자율주행 제어 시스템은 가장 회의적인 승객조차도 디지털 및 메카트로닉스 시스템을 통해 차를 신뢰할 수 있도록 만들어야 한다. 이것은 차량의 종, 횡방향, 수직방향, 동역학이 최적으로 조정돼야 하는데, ZF의 cubiX가 이런 수많은 섀시 시스템을 통합하는 새로운 소프트웨어다. 로터스 일렉트리 전기 SUV는 OTA 업데이트가 가능한 cubiX가 탑재된 세계 최초의 양산차로 2월부터 고객에게 인도되고 있다. 

글 | 한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr










얼마 전 휴가를 내고 어머니와 남해를 다녀왔다. 7시간 중 2시간은 조수석에서 불안한 잠을 청해야 했다. 어깨는 쉴 수 있었지만, 내가 몰지 않는 차에서 스트레스를 받을 수밖에 없었다. 우리가 진정으로 승객이 돼 즐기는 것은 여간 어려운 것이 아니다. 왜냐면 우리 모두 누구보다 훌륭한 운전자이기 때문에 다른 사람이 운전할 때 안심하며 창밖을 보거나 매거진을 읽기는 좀처럼 쉽지 않다. 종종 느껴지는 급정거는 선잠을 깨운다.  

ZF에 따르면, 시장조사기관 이노팩트(Innofact)의 설문에서 독일인 77%는 승객으로서 최소 한번은 불편함을 느낀 적이 있고, 미국의 인슈어런스(Insurance)는 뒷좌석 승객 대부분이 운전자에게 짜증을 낸다고 했다. 사실, 이점은 일반 승용차뿐만 아니라 레벨 3, 레벨 4 자율주행차, 자율주행 셔틀에서 선결해야 할 중요 문제 중 하나다. 신경생리학자 마커스 토이베르(Marcus Tauber) 박사의 말을 빌리자면 “상황을 통제할 수 없다고 느끼면 우리 몸은 스트레스 프로그램에 반응하고, 이것은 신경과학 관점에서 비상사태”다. 

즉, 자율주행 제어 시스템은 가장 회의적인 승객조차도 디지털 및 메카트로닉스 시스템을 통해 차를 신뢰할 수 있도록 만들어야 하는 것이다. 
지금 OEM과 서플라이어는 자율주행을 점진적으로 도입함으로써 이런 차와 승객 간 신뢰를 구축하려하고 있고 자율주행 셔틀과 같은 애플리케이션에도 적용하기 시작했다. 

이에 대해 ZF의 캐스퍼 로벨(Caspar Lovell) 박사는 “우리는 저속 자율주행차가 처음으로 도시에서 사용될 완전히 새로운 모빌리티 개념을 기대하고 있습니다. 목표는 조향 시스템, 완충장치, 브레이크 및 드라이브라인을 포함해 운전 경험과 승객의 안전에 영향을 미치는 차량의 모든 능동 및 반능동 액추에이터를 중앙에서 제어하는 것입니다”라고 말했다.  
자율주행차의 운전 경험을 쾌적화하고 승객에게 가능한 한 편안한 여행을 제공하려면 차량의 종, 횡방향, 수직방향, 동역학이 최적으로 조정돼야 하는데, 바로 ZF의 cubiX가 편안한 탑승 경험을 보장하기 위해 이런 수많은 섀시 시스템을 통합하는 새로운 소프트웨어다. 







승객을 편안하게 하는 방법

현재의 차량에는 매우 복잡한 정보 네트워크를 형성하고 서로 개별적으로 통신해야 하는 각각의 액추에이터용 센서와 컨트롤러가 있다. cubiX는 여기서 종, 횡 방향, 수직방향, 동역학을 최적화하기 위해 이 모든 것을 모듈식 및 확장 가능한 제어 메커니즘으로 결합한다. 

이에 따라 OEM의 개발자는 ZF가 자율주행을 위한 기술을 설계하고 구성요소로 주행 역학의 모든 영역을 포괄한다는 사실로부터 이점을 얻는다. 일종의 중앙 통신 인터페이스인 cubiX는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS) 기능과 액추에이터 사이를 조정한다. 이를 통해 전자 파워 스티어링(EPS), 전자 제동 시스템(EBS), 리어 휠 스티어링(AKC®) 및 리어 액슬에 통합된 전기 구동 시스템(mSTARS)을 통합 제어하고, 전자제어식 충격 흡수장치를 더해 수직 동역학 제어까지 가능하게 한다.

차량 무브먼트를 위해 궤적과 속도가 필요한데, 이것이 특별한 점은 조정 레이어가 액추에이터의 현재 성능과 환경 조건을 고려하기 때문에 궤적이 계획대로 구현될 수 있는지, 수정이 필요한지, 예를 들면 궤적의 곡선 또는 눈길 상황에 따라 속도 조절이 필요한 경우 정보는 즉시 궤적 계획에 다시 보고돼 cubiX가 오른쪽, 왼쪽 타이어의 마찰 계수가 다른 상황에도 적응하고 그에 따라 스티어링 및 제동력을 분배할 수 있다. 
시스템 통합은 또 다른 이점을 제공한다. 지능적인 태스크 분배 덕분에 안전 관련 시스템 내에서 리던던시에 대한 요구를 보다 쉽게 충족할 수 있다. 예를 들어 브레이크가 작동하지 않으면 mSTARS 액슬이 제네레이터 기능을 사용해 차량을 안전하게 감속할 수 있다. EPS가 고장난 경우 AKC® 또는 토크 벡터링의 지원을 통해 목표 방식으로 보상해 비상상황에서 차량을 도로 옆으로 안전하게 조종할 수 있다.

“실제로 운전석에 앉아 있지 않다면 도로의 눈에 띄는 모든 구덩이나 예기치 않은 충돌에 대비하기 쉽지 않고 자율주행 시스템을 탓하기 쉽습니다. 이런 부정적인 경험이 발생하지 않도록 혁신적인 섀시 시스템을 cubiX에 통합했습니다.”  

또, 차량이 역동적일수록 수직 역학의 통합 중요성은 높아진다. 예를 들어 ZF의 연속 댐핑 제어(CDC)의 발전인 새로운 능동 댐핑 시스템 sMOTION은 움푹 들어간 곳이나 범프를 포함해 고르지 않은 도로에 능동적으로 대응할 수 있다. 따라서 이 시스템은 롤링, 피칭 및 리프팅 움직임을 실질적으로 제거한다.







소프트웨어 정의 자동차

기존 차량도 지능적으로 연결된 cubiX 덕분에 더 나은 주행 안전성과 향상된 핸들링을 통해 이점을 얻는 것이 중요하다. 특히, 운전자가 편안함에 초점을 맞추는 자동운전 기능을 사용할 때 그렇다. 
이미 이 새로운 ZF cubiX 소프트웨어가 탑재된 최초의 양산차가 도로를 달리기 시작했다. 로터스 일렉트리(Lotus Eletre) 전기 SUV는 cubiX가 탑재된 세계 최초의 양산차로 2월부터 고객에게 인도되고 있다. 이 차는 올 중반부터 유럽에도 출시될 예정이다. 

“cubiX 소프트웨어의 양산 초연을 통해 소프트웨어 정의 자동차의 동역학에 대한 시스템 역량을 인상적으로 입증했습니다. 우리는 로터스의 사양에 따라 차량의 전체 종, 횡방향, 수직 역학을 조화롭게 제어할 수 있습니다. 전체 ZF 그룹의 시스템 노하우는 제동, 조향 시스템, 능동형 댐퍼 및 구동계 분야의 수십 년간 경험과 함께 합니다.” ZF의 차량 모션 제어 시스템 하우스(Vehicle Motion Control System House) 책임자 안드레 앵겔케(Andre Engelke)가 말했다. 

cubiX는 OEM에게 다음과 같은 이점을 제공한다. 첫째, 이 소프트웨어 플랫폼은 제조업체 또는 특정 설계에 관계 없이 댐퍼, 브레이크 또는 리어 액슬 스티어링과 같은 다양한 액추에이터와 호환된다. 따라서 제조업체는 추가적인 통합 작업 없이 동일한 제어 플랫폼으로 다른 모델 시리즈를 유연하게 구현할 수 있다.

둘째, 향후 소프트웨어 업데이트 또는 업그레이드는 작업장을 방문하지 않고 ‘오버 디 에어(OTA)’로 수행할 수 있다. 이런 방식으로 소프트웨어는 차량 수명 내내 최신 상태로 유지된다. 

결국, cubiX는 하드웨어 구성요소의 개별 제어에서 벗어나 가장 중요한 도메인 및 존 컨트롤 아키텍처를 향한 소프트웨어 정의 자동차로 가는 결정적인 예가 되고 있다. 도메인 및 존 컨트롤러는 자동차의 특정 기능 영역에 대한 모든 소프트웨어를 중앙 제어장치에 묶는다. 
“이 중요한 제어 기능은 차량 제조업체의 노력을 절약할 뿐만 아니라 차량 성능, 편안함, 효율성 측면에서 미세조정 및 주행 역학을 최적화합니다. 동시에 복잡한 지원 시스템을 결합할 수 있는 기회를 제공합니다. cubiX를 통해 우리는 새로운 아키텍처에 완벽하게 통합될 수 있는 새로운 소프트웨어를 갖게 됐습니다.”




ZF cubiX 소프트웨어가 탑재된 최초의 양산차가 도로를 달리기 시작했다. 로터스 일렉트리(Lotus Eletre) 전기 SUV는 2월부터 고객에게 인도되고 있다.