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K7 프리미어, 대형차와 맞먹는 정숙성의 비결은 무엇일까

부분 변경 이후 폭발적인 판매량을 기록 중인 K7 프리미어는 소비자들에게 대형차 수준의 정숙성을 지녔다고 평가받고 있다. 대체 어떤 개선이 이런 큰 변화를 끌어냈을까? 기아차 연구원을 만나 그 비결을 물었다.

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새롭게 탄생한 기아자동차 ‘K7 프리미어’는 예상을 뛰어넘는 인기를 자랑하고 있다. 최근 두 달간 1만5,134대의 판매고를 기록하며 기아차 월간 판매량 1위를 기록 중이다.


K7 프리미어가 이처럼 높은 인기를 얻은 이유는 무엇일까? K7 프리미어를 구입한 소비자들이 승차감과 정숙성에 대해 칭찬을 아끼지 않고 있는 것에서 그 이유를 찾을 수 있다. 실제로 K7은 ‘프리미어’라는 수식어와 함께 부분 변경을 거치며 큰 폭의 변화를 이뤘다. 모던하고 강인한 이미지와 인체공학 편의성을 끌어올린 실내까지 갖췄다.


특히 기아차는 K7의 체급을 뛰어넘는 뒷좌석 승차감과 정숙성을 구현하고자 많은 노력을 기울였다. 프리미엄 세단에 요구되는 뛰어난 승차감을 완성하기 위해서는 기본적으로 소음과 진동에 영향을 미치는 ‘NVH(Noise, Vibration, Harshness)’ 저감 기술이 중요하다. 차체의 중량 증가를 최소화하면서 소음과 진동을 낮춰야 한다. 소비자들의 요구 수준도 높아졌기 때문에 최근 그 난이도는 더욱 까다로워졌다.

K7 프리미어는 프리미엄 브랜드의 준대형 세단을 넘어 대형 세단에 근접하는 정숙성을 자랑한다

K7 프리미어의 NVH 담당 연구원의 목표는 단 하나, 경쟁 모델 중 ‘최고’였다. 실제 기아차가 자체 평가한 정숙성 비교 테스트에서 K7 프리미어는 렉서스 ES를 비롯해, 경쟁 모델보다 우수한 소음 및 진동 억제 능력을 보였다. 담당 연구원들은 “공회전 시 진동이나 소음 억제 능력이 경쟁 모델보다 더 뛰어나며, 주행 중 노면 소음도 최소화했다”고 자신 있게 말한다.


이처럼 K7 프리미어는 프리미엄 세단이 지녀야 할 높은 수준의 정숙성을 구현했다. 기아차 소음진동시험2팀의 김현재 책임연구원을 만나 K7 프리미어의 정숙성과 승차감에 어떤 비밀이 있는지 이야기를 나눠봤다.

소음진동시험2팀 김현재 책임연구원은 K7 프리미어의 전반적인 NVH를 담당했다

Q. K7 프리미어를 개발할 당시, 어떤 부분의 소음과 진동을 줄이려고 노력했나요?


자동차 소음은 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다. 엔진, 변속기 등 파워트레인 부품에서 발생하는 노이즈와 일정 속도로 주행할 때 타이어와 노면 사이의 소음인 로드 노이즈, 그리고 흔히 풍절음이라 말하는 윈드 노이즈인데요. 이 중에서 저는 로드 노이즈와 윈드 노이즈 전반을 담당하고 있습니다.


이번 K7 부분 변경 모델 개발 당시엔 후륜 멤버와 차체를 연결하는 부품 중 하나인 고무 부시의 진동 절연율¹을 높였습니다. 또한, 휠 내부에 공명기를 장착해 로드 노이즈를 줄이고 차음 글라스 적용 범위를 넓힌 것이 NVH 개선에 기여한 것으로 생각하고 있습니다.

¹진동 절연율 : 진동을 흡수하는 정도



Q. 소음 진동 개선을 위해 자랑할 만한 것을 하나 꼽으라면 어떤 것이 있을까요?


부분 변경 모델 개발 당시 차폐감을 더 향상시키고 싶었어요. 기존 K7 역시 윈드실드와 앞좌석 도어 윈도우에 차음 글라스가 적용되어 이미 훌륭한 수준의 정숙성을 자랑하고 있었습니다만, 소음은 사방에서 발생하는 것이기에 후방에서 유입되는 소음 또한 무시할 수 없었습니다.


뒷좌석 도어 윈도우까지 차음 글라스를 적용하면 차폐감 측면에서 상당한 이점이 있습니다. 특히나 뒷좌석 승객이 체감하는 소음 개선의 폭이 상당한데요. 따라서 차음 글라스 적용 범위를 확대해 정숙성을 한 차원 더 강화하고자 했습니다. 차 가격이 높아지는 단점이 있어서 반대도 있었지만, 최대한 원가를 억제하는 연구를 통해 윈드실드, 앞좌석 도어, 뒷좌석 도어의 차음 글라스 적용 범위를 확대했습니다. 기존 K7에서는 최상인 트림인 3.3 노블레스 스페셜에서도 프리미엄 옵션을 선택해야만 적용할 수 있었던 뒷좌석 도어 차음 글라스를 2.5 노블레스부터 기본 적용되도록 그 범위를 넓힌 것이죠.

어쿠스틱 필름이 적용된 차음 글라스는 놀라운 수준의 소음 차폐 효과를 보인다

Q. 차음 글라스와 일반 글라스는 어떠한 차이가 있나요?


우선 외부 소음이 글라스를 통과하는 과정을 이론적으로 따져봐야 합니다. 외부 소음이 글라스를 통과할 때 투과 손실²이 커야 NVH 측면에서 우수한 자재라고 볼 수 있습니다. 어느 주파수 대역에서 진동이 있으면 파장이 발생하게 되는데, 이 특정 주파수의 파장 크기가 자재의 두께와 일치하면 소음 차폐 효과가 거의 없어집니다. 이걸 ‘일치 효과(Coincidence Effect)’라고 하는데요. 재질에 따라 해당 효과가 발생하는 주파수 대역이 상이합니다.

²투과 손실 : 소음이 투과하며 에너지를 잃는 값으로 차음 재료의 차음 효과로도 판단할 수 있다


자동차 윈도우에 사용되는 일반 글라스에서 일치 효과가 발생하는 주파수 대역은 2,500~3,500Hz 정도입니다. 그런데 공교롭게도 사람이 가장 민감하게 느끼는 소음 주파수 대역이 이와 거의 유사한 2,000~4,000Hz 대역이거든요, 따라서 이 영역의 소음은 차폐 효과가 미미하다고 보면 됩니다.


그래서 이 문제를 해결하기 위해 특수한 어쿠스틱 필름(차음 필름)을 접합 글라스 사이에 장착해 외부 소음의 투과 손실을 증가시켜 주도록 했습니다. 결과적으로 접합 글라스 및 어쿠스틱 필름 적용으로 사람이 민감하게 느낄 수 있는 모든 풍절음과 주변 고주파 소음을 효과적으로 차단할 수 있었습니다.

김현재 책임연구원은 새로운 후륜 멤버 사용을 통해 로드 노이즈를 줄일 수 있었다고 이야기한다

Q. 후륜 멤버와 고무 부시를 새롭게 적용했다는데 NVH 저감에서 어떤 효과가 있나요?


노면에서 발생한 진동과 소음은 서스펜션과 차체를 차례로 거쳐 승객에게 전달됩니다. 멤버는 차체 하부에 부착되는 강성이 높은 프레임의 일종으로 서스펜션의 링크들을 고정하는 역할도 합니다. 멤버는 차체에 부착될 때 그 사이에 고무 부시가 들어가는데 소음과 진동을 감소시킵니다. 그리고 K7 프리미어에는 더 부드러우면서도 내구성에 문제가 없는 재질을 개발해 사용함으로써 진동 절연율을 높였습니다. 멤버와 같은 샤시를 지지하는 부품은 소음과 진동 측면에서 동강성³ 특성이 중요하거든요.

³동강성 : 급작스러운 충격이 가해지는 때의 강성


그런데 무작정 부드러운 재질의 고무 부시를 사용하면 반대로 횡 방향 움직임이 조금 둔해져요. 때문에 핸들링에 영향을 줄 수 있는 정강성⁴이 다소 불리해질 가능성이 있습니다. 따라서 소음과 진동을 줄이면서 핸들링 성능을 유지하는 게 관건이었습니다. 여러 시험 끝에 새로운 고무 부시를 사용해 정강성은 그대로 유지시키면서 동강성을 더욱 낮춰 핸들링 성능의 저하 없이 로드 노이즈를 감소시킬 수 있었습니다.


⁴정강성 : 서서히 일정한 속도로 외력이 가해질 때의 강성

헬름홀츠 공명기는 흡음타이어에 버금가는 소음 감소 효과를 만든다

Q. K7 프리미어는 휠에도 소음 저감 기능이 있다는데 어떤 원리인가요?


휠에 타이어를 끼우면 자연히 내부에 빈 공간이 생기죠. 그리고 주행을 하면 노면으로부터 타이어에 진동이 전해지며 내부 압력 변화에 의해 주파수 200Hz 대역의 음압, 즉 공명이 발생됩니다. 이 공명이 서스펜션을 타고 넘어와 탑승객에게 불쾌한 진동과 소음을 유발하는 겁니다.


사각 항아리 모양의 헬름홀츠 공명기는 바로 이 주파수에 대응해 소리를 감쇄시킵니다. 이는 노면에서 발생하는 특정 대역의 진동 에너지를 걸러내는 댐퍼와 유사한 원리로 작동하는데요. 헬름홀츠 공명기는 타이어에서 발생하는 주파수 공명에 맞도록 200~220Hz 대역의 소음을 감쇄시켜 줍니다. 또한 공명기 넥(Neck) 부분의 너비와 용기(Cavity)의 부피를 조절해 대응 주파수를 튜닝할 수 있습니다. 쉽게 정리하자면 서스펜션 댐퍼가 물리적인 진동을 감쇄시킨다면, 헬름홀츠 공명기는 소리를 감쇄시키는 일종의 ‘어쿠스틱 댐퍼’인 셈이죠.

K7 프리미어의 휠에는 헬름홀츠 공명기의 이탈을 방지하는 체결 부품이 더해졌다

Q. 경쟁 모델 대비 K7 프리미어의 헬름홀츠 공명기의 특별한 점은 있나요?


차량이 주행 중일 때, 원심력에 의해 공명기가 휠에서 이탈하는 현상이 생길 수가 있는데요, 그렇게 되면 공명기가 흡음 기능을 할 수 없는 것은 물론 타이어 내부에서 파손돼 휠, 타이어와 부딪히며 소음을 만듭니다. 따라서 휠과 공명기 본체를 연결하는 체결 부품을 추가했습니다. 이게 타사와 차별화된 요소인데요, 스테인리스 재질의 체결 부재가 공명기를 휠의 내측 반경 방향으로 압력을 가해줘 공명기 이탈을 방지합니다.

NVH는 차체 전반을 다뤄야 하기에 신경 써야 할 부분이 상당히 많다고 한다

Q. NVH를 줄이는 과정에서 가장 어려움이 많았던 부분은 어떤 것이었나요?


NVH에는 변수가 너무 많기에 모든 것을 예측하고 평가하는 것은 불가능합니다. 그래서 일반 도로의 특성을 대표할 수 있는 노면을 하나 정해놓고, 반복 테스트를 통해 소음 개선 여부를 확인하는 식으로 개발을 진행하고 있는데요. 특히 NVH는 흔히 ‘감성품질’로 이야기하는, 주관적인 부분이 반영되기 때문에 모두를 만족시키기 어려운 항목입니다. 따라서 특정한 목표를 설정하고 주어진 개발 환경 내에서 최적화를 해야만 합니다.


그런데 NVH 개선 방법을 알고 있어도 실행으로 옮기지 못하는 경우가 있습니다. 비용 때문일 때도 있지만 대부분은 다른 부분과의 상충에서 오는 문제입니다. 대표적인 예로는 진동과 소음을 억제하기 위해 자재를 추가하다 보면 무게가 필연적으로 늘어나는데, 이게 연료소비효율(연비) 하락으로 이어지거든요. 이 외에도 다른 부서와 타협해야 하는 부분이 많습니다.



Q. NVH 개선을 위해 어떤 영역까지 체크를 하나요?


소음진동시험팀이 다루는 영역은 서스펜션이나 엔진, 타이어 등 특정 요소에만 국한된 게 아닙니다. 샤시와 바디를 비롯한 차량 전반을 점검해야 하기에 업무 범위가 상당히 넓은 편이라고 할 수 있습니다. 예를 들어 로드 노이즈를 점검할 때 타이어는 물론 서스펜션과 어퍼 바디 등 많은 부분을 확인해야 합니다. 뿐만 아니라 윈드 노이즈도 반드시 확인해야 하기 때문에 조그만 실링부터 사이드 미러까지, 신경 쓸 게 여간 많은 게 아닙니다.


이런 업무 특성상 거의 모든 부서 간 긴밀한 소통이 불가피합니다. 사실 저희 부서가 타 부서에 요청하는 것들은 대부분 차량 가격에 직접적으로 영향을 끼치는 부분이거든요. 설계 담당자들은 이를 감안하지 않을 수 없고, 그래서 저희 요청사항들을 모두 반영하는 것이 결코 쉽지 않을 겁니다. 그렇지만 모두가 서로 돕는 관계이기 때문에 타 부서 연구원들에게도 최대한 좋은 방향으로 설득하고자 하는 노력을 기울이고 있습니다. 즉, NVH는 협업의 결정체라고 할 수 있죠. 그래서 마무리가 어렵지만, 목표치를 달성했을 때의 기쁨도 큽니다. 이번 K7 프리미어의 정숙성과 승차감이 대표적인 경우입니다.



K7 프리미어가 높은 인기를 얻고 있는데 큰 역할을 하고 있는 뛰어난 정숙성과 승차감 구현에는 이처럼 많은 노력이 있었다. 이어지는 2부에서는 신규 부품 적용과 수많은 테스트를 통해 승차감과 핸들링을 모두 향상시킨 K7 프리미어의 또 다른 기술에 대해 살펴볼 예정이다.

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