Editor's Note
모빌리티 기술, 어렵게 느껴진다면 여기에 집중해주세요! 어려운 용어와 기술도 쉽고 재미있게 배울 수 있으니까요. HL 모빌리티 전문가들이 직접 누구나 쉽게 모빌리티 업계 동향과 기술 이야기를 이해할 수 있도록 떠 먹여 드리는 <한 입 모빌리티>, 시작합니다!
오늘은 완전자율주행 실현에 있어서 샤시(Chassis) 통합 제어가 꼭 필요한 이유와 샤시 기술의 발전 역사에 대해 알아보고 샤시 통합 제어 기술이 나아가야 할 방향에 대해서 살펴보고자 합니다. 약 5분 분량입니다.
샤시 통합 제어 연구 개발 동향 및 미래
#완전자율주행 #CASE트렌드 #샤시통합제어
• 다가오는 완전자율주행 시대
• 샤시 기술의 발전 역사
• 메가트렌드 속 샤시 통합 제어가 나아갈 길
• 완전자율주행의 미래에서 나아갈 길
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콘텐츠 미리보기
☑️ 현재 자동차 산업은 큰 패러다임의 변화를 겪고 있으며, 차량 주행 장치의 폭 넓은 통합 제어를 요구하고 있다. 지금까지의 변화를 바탕으로 완전자율주행 실현을 위한 주행 통합 제어 시스템의 미래를 살펴본다.
☑️ 샤시 기술은 1987년 ABS시스템의 상용화를 시작으로 전자 제어 기술 중심으로 발전했다. 이후 다양한 샤시 제어 시스템이 개발·적용되면서 시스템 간의 상충을 막고 주행 성능을 최적화할 수 있는 샤시 통합 제어 기술의 개발이 시작되었다.
☑️ 샤시 통합 제어 기술은 개별 샤시 시스템의 독립 제어 방식에서 시작해 발전했으며, 2000년대 이후에는 전자식 자세 제어 시스템과 전동식 조향 시스템이 보편화되면서 샤시 시스템 간의 통합제어가 주를 이루게 되었다.
☑️ ‘CASE’라는 자동차 산업의 메가트렌드 속에서 샤시 통합 제어는 바이-와이어로 표현되는 형태적 변화와 자율주행 기능 확대, 중앙 집중형 전기/전자 아키텍처, 연결성을 중심으로 발전할 것이다.
다가오는 완전자율주행 시대
어릴 적, 누구나 한 번쯤 그려보았던 과학상상화. 개인용 비행 기구가 있고, 알아서 움직이는 자동차가 단골 소재였는데요. 최근 몇 년간 자율주행 기술이 비약적으로 발전하며 어릴 적 상상했던 미래에 조금씩 가까워지고 있음을 알 수 있습니다.
현재 자동차 산업은 자율주행, 전기차, 연결성, 차량 공유 등 이전에 없었던 큰 패러다임의 변화를 겪고 있으며, 이러한 변화는 차량 주행 장치의 폭 넓은 통합 제어를 요구하게 되었습니다. 오늘은 현재 자동차 산업의 변화를 바탕으로 완전자율주행 실현을 위한 주행 통합 제어 시스템의 미래에 대해 논하고자 합니다.
자동차는 크게 차체(Body)와 샤시(Chassis)로 구성됩니다. 차체는 자동차의 겉부분과 사람 및 화물을 싣는 부분을, 샤시는 차체를 제외한 나머지 부분을 이르는데, 주행을 위한 가장 기본이 되는 필수 장치들의 집합이라고 말할 수 있습니다. 대표적인 샤시 시스템으로는 감속과 정지를 위한 ‘제동 시스템’과 방향을 조정하는 ‘조향 시스템’, 충격과 진동을 완화하는 ‘현가 시스템’이 있습니다.
이러한 샤시 시스템은 차량의 움직임 전반에 대한 성능을 직접적으로 결정하며, 전자 제어 기술의 발전과 주행 안정성 및 편의성에 대한 성능 향상의 필요성이 증가함에 따라 다양한 형태로 개발돼 왔습니다.
개별 샤시 제어 시스템은 기능적으로 종, 횡, 수직방향 중 한 개 방향으로의 동역학 영역에서 작동하기 때문에 개별 샤시 제어 시스템만으로는 주행 성능을 최적화하는 데 한계가 있습니다. 또한 개별 샤시 제어 시스템이 동시에 작동하면 시스템 간 간섭이 발생해 성능에 약영향을 미치기도 합니다. 때문에 개별 샤시 시스템 간의 간섭을 피하고 전체적인 동적 성능의 향상을 위해 시스템 간의 통합 제어에 대한 필요성이 중요하게 떠올랐습니다. 샤시 시스템의 통합 제어는 물리적인 한계와 샤시 시스템으로 달성할 수 있는 부분, 그리고 개별 샤시 시스템 간의 통합을 통해 궁극적으로 주행 성능을 극대화하는 데 목표를 두고 있습니다.
샤시 기술의 발전 역사
기계 공학 중심으로 발전해오던 샤시 기술은 1987년 잠금 방지 제동 시스템(ABS, Anti-lock Brake System)의 상용화를 시작으로 전자 제어 기술 중심으로 발전해왔습니다. 그러나 개별 시스템만으로는 주행 성능을 최적화하는 데 한계가 있고, 시스템 간의 상충이 발생하는 등 성능 제한과 안정성 저하 등의 문제가 야기되었고, 샤시 통합 제어 기술이 개발되기 시작했습니다.
1980년대 후반, 초기 샤시 통합 제어 기술은 일본 자동차 업체 주도로 4WS(4 Wheel Steer) 개발과 함께 시작됐습니다. 일본의 토요타가 1991년 ‘소아라(Soarer)’ 모델에 4WS를 적용해 내놓은 것이 그 예입니다. 이 시기의 샤시 통합 제어 기술은 PeC(Peaceful Coexistence)라 불리는 구조를 기반으로 각 개별 샤시 시스템이 고유의 전자 제어 장치(ECU, Electric Control Unit)를 가지고 자신의 제어 입력을 독립적으로 결정했습니다. 초기에는 개별 시스템 간의 상충이 크게 발생하지 않았기 때문에 개별 샤시 시스템 간의 중재는 각 시스템 제어 알고리즘 내에 존재하는 보정값에 의해 이뤄졌습니다.
1990년대 중반부터는 능동 전륜 조향(AFS, Active Front Steer)을 중심으로 한 샤시 통합 제어 기술이 주를 이루었습니다. 이 시기의 샤시 통합 제어 기술은 CoC(Cooperative Coexistence) 구조를 기반으로 개별 샤시 시스템이 독립적인 제어를 하지만 후단에 중재층을 추가한 것이 특징입니다. 중재층은 미리 정의된 개별 샤시 시스템 간의 우선 순위에 따라 잠재적 충돌을 감지하고 간섭을 중재했습니다. 하지만 이러한 시스템은 임의의 주행 상황에 대한 대처가 어렵고, 중재 전략의 신뢰성이 부족하다는 한계가 있습니다.
2000년대 이후에는 전자식 자세 제어 시스템과 전동식 조향 시스템이 보편화됨에 따라 이들 시스템 간 통합 제어가 주를 이루게 되었습니다. 자동차 제조업체들은 ESC-EPS간 통합 제어 기술을 앞다퉈 출시했습니다. ESC-EPS를 기반으로 한 샤시 통합 제어 추세는 현재까지 지속되고 있으며, 최근에는 반자율주행기능을 지원하기 위한 운전자 보조 시스템(ADAS)과의 통합으로 확대되고 있습니다.
메가트렌드 속 샤시 통합 제어가 나아갈 길
현재 자동차 산업은 자율주행, 전기차, 연결성, 차량 공유 등 큰 패러다임의 변화를 겪고 있고, 이러한 변화를 기반으로 미래 샤시 통합 제어 기술의 방향을 정의하는 CASE(Connected, Autonomous, Shared, Electric)라는 키워드가 등장했습니다. 여기에 기존 자동차 제조업체뿐만 아니라, 구글이나 테슬라와 같은 기술 회사들도 전기 및 자율자행차량 개발에 박차를 가하며 산업 간 경계가 허물어지고 경쟁은 치열해지는 양상입니다.
형태적으로는 기계적 연결 구조가 없는 바이-와이어(By-Wire) 형태로의 변화가 예상되며, 이를 통해 차량 제어에 대한 더 높은 자유도 및 기능의 다양성을 기대할 수 있습니다. 즉 미래 샤시 통합 제어 기술은 바이-와이어로 표현되는 형태적 변화와 자율주행을 위한 기능의 확대, 중앙 집중형 E/E 아키텍처, 연결성을 중심으로 한 발전을 기대할 수 있습니다.
체계화된 중앙 집중형 전기/전자 아키텍처(E/E Architecture)도 미래 샤시 통합 제어 기술의 중요한 키워드입니다. 미래 샤시 통합 제어 기술은 최적의 동적 성능을 실현하고, 이를 바탕으로 완전 자율주행을 위한 최적의 차량 모션 제어를 제공하게 될 것입니다.
마지막으로 살펴볼 미래 샤시 통합 제어 기술의 중요한 방향은 연결성(Connectivity)입니다. 여기서 말하는 연결성이란 차량 내/외부와 통신 네트워크에 상시 연결돼 실시간 통신을 통해 다양한 서비스를 제공한다는 개념입니다. 운행정보 분석, 원격 차량 제어 및 관리, 주행 보조 및 자율주행 지원 등운전자와 탑승자에게 편의성과 안전성을 제공하는 다양한 기능의 기반이 되기도 하며, 궁극적으로는 완전 자율주행 실현을 목표로 발전하고 있습니다.
연결성은 인공지능 모델을 원격의 클라우드 서버에서 실행할 수 있게 해 강력한 컴퓨팅 성능을 필요로 하는 인공지능 기술의 확산에 기여할 것으로 기대됩니다. 반면 사이버 공격의 위험이 늘 잠재돼 있어 이에 대응할 수 있는 사이버 보안의 중요성도 부각될 것으로 보입니다.
완전자율주행의 미래에서 나아갈 길
지금까지 살펴본 바와 같이, 초기 기계 기술 중심으로 시작된 샤시 기술은 전자 제어 기술의 발전에 힘입어 보다 능동적인 제어가 가능하도록 발전했고, 다양한 형태의 샤시 통합 제어 기술 개발이 진행되고 있습니다.
현재 자동차 산업은 큰 패러다임의 변화 속에서 이전의 기능에 국한되었던 통합뿐만 아니라, 구조적인 통합, 클라우드 및 통신 인프라 환경과의 통합 등 폭넓은 범위에서의 통합을 요구하게 되었습니다. 이러한 변화에 따라 미래 샤시 통합 제어 기술은 자율주행, 중앙 집중형 E/E아키텍처, 연결성을 중심으로 발전할 것이며, 기능의 범위, 속성, 형태 등의 변화가 예상됩니다.
국내 자동차 전동화와 EV시스템 전문 기업 HL만도는 다양한 샤시 제어 기술을 독자적으로 양산 적용하며 국내 자동차 기술 발전을 선도해왔습니다. 또한 최근의 CASE 트렌드에 맞춰 Steer-by-Wire(SbW) 세계 최초 양산 적용, 완전 이중화 구조 시스템 개발 등 미래 샤시 시스템에 대한 기술력을 세계적으로 인정받고 있습니다. HL만도는 앞으로도 격변하는 업계 동향과 세계적인 기업들과 경쟁 속에서 성공적으로 대응하기 위해 시스템, 제어, 소프트웨어 및 AI, 보안 등 다양한 분야에서의 인재 확보, 인력 육성 및 기반 기술 확보에 총력을 다하고자 합니다.
*위 콘텐츠는 Auto Journal 2022.08호에 실린 원고를 기반으로 제작되었습니다.
