보쉬, 네트워킹과 자동화로 무사고 주행!
On the Road to Accident-fee Driving
2013년 09월호 지면기사  / 글│보쉬 (Robert Bosch)



지난 6월 복스베르크에서 열린 보쉬의 제 61회 오토모티브 프레스 브리핑에서 섀시시스템 컨트롤 부문 게르하르트 스타이거(Gerhard Steiger) 사장, 카 멀티미디어 엔지니어링 부문 미하엘 볼레(Michael Bolle) 부사장이 자동주행을 향한 보쉬의 이정표를 말했다.



세계 자동차 생산이 지속적으로 증가함에 따라 교통밀도 역시 높아지고 있다. 그러나 선진국 시장에서는 지난 수년간 각종 안전 기술의 도입으로 교통사고 사망자 수는 크게 줄었다. 예를 들어 1978년에 개발된 ABS, 1980년에 개발된 전자식 에어백 제어 시스템, 1995년에 개발된 차체 자세제어 시스템(ESC) 등은 교통안전 향상의 초석이 된 기술들이다. 그리고 현재는 교통사고를 아예 없애는 것을 목표로 기술 개발과 보급이 추진되고 있다.
최근 들어 첨단 운전자 지원 시스템(Advance Driver Assistance System, ADAS)의 광범위한 보급은 궁극적으로 사고 자체를 예방하는 동시에 편안함과 연비 향상에 기여하고 있다. 예를 들면 적응형 순항제어(Adaptive Cruise Control, ACC), 긴급 제동 시스템(Emergency Braking System, EBS), 차선이탈 방지 시스템(Lane Keeping Assistant, LKAS) 등이 있다.
유럽의 자동차 안전 강화 기능 확산에 많은 영향을 미칠 것으로 예상되는 것이 유럽 신차 안전도평가제도(Euro NCAP)의 새로운 등급 체계다. 유로 NCAP은 2014년 이후 운전자 지원 기능이 하나 이상 포함되지 않으면 최고 등급인 ★★★★★를 주지 않을 방침이다. 또 2016년부터는 포괄적인 보행자 보호 시스템의 탑재가 최고 평가를 받기 위한 필수조건이 된다. 다시 말해 카 메이커가 최고의 안전성을 인정받기 위해서는 판매된 모든 차량에 이같은 안전기술을 탑재해야 하며 이는 단지 옵션으로 제공되는 것만으로는 충분치 않다. 미국과 일본도 그들의 NCAP 규정에 이와 유사한 기준을 포함시키는 방향으로 논의를 시작했다.
운전자 지원 기능은 여기서 멈추지 않는다. 예를 들어 초음파 기반의 주차 지원 시스템(Parking Assistant System, PAS)은 자동으로 주차 공간에 차량을 유도하는 수준까지 와 있다. 운전자가 할 일은 액셀의 제어뿐이다. 보쉬에 따르면, 2년 후면 운전자가 차 밖에서 스마트폰으로 발레 파킹을 할 수 있다.



현재 차선이탈 방지 시스템을 기반으로 보쉬가 개발하고 있는 기능으로는 공사구간 지원 기술이 있다. 이 시스템은 스테레오 비디오 카메라 정보를 이용해 스티어링을 미세하게 조정해 공사 현장의 경계를 나타내는 중앙 장벽과 트럭이 질주하는 인접 차선 사이로 차를 정확히 유도할 수 있다. 보쉬는 또 2014년에 교통정체 지원 시스템(Traffic Jam Assistant, TJA)을 양산할 계획이다. 이 시스템은 고속도로에서 정체가 발생했을 때 차량의 가감속, 정지, 주행 차선 내에서의 스티어링 자동화 기능을 제공한다. 이 시스템이 작동하는 속도 영역은 최대 50 km/h이다. 보쉬는 이 기능을 한층 더 발전시켜 더 빠르고 더 복잡한 주행 상황에도 대응할 수 있도록 할 계획이다.
보쉬와 ZF가 조인트 벤처로 설립한 스티어링 시스템 제조업체인 ZF lenksysteme는 모든 클래스의 승용차에 대응해 카 메이커, 모델에 따라 각기 다른 요구사항에 유연하게 조정될 수 있는 전동 스티어링 시스템을 개발했다. 이 전동 스티어링 시스템은 현재까지 전 세계 카 메이커의 각종 모델 총 3,500만 대 이상에 채용됐다.
보쉬는 브레이크 기술도 발전시키고 있다. 일례로 올해 안에 ‘iBooster’라는 브레이크 기술을 론칭할 예정이다. 이 전자기계식 브레이크 부스터는 진공이 필요 없다. 전자적으로 제어되는 이 부스터는 타력주행(coasting)이 긴 자동차나 순수하게 모터만으로 주행하는 전기차, 즉 엔진으로부터 더 이상 진공을 만들어낼 수 없는 차량에 적합하다. iBooster는 운전자가 브레이크 페달을 깊이 밟았을 때의 브레이크 압력을 전기모터로 승압한다. 그 결과 공압 솔루션보다 브레이크 유압 승압이 거의 3배 빨라진다. 또한 전자제어이기 때문에 훨씬 더 정밀하게 제어할 수 있다. 이것은 비상 브레이크 기능에 큰 이점을 제공할 뿐만 아니라 교통정체로 인해 가다 서다를 반복할 때 부드러운 자동 제동 기능에 도움을 준다.
지금까지는 정체 시 브레이크 압력을 만들어내는데 ESC 펌프가 사용됐다. 여러 주행 모드를 선택할 수 있는 모델의 경우, 각각의 페달 특성을 설정할 수 있다. 또한 iBooster는 소음이 거의 없고 사실상 진동이 없다. 이것은 모듈식 브레이크 시스템 제품군을 보완하며, 이를 통해 보쉬는 소형차에서 프리미엄급 플러그인 하이브리드에 이르는 모든 차량에 적합한 솔루션을 제공할 수 있게 됐다. 이 시스템은 브레이크를 항상 기계적 연결에 의해 직접 제어하기 때문에, 보쉬 ESC와 함께 차량의 자동제어 운전에 필요한 시스템의 간소화를 제공한다.
보쉬는 광범위한 모터사이클용 브레이크 제어 시스템을 보유하고 있다. 트랙션 컨트롤은 기본 시스템을 보완하는 것으로서 자갈길처럼 고르지 못한 노면에서 다이내믹스와 안전성을 제공한다. 올해 말에는 모터사이클 자세제어(MSC) 시스템의 양산에 들어간다. 고성능 모터사이클을 위해 설계된 ABS 컨트롤은 라이더가 몸을 기울여 코너를 주행하는 경우에도 필요에 따라 적절히 감속한다. 대수의 관점에서, 이러한 안전 기술에 의한 모터사이클의 사고방지 효과가 특히 기대되는 곳은 인도와 같은 신흥시장이다. 전륜 제어의 ABS도 올해부터 출하된다.





센서 기술 향상과 보급

보쉬는 2000년부터 앞차까지의 거리와 상대 속도를 측정하는 고성능 레이더 센서를 생산해 왔다. 2013년 초, 77 GHz 레이더 센서의 누적 생산량이 13년 만에 100만 대를 돌파했다. 내년 후면 200만 번째 센서가 생산될 것이다. 현재 보쉬는 경제적인 가격의 중거리 레이더 센서를 생산하고 있다. 이 센서도 차량용으로 전 세계에서 영구적으로 할당된 77 GHz 주파수 대역을 사용한다. 보다 일반적인 24 GHz 센서와 비교하면, 향상된 차간거리 측정과 더 나은 물체 식별 능력을 제공하고 소형이다. 또 이 센서는 최대 150 km/h의 주행 속도 영역에서 ACC용으로 활용할 수 있을 뿐 아니라, 비상 브레이크 시스템에도 사용 가능하다. 차량의 후방에 탑재할 경우, 센서는 사각지대를 감시하고 주차장에서 도로로 나갈 때 접근하는 차량과의 충돌 위험을 운전자에게 경고한다.
보쉬는 교통안전 개선을 위해 2014년에 다목적 카메라에 스테레오 비디오 센서를 추가할 예정이다. 2개의 광학 요소를 결합해 최대 50 m 거리에 있는 물체를 빠르고 정확하게 3차원(3D)으로 측정할 수 있다. 이 센서가 실용화되면, 향상된 보행자 보호 및 공사구간 지원 시스템을 구현하는데 적용될 것이고, 유로 NCAP이 요구하는 모든 안전 기능을 경제적으로 구현하는데 기여하게 될 것이다. 두 시점간의 거리(baseline distance)가 12 cm인 보쉬 스테레오 카메라는 오토모티브 솔루션용으로 가장 소형이다. 따라서 자동차 제조업체들은 디자인을 훼손시키지 않으면서 카메라를 차에 쉽게 통합할 수 있다.
보쉬는 주차지원 센서로 이미 널리 사용되고 있는 초음파 센서의 개선 작업을 진행하고 있다. 이전 센서에 비해 5세대 센서는 정밀도가 한층 더 향상됐으며 소형이기 때문에 다른 제어장치, 예를 들어 바디 컴퓨터에 쉽게 통합할 수 있다. 또 다른 센서로는 차량 후방 상황을 운전자에게 자세하게 전달하는 리어뷰 카메라가 있다.
끝으로, 보쉬는 멀티카메라 시스템의 개발을 눈앞에 두고 있다. 이 카메라 시스템은 자차와 그 주변 상황을 위에서 잡아 왜곡 없이 고화질 이미지로 운전자에게 보여줘 주행(maneuvering)에 도움을 준다. 다음 단계에서는 이 비디오 시스템이 이미지를 기록할 뿐만 아니라 해석도 할 수 있다. 강력한 소프트웨어로 비디오 동영상을 분석하고 차량 근처의 장애물과 움직이는 물체를 감지한다. 그런 다음 적시에 운전자에게 경고를 하고 필요한 경우 브레이크를 건다.





일렉트로닉 호라이존

센서 목록의 마지막에 등장하는 것은 내비게이션 시스템이다. 이 시스템은 차량의 주변 환경을 감지하는 것이 아니라 디지털 맵 데이터와 차량의 예상 경로를 분석해 “일렉트로닉 호라이즌”, 즉 도로 전방의 자세한 프리뷰를 만든다. 향후 일렉트로닉 호라이즌에는 도로의 곡률과 경사, 차선에 관한 데이터가 추가됨으로써 기능이 더욱 강화될 전망이다.
일렉트로닉 호라이즌으로 전기차의 경우, 주행 가능 거리를 더 정밀하게 계산하고, 내연기관은 도로망의 영향은 받겠지만 최대 10% 정도의 연비 개선 효과를 얻을 수 있다. 도시 경계나 커브, 속도 제한 규제 등 속도제한 요소를 경로 안내 기능에 포함시킬 수 있다. 수백 미터 앞의 내리막길을 미리 파악함으로써, 시스템은 타이밍을 가늠해 운전자가 가속 페달을 밟는 힘을 약하게 하고 브레이크를 사용하지 않고 속도를 최대한 줄일 수 있도록 돕는다. 이를 통해 연비를 약 7% 개선할 수 있다. 또 엔진을 멈추고 내리막길을 내려가면 비용절감 효과는 15%에 이른다.
중요한 정보를 제공해 운전자를 지원할 뿐 아니라, 이 데이터는 자동 지원 기능에도 사용할 수 있다. 2012년 메르세데스 벤츠는 장거리 트럭에 예측 기능의 순항제어 장치(cruise control)를 탑재한 장거리 트럭을 양산하기 시작했다. 이 장치는 도로의 경사도에 따라 허용오차 범위 내에서 속도를 자동으로 제어해 연료 소모를 줄이고 있다.
보쉬는 자동차 주변 상황을 감지해 전방 도로의 자세한 프리뷰를 제공하는 일렉트로닉 호라이즌 데이터와 자동차 시스템을 연결했다. 도로의 곡률 반경, 경사, 속도 제한 등의 정보를 직접 차량 시스템에 통합하기 위해서 새롭게 표준화된 인터페이스 프로토콜을 사용해 이러한 정보를 ACC 및 파워트레인과 논리적으로 연동시켜 연비와 쾌적성을 향상시킨다. 보쉬는 현 단계에서 이미 운전자에게 전방의 커브 길과 속도 제한을 미리 알려주는 기술을 보유하고 있다. 연비를 최적화하기 위해 커브 부근에서 최적의 속도와 기어 변속뿐 아니라 어디에서 정확하게 제동을 걸고 가속할지를 운전자에게 안내할 수 있다. 다음 단계는 이 정보를 ACC와 연동시키는 것이다. 일렉트로닉 호라이즌 데이터를 이용해 차량의 향후 속도 곡선(velocity curve)을 계산해 다음 커브에 대한 정보뿐만 아니라 전방 경로에 관한 많은 추가 정보를 확보할 수 있다. 그 결과물이 “예측 가능한” ACC다. ACC는 커브나 속도 제한, 도시 경계뿐 아니라 전방에 장애물이나 속도가 느린 차량을 감지하면 스스로 차량 속도를 제어해 운전자에게 안전성과 쾌적성을 크게 향상시켜준다.
이후의 일렉트로닉 호라이즌 데이터는 파워트레인의 제어 전략뿐 아니라 기존 내연 시스템, 하이브리드 시스템 또는 전기 구동 시스템을 탑재한 차량의 에너지 관리에 통합될 것이다. 보쉬는 상세한 경로 프리뷰를 이용해 파워트레인에 필요한 에너지를 계산하고 내연기관이나 전기모터를 제어한다. 예를 들어 하이브리드 카에 보다 많은 에너지를 회수할 수 있는 도로구간을 시스템이 찾은 경우 미리 전기모터를 동작시킬 수 있고, 그로 인해 배터리가 충전된다. 그 결과 경로 및 차량 종류에 따라 1 km 당 최대 2 g의 CO2 배출량을 줄일 수 있다. 유럽연합이 이를 ‘에코 이노베이션’으로 인정했기 때문에 자동차 제조업체들은 자사의 CO2 배출량(fleet emissions)에 대한 크레딧을 상쇄할 수 있게 됐다. 또 연료 효율을 최적화하는 제어 전략을 더욱 조정함으로써 파워트레인 유형에 따라 연료 소비량을 최대 10% 절감할 수 있다.




완전한 자동운전으로

운전자 지원 시스템(DAS)이 고도화함에 따라 정보 예측이 중요해지고 있다. 미래의 DAS는 신뢰성이 높고, 분 단위로 업데이트되는 데이터가 필요하다. 보쉬는 현재 이 데이터를 수집하는데 필요한 인프라를 구축하고 있다. 이 인프라를 통해서 스마트폰 및 차량 센서로부터 정보를 수집하고, 이 정보를 중앙 서버에서 분석해 내비게이션 지도 데이터를 보완한다. 예를 들어 보쉬의 아이폰 앱 ‘마이드라이브어시스트(MyDriveAssist)’가 있다. 주행 중에 스마트폰 카메라로 포착한 모든 도로표지판을 운전자에게 알리는 한편, 클라우드의 중앙 서버에 익명으로 정보를 업로드한다. 검증된 정보를 차량에 다시 송신해 차량 일렉트로닉 호라이즌과 공유함으로써 많은 기능이 한층 더 개선된다. 클라우드로부터 교통 데이터의 전달은 미래의 고도로 자동화된 운전을 실현하는데 있어 중요한 기술 요건 중 하나다. 결국, 자동차는 서로 직접 통신하는 시대가 열릴 것이다. 이와 관련해 이미 카 메이커를 비롯해 서플라이어, 연구기관, 공공기관 등이 합동 프로젝트를 진행하고 있다.
교통사고의 90% 이상이 운전자 과실이다. 이로부터 논리적 결론은 운전자를 가능한 한 광범위하게 지원하고, 궁극적으로 특정한 운전조작에서 해방시킬 필요가 있다는 것이다. 이것은 주행 쾌적성의 향상으로도 이어진다.
예를 들어 미래에는 360° 서라운드 센서를 장착한 승용차가 전용 주차장이나 차고에서 주차 공간을 찾아가 스스로 주차할 것이다. 교통정체 지원에서 시작해 고속도로 주행 시 지원 기능의 수준은 점차 향상될 것이다. 앞으로 10년 안에 ‘스톱앤고’ 기능의 폭넓은 지원이 더해져 고속도로를 탔을 때부터 빠져 나올 때까지 운전을 완전히 맡길 수 있는 단계로 진화할 것이다. 그러나 진정한 의미의 자동운전을 양산 차에 도입하기 위해서는 이외에도 다른 중요한 기술적 마일스톤에 도달해야만 한다.
먼저, 차량이 주변의 모든 환경을 인식할 수 있어야한다. 360° 전방위 모니터 기능을 실현하기 위해서는 센서 데이터의 통합, 다시 말해 다양한 유형의 센서로부터 정보를 수집할 수 있어야 한다. 또 소프트웨어 보안이 중요하다. 기능 알고리즘은 안전에 대처하기 위해서 충분히 강건해야 하며 복잡하고 익숙하지 않은 주행 상황에도 대응하지 않으면 안 된다. 제어장치, 데이터 전송 경로, 브레이크와 스티어링 등의 액추에이터 등 하드웨어는 최대한의 가용성과 보안 안전성을 제공해야 한다. 내비게이션 데이터는 고도의 신뢰성과 분 단위 업데이트가 필요하다. 차량과 그 주변 물체(맵에 등록되어 있는 사물이든 센서에서 감지한 물체든)의 상대적인 위치 관계는 수십 cm 이내의 정밀도로 계산해야 한다. 이 작업을 수행하려면, GPS로 대략적인 위치를 확인하고 주변 센서로 정밀한 위치를 산출하는 등 복합적인 방법이 필요하다. 엄격한 안전 요건으로 인해, 주행 테스트와 같은 일반적인 안전성 확인 방법으로는 더 이상 충분하지 않다. 오류 발생 가능성을 최소화하기 위해서는 기능안전성 확인을 위한 새로운 방법을 도입해야 한다.
보쉬는 130 km/h 이하의 속도에서 도로표지판을 자동인식해 차량 속도를 조정하는 기능이 포함된 자동운전 시스템인 ‘통합 순항 지원(Integrated Cruise Assist, ICA)’을 2016년 이후에 출시할 예정이다.




증강현실과 커넥티비티

DAS에서 성공의 핵심 요소는 직관적으로 조작할 수 있는 사용자 인터페이스다. 보쉬는 이 점에 유의해 다양한 접근방법을 테스트하고 있다. 그 한 가지 예가 헤드업 디스플레이(Head-up Display, HUD)의 활용이다. 이 HUD는 증강현실을 기반으로 하는 새로운 시각화 과정에 의해 운전상의 추천사항이나 차간거리의 변화, 그에 따른 경고 메시지를 실제 앞차와 도로 상에 표시해 준다. 이것은 운전자가 도로에서 일어나는 상황에 신속하게 반응할 수 있도록 해준다. 보쉬의 멀티모달 개념은 사용자 친화형 접근방식으로 제스처 및 터치스크린을 지원하는 인터페이스와 음성제어를 통합한 것이다. 최근 보쉬는 GM과 공동으로 혁신적인 운전자 정보 시스템(DIS)을 개발, 양산하기 시작했다. 이 시스템은 캐딜락에 CUE(cadillac user experience)라는 이름으로 탑재됐다. 특징은 스마트폰과 유사한 사용자 인터페이스를 지원하며 대부분의 경우가 음성으로 조작할 수 있다. 캐딜락 CUE는 리눅스를 기반으로 한 세계 최초의 솔루션이다. 보쉬가 리눅스 운영체제를 사용키로 결정한 것은 2008년의 일이다. 그 이유는 차량용 인포테인먼트(in-vehicle infotainment, IVI)) 시스템이 인터넷과 같은 속도로 진화할 필요가 있다고 판단했기 때문이다.
보쉬의 애프터 마켓 사업부도 인터넷 연결성 관점에서 서비스 포트폴리오를 확대하고 있다. 차량 데이터는 차량의 진단 인터페이스에서 해당 통신 하드웨어를 사용해 읽어 들인다. 이 데이터를 바탕으로, 예를 들어 스마트폰용 앱 ‘펀투드라이브(fun2drive)’에서 에러 코드를 단 몇 초 이내에 해석해 성능과 토크에 관한 정보를 표시한다. 현재 렌터카 사업자가 관심을 가질만한 또 다른 서비스가 개발 직전에 있다. 이 서비스는 렌터카의 주행 정보 및 서비스 정보뿐만 아니라 에러 코드를 전송함으로써 사업자가 보다 나은 서비스 및 수리 계획을 수립할 수 있도록 도와준다. 또 다른 애플리케이션의 예로는 GPS 데이터에 기반한 전자운행일지(electronic logbook)와 도난경보가 있다.
보쉬가 지난해 독일에서 선보인 운전자용 온라인 플랫폼 ‘드라이브로그(Drivelog)’는 자신의 차량 데이터를 관리하고, 사용자가 소유한 모델의 다양한 고유 정보에 액세스하며, 가장 가까운 정비공장과 연락을 취하는 등의 목적으로 사용할 수 있다. 또 보쉬의 카 멀티미디어 전문가들은 차량에 스마트폰의 통합을 단순화하기 위한 솔루션 ‘마이스핀(mySPIN)’을 개발 중이다. 이 소프트웨어는 아이폰과 안드로이드 앱을 차량의 디스플레이를 통해 평소 방식으로 안전하게 운용할 수 있다.


데이터 보안의 확보

보쉬는 차량을 네트워크화 하는 한편, 여러 단말기와 차량 관련 앱을 지원하고 있다. 보쉬는 듀얼 아키텍처를 사용해 운전자 지원 등 운전에 영향을 미치는 기능과 그렇지 않은 기능, 예를 들어 인포테인먼트를 엄격하게 분리하고 있다. 미래에는 각 제어장치의 통신을 보호하기 위해 하드웨어 보안 모듈을 도입할 예정이다. 이와 관련해 보쉬 그룹의 자회사인 ETAS는 지난해 4월 임베디드 보안 기술 및 솔루션 전문업체인 에스크립트(ESCRYPT GmbH)를 인수했다. 에스크립트 솔루션은 자동차는 물론, 의료 및 자동화 기술, 반도체와 정보기술, 기계공학과 같은 다양한 산업분야에서 사용되고 있다.  AE 



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