애스턴마틴-F1 협업, 슈퍼카 발할라 개발 가속화한다!

/사진제공=애스턴마틴

영국 럭셔리 스포츠카 브랜드 애스턴마틴의 최초 미드엔진 슈퍼카인 발할라가 F1의 노하우를 담아 한 단계 업그레이드됐다. F1 관련 기술 개발은 스피드, 신뢰, 성능에 대한 요구가 커지며 그 어느 때보다 중요해지고 있다. 애스턴마틴은 아람코 카그너전트 포뮬러 원(Aramco Cognizant Formula One) 팀이 경기에서 입증한 방법론, 전문 지식과 기술을 활용해 향후 모델 개발에 박차를 가하고 있다.

애스턴마틴 퍼포먼스 테크놀로지스(AMPT)란 컨설팅 부서가 애스턴마틴과 애스턴마틴 F1 팀 간 기술 통합을 주도하고 있다. 애스턴마틴 F1 팀은 현재 컨스트럭터 챔피언십에서 4위를 기록하고 있다. AMPT는 애스턴마틴 내 퍼포먼스 엔지니어링 팀을 다이내믹스, 에어로다이내믹스, 소재의 세 가진 분야에서 직접적으로 지원하고 있다.


클라우디오 산토니(Claudio Santoni) 애스턴마틴 퍼포먼스 테크놀로지 엔지니어링 디렉터는 "자동차 제조업체가 F1 팀의 전문 기술과 지식을 활용할 수 있다는 것은 큰 장점"이라며 "F1 엔지니어들은 성능을 추구하기 위해 끊임없이 한계를 뛰어넘고자 신속한 문제 해결 툴을 개발하였다. 이러한 지식을 인하우스에서 보유함으로써 F1 전문 지식을 자동차 개발에 원활하게 적용하는 것이 가능하다"고 말했다.

◆드라이빙 다이내믹스
애스턴마틴 발할라는 진정한 운전자 중심의 미드엔진 슈퍼카로 다이내믹스 담당 팀은 AMPT와 긴밀하게 협력해 최고의 몰입감을 위한 역동성을 정확하게 구현하고자 최선을 다하고 있다.

F1 디자인은 시뮬레이션 툴에 기반하며, 이러한 시뮬레이터에서의 모든 테스트가 성능 개선으로 이어질 수 있도록 하는 방법이 발할라 개발에 적용됐다. 실제로 다이내믹 특성과 차량 셋업의 90%가 시뮬레이터에서 개발된 뒤, 실제 도로와 트랙 환경에서 최종적으로 개발을 완성했다.


또한, 애스턴마틴 F1 드라이버들의 피드백을 반영하여 발할라의 캘리브레이션을 강화했다. 페르난도 알론소(Fernando Alonso)나 랜스 스트롤(Lance Stroll) 같은 드라이버들이 가진 뛰어난 기술 및 지식은 차량의 역동성과 성능을 극대화하는 데 도움을 줬다.

발할라의 콕핏은 F1에서 얻은 노하우와 AMPT의 지원으로 인체공학적으로 설계됐으며, 최적화된 운전 자세를 선사하고 레이싱카 수준의 제어력을 제공해 드라이빙의 즐거움을 극대화한다.

운전자의 발뒤꿈지는 전자 모듈이 내재된 보조 바닥으로 인해 들어 올려지며, 독특한 탄소 섬유 버킷 시트는 더 큰 각도로 기울어져 AMR23 레이싱카와 비슷한 운전 자세를 구현하는 동시에 일반 도로 주행 시 편안함을 선사한다. 또한, 낮은 루프라인으로 운전자와 차량 간 연결감을 제공한다.

◆에어로다이내믹스
애스턴마틴 내 공기역학 전문가들과 AMPT의 협업으로 럭셔리함과 퍼포먼스가 완벽하게 조화를 이룬 공도용 차가 개발될 수 있었다. AMR23와 발할라에서 대부분의 하향력이 발생하는 하체를 살펴보면 얼마나 많은 F1 기술이 이번 신규 슈퍼카에 적용됐는지 확인할 수 있다.

발할라의 공기역학적 접근은 F1 차량과 유사하게 모든 차체 요소를 통해 하향력을 생성하는 한편, 항력을 최소화할 수 있도록 설계됐다. 한편, 발할라는 F1 규정의 제약을 받지 않기에 차량 전면 및 후면에 완전 액티브한 에어로다이내믹 시스템을 적용해 240km/h에서 600kg 이상 하향력을 생성할 수 있게 됐다. 이를 통해 발할라는 선택한 주행 모드 및 상황에 맞춰 전방 및 후방의 하향력을 그립, 균형과 지속성을 지속적으로 조정하거나 항력을 줄일 수 있다.

발할라는 AMR23 레이싱카와 마찬가지로 앞뒤에 멀티 엘리먼트 윙이 장착됐으나, 프론트 윙은 시각에서 벗어나 눈에 띄지 않는다. 프론트 윙은 항력을 줄이기 위해 DRS 포지션에 수평으로 놓일 수도 있고, 앞바퀴 바로 앞에서 더 큰 하항력을 생성하기 위해 각도를 높일 수 있다. 프론트 스플리터 뒤쪽의 바닥면은 오목하게 설계돼 하향력을 생성하는 저압 영역을 만든다. 이는 차량 내 액티브 콘트롤 알고리즘으로 제어할 수 있다.

더불어, 멀티 엘리먼트 리어 윙은 수평으로 놓여 아름답고 깔끔한 라인을 만드는 동시에 최소한의 항력으로 기본 수준 하향력을 생성한다. 그러나 트랙 모드(track mode)에선 윙이 공기 중으로 높게 올려짐으로써 효과가 극대화된다. 이후, 윙의 공격각을 조정함으로써 최대 하향력과 DRS 사이 균형을 유지해 극대화된 성능을 선사한다.

F1의 볼텍스 제너레이터(vortex generator)와 에어로 기능에서 영감 받은 작은 슬롯형 루버는 뒷바퀴 바로 앞에 위치했으며 미니 디퓨저 역할을 해 차량 밑부분에서 공기의 흐름을 바깥 위로 끌어올려 하향력을 증가시킨다. 루프에 장착된 스노클은 F1에서와 마찬가지로 엔진 흡입구로서뿐만 아니라 터보 인터쿨러용 냉각 덕트로서 작동됨으로써 엔진의 핫-V(Hot-V) 터보 구성을 냉각한다.

F1의 전산 유체 역학(CFD)과 풍동 테스트에 대한 노하우는 AMPT 및 공주용 차 엔지니어들에게 큰 도움이 됐다. 이번 발할라에는 AMR23 레이싱카에 사용된 것과 동일한 공기역학 툴링 기법(aerodynamic tooling techniques)이 적용됐다.

발할라 엔지니어링 팀은 AMPT와 협력해 애스턴마틴 F1 팀과 동일한 CFD 소프트웨어를 활용했으며 모델 설정 등을 학습했다. 발할라는 F1과 마찬가지로 축소 모델과 이동 도로 풍동을 사용해 차량을 개발했으며, 차체 높이 민감도, 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch)의 영향, 스티어링 등 여려 면에 있어 동일한 과정들을 연구했다.

◆소재
AMPT와 애스턴마틴 F1 팀은 수년간 탄소 섬유로 자동차를 제작한 경험이 있기에 소재에 대한 전문 지식을 보유하고 있다. 그러나 시기별로 소수 차량만 제작해왔어서 탄소 섬유 모노코크로 999대나 제작하는 것은 새로운 과제였다. AMPT 탄소 기술 팀은 F1에서 시작된 아이디어를 발전시켜서 발할라 개발에 활용했다. 이는 강도 시뮬레이션 및 충돌 내구성 테스트와 같은 시뮬레이션에서 충돌 테스트 전 취약점을 식별하는 큰 이점을 제공했다.

발할라의 핵심 부분에 위치한 구조물은 최소한의 무게로 최대한의 강도를 확보하기 위해 제작됐으며, 밀리미터 단위의 정밀한 제어를 보장한다. AMPT가 설계 및 엔지니어링한 발할라의 구조는 최첨단 복합 소재 기술의 결과물로, 모터스포츠의 정점인 F1의 탁월한 전문 기술과 기술 역량이 적용됐다.

발할라의 탄소 구조는 애스턴마틴을 위해 개발된 새로운 독점 기술을 활용해 탄소 섬유 소재의 복잡하고 정교한 조합으로 이루어졌다. 차체 상부와 하부는 레진 트랜스퍼 몰딩 공정(RTM)과 F1에서 유래된 오토클레이브(autoclave) 기술이 결합된 탄소 섬유로 만들어졌다.

그 결과, 독보적이며 매우 견고하고 강력하면서도 가벼운 운전자석과 함께 최고 수준의 다이나믹 구조 특성을 제공한다. 또한, 뛰어난 우수성과 함께 운전자 및 동승자를 위한 인체공학적인 설계도 선사한다.

애스턴마틴은 내연차에서 하이브리드, 나아가 전기차 개발을 위해 노력하고 있으며 발할라는 이러한 전환의 선두에 위치하고 있다. 애스턴마틴의 엔진 매니지먼트 팀은 발할라의 맞춤형 트윈 터보 평면 V8 엔진의 성능을 최적화하고 효율성을 극대화하기 위해 노력했다.

발할라의 엔진은 애스턴마틴 모델에 장착된 엔진 중 가장 진보되고 반응성이 뛰어난 최고 성능을 자랑하는 V8 엔진이며, 3개의 전기 모터와 결합해 1,012마력(PS)의 하이브리드 방식의 사륜구동 하이브리드 파워트레인이 개발됐다.

발할라는 앞 차축에 장착된 트윈 전기 모터로 사륜구동이 가능해졌다. 뿐만 아니라, 토크 벡터링(torque vectoring) 기술을 통해 각 앞바퀴에 가해지는 토크를 엔지니어가 완전히 독립적으로 제어할 수 있다. 토크 벡터링 기술은 코너 돌입에서 보다 긍정적인 스티어링 응답성을 제공하고, 코너에서 더 강한 그립력을 제공하며, 코너 출구에서 개선된 견인력을 제공한다.

전방의 전기 모터는 후진 기능도 제공하므로 리어 트랜스미션의 무게를 감소시킬 수 있다. 세 번째 전기 모터는 변속기와 결합되어 뒷바퀴에 추가 동력을 공급하고 ICE 엔진의 스타터 및 발전기 역할도 수행한다.

한편, 발할라의 첫 번째 프로토타입은 올해 말 공개될 예정이며, 2024년 본격적으로 생산될 예정이다.