지난 글에서는 운송 시스템 엔지니어(Vehicle System Engineer)가 직면한 주요 화두인 ▲전동화(Electrification) ▲첨단운전자보조시스템(ADAS)에 대해 알아봤다. 이번 글에서는 새로운 전장 시스템 설계방식인 ▲존(구역) 아키텍처(Zonal Architecture)에 대해 알아본다.

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☞ 기술 레벨5 ‘완전자율주행’ 구현을 위한 요소기술 톺아보기 ①

◆존 아키텍처
존 아키텍처는 차량을 각각의 개별 존으로 분할하는 자동차 설계 접근방식으로 각 존은 특정 기능이나 일련의 기능 세트를 제공하게 된다. 이러한 접근방식은 차량의 성능 개선과 무게 감소는 물론 차량의 다양한 시스템 기능을 향상시키기 위해 자동차 산업에서 점차 대중화되고 있다.

존 아키텍처 설계에서 차량은 여러 기능의 영역으로 구분되며 각 ‘영역(존)’은 특정 기능을 담당하게 된다. 이러한 영역은 전기 시스템, 열 관리 또는 탑승자 편의 등과 같은 다양한 요소를 기반으로 정의할 수 있다. 

가령 파워트레인과 배터리 관리, 인포테인먼트시스템(IVI) 및 탑승자 편의 등과 같은 각각의 영역으로 차량의 기능을 구분할 수 있다.

차량의 각 영역은 일반적으로 자체 전원장치와 프로세싱유닛 및 통신 네트워크를 갖춘 독립형 시스템으로 설계된다.

이 접근방식을 이용하면 각 시스템이 다른 영역과 독립적으로 동작함으로써 시스템 장애 위험을 줄이고 개별적인 구성요소를 더 쉽게 업그레이드하거나 교체할 수 있다. 또 차량 설계자와 엔지니어들에게 다음과 같은 이점을 제공한다.

- 성능 향상: 존 아키텍처는 각각의 차량 시스템이 다른 시스템과 독립적으로 동작함으로써 간섭이나 시스템 과부하 위험을 줄이고, 개별 차량 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

- 무게 감소: 존 아키텍처는 다양한 차량 시스템을 연결하는데 필요한 긴 배선과 무거운 케이블을 감소시킴으로써 차량의 전체 무게를 줄이고 연비를 개선하는 것은 물론 배기가스 배출량을 줄이는데 기여할 수 있다.

- 유연성 향상: 설계자는 영역 아키텍처를 통해 다른 시스템에 영향을 주지 않고 개별 차량 시스템에 대한 사용자 지정·수정이 가능하기 때문에 필요에 따라 구성요소를 쉽게 업그레이드하거나 교체할 수 있다.

- 유지보수 간소화: 영역 아키텍처 기반의 모듈식 설계는 개별 구성요소를 보다 쉽게 진단·수리할 수 있어 가동중단 시간과 유지보수 비용을 줄일 수 있다.

전반적으로 영역 아키텍처는 기존의 단일 구조 기반의 설계 방식에서 벗어나 보다 유연하고 효율적인 접근방식으로 차량을 설계·개발할 수 있도록 해준다. 하지만 이러한 발전된 방식에도 몇 개의 도전과제를 해결해야 한다.

- 통신: 존 아키텍처는 하위시스템 간의 강력한 통신 시스템에 크게 의존하고 있다. 특히 짧은 지연시간, 신호 무결성 및 안정적인 연결이 무엇보다 중요하다.

- 안전: 컴퓨팅 작업이 단일 중앙 프로세서 대신 각영역에 위임되기 때문에 더 많은 수의 장애 지점이 발생할 수 있다. 반면, 단일 프로세서 유형의 설계에 비해 리던던시 기능을 제공할 수 있다.

- 통합: 영역 설계로의 이행이 결정되면 엄청난 규모의 재설계 작업이 수반된다. 이는 상당히 어려운 작업이 될 수 있다. 그러나 존 아키텍처의 확장성은 이러한 문제를 상쇄할 수 있을 정도의 상당한 이점을 제공한다.

- 보안: 봄 아키텍처는 여러 컨트롤러와 센서 및 액추에이터를 통합하기 때문에 물리적 공격에 취약할 수 있다. 이러한 시스템의 무결성을 보장하기 위해서는 변조 방지 하드웨어와 안전한 데이터 저장이 매우 중요하다.

운송 산업계에서의 변화와 발전은 가속화되고 있다. 그러나 다른 많은 산업과 달리 운송 설계는 진동, 화학물질 및 극한의 온도 등과 같은 혹독한 환경에서의 효율성 및 성능은 물론, 안전과 보안이 모두 보장되어야 한다.

이같은 구성요소를 신중하게 선택하는 것은 운송 설계의 결과에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 또한 어려운 작업이 될 수 있다.

올바른 파트너는 이러한 장애물을 극복하고 신속하게 시장에 진출할 수 있는 차별화된 경쟁력을 제공해야 한다. 마이크로컨트롤러(MCU)와 메모리, 전력변환 및 커넥터에 이르기까지 설계 및 개발 과정 전반에서 솔루션을 공급하고 있는 애브넷은 다양한 도전과제 앞에 놓여진 운송 시스템 엔지니어를 위한 지원을 확대하고 있다.

글: 제이미 피더슨(Jamie Pederson) / 테크니컬 콘텐츠 매니저 / 애브넷(Avnet)