자율주행 기술이 빠르게 발전하면서 많은 사람들이 궁금해하는 질문이 있습니다. 과연 자율주행에는 전기차가 필수일까요? 결론부터 말하자면, 내연기관차로도 자율주행이 가능하지만 전기차가 압도적으로 유리합니다. 이는 하드웨어의 근본적인 차이에서 비롯되며, 제어 응답성, 전력 공급 능력, 경제성이라는 세 가지 핵심 요소로 설명됩니다. 과거 내연기관 차량에 자율주행 장치를 달았던 실험들이 상용화되지 못한 이유도 바로 여기에 있습니다.
제어응답성: 생명을 좌우하는 0.5초의 차이
자율주행에서 가장 중요한 요소는 AI의 명령이 실제 차량의 움직임으로 전환되는 속도입니다. 아무리 자율주행 AI가 똑똑하고 빠르게 판단해도 차량이 늦게 반응하면 사고를 막을 수 없기 때문입니다. 내연기관차는 가속 명령이 내려지면 공기가 엔진 실린더로 들어가고, 연료와 섞여 폭발하며, 피스톤이 움직여 크랭크축을 돌리고, 변속기가 적절한 기어를 물려 바퀴로 전달하는 복잡한 과정을 거칩니다. 특히 터보차저가 장착된 차량은 공기를 압축해서 밀어 넣는 시간까지 추가로 필요합니다. 그 결과 내연기관차의 응답 시간은 빠르면 200ms에서 보통 500ms 정도가 소요됩니다.
반면 전기차는 인버터에서 전류 명령을 내리면 전자가 흐르는 속도로 자기장이 형성되어 토크가 발생합니다. 이 과정은 50ms 미만이며, 최신 전기차들은 10ms에서 20ms 정도만 걸립니다. 내연기관차 대비 20배에서 50배 더 빠른 반응 속도입니다. 이러한 차이는 실제 주행 상황에서 생명을 좌우하는 결정적 요소가 됩니다. 시속 100km로 주행할 때 초당 27.8m를 이동하는데, 내연기관차는 0.5초 지연으로 13.9m를 이미 움직인 후에야 반응하지만, 전기차는 0.02초 지연으로 불과 0.54m만 움직이고 즉시 반응합니다. 긴급 상황에서 13m 이상의 회피 거리 차이는 사고 발생 여부를 결정짓습니다.
복잡한 도심이나 골목에서는 이러한 차이가 더욱 극명해집니다. 미세한 가속과 감속이 반복되는 상황에서 내연기관은 기어 변속 과정의 충격으로 오버슈트 현상이 발생하기 쉽습니다. 하지만 전기 모터는 1초에 수천번 전류량을 조절할 수 있어, AI가 1%만 더 세게, 0.5%만 더 약하게 명령하면 그대로 수행합니다. 빗길이나 눈길에서도 전기차는 미끄러짐이 발생하려는 찰나에 제어가 들어가 훨씬 안정적인 주행이 가능합니다. 실제로 유튜버 NK3 님이 눈길에서 FSD로 대관령을 올라가는 영상을 보면, 차가 스스로 운전하면서 미끄러질 것 같을 때 카운터 스티어까지 하며 자세를 바로잡는 놀라운 장면을 확인할 수 있습니다. 미국 웨이모도 초기에 크라이슬러 퍼시피카로 서비스하다가 스로틀랙 가속 응답 지연이 안전 테스트에서 문제로 지적되자, 2020년대 들어 전체 자율주행 차량을 재규어 아이페이스 전기차로 전환했으며, 현재는 현대 아이오닉 5로 운영되고 있습니다.
전력공급: 안정적인 에너지 공급의 필수조건
자율주행 시스템은 엄청난 전력을 소비합니다. 자율주행 칩셋, 최소 8개의 카메라, 레이더나 라이더 센서까지 포함하면 MIT 분석 자료에 따르면 최소 840W에서 1.2kW의 전력을 지속적으로 소비합니다. 이는 전자레인지나 벽걸이 에어컨을 주행 내내 켜놓는 것과 맞먹는 전력량입니다. 이러한 전력을 안정적으로 공급하지 못하면 자율주행은 제대로 작동할 수 없습니다.
내연기관차는 엔진 옆에 붙어 있는 알터네이터라는 발전기로 전기를 만듭니다. 엔진이 벨트로 연결된 발전기를 돌려 전기를 생산하는 방식으로, 어릴 적 자전거 발전기 라이트와 비슷한 원리입니다. 엔진이 1,000RPM 이상으로 꾸준히 달리는 고속도로에서는 전기가 안정적으로 나오지만, 문제는 도심의 정체 구간입니다. 가다 서다를 반복하거나 신호 대기할 때 엔진은 아이들링 상태로 700
800RPM 정도가 되는데, 이때 알터네이터의 발전량은 최대치의 30
40% 수준으로 떨어집니다.
하지만 복잡한 도심에서 자율주행 시스템은 더 많은 전력을 필요로 합니다. 주변 차량, 배달 오토바이, 신호등 변화 등을 실시간으로 처리해야 하기 때문입니다. 공급은 바닥인데 수요는 폭발하는 상황에서 전압 강하가 발생합니다. 과거 내연기관 차량에 자율주행 장치를 달았던 실험들이 상용화되지 못한 결정적인 이유가 바로 이것입니다. 컴퓨터에서 전달하는 신호를 하드웨어가 빠르게 받아들이지 못할 뿐 아니라, 전력 공급조차 불안정했던 것입니다. 자율주행 시스템에서 전압이 흔들리면 치명적인 오류가 발생하거나 시스템 자체가 작동을 멈출 수 있습니다. 배터리나 발전기를 키우자니 연비가 떨어지고 배출가스 규제를 맞출 수 없어, 내연기관 구조상 해결이 불가능한 문제입니다.
전기차는 상황이 완전히 다릅니다. 70kWh에서 100kWh 정도 되는 대용량 고전압 배터리가 차 바닥에 깔려 있고, 알터네이터 대신 LDC라는 DC-DC 컨버터가 고전압 배터리의 전기를 12V로 변환해 줍니다. 이 LDC는 차가 서 있든 달리든 상관없이 항상 일정한 전압과 전류를 전장부품에 공급합니다. 자율주행 소프트웨어가 갑자기 전기를 많이 끌어와도 대용량 고전압 배터리에서 전기를 즉시 공급하기 때문에 전압이 흔들리지 않습니다. 자율주행 AI라는 슈퍼컴퓨터를 차에 태우려면 간당간당한 내연기관 발전기가 아니라 언제 어디서든 전기를 펑펑 끌어다 쓸 수 있는 전기차가 필수적입니다.
경제성: 자율주행 사업 모델의 핵심
자율주행으로 달성하려는 궁극적인 목표는 차량 소유의 개념을 바꾸는 것입니다. 내 차를 쓰지 않는 시간에 택시나 택배차로 활용해 수익을 창출하는 시대가 오기 때문에 자율주행 기술에 투자하는 것입니다. 자율주행 기술은 결국 돈이 되어야 합니다. 차가 고장 나서 서비스센터에 들어가 있는 시간은 곧 돈을 까먹는 시간이 되므로, 유지비와 수명이 사업성을 결정짓습니다.
내연기관차는 엔진, 변속기, 연료 시스템, 배기 장치 등 부품이 무려 3만 개 가까이 됩니다. 특히 엔진과 변속기 안에서 계속 움직이고 마찰하는 부품만 2,000개가 넘습니다. 타이밍 벨트, 점화플러그, 엔진 오일, 미션 오일 등 계속 갈아줘야 할 소모품이 많습니다. 반면 전기차는 모터, 배터리, 감속기, 인버터 정도로 끝나며, 전체 부품 수는 내연기관의 절반 이하이고 구동계에서 직접 움직이는 부분은 20개 남짓입니다. 구조가 단순해 고장 날 확률 자체가 기하급수적으로 낮고, 돈을 벌어올 확률과 시간이 훨씬 많습니다.
자율주행 시대가 되면 마일리지가 기하급수적으로 늘어납니다. 자가용으로 쓸 때는 연간 1만 ~ 2만km 정도지만, 자율주행 영업용으로 활용하면 잠자는 시간에도 차가 계속 손님을 태우므로 연간 주행 거리가 10만 ~ 15만km가 될 것으로 예상됩니다. 내연기관 엔진의 수명은 아무리 길어도 30만km 정도로, 2~3년이면 차의 수명이 끝납니다. 반면 전기차는 마찰과 진동이 거의 없어 이론상 100만km도 고장 없이 주행이 가능합니다. 실제로 지난 5월 현대차가 공식 발표한 사례를 보면, 한 아이오닉 5 차주님이 2년 9개월 동안 58만km를 주행했는데 한 번의 고장도 없었고 소모품 교환도 없었습니다. 58만km 주행 후 현대차 연구소에서 모터와 배터리를 무상으로 교체해 줘서 현재 66만km까지 고장 없이 주행하고 있습니다.
에너지 효율 측면에서도 내연기관 엔진의 열효율은 아무리 좋아도 30 ~ 40% 수준입니다. 만 원치 기름을 넣으면 3,000 ~ 4,000원만 바퀴 굴리는 데 쓰고 나머지는 공중에 날립니다. 전기차 모터의 에너지 전환 효율은 90%에 육박해, 배터리의 전기를 거의 손실 없이 바퀴로 전달합니다. 고장 확률, 내구성, 효율성 모든 면에서 전기차가 압도적으로 뛰어나기 때문에 자율주행차는 전기차가 될 수밖에 없습니다.
과거 내연기관 차량 위에 큰 장치를 달고 자율주행을 시도했던 실험들이 상용화되지 못한 이유는 명확합니다. 하드웨어적 한계와 안전성 문제를 극복할 수 없었기 때문입니다. 자율주행 AI에게 내연기관차는 말 안 듣고 밥 많이 먹고 몸까지 약한 답답한 파트너인 반면, 전기차는 빠릿빠릿하고 체력 좋고 돈까지 아껴주는 최고의 파트너입니다. 자율주행의 미래가 전기차일 수밖에 없는 이유는 기술적 필연성과 경제적 합리성 모두에서 증명됩니다.
[출처]
전기차가 자율주행이 더 쉬운 이유? / 출처: https://youtu.be/ROMSGKZaRuM?si=tXxb5lKMsSImZm17