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- 자동차 전자제어 시스템 기술 개발 연구
- 선우명호 교수(한양대학교 미래자동차공학과)
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hanyang.ac.kr - : 한양종합기술연구동 자동차전자제어연구소
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안녕하세요. 메트릭 회원 여러분!
여러분은 운전자 없이 목적지를 찾아 스스로 달리는 무인 자동차에 대해 들어보셨습니까? 영화 같은 이야기라고 생각하시는 분들이 계실 것 같은데요. 요즘 이러한 미래형 자동차를 개발하는 연구가 많이 진행되고 있습니다. 특히 국내 자동차 산업 중 가장 취약한 분야로 지적받는 전자 제어 시스템 기술 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 오늘 만나 보실 분은 네트워크 차세대 자동차 전자제어 시스템 설계 핵심기술로 2007년 11월 이달의 과학 기술자 상을 받으시고 2008년 교육과학기술부 우수 연구 성과 50선에 선정되신 한양대학교 기계공학과 선우명호 교수님이십니다. 그럼 교수님을 직접 만나 뵙고 이야기 나눠 보도록 하겠습니다.
1. 먼저 지난 11월경에 있었던 자율주행자동차 경진대회에서 교수님의 연구팀인 에이원(A1)의 우승을 차지했다고 들었습니다. 그 많은 대학을 제치고 교수님의 연구팀이 우승할 수 있었던 전략이 무엇이었는지 궁금합니다?
우선 이 대회는 19개 대학에서 21개 팀이 참가 신청했고요. 그 중에 11개 대학의 11개 팀이 결선에 참여하게 되었습니다. 제가 다른 대학의 팀들의 시스템을 다 본 건 아니지만 몇몇 대학을 보면 하드웨어 시스템이나 소프트웨어가 상업적으로 판매하는 제품을 구매하여 사용하였기 때문에 시스템 자체의 규모가 대단히 크고, 그 제품들이 처음부터 그목적으로 디자인된 게 아니므로 아무래도 최적 또는 효율적으로 대응하기에 좀 부족하지 않았을 까 하는 생각입니다.
2. 각 언론에 보도된 내용으로는 다른 대학의 하드웨어기술보다 소프트웨어의 네트워크 기술로 우승을 차지했다고 들었습니다. 소프트웨어의 네트워크 기술이란 어떤 것들인가요?저희팀은 하드웨어를 처음부터 설계 및 제작을 해서 만들었습니다. 12개의 전자제어시스템이 연결되며, 그 12개의 전자제어시스템은 네트워크에 의해 전부 통신을 할 수 있습니다. 그래서 서로가 보유하고 있는 좋은 정보를 공유할 수 있고, 또 좋은 정보를 이용하여 자동차를 제어하는데 효율적으로 대응할 수 있습니다. 하드웨어부터 시작해서 소프트웨어까지 모든 것을 자체적으로 연구해서 적용한 사례가 되겠습니다.
3. 지금까지 혹은 현재 교수님께서 하고 계시는 연구 주제와 그 내용에 대해 간단한 설명 부탁합니다.
제어라는 과목을 가르치거나 배우는 학생들이나 선생님들이 많이 있습니다. 앞으로는 제어시스템은 혼자서 제어하는 시스템이 아닌 다른 많은 제어장치가 특정한 임무를 수행하기 위한 정보를 공유할 수 있게 됩니다. 이처럼 네트워크를 이용해서 여러 개의 제어시스템이 정보를 공유하게 되려면 네트워크의 설계기술이 필요합니다. 그리고 제어 시스템은 여러 개의 임무를 제어시스템이 서로 나눠서 하기 때문에 효율적이고 시간적은 빠른 대응을 해주는 것이 굉장히 중요합니다. 예를 들자면, 'A 라는 제어시스템이 보유하고 있는 계산된 결과를 B라는 제어 시스템이 필요로 하여 사용을 하게 되는데 그 결과가 원하는 시간에 도달하지 않으면 오히려 임무를 나눠서 하는 제어시스템에서 이득을 전혀 못 보는 상황이 되겠죠.
시간적인 해석에 대한 지식이 있어야 합니다. 또 '좋은 정보를 얼마나 빨리 보내줘야 하는가.' 이러한 것은 전부 네트워크 설계기술에서 결정이 되기 때문에 이러한 것들이 총 아우러져야지만 효율적인 제어시스템이 될 것 같습니다. 예를 들면, 아버지가 혼자서 자식들을 교육을 하는데 이웃집에 있는 아버지가 자식을 가르치는 효율적인 교육방법이 있다면 이것을 효율적으로 서로 정보를 교환하면서 아이들을 교육을 한다면 더욱 효율적으로 되지 않겠습니까? 그래서 자동차 는 전자제어장치들이 굉장히 많이 들어갑니다. 엔진제어, 변속기 제어, 제동장치 제어 등 많은 제어장치를 제어해야 하지만, 제동장치가 엔진하고 같이 통신하면서 서로의 정보를 교환할 수 있다면 자동차를 정차시키기 위해서 제동장치의 브레이크 페달을 밟을 때 불필요하게 에너지를 생산하고 있는 엔진의 힘을 낮춰준다면 연료의 소비도 줄일수 있고 더욱더 빠르게 자동차가 정차할 수 있겠죠. 이처럼 여러 시스템이 모든 정보를 공유한다고 한다면 전체적으로 볼 때 시스템은 최상 최적의 성능을 낼수 있습니다.
3 -1. 제어의 핵심은 네트워크라고 하시는 건가요?네트워크는 수단이라고 말씀드릴 수 있습니다. 네트워크를 이용한다는 것은 여러 개의 제어시스템이 정보를 공유하고 있기 때문에 한 가지 임무만 하지만 예전에는 제동장치를 제동만 하고 또는 제동기를 풀어서 자동차를 달리게 하지만 만약의 엔진의 정보를 이용할 수 있다면 엔진이라는 것은 사실 자동차를 움직이기 필요한 동력수단이지 않겠습니까? 그 동력수단을 불필요하게 지금 자동차가 정차 해야 됨에 불구하고 엔진에서 동력을 계속 발생시키고 있다면 그것은 불필요하게 연료를 사용하는 거죠. 또 동력이 많이 나오기 때문에 오히려 제동할 때 제동거리가 길어지거나 훨씬 더 어렵게 쓰게 되겠죠. 그런데 이런 것을 만약에 정보를 공유할 수 있다면 ‘내가 만약 제동할 예정이다’라고 신호를 준다면 엔진제어기는 그 정보를 받는 순간에 동력발생을 중단한다면 연료도 아낄 수 있고 효율적으로 제동하는데 도움을 줄 수 있겠죠.
4. 위의 연구 이외에 교수님 연구실에서 진행하고 있는 연구 활동에 대해서도 소개 부탁드립니다.우리 연구실은 크게 2가지로 분류할 수 있습니다. 첫 번째는 조금 전에 제가 말씀드린 대로 어떤 특정한 플랜트 시스템의 제어기를 설계하는 것을 주로 하고요. 그 경우에는 주로 수학 특히 공학수학이 많이 들어갑니다. 두 번째는 그렇게 설계되어 만들어진 제어기를 실제 자동차에 넣어 적용하고 전체적인 성능을 볼 수 있는 그룹으로 2가지 그룹으로 나뉘어 있습니다.
5. 교수님께서 설립한 자동차 전자제어 연구소에서는 상용화된 기술 연구가 많다고 하는데요. 그 중 가장 유명한 연구가 <네트워크 기반 차세대 전자제어시스템 기술>이라 들었습니다. 이 기술은 어떠한 것을 말하며 이것을 통해 현재 어떻게 생산 사용되고 있는 건가요?우선 그 자동차에는 예전하고 달라서 요즘 새로 나온 고급 승용차 같은 경우에는 컴퓨터 제어장치가 적게는 약 60~130개가 들어갑니다. 컴퓨터 130대가 자동차 안에 있는 겁니다. 근데 이 컴퓨터들이 혼자 일을 하면 굉장히 힘들게 일을 하는데 이 컴퓨터들이 정보를 공유하면서 일을 하게 된다면 굉장히 효율적이 될 수 있어요.
한 가지 예를 들어 드리면 기존에 나오는 고급 승용차는 문에 보면 기능이 아주 많죠. 창문을 열고 닫는 기능, 전체 문을 잠금 하는 기능, 라이트 등을 켜는 기능 등 여러 가지 기능이 있는데, 이러한 것들을 하기 위해서는 문 안에 보통 전기줄이 많게는 약 60개 정도 들어갑니다. 자동차를 전체적으로 보면 전기 와이어 수가 약 1,800 ~ 2,000개 정도 되는데 쭉 연장하면 약 3km 이상씩 정도 되는 긴 거리가 됩니다. 그래서 자동차에 들어가는 많은 와이어들을 총 무게를 재보면 덩치 큰 남자의 무게만큼이 와이어로 되어 있습니다. 자동차가격의 보통 약 6~8%가 와이어 값인데 통신을 위해서 통신네트워크를 쫙 깐 다음에 여러 개의 기능을 한 곳으로 모을 수 있다면 조금 전에 제가 말씀드린 와이어의 숫자도 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 자동차의 무게도 줄일 수 있으며, 그렇게 되면 자동차의 연비도 좋아지고 기능은 더욱 훨씬 간략하고 좋은 성능을 낼 수 있고 많은 혜택을 누릴 수 있게 됩니다.
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6. 전자제어 설계 기술을 현재 제네시스와 에쿠스 등의 제어시스템에 적용해 상용화시켰다고 하는데 구체적으로 어떻게 적용하였는지 궁금합니다.
네트워크를 이용해서 많은 제어장치를 묶는 기술의 기본 설계 핵심기술을 우리가 하고 있고, 연구한 다음에 제어장치를 묶는 기술을 현대자동차의 소나타NF에 저희가 솔루션으로 제출하게 됩니다. 이전에는 현대자동차에서는 이 기술은 그렇게 신뢰하지 않았기 때문에 소나타NF는 외국기업이 맡아 했었습니다만 저희가 이 기술을 여러 사례로 실험도 하고 실제적용해서 실험도 해봤습니다. 굉장히 좋은 기술이었기 때문에 그 이후에 나오는 현대자동차에서는 이러한 네트워크에 대한 기술을 응용할 수 있게 되었습니다.
6-1. 그러면 현대자동차에서 그 기술을 사용하고 있는 건가요?그렇죠, 자동차 같은 경우에 차종 또는 같은 차종이라도 모델에 따라서 네트워크의 설계가 달라집니다. 저희가 현대자동차한테 네트워크를 이용해서 제어하는 기술을 넘겨주게 된 거죠. 현대자동차의 연구원들은 그 기술을 이용해서 현대자동차뿐만 아니라 네트워크를 이용해서 제어시스템을 만드는 많은 부품회사들에도 이러한 기술을 전수해서 현대자동차가 필요한 기술을 받아가게 됩니다. 제가 가장 중요하게 생각하고 있는 것 중 하나가 뭐냐면 우리 연구소에서는 1년에 적게는 약 400명에서 많게는 600여 명의 산업체 기술자들이- 그중에 70~80%가 현대 기아 자동차들의 연구원들이 -교육을 받아 갑니다. 연구원들을 한번 교육할 때 20명씩 교육을 하기 때문에 400명을 교육한다고 하면 1년에 20번을 해야 하겠죠. 그럼 한 달에 2번 수업하게 되는데, 보통 한번 교육이 7주일씩 교육인데 제가 학교에서 강의하면서 교육하기에는 어렵지만 우리나라 자동차의 전자제어 설계 기술력을 높이기 위해서 제가 지금 이런 교육을 하고 있습니다.
7. 또한, 현대차 등 수많은 기업 연구원들이 교수님의 연구소에서 교육을 받았다고 하시는 데 주로 어떤 교육을 받나요?우리 교육센터에서 하는 교과목은 약 15개 정도가 되는데요. 그 모든 과목은 사실은 우리 학교에서 가르치는 기술은 아니고 자동차에서만 응용되는 특수한 기술입니다. . 예를 들어서 컴퓨터에 들어가는 OS라고 하면, 우리가 보통 일반적으로 쓰는 개인용 컴퓨터에서는 마이크로 소프트에서 나오는 윈도우라는 OS를 쓰게 되는데 자동차의 경우에는 그런 OS는 사용할 수 없기 때문에 RTOS(Real Time Operation System)이라는 실시간 운영체제를 사용하게 됩니다. 자동차에만 쓰이는 RTOS(Real Time Operation System)가 있는데 우리는 OSEK OS 라고 부릅니다. 제가 알기엔 우리나라에서 저희 연구소에서밖에 다루지 않나 싶습니다. 아까 말씀드린 자동차에만 쓰는 네트워크가 있습니다. 통신하는 도중에 통신이 끊어지면 안 되기 때문에 우리가 자동차에 쓰이는 네트워크의 프로토콜을 가르치고 있습니다.
8. 앞으론 친환경 지능형 자동차가 대세일 것 같습니다. 교수님 그럼 이런 지능형 자동차의 핵심기술은 무엇이라 생각하시나요?자동차를 연구하는 사람들은 두 가지 자동차 형태를 꿈을 꾸고 있죠. 앞으로 20년 후인 2030년의 우리가 지금 생각하는 자동차는 크게 두 가지로 나뉘게 되는데요. 하나는 자동차에서 배출하는 유해 배기가스를 없애는 기술이 제일 중요한 기술이고요. 또 하나는 자동차에서 발생하는 사고율을 0으로 만드는 것입니다. 배기가스를 0로 만든다는 것은 자동차를 굉장히 친환경적으로 만들어야 하는데, 대표적인 것이 전기자동차가 되겠습니다. 이처럼 환경친화적인 자동차를 통틀어서 ‘그린카‘라고 이야기합니다. 그다음에 교통사고를 0으로 만들고 모든 사람들이 편안하고 활용을 잘할 수 있게 만들어주는 자동차를 우리가 ‘지능형 자동차’라고 하는데 이런 것을 통틀어서 ‘스마트카‘라고 합니다. 스마트 카에서는 가장 중요한 기술 중의 하나를 저희가 자율주행기술이라고 합니다.
8-1. 자율주행기술이 교수님께서 대회에 나가서 우승하신 무인자동차경진대회의 일환이라고 할 수 있겠네요!그렇습니다. 그래서 이제 2030년 정도 되면 자동차에 이제 우리가 가야 될 목적지를 알려주면 자동차가 스스로 도로를 찾아서 목적지까지 데려다 주게 되겠죠. 그 사이에 운전자와 승객은 편안히 쉴 수도 있고 다른 업무도 볼 수 있겠고요. 이렇게 되기 위해서는 우리가 타고 다니는 도로라든가 다른 자동차들도 같은 기능을 가질 수 있거나 이러한 기능을 하는데 도움을 줄 수 있다면 훨씬 더 빠른 속도로 실현이 가능할 것 같습니다.
9. 이제 2030년이 되면 그러한 ‘그린카’나 ‘스마트카’가 이제 미래형 자동차가 나올 거잖아요.그러면 미래형 자동차의 전망은 어떻게 되고 실용화를 고려한다면 전자제어부분에서의 현재 어느 정도 수준까지 왔다고 생각하시는지요?
이제 ‘그린카‘하고 ’스마트카‘가 이제 우리가 꿈꾸는 미래 자동차가 되었습니다. 자동차라는 것은 자동차 때문에 그동안 많은 환경문제도 이제 환경친화적으로 변화하면서 환경문제는 없고 자동차로부터 일어나는 많은 사고을 줄일 수 있습니다. 그러면 이제 꿈의 자동차가 되는 거겠죠. 이러한 ’그린카’나 ‘스마트카’를 이루기 위해서 가장 중요한 핵심기술을 꼽으라고 하면 전기 전자 정보통신이 핵심기술이라고 말씀드릴 수 있습니다.
물론 자동차이기 때문에 특히 우리가 항상 자동차를 공부하는 데 필요로 하는 학문이 있는데 차량 동역학이라던가, 열역학이라던가 이러한 것들은 굉장한 중요한 학문임은 틀림없습니다. 하지만, 그런 것을 넘어서 관련된 전기전자 컴퓨터공학 통신에 대한 이해가 갖게 된다면 훨씬 더 빨리 그리고 좋은 자동차를 소비자들에게 제공할 수 있을 것 같습니다.
9-1. 현재 어느 정도 수준까지 왔다고 생각하시는지요?요즘 새로 나오는 자동차인 경우에는 엔진이 있죠. 그 엔진에서 연료를 태우고 그 가스가 배기파이프로 나오는 공기가 엔진에 들어가는 공기- 연료를 태우기 위해 들어가는 공기-보다 나오는 공기가 더 깨끗합니다. 그 정도로 엔진에 대한 제어를 정교하게 합니다. 이러한 기술들이 실제로 많은 소비자가 만나게 되는 경우는 앞으로 5년 후가 되면 대부분의 자동차가 제가 말씀드린 만큼 내연기관을 쓰는 자동차임에도 아주 깨끗한 공기를 내보낼 수 있을 것 같고요.
‘스마트카’에서 자율주행에 대한 기술은 현재 일부분은 되어 있습니다. 이를테면 운전자가 운전 중에 졸게 될 때 차선을 유지를 못 하고 차선 이탈할 경우에 경고하게 됩니다. 차선 이탈을 방지하게 하는 경고라던가 차선을 유지할 수 있는 기능을 제공하는 것들이 벌써 나오기 시작하고 있고요. 앞차와의 간격을 유지할 수 있는 기술이 이미 선보이고 있기 때문에 2015년이 되면 이러한 기능들을 자동차의 기본기능으로 들어가게 될 것 같습니다.
10. 마지막으로 METRIC 회원들이나 미래형 자동차 전자제어 부분을 연구하는 학생들에게 한마디 부탁드립니다.우선 미래 자동차에 대해서 관심 있는 친구들은 저는 크게 2가지로 말씀드릴 수 있는데요. 가장 중요한 것 중의 하나는 열정입니다. 자동차를 사랑하고 자동차를 위한 학문이라면 눈이 졸리더라도 눈이 번쩍 뜨이는 이런 열정이 있을 때 정말 성공하는 학생들이 될 수 있습니다. 이러한 학생들만 모아서 저희가 미래 자동차를 꿈꾸는 많은 분에게 좋은 차를 제공하기 위해서 새로운 학과를 이번에 한양대학교에 만들게 되었습니다. 새로 만들어진 이 학과의 이름은 미래 자동차공학과로 하기로 했고요. 올해 3월에 첫 신입생이 입학하게 됩니다. 이번에 선발되는 40명의 신입생은 전원 4년간 장학금을 받게 됩니다. 이 미래 자동차학과에서는 조금 전에 말씀 드린 그린카와 스마트카 개발에 필요한 주요핵심 기술을 개발하기 위한 기술인력으로 키울 것입니다. 이를 위해서 우리들의 새로운 교과 과정은 특히 전기, 전자, 컴퓨터, 통신 과목이 전체 교과과정의 한 50%를 담당하게 되겠고요. 자동차를 위한 기계 및 관련 기초공학 과정이 약 40%를 차지하게 되겠습니다. 우리 미래 자동차공학과의 장래의 목표는 정말로 세계에서 최고의 교과 과정이 됨으로써 이 교과과정을 수료한 학생들은 국내기업뿐만 아니라 선진 글로벌 기업에서 일할 수 있는 인재를 만드는 것이 우리의 꿈이며 목표가 되겠습니다.
* 인터뷰 진행: 조진주 리포터
* 촬영 및 편집 : 박수진 ( sujin@metric.or.kr )
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