커넥티드카 기술과 서비스는 더 이상 운전자를 보조하는 기술이 아니라 더 안전한 차량을 만들어 가기 위한 필수적인 기술이다. 또한 자동 운전은 자동차의 모든 분야에 영향을 미치며, 작동되는 각 기기나 시스템에 대한 깊은 전문 지식을 필요로 한다. 제동 및 조향과 같은 안전에 필수적인 시스템의 이중화가 필수적이며, 신뢰할 수 있는 환경 인식을 위해서는 다양한 센서 데이터를 결합해야 한다.
또한 차량의 내·외부 연결뿐만 아니라 전동장치, 브레이크, 조향장치, 디스플레이 장치, 내비게이션 및 센서에 이르기까지 자동화된 차량 전체에 영향을 미친다. 자율 주행의 성공의 열쇠는 모든 차량 시스템에 대한 요소요소의 핵심과 심층적인 이해이며, 더 이상 커넥티드카 기술이 미래 기술이 아니라 현실적인 서비스로 제공되고 있다는 점이다.
현재 전세계에 자동 운전 분야에 자동화, 전기 및 연결성과 같은 세 가지 모빌리티 영역에서 총체적인 지식과 솔루션이 있는 자동차 업체나 자동차 전장 공급 및 서비스 업체는 손에 꼽을 정도이다. 그 중 본지는 자동 운전에 필요한 대부분의 구성 요소를 제조하고 차량 전장 및 제어 부분에서 크게 앞서 있는 보쉬(Bosch)에 대해 알아본다.
보쉬(Robert Bosch GmbH, CEO 폴크마 데너/Volkmar Denner) 사업부문은 모빌리티 솔루션, 산업기술, 소비재 및 에너지 및 건축 기술 등 네 가지 비즈니스 부문으로 보쉬의 모빌리티 솔루션 사업은 보쉬 그룹의 가장 큰 비즈니스의 한 부문으로 2016년 매출액은 439억 유로(약 54조원)로 그룹 전체 매출(731억 유로/약 89조 8천억원)의 60%를 차지했으며, 이로 인해 보쉬는 세계적으로 선도적인 자동차 공급 업체로 자리매김하고 있다.
보쉬 모빌리티 솔루션의 주요 비즈니스 영역은 내부 연소 엔진용 분사 기술 및 파워 트레인 주변 장치, 파워 트레인 전장을 위한 다양한 솔루션, 차량 안전 시스템, 운전자 지원 및 자동화 기능, 사용자 친화적인 인포테인먼트, 차량 대 차량 및 차량 기술 인프라 애프터 마켓을 위한 인프라간 통신, 자동차 수리 개념의 기술 및 서비스를 제공하고 있으며, 아래는 보쉬의 대표적인 자동운전을 위한 필수적인 솔루션들이다.
커넥티드 호라이즌(Connected Horizon): 자동 운전 차량은 주행중 센서가 수집할 수 있는 것 이상의 환경 정보에 의존한다. 이 시스템은 도로 환경이나 정체 및 사고에 대한 실시간 교통 정보를 서버를 통해 앞으로의 경로를 동적으로 미리보고 위험 지점을 사전에 경고하고 준비와 주행중 안전운전 전략에 해당하는 조정을 가능하게 한다.
전동식 조향 장치(Electric steering) : 자동 조종 장치의 핵심 기술인 페일 세이프(Fail safe), 전동식 조향 장치 폴백 모드(비상차단)에서도 페일-오퍼레이팅 기능을 통해 드물지만 오작동시 약 50%의 조향 장치를 유지하면서 필수 조향 기능을 계속 사용할 수 있다. 특히 이 기술은 미국 교통부(U.S. Department of Transportation) 및 전국 교통 고속도로안전협회(Transportation and National Traffic Highway Safety Association)의 연방 자동 차량 정책 문서에 제안된 안전 요구 사항을 자동차 제조업체가 준수 할 수 있게 해준다.
ESP(Electronic Stability Program) : 전자식 안전 프로그램(차체자세제어장치)은 자동 운전과 관련하여 핵심적인 역할을 한다. 장애가 발생할 경우 이러한 시스템을 최대한으로 제어하려면 보호 장치로 이중화로 구축돼야 한다. 이 경우, ESP 브레이크 컨트롤 시스템과 iBooster 전기 기계식 브레이크 부스터는 운전자가 개입하지 않아도 독립적으로 차량을 제동할 수 있다. 보쉬은 ESP를 모든 상황과 요구 사항에 적합한 시스템을 제공하는 모듈식 개념으로 공급하고 있다.
HMI(human-machine interface) : 자동 운전은 인간-기계 인터페이스를 변경하고 자동차와 운전자 간의 통신을 위한 현대적인 개념을 요구한다. 운전자는 직관적으로 시스템을 이해하고 사용할 수 있어야하며, 혁신적인 디스플레이를 사용하여 보쉬는 이미 이 분야에서 유망한 솔루션을 제공하고 있다. TFT 계기판 클러스터는 탁월한 선명도와 함께 최상의 유연성을 제공하고 헤드업 디스플레이(HUD)를 사용하여 속도, 탐색 프롬프트(prompt) 및 경고와 같은 정보를 운전자의 시야에 직접 표시된다.
아이부스터(iBooster) : iBooster를 사용하여 보쉬는 최신 제동 시스템에 대한 요구 사항을 충족시키는 독립적인 진공 전자 기계식 브레이크 부스터를 개발했다. 그것은 모든 전동 장치 개념에서 사용될 수 있으며, 특히 복합형의 전기 자동차에 적합하다. iBooster에서 브레이크 페달의 작동은 내장된 페달-트래블 센서에 의해 기록되고 컨트롤 유닛으로 전달되며, 제어 장치는 2단계 변속기를 사용하여 토크를 필요한 동력 보조 장치로 변환하는 전기 모터의 트리거링(triggering) 신호를 계산하는 방식으로 표준 마스터 실린더에서는 부스터가 제공하는 동력이 유압으로 변환된다.
지도 : 고해상도의 최신지도가 없으면 자동 운전이 불가능할 수 있다. 지도는 차량에 온보드 센서가 감시할 수 있는 영역 밖의 교통 정체 또는 건설과 같은 교통 상황 변화에 대한 정보를 제공한다. 보쉬의 레이더 및 비디오 센서는 자동화된 주행을 위한 고해상도지도 작성을 위해 중요한 실시간 교통 정보를 캡처 및 전송한다.
라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서 : 빛을 보낸 뒤 반사돼 들어오는 신호를 계산해 범위 내에 주변 인식과 매핑(mapping)을 위한 핵심 센서로 짧은 파장의 레이저 광선을 이용해 주변의 환경을 3D 이미지로 가시화하는 시스템으로 보쉬는 자동 주행 테스트 차량에 라이다 센서를 사용한다. 다양한 센서 원리는 서로를 보완하고 데이터를 결합하여 안정적인 환경 인식을 보장한다. 자율 주행 차량은 이 데이터를 사용하여 주행을 유도하며, 보쉬는 라이다 센서를 자사 포트폴리오에 중요한 추가 요소로 보고 있다.
레이더(Radar) 센서 : 몇 가지 센서 원리중 하나인 레이더 센서는 자율 주행 차량의 경우 최대 250미터 거리에서 주변 환경에 대한 중요한 360도 정보를 제공한다. 레이더 센서의 주된 임무는 물체를 감지하고 차량의 움직임에 상대적인 속도와 위치를 측정하는 것이며, 보쉬의 레이더 센서는 송신 안테나를 통해 76~77GHz 사이에서 측정되는 주파수 변조 레이더 파를 전송한다. 물체의 상대 속도와 거리는 도플러 효과와 방출 신호와 수신 신호 사이의 주파수 이동에 의해 생성된 지연을 사용하여 측정된다. 측정된 레이더 신호의 진폭과 위상을 비교하면 물체의 위치에 대한 결론을 이끌어 낼 수 있다.
초음파(Ultrasonic) 센서 : 초음파 센서는 주로 저속에서 최대 6미터의 근거리 환경 인식을 위해 자동화된 주행에 필요하다. 센서는 소나(SONAR)기술을 사용하는데, 장애물에 의해 반사되는 짧은 초음파 신호를 방출한다. 반향은 센서에 의해 등록되고 중앙 제어 장치에 의해 분석된다.
스트레오 비디오 센서 : 50m 이상의 3D 측정 범위를 갖춘 보쉬 스테레오 비디오카메라는 차량 주변에 대한 중요한 광학 정보를 제공한다. 컬러 인식 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기술이 적용된 고감도 이미지 센서 2종은 각각 1280x960 메가 픽셀의 해상도를 지니며, 두 렌즈의 광학 축간 거리는 단지 12센티미터이다. 스테레오 비디오카메라는 물체를 공간적으로 캡처하고 거리를 계산하며, 공간을 구분하며, 센서의 정보는 다른 센서의 데이터와 결합되어 자동화된 차량을 위한 주변 환경의 모델을 생성한다.
"우리가 알고 있는 자동차는 곧 역사가 될 것"
커넥티드 모빌리티 시대의 비전에 대해 보쉬의 CEO인 폴크마 데너(Volkmar Denner) 박사는 “금년과 2022년 사이에 연결된 이동성에 대한 세계 시장은 매년 약 25% 성장할 것으로 예상됩니다. 지금부터 불과 몇년후, 자동차는 IoT(Internet of Things)의 활성화된 한 부분이 될 것이며, 다른 연결된 교통수단과 통신할 수 있으며, 스마트 홈에서도 통신할 수 있습니다.” 라며,
"우리가 알고 있는 자동차는 곧 역사가 될 것이며, 개인 차량은 대중교통과 심지어 도시의 전체 인프라를 포함하는 통합 솔루션의 일부가 될 것입니다. 오늘날 사람들은 여전히 자신의 개인 차량에 관해 생각하고 있지만, 앞으로 몇 년 동안은 목적지에 도달하는 가장 편리한 방법으로 초점을 전환할 것입니다.”라며, 이렇게 하기 위해 필요한 세 가지 단계를 다음과 같이 설명했다.
첫 번째 : 모든 연결이 운전석에서 시작된다.
"가정과 사무실과 함께 자동차는 세 번째 생활환경이 될 것입니다."
현재 판매되는 거의 모든 신차는 웹 기반이다. 실시간 교통 정보, eCall 긴급 통화 서비스 및 음악 스트리밍은 모두 인터넷 접속이 필요하다 보쉬는 두 가지 방법으로 연결된 주행을 가능하게 한다. 첫째, 스마트 폰을 통합하여 앱(APP)을 안전하게 운전할 수 있다. 둘째, 통신 박스를 설치한다. 결과적으로 연결된 차량의 운전자는 인포테인먼트 시스템을 사용하여 실시간 데이터와 엔터테인먼트 콘텐츠를 스트리밍 할 수 있다.
그러나 이 인터넷 연결 덕분에 미래의 자동차는 음악을 스트리밍 하는 것보다 훨씬 더 많은 것을 할 수 있게 될 것이다. “그것은 운전사의 개인 비서가 될 것이며, 자동화의 정도가 증가함에 따라 운전자는 언제든지 승객이 될 수 있으며, 집과 사무실과 함께 차는 세 번째 생활환경이 될 것”이라고 전망했다.
두번 째, 모빌리티가 자동차 넘어 원활하게 연결된다.
연결성은 운전석은 훨씬 넘어서고 있다. 대중교통 및 자동차 공유 서비스에서도 기반을 마련하고 있다. 보쉬의 슈트가르트 서비스(Stuttgart Services) 프로젝트의 일환으로 이동성의 미래를 엿볼 수 있다. 기술 및 서비스 공급 업체는 다양한 교통수단을 연결하는 소프트웨어 솔루션을 제공하며, 이 소프트웨어 덕분에 차량 공유, 자전거 공유, 기차와 버스 여행, 수영장 및 도서관 등 편의시설에 대한 입장에 필요한 모든 카드는 1 장이면 충분하다.
또한 보쉬는 moveBW 프로젝트의 일환으로 슈투트가르트를 포함한 교외(Greater Stuttgart) 지역의 운전자가 자전거, 버스, 열차 등으로의 다양한 운송 모드를 사용하여 경로를 계획 할 수 있는 이동 보조 장치를 만들 것이며, 이 프로젝트를 특별하게 만드는 이유는 하나의 앱(APP)으로 다양한 교통수단과 관련된 여행을 계획, 예약하고 비용을 지불하기에 충분하다는 것이다.
세번 째 : 사물의 인터넷은 이동성, 스마트 홈 및 스마트 시티를 하나로 모은다.
데너는 “연결성은 A에서 B로 전환하는 것보다 훨씬 더 중요합니다. 우리는 단순히 이동성을 재 정의하는 것이 아니라 사람들의 생활환경을 연결하는 것입니다."라며, 또한 자동차가 클라우드를 통해 스마트 홈 또는 스마트 시티로 연결되는 경우 데너는 ”모든 사람에게 부가적인 혜택을 제공합니다. 보쉬는 모빌리티와 스마트 서비스가 완벽하게 조화를 이루도록하고 있습니다.“라고 말했다.
이어서 “보쉬는 모빌리티 솔루션 비즈니스 부문을 훨씬 능가하는 최신 인터넷 트렌드를 만듭니다. 보쉬는 센서, 소프트웨어, 서비스 및 자체 IoT 클라우드를 제공 할 수 있는 소수의 회사 중 하나입니다.”라며, 단일 소스에서 "보쉬은 이미 인터넷의 모든 핵심 측면에 잘 배치되어 있으며, 이러한 트랜드를 계속 추진할 것입니다."라고 데너는 결론지었다.
