IT 기획시리즈 주간기술동향통권 1358 호 2008. 8. 6. 융합기술 5 IT 기술의새로운결정체, 자동차전장시스템의 표준화및기술동향 차정은 ETRI, 자동차융합기술연구팀, 선임연구원 mary2743@etri.re.kr 박미룡, 한태만 ETRI, 자동차융합연구팀, 책임연구원 1. 서론 2. 전장시스템의표준화동향 3. 전장부품의첨단화 4. 지능형전장서비스 5. 결론 1. 서론 007 영화나공상과학 3D 애니메이션에서나보던, 혼자주행하고화상전화를연결하고각종멀티미디어정보로온갖즐거움으로주는가하면어떤어려움에서도운전자를보호하는똑똑한자동차가현실속에서가능해지고있다. 이는내연기관시대에서하이브리드차나연료전지차시대로단수이동수단에서편리성과안정성, 나아가오락적요소를충족된고품질맞춤형서비스자동차로의패러다임전환의결과물이다. 2000 년대로접어들면서미국, 독일, 일본등자동차선진기술보유국들은똑똑한자동차가상상속에서뛰쳐나와운전자의오감을만족시키고국가산업의근간으로서질적고도화를지속시키기위해 IT 기술이융합된전장기술의실현, 즉, 자동차기술의전장화에총력을쏟고있다. 자동차의전장기술은 ECU(Electroic Control Unit) 과같은전자장치를자동차에내장시켜자동차기능의첨단화및효율화를달성하고자하는기술이다. 성공적인 ECU 탑재가자동차전장화성패를가름짓는만큼 ECU 로대표되는전장부품및이를통한서비스지능화를위해서는많은기술적, 비용적소모를요구하고있다. 실제로 1 대의자동차에탑재되는 ECU 의개수는고급차의경우 100 여개가넘으며이에따라 ECU 를개발하고탑재하며자동차서비스로활용하기위한소프트웨어비용은 2002 년 38% 에서 2006 년 52% 로급격히증가하고있다. 또한 * 본컬럼은 ETRI 자동차융합기술연구팀에서작성한내용입니다. 본내용과관련된사항은 ETRI 자동차융합기술연구팀차정은선임연구원 ( 042-860-1177) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 24
IT 기획시리즈 융합기술 5 K-Lines 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Months 40 Telematics 35 P/T Body 30 25 20 15 10 5 0 1997 2000 2003 2005 ( 연도 ) 1997 2000 2003 2005 ( 연도 ) (a) SW 크기 (b) 신제품시장출시소요시간 ( 그림 1) 자동차전장 SW 추세및시장의요구사항 무인자동차개발및카- 인포테인먼트 (Car-Infotainment) 을위해 ASV(Advanced Safety Vehicle), AHS(Advanced Highway ), 멀티미디어네트워크와운전자통합정보시스템등의첨단서비스개발에요구되는소프트웨어복잡도는크게증가되는반면자동차소비자들의선호급변에따라매년 300 개이상의새로운모델들을출시해야만하는시장요구에직면하고있다 [1] 우리나라수출품중 1 위이며전체무역흑자중 228%(373 억달러, 2006 년기준 ) 을차지하는자동차산업에세계제 1 위를자부하고있는 IT 기술과의융합을통해자동차제품의부가가치향상과지속적인서비스매출을통한수익구조개선으로치열해져만가는국제자동차시장에확실한생존권선점은무엇보다중요하다. 본고에서는 IT 기술의결정체로서의자동차융합기술의전장트랜드를살펴보고, 새로운자동차패더다임으로서의자동차전장화를위한기술동향에대해살펴본다. 이를위해 AUTOSAR 기반의전장플랫폼의표준화에대해살펴보고, 전장부품의첨단화기술에대해서술한다. 다음으로지능형자동차가지원하는안정성및엔터테인먼트서비스에대한기술개요를간단히소개한다. 2. 전장시스템의표준화동향자동차벤더들은단순히튼튼한이동수단의자동차에서안전성이완비되고재미와흥미를제공하는다양한고객요구에대한맞춤형자동차로오늘날의시장에대처하고있다. 따라서, 매년 300 개이상의자동차신규모델이출시되고있으며모델당평균연식도 1~2 년으로크게단축되어가고있다 [1]. 이러한시장요구속에자동차완성차업체들은자동차에사용되는공통의부품들을다양한차량모델에재사용함으로써신규모델의개발복잡도를줄이고출시시간 25
주간기술동향통권 1358 호 2008. 8. 6. 을단축시키고자하고, 부품개발업체에서는유사한부품을납품함으로써제조원가를낮추려고하는것은당연한현상이다. 자동차 SW 의공통모듈재사용성을극대화하고차량별부품호환성등의문제를해결하고자전세계완성차업체, 부품공급회사및 IT 기술업체들이협력하여자동차의표준운영체제인 OSEK/VDX 를표준화하였다. 또한 TOYOTA, Simense, BMW 등선진자동차기술보유업체및 NEC, ARM, Freescale, dspace 등반도체와 SW 전문개발업체들이자동차임베디드시스템의기술혁신을통한전장소프트웨어플랫폼의표준화룰달성하고자 AUTOSAR 을설립하여운영중이다. 현대 / 기아차가 51 개프리미엄멤버로중유일한국내멤버로등록되어있으며, ETRI, 대우정밀, 만도, DGIST 가 66 개의관련멤버회원으로활동중이다 [3]. ( 그림 2) AUTOSAR SW 아키텍처 AUTOSAR 표준스펙들은자동차전자부품들의통합제어가유연성있게가능한플랫폼개발을정의하였다. 따라서, HW 와 SW 의분리를통한소프트웨어의재사용성, 확장성등을향상시킴은물론복잡한소프트웨어를빠르고신뢰성있게개발할수있도록소프트웨어아키텍처및방법론등을구성하였다. AUTOSAR 소프트웨어아키텍처는크게 AUTOSAR SW-C(SW Component), RTE(Run- Time Environement), BSW(Basic SW) 3 계층으로나누어지며 RTE 를사용하여응용 SW-C 와 HW 관련 SW 인 RTE 를구분함으로써 HW 에독립적인자동차응용서비스개발을지원한 26
IT 기획시리즈 융합기술 5 act M ethodology Ov erv iew.xml Configuration Input : Configure.XML Configuration Description :S ys te m Extract ECU-Specific Information.XML ECU Extract of Configuration :S ys te m Configure ECU.XML ECU Configuration Description Generate Executable.exe ECU Executable ( 그림 3) AUTOSAR 표준개발방법론 다. RTE 는 SW-C 와 BSW 사이의정보교환을위한중추적매개계층으로, Service Layer, EAL(ECU Abstraction Layer), MCAL(Microcontroller Abstraction Layer), CDD(Complex Device Driver) 의표준계층과 OS, 네트워크, 메모리, ECU 상태관리등의서비스계층으로구분된다. 또한 AUTOSAR 에서는자동차전장 SW 개발을위한도구간의상호운용성을제공하기위한전장응용서비스의개발방법론을제공한다. AUTOSAR SW 개발은시스템설계와 ECU 설계로나누어지면시스템설정단계에서 SW-C 의데이터타입및인터페이스와연결상태등을기술하는 SW-C 명세서 (Description) 를작성하고각 ECU 의 HW 구성을기술하는 ECU 자원명세서및버스시그널, 토플로지등시스템제약명세서를완성하여 SW-C 를 ECU 에할당하고네트워크를설계한다. 다음의 ECU 설정단계에서는각 ECU 정보를추출하여 ECU 를설계하고태스크정의와할당, RTE 생성 BSW 설계작업으로 ECU 설계명세서를작성한후, AUTOSAR SW 모듈코드로통합하여동작시킨다 [3]. 3. 전장부품의첨단화 자동차의전장기술은독립적으로존재하는것이아니라기계부품의전장화를기반으로가 27
주간기술동향통권 1358 호 2008. 8. 6. < 표 1> 자동차생산원가대비영역별전장부품이차지하는비중 영역 2002 년 2015 년 인테리어 13% 40% 파워트레인 4% 9% 새시 1% 5% 바디 2% 2% 총계 20% 40% 능하므로, 전장부품의비중은 2002 년 20% 에서 2015 년 40% 로확대될것이며특히인테리어전장부품의비용증가가현저할것으로예상되고있다 [McKinsey/PTW-Hawk][2]. 첨단전장부품의기술흐름은전자정보계중심의자동차전장기술의전자적진화및인터넷 ITS 의융합, 그리고드라이버레코드 ( 블랙박스 ) 의실현으로요약될수있다고한다 [ 일본 Automotive technology seminr, 2007, 11]. 예측된흐름을실현하기위해서는무엇보다 ECU 첨단화와통합이필요하다. ECU 는자동차의엔진, 트랜스미션, 브레이크등을제어하는전자제어장치의총칭이다. 자동차의지능화에따라탑재되는 ECU 도크게증가하여도요타의렉서스 LS 시리즈의경우 100 여개의 ECU 가탑재되어있다. 이에따라많은 ECU 간의통신및 SW 동기화에따른안전성제고등의문제를회피하기위해 ECU 의통합이가속화되고있다. 뿐만아니라차량내통신기술의발전에따른차량제어통합의가속화일환으로, 차량내탐재된기기간의방대한데이터통신향을지원하기위해한계에이른 CAN(Controller Area Network) 을대신해 10mbyte 속도의 FlexRay 의도입이시작되었다. 실제로 BMW 는 2006 년부터 FlexRay 를적용하였으며도요타, 혼다, 닛산등의벤더들도 2010 년부터출시되는자동차는 FlexRay 를적용할계획이다. 또한, 운전위험한상황에직면했을때운전자가차의밸런스를못잡을경우이차의주행이탈을방지하는 ESC(Electronics Stability Control) 에대한시장수요가크게증가할것으로예상된다. 출돌사고의발생확률을최고 35% 까지감소시킬수있는 ESC 의장착이미국에서의무화되기시작하여 2010 년에는완전장착을볍률화하고있는실정에서 ECS 의수요증가는급격할것이다. 현대에서 1 월에출시한제네시스도레이더와센서를통해차간거리를유지해주는스마트크로즈컨트롤 (SCC), 운전방향에따라전조등방향이자동제어되는 Adaptive Head Lamp, 타이어압력자동측정시스템 (TPMS) 등의다양한기술로 ESC 를실현하고있다. 나아가 ECS 의각종센서와이를제어하는 ECU 생산에필요한자동차용반도체의시장수요도 2006 년 170 억달러에서 2011 년 300 억달러로함께상승할것으로예상된다 [1],[2]. 메모리반도체분야에서세계 1 위를고수하고있지만자동차같은비메모리분야에서의기 28
IT 기획시리즈 융합기술 5 술적진보를달성하기위해서반도체전장화를통한기술혁신으로자동차산업의시장경쟁력 강화뿐아니라열악해지는 IT 반도체분야의새로운비즈니스모델을제시해줄수있을것이다. 4. 지능형전장서비스자동차전장서비스는 1990 년대 ABS 에서출발하여몇배의기술복잡성과소프트웨어규모를요구하는 2020 년대의 ASV, AHS 서비스로빠른속도로지능화되어가고있다. 자동차에흥미와재미를부여한카- 엔터테인먼트기술및돌발적인위험이나운행환경의위험으로부터운전자를보호하는능동형안전기술의개발및적용은고급차종일수록필수화되어가고있다. ( 그림 4) 는자동차서비스의지능화를위한전장시스템의발전흐름과현재차량전장서비스의현황을요약하여제시한다. ( 그림 4) 자동차서비스의지능화에따른전장시스템의발전흐름 특히엔터테이먼트자동차에대한시장수요에대응하기위해첨단전자및통신기술자동차로의집약은필수적인것으로이미시장에서는스티어링에 X-박스게임기가장착되어게임을즐기거나본넷안쪽에대형 LCD 스크린을통한다양하고실시간적인멀티미디어정보를누릴수있는첨단자동차들이선보이고있다. 뿐만아니라지능형사고방지및회피, 차량내외부상황인지, 자동주행등의안정성을위한서비스들은자동차의핵심경쟁요소가 HW 에서 SW 에의한고객요구맞춤으로아동하면서소프트웨어의안정성검증이서비스의결정적시장지배요인이되어가고있다. 따라서, 29
주간기술동향통권 1358 호 2008. 8. 6. ( 그림 5) 차량전장서비스의현황 McKinsey(2006) 에따르면전장화를통한자동차기술의혁신에서차지하는소프트웨어의비 중은 2015 년에도 80% 이상이될것으로예상되고있다 [1]. 5. 결론자동차산업과 IT 산업의융합의결정체는소프트웨어중심의다양하고즉각적인서비스창출과지속적인서비스매출을통해자동차산업의부가가치향상을이끌어낸다. 그동안기계장치로만인식해왔던자동차에는이미적지않은수의반도체와 ECU 가탑재되어첨단 IT 기술의실현마당이되어가고있다. 즉, 자동차에서급속히증가하는전자및 IT 기술, 특히소프트웨어기술은자동차산업의흐름을선도하는업체로의진화를결정하는핵심요소기술로인식되고있다. 따라서차량용정보시스템과텔레매틱스등을위한자동차제조업체들과 IT 전문글로벌기업체들과의협력은자동차및 IT 기술의상생적발전을위한불가피한선택이다. 자동차통합제어플랫폼의표준화를통한이종제조업체부품의상호운영성확보와전장부품의첨단화, 그리고사용자맞춤형지능형전장서비스의실현은시장요구가선행된마땅한자동차기술의진화를유도할것이다. 세계각국들은전장소프트웨어기술개발을위해국가주도적인 R&D 를진행하고있다. 우리나라역시세계 5 위의자동차산업강국을달성하기위한전자장치의모듈화및전자장치별상호연동성강화, 소프트웨어복잡도해결을위한모델기반전장용소프트웨어개발기술등 30
IT 기획시리즈 융합기술 5 을정책적으로연구하고있다. 그러나, 지능형전장서비스실현에필요한기반반도체기술과 전장표준화에따른소프트웨어비용감소모델도출은아직우리가반드시해결해야할숙제이 다. < 참고문헌 > [1] 정희식, 첨단전장부품의기술트랜드와전망, IT SoC 매거진, May, 2008, pp.30~39. [2] AUTOSAR specification 3.0, AUTOSAR, Dec, 2007, http:://www.autosar.org [3] 장승주, 자동차용임베디드 SW 기술동향, 주간기술동향, 2006, 12. [4] 박철환, 소비자측면에서바라본 21 세기초반의자동차모습, IT SoC 매거진, May, 2008, pp.40~43. 31