기 위해서도 꼭 필요합니다. 특히 Karma와 같이 일부 컴포넌트는 아직 개발 중이라 Simcenter 3D에서 탐색하고 다른 부품은 이미 프로토타입으로 존재하는 경우, Simcenter Testlab에서 각종 FRF 및 모드를 활용하여 진행하는 테스트 기반 검증은 더 큰 규모의 차량 개발 프로세스에서 속도 및 정확성 측면의 성공에 매우 중요합니다.

많은 OEM과 마찬가지로, Karma는 시뮬레이션이 물리적 테스트를 완전히 대체할 수 없음을 알고 있습니다. 다만 Karma의 실무진은 시뮬레이션이 더 짧은 시간에 더 나은 NVH 성능을 달성하는 데 도움이 된다고 확신합니다. 엔지니어는 테스트와 시뮬레이션의 올바른 조합을 통해 어떤 시뮬레이션 모델이 현실을 최대한 가깝게 나타내는지 판단할 수 있습니다. 뿐만 아니라 그러나 모델에 댐핑을 포함하는 방법, 즉 하이브리드 접근의 실행 방법 등에 관한 보다 세부적인 인사이트도 확보합니다.

Simcenter 엔지니어링/컨설팅 서비스

이 프로젝트에는 프로세스 개발 비중이 제품과 비등한 수준입니다. 이러한 이유로 Simcenter 소프트웨어와 Simcenter™ 엔지니어링/컨설팅 서비스 모두 탁월한 선택임이 입증되었습니다. Simcenter 팀이 개발 기간 대부분에 현장에 상주하면서 프로젝트의 벤치마킹 및 목표 설정, 그리고 CAE/테스트를 통한 대상 분석 및 검증을 지원했습니다. 이 전문적인 서비스 덕분에 Karma가 '시행착오가 아닌 수학과 과학을 활용하여 반복 횟수를 최소화하면서 제대로 해낼 수 있었다'고 Kruse는 설명합니다.

Karma는 Simcenter 기술 및 소프트웨어 외에도 Simcenter 컨설턴트의 깊이 있는 지식에 높은 점수를 주었습니다. "Karma가 스스로 개발 프로세스와 분석을 계속할 수 있도록 노하우와 전문 지식도 전수했습니다." Knittel은 이렇게 말합니다. "소프트웨어의 완벽한 작동은 물론 프로그램 관리자와 기술자 간의 협업에도 기여했습니다. 우리에게 필요한 전문 지식을 전수함으로써 우리가 앞으로 이 프로세스와 분석을 직접 해낼 수 있게 했습니다."

전문 지식, 협업, 기술 이전이 오늘날 Simcenter 엔지니어링 서비스의 구현 및 운영에 관한 차별화 요소입니다. 세 가지 모두 Karma와 같은 종합 차량 개발 프로세스에 매우 중요합니다.

Polarion 추가로 효과 증대

여러 속성, 부서, 팀을 포괄하는 범위에서 각종 소프트웨어 기능을 처리하려면, 강력한 데이터 추적 및 관리 도구가 필요합니다. 광범위한 Siemens Digital Industries Software 포트폴리오의 또 다른 솔루션, Polarion ALM™ 소프트웨어가 이러한 문제를 해결합니다. "Polarion은 타겟을 차량 단계에서 컴포넌트 단계까지 하향 이동했다가 다시 상향 이동하면서 각 중간 단계 및 차량 전체 단계에서 차량을 검증하는 추적 도구입니다."라고 Karma의 차량 통합 책임자, Garren Salibian은 말합니다. "확인란을 선택하는 일반 스프레드시트보다 훨씬 더 깊이 있는 분석이 가능합니다. 각 단계에서 심층 분석하고, 필요한 모든 데이터 및 분석에도 액세스할 수 있습니다. Polarion을 사용하면, 각기 다른 팀 내부에서 종종 요구되는 민첩성을 포기하지 않고도 애플리케이션 수명 주기 전체를 완벽하게 관리할 수 있습니다." 더 포괄적인 Siemens 소프트웨어 제품군에 포함된 Polarion은 Karma의 NVH 최적화 및 다중 속성 밸런싱 캠페인에 사용된 Simcenter 소프트웨어와 완벽하게 연동합니다.

목표 초과 달성

"Siemens 컨설팅 서비스와 소프트웨어 도구를 사용함으로써 반복을 최소화하면서 제대로 해낼 수 있었습니다." Kruse는 이렇게 말합니다. "기술적 관점에서 보면, 원래의 목표를 넘어서는 성과를 거두었습니다."

대담하게 들릴 수 있으나, Karma는 Fisker가 실패한 지점, 즉 냉혹한 비즈니스의 영역에서 성공을 거두었다는 평가는 타당성이 있습니다. Karma Revero에서는 탁월한 디자인과 경제성의 조합이 친환경적이고 음향적으로도 즐거운 방식으로 실현됩니다. 이러한 특징은 21세기의 가장 중요한 성공 조건이라 할 수 있습니다.

Karma는 4년 넘게 Simcenter 도구 및 서비스를 활용하면서 NVH 최적화는 물론 개발 프로세스 전 범위를 최적화했습니다. 단일 플랫폼에서 테스트와 시뮬레이션을 모두 해결하기 때문에 간소화된 데이터 교환에 의해 여러 팀과 부서 간의 협업이 이루어진다는 점에서 특별합니다.

"이제 Karma는 정립된 프로세스가 있으며, 이 프로세스에 따라 프로젝트를 성공적으로 수행하고 상용화했습니다. 기꺼이 다음 도전을 시작할 것입니다." Keipper는 마지막으로 이렇게 말합니다. "머지않아 온갖 전기 자동차 및 관련 제품이 대리점을 가득 채울 것입니다."