[오토모티브 특집] 커넥티드 전기차 시장에서의 기회

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 커넥티드 카와 전기차는 보통 개별적으로 논의되는 자동차의 주요 성장 분야다. 그러나 둘 사이의 시너지는 전기차의 기능과 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 이 기사에서는 이런 새로운 기회에 대해 살펴보고, 주요 기술에 대한 통찰력을 제공하며, 기회 실현을 돕는 NXP 시스템 솔루션에 대해 설명한다.

커넥티드 카와 전기차를 향한 드라이브

자동차 산업은 자동차를 클라우드에 연결하고 전기 추진 시스템으로 전환하면서 빠른 속도로 변화하고 있다. 클라우드 연결은 자동차 데이터에 대한 액세스를 제공해 새로운 데이터 기반 서비스를 만들고 OTA(Over-the-Air) 업데이트를 통해 차량에 새로운 기능을 추가하고, 성능을 향상하며, 보안과 안전성을 강화할 수 있다. 커넥티드 카의 급속 성장과 높아지는 자율주행 수준을 지원하기 위한 새로운 센서들에서 생성되는 자동차 데이터가 기하급수적으로 증가함에 따라, 자동차 제조업체는 데이터 기반 서비스를 통해 사업을 확장하고 수익을 높일 수 있는 큰 기회를 얻는다[그림 1].

전 세계 정부가 CO2 배출 기준을 강화하고 있고, 일부는 내연기관(ICE) 자동차를 단계적으로 금지하고 향후 20년에 걸쳐 전기차(EV)로 전환할 계획을 세우면서 전기차로의 전환이 가속화되고 있다. 자동차 제조사들은 공격적인 계획을 세우고 향후 몇 년 안에 많은 새로운 전기차 모델을 도입하기 위해 막대한 투자를 하고 있다. 2032년까지 모든 신차 중 50%가 일종의 전기 추진 장치를 사용할 것으로 추정된다[그림 2].

서비스 지향 게이트웨이의 부상

오늘날의 자동차는 일반적으로 추진 장치(파워트레인), 섀시와 안전, 차체 제어, 인포테인먼트, 텔레매틱스와 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS) 같은 기능 도메인 간의 데이터를 이기종 차량 네트워크를 통해 안전하게 상호 연결하고 처리하는 중앙 허브인 게이트웨이를 가지고 있다. 이들 도메인은 목적 기반 하드웨어인 수십 개의 전자 제어 장치(ECU)로 구성돼 있다. 이런 하드웨어 중심 모델은 커넥티드 카가 클라우드에서 OTA 업데이트를 수신해 소유자의 선호도에 맞게 차량을 조정하고, 보안과 안전 기능을 업데이트하며, 보증 수리와 차량 성능 향상 등 새로운 서비스를 제공할 수 있는 소프트웨어 기반 서비스 중심 모델로 전환되고 있다.

서비스 지향 게이트웨이(SoG)는 프로세싱과 네트워킹 성능이 기하급수적으로 증가한 차량의 기존 게이트웨이 기능을 확장해 새로운 차량 서비스를 제공하고 ECU 기능을 통합하며 이를 촉진하는 자동차 데이터의 폭발적 증가를 처리한다[그림 3].

자동차 전체 데이터 액세스의 중심이 되는 SoG는 기초 데이터를 수신하고 엣지 분석을 통해 운전행태 기반보험(UBI), 플릿 관리, 차량 상태 모니터링과 같은 서비스에 대한 귀중한 통찰력을 제공하는 데 이상적이다. 게이트웨이는 자체 서비스와 ECU 기능의 OTA 업데이트를 관리해 차량을 조정·개선하고 소비자에게 더 나은 경험을 제공하며, 자동차 제조업체와 타사 서비스 제공업체를 위한 새로운 수익 흐름을 제공한다. SoG는 전기차에서 활용돼 실시간 EV 데이터를 모니터링·스트리밍할 수 있으며, 해당 데이터는 클라우드에서 머신러닝 모델 훈련에 사용돼 자동차의 효율성과 주행거리를 더 높일 수 있다.

NXP는 SoG의 까다로운 프로세싱과 네트워킹 요구사항을 충족하도록 최적화된 S32G 차량용 네트워크 프로세서를 제공해 고성능 실시간 애플리케이션 프로세싱, 네트워킹 하드웨어 가속과 하드웨어 보안 엔진을 결합한다. NXP의 자동차 통합 플랫폼(VIP) 소프트웨어 스택과 OS/RTOS, 하이퍼바이저, AUTOSAR(클래식·어댑티브), 애플리케이션 제공업체의 광범위한 에코시스템 지원을 통해 SoG 설계를 가속화할 수 있다. 신형 S32G 골드박스(GoldBox)는 자동차 데이터에 신속하게 액세스하고 새로운 서비스를 개발할 수 있도록 데스크탑/노트북 환경에서 사용할 수 있는 하드웨어 레퍼런스 설계를 제공한다.

추진 도메인 컨트롤러의 역할

추진(파워트레인) 도메인 컨트롤러(PDC)는 높은 수준의 추진 결정을 내리고 추진 도메인 데이터에 대한 중앙 액세스를 가진다[그림 4]. 이런 데이터에 대한 액세스는 다른 도로 사용자의 클라우드소스 데이터와 결합돼, 수학적으로 집약적인 제어 결정(인공지능 포함)을 구현함으로써 차량 효율성과 주행거리를 크게 높일 수 있다. 이는 대량 도입에 장벽이 됐던 제한적 EV 주행거리에 대한 대중의 우려를 해소한다. 상당한 양의 연구 개발이 의사 결정을 개선하고 효율성을 높이는 데 초점을 맞추고 있다. 하이브리드 접근법(예를 들어, 내연기관 또는 전기 모터)의 경우, 사용할 추진 소스(source) 결정, 복수의 토크 소스로 차량 안정성 제어, 차량 배터리에 저장된 고정 에너지의 사용 최적화라는 세 가지 과제가 수반된 여정의 다양한 단계에서의 결정이 포함된다.

순간 토크 제어, a-priori 트립과 지형 정보, 신경망을 이용한 트립 모델링, 비선형 예측 제어와 에너지 관리를 위한 퍼지 로직 등의 다양한 방법을 조합해 EV 효율성을 최대 30%까지 향상시킬 수 있다. PDC의 실시간 프로세싱, 계산 가속화, 클라우드로부터의 실시간 정보, 머신 러닝 모델 구축이 결합돼 대량 시장 도입의 핵심인 EV 주행거리를 확장할 수 있으며, 자동차 제조사가 자사 차량을 차별화할 수 있는 방법을 제공한다.

NXP는 차세대 하이브리드 엔진과 전기화를 지원하는 고성능 프로세싱과 관련된 제어 알고리즘의 설계·테스트와 에너지 관리 작업을 지원하는 그린박스 차량 전기화 개발 플랫폼(GreenBox Vehicle Electrification Development Platform)을 제공한다. 본 플랫폼은 S32S247TV와 MPC5777C 두 개의 마이크로컨트롤러로 구성되며 고급 타이머, 모터 제어, 차량 센서와 제어 액추에이터를 연결하는 아날로그 인터페이스와 같이 고도로 최적화된 주변 장치와 함께 제공된다.

커넥티드 EV 관리 솔루션 소개

NXP는 골드박스(GoldBox) 서비스 지향 게이트웨이 레퍼런스 디자인을 아마존웹서비시즈(AWS) 엣지, 클라우드 소프트웨어와 함께 추진 도메인 컨트롤러로 운영되는 그린박스(GreenBox) 플랫폼과 통합해 커넥티드 EV관리 솔루션을 개발했다[그림 5]. 이 솔루션은 AWS 그린그래스(AWS Greengrass, 자동차 엣지 데이터 처리·저장), NXP S32G 기반 세이지메이커(SageMaker)와 세이지메이커 네오(SageMaker Neo, 머신러닝 훈련·배포), 실시간 클라우드 애플리케이션과 시각화를 위한 AWS 커넥티드 모빌리티 솔루션(CMS)의 통합·지원을 통해 자동차 데이터에 대한 액세스를 간소화하고 새로운 차량 서비스 생성을 가속화한다. 시연에서는 예지 정비, 고급 차량 진단, 플릿 관리의 세 가지 주요 EV 사용 사례가 강조됐다.

그린박스는 에너지 최적화를 포함한 이중 전기 모터, 배터리 관리·감독 기능에 대한 실시간 제어를 수행하는 한편, 실시간 EV 데이터를 골드박스에 전송해 AWS CMS로의 클라우드 연결을 보장한다. NXP 솔루션은 커넥티드 카와 전기차 부문을 아우르는 강력하고 차별화된 기능을 제공한다.

결론

자동차 제조업체들은 서비스 지향 게이트웨이를 활용해 자동차 데이터를 수익 창출에 활용하고 OTA 업데이트를 통해 차량을 개선하기 위해 자동차를 클라우드에 연결하고 있다. 기후변화의 영향이 더 뚜렷해지면서 각국 정부는 배출가스 규제를 강화하고 있고, 자동차 업체들은 광범위한 EV모델로 대응하고 있다. 소비자의 EV 채택은 차량 성능과 주행거리에 의해 영향을 받을 것이며, 따라서 EV 효율성을 높이기 위한 상당하고 지속적인 노력이 필요할 것이다. 복잡한 알고리즘과 AI는 대규모 클라우드 컴퓨팅·스토리지 기능과 함께 차량의 추진 도메인 컨트롤러에서 실행된다. 연결되고 전기화된 자동차는 자동차 제조사들에게 새로운 기회를 제공하며 자동차의 혁신을 가속화할 것이다.

NXP는 커넥티드 EV 개발의 선두주자로서 골드박스와 그린박스 같은 혁신적인 빌딩 블록을 제공하고 있으며, 이는 현대적인 커넥티드 EV의 정교한 기능을 지원하고 자동차 제조사들에게 새로운 기회를 제공하며 시장 출시 기간을 단축할 것이다.

글: 브라이언 칼슨(Brian Carlson) 차량 제어 및 네트워킹 솔루션 부문 글로벌 마케팅 디렉터
자료제공: NXP반도체(www.nxp.com)