현대엠엔소프트 공식 기업 블로그 :: 자동차의 눈, 헤드라이트 변천사!


자동차 헤드라이트는 운전 시 앞길을 비춰주는 역할과 함께 자동차의 인상을 좌우하는 디자인 요소로 기능합니다. 이 때문에 헤드라이트를 자동차의 눈이라고 부르기도 하죠. 자동차가 탄생 이후 지금까지 많은 변화를 겪었듯 헤드라이트 역시 몇 단계의 큰 변화를 거쳐, 1880년대 처음 등장했을 때와는 완전히 다른 형태를 띠고 있습니다. 오늘은 자동차 헤드라이트의 탄생부터 현재의 모습까지, 헤드라이트의 변천사에 대해 알아보겠습니다.

 

 

1. 헤드라이트의 구성


우선 헤드라이트를 구성하는 각 조명의 명칭 및 기능을 설명해드리겠습니다. 일반적으로 차량의 조명은 전면의 상향등과 하향등으로 구성된 전조등(헤드라이트)과 후면에 위치한 후미등 및 기타 조명들로 분류하기도 하지만, 이번 포스팅에서는 종합하여 헤드라이트로 기술하겠습니다. 또한 차종마다 헤드라이트의 구성과 명칭이 조금씩 다를 수 있는 점 참고하세요!


출처 : 현대자동차 https://www.hyundai.com/kr/ko/vehicles/sonata/design


상향등(하이빔): 위 이미지에서 좌측에 위치한 조명입니다. 장거리의 도로를 비출 수 있으며(레이저 라이트 기준으로 최대 조사거리가 700m입니다.) 선행하는 차량이 없고 도시 외곽 등 어두운 길에서 사용합니다. 선행 차량에 심한 눈부심을 줄 수 있기 때문에 신중하게 사용해야 합니다.

 

하향등(로우빔): 같은 이미지에서 중앙에 위치한 조명입니다. 30~50m의 거리를 비출 수 있고, 운전 시 가장 많이 사용하는 조명 중 하나로 상향등의 사용 상황 외 일반적인 도로 상황에서 하향등을 사용합니다. 상향등과 하향등은 차종에 따라 같은 램프 안에 위치하기도, 따로 구성되어 있기도 합니다.

 

방향지시등(턴 시그널): 로우빔 우측에 위치한 조명 보이시나요? 바로 깜빡이라고도 불리는 방향 지시등입니다. 운전 시 방향 변경이나 차선 변경 여부, 일시적인 위험 상태 등을 주위 차량에 안내하는 장치입니다.


출처 : 현대자동차 https://www.hyundai.com/kr/ko/vehicles/sonata/design


주간 주행등(DRL): 위에 보이는 조명은 주간 주행등으로 보행자 혹은 다른 차량에 본인의 차량이 더 잘 인지될 수 있게 하여 안전사고를 예방하는 기능을 합니다. 자동차의 모든 램프를 꺼두어도 주간 주행등은 항상 켜져 있어 터널 내부 등에서도 차량 위치를 표시할 수 있게 됩니다.

주간 주행등은 스웨덴 등 극지방 쪽 국가에서 시작되었습니다. 정오에도 어두운 환경을 가지고 있어 사고 방지를 위해 헤드라이트를 항상 켜도록 하는 규정이 적용되다가 이것이 효과적인 것이 드러나며 점차 주변 지역으로 확대되었던 것입니다.

주간 주행등은 1997 BMW 5시리즈에 적용되었던 엔젤 아이를 시작으로 장식적 효과가 더해져 각 자동차 회사의 정체성을 드러내는 역할을 하고 있기도 합니다.

 

차폭등: 포지셔닝 램프 또는 미등이라고도 불리며 차량 가장자리 쪽에 위치하여 차량 폭의 경계를 표시해줍니다. 주간 주행등이 있는 차량은 그것과 같은 광원을 사용하는 경우도 있습니다.


출처 : 현대자동차 https://www.hyundai.com/kr/ko/vehicles/new-santafe/design


안개등: 위 이미지의 좌측 하단에 보이는 작은 조명은 안개등입니다. 안개등은 안개가 끼거나 눈˙비가 오는 등의 악천후 상황에서 전방 3m 내외를 비춰 시야를 확보하고 자신의 위치를 알리기 위한 용도로 사용됩니다.


이러한 기능을 위해 안개등은 투과성이 높아 조사각이 넓은 특성을 가지기 때문에 일반적인 주행 상황에서 켜게 되면 앞 차 운전자에 심한 눈부심을 줄 수 있습니다. 이와 함께, 안개가 지표면 가까이 발생한다는 점을 고려해 안개등은 대개 하이빔, 로우빔 아래쪽에 위치합니다.


날씨 탓에 시야 확보가 안 되는 날에는 안전 운전에 아주 유용한 조명이지만, 그 외 상황에서는 상대 운전자를 고려하여 계기판을 통해 안개등이 켜져 있는지 확인하는 습관이 필요하겠습니다.


현대자동차 쏘나타의 ‘LED 리어 콤비램프(제동등, 후미등 적용)’

출처 : 현대자동차 https://www.hyundai.com/kr/ko/vehicles/sonata/design


*리어 콤비네이션 램프: 자동차 후면에 설치된 조명을 통틀어 이르는 말로, 가니시(장식) 안에 후미등, 제동등 등이 내장된 형태가 많습니다.

 

후미등(테일라이트): 차량 후면에 위치한 미등을 가리키며 야간에 차량 위치를 알리는 기능을 합니다.

 

⑧제동등(브레이크 등): 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 자동으로 점등되어 뒤따르는 차량에게 제동 여부를 알리는 역할의 조명입니다.

 

⑨후진등: 후진 시 주변 보행자와 운전자에 경고를 보내기 위해 자동으로 점등되는 백색 조명입니다.

 

 

2. 1880년대 가스 등불 헤드라이트

최초의 자동차 다임러 벤츠 페이턴트 모터바겐(Patent Motorwagen)’

출처 : 다임러 https://www.daimler.com/


그렇다면 최초의 헤드라이트는 어떤 형태였을까요? 1886년 독일인 칼 벤츠는 말 없이 달리는 마차를 만들겠다라는 일념으로 최초의 자동차 페이턴트 모터바겐을 탄생시켰습니다. 우리 말로 하면 특허 자동차라는 뜻을 가진 이 자동차에도 헤드라이트가 장착되어 있었는데요. 이때의 헤드라이트는 현재의 것과 아주 동떨어진 원시적인 가스 등불이었습니다.

 

페이턴트 모터바겐에 장착된 가스 등불 형태의 헤드라이트

출처 : http://bitly.kr/2v0El


이 헤드라이트는 내부의 작은 촉에서 아세틸렌 가스가 나와 불이 붙는 구조였습니다. 아세틸렌 가스는 카바이드(탄화칼슘)에 물을 가하는 방법으로 생성되는데, 전기등에 비해 조도와 광도가 낮을뿐더러 처음에는 직접 불을 붙여주어야 하고 겨울에는 물이 얼어 제대로 작동되지 않는 불편함이 존재했습니다.

 

이후 점차 자동차가 보편화되며 교통량이 증가하고 차량의 성능이 향상되면서 헤드라이트 역시 큰 변화를 겪게 됩니다. 특히 여기에는 전구의 개발이 큰 일조를 하게 되죠. 그럼 본격적으로 이 이후의 자동차 헤드라이트 발전 단계를 살펴볼까요?

 

 

3. 20세기 초 백열등 헤드라이트



1879, 미국의 발명가 에디슨은 백열등을 개발하는 데 성공하며 전기의 시대를 열었습니다. 전구가 상용화되고 1913년 독일 보쉬(Bosch)에서 엔진과 연결된 발전기와 전기램프(헤드라이트)를 발명하면서 자동차 헤드라이트는 혁신을 맞게 됩니다. 자동차 내부에서 헤드라이트를 켜고 끄는 것이 편리해졌고 조명의 밝기도 크게 개선된 것이죠. 보쉬의 전조등 시스템은 1990년대까지 이어졌습니다.

 

그 사이 자동차 헤드라이트에 관한 몇 가지 주요 이슈가 있었습니다. 먼저 1924년 전구 회사 오스람에서 하나의 전구에 두 개의 필라멘트를 적용한 싱글 벌브를 개발하였습니다. 이를 통해 하나의 전구로 하향등과 상향등을 단순하게나마 구현할 수 있게 되었습니다.

 

로우빔과 하이빔이 더 명확하게 구분된 것은 1957년입니다. 헤드라이트의 밝기가 개선되며 이 불빛이 주변 운전자에게 불편을 끼친다는 단점이 지적되었고, 이를 해소 하기 위해 반사광 차단방식을 이용, 하향등과 상향등을 구분하여 눈부심을 방지하였습니다.

 

또한 1936, 청색광이 눈부심을 유발한다는 연구 결과가 발표되고 악천후에 황색광이 눈에 잘 띈다는 것이 밝혀지며 모든 헤드라이트에 황색광이 의무로 들어가게 되었습니다.

 

 

4. 1960년대 할로겐등 헤드라이트

출처 : http://bitly.kr/3yLKv


백열등은 분명 등불에 비하면 혁명적인 도약이었지만, 수명이 짧고 발광효율이 떨어진다는 한계를 지녔습니다. 이를 대체하기 위해 1960년대 할로겐등이 등장했습니다. 할로겐등은 백열등과 비슷하게 유리구 안에 텅스텐 필라멘트를 고정한 구조로 되어있는데요. 백열등과 원리는 비슷하지만 안에 할로겐 가스라는 화합물을 넣고 봉하기 때문에 텅스텐의 증발이 억제되어 전구의 수명이 두 배 이상 길다는 것이 특징입니다.

 

1963년 필립스에서 최초로 할로겐등을 발명하였고 이는 하나의 필라멘트로 하향등과 상향등을 모두 구현할 수 있는 형태였기 때문에 이전처럼 반사광 차단 방식을 사용하는 대신 필요에 따라 두 종류의 빛을 사용할 수 있어 수명이 더 길어졌습니다.

 

할로겐등은 광량이나 기능에 따라 ‘H+숫자의 형식으로 표기하는데, 1960년대 초반에는 1,550lm(루멘, 빛의 밝기를 나타내는 수치) H1이 폭넓게 사용되다가 이보다 300lm 이상 밝은 H2, 필라멘트를 가로 방향으로 설치한 H3 2년 간격으로 연이어 출시되었습니다. H1 H3은 아직까지 안개등이나 주행등으로 사용되고 있죠.

 

 

5. 1990년대 – HID 헤드라이트


출처 : 현대자동차 http://bitly.kr/w0Dbk


HID(High-Intensity Discharge)는 고압방전등, 혹은 제논 전구라고도 불리며, 필라멘트 없이 발광 관 안에서의 방전에 의해 빛이 발산되는 방식으로 작동합니다. 기존 할로겐등에 비해 전력은 40% 정도만 사용하면서 3배 이상 밝고 수명은 5배 이상입니다.

 

HID 헤드라이트의 개발은 고성능 헤드라이트 시대의 시작을 알렸습니다. 특히 밝기가 상당히 높아져 야간 시야가 눈에 띄게 개선되었는데, 지나치게 밝아 맞은 편 운전자의 눈을 부시게 해 사고 확률을 높일 정도입니다. 그렇기 때문에 HID 헤드라이트 옵션이 장착된 차량은 불빛이 정해진 각도로 바닥을 향하도록 하는 자동광축조절장치를 반드시 함께 부착해야 합니다.

 

1991년형 BMW 2세대 7-Series가 최초로 HID 헤드라이트를 적용했으며 국내에서는 현대자동차가 1998년 출시한 그랜저 XG가 최초로 적용하였습니다.

 

 

6. 2000년대 말 – LED 헤드라이트


출처 : 현대자동차 http://bitly.kr/QjTP


2000년대 말 등장한 LED는 전류를 넣으면 빛을 내는 반도체로 구성된 형태입니다. 할로겐등에 비해 전력 소모가 반 이상 적고, 수명은 약 1만 시간으로 반영구적이라고 할 수 있습니다. 자동차 헤드라이트에 최초로 적용된 사례는 2007년 렉서스의 LS600h이며 하향등에만 LED가 사용되었습니다. 이듬해 아우디가 R8을 통해 하향등, 상향등, DRL, 방향지시등, 차폭등에 모두 LED를 적용한 Full LED 헤드램프를 선보였고요. 하지만 아직 가격이 비싸기 때문에 차량의 상위 옵션으로만 적용되는 경우가 많습니다.

 

LED는 조명 자체의 성능도 우수하지만, 자동차의 디자인도 발전시킨 역할을 했습니다. 발광 시스템 자체의 부피가 작아 자동차의 거의 모든 면에 부착이 가능해 디자인 상의 제약을 없앴기 때문이죠. 앞서 언급했듯 DRL LED를 사용해 구현한 개성적인 디자인으로 각 자동차 회사의 정체성을 드러내기도 합니다.

 

LED 다음으로 헤드라이트 광원으로 주목 받고 있는 것은 레이저입니다. LED보다도 광량과 조사거리가 뛰어난 레이저는 많은 자동차 회사들에 의해 개발되고 있는데요. BMW 2011 i8 콘셉트 카를 통해 오스람과의 협업으로 만든 최초의 레이저 헤드라이트를 공개했고, 2014 i8 양산차, 아우디 R8 LMX 등의 차량에서 레이저 헤드라이트가 사용된 바 있습니다.

 

 

7. 계속해서 발전하는 헤드라이트 기술!



헤드라이트는 시간이 지날수록 발전을 거듭하고 있습니다. 광원의 종류만 달라진 것이 아닙니다. 이제 헤드라이트는 단순히 앞만 밝혀주는 장치를 넘어 광반도체 기술과 융합되어 최첨단 센서로서 기능하기 시작했거든요. 핸들을 조작하는 방향에 따라 조사각(빛을 쪼이는 각도)을 조정해주는 어댑티드 헤드램프’, 선행 차량이나 마주 오는 차량을 인식하여 자동으로 하향등과 상향등을 전환하는 하이빔 어시스트등의 첨단 기술들이 이미 양산 차량에 적용되어 있습니다.



출처 : 현대모비스 http://bitly.kr/gzBxa


최근 현대모비스에서 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템)와 연계한 첨단 지능형 헤드램프(AADB, Advanced Adaptive Driving Beam)를 세계 최초로 개발해 주목을 받기도 했습니다.

 

기존 지능형 헤드램프는, 상향등을 조절해 앞차 눈부심을 막는 기능을 수행할 때 추월이나 빠른 커브길 선회 등 주변 차량의 급격한 움직임에 제대로 대응하지 못했고 중앙분리대가 있는 도로 주행 시 분리대 너머에서 마주 오는 차량을 인식하지 못했는데요.

 

첨단 지능형 헤드램프는 기존 기술의 한계를 극복해 추월차량을 감지, 그 움직임을 예측해 미리 해당 부분의 빛을 차단하거나 S자 커브길에서 선행 차량의 회전 정도를 계산해 빛 차단 문제를 해결했습니다. 또한 주행 중인 차선과 상관없이 상향등을 정교하게 조절하여 운전자가 시야를 안전하게 확보하면서도 그 빛이 중앙분리대를 넘지 못하게 만들었죠. 이를 위해 카메라, 후측방 사각지대 감지장치(BCW), 내비게이션 등 다양한 방법이 활용되었다고 하네요!

 

짐작하셨겠지만, 이와 같은 헤드라이트의 새로운 혁신은 자율주행차의 발전과 밀접한 관련이 있습니다. AADB 개발을 주도한 현대모비스의 미르코 고에츠 이사는 자율주행 시대 헤드라이트의 중요성 및 발전 방향을 센서, 시그널, 커뮤니케이션의 세 가지로 정리하였습니다.


첫째, 자율주행차에 필요한 메인 센서 중 하나인 카메라센서가 상황을 탐지할 때 필요한 빛을 헤드라이트가 제공합니다.


둘째, 자율주행차는 대부분 주행 시 소음이 발생하지 않는 전기차일 것이기 때문에 소음 대신 차량의 접근을 알리는 시그널로서의 빛이 필요합니다.


셋째, 현재 운전자는 도로를 건너는 보행자와 눈을 마주치는 아이컨택 등으로 직접 커뮤니케이션을 해 보행자의 안전을 확인하지만, 자율주행 시대의 운전자는 그 대신 책을 읽는 등 다른 일을 하고 있을 것입니다. 보행자와의 커뮤니케이션은 자동차가 직접 담당하게 되겠죠. 이때 자동차가 보행자를 인식했다는 것을 알리는 역할을 헤드라이트가 수행하는 것입니다. 미르코 고에츠 이사는 지난 ‘CES 2019’에서 신개념 자율주행차 콘셉트 엠비전(M.VISION)을 발표하며 헤드라이트가 담당하게 될 커뮤니케이션 기능을 강조하기도 했습니다.

 

오늘은 자동차의 눈, 헤드라이트의 탄생부터 이제 막 개발된 첨단 헤드라이트 기술까지 차례대로 살펴보았습니다. 자동차 부품의 하나라고 생각했던 헤드라이트 속에 이렇게 많은 변천사와 발전 가능성이 있었다는 게 신기하지 않나요? 또 한편으로, 완전한 자율주행 시대가 오기 전까지는 헤드라이트를 타인에 피해를 끼치지 않는 선에서 매너 있게 잘 사용해야겠다는 생각도 듭니다. 그럼 지금까지 현대엠엔소프트 공식 블로그였습니다!


Posted by 현대엠엔소프트

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