자동차 시장에서 2006년 매출액 23조 9400억 엔, 경상이익 2조 3000억 엔, 연구개발비 9400억 엔의 도요타 자동차가 ‘차량용 표준 소프트웨어’를 독자 개발해 왔다고 발표했다. 도요타가 독자 개발한 자동차 운영체제(OS)의 명칭은 표준 소프트웨어 플랫폼 ‘H2O’로, RTOS(Hard Real-Time OS)와 MMOS (MultiMedia OS)가 동일한 CPU 위에서 동시에 작동하는 방식이다. 2007년에 H2O 1.0 버전의 개발을 완료했으면 2010년에 도요타 자동차의 대부분에 탑재될 예정이다. 그 기능은 그림 1과 같다.

도요타의 차량용 멀티미디어 OS
▶ Multi-Core CPU: 도요타에서는 “1GHz 이상의 고속 CPU를 사용하겠다.”고 밝혔다.
▶ 제어계 OS(RTOS): 차량용 실시간 운영체제 사양인 OSEK 기반과 도요타에서 10년간 개발한 RTOS을 중심으로 구현된다.
▶ 정보계 OS(MMOS): 리눅스 커널 기반의 운영체제로 공개 소프트웨어를 활용한다.
▶ OS 연계 기능: 제어계 OS에서 발생하는 차량용 데이터를 받아서 정보계 OS에서 데이터베이스화 한다. 또한 정보계 OS에서 텔레매틱스 서비스를 받은 내용을 제어계 OS에 반영한다.

최근에는 주차지원 기능이나 센서를 이용하여 차선의 백색 라인을 인식하고 자동 조향 제어 기능을 제공하는 차종이 나와 있다. 또한 지도정보와 연동하여 급커브 구간을 운전자에게 미리 알리고 속도를 줄이는 기능을 갖춘 차종도 있다. 이전에는 각각의 역할을 가지고 있던 ECU였지만, 지금은 복수의 ECU에 의해 복수의 기능을 실현하고 있다. 또한 IT의 복합 시스템에 의해 지금까지 없었던 다양한 서비스가 실현되고 있다. 도요타는 다양한 서비스를 실현하기 위해서 독자적인 표준 소프트웨어 플랫폼을 개발하고 있다. 표준 소프트웨어 개발을 위해 중요한 것은 신뢰성과 실시간성, 그리고 확장성이다. 이 모든 요건을 구현하기 위해 OS가 요구된다.
현재 도요타는 나고야 대학과의 공동 개발로, 선행 개발로서 3계층 운영체제(그림 1의 OS 연계 기능과 정보계 OS 부분)를 개발하고 있으며 2010년을 목표로 신뢰성과 확장성을 중심으로 아직 세상에 없는 OS 개발에 도전하고 있다.

60개의 ECU를 표준화된 4개로
도요타는 자동차에 탑재되는 약 60개의 ECU를 표준 4개의 ECU(파워트레인 제어 ECU, 보디 제어 ECU, 멀티미디어 ECU, 안전 제어 ECU)로 줄이는 계획을 진행하고 있다. 자동차의 ECU 플랫폼을 공통화하고 소프트웨어를 연계함으로써 다양한 요구(교통 인프라에서 획득한 정보를 이용하여 교통사고 회피 등의 요구)에 대응해 나간다는 것이다. 표준 4개 ECU의 최대 리스크는 에너지 효율이 좋은 이동성 추구와 안전의 확보 중에서 ‘안전의 확보’가 위험해질 가능성이 있다는 점이다. 기존에는 ECU(약 60개 ECU의 경우)가 물리적으로 나뉘어져 있어 각각의 기능을 담당하여 ECU에서 발생하는 문제에 대해서 명확하게 판단할 수 있었다. 그러나 ECU(표준 4개) 수가 줄면, 기존에 ECU가 분할하여 담당하던 기능과 안전의 중요성은 소프트웨어를 통하지 않으면 검증할 수가 없다. 그리고 ECU 시스템의 안전을 확보하기 위해서는 안전 아키텍처가 확립되어 있는 것을 소프트웨어 범주에서 증명하지 않으면 안된다. 또한 안전에 관련된 애플리케이션 소프트웨어가 오작동으로 중요한 다른 소프트웨어 작동에 영향을 주지 않는 것을 증명하지 않으면 안된다.
정리를 하면, ECU의 수를 4개로 줄인다면 소프트웨어의 안전 설계, 안전 아키텍처가 절대적으로 필요하다. 이에 도요타는 소프트웨어의 안전 설계를 위해 표준 소프트웨어 플랫폼을 개발하고 있다. 이 회사는 앞으로 대규모화되고 복잡해지는 중요한 디바이스(ECU)에 대해서는 안전 아키텍처가 중요한 테마가 될 것이라고 언급했다.

임베디드 소프트웨어
경력자 채용 확대
임베디드 소프트웨어를 개발하기 위해서는 개발자가 필요하다. 현재 도요타는 임베디드 소프트웨어를 개발할 경력사원을 채용하기 위해 적극적인 채용 활동을 전개하고 있다. 2006년에 경력사원 174명을 채용한 데 이어, 2007년에도 동일한 규모의 채용을 예정하고 있다. 도요타는 2007년 4월 1일에 자동차용 표준 OS의 독자 개발을 위한 ‘BR 제어 소프트웨어 개발실’을 신설했으며 약 50명이 개발에 참여하고 있다.

중국에서의 안전기술,
우선은 기계적으로
도요타는 세계의 모든 지역에 전자화된 ‘안전기술’을 탑재한 자동차를 곧바로 투입할 생각은 없다고 한다. 일본·미국·유럽의 경우에 교통사고 건수는 감소하고 있거나 전년도와 비슷한 수준이지만 중국은 기하급수적으로 증가하고 있다(그림 3 참조).
중국에서 교통사고 건수를 줄이려면 전자화에 의한 안전기술을 탑재한 고가의 자동차를 투입해야겠지만, 도요타는 가격경쟁력을 우선하여 자동차의 기계적 구조를 개선하여 충돌 시 안전성을 높인 자동차를 보급하는 것이 중요하다고 생각하고 있다.
이렇게 중국에 대한 자동차 판매를 고려하는 이유는 일본·미국·유럽의 경우에 자동차 판매량이 매년 변동이 크지 않지만, BRICs(브라질, 러시아, 인도, 중국)는 자동차 시장이 매년 크게 성장하고 있기 때문이다.
도요타는 중국에서 전자화된 고가의 자동차보다는 기계적 구조 개선을 통해 안전성이 높고 가격 경쟁력이 있는 자동차에 집중하여 시장점유율을 높이고자 한다. 그리고, 이후 ABS(Anti-lock Brake System)나 옆미끄러짐 방지 장치 등의 전자화에 의한 안전기술을 탑재한 자동차를 투입할 계획이다. 미국과 유럽의 경우, 향후 옆미끄러짐 방지 장치의 법제화가 검토되고 있기 때문에 이에 맞춰 준비도 하고 있다.

도요타의 반도체 기술
도요타는 반도체를 직접 개발하고 있는데, 전기자동차 개발에 있어서 중요한 차세대 기반 기술(그림 4)을 중심으로 반도체를 개발하고 있다.
제어 IC는 ECU에서 각 시스템 입출력 IC인 전원회로, 아날로그 입력회로, 디지털 입력회로, 다중 통신을 말한다. 전력반도체에 의한 대전류(200A/소자) 제어는 차량 성능과 연비 등에 큰 영향을 미치는 기술로서 현재 SiC/GaN 소자 기술을 사용하고 있다.

도요타의 Plug-in HV
도요타 자동차는 2007년 7월 가정용 전원으로 충전할 수 있는 ‘플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in HV)’를 개발했다(그림 5). 현재 10대의 차량을 시험 주행하고 있다.
도요타 Plug-in HV는 발매 중인 하이브리드 차 ‘프리우스’를 기반으로 가정용 충전 기능 등을 추가한 것으로 2차전지의 용량을 늘렸다. 승차 인원은 프리우스와 동일한 5인승이며 NiMH 2차전지와 충전장치, 승압용 컨버터, 충전용 컨버터 등을 추가한 것으로 차량 중량은 프리우스보다 80kg 늘어난 1360kg이다. 2차전지의 용량은 프리우스 1대분(6.5Ah)의 니켈수소전지를 추가하여 13Ah이다. 일본에서의 교통량 조사에 의하면 1일 평균 차량 주행거리가 20km이므로 니켈수소 전지를 2배 더 추가하면 전기 모터(EV 주행)만으로 26km 주행이 가능하다고 한다. 그리고 하이브리드 프리우스와 비교하면 13%의 CO2 삭감을 할 수 있고 심야 저가 전력으로 충전하면 41%의 연료비 절약이 가능하다는 것이다. 가정용 전원을 사용하여 충전시간은 1~1.5시간(200V), 3~4시간(100V)이며 전기 모터로 최고 시속 100km 주행이 가능하다.
도요타의 구상
지금까지 도요타가 최근 개최한 자동차 세미나에서 발표한 내용을 정리해 보았다. 도요타가 이번 세미나에서 매번 강조한 내용은 지구온난화에 의한 지구환경 문제였다. 지구환경 문제에 대해서 오랫동안 전문가 이상으로 자료를 만들어 발표한 데 대해 필자는 매우 놀랐다. 자동차 회사가 ‘환경운동가인가?’라는 생각을 들게끔 했다.
도요타는 20년 전의 각 지역 사진과 현재 모습을 비교하면서 지구온난화의 심각성을 제기했다. 그리고 인공위성으로 밤에 동영상을 촬영하여 차량 불빛으로 교통량을 과학적으로 측정한 자료를 보여주었다.
마지막으로 필자는 도요타 자동차의 임베디드 소프트웨어 개발자 경력사원 채용 세미나에 참가했다. 도요타 자동차는 차량용 임베디드 소프트웨어의 중요성을 강조하면서 현장에서 개발 경력자를 채용했다.
필자는 지난 11월에 개최된 일본 최대 임베디드 기술 행사인 Embedded Technology 2007에도 다녀왔는데, 여기서도 일본 경제성 및 다른 회사 세미나 및 전시회 내용이 온통 자동차 임베디드 기술에 집중돼 있었다. 현재 우리나라가 비 IT분야의 임베디드 기술을 육성하고자 여러 분야를 말하고 있지만, 일본은 자동차의 임베디드 기술을 중심으로 육성되고 있다는 인상을 받았다.