10년 전의 일반적인 신차는 5개의 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU)가 약 25개의 기능을 집합적으로 제어했다. 2005년에는 평균 65개의 ECU가 165개의 기능을 제어했다. ECU는 향후에도 계속해서 고도화되겠지만, 2015년에는 제어할 기능의 수가 200개에 달할 것으로 예상된다.
자동차에 탑재되는 많은 새로운 장치는 첨단 동력전달 계통 관리 시스템, 다양한 차량 다이내믹스 및 안전 시스템, 그리고 승객편의 및 인포테인먼트 시스템의 발전에 기인한다. 이러한 경향은 부분적으로는 자동차 마케팅 차별화에 의해, 그리고 차량 전복 사고를 줄이기 위해 강제화 되고 있는 법률에 의해 주도되고 있다.
구동 전기·전자(E/E) 장치의 개수 증가와 더불어 물펌프 및 교류발전기 등의 기계식 구동 시스템, 조향 및 브레이크 등의 유압식 구동 시스템이 E/E 또는 메카트로닉 시스템으로 대체되고 있다. 이러한 변화는 주로 연비 효율 향상에 대한 연구와 전세계적으로 도입되고 있는 엄격한 배출가스 규정 등의 법률에 의해 주도되고 있다.
이러한 발전은 자연적으로 필요한 전기 동력 수준을 증가시키고 있다. 평균적으로 지난 20년 동안 3배 증가했다. 최근까지 차량의 핵심 동력 수단(엔진 관리, 연료펌프, 분사기, 조명, 와이퍼, 팬, 데미스터, 좌석 시스템 및 인포테인먼트 시스템)에는 약 1.5kW를 요구하고 있다. 2005년의 경우, 평균 필요 수준은 약 2.5kW에 육박했다. 일부 고급 럭셔리 차량은 이미 보조 실내 히터, 시트 히터 등이 최고 수준에서 작동할 때 시동 시 8kW의 동력을 필요로 한다. 2010년에는 평균 소요 전력이 약 6kW에 달할 것으로 예측된다.
기존의 내연기관 구동 차량의 발전과 더불어 하이브리드 ICE-전기자동차, 연료전지자동차, 완전 전기자동차의 도래는 전력의 커다란 소비처가 되고 있다. 이러한 차량들의 전기 모터, 회생 제동 시스템 및 전기 저장 요건은 전력의 효율적인 관리에 대한 요구를 강화하는 역할을 하고 있다.
하이브리드 기술에 대한 관심은 차세대 전력관리 기술의 개발을 가속화시키고 있다. 연료전지자동차의 경우 공기 및 수소 밸브, 수소 순환을 위한 블로어(blower), 수소 센서, 압축기 및 물펌프 등 추가적인 전력전자 시스템이 필요하다.
최근 들어 전력 용량 증대를 위한 방안과 관리 수단이 다각도로 제시되고 있다. 또한, 메카트로닉 애플리케이션에 필요한 전력을 제공하고 전기 버스 시스템에 필요한 소요 전력을 줄이기 위해 고전압 시스템이 대안으로 떠오르고 있다. 축전지의 크기와 중량을 그대로 유지하면서 충분한 용량을 저장하기 위해 새로운 전기 저장 시스템이 오랜 전통의 납산(lead-acid) 기술을 대체하고 있다. 많은 E/E 애플리케이션의 용량 요건 및 효율적인 실시간 동작을 최적화하기 위한 고급 전자 전력관리 시스템이 출시되고 있으며 계속해서 연구개발되고 있다.
E/E 확산
최근에 차체, 섀시, 서스펜션, 제동 시스템, 동력전달 장치, 차량 실내를 포함하여 차량의 모든 분야에 E/E 장치가 확산되고 있다. 대부분의 동력전달 장치 신제품은 연비 효율이 향상되고 배출가스를 줄이는 방향으로 발전하고 있다. 어떤 경우에 이러한 목표는 발생하는 에너지 손실 중 일부를 복구하기 위해 교류발전기, 물펌프, 오일펌프, 팬, 캠축을 구동하는 벨트 및 기어 등의 기계식 구동 시스템을 제거함으로써 달성된다.
일체형 교류발전기 스타터 댐퍼(Alternator Starter Damper) 장치는 벨트 구동 교류발전기와 기어 구동 스타터 모터를 없앤다. 전자 밸브 제어, 가변 흡기 다기관, 가변 터보 과급기 기하학적 특성 및 e-부스터는 연료소모량을 직접적으로 최적화 한다. 자동차 이중 클러치 기어박스는 수동 및 자동 기어박스보다 효율적으로 동작한다.
디젤 엔진의 경우, 지능형 글로우(glow) 플러그 및 배기가스 순환 밸브 제어는 배출량을 줄이지만 추가적인 E/E 장치를 필요로 한다.
ICE-전기 하이브리드 자동차 및 연료전지자동차 등 대안적 추진 시스템의 경우, 자동차의 기타 새로운 E/E 장치와 함께 대용량 전기 저장 요건, 고방전 및 재충전율, 제동 에너지 복구를 관리하기 위해 완전히 새로운 전력관리 시스템이 개발되었다.
차량 다이내믹스와 안전 시스템도 확산되고 있다. 이러한 시스템들은 모두 E/E 센서와 액추에이터를 사용한다. ABS와 전자 브레이크 분산, 전자 안정성 제어, 트랙션 제어, 전륜(all-wheel) 구동, 토크 벡터링, 능동 서스펜션, 능동 조향, 전자식 조향(Steer-by-wire) 및 전자식 브레이크(Brake-by-wire)가 여기에 포함된다.
E/E 조작을 활용하는 수동 안전 시스템에는 안전 벨트 프리텐셔너, 스마트 에어백, 승객 감지 시스템 및 지능형 안전좌석이 포함된다. 보행자 안전 시스템에는 본넷 배치 및 외부 에어백이 포함된다. 능동 안전 시스템은 차량 다이내믹스 시스템을 통합하고 수동 안전 시스템을 결합할 뿐만 아니라 능동 조명, 비전 지원, 레인 출발 관리, 제동 지원 및 능동 순항 제어로 확장된다.
이들 시스템은 모두 센서와 ECU를 사용하여 위험을 감지하고 인식하며 어떤 경우에는 적외선, 레이더 또는 라이더(Lidar) 신호의 형태로 고유 광원을 전송한다. 능동 안전 시스템은 점차적으로 외부 인프라와 통신하게 될 것이며, 차량 안전 시스템들은 상호 연동될 것이다. 이는 모두 내비게이션, 전화/인터넷, 사고경보 시스템 등에 대한 텔레매틱스의 요건을 강화한다.
승객 안락감 시스템은 수년 동안 단순한 냉각수 기반 히터 및 벨트 구동 공조 시스템에서 기후 제어, 보조 히터, 냉난방 좌석, 심지어 메시징 좌석으로 발전했다. 엔터테인먼트 시스템은 단순한 라디오에서 멀티스피커 서라운드 사운드 시스템, TV, DVD 플레이어로 확장되었다. 승객 편의 시스템에는 전기 좌석위치 조정, 핸즈프리 전화, 내비게이션 시스템, 자동 윈드스크린 와이퍼, 전기 가열 윈드스크린 등이 포함된다.
전력관리 (Power Management)
많은 E/E 구동 및 관리 보조장치가 도입됨으로써 일반 자동차의 전원 용량이 대폭 증가하고 있다. 이에 따라 최적 성능 및 보안에 대한 관리기능의 발전이 필요하게 되었다. 기존의 전기 전력관리 개념은 애플리케이션을 지능형으로 모니터링하고 관리하기 위해 필요한 전력 또는 용량을 제공할 수 없었다. 결과적으로 전기 에너지 공급 및 지능형 에너지 관리와 관련하여 새로운 개념이 주목을 받고 있다. 일부 OEM과 부품업체들은 증가하는 차량 전기 전력 요건을 충족시키기 위해 보완 수단을 도입했다. 그 내용은 다음과 같다.
쪾이중 축전지 시스템: 한 축전지는 엔진 시동에 사용되고, 다른 축전지는 E/E 시스템에 대한 전력을 제공한다. 이 방식은 VW Phaeton 및 Mercedes-Benz SL 등에 사용되었다.
쪾DC/DC 컨버터를 통한 이중 회로, 이중 전압 시스템: Audi A8의 전기 윈드스크린 히터는 그 대표적인 예이다. 스크린 히터는 최대 1,400W까지 소모하며 DC/DC 컨버터를 통해 42V 전원을 갖는다.
이러한 보완적 방식들은 고전압 및 고성능 전력관리 시스템으로 가기 위한 중간 단계로 고려될 수 있다. 현재의 12V/14V 시스템은 기존 전자-기계식 제동 시스템을 운용할 수 있는 충분한 전기 전력을 제공할 수 있다. 예를 들면, Siemens 웨지 브레이크(wedge brake)는 14V 시스템으로 동작한다. 고전압 시스템이 요구됨에 따라 36V/42V 시스템이 하나의 대안으로 대두되고 있다.
보다 큰 전기 전력은 고전압과 보다 큰 저장용량을 사용하여 가능할 수 있다. 그러나 전력 수요의 최고치를 충족시키기 위해 평균 필요치의 수 배나 되는 전력 용량을 연속적으로 제공하는 것은 비실용적이며 가격 측면에서도 감당하기 힘들다. 결과적으로 축전지, 발전기, 소비자 장치와의 협력을 위한 구조적인 아키텍처의 전력관리 시스템이 필요하다. 이는 소프트웨어 기반의 지능형 전력관리 기술의 필요성을 제기한다. 예를 들어, Bosch는 전체 차량 전기 시스템을 관리하는 전력관리 시스템 제어장치를 개발했다. 이 장치는 축전지 상태를 모니터링하고 전기발전기 및 기타 소비자 전기장치의 동작을 제어한다.
지능형 전력관리 시스템의 주요 기술요소는 다음과 같다.
쪾에너지 저장
쪾축전지 관리
쪾발전기 관리
쪾부하/무부하 전류 관리
에너지 저장기술
기존의 납산 12V 자동차 축전지는 무겁고 충전 밀도가 낮으며(30Wh/kg) 서비스 수명이 상대적으로 짧다. 또한 납산은 환경오염 물질이 될 수 있다. 납산 축전지는 36V/42V 시스템에 사용될 수 있지만 차량에 3개의 축전지를 사용해야 할 수도 이다.
최대 275V의 전기 시스템을 필요로 하는 하이브리드 또는 연료전지 자동차의 경우, 두 곳의 납산 전지 제조업체 그룹 컨소시엄에서 계속해서 그 가능성에 관해 연구를 진행하고 있지만, 납산 축전지는 그다지 실용적이지 못한 것으로 보인다.
니켈카드뮴(NiCd) 축전지는 지난 수년 동안 소형 휴대용 기기 애플리케이션에서 상당한 성공을 거두었다. NiCd 축전지는 자동차 애플리케이션의 경우 전압을 잘 유지하며 높은 방전율이 가능하다. 그러나 낮은 방전 수준 이후의 연속 재충전 시 용량이 제한되는 ‘메모리 효과’를 일으킨다(일반적으로 모터 차량의 경우에 발생한다).
NiCd 축전지는 상대적으로 비싸며 카드뮴은 폐기 시 환경적인 위험성도 있다. 그 이유로 궁극적으로 NiCd 축전지는 시장에서 퇴출될 것으로 예상된다.
최근에 많은 애플리케이션에서 각광받고 있는 니켈금속하이브리드(NiMH) 축전지는 하이브리드 자동차에 사용된다. NiMH 축전지는 NiCd보다 저렴하며 독성이 적고 50% 높은 에너지 밀도(50~60Wh/kg)를 제공한다. 또 내부 임피던스가 낮아 높은 방전율이 가능하며 높은 사이클 저항을 갖는다. 그러나 매달 약 30%의 높은 자기방전율을 나타낸다. NiMH 축전지의 발전 가능성은 매우 높으며 하이브리드자동차, 연료전지자동차, 전기자동차 등의 고전압 시스템 및 대용량 애플리케이션에 최적의 솔루션으로 고려되고 있다.
염화나트륨니켈(NaNiCl) 축전지는 NiMH과 비슷한 수준의 낮은 내부 임피던스를 제공하며, 그 보다는 높은 에너지 밀도(약 100Wh/kg)를 제공한다. NaNiCl 축전지는 보다 낮은 사이클 저항을 가지나 약 350℃에서 동작한다. 냉각 요건은 쉽게 충족되지만 정지 후 재운용을 위해서는 가열이 필요하다. NaNiCl 축전지는 이미 상용화돼 있긴 하지만 발전 가능성이 폭넓게 검토되고 있으며, 높은 에너지 밀도로 인해 많은 자동차 연구 프로그램에 사용되고 있다.
리튬이온(Li-Ion) 축전지는 최대 125Wh/kg의 에너지 밀도를 제공하며 매우 낮은 내부 임피던스, 중상 수준의 사이클 저항을 갖는다. 현재 소형 실린더형 전지의 형태로 사용범위가 빠른 속도로 확장되고 있다. 최대 용량 60Ah의 전기자동차 애플리케이션용 대형 전지가 프로토타입으로 개발, 시험 중에 있다. 제조비용이 이 제품의 양산 적용에 발목을 잡고 있지만 규모의 경제를 통해 실용화가 가능할 것으로 전망된다.
2008년에는 대형 리튬이온 축전지가 일련 생산 단계로 접어들 것으로 예상되고 있다. 특히 하이브리드, 연료전지 및 전기 자동차의 용도로 자동차의 향후 사용 축전지로써 널리 인식되고 있다. 향후 발전 가능성 또한 매우 높다. 일부 연구보고서에 따르면, 에너지 밀도가 거의 2,000Wh/kg에 육박한다.
광범위하게 연구개발되고 있는 또 하나의 에너지 기술로는 Super- 또는 Ultra-capacitor (Supercap/Ultracap)가 있다. Supercap은 Toyota Prius에 적용되고 있다(그 역할은 미미하다). Panasonic Supercap은 기계식 제동 시스템의 전기-유압 펌프에 동력을 제공한다. Supercap은 무한정 지속되며 초고속 충전 및 방전율을 갖는다. 따라서 전기 구동 자동차의 가속화 및 회생 제동 시 충전에 필요한 서지(surge)를 제공하는 데 이상적이다.
축전지와 함께 Supercap을 사용하면 축전지의 고전류 요구를 차단하고 제조업체는 축전지 크기를 줄이고 수명을 연장할 수 있다. Supercap은 에너지 밀도가 높지 않고 충전손실 시 전압 강하가 발생하기 때문에 자동차 애플리케이션에서 전기 저장장치가 될 것으로 보이지 않는다. 그러나 축전지와 함께 사용된다면 차량 에너지 저장 시스템으로써 그 잠재력은 상당해 보인다. 모든 피크 부하(Peak Loading)는 Supercap에 의해 커버될 수 있으며 낮은 부하는 축전지에 의해 구동될 수 있다. 전기자동차의 경우, Supercap을 사용하면 범위는 20% 이상, 가속은 최대 15%까지 향상시킬 수 있다.
축전지 관리 (Battery Management)
최적 충전 상태로 축전지를 유지하고 차량 전기 시스템의 신뢰성 및 안전을 위한 축전지 관리 시스템은 차량 전력관리 시스템의 핵심 요소가 될 것이다. 축전지 관리 시스템은 센서를 사용하여 축전지의 전류 출력, 전압, 온도를 모니터링하고 용량을 유지한다. 이 데이터는 또한 축전지 상태에 대한 정보를 제공한다. 축전지 관리 시스템은 축전지가 고장 상태이거나 교체가 필요한 경우에 경고를 보낼 수 있다. 이 경우 차량의 안전 기능에 절대적이지 않은 소비자 시스템은 임시로 차단될 수 있으며 발전 시스템으로의 충전율이 최대화 될 수 있다. 축전지 관리 시스템은 또한 필요에 따라 최적 용량을 유지하기 위해 고방전 또는 재충전 중에 축전지 냉각을 위해 팬을 가동할 수 있다.
발전기 관리 (Generator Management)
제조업체들은 연료 효율의 향상을 위해 노력하고 있으며, 이에 따라 전기 발전 시스템의 효율이 관심의 대상이 되고 있다. 이러한 요구에 대해 벨트 구동 교류발전기 시스템이 항상 고려대상이 되었으나, 최소 충전 시에도 벨트 구동 교류발전기 시스템에서는 구동 벨트, 냉각팬 및 베어링 등을 통해 효율 손실이 누적된다.
일체형 스타터 교류발전기 댐퍼(ISAD)의 개발은 발전기 및 스타터 효율에 일대 도약을 예고하고 있다. ISAD의 경우, 발전기와 스타터 기능이 ICE의 플라이휠(댐퍼)로 통합되어 벨트 및 기어에 의한 구동 손실이 없어진다.
교류발전기가 비충전 시 엔진에서 에너지를 거의 흡수하지 않는다. 그러므로 발전기 관리 시스템은, 예를 들어 가속 중에 OFF 될 수 있으며 전기 요구 및 축전지 상태 센서 정보에 따라 출력을 항상 최적화 할 수 있다.
부하/무부하 전류관리
(Load/No-Load Current Management)
모든 차량 전기 시스템 조정(co-ordination)과 마찬가지로 전력관리 시스템은 차량의 엔진 및 충전 시스템이 동작하지 않을 때 팬, 보안, 인포테인먼트, 텔레매틱스 등을 관리해야 한다. 차량의 재기동을 위해 독립 기동 축전지 또는 Supercap 등을 포함하는 이중 시스템이 구성될 수 있다. 그러나 단일 축전지 시스템은 축전지 용량이 임계 수준에 도달하기 전에 컨슈머 시스템이 셧다운되도록 관리되어야 한다. 전자장치의 복잡성이 증가함에도 불구하고 무부하 전류관리에 반전 추세가 나타나고 있다.
보조 연료전지 시스템
(Auxiliary Fuel Cell Systems)
신뢰성 및 서비스 수명 문제로 인해 아직 일련 생산되고 있지는 않으나 연료전지 기술이 차량용 보조 전원 시스템(APU)에 적용되고 있다. 2001년에 BMW는 7-시리즈를 통해 텔레매틱스, 인포테인먼트 및 전자식 시스템 등의 기능을 제공하는 APU를 선보였다.
연료전지 APU는 독립 전기 저장 기능을 제공하고 축전지 및 발전기 관리로 지원하며 차량 엔진 비작동 시 전원을 제공함으로써(long-haul 트럭의 경우, 트럭 정지 시에 기후 제어 및 인포테인먼트 시스템에 필요한 전력을 제공하는 등) 전체 전력관리 부문에 기여할 수 있는 잠재력이 있다. 연료전지자동차 APU는 개질 페트롤(Reformed Petrol)로 동작할 수 있다. 신뢰성 및 서비스 문제가 해결된다면 연료전지자동차 APU는 연비 향상(일부 업체에 따르면, 1리터/100km)에 기여할 수 있다.
아키텍처
지난 15년 동안 차량 당 E/E 제어장치의 개수는 획기적으로 증가했다. 1991 Mercedes-Benz S-클래스는 엔진, 변속기 및 컨트롤 패널을 제어하기 위해 3개의 제어장치를 탑재했다. 2005 S-클래스는 70개의 제어장치를 탑재했다. 이러한 장치가 제어하는 기능의 수는 1995년 25개에서 160개 이상으로 증가했다.
1990년대 말 이후의 성장 추세와 반대로 차량 내 제어장치의 개수는 앞으로 감소할 것으로 예상된다. 2015년에 목표는 총 20여 개의 위성 제어장치와 7개 정도의 중앙 집중 제어장치를 제공하는 것이다. 부분적으로 고객에게 별다른 장점이 되지 않는 일부 기능을 제거하여 달성될 수 있을 것이다. 차량 당 구현 기능의 수는 향후에 약간 증가할 것으로 예상된다. 기능 증가는 새로운 전력관리 개념과 관련될 것이다.
앞으로 제어장치의 감소 추세와 함께 분산화가 대세가 될 것이다. 최근까지 시스템은 대체로 엔진 베이 또는 가속 페달 내에 버스 라인을 포함하여 플로어 및 섀시 공간을 통해 채널링되는 25개 전기 중심원(lead)으로 과도하게 중앙 집중화되었다. 모든 기능은 중앙 제어장치에 의해 제어되었다. 분산화된 제어장치는 차량의 독립 모듈로의 분할을 지원할 것이다. 기능 블록 당 하나의 제어장치를 사용하여 장치는 운전자 공간 또는 대시보드 모듈, 루프 또는 각 도어 등 관련 위치에 놓일 수 있다.
E/E 시스템에 대해 모듈을 사용하면 부피 및 무게를 줄일 수 있다. OEM에 자율 모듈을 공급하면 최종 조립도 간단하게 된다. 분산화는 또한 전원공급장치와 신호원 영역을 분리함으로써 신호간섭을 최소화 한다. 예를 들면, 차량의 오른쪽 면은 전원공급 시스템을 위해 사용하고 왼쪽 면은 신호원을 제공하는 데 사용할 수 있다.
분산화는 ‘지능형’ 센서를 개발하기 위해 센서와 반도체 회로를 결합함으로써 도움이 될 수 있다. 많은 분석 및 평가 프로그램이 센서로 직접 통합되어 진단에 사용될 수 있다. 모니터링, 데이터 평가, 신호처리는 중앙 제어장치에서 떨어진 곳에 둘 수 있다. 이는 또한 버스 시스템을 통해 직접적인 센서 통신을 가능케 한다.
E/E 기능의 수와 복잡성의 증가, 부품업체의 부품, 시스템 및 모듈 제작 추세로부터 표준화된 E/E 아키텍처와 소프트웨어에 대한 필요성이 더욱 증가하고 있다. OEM들은 오래 전에 차량 시스템 간의 연동을 다른 업체로부터 차별화하기 위한 전략적 이슈로 보았다. 제조산업의 경험 부재, 자동차 개발기간과 전자장치 기술의 짧은 라이프사이클 간의 기간적 모순은 이 사업의 표준화를 저해하는 요소로 작용했다. OEM들은 표준화 없이는 원하는 비용을 맞출 수 없다는 인식은 하고 있으나 업계표준으로써 단일한 네트워크 아키텍처는 도출되지 않고 있다.
제조업체들이 사용하는 네트워크 유형 및 프로토콜은 다음과 같다.
쪾LIN(Local Interconnect Network): 초저가 차량 내 서브 네트워크
쪾CAN(Controller Area Network): 자동차 부품 간 연동을 위한 저가의 저속 시리얼 버스
쪾FlexRay: 안전 임계 특징을 갖는 범용 고속 프로토콜
쪾MOST(Media Oriented Systems Transport): 고속 멀티미디어 인터페이스
쪾KW2000(Keyword Protocol 2000): 시리얼 버스 또는 CAN에서 동작하는 자동차 진단 장치용 프로토콜
쪾DC-BUS: 여러 CAN/LIN 네트워크가 다른 캐리어 주파수를 사용하여 동일한 전력선을 공유하는 단일 자동차 전력선 통신 다중화 네트워크
또한 많은 자동차 제조업체들은 고유 차량 버스 표준 또는 CAN 등의 공개 프로토콜을 이용한 오버레이 고유 메시지를 사용한다. 그러나 멀티미디어 및 전자식 솔루션의 사용이 증가함에 따라 MOST와 FlexRay가 대세가 될 것으로 예상된다.
FlexRay는 BMW와 Daimler Chrysler가 반도체 업체들과의 협력을 통해 개발하고 있다. FlexRay는 안전 관련 애플리케이션의 전자적 제어를 가능케 한다.
모든 센서, 제어장치 및 액추에이터 또한 가용성 향상을 위해 중복적으로 개발되고 있다. 이는 전자식 조향 등 신기능의 패키징 성능을 향상시키는 역할을 한다. FlexRay는 5Mbps의 고속 데이터 전송률을 제공하며 2008년에는 1.5Mbps의 데이터 전송률을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
임베디드 소프트웨어
소프트웨어 개발은 차세대 시스템 개발비용에서 그 비중이 점차 커지고 있다(가치창출 비중이 전자장치의 4배). Hella에 따르면, 소프트웨어가 자동차에서 차지하는 비중은 2003년에 4%에서 2010년에 13%로 증가하게 된다. 메카트로닉 기능의 75% 이상이 소프트웨어에 의해 구현될 전망이다.
소프트웨어는 엄청난 차별화 요소이다. 기본 모델에서 풀 스펙 톱 모델에 이르기까지 동일한 기계적 하드웨어를 공유할 수 있으며 운전 동특성의 차별화를 위해 소프트웨어를 사용하게 된다.
하드웨어 플랫폼은 여러 부품업체가 제공하는 소프트웨어를 호스팅 할 수 있을 것이며 소프트웨어는 독립 제품으로 제공될 것이다.
제어장치의 감소를 위해서는 소프트웨어의 성능 향상이 필요하다. 복잡성을 줄이기 위해 표준이 필요하지만 하드웨어와 마찬가지로 표준은 아직 정립되지 않았다. 소프트웨어 개발의 표준화를 위한 노력의 일환으로 BMW, Daimler Chrysler, VW, Bosch, Continental, Siemens VDO는 AUTOSAR 계획을 입안했다. 그 목적은 향후 애플리케이션과 표준 소프트웨어 모듈의 기능 관리를 위한 인프라로 사용될 표준화된 E/E 아키텍처 개념 및 E/E 아키텍처용 공개 표준의 공동개발 및 상용화에 있다.
Robert Bosch의 이사회 회원 Volkmar Denner 박사는 “AUTOSAR는 미래 자동차 전자장치의 핵심기술로 소프트웨어의 기능성 및 통합을 보다 용이하게 할 것”이라며 “AUTOSAR는 자동차의 모든 전자 시스템에 유연성을 부여하여 센서 통합 등의 핵심 요소가 될 것이다. 이러한 시스템은 매우 복잡하며 다양한 부품업체가 제공하는 각기 다른 센서 시스템을 사용한다. 이러한 경우에 AUTOSAR는 분명히 커다란 도움이 될 것”이라고 말했다.
해결과제
전자 전력관리 시스템의 발전을 도모하기 위해선 여러 과제를 해결해야 한다. 자동차는 E/E 장치를 포함하는 다른 기기, 특히 컴퓨터나 휴대전화 등 IT 장치보다 수명이 길다. 자동차 제조업체들은 현재 차량의 안전운행 기간을 최소한 15년 이상으로 상정하고 있다(이 기간 동안 휴대전화나 컴퓨터는 여러 번 교체될 것이다).
또한 안전관련 시스템을 포함하여 차량 E/E 시스템에 필요한 신뢰성 수준은 다른 기기보다 훨씬 높다. 이는 높은 수준의 품질 제어뿐만 아니라 많은 경우에 이중 또는 백업 시스템을 포함할 것을 요구한다.
예를 들어, 조향은 차량 제어의 가장 중요한 요소이기 때문에 전자식 조향의 도입은 E/E 시스템 오류 시 이를 대신할 백업 기계 또는 유압 시스템을 포함시킴으로써 가능할 수 있다.
전력 전자장치의 성장은 자동차 제조산업을 변화시키고 있다(지난 10년 동안 수직적 통합에서 협력업체 의존도가 증가하는 쪽으로 변하고 있다). 시스템 아키텍처 및 소프트웨어 IT업체를 포함하여 전자시장에 신규 업체가 등장하고 있다.
하이브리드 기술의 도래로 명확히 확인되었듯이, 전력 전자장치 제공업체는 Tier 1 업체와 협력관계를 맺는 추세다.
메카트로닉 부품의 도입과 함께 OEM의 부품업체에 대한 요구도 새로워지고 있다. 부품업체들은 소프트웨어, 전자장치, 기계장치, 열전달 및 유압장치 등 상보적 경쟁력을 통합해야 할 필요가 있다. 미래의 네트워크는 각각의 전문성을 가진 여러 기업들의 다양성을 이용할 것이다. 이러한 네트워크는 임시적일 것이며 특정 프로젝트에 기초하게 될 것이다.
시장의 동적 특성
차량 전자 시스템의 가치는 현재 25%(2,700달러)에서 2010년에는 35%(4,300달러)로 증가할 것으로 예측된다. 이는 모듈 기반 소프트웨어 플랫폼 및 제어장치의 통합 추세를 한층 가속화 시킬 것이다. 물론 제어될 기능의 수도 증가하게 된다.
2006년 글로벌 전자장치 부품 시장규모는 170억 달러에 달한 것으로 추정된다. 전자 서브시스템 시장은 1,830억 달러, 전력 전자 서브시스템을 포함하는 제품 시장은 3조 달러 규모가 될 것으로 예측된다.
위의 전체 시장에서 자동차산업의 비중은 약 13%이지만 빠른 성장 속도를 보이고 있다.
자동차용 반도체 시장 규모는 2005년에 163억 달러를 기록했으며 2010년에 234억 달러 규모로 성장할 전망이다. 이는 약 8%(경차 생산 성장률의 두 배)의 연평균 성장률에 해당한다. 가장 고속 성장이 예상되는 지역은 중국으로 22%의 연평균 성장률을 통해 매출 규모가 현재의 5억 9,500만 달러 수준에서 2010년에 16억 1,600만 달러 수준에 달할 것으로 예상된다. 북미, 유럽, 일본 등의 최대 시장은 5~6%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상된다.
전자부품 중 생산량이 최대인 마이크로컨트롤러(MCU)와 전력반도체는 2010년까지 각각 7%, 6%의 연평균 성장률이 예상된다. 센서는 최대 성장률을 보여 연평균 성장률이 12%에 달할 것으로 예상된다. 서브시스템의 경우 전자 파워 조향장치의 생산량과 시장점유율은 각각 2005년 530만 대, 9%에서 2010년에 157만 대, 21% 이상으로 증가할 것으로 전망된다. 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)은 2005년 2,600만 대에서 2010년에는 1억 5,500만 대 수준으로 성장할 것으로 예상된다.
하이브리드자동차 판매량은 2006년에 50만 대에 달할 것으로 예상된다. 이 중 미국에서 60%, 일본과 유럽에서 각각 25%와 15%가 판매된 것으로 예상된다.
하이브리드자동차 판매량은 2011년에 280만 대, 2015년에 600만 대로 증가할 것으로 전망된다. 이 기간 동안 유럽에서의 시장점유율은 2011년에 27%로 증가하고 2015년에 15%로 줄어들 것으로 예상된다.
전체 연료전지자동차 시장은 2007년에 약 7억 7,500만 달러 규모가 예상되며 2013년에 980억 달러 수준으로 성장할 것으로 보인다. 현재 개발은 버스 및 경승용차에 초점이 맞춰 있으나 트럭이 연료전지자동차 판매량의 상당 비중을 차지하게 될 전망이다.
<저작권자 © AEM. 무단전재 및 재배포, AI학습 이용 금지>