오늘날 자동차 기술혁신의 주요 화두는 전기화(Electrification), 자동화(Automated), 연결화(Connected), 그리고 효율화(Efficient)이다. 그 중에서도 자동차 전자제어시스템의 개발과 관련하여 가장 중요시 되고 있는 주제는 ADAS(Advanced Driver Assist System)를 포함한 자율주행(AD: Autonomous Driving) 시스템과 보다 현실적인 환경 개선 방안인 RDE (Real Driving Emission) 등을 들 수 있다.

자율주행 시스템과 RDE가 도입되면서 전자제어시스템의 개발을 위해 필요한 시험 평가의 복잡도 및 테스트 케이스의 양이 기하급수적으로 증가하고 있다. 한 연구결과에 따르면, 앞으로 EBA(Emergency Brake Assist) 시스템의 검증 시험을 위해서는 약 2,400만 Km의 주행거리에 달하는 테스트가 수행되어야 한다고 한다. 이는 현재 수행하고 있는 일반적인 실차 시험 및 HiL (Hardware in the Loop) 테스트로는 개발 기한 내에 수행할 수 없는 엄청난 규모이다.

이러한 심도 깊은 다량의 시험을 수행하기 위해서는 보다 앞선 개발 단계에서 빠른 사이클 타임으로 검증 시험을 수행해야 하는데, 여기서 필요한 것이 가상 ECU(Virtual Electronic Control Unit)와 시뮬레이션을 이용한 가상 환경 시험이다. 가상 ECU를 이용하면, 실물 ECU 샘플의 준비와 관계 없이, 개발 과정 전반에 걸쳐 Adaptive-time을 적용하여 Real-time 대비 짧은 Cycle time의 빠른 시험 그리고 실차시험에서 구현하기 어려운 위험하고 복잡한 조건에 대한 테스트를 시뮬레이션을 이용하여 수행할 수 있다. 또한 가상 ECU와 실물 ECU를 복합적으로 사용함으로써 연관 기능에 대한 시험을 병렬적으로 처리하여 초기 단계에서 훨씬 많은 양의 시험 평가가 가능하다.

가상 환경에서의 검증 개발 시험을 위해서는 아래 내용에 대한 고려가 필요하다

–E/E(Electric/Electronic) 네트워크 상의 분산 기능 증가를 고려한 도메인별 교차 검증 시험에 대한 접근
–자율주행 시스템 관련 환경 모델 및 안전과 보안 관련 평가 기법
–보다 다양한 기능의 차량 외부 구현에 따른, 평가 및 검증과정에 대한 클라우드 기술 적용 및 실행
–커넥티드 E/E 아키텍처에 따른 가상 차량 시뮬레이션과 검증 및 평가 아키텍쳐의 구성
–SiL(Software in the Loop) 구성을 위한 시뮬레이션 아키텍처에 연결될 수 있는 가상 ECU
–V사이클 전반에 대한 시뮬레이션 및 측정 데이터 저장 및 비교

가상화 환경에서의 개발 검증 프로세스가 도입되면 <그림 2>에서와 같이 V사이클의 왼쪽 축에 자리한 각 개발 단계에서 개별적인 작은 V사이클의 구현이 가능하다. 따라서 기존 V사이클의 단점인 개발 단계와 검증 단계의 긴 리드타임을 극복할 수 있다.

가상 환경 평가 및 검증 시스템을 위한 구성요소는 <그림 3>과 같이 가상 ECU, 플랜트 및 주행환경 모델, 가상화 통합 플랫폼 그리고 실험환경 및 자동화 등으로 이루어 진다. 가상 ECU는 실제 ECU의 모든 구성 요소를 SW화한 것으로 Application SW, RTE, Basic SW 및 OS 그리고 MCAL을 PC/RP/Real time-PC 등에서 작동 가능한 SW로 구현하는 것이다.

가상 ECU는 모듈화가 되어 있어 각 개발 단계별 구성이 가능하여야 한다. 또한 개방적인 인터페이스를 통해 타사의 SW 모듈(e.g. BSW)과 이종의 아키텍처에 대한 지원 및 AUTOSAR 아키텍처에 대한 지원이 가능해야 한다. 또한 가상 ECU는 윈도우 및 리눅스에 대한 호환성, 그리고 C#과 Python 등 스크립트 지원을 통한 확장성이 확보되어야 효율적인 운용이 가능하다.

가상화 환경에서 플랜트 및 주행환경 모델은 시험 차량과 주행 시험 환경(e.g. 테스트벤치, 시험로 및 공로 등)을 시뮬레이션으로 대체할 수 있도록 하는 수치화된 모델이다. 이러한 모델은 실재 차량 및 주행 환경의 구성 요소를 실재와 매우 유사하게 모사할 수 있어야 하며 각 구성 요소가 라이브러리로 구성되어 평가 및 검증에 필요한 최적의 가상 환경을 구현할 수 있도록 조합이 가능하여야 한다. 또한 효율적인 파생 모델 조합과 관리, 그리고 파라미터 설정을 위하여 모델 라이브러리는 모듈화되어야 한다. 여기서 차량 모델의 아키텍쳐는 실차의 아키텍쳐와 동일하게 구성되어야 한다. 타사 모델 및 사용자가 직접 개발한 모델과 연동을 위한 개방성 또한 매우 중요한 요소로서, FMI(Functional Mockup Interface)와 같은 외부 인터페이스 기능은 매우 중요하다.

가상화 환경에서의 개발 및 검증 기술에서 가장 핵심이 되는 것 중 하나는 다양한 플랜트 모델(차량 및 운전자, 운전 환경)과 차량 네트워크 그리고 가상 ECU를 통합하여 테스트를 실행할 수 있는 가상화 플랫폼이다. 가상화 플랫폼은, 사용자가 최적의 평가 및 검증을 수행할 수 있도록 다양한 가상ECU 및 모델(타사 및 사용자 개발 가상ECU 및 모델 포함)에 대한 인터페이스를 지원하여야 한다. 이를 위해 FMI, AUTOSAR 그리고 ASAM 인터페이스 지원은 필수이다. 또한 MiL/SiL/HiL 등 다양한 개발 단계의 평가 및 검증 환경에 대응하기 위하여 각 환경에 모두 전개될 수 있어야 한다. 이를 위해서 윈도우 및 리눅스에 대한 호환성 및 Real-time 및 Virtual-time에 대한 지원이 필요하다.

다수의 이종 모델들과 가상 ECU의 통합을 위하여 개방적인 DDS(Data Distribution Service) 인터페이스를 통한 분산된 시뮬레이션 노드의 연결 기능이 제공되어야 한다. 시험 자동화 구현을 위해서는 외부의 시험 자동화 SW와 연동이 필요하다. 이를 위해서는 Jankins와 같은 RESTful 및 ASAM XiL 인터페이스 지원이 필요하다. 아울러 복잡한 분산 기능에 대한 병렬적인 동시 개발 및 검증 테스트 진행을 위한 클라우드 지원 기능 또한 매우 중요한 고려 대상이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 가상화 환경에서의 차량 개발 및 검증 기술은 최신 자동차 전자제어 시스템 개발에 있어 필수적인 요소이다. 가상화 환경의 구성요소에는 가상 ECU, 플랜트 및 환경 모델, 실험 환경 그리고 가상화 플랫폼이 있다. 여기서 성공적인 가상화 환경 구현을 위해서는 개방성과 확장성이 보장된 가상화 플랫폼의 전재가 무엇보다 기본적이고 중요하다.

글 / 김택현 (이타스코리아)

출처 / 오토저널 2018년 8월호 (http://www.ksae.org)