설계부터 불량체크까지… 인공지능(AI)이 만드는 타이어

금호타이어 IDEA 수상작 이미지 /사진=금호타이어

[Seoul, Korea -- reporterpark.com] Justin Park, 2022.02.14.Mon. 

타이어회사들의 새로운 도전이 이어지고 있습니다. 인공지능(AI)을 설계부터 생산, 주행 모니터링까지 다방면에 활용하는 것이 대표적이죠.

먼저 넥센타이어는 14일 ‘AI 기술을 활용한 타이어 성능 예측 시스템’을 개발했다고 밝혔습니다. 

넥센타이어는 AI 기술을 활용한 타이어 성능 예측 시스템을 개발해 타이어 개발 절차 중 컨셉 설계 단계에서 머신 러닝 기술을 활용, 타이어 개발 시 고려되는 주요 성능(연비, 소음, 핸들링, 접지, 강성 등)을 정확하고 빠르게 예측하게 됩니다. 

머신 러닝을 위해서는 양질의 데이터를 대량으로 확보하는 것이 중요하며 이를 위해 확보한 데이터의 이상치를 탐지해 대체할 수 있는 데이터 전처리 기술을 개발했다고 합니다. 부족한 데이터에 대해서는 데이터 증강 기법을 활용해 대량의 학습데이터를 확보해 높은 예측 성능을 가진 예측모델을 확보 할 수 있다는 게 회사의 주장이죠.

타이어 개발 절차에서 타이어 성능의 예측은 시제품의 제작 수량 감소 및 개발 기간 단축에 큰 영향을 미칩니다. 주로 일반적인 타이어 성능 예측은 FEA(Finite Element Analysis, 유한요소해석)를 활용, 예측합니다.

FEA는 타이어의 형상 및 재료 물성을 활용해 컴퓨터 상에서 가상의 3차원 타이어로 모델링하고 수치 계산을 통해 제품의 성능을 확인할 수 있는 기법입니다. 높은 정확성의 성능 예측 값을 확인할 수 있다는 장점이 있지만 수치 계산에 소요시간이 오래 걸려 개발자들이 컨셉 설계 단계에서 빠르게 성능을 검토하는데 그 효율성이 떨어진다는 평을 받아왔죠. 

이번에 개발된 ‘AI 기술을 활용한 타이어 성능 예측 시스템’은 고려대학교 김성범 교수 연구팀, 한양대학교 이기천 교수 연구팀과 공동으로 개발했습니다. 

넥센타이어 vitrual brain loop system 이미지 /사진=넥센타이어

넥센타이어는 가상 제품 개발 시스템(Virtual Product Development System) 개발을 위해 지속적인 연구와 투자를 해오고 있습니다. 기존에 사용되고 있는 FEA를 활용한 성능 예측 기법, 최적의 설계안을 제안해 주는 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)과 더불어 이번에 개발한 ‘AI 기술을 활용한 타이어 성능 예측 시스템’을 통해 보다 빠르고 정확한 타이어의 설계 및 성능 개선을 제조 전에 할 수 있게 됐다는 게 넥센의 설명. 

넥센타이어는 “이로써, 고유의 가상 설계 기술을 활용한 타이어 개발 시스템인 ‘Virtual Brain Loop System’을 개발 완료, 이를 OE 및 RE 제품에도 적극적으로 적용할 예정"이라며 “앞으로도 지속적인 R&D 투자뿐만 아니라 산학 공동 연구를 통해 인재양성 및 연구개발 역량을 향상시킬 계획”이라고 밝혔습니다. 

금호타이어도 타이어 개발 프로세스의 디지털 전환(Digital Transformation)을 선언, 빅데이터(Big Data)와 인공지능(AI) 기술을 타이어 개발에 적극 활용해 컴파운드 및 성능을 예측하는 ‘타이어 디지털 트윈(twin)’ 환경을 구축해나가고 있습니다. 

디지털 트윈(Digital Twin)은 현실 세계에서의 제품 개발 프로세스를 디지털 공간상에서 그대로 구현하고 이를 통해 제품 개발 기간 단축 및 개발 효율을 극대화하는 것으로 전반적인 타이어 개발 프로세스의 혁신을 뜻하죠. 

이를 위해 금호타이어는 효성인포메이션시스템과 공동연구를 통해 빅데이터 및 인공지능 기술을 이용, 타이어 컴파운드 설계 중 고무 랩(Lab.) 특성을 예측하는 VCS(Virtual Compound Simulation) 및 타이어 주행 성능을 예측하는 VTS(Virtual Tire Simulation) 시스템을 개발했습니다.

VCS 시스템은 기존에 축적된 시험 기반의 빅데이터를 인공지능으로 학습, 새로운 성능의 신규 컴파운드의 성능을 예측 가능하게 한다고 합니다. 

일반적으로 타이어용 컴파운드 개발은 원재료를 혼합하여 가류하는 과정을 통해 에너지 손실, 마찰력, 마모 등 타이어 요구 특성을 만족하는 타이어용 고무를 일일이 개발하기 때문에 개발 기간이 길고 비용이 많이 발생하는데요, VCS 시스템을 적용하면 시뮬레이션을 통해 시험 횟수를 대폭 감소시킴으로써 타이어용 컴파운드 개발 기간을 약 50%까지단축시킬 것으로 기대할 수 있습니다. 

타이어는 회전저항, 제동, 마모, 승차감, 소음진동 등의 주행 성능을 만족시키기 위해 제품 컴파운드, 패턴, 구조, 형상 등의 설계인자들을 최적으로 디자인하는 기술이 매우 중요한데요, VTS 시스템은 타이어 설계인자와 시험결과 기반의 빅데이터를 머신 러닝(Machine Learning) 알고리즘을 통해 타이어 성능을 예측하는 모델로, 금호타이어는 기존 개발 기간을 최대 약 50%까지 단축 가능할 것으로 예상하고 있습니다.

김기운 금호타이어 특성연구담당 상무는 “금호타이어는 급변하는 모빌리티 산업 환경에 선제적으로 대응하기 위해 IT 및 디지털 역량을 결집해 ‘타이어 디지털 트윈’ 시스템 환경을 구축, 제품 개발 기간 단축 및 비용 절감을 통해 개발 효율을 극대화함으로써 기술 경쟁력을 확보하게 됐다”며 “앞으로 금호타이어는 미래지향적인 선진 개발 환경을 바탕으로 소비자 니즈를 반영한 기술 집약적인 제품 개발 더욱 힘쓸 계획”이라고 말했습니다.

한국타이어 트랙 솔루션즈 타이어 장착 후 테스트 모습 /사진=한국타이어

한국타이어앤테크놀로지(한국타이어)도 AI를 다방면에 활용합니다. 

특히 타이어 데이터 분석을 통해 AI(인공지능) 코칭이 가능한 ‘트랙 솔루션즈(Track Solutions)’ 상품을 개발하며 파일럿 테스트도 마쳤습니다.

트랙 솔루션즈는 서킷 주행을 즐기는 일반인과 모터스포츠 선수를 꿈꾸는 세미프로, 아마추어 드라이버를 위해 한국타이어에서 올해 론칭을 목표로 개발하는 상품입니다.

서킷 주행 시, 스마트폰 애플리케이션과 타이어 센서 기술을 활용해 실시간으로 공기압과 온도 등 타이어 정보와 함께 주행 랩타임, 언더스티어 및 오버스티어 등 경향성도 분석이 되고요 본인의 주행 데이터를 바탕으로 AI 코칭 요청도 가능하다고 합니다.

주행 중 타이어 정보 및 주행 후 AI 코칭 결과를 제공하는 스마트폰 앱은 세계 최초 인공지능 모터스포츠 코치 기술을 보유한 ‘쓰리세컨즈(3SECONDZ)’의 시스템 협력을 통해 한국타이어가 자체 개발했습니다. 핵심 부품인 타이어 부착형 센서 역시 국내 굴지의 전자부품 업체 파트론(Patron)과 협업해 자체 개발을 마쳤죠.

상품은 ‘벤투스 RS4(Ventus RS4)’로 먼저 현대자동차 고성능 해치백 ‘벨로스터 N’에 장착 가능한 18인치 타이어로 개발이 진행됐습니다. 

이처럼 AI는 단순히 불량을 검수하는 수준을 넘어 설계와 생산방식은 물론 보다 나은 주행을 위한 코칭까지 가능한 수준까지 올라섰음을 알 수 있습니다. 물론 어디까지나 인간을 보조하는 수단으로 활용해야겠죠. 

 

 

 

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