Nikkei Automotive_2023.8 특집 (p56-60)

차량 탑재 통신 기술 개발
광섬유나 무선(UWB)으로 대체

자동차의 전기/전자기기 등을 연결해 전력이나 신호를 전송하는 와이어링 하네스를 대체하는 차량탑재 통신기술의 개발이 활발해지고 있다. 자동차의 고기능화와 자율주행화로 1대당 탑재하는 와이어링 하네스가 증가할 것으로 전망되기 때문이다. 이로 인해 차량 질량이 증대되면서 연비나 전력소비율(전비)이 악화되거나 비용이 증가할 우려가 있다.

자동차에는 보통 1대당 약 20kg의 와이어링 하네스(이하 하네스)가 탑재돼 있다. 대형 차량에서는 40~50kg 정도에 달하는 것도 있다. 차량 내부 전체에 둘러쳐져 있어 하네스를 구성하는 전선의 총 길이는 1대당 수 ㎞에 달한다.

자동차는 고기능화로 인해 많은 전자기기를 탑재하게 되면서, 이들 기기를 연결하는 하네스의 양도 증가하고 있다. 앞으로의 자율주행화를 생각하면, 센서 증가와 고성능화로 인해 하네스가 더욱 증대되고, 고속통신에 대응하기 위해 하네스의 지름을 굵게 할 필요도 있다. 하네스의 조립은 수작업인 경우가 많기 때문에 지름이 굵어지면 다루기가 어려워진다.

하네스의 총 질량을 줄일 수 있으면 차량의 경량화도 가능해진다. 하네스 수를 줄이거나 가늘게 할 수 있으면 배선 작업의 부담도 줄일 수 있다. 이러한 가운데, 기존의 하네스를 대체할 기술 개발의 방향성은 요구되는 통신속도로 나뉘게 된다.

고도의 선진운전지원시스템(ADAS)이나 자율주행 등 고속/대용량 통신이 필요한 용도 전용의 하네스는, 스미토모전기공업, 후루카와전기공업, 야자키총업 등의 하네스 업체가 10Gbps 이상의 고속통신에 대응하는 광섬유를 사용한 하네스를 개발하고 있다. 광섬유는 기존의 금속 하네스와 비교해 같은 시간에 많은 양의 데이터를 보낼 수 있어 고속통신이 가능하다.

광신호는 전자파 노이즈의 영향을 받기 어렵고 고속통신에서도 높은 내노이즈 성능을 유지할 수 있다. 한편, 기존의 하네스에서 전송하는 전기신호는 통신의 고속화에 따라 내노이즈 성능이 악화된다.

또한 광섬유의 재료는 유리나 수지 등이다. 구리(Cu)나 알루미늄(Al)과 같은 금속을 사용하는 기존 하네스에 비해 가볍게, 가늘게 할 수 있다.

-- 센서의 고성능화를 비즈니스 기회로 --
10Gbps가 넘는 고속통신용 광섬유를 사용한 차량용 하네스는 아직 실용화되지 않았다. 스미토모전공은 26년 실용화를 목표로 ‘광하네스’라고 부르는 제품을 개발하고 있다. 스미토모전공은 ISO(국제표준화기구) 등 표준화 단체에도 참가하고 있으며, 24년 3월에 책정 예정인 광섬유를 사용한 하네스의 규격화를 선도해 나갈 생각이다.

스미토모전공이 비즈니스 기회라고 기대하는 것은 차량에 탑재하는 고성능 센서의 증가다. 자율주행을 실현하기 위해 일반적인 차량탑재 카메라나 밀리미터파 레이더뿐만 아니라 LiDAR(레이저 레이더)나 8K 카메라와 같은 센서를 채택할 경우, 차량 안팎에서 고속/대용량 데이터 통신이 필요할 것으로 본다.

기존 하네스에서도 10Gbps 정도의 고속통신이 불가능한 것은 아니다. 스미토모전공의 기술자에 따르면, 금속제 하네스의 전송 속도의 한계는 25Gbps라고 한다. 다만 통신의 고속/대용량화에 대응하면 하네스의 직경이 굵어져 질량이 증가한다. 스미토모전공은 이러한 고속통신에서의 광하네스의 우위성을 어필해 나간다.

스미토모전공은 자율주행화를 전망해, 스미토모베이크라이트와 공동으로 분기(分岐) 기능을 갖춘 광하네스도 개발하고 있다. 광통신의 고비용화 요인인 'FOT(Fiber Optical Transceiver)'를 줄일 수 있다고 한다. FOT는 광신호와 전기신호의 변환을 담당하는 모듈이다.

스미토모베이크라이트는 ‘폴리머 광도파로’라고 부르는 자사의 자체 기술을 채택한, 분기용 커넥터 개발을 담당한다. 이 커넥터는 고객의 요구에 맞춰서 여러 광신호를 손실을 억제하면서 합파, 분배할 수 있다고 한다.

분기 기능을 갖춘 광하네스의 용도로는, 예를 들면 8K 카메라와 같은 고정밀 센서로 인식한 정보를 자율주행용 ECU(전자제어유닛)와 디스플레이에 동시 전송하는 것이 가능하다.

스미토모전공은 광하네스의 실용화를 위해, 반도체나 트랜시버, 센서 벤더와의 협력 체제를 구축해 나간다고 한다. 광하네스를 사용한 통신시스템 전체의 비용 저감을 생각하고 있다.

“광하네스 자체의 비용은 기존의 와이어링 하네스보다 많이 비싸지지는 않는다”(스미토모전공 기술자). 다만 자동차 업체들은 하네스뿐만 아니라 연결하는 ECU와 임베디드 반도체, 센서 등도 고려해 채택을 검토한다. 10G~25Gbps의 고속 통신에서 기존의 하네스와 광하네스 중 어느 것을 사용할지는 “시스템 전체에서 얼마나 비용을 낮출 수 있는가에 달려 있다. FOT는 반도체 업체 등이 잘 만들어야 한다”(스미토모전공 기술자).

-- UWB로 일부를 무선화 --
자율주행만큼 고속 통신이 요구되지 않는 영역에서는 하네스를 사용한 통신을 무선 통신으로 대체해 경량화를 도모하는 개발도 진행되고 있다. 덴소텐(DENSO TEN, 고베시)은 고베대학이나 국제전기통신기초기술연구소(ATR)와 공동으로 ‘차량탑재 와이어링 하네스리스 통합시스템’이라고 부르는 기술을 개발했다.

이 기술에서는 헤드라이트나 와이퍼와 연결되는 하네스에서의 통신을 초광대역 무선(Ultra-Wide Band, UWB) 통신으로 대체했다. 통신시스템의 다중화(Redundancy) 확보를 위해 전력을 공급하기 위한 전선을 통신에도 이용하는 PLC(Power Line Communication)를 채택하고 있다. 다만 DENSO TEN은 PLC 이외의 백업 방법도 검토하고 있다. 예를 들면, 블루투스 등 UWB 이외의 무선통신 방식을 다중화의 목적으로 사용하는 것도 생각할 수 있다고 한다.

이 기술은 기초연구 단계로, 실용화 목표 시기 등은 정해지지 않았다. 다만 일본계 자동차 업체에서는 문의가 들어오고 있다고 한다. 덴소텐은 우선 국내부터 채택을 확대해 나갈 생각이다.

덴소텐 이노베이션창출센터의 오쿠하라(奥原) 프로젝트 리더는 “무선 통신은 유선에 비해 새로운 기능 등을 추가 설치하는 데 유리하다”라고 말한다. 최근 주목받고 있는 SDV(소프트웨어 중심 차량)에서는 소프트웨어가 자동차의 가치를 결정한다고 한다. 앞으로는 신차 구입 후에 새로운 기능을 추가하는 경우가 늘어날 것으로 보인다. SDV화를 전망한 자동차 업체가 향후 계획하는 전기/전자(E/E) 아키텍처의 쇄신도 무선 통신 채택의 계기가 될 수 있다.

차량 내 UWB 통신의 적용 예로는 스마트폰으로 차량을 잠그고 여는 디지털 키가 있다. UWB의 특징 중 하나인 고정밀도 위치 확인 기술을 활용하고 있다. 다만 덴소텐의 시스템처럼 차량 내 통신에 사용하는 사례는 드물다. 차내에서의 무선 통신은 전파 간섭에 의한 통신 속도의 저하나 두절 등 통신 품질에 과제가 있어 신뢰성을 보장할 필요가 있었다.

”무선을 사용해 하네스를 줄이는 것은 간섭 리스크 등을 이유로 좀처럼 진척되지 않고 있었다”(오쿠하라 프로젝트 리더). 지금까지도 무선화는 검토돼 왔지만 2.4GHz대 와이파이나 블루투스를 사용하려는 사례가 많았다고 한다.

UWB는 이러한 다른 통신 방식에 비해 전송 전력이 낮기 때문에 전자간섭(EMI)이 적다. 게다가 채널당 500MHz 이상의 광대역 전파이기 때문에 투과성이 높다. 이러한 특징을 바탕으로, 장애물이 많아 안전성이 요구되는 차량에 대한 UWB 적용을 검토했다.

다만 UWB를 사용한 차량 내 통신시스템을 탑재한 차량 2대를 나열했을 경우에는 전파 간섭이 발생했다고 한다. 그래서 덴소텐 등은 무선 통신간 혼선을 줄이는 간섭 방지 대책으로서 자체 알고리즘을 개발. 데이터 손실률은 0.1% 이하를 달성했다고 한다.

UWB 통신에 의한 대체 대상으로서 헤드라이트나 와이퍼와 연결되는 바디계열 하네스를 선택한 이유는 그만큼의 고속 통신이 필요 없기 때문이다. UWB의 통신 속도는 수 100Mbps 정도. 고속 통신에 속하지만 전술한 고성능 센서의 데이터 통신에서 요구되는 속도에는 미치지 못한다.

또한 승무원의 안전과 직접 관련되는 제어계에 대해서는 “무선을 갑자기 사용하는 것은 어렵다”라고 말한다. 기술적으로 안전성을 확보할 수 있는 영역에서 부분적으로 무선 통신을 사용해 하네스를 줄이는 것을 현실적으로 보고 있다.

과제는 심리적인 안전성을 보증하는 것이다. “(특정 영역에서는) 통신을 무선화해도 안전하다는 것을 어떻게 전달하느냐가 중요하다”(오쿠하라 프로젝트 리더). 앞으로 채택을 확대하기 위해서는 하네스에 의한 통신을 일부 무선으로 바꾼 차량을 고객이나 유저가 실제로 사용하면서 안전성을 확인할 필요도 있다고 보고 있다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Automotive] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.

목차

Close-up
상용차의 재편 시동, 전동화 투자 부담 경감

VOICE
테슬라 방식으로 '충전 규격 통일' 외

Automotive Report
・도요타의 EV 전담 조직 시동, 첫째는 BYD 합작부터
・마쓰다의 로터리 엔진, 발전 전용으로 부활
・'재팬 모빌리티 쇼', 스타트업 육성의 장으로
・로테크에서 하이테크 수준의 ‘감탄’, 브리콜라주 발상으로 도전하는 닛산
・Autoliv 등의 차외 에어백, 보행자 보호에서 자전거 대응으로
・스즈카 ‘4.6초 단축할 수 있다’, 기계학습으로 ‘감과 경험’을 뛰어넘다
・3열 시트 대응의 슬림형 전동 액슬, 메이덴샤가 26년도에 양산
・파나소닉계 차량탑재 사업회사가 수익 개선, 통합 HPC화와 고출력 충전기에 주력
・제이텍트(JTEKT)가 신형 데프 개발, 전동 액슬의 길이 단축

New Car Report
・렉서스의 소형 SUV ‘LBX’, GA-B 채택한 B세그먼트 고급차 표방
・닛산의 신형 미니밴 ‘세레나’, 광각카메라로 프로파일럿 2.0

Cover Story
상용 EV 보급의 조건

Part 1. 상용차의 전동화에 도전하다
대형차는 FCV, 소형차는 EV

Part 2. 비용을 억제해 제조
새로운 기법으로 여러 차종에 대응

Part 3. 예방 안전 성능의 강화
국내 소형 트럭 최초 기능 탑재

Features
2035년 이후, 엔진 탑재 차량을 허용
-그럼에도 유럽위원회의 방침은 여전-

차량용 하네스를 적게 가볍게
-광섬유나 무선으로 대체-

News Digest
혼다, 유럽용 SUV형 신형 EV ‘e:Ny1’ 발표
2023년 가을에 발매, ‘Honda e’에 이어 2번째 EV 외

Market Watch
‘N-BOX'가 9개월 연속 1위, 전년 동월 대비 61.8% 증가
차량탑재 반도체 부족에 대한 대책 추진하는 도요타 판매 호조 외