자동차 구조에서 전자 부분의 몫은 매년 증가하는 추세에 있다. 전자기술의 중요한 역할은 기본적으로 운전자가 더욱 안전하고 편안하게 운전할 수 있도록 지원하고, 동시에 연료를 더욱 절감하며 배출가스를 줄이는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 오늘날 자동차에는 다양한 전자 시스템이 결합되어 있다. 이런 분산된 시스템을 연결하는데 사용하는 배선 장치는 엄청난 케이블을 필요로 하게 된다. 이로 인해 전체적인 차량 무게가 증가하고 제조비용이 상승하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 모든 시스템을 차량 내에서 실행되는 한 개 혹은 두 개의 전선으로 구성된 하나의 공통 네트워크 버스에 연결하는 방법이 개발되었다. 그리고 저속 네트워크 기술로는 점차 늘어나는 차량 전자장치를 빠르게 제어하지 못하게 되자 전자장치 간 통신 속도를 높여주는 고속 차량 네트워크 기술이 등장하고 있다.
CAN은 오랫동안 자동차의 ECU를 접속하는 주요 버스 기술로 사용돼 왔다. 하지만 자동차에서 필요한 데이터 전송 속도를 CAN에서는 기대할 수 없는 대상이 개발되자, 이보다 빠른 전송 속도를 갖는 시간결정적 프로토콜이나 다수의 고장 방지 시리얼 버스 시스템의 개발이 이루어졌다. 예를 들면 TTP(Time Triggered Protocol), Byteflight, TTCAN(Time Triggered CAN) 등이 있다.
하지만, CAN을 대체할 수 있는 수준에 이르기에는 여러 가지 문제로 인하여 좋은 해결책은 아니었다. 이것이 동기가 되어 2000년 9월에 BMW와 다임러크라이슬러, 모토로라(現 프리스케일 반도체), 필립스 반도체(現 NXP)가 공동으로 참여하여 설립한 단체가 FlexRay 컨소시엄이다.
현재 FlexRay 컨소시엄의 핵심 파트너는 7개사로서 창립 멤버 4개사에 GM, VW, 보쉬가 추가된 형태다. 또한 프리미엄 어소시에이트 멤버(FlexRay에 관한 모든 라이선스를 이용할 수 있으며, 또한 FlexRay 컨소시엄에 대해 무상 공개되고 있는 IP 코어를 모두 이용할 수 있다. 워킹그룹에도 참가할 수 있으며 투표권을 갖는다)에 14개사, 어소시에이트 멤버(프리미엄 어소시에이트 멤버와 비슷하지만 투표권은 없으며 워킹그룹에도 참가할 수 없다)에는 65개사, 디벨로프먼트 멤버(어소시에이트 멤버와 비슷하지만 검토중인 규격 등에 대한 접근이 불가능하다)에 43개사가 가입되어 있다. 현재 규격은 무상으로 공개되어 있으며 Version 2.1 Revision A가 최신 버전이다.
FlexRay가 비록 기술적 진보를 거듭하고 있지만, CAN과 LIN 버스의 역할엔 당분간 큰 변화는 없을 것이란 전망이다. FlexRay가 사용되더라도 자동차 와이퍼나 파워 윈도 제어와 같은 LIN 애플리케이션 영역이 존재하기 때문이다. 이런 기능들은 차량 내 다른 부분과 크게 통신할 필요가 없는 국지화된 제어 기능들이고 낮은 데이터 대역폭을 요구한다.
CAN 역시 미래에 자동차 제어 아키텍처에서 중요한 역할을 계속할 것으로 전망된다. 비록 CAN의 1Mbps 대역폭이 최신 자동차의 총 대역폭 요구 수준을 수용하는 데는 부족하겠지만 적어도 한 동안은 창의적인 엔지니어링을 통해 유용한 현실적인 솔루션이 될 것으로 보이기 때문이다. 실제로 CAN은 타임-트리거(Time-Triggered) 변수들과 같은 개선된 특징들을 가지고 결정적 프로토콜(deterministic protocol)로 진화하고 있다. 특히 CAN은 이미 도로를 달리고 있는 검증된 기술이라는 점이 큰 강점이다.

FlexRay의 가능성

FlexRay는 기존의 차량 네트워크에는 존재하지 않았던 기능을 상당히 많이 제공하며, 이를 통해 새로운 분야에 적용할 수 있는 길을 열어가고 있다. 기본적인 기능으로는,

쪾 2×10Mbps의 데이터 속도: 각각 10Mbps의 데이터 속도로 작동하는 통신 채널 2개를 지원한다.
쪾 동기화된 시간축: 시간축은 자율적으로 설정되며 프로토콜에 의해 동기화되어 애플리케이션에서 사용 가능하게 된다. 시간축의 정밀도는 0.5㎲s∼10㎲s 범위(일반적으로 1∼2㎲s).
쪾 확정된 메시지 대기 시간과 변동 폭 보장
쪾 이중화 및 비이중화 통신
쪾 유연성: FlexRay 개발에서 주요 초점은 유연성이었다. 이중화(redundant) 또는 비이중화(non-redundant) 방식으로 전송될 메시지를 자유롭게 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 가용성(정적 대역폭 할당) 또는 처리량(동적 대역폭 할당)에 맞게 시스템을 최적화할 수도 있다. 또한 기존 노드에서 소프트웨어를 조정할 필요 없이 시스템을 확장할 수 있다. 버스 토폴로지 뿐만 아니라, 스타 토폴로지도 지원된다. 다양한 구성 파라미터를 통해 통신 사이클의 지속 시간 또는 메시지 길이 등 특정 애플리케이션의 요구사항에 맞게 통신 시스템을 조정할 수 있다.

 적용분야는
쪾 CAN 대체
쪾 여러 개별 네트워크 간의 연결을 제공하는 차량용 백본
쪾 실시간 애플리케이션, 분산 제어 시스템
쪾 X-by-Wire 시스템과 같은 안전중심의 시스템 설계 지원

등이 그 대상이다.
독일 연방 통계국의 2005년 통계에 따르면, 등록된 차량 대수는 증가했으나 교통사고로 인한 부장자수는 감소한 것으로 나타났다. 이런 경향은 2006년에도 계속되어 1월에서 8월까지의 사망자가 3,260명으로 전년도에 비하여 7.8% 감소했다고 한다. 부상자수는 같은 기간에 5.8%로 줄었다.
이와 같이 교통사고 건수가 감소하게 된 결정적인 이유는 능동안전 시스템(Active Safety System)과 운전자를 지원하는 보조 시스템 때문이라고 독일 연방 통계국은 분석했다. 일례로, ESP(Electronic Stability Program)는 자동차의 미끄러짐으로 인한 사고 건수를 80%까지 감소시켰다고 한다. 이처럼 교통사고로 인한 인명 피해를 줄이기 위해 자동차업계가 능동안전 시스템과 운전자 보조 시스템을 개발하고 새로운 혁신적인 시스템을 도입하는데 집중하고 있다. 이런 시스템들은 운전자에게 중요한 정보와 지시를 할뿐만 아니라 종종 수정 지시를 하여 운전을 더욱 안전하게 유도한다. 이와 같은 시스템은 새시와 드라이브 트레인에 대한 전자식 인터페이스가 필수적이다.
FlexRay는 최초에 자동차의 X-by-Wire(Brake-by-Wire, Steer-by-Wire 등) 구현을 위한 기술로 생각했지만 제조효율성 제고, 안전 규격, 편이 사양 확산 등의 경향으로 진화를 거듭하고 있다.
대부분의 자동차 메이커들은 FlexRay를 사용한 자동차 개발을 기정사실화하고 있다. BMW, 포드, GM, 토요타 등을 위시하여 선진 자동차 메이커들이 속속 FlexRay 규격을 도입하고 있으며, 국내에서는 GM대우, 현대/기아자동차, 르노/삼성자동차 등이 FlexRay 컨소시엄에 참여하여 관련 기술을 개발하고 있다.
FlexRay 시스템은 2006년 8월 파리 모터쇼에서 일반에게 공개된 BMW X5 모델에 최초로 채용되었으며 2007년 3월 초에 국제 자동차 시장에 판매되기 시작했다. 여기서 FlexRay는 자동차의 액티브 새시 시스템에서 중앙 제어 모듈과 각 충격 흡수장치(Shock Absorber)에 있는 4개의 주변 ECU 간의 안전하고 신뢰성 있는 데이터를 전송한다.

고급 차종부터 순차적 도입

일본 자동차 메이커로서는 토요타자동차가 처음으로 2010년도에 투입하는 차종부터 FlexRay를 채용할 계획이라고 발표했다. 우선, 하이브리드 카의 파워트레인과 고급차의 차량 운동 제어를 위해 FlexRay를 이용하기로 했다. 혼다도 빠르면 2009년도에 투입하는 신형 하이브리드 카에 FlexRay를 채용할 가능성이 있다고 일본 언론들이 보도했다.
2010년에 하이브리드 카의 연 100만대 판매를 목표로 하고 있는 토요타는 2009년에 프리어스 하이브리드 모델의 전면 개량과 함께 디젤 하이브리드 카의 제품화를 검토하고 있는 가운데, 차량 네트워크 기술의 대체가 불가피할 것으로 판단하고 있다.
이 회사는 데이터 교환량이 늘어나는 차세대 하이브리드 시스템의 엔진과 모터를 정밀하게 관리하고, 유압 등의 기계적 제어를 대신하는 자동차 전자화로 액추에이터의 수가 급증함에 따라 브레이크나 스티어링 등 차량 운동의 X-by-Wire를 추진하기로 했다.
현재 유럽에서는 최대 10Mbps의 풀 스펙으로 FlexRay를 표준화하고 있다. 반면, 일본에서는 지난해 2.5Mbps와 5Mbps의 저속 사양을 책정했다. 애플리케이션에 대해 폭넓은 유연성을 가져가겠다는 전략이다. 토요타는 비용 대비 효과 면에서 가장 현실적인 5Mbps를 선택했다. 혼다 역시 5Mbps를 검토하고 있다.
이처럼 FlexRay는 기존 버스에 이은 차세대 규격으로 이제 막 도입 초기 단계에 접어들었다. 2∼3년 후엔 많은 차종이 FlexRay를 통해 안전성과 성능이 더욱 강력해지게 될 것이다.
그러나 자동차의 경우, 모든 통신 버스를 단번에 바꾼다는 것은 사실상 불가능하다. 특히 X-by-Wire의 경우, 단순히 버스만이 아니라 플랫폼 전체에 미치는 영향이 크다. 예를 들면 서스펜션의 경우, 기존의 기계식인 것을 X-by-Wire 지원 액티브 서스펜션으로 바꾸는 것으로는 충분하지 않다. 처음에는 기계식과 완전히 동일한 특성을 가지는 액티브 서스펜션으로 치환하는 패턴이 많겠지만, 그렇게 되면 X-by-Wire로 바꾸는 의미가 그다지 없다. 액티브 서스펜션의 특징을 최대한 이끌어내기 위해서는 플랫폼의 재검토가 필수적이다. 즉, 플랫폼 설계 단계에서 X-by-Wire를 고려한 시스템으로 바꿔야 한다는 얘기다.
FlexRay는 현재 다수의 자동차 메이커들이 개발에 들어간 통신 프로토콜이다. 이미 다수의 FlexRay 지원 마이크로컨트롤러를 비롯해 FlexRay 기반 통신 시스템을 설계 및 구성할 수 있도록 지원하는 툴들이 제공된다. FlexRay가 CAN과 같은 표준 기술이 되려면 앞으로도 2~3년 정도는 걸릴 것으로 예상된다.

AEM_Automotive Electronics Magazine