지난 1월 일본 도쿄 빅사이트에서 열린 `AUTOMOTIVE WORLD 2013` 전시회의 컨퍼런스 세션2에서는 보쉬, 덴소, 콘티넨탈 등 세계 3대 서플라이어의 비즈니스 전략이 발표됐다. 이중 덴소의 히로유키이나 상무의 강연을 전한다.

최근 들어 자동차 업계를 둘러싼 환경, 기술 변화가 매우 심화되고 있다. 환경 측면에서 세계 CO2 배출량이 해마다 증가하며 지구온난화에 심각한 영향을 미치고 있다. 교통사고 사상자수는 세계적으로 연 130만 명에 달했고, 그 수는 갈수록 증가하고 있다. 한편 정보통신 기술의 발전과 서비스 진화로 인해 언제 어디서나 모바일 기기로 인터넷을 이용하는 것이 당연해지고 있다. 이러한 변화에 맞춰 덴소는 환경, 안전, 쾌적성, 편리성에 대한 기술혁신에 박차를 가하고 있다.
환경변화와 함께 자동차에서는 오토모티브 일렉트로닉스가 갈수록 중요해지고 있다. 예를 들어 한 대의 차에 탑재되는 ECU 수는 일부 고급차의 경우 100개 이상이 됐다. 부품 메이커에게는 반가운 일이지만 OEM은 ECU가 더 늘어나는 것을 원치 않는다. 소프트웨어는 2015년이면 대당 1억 라인이 들어갈 것이고, 라인 수는 ECU와 달리 확실히 증가할 전망이다.
하이브리드 카(HEV)는 이같은 환경의 변화와 오토모티브 일렉트로닉스의 중요성을 설명하는데 매우 좋은 예다. 내연기관차와 비교할 때 HEV에는 HEV 컨트롤 ECU, 모터 컨트롤 ECU, 인버터, DC-DC 컨버터, 고압 릴레이, 전류 센서, HEV 배터리, 배터리 모니터링 시스템, 전자 에어 컨디셔너 시스템 등 새로운 전자부품이 대거 사용되고 있다. HEV는 물론 다양한 전기차 판매가 갈수록 증대될 것이고 이들 부품의 중요성도 높아갈 것이다.
덴소는 지구온난화에 대응한 자동차의 CO2 배출 저감, 무사고 사회를 지향하는 안전 기술, ICT를 이용한 자동차의 쾌적성과 편의성 향상에 중점을 두고 있다. 그리고 이것은 크게 에어컨 등과 관련되는 열기기, 가솔린 직분사와 디젤 커먼레일 시스템 등의 파워트레인, 파워트레인 계통 ECU와 같은 전자, 스타터나 얼터네이터 등의 전력, 내비게이션겥뮌甄?인스트루먼트 패널 등의 정보 및 안전 등 4개 부문의 포트폴리오를 통해 전개되고 있다.


친환경 기술의 원천

유럽을 선두로 CO2 배출규제는 급속히 강화되고 있다. 이 규제에 대응하지 못하는 차는 향후 시장에 진입할 수 없게 된다. 이는 유럽, 북미, 일본뿐만 아니라 중국과 같은 신흥시장도 마찬가지다. 때문에 HEV 등 전기차의 역할이 갈수록 중요해지고 있다. 덴소는 1997년부터 HEV 관련 제품을 양산하고 있다. 이중  PCU(Power Control Unit)는 차의 주행상태에 맞춰 전류를 컨트롤함으로써 에너지 효율이 높은 주행을 실현시키는 결정적 역할을 하는 HEV의 심장이자 덴소의 자랑이다. 덴소는 파워 반도체 소재부터 파워카드, 스택 쿨러, PCU에 이르는 모든 것을 회사 내에서 해결하고 있다. 특히 덴소는 방열, 반도체 기술을 통해 출력 밀도를 60% 향상시켰다. 
방열기술의 핵심은 파워카드에 있다. 파워카드는 모터의 대전류를 스위칭하는데 사용된다. 4개 파워카드의 발열량은 1,000~1,400 W의 핫플레이트(hot plate)와 비교할 수 있다. 대개 럭셔리 카의 경우 30개 정도의 파워카드가 쓰이는데 덴소는 열기기 부문의 노하우를 활용해 파워카드를 효율적으로 냉각할 수 있는 적층형 냉각기를 개발했다. 종전의 파워 반도체 소자의 경우 한쪽으로만 방열했지만, 덴소는 세계 최초로 양면 방열 구조를 개발해 전력 반도체의 온도 상승 억제를 가능하게 하고 기존 대비 2배의 전력 공급을 가능케 했다. IGBT 소자를 구리 리드 프레임에 땜납 접합하고 수냉방식으로 냉각한다. 새로운 재료를 사용하지 않고 자체 보유한 재료기술과 가공기술을 통해 완성했다.
HEV 용 PCU에는 실리콘 카바이드(SiC)가 요구된다. SiC는 실리콘으로 만들어진 전력 디바이스와 비교할 때 에너지 효율이 높고 고압, 고온에 잘 견디며 소형화 가능한 이점이 있지만 SiC 전력 디바이스의 상용화를 위해서는 웨이퍼의 높은 결정도가 필요하다. 이 때문에 그동안 소형의 다이오드만 가능했다. 결국 덴소는 반도체뿐만 아니라 디바이스 제조 시 제품 비율에 직결되는 웨이퍼 개발에 나서 4인치 웨이퍼에 대한 표면 결함 저감에 성공했고, 보다 면적이 크고 지극히 결함이 적은 6인치 SiC 웨이퍼 제작도 가능하게 했다.
이처럼 덴소는 디바이스로부터 시스템까지 일관된 기술 능력을 보유하고 활용해 최고의 친환경차 대응 제품을 만들고 있으며, 이는 웨이퍼 공정, 회로 설계 및 구현 등 개별 반도체 기술뿐만 아니라, 시스템 개발에서 가공기술까지의 모든 자체 프로세스에서 비롯되고 있다.

‘만약의 안전’과 ‘언제나 안심’

교통안전은 환경문제와 더불어 자동차 업계가 해결해야 할 가장 큰 문제 중 하나다. 전 세계 매일의 교통사고 사상자는 3,000명에 이른다. 세계적으로는 연간 130만 명이다. 특히 브라질, 인도와 같은 신흥국의 상황이 심각하다. WHO에 따르면 2020년이면 연간 사상자가 190만 명에 이를 전망이다. 나고야 시의 인구에 필적한다.
일본에서는 1950년대부터 차량 수가 증가하며 사고 건수가 급속히 늘었다. 그러나 1970년부터 감소하기 시작했고 현재는 피크 시와 대비해 1/3 수준으로 줄었다. 이를 위해 일본 정부는 도로환경 정비, 단속강화, 안전교육 등에 힘썼고, 시트벨트나 에어백 등과 같은 충돌안전 기술 개발 및 보급에 힘썼다. 최근에는 사전충돌 방지 시스템 등을 시장에 투입하고 있다. 현재 일본 정부는 교통사고 사상자 수를 2018년까지 크게 저감한다는 목표를 세우고 자동차 업계와 공동의 노력을 기울이고 있다.
사고는 대부분 운전자의 인지, 판단, 조작 실수와 관련된다. 따라서 사고를 줄이기 위해서는 사람에 포커스한 기술개발이 요구된다. 하인리히의 법칙에 따르면 하나의 중대한 사고 배후에는 29가지의 가벼운 사고가 있고, 또 그 뒤에는 300가지의 경미한 상황이 있다. 이런 경미한 상황을 일으키는 주요인이 바로 운전자의 피로나 불안감이다. 따라서 무사고 사회를 실현시키려면 운전자의 불안요인을 제거해야만 한다. 덴소는 긴급상황 시의 피해경감, 안전 확보는 물론 모든 상황에서 운전자가 평정심을 유지할 수 있도록 돕는 기술을 제공하기 위해 차, 운전자, 사회 인프라란 3가지 관점에서 접근 중이다.
덴소는 에어백 시스템을 일본에서 법제화되기 이전인 1990년대부터 개발했다. 이후 ABS, ESC, LDWS는 물론 세계 최초의 사전충돌 방지 시스템과 같은 예방안전 시스템을 개발했다. 현재는 이들 시스템의 고성능화와 시장 보급 확대를 위한 저가화에 힘쓰고 있다. 또 이같은 ‘만약에 대비한 안전’ 기술에 더해 언제나 운전자가 평정심을 유지할 수 있도록 하는 “언제나 안심”이란 기술개발에 주력하고 있다.
덴소는 센싱과 제어 애플리케이션, HMI 기술을 보유하고 있다. 이런 기술을 조화시켜 운전자를 지원하고 사고 위험성을 없애려 한다. 정보를 알기 쉽게 표시하고 사전에 위험을 경고하며 운전방해 요인을 제거하기 위해 나이트비전, 헤드업 디스플레이(HUD), 드라이빙 파트너, 운전자 상태 모니터링(DSM) 등의 기술을 개발하고 있다.
나이트비전은 야간에 시야 확보를 지원하고 장애물 정보를 알기 쉽게 표시하는 장치다. 덴소의 나이트비전은 로우빔이 도달하지 않는 100 m 전방의 보행자도 감지해 표시한다. 흑백 나이트비전을 제품화했고, 세계 최초로 컬러 나이트비전을 개발 중이다. 종전의 나이트비전은 감지 형태를 나타낸다 해도 운전자가 식별하기 어려웠지만 색상을 추가하면 시인성이 확실히 높아진다.
HUD는 운전에 필요한 각종 정보를 윈드실드에 표시함으로써 운전자가 전방에 시선을 고정한 상태에서 내비게이션 등 각종 정보를 볼 수 있도록 한다. 덴소는 1991년부터 HUD를 제품화했고 현재는 표시창의 대형화, 고휘도화, 내비게이션과 안전 시스템 연동에 나서고 있다. 10인치 HUD에 내비게이션, 이미지 센서를 연동시켜 실제 윈드실드 밖 풍경 위에 교통표지, 충돌경고, 보행자 감지, 차선 안내를 하도록 개발하고 있다.
드라이빙 파트너는 1990년대부터 상용차 관리 서비스용으로 제공하고 있다. 최근에는 안전, 연비 향상을 위한 운전 진단, 실시간 운전 지원, 운전자 컨디션 관리 등의 기술을 추가하고 있다. 이 서비스를 통해 플릿 매니저는 수집한 데이터에 따라 운전 분석 및 교육 등을 할 수 있다. 안전운전 어드바이스 기능은 자동차의 속도, 가감속, 스티어링, 제동 작동에 대한 운전자 습관을 평가하고 이를 기반으로 다양한 표시와 음성으로 운전자에게 조언을 한다. 드라이빙 파트너는 내비게이션과 연동해 다양한 상황에 대응된 조언도 한다. 예를 들어 교차로를 통과할 때 안전을 위해 속도를 낮추라고한다.
이같은 다양한 운전자 기술을 이용한다고 해도 순간적으로 운전자의 집중력이 떨어질 수 있다. 때문에 운전자의 시선이나 졸음, 피로 등 컨디션을 모니터링 하는 기술이 중요하다. 덴소는 운전자의 시선, 근육의 움직임과 표정을 읽어 운전자가 졸고 있는지, 다른 쪽을 보는지, 다른 일을 하는지를 판단해 운전자에게 경고를 주는 시스템을 개발하고 있다.

안전한 인포테인먼트 제공

정보통신 기술의 진화에 따라 자동차는 외부와 항상 연결되는 시대에 접어들고 있다. 이에 따라 정보와 서비스 제공은 물론 운전자가 안전하게 각종 서비스, 특히 엔터테인먼트를 이용할 수 있도록 하는 것이 자동차 업계의 중대한 사명이 됐다.
덴소는 사회와 자동차를 연결하는 시스템을 목표로 HMI, 제어, 통신기술과 정보센터에 대한 일관성 있는 개발을 추진하고 있다. 예를 들어 현재 개발 중인 HMI 매니저는 콕핏 내의 각종 미터, HUD, 정보 단말 등과 외부 정보를 연결시키고 이를 안전하고 쾌적하게 제공하는 시스템이다. 차가 교차로에서 우회전할 경우 운전부하가 높기 때문에 운전 정보, 전화 응답 등의 서비스 제공을 일시적으로 차단하고, 교차로를 빠져나오면 다시 활성화한다. 또 운전자의 취향을 학습해 주행 장소에 따라 선호하는 레스토랑 등을 추천한다. 덴소는 HMI 매니저를 인카 정보단말에 탑재해 운전부하를 저감시키는 시스템을 개발하고 있다.
아르페지오(ARPEGGiO)는 스마트폰 애플리케이션을 내비게이션 화면에서 안전하게 조작할 수 있도록 돕는 서비스다. 운전자가 스마트폰에 아르페지오 앱을 인스톨하고 나면 스마트폰과 카 내비게이션이 자동적으로 무선통신하게 되고 카 내비게이션 디스플레이에 이용할 수 있는 스마트폰 앱이 뜬다. 이는 단지 차량 디스플레이를 싱크시키는 기능만 하는 것이 아니다. 스마트폰 앱을 차에서 운전자가 보기 쉽도록 최적화해 표시한다. 나비콘은 스마트폰에서 검색한 목적지를 카 내비게이션으로 간단히 전송하는 애플리케이션이다. 막 개업한 숍 등의 주소 등의 정보는 카 내비게이션에 등록돼 있지 않을 경우가 많다. 이때 스마트폰으로 검색하면 바로 카 내비게이션에 등록된다. 나비콘은 예를 들어 아사쿠사 관광 가이드, 교토 리얼 가이드 앱과 같은 200개 이상의 스마트폰 앱, 30기종 이상의 카 내비게이션에 대응하고 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine