자율주행차, 장애 스스로 복구하는 기능 안정성 갖춰야

하만과의 협력 강화로 커넥티드카 구현 가속화
  • 2017년 08월호
  • 김영학 기자, yhk@elec4.co.kr


7월 5일 개최된 2017 오토모티브 이노베이션 데이(Automotive Innovation Day)에 기조연설자로 참여하기 위해 방한한 NXP의 자동차 부문 옌스 힌릭센(Jens Hinrichsen) 수석부사장이 7월 4일 기자간담회를 갖고 자동차 반도체 시장과 NXP 반도체의 활동에 대해 소개했다. 

자동차 산업은 커넥티비티(Connectivity), 자율성(Autonomy), 전자화(Electrification)이 가장 중요한 트렌드로 자리 잡고 있다. 연결성 측면에서는 클라우드와의 연결은 물론이고, 보행자와 운전자가 자동차, SNS, 미디어, 오디오, 비디오, 퍼스널 데이터 등에 모두 연결되는 것을 의미하며, 전자 기기와 자동차의 연결성도 포함한다. 자율성, 즉 자율주행은 현재 레벨 3 수준으로 완벽한 100% 자율주행을 실현하기 위해서는 상당히 많은 혁신이 이뤄져야 한다. 이와 관련해 옌스 힌릭센 수석부사장은 “NXP는 자율주행이 가능한 로봇을 만들고자 하는 비전을 실천하고 있다”고 밝혔다.

전자화와 관련해서는 자동차 내에 채용되고 있는 전자장치의 수가 증가하고 있는 추세에서 전력 공급의 안정성과 효율성이 중요하다. 힌릭센 수석부사장은 “이 세 가지 눈앞의 기회를 두고 NXP는 감지(Sense), 생각(Think), 행동(Act)을 할 수 있는 자동차를 만들기 위해 노력하고 있으며 NXP는 자동차 반도체 분야에서 기술 노하우, 시스템 및 애플리케이션 전문성을 바탕으로 고객에게 완벽한 솔루션을 제공하고 있다”고 말했다.


[그림 1] 감지, 사고, 행동 기준으로 바라본 도메인 기반 자동차 아키텍처 〈출처: NXP〉

특히 NXP는 자동차 아키텍처 기반의 다섯 가지 영역에서 자동차 반도체 시장을 이끌고 있다. 힌릭센 수석부사장은 이 다섯 가지 영역을 커넥티비티(Connectivity), 운전자 대체(Driver Replacement), 파워트레인 및 자동차 다이내믹스(Power Train & Vehicle Dynamics), 차체 및 편의성(Body & Comfort), 운전자 경험(Driver Experience) 등으로 구분했다.

이 중에서 파워트레인 및 자동차 다이내믹스, 차체 및 편의성, 운전자 경험 등은 현재 상당히 발전한 상태이며, 커넥티비티와 운전자 대체 기술은 발전 중에 있는 영역에 속한다. 힌릭센 수석부사장은 “이 다섯 가지 영역이 적용된 감지, 생각, 행동을 통합한다면, 미래 자동차 아키텍처를 그려볼 수 있을 것”이라고 말했다. 

한편, 자동차는 다른 애플리케이션에 비해 시스템 요건이 매우 중요하다. 이는 자동차가 사람을 태우고 도로를 주행하는 과정에서 항상 다른 자동차나 보행자와 마주 수 있어서다. 즉 네트워크, 지연 관리, 전원관리 등에서 차량용 반도체 업계는 큰 도전에 직면해 있다.


[그림 2] 옌스 힌릭센 수석부사장은 “NXP는 가장 효과적인 방법으로 단계별 보안, 즉 심층 방어를 통해 보안성을 확보하기 위한 솔루션을 지속해서 발전시켜 나가고 있다”고 말했다.

2020년, Fail Operational 기능 구현 

특히 기능 안전성과 보안성은 최근 자율주행 자동차에서 가장 중요하게 부각되고 있는 부문이다. 

통상적으로 자동차의 안전에 관련해서는 에어백, 브레이크 시스템 등과 같은 수동형 또는 능동형 안전 시스템으로만 구분해 왔다. 하지만 기능 안전성은 인간이 의존하고 있는 자동차 시스템이 지속적으로 가동되고, 운전 중에 문제가 발생할 경우 스스로 복구하거나 시스템 내에서 처리할 수 있도록 하는 것이다. 이는 자율주행 자동차가 높은 신뢰도를 갖춰야 함을 의미하기도 한다. 현재 자율주행 자동차의 5단계의 레벨 중에서 레벨 2까지는 기본적으로 운전자가 운전 상황을 포함해 시스템도 모니터링하게 된다.

하지만 레벨 3에서는 운전자가 시스템으로부터 경고 메시지를 받게 되고 레벨 4에서는 시스템이 주행 의사를 결정하게 된다. 그리고 레벨 5에서는 모니터링이 필요 없이 100% 시스템에 의존하게 된다. 장애를 일으키기 전에 사전에 장애를 예측하고 경고하며 오작동이나 문제가 발생하지 않도록 처리를 하려면 상당히 많은 연산이 필요하게 되는데, 이는 많은 기술적인 요소도 필요함을 의미한다.

 

운전자와 탑승자의 안전을 위해 전장의 결함을 막고 잠재적 위험을 파악하고 대응해야 한다. 특히 문제 발생 시 안전 모드에서 시스템 오작동이나 고장이 발생할 수 있도록 해야 한다. 이러한 시스템적 요건은 ISO 26262 등을 통해 업계 내에서 실행을 가속화하고 있다. 또한 기능 안전성과 관련해서는 ASIL A~D에 따라 등급을 결정, 대응할 수 있다.

기능 안전성은 크게 고장 안전(Fail Safe), 고장 대처(Fail Silent), 고장 시 안전 동작(Fail Operational), 고장 허용(Fault Tolerant) 측면에서 살펴볼 수 있다. 고장 안전은 시스템이 문제가 발생했을 때 경고 메시지를 보내주고 어떻게 대응할 지를 알려준다. 고장 대처는 고장이 발행하면 시스템이 안전 모드로 작동하게 되며, 그로 인해 고장이 자동차와 운전자에 피해를 주지 않도록 하는 것이다. 고장 시 안전 동작은 문제가 안전 모드에서 일어나게 하고 시스템이 스스로 대응해 자동으로 복구하는 것이다. 고장 시 안전 동작은 2020년까지 구현을 목표로 하고 있으며 2030년까지 자동차에 적용될 것으로 전망되고 있다. 고장 대처는 고장이 발생했을 때 이를 수리하거나 회복하지 않은 채로도 기능 저하 없이 시스템을 가동할 수 있음을 의미한다.

기능 안전성과 함께 보안은 자율주행 자동차의 중요한 한 축을 담당하고 있다. 앞으로 등장하게 될 자율주행 자동차는 외부 세계와 연결되게 되므로, 차 내의 모든 활동 정보, 데이터 등은 해커들에게 흥미로운 먹잇감이 될 수 있다. 이에 정보 침해부터 해커가 자동차를 해킹해 교통에도 큰 위협이 될 수 있다.

힌릭센 부사장은 “하나의 솔루션으로 보안을 장담할 수 없기 때문에, 여러 가지 방어 수단이 필요하다”며 “NXP는 가장 효과적인 방법으로 단계별 보안, 즉 심층 방어를 통해 보안성을 확보하기 위한 솔루션을 지속해서 발전시켜 나가고 있다”고 말했다.

NXP는 인터페이스 보안, 게이트웨이 보안, 네트워크 보안, 프로세싱 보안과 함께 액세스 보안으로 구성된 4+1 레이어 보안 솔루션을 제공하고 있다.


[그림 3] NXP의 4+1 레이어 보안 솔루션 〈출처: NXP〉

하만과 협력 강화 & 세이프어슈어 프로그램 국내 공개 

힌릭센 부사장은 NXP가 커넥티드 카의 개발 속도를 높이기 위해 15년간 이어온 하만(Harman)과의 협력 관계를 더욱 확장한다고 밝혔다. NXP와 하만은 미래의 인포테인먼트 시장을 선점하기 위해 무선 업데이트(OTA: Over To Air), 시큐어 V2X 커뮤니케이션 및 소프트웨어 정의 무선(SDR)과 같은 신기술 분야에서 이어온 협력의 역사를 튜너, 디지털 시그널 프로세서, 증폭기, 애플리케이션 프로세서 등 커넥티드 카 내부의 경험을 높이는 기술 분야로 확장, 집중할 계획이다. NXP 최신 인포테인먼트 솔루션의 주요 고객이기도 한 하만은 제품 사양 공동 작성, 초기 샘플 교환은 물론, 린스피드(Rinspeed) 같은 협력사와 공동으로 신개념 차량을 지속적으로 선보이는 등 사전 개발 단계에서 NXP와 적극 협력할 예정이다.

또한 힌릭센 부사장은 NXP의 세이프어슈어(SafeAssure) 프로그램과 FS45, FS65 제품 및 최신 시스템기반 칩(SBCs)을 국내에 선보이고 시장에서 완전히 인증된 안전 시스템의 신속한 개발을 지원한다고 밝혔다. 세이프어슈어 프로그램은 배터리관리시스템(BMS), 레이더 및 기능 안전 솔루션을 지원하고 안전 설계 프로세스를 간소화해준다.


[그림 4] 세이프어슈어 프로그램은 고장 대처 기능 등을 탑재한 것은 물론, 초저전력 모드를 지원하고 있는 솔루션이다. 〈출처: NXP〉

다양한 업체들이 세계 자동차 시장에서 기회를 모색하고 있는 상황에서, 복잡한 설계 프로세스의 초기 단계에서부터 자동차 안전이 확실히 통합되는 것이 중요하다.

이를 위해 NXP의 세이프어슈어 프로그램은 위험 요소를 차단하고, 소비자 신뢰를 확보하며, 지속적으로 확장되는 전기차 관련 안전 요건에 대응해 나갈 수 있도록 선제적 역량을 제공한다. 새롭게 선보인 FS45 및 FS65 제품은 견고한 시스템 레벨 기능 안전 시스템(System-Level Functional Safety Systems) 개발을 지원하며, 에너지 효율적인 벅-부스트 DC-DC, 페일 세이프 LIN 및 CAN FD(Flexible Data) 설정 가능한 안전 메커니즘을 제공한다.

특히 ISO 26262 및 IEC 61508의 기능 안전 표준을 충족하도록 개발됐다. 크게 프로세스, 사람, 협력사 및 제품의 네 가지 핵심 축으로 구성되어 있으며, 설계자들은 이 축을 활용해 완전 인증 제품을 한층 신속히 개발할 수 있다.

힌릭센 부사장은 “이미 한국의 일부 고객사에 선보인 바 있는 세이프어슈어 프로그램이 이번 공식 발표를 통해 빠르게 성장하고 있는 한국 자동차 시장의 발전에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.  

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