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Nikkei Automotive_2019.7 특집 요약 (p42-56)

자동차 내장∙HMI의 설계 혁신
자율주행 본격 도입, 자동차의 가치 전환을 기회로

자동차의 내장(內裝)이나 HMI(Human Machine Interface, 인체공학적 설계)에 설계 혁신의 움직임이 일어나고 있다. 자율주행의 본격 도입을 앞두고, 운전자나 차내의 사람이 실내에서 어떻게 지내는지가 중요해졌기 때문이다. 바람직스러운 유저 체험을 설계, 그에 맞춰서 내장이나 HMI를 제로부터 재검토하는 시도가 시작되었다.

Part 1. 변하는 자동차의 가치
자동차 실내는 ‘디지털 라운지’로

자동차의 가치가 외관이나 파워트레인에서 내장이나 HMI로 옮겨가기 시작했다. CASE(커넥티드, 자율주행, 셰어링, 전동화)의 흐름. 자동차를 직접 운전하지 않아도 되고 차내에서 자유롭게 지낼 수 있게 되면 내장이나 HMI는 더욱 중요해진다. 자동차 제조를 발본적으로 재검토하여 내장이나 HMI를 통한 새로운 유저 체험을 모색하는 움직임이 나오기 시작하였다.

자동차 개발의 상식을 버리고 제로부터 이상을 추구한다. 전기자동차(EV) 벤처기업인 미국 테슬라나 중국 바이튼이 전개하는 자동차 내장은 놀랄 정도로 심플하다. 기계적인 스위치 종류를 대폭으로 줄이고 시트와 터치스크린이 있을 뿐이다. 그러나 기능은 많다. OTA(Over The Air)에 의해 차량탑재 소프트웨어를 경신하면 자율주행 등 다양한 기능을 추가할 수 있다.

테슬라의 이념은 ‘지속가능성을 추구하는 것’이다. 배기가스를 배출하지 않는 EV는 한번 하드웨어를 구입하면 OTA를 통해 시스템을 최신 상태로 유지할 수 있다. 자율주행으로 사고나 정체도 줄일 수 있다. 그 이념에 근거해서 설계된 내장이나 HMI는 소프트웨어를 중시한 결과 스마트폰의 유저인터페이스에 가까워졌다. 평소에 스마프폰에 익숙한 유저 입장에서 보면 위화감이 없다.

바이튼이 19년 말에 양산을 시작하는 SUV ‘M-Byte’의 내장도 테슬라에 가깝다. 대시보드에 폭 48인치의 곡면 디스플레이를 탑재한다. 실내를 거실의 연장이라고 보고 자동차를 모바일∙디지털∙라운지로 만든다. 대화면 디스플레이 외에 운전석과 보조석의 시트가 회전할 수 있도록 하여 대화하기 쉬운 환경을 만든다.

-- 자동차의 가치 전환이 시작되었다 --
“내장이나 HMI 등의 조종석 관련 시장은 2030년에 전동파워트레인 시장을 웃돈다”. 프랑스의 내장 부품업체인 Faurecia의 Patrick Koller CEO는 자동차의 가치전환이 부품 시장에 큰 변혁을 불러일으킬 것이라고 지적한다.

자동차의 가치 전환이라는 것은 유저가 외장 디자인이나 파워트레인보다도 내장이나 HMI로 자동차를 선택하는 것을 가리킨다. 지금까지 자동차는 ‘소유하는 기쁨’이나 ‘달리는 기쁨’이 유저 체험의 중심이었고, 그것들과 관련된 외장 디자인이나 파워트레인이 중시되어 왔다. 그러나 CASE의 흐름으로 자동차는 소유하지도 않고 운전도 하지 않아도 된다. 유저 체험도 ‘차내에서 어떻게 지낼까?’가 중심이 되면서 내장이나 HMI의 중요성이 상대적으로 높아진다. 스마트폰을 일상적으로 사용하는 젊은 세대를 중심으로 “미래적인 내장이나 HMI에서 가치를 찾는 경향이 강해지고 있다”(독일 아우디)는 지적도 많다.

테슬라나 바이튼의 사례를 보면, 차세대 내장이나 HMI는 외관은 심플하지만 소프트웨어나 센서, 차량탑재 컴퓨터 등은 복잡화, 대규모화하는 경향이 있다. 유저의 터치나 제스처, 음성 입력은 물론 얼굴의 방향이나 표정, 눈을 뜬 정도 등도 센서가 판독한다. 이러한 정보를 차량탑재 컴퓨터나 클라우드 상에서 처리해서 유저에게 적절한 출력을 되돌려준다. 자동차는 스마트디바이스나 IoT(사물인터넷) 기기 그 자체가 되므로 유저 입장에서는 스마트폰 등과의 구별이 없어진다.

테슬라나 바이튼 이외의 자동차업체도 내장이나 HMI의 변혁을 위해 움직이고 있다. 독일 다임러는 음성 대화형 인포테인먼트 시스템 ‘MBUX(Mercedes-Benz User Experience)’를 18년에 7차종에 탑재하였고 19년에 발표하는 새로운 7차종에도 채용한다고 한다. 다임러는 “직감적인 HMI가 자동차의 가치 향상으로 이어진다”라고 강조한다.

-- 시스템 통합화가 열쇠 --
-- 공동화(空洞化)의 위험성 --

Part 2. 시트 업체의 하극상
시트를 중심으로 시스템 재구축

자동차의 내장이나 HMI 분야에서 부품업체의 협력이나 인수가 활성화되기 시작하였다. 그 중에서도 눈에 띄는 것이 시트업체와 쾌적∙안전장비업체의 협력이다. 자율주행 시에 시트가 회전하면 대시보드의 기능을 조작하기 어려워진다. 그래서 다양한 기능을 시트에 통합함으로써 편리성이나 안전성을 확보한다. 항공기처럼 시트마다에 독립된 내장∙HMI가 필요하다.

자율주행 시대의 내장∙HMI를 생각하는데 있어서 중요한 키워드가 2개 있다. ‘개별화’와 ‘간소화’다. 개별화는 같은 차내에 있으면서도 개개인이 독립성이나 프라이버시를 확보하는 것을 가리킨다. 가족이라도 차내에서 하고 싶은 일은 제각각이다. 여려 명이 1대를 공유하는 MaaS 자동차라면 더욱 그렇다. 대시보드에 기능을 집약하는 지금까지의 디자인은 운용하기 어려워진다. 시트를 중심으로 시스템을 재구축하는 움직임이 나오고 있다.

간소화는 버튼이나 스위치 종류를 최대한 줄여 심플하지만 기능이 많은 디자인을 추구하는 것을 말한다. 좁은 차내에서 쾌적하고 생산적인 시간을 보내기 위해서는 내장∙HMI를 가능한 심플하게 만들어 공간을 확보해 다양한 일을 할 수 있도록 하는 것이 중요하기 때문이다. 간소화와 다기능화를 양립시키기 위해서는 다양한 물체의 표면을 디스플레이나 센서, 액추에이터로 이용하는 기술 개발이 추진되고 있다.

이처럼 향후의 내장∙HMI는 시트 등의 차내 인테리어에 다양한 전자시스템을 내장하는 방향으로 추진될 것이다. 시트업체와 인포테인먼트(가전) 업체의 협력이 늘고 있는 것은 이 때문이다. 앞으로는 시트에 국한하지 않고 도어나 창문, 천장 등 차내의 다양한 부위에서 부품업체 간 협력이 이어질 것이다.

이하에서는 프랑스 시트업체 Faurecia나 미국 Adient, 내장∙에어백업체인 도요타합성을 소개한다. 이들 업체들은 모두 개별화나 간소화를 강하게 의식하고 있다. 한편, 대형 1차 부품업체인 독일 보쉬나 콘티넨탈을 통해 내장∙HMI 그 자체보다는 많은 시스템을 다루는 다양성을 강점으로 하는 전략을 살펴본다.

-- Clarion의 기술을 내장하는 Faurecia --
Faurecia가 제안하는 ‘사운드버블’이라는 컨셉트는 ‘개별화’를 강하게 의식한 내용이다. 시트에 내장된 스피커와 노이즈 캔슬 기술을 사용해 운전석과 조수석에서 각각 다른 음악을 즐길 수 있도록 한다. 12~22년의 실용화를 목표한다. Faurecia는 시트나 인테리어에 진동자를 내장하여 표면을 스피커로 바꾸는 ‘서페이스 오디오’라는 기술도 개발, 디자인의 ‘간소화’를 목표한다.

Faurecia Japan의 Alejandro Espada 본부장은 “음향은 HMI 중에서도 가장 중요한 역할을 담당한다”라고 말한다. 지금까지는 차내에서 누가 어떤 음악을 들을지에 대해 논쟁을 하기도 하고, 누군가에게 전화를 걸 때는 음악을 꺼야 했다. 그러나 사운드버블로 이러한 스트레스를 없앤다.

Faurecia는 음향 기술에 강한 Clarion을 1,410억엔에 인수하였고, 19년 4월에는 노이즈 캔슬 기술을 전개하는 스웨덴의 Creo Dynamics를 인수하였다. 음향에 대한 집착을 엿볼 수 있다.

인수한 Clarion은 스피커의 특성을 초월한 음향 체험을 소프트를 통해 창출하는 ‘사운드IP’라는 기술로 약 10년의 실적을 보유하고 있다. 예를 들면, 소프트로 배음(倍音)을 추가하여 실제로 존재하지 않는 저음을 인간의 뇌에 착각시킨다. 이러한 IP를 이미 수십 종류 갖추고 있다. 유저는 소프트를 다운로드하기만 하면 스피커를 바꾸지 않고도 음질을 개선할 수 있다.

Clarion은 음향 외에도 강점이 있다. 차내 사람을 감시하는 시스템이나 전자미러, 주차지원시스템 등의 카메라 영상을 처리하는 ‘비전 도메인 컨트롤러’나 인포테인먼트, 미터 클러스터의 처리를 담당하는 ‘콕피트 도메인 컨트롤러’의 영역이다. 이미지를 사용한 Clarion의 주차지원시스템은 이미 닛산자동차의 ‘리프’에 채용되었다. Faurecia는 이들 기술을 조합하여 내장∙HMI의 종합적인 가치 제조를 목표한다.

중에서도 차내 사람 감시는 안전 면에서 중요하다. 차내 카메라로 사람의 움직임이나 자세를 감지할 뿐만 아니라 시트를 센서로서 이용해 심박, 호흡, 발한, 체중 분포 등을 측정한다. 이들 정보를 통해 쾌적한 정도를 판정한다. 또한 위험을 감지했을 때는 사람의 상태에 맞춰서 적절히 대응한다.

-- 미국 Adient는 유기EL에서 LG전자와 협력 --
-- 도요타합성은 인공근육을 응용 --
-- 대형 공급업체는 다양성으로 승부 --

Part 3. 진화하는 개발 환경
다른 시스템을 소프트로 연결

자율주행을 배경으로 자동차의 내장∙HMI가 변모하고 있다. 키워드는 ‘시스템통합’이다. 지금까지 각각이었던 각종 시스템을 통합하여 새로운 가치를 창출한다. 그를 위한 개발환경이 정비되기 시작하였다. 모델베이스의 개발 툴이나 복수의 시스템을 통합하는 소프트웨어 기반의 제안이 잇따르고 있다. SoC(System on Chip)의 고성능화가 점차 중요해지고 개발 경쟁이 격화된다.

자율주행 시대의 내장∙HMI는 많은 시스템에서 디자인이나 조작성을 통일하는 것이 과제다. 미터 클러스터나 인포테인먼트, HUD(Head Up Display)는 각각 공급업체가 다르다. 지금까지처럼 자동차업체가 대략적인 사양서를 작성하고 공급업체가 개별적으로 개발하는 방법으로는 통일감 있는 내장∙HMI를 실현하기 어렵다.

해결책으로서 자동차업체가 시스템기술언어 등을 사용해 추상도가 높은 모델을 만들고, 그에 기반해서 공급업체가 상세한 시스템을 만드는 ‘모델베이스’ 개발 방법이 주목을 받고 있다. 독일 폭스바겐을 비롯한 독일 자동차업체는 모델베이스의 HMI 개발에서 앞서고 있다.

HMI용 모델베이스 개발 툴로서는 독일 Elektrobit(EB)의 ‘EB GUIDE’가 유명하다. 폭스바겐의 차세대 전기자동차(EV) ‘ID.’ 시리즈의 HMI 개발에도 채용된 실적이 있다. 이 툴은 컨셉트 검토부터 프로토타입 개발, 양산용 상세 설계까지 공통의 HMI 모델을 채용할 수 있다. 하나의 HMI 모델로 복수의 시스템을 개발함으로써 설계 효율을 높이면서 디자인이나 조작성도 쉽게 통일할 수 있게 된다.

다른 종류의 툴과 연계된 독자적인 툴 체인을 구축하기 쉽다는 점도 폭스바겐은 높게 평가하고 있다. 일반적인 툴의 파일형식에는 표준으로 대응하고, ‘특수한 파일형식에는 애드온 기능으로 유연하게 대응할 수 있다”(EB Japan). 과거에 축적한 HMI의 설계 자산을 유용하기 쉽다. EB는 자동차업체의 요구에 따라서 최적의 툴 체인을 구축하는 서비스도 전개한다.

-- 가상화 기술에서 OS벤더 경쟁 --
시스템 기반을 지원하는 차량탑재 OS 분야에서는 가상화 기술(하이퍼바이저)을 사용한 시스템통합 제안이 이어지고 있다. 미국 Wind River와 Green Hills Software, 캐나다의 BlackBerry와 같은 차량탑재 OS 기업들이 차세대 HMI개발에서 치열하게 경쟁하고 있다.

하이퍼바이저를 도입하는 목적은 비용 삭감이다. 하이퍼바이저를 사용하면 하나의 SoC 상에서 복수의 OS를 가동할 수 있다. 예를 들면, 높은 신뢰성과 실시간성이 요구되는 미터 클러스터는 실시간 OS에서 가동시키고, 동시에 인포테인먼트 시스템은 스마트폰 등과 같은 리눅스에서 가동시킨다. SoC는 하나면 되기 때문에 부품 비용(BOM)을 줄일 수 있다. 성능 대비 비용이 높은 SoC로 변경하는 것도 쉬워진다. 하이퍼바이저의 도입은 19년 말부터 20년에 걸쳐 본격화될 전망이다.

차량탑재 OS 벤더의 경쟁 축은 주로 높은 안전성과 보안, 실적이다. Wind River 일본법인의 Michael Krutz 사장은 “항공∙방위∙산업기기 분야에서 35년의 실적이 있다”라고 강조한다. 항공기 ‘보잉 787’의 콕피트 시스템에 Wind River의 하이퍼바이저를 도입하여 제어박스를 12개에서 4개로 줄였다. 실시간 OS와 상용 리눅스, 하이퍼바이저를 통합한 제품 ‘Helix Virtualization Platform’을 19년 3월에 일본용으로 발매하였다. Wind River는 지금까지 미국 인텔의 산하에 있었지만 18년 6월에 미국 투자회사인 TPG캐피털에 인수되면서 독립 소프트웨어 벤더가 되었다. 다양한 SoC 벤더와의 협업을 통해 사업을 확대할 생각이다.

Green Hills Software는 내장 분야의 가상화 기술에서 20년의 실적이 있다. 항공∙우주 분야에서도 실적이 있다. 실시간 OS ‘Integrity’는 하이퍼바이저 기능을 갖추고 있으며, 일체형으로 성능 면에서 우위성이 있다고 한다. 미국 퀄컴의 SoC를 사용해 하이퍼바이저 상에서 안드로이드∙리눅스 베이스의 인포테인먼트와 실시간 OS 베이스의 미터 클러스터를 작동시키는 시연을 한다.

-- SoC의 고성능화 경쟁 가속 --

 -- 끝 --