[아롱테크] 평균 길이 4000m, 자꾸 늘어나는 자동차 전기 배선...해결책은?

4차 산업혁명으로 불리는 사물인터넷(IoT)이 자동차 기술과 융합되면서 자동차 인포테인먼트 시스템을 통해 스마트 폰이나 태블릿 PC 등 스마트기기의 콘텐츠를 이용할 수 있게 됐습니다. 뿐만 아니라 텔레매틱스를 기반으로 한 지능형 교통시스템(ITS)과 GPS 및 각종 센서기술을 활용한 충돌방지 및 지능형 자동주행시스템이 차량에 적용되고 있습니다. 

세상과 연결되는 V2X(Vehicle to Everything) 기술로까지 연결성이 확장되고 있지요. 이처럼 최근 자동차시스템은 인포테인먼트 시스템을 포함한 차량 안에 탑재된 다양한 전자부품과 제어시스템이 서로 정보를 교환하고 기능을 구현할 수 있도록 하기 위해 통신 네트워크 시스템이 탑재됩니다.

이를 통해 엔진과 트랜스미션, 브레이크, 인포테인먼트, 안전시스템과 같은 다양한 시스템이 효과적으로 통신을 주고 받으며 동작하고 있습니다. 일반적으로 자동차에 사용되는 전기배선의 길이를 모두 합치면 무려 4000m를 훌쩍 뛰어 넘게 됩니다.

문제는 자동차에 탑재된 다양한 파워트레인 및 전장시스템들을 이처럼 직접 전기배선으로 연결하게 되면 시스템이 너무 복잡해지고 배선증가로 인해 차량무게가 증가하거나, 통신오류가 발생하는 등 여러가지 문제가 생길 수밖에 없다는 사실입니다.

따라서 최근 자동차는 각각의 시스템들을 하나의 네트워크로 묶어 서로 통신을 주고받는 통신네트워크를 구축하고 있습니다. 통신 네트워크는 어댑티브 크루즈 컨트롤, 차선유지보조 시스템, 멀티미디어 시스템, 텔레매틱스 등과 같이 최신 자동차의 고급 기능을 구현하는 데 중요한 역할을 하고 있을 뿐 아니라, 다양한 전장시스템 간의 효율적인 데이터 교환, 동기화 및 조정이 가능해 짐에 따라 차량의 성능과 안전, 사용자 경험 향상에도 기여합니다. 

현재 자동차용 통신 네트워크 시스템으로 CAN(Controller Area Network)과 LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, AUTOSAR, Ethernet 등이 사용되고 있습니다. 흔히 자동차 정비업소에서 자동차의 이상유무를 점검할 때 사용되고 있는 고장진단기(스캐너)나 파형진단기는 CAN과 LIN을 사용하는 대표적인 예라고 할 수 있지요.

CAN은 하이(High)와 로우(Low) 등 두 개의 배선이 필요하고 통신속도도 낮기 때문에 주로 엔진이나 트랜스미션, 전장시스템과 같은 전기-기계시스템에 주로 사용되어 왔습니다. 자동차를 타고 가면서 라디오나 음악을 듣거나 DMB를 시청하는 등 AVN(Audio, Video, Navigation)을 이용한 인포테인먼트의 요구가 증가함에 따라 멀티태스킹은 물론 고해상도의 동영상 스트리밍 등 다양한 멀티미디어를 위한 고속 통신시스템이 필요하게 되었습니다.  

오토사(AUTOSAR), 플렉스레이(FlexLay) 등과 같은 멀티미디어 전용 통신시스템은 하나의 동축케이블이나 광섬유케이블 등을 이용해 고속(실시간)으로 음성이나 영상서비스를 즐길 수 있는 것이 특징입니다. 최근 150Mbps의 고속통신이 가능한 표준형 TCP/IP와 같은 이더넷(Ethernet, 무선통신네트워크)을 지원해 MPEG와 같은 비압축 동영상을 스트리밍할 수도 있습니다.

최근에는 전기차와 자율주행차, 소프트웨어 중심차량(SDV) 등이 증가함에 따라 기존 CAN 통신 프로토콜의 단점을 보완한 CAN FD(Controller Area Network Flexible Data Rate)를 적용한 차량들이 늘어나고 있는 추세입니다. 최근 출시되고 있는 국산 전기차와 일부 중대형 승용차에도 적용되기 시작했습니다.

최근 자동차에 적용된 각종 시스템이 고도화되고 복잡해지면서 각각의 시스템 ECU가 처리해야 할 데이터량이 증가하고 있을 뿐 아니라 기존 통신 네트워크보다 더 빠르고 많은 양의 데이터를 전송해야 함에 따라 기존 CAN으로는 데이터 전달에 한계가 있을 수밖에 없었습니다.

자동차의 각종 시스템 ECU가 더 많은 데이터를 처리하기 위해서는 이더넷과 같은 새로운 고속 통신네트워크를 구축해야 하지만 비용이 증가할 뿐 아니라 기존 시스템과의 호환성 문제도 있습니다. CAN FD는 기존 CAN 시스템과 호환이 가능해 비교적 저렴하면서도 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 것이 특징입니다.

CAN FD는 기존 CAN보다 더 많은 데이터를 고속으로 전송할 수 있도록 개발된 것이 특징입니다. 기존 CAN의 경우 1초당 500키로바이트(500kbps), 최대 1메가바이트(1Mbps)의 속도로 한 번에 약 8바이트(8byte)의 데이터를 전송할 수 있는 반면, CAN FD는 1초에 2Mbps, 최대 8Mbps의 속도로 최대 64바이트까지 전송이 가능해 기존 CAN보다 8배 이상 많은 데이터를 빠르게 주고받을 수 있습니다.

이렇게 확장된 데이터 전송량은 센서측정, 비디오 스트림 또는 진단정보와 같은 더 큰 데이터 패킷을 전송하는데 유리합니다. 또한 CAN FD는 향상된 오류감지 메커니즘을 갖춰 안정성이 뛰어난 것이 장점입니다. 예를 들어 전자기 간섭이 있는 경우에도 강력한 통신을 유지하기 위해 비트 전송률을 자동으로 전환해 주지요.

이러한 CAN FD는 차량의 다양한 제어장치 간에 더 빠르고 효율적인 통신을 가능하게 해 전반적인 시스템 성능향상은 물론 파워트레인 제어 및 전기차의 배터리관리, 자율주행 기능을 지원해 줍니다. 이외에도 다양한 첨단 운전자보조시스템(ADAS)과 인포테인먼트 시스템에도 적용되고 있습니다. 

정비업계 관계자는 “기존 CAN의 경우 5V 전원을 사용하지만 CAN FD의 경우 1V 미만의 mV 단위로 동작하므로 정밀하면서도 빠른 제어가 가능하지만, 블랙박스와 같은 외부 전원장치나 전자파 등에도 매우 민감해 전원관리에 유의해야 한다”고 얘기합니다.

김아롱 칼럼니스트/[email protected]