일반적으로 자동차 라이팅 시스템이라고 하면 헤드라이트나 안개등, 제동등, 실내등 정도로만 인식된다. 현대적인 의미에서 라이팅 시스템의 콘셉트는 ‘존재의 표현, 의사의 표현, 안전과 편의, 커뮤니케이션, 그리고 코스매틱’ 등 다섯 가지 부분으로 나눠볼 수 있다. 라이팅 시스템 콘셉트에 대해 BMW가 말한다.  



라이팅 시스템의 역할

손에 들고 다니며 어두운 밤길을 비추던 ‘등불’을 차의 앞부분에 부착하며 시작된 헤드라이트와 자동차의 라이팅 시스템. 배터리와 발전기가 등장한 후로 이 시스템은 차를 운행하는 동안 항상 전기 에너지를 이용해 사용할 수 있게 됐다. 그래서인지 일반적으로 자동차 라이팅 시스템이라고 하면 헤드라이트나 안개등, 제동등, 실내등 정도로만 인식된다.
그러나 근래의 자동차 라이팅 시스템은 단지 밤길을 비추거나 어두운 실내를 밝히는 도구로만 사용되지 않는다. 물론 자동차 라이팅 시스템을 물리적 측면에서 봤을 때는 익스테리어 라이팅, 인테리어 라이팅, 디스플레이 라이팅 등으로 구분한다. 여기에 디자인이라는 감성적인 요소와 결합돼 차의 스타일링을 연출하는 도구로도 사용되고 있다.
나아가 현대적인 의미에서 라이팅 시스템의 콘셉트는 ‘존재의 표현, 의사의 표현, 안전과 편의, 커뮤니케이션, 그리고 코스매틱’ 등 다섯 가지 부분으로 나눠 생각해 볼 수 있다. 이런 라이팅 시스템 콘셉트를 중심으로 이야기를 풀어가고자 한다.
먼저 ‘존재의 표현’을 위한 예로는 차폭등, 미등, 실내등을 비롯한 여러 방법이 있다. 이를 통해 다른 차에게 자신의 존재를 알린다. 이런 존재의 표현은 어떤 의미에서는 밤길에 운전하는 차의 앞길을 밝히는 것보다 중요할 수도 있다. 법적으로 규정된 부분도 있지만, 라이팅은 밤에도 차의 존재를 나타내주는 역할을 충실히 해줘야한다.
다음은 ‘의사의 표현’이다. 아직까지는 차와 차들이 서로 통신하는 시대가 아닌 만큼, 자동차를 탄 상태에서 다른 상대에게 말을 할 수 없기 때문에 라이팅 시스템을 이용해 의사를 표현한다. 여기에 해당되는 것들이 방향지시등, 제동등, 후진등, 비상등, 그리고 빔 플래시 등이다.
‘안전과 편의’에 관련된 부분에는 디스플레이 장치들이 포함된다. 이는 차의 오너가 차에 접근하는 것부터 안전하게 운행한 뒤 집으로 들어갈 때까지 운전자를 포함한 탑승자들이 자동차 생활에서 편리하게 사용하는 라이팅의 디테일한 기능과 디스플레이 기능들이라고 할 수 있다. 예를 들어, 다른 운전자들이 볼 수 있는 경고등을 비롯해 실내등, 독서등, 문의 열림과 관계된 웰컴 라이트와 커티쉬 라이트, 각종 스위치에 적용되는 LED, 계기판, 헤드업 디스플레이, 주행 중 코너의 각도에 따라 헤드라이트의 좌우 방향을 자동으로 조절해주는 터닝 라이트와 도로의 경사에 맞게 하이빔의 조사 각도까지 제어하는 어댑티브 헤드라이트, 그리고 부가적으로 라이트 클리닝 시스템까지의 라이팅 시스템을 포함시킬 수 있다.
네 번째는 ‘커뮤니케이션’ 콘셉트가 있다. 이는 현대적인 라이팅 시스템에서 매우 중요한 부분으로 모든 라이팅 시스템이 다른 시스템들과 긴밀하게 잘 연계돼 있어야 한다는 개념이다. 특히 이런 커뮤니케이션 콘셉트를 바탕으로 만든 최근의 BMW 라이팅 시스템은 그 성능과 다재다능함에서 놀라울 정도로 발전돼 있다.



웰컴 & 홈 라이트 

그렇다면 라이팅 시스템이 얼마나 많은 시스템과 어떻게 소통하고 있을까. 실질적으로 차의 외부와 내부 라이팅에 사용되는 제논 램프와 다양한 LED 및 디스플레이 장치들이 포함된 라이팅 시스템은 기본적으로 12가지 이상의 다른 시스템들과 연계돼 있다.
우선 차의 보안과 시동을 담당하는 CAS(Car Access System), 전원 분배를 맡고 있는 정션 박스(Junction Box), 충돌 및 안전 여부를 관장하는 모듈(Crash Safety Module), 조향각 센서가 포함된 스티어링 컬럼의 스위치 클러스터, 전면 유리 상단 중앙에 배치된 복합 센서(레인/라이트/솔라), 실내 천장에 부착된 기능 스위치 센터, 방향지시기가 포함된 컨트롤러, 통합 섀시 매니지먼트 모듈, 차를 견인할 때 사용하는 트레일러 모듈, 차에서 사용하는 모든 라이트의 작동과 밝기를 조절하는 차실 모듈(차 실내 운전석 왼쪽 발아래에 배치된 일종의 컨트롤 모듈 ‘Footwell Module 또는 FRM’이라고 함), 차내의 모든 통신 정보를 공유하고 분배하는 센트럴 게이트웨이 모듈, 전자식 변속기 컨트롤 모듈 등이다.
예를 들어 리모컨의 잠금장치를 작동하면 센트럴 로킹 시스템에서 문이 잠기거나 열린 것을 알려주는 의미로 차 내외부의 라이팅이 사용되고, 순항제어가 작동된 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 작동하지 않아도 차가 스스로 속도를 줄일 때는 뒤에서 따라오는 차들에게 이를 알리기 위해 제동등을 점등한다. 또 엔진이나 변속기 작동에 문제가 있을 때 계기판에 경고등이 들어와 운전자에게 알리고, 에어백이 터지는 사고가 있을 때 실내등이 자동으로 켜지고 비상등이 켜져 위험 상황을 외부로 알리기도 한다. 이렇듯 BMW의 라이팅 시스템에는 조명 자체의 기능에 충실하면서도 사람과 자동차, 그리고 도로 환경 사이에 필요한 소통의 기술이 깃들어 있다.
사람과 가장 먼저 만나는 웰컴 라이트의 작동 내용을 살펴보면, 운전자가 차에 접근하면서 리모컨을 사용해 차 문을 열었을 경우(라이트 스위치가 ‘자동’ 위치에 있는 상태에서), 리모컨의 신호는 센트럴 로킹 시스템 → CAS → K-CAN2(Body CAN 중 하나) → Footwell 모듈을 거쳐 차의 잠김이 해제된 순간부터 20초 동안 작동된다.
웰컴 라이트에는 테일라이트, 코로나 링, 사이드 마커 라이트, 인테리어 라이트, 각종 표시(Indicator) 라이트와 계기판이 포함된다. 또한 이때 외부 도어 핸들의 안쪽에 숨겨진 LED는 반간접조명 형태로 켜지고, 문을 열면 열린 문의 바닥을 비추는 도어 커티시 라이트, 천정의 실내등과 바닥등이 점등되며, 열린 문의 문턱에도 사이드 실 라이트가 켜지면서 탑승자를 편하고 친절하게 차안으로 안내한다. 문을 닫고 차안에 타고 있으면 헤드 콘솔의 기능 스위치 센터에서는 매우 작은 조명이 센터 콘솔을 은은하게 비추며 가시성을 높이는 동시에 고급스런 분위기를 연출한다.
반대로 차문을 잠그고 집으로 들어갈 때 사용되는 홈 라이트(Home Light)에는 로우빔과 사이드 라이트, 테일라이트가 켜진다. 기본적으로 공장에서 출시될 때는 40초로 세팅돼 있지만, 개개인의 성향이나 필요에 따라 0~240초 이내에서 조절이 가능하다.
교차로에서 좌우 회전이나 U턴 등 운전하는 동안 방향 변경 시 사용하는 방향지시등의 경우, 스티어링 컬럼에 배치된 컨트롤러를 이용해 변경하려는 차선 쪽으로 살짝만 내리거나 올리면 3번만 깜빡이는 편리한 기능이 있고, 취향에 따라 On/Off도 가능하다. 또한 방향지시등이 작동될 때 들리는 소리는 평범한 차들에서 사용하는 릴레이 작동음이 아니라 계기판 뒤쪽에 있는 별도의 작은 스피커를 통해 전달되는 소리다.
한편, 다양한 라이트들이 가진 각각의 기능들의 가시성 측면도 충분히 고려해야 한다. 모든 기능은 눈으로 보고, 쉽게 인지할 수 있어야 하기 때문이다. 스위치들의 디자인과 배치, 또 그것을 비추는 은은한 조명을 비롯해 모니터나 계기판의 디스플레이 콘셉트는 운전자에게 편리하면서도 충분한 정보를 보여주고 알려줘야 한다. 또 모든 반응에는 신속성을 염두에 두어야 하며, 지속적으로 사용할 수 있는 시스템의 신뢰성 또한 보장해야 한다. 교통 환경 및 주변의 변화에 대해 적응할 수 있는 능력도 갖추고 있어야 한다.




어댑티드 헤드라이트

앞서와 같은 조건들을 갖추기 위해 필요한 조치가 커뮤니케이션 콘셉트에 들어 있다. 커뮤니케이션 기능을 충분히 갖춘 차의 라이팅 시스템은 일반적인 차의 라이팅과는 분명 차원이 다르다. 야간 운전에서 무엇보다 중요한 헤드라이트의 경우, 그 능력이 놀라울 정도로 발전돼 있다.
예를 들어 BMW 7시리즈(F01/02)에 적용된 어댑티브 헤드라이트는 매우 다양한 특징들을 갖고 있다. 우선 제논 헤드라이트의 빔 패턴은 주행 조건에 따라 조사 범위와 거리가 다양한 형태를 갖고 있다. 일반적인 직선도로의 경우 교외 구간에서 45 km/h 이상의 속도로 달릴 때는 빔의 조사범위보다는 조사거리가 길어지고, 도심지역이나 40 km/h 이하로 주행할 때는 조사거리는 줄이고 조사범위는 넓힌다. 고속도로에서 110 km/h 이상으로 달리는 동안에는 조사범위는 줄이고 조사거리는 최대한 늘린다. 안개등을 켰을 때는 빔의 조사거리는 짧아지는 대신 좌우측 면적은 매우 넓게 퍼지게 한다.
가장 특징적인 것은 헤드라이트의 조사 각도를 커브에 맞게 좌우로 회전시킬 수 있게 만든 것이며, 이를 위해 각도 조절을 위한 모터가 장착돼 있다. 이는 차의 주행방향에 맞춰 헤드라이트의 각도가 함께 조절되는 패턴으로 굽은 길을 달릴 때 매우 편리하고 안전한 조사각도와 범위를 만들어준다.
이처럼 제논 램프 자체를 좌우로 회전시키기 위해서는 차의 속도, 조향각도(40 km/h까지), 그리고 차의 수직방향(Z축)을 중심으로 차체의 회전 정보를 측정하는 요 레이트(Yaw Rate, 40 km/h 이상) 등이 필요하다. 40 km/h 이하의 저속으로 운행하는 동안에는 차속 센서와 조향각 센서만으로도 램프의 좌우 회전을 위한 정보는 충분하지만, 40 km/h 이상의 속도에서 요 레이트 센서의 값을 이용하는 것은 차가 언더스티어나 오버스티어 현상이 생기거나 옆으로 미끄러질 때를 대비하기 위함이라고 할 수 있다. 만약 오버스티어 상황에서 단순하게 스티어링 컬럼의 조향각 센서의 값만 이용할 경우 운전자가 가고자하는 방향과 전혀 다른 방향을 비출 수 있기 때문이다.
어댑티브 헤드라이트의 또 다른 특징은 도로의 경사각에 맞춰 헤드라이트의 상하 각도가 자동으로 조절된다는 것이다. 일반적인 램프와 달리 제논 램프를 적용한 경우 빛이 너무 밝아 맞은편 도로에서 다가오는 차의 운전자에게 방해가 되지 않게 처리해야 한다. 만약 트렁크에 짐을 많이 실어 차의 앞부분이 들리고 헤드라이트의 각도가 올라가는 경우의 문제를 해결하기 위해서는 법적으로 헤드라이트의 상하 각도가 자동으로 조절되는 기능을 내장하도록 해야할 것이다. 이를 위해 보통의 차들은 뒤쪽 서스펜션에 차고(Height) 센서 하나를 부착한다. BMW 7시리즈는 앞뒤 서스펜션에 총 4개의 차고 센서를 달고 있다.



FlexRay 기반 첨단 안전  

그런데 BMW는 헤드라이트의 상하 조사각도를 단지 법적인 기준에서만 만족시키려 하지 않는다. 실제 운전에 도움이 될 수 있는 해법들을 추가한다. 예를 들어 내리막을 지나 다시 오르막으로 이어지는 길을 주행한다고 했을 때, 단순하게 차고 센서의 값만으로 헤드라이트의 상하 조사각도를 법적 기준치에 맞출 경우 헤드라이트가 비추는 범위가 거의 차에서 가까운 바닥만 보고 다녀야할 수도 있다. 반대로 오르막에서 내리막길로 이어지는 구간에서는 헤드라이트의 조사각도가 법적인 범위를 넘어서지 않았다고 하더라도 맞은편 운전자의 시선을 방해할 수 있다. 즉 단순하게 앞뒤 차고의 변화에 따라 규정된 조사각도만을 고집해 비추는 것은 이상적인 헤드라이트 조사범위라고는 할 수 없다.
하지만 이런 구간에서 BMW의 어댑티브 헤드라이트는 상하 조사범위가 달라진다. 서로 내리막에서 마주되는 구간에서는 라이트의 상하 조사범위를 넓히고, 반대로 오르막과 오르막이 겹치는 지형에서는 마주 오는 차를 발견하면 조사각도를 내려 맞은편 운전자의 시야를 방해하지 않는다.
다양한 센서와 시스템이 연계된 헤드라이트 상하 조사범위 조절 기능의 원리는 다음과 같다. 라이트 스위치가 자동 모드인 상태에서 헤드라이트 빔 패턴을 올리거나 내리는 두 가지 신호의 계산에 근거를 둔다. 신호는 주행 속도뿐만 아니라 차의 종방향 가속도를 이용해 피칭을 감지한다. 이 신호들은 차의 중앙 부분을 기준으로 수평이 되는 위치와 비교해 오르막 또는 내리막 경사를 계산한다.
달리는 동안 종방향 가속 센서와 차고 센서들의 데이터, 그리고 차속 데이터는 FlexRay 통신망을 통해 통합 섀시 매니지먼트를 거쳐 센트럴 게이트웨이 모듈로 전달되고, 이는 다시  FlexRay를 타고 K-CAN2을 거쳐 FRM 모듈로 전송돼 헤드라이트를 제어한다. 차안에 있는 FRM 모듈은 K-CAN2를 통해 지속적으로 신호를 수집하고, 시스템의 현재 값을 계산해 어댑티브 헤드라이트의 범위를 조정한다.
여기서 얘기하는 ‘현재 값’은 차가 계산해낸 노면의 경사도를 의미하며, 이 경사도는 포지티브나 네거티브 또는 제로(0)를 나타낼 수 있다. 각각의 경사도의 차이를 통해 헤드라이트를 조정할 필요가 있는지의 여부는 FRM 모듈에서 하며, 차고 센서의 신호, 그리고 차의 하중 이동에 의해 차체의 피치(Pitch: 차를 옆에서 봤을 때 휠베이스의 중심을 축으로 차의 전후의 기울기나 회전 운동) 각도 역시 이 계산에 포함된다.
어댑티브 헤드라이트의 이같은 다양한 기능을 구현하기 위해 BMW는 DSC(Dynamic Stability Control)와 ABS(Anti-lock Braking System), ASR(Automatic Stability Control)의 제어가 개입되고, RLSBS(Rain / Light / Solar / Condensation Sensor), 굴곡진 도로 감지 시스템(Poor-route Detection System), 헤드라이트 조사범위 조절 시스템 등을 적용했다. 이 기능 역시 라이트 스위치가 자동 모드(Position A)에 있을 때 모든 것이 연계되는데, 이는 자동차 내에서 사용하는 통신 방식 가운데 정보 전송속도가 가장 빠른 FlexRay를 기반으로 하고 있기에 가능한 것이다.



업그레이드된 하이빔 어시스트

칠흑같이 어두운 교외도로에서 로우 빔에만 의지할 경우 가시성이 떨어진다. 이럴 때 하이빔을 사용하면 가시거리를 늘릴 수 있지만, 하이빔을 계속 켜고 주행할 경우 맞은편 도로의 차나 앞에 있는 차의 운전자 시야를 방해할 수 있다. BMW는 이를 위해 하이빔을 켜고 갈 때도 맞은편 도로에 차가 나타나면 자동으로 하이빔을 로우빔으로 전환했다가 맞은편에 차가 없으면 다시 자동으로 하이빔을 켜주는 ‘하이빔 어시스트’ 기능을 넣고 있다. 그런데 최근에는 전방을 감지하는 카메라를 이용해 하이빔 어시스트의 기능을 개선시켰다. ‘BMW Intelligent Headlight Technology’라는 타이틀 아래 등장한 새로운 ‘BMW 어댑티브 LED 헤드라이트’는 헤드라이트 제어 기술에서 획기적으로 진보된 모습을 보여준다. 특히 첨단의 LED 기술을 적용하면서도 디자인에서 BMW의 독창적인 헤드라이트 아이콘을 유지하는 동시에 야간 주행에서의 시야를 더욱 확보했다.
이전 세대에 비해 최신 기술은 야간 주행 시 전방의 교통상황을 감지하는 데 정밀한 카메라의 정보를 헤드라이트에 전달한다. 보다 정교해진 카메라 영상 분석 내용은 빛의 분포가 포함된 정보를 정밀하게 판독하는데, 맞은편 도로에서 오는 차의 헤드라이트는 물론 같은 차로에서 주행하는 앞차의 테일라이트까지 분석해 좌우 헤드라이트의 조사범위와 각도를 개별적으로 조정한다. 예를 들어 맞은편 도로에서 달려오는 차의 헤드라이트를 감지하면 그 도로를 비추던 헤드라이트는 상대편 운전자의 시야를 방해하지 않도록 바깥쪽으로 벌려준다. 이때의 헤드라이트 조사각도는 마치 ‘ㄷ’자 형태가 된다.
2차적으로 맞은편 도로의 차가 매우 가까워지면 해당되는 쪽의 헤드라이트만 로우빔으로 전환되고, 이런 상황이 해제될 경우 로우빔은 다시 자동으로 하이빔으로 전환된다. 같은 차로에 앞서가는 차가 있는 경우, 이번에는 비어있는 도로의 하이빔은 그대로 유지하고, 앞서 가는 차의 운전자에게 방해가 되지 않도록 같은 차로를 비추는 하이빔의 조사 각도를 바깥쪽으로 벌려주며 빛의 터널을 만들어준다.
즉, 좌우 양쪽의 하이빔이 개별적으로 제어된다는 것이다. 물론 이때 맞은편에 차가 오더라도 좌우 헤드라이트는 개별적으로 제어되기 때문에 바로 앞차의 운전자는 물론 맞은편 도로를 달리는 운전자의 시야도 해치지 않는다. 이 모든 기능들은 앞서 언급한 것처럼 다른 시스템들과 잘 연계된 커뮤니케이션과 신뢰도 높은 시스템 덕분이다.
이처럼 교통 상황에 적응하고, 차 안에 있는 일련의 시스템들과 소통하는 BMW 자동차의 라이팅 시스템의 콘셉트는 사람들이 차를 타면서 “그랬으면 좋겠다!”는 생각들이 담겨 있는 것이고, BMW 고객은 마치 당연하기라도 하듯이 그런 이로움을 자동차 생활 속에서 누리고 있는 것이다.



디스플레이 콘셉트

우리의 라이프스타일을 돌이켜보면, 일상생활이든 사무실이든 큰 범위에서 라이팅 시스템과 관련이 없는 것은 거의 없다. 즉 라이팅을 더 큰 의미에서 본다면 햇빛을 이용한 채광과도 연관이 있다. 앞유리와 옆유리의 각도와 너비, 일반적인 선루프나 파노라마 선루프 등은 자연채광을 위한 설정이라고 할 수 있으며, 이 역시 광범위한 차원에서 차의 전체적인 디자인 흐름 안에서 이뤄진 라이팅의 한 기능이라고 할 수 있다.
현대적인 라이팅 시스템의 마무리 테마는 ‘코스매틱’이라고 할 수 있다. 사실 예전부터 익스테리어 라이트는 디자인에서 마지막 결정사항이었다. 그러다보니 어떤 회사에서는 디자인 우선순위에서도 뒤로 밀려 있었던 게 대부분이었다. 하지만 디자인에서 심미안을 갖춘 BMW는 이미 오래 전부터 BMW의 아이덴티티를 라이팅 시스템에도 적용하고 있다.
더욱이 디자인이 중요시되는 시대로 오면서 라이팅 시스템이 주는 가치는 크게 향상됐다. 이제는 라이팅을 이용해 자동차의 전체적인 디자인 비주얼에서 역동적인 느낌이나 차의 특징을 표현하는 독창적인 표현, 나아가 프리미엄의 가치를 나타낼 수 있는 도구로서의 역할까지 하면서 디자인을 완성하는 차원에서도 최종적인 수단이 되고 있다.
한편, 라이팅 시스템에서 또 하나 간과할 수 없는 것이 에너지 관리 시스템과 연계되고 있는 점이다. 자동차에서 전기적인 에너지를 가장 많이 사용하는 부분이 히팅 시스템이고, 두 번째가 라이팅 시스템이기 때문이다. 그런데 에너지 관리 시스템에서 다른 것은 제외시키는 한이 있더라도 가장 우선순위에 두는 것이 바로 라이팅 시스템이다. 가령 히터를 켜지 않아도, 시동이 걸리지 않아도 사람에게 당장 큰 문제가 되지는 않지만, 만약 어두운 밤 도로 한 쪽에 비상정지한 상태에서 자신의 존재를 표현해야할 비상등이 점등되지 않는다면 추돌사고를 일으킬 수 있다.  AE

AEM_Automotive Electronics Magazine