과거에는 서로 다른 차량 운전자들 사이에 통신을 지원하는 기술이 존재하지 않았습니다. 택시, 트럭 및 응급차에 양방향 음성대화를 지원하는 라디오 기술이 탑재돼 있지만, 그 외 대부분의 승용차 운전자들은 주행 시 주로 조명과 손 제스처에 의존하고 있습니다. 또한, 운전자들은 주행에 필요한 대부분의 정보를 도로 표시 및 표지판을 통해 얻고 있습니다.
한편, 미래에는 모든 것이 연결된 초연결 사회가 실현될 것으로 예상되는 가운데, 최근 자율주행 차량, 스마트 카, 커넥티드 카 등 첨단 ICT 기술이 집약된 차세대 자동차 개발이 본격화하면서 지능형 교통통제시스템(ITS, Intelligent Transport System)시장도 고속 성장하고 있습니다.
지능형 교통통제시스템에서는 차량과 인프라, 그리고 차량과 차량 사이의 통신을 통해 도로·교통상황뿐 아니라 보행자 및 도로 작업자 등의 유용한 정보를 교환함으로써 교통사고 위험을 낮추고 운전자와 보행자를 보호합니다.
이러한 ‘차량 통신 기술’은 차량 대 사물(Vehicle-to-Everything, V2X), 차량 대 차량(Vehicle-to-Vehicle, V2V), 차량 대 인프라(Vehicle-to-Infrastructure, V2I), 차량 대 보행자(Vehicle-to-Pedestrians, V2P)를 모두 포괄합니다.
‘차량 통신 기술’은 스마트 카 고도화를 위한 핵심 기술입니다. V2X 통신은 V2V 통신으로 위험한 상황 발생 시 알림을 제공하거나, 도로 신호등 및 주차장 등을 포함한 V2I 통신으로 빈 주차공간을 알려주고 신호 변경 시간 등의 정보를 확인하도록 지원합니다. 또한, V2X 시스템은 자율주행차의 주요 기술인 레이다 및 카메라 기능을 보완해 ‘360° 주변 인식 능력’을 제공합니다.
이러한 V2X 시스템은 보다 완벽한 자율주행 기술 구현을 돕습니다.
Figure 1- 단거리 전용 통신(DSRC, Dedicated short-range communications)
5.9GHz (IEEE 802.11p) 대역에서의 V2V
유럽연합(EU) 지역의 일부 고속도로에는 이미 V2X 프로토타입이 장착된 V2V 및 V2X 네트워크를 운영할 수 있도록 약 5.9GHz의 무선 주파수가 별도로 설정되어 있습니다.(Figure 1 참조) 국내의 경우, 과학기술정보통신부는 지난 2019년 4월 5G 전략산업 발표를 통해 5G 기반 V2X를 10대 핵심산업으로 선정했으며, 자율주행 차량의 통신 분야에 대한 집중 지원을 통해 해외 시장 진출 및 신시장 선점 목표를 달성하겠다고 밝힌 바 있습니다.
자율주행 및 관련 서비스의 안전성 향상시키는 차세대 5G V2X
Figure 2- 버스로 인한 통신 차폐 효과
V2X 통신 기술은 운전자와 보행자에게 안전한 서비스를 제공할 수 있습니다. 또한, 도심지역을 포함한 일반 도로에서 차량의 신뢰성 있는 동작을 구현하고, 센서 성능에 따른 차량의 안전도의 편차를 줄일 수 있습니다. 이에 차세대 5G V2X 환경에서 자율주행 및 관련 서비스를 제공하기 위한 무선 차량 통신 원천 기술 개발이 더욱 활발해지고, 관련 시장이 계속해서 성장할 것입니다. (Figure 2 참조)
기존 차량 통신 기술을 뛰어 넘어 5G 기반 V2X를 구현하기 위해서는 고효율·고전송률을 제공하는 ‘고주파수’및 높은 정확도의 ‘고정밀 측위(Location Determination)’를 지원하는 네트워크 기술 개발이 필요합니다.
또한, 자율주행 차량은 신뢰도 높은 통신을 위해 최적화된 성능을 제공하는 안테나를 탑재해야 합니다. 이러한 안테나는 통신 사각 지대가 없어야 합니다. 수백 대의 차량들이 주행하고 있는 도로에서 안테나를 차단하는 트럭을 마주하더라도, 안테나가 고속도로 인프라와 계속 통신할 수 있어야 한다는 말입니다. (Figure 2 참조)
자율주행 차량의 높은 통신 신뢰도 구현을 위한 전자기 시뮬레이션
자율주행 차량의 통신의 신뢰성 보장을 위해서는 제품 개발 단계에서 전자기 시뮬레이션을 통해, 실제 조건과 같은 가상 환경에서 안테나 성능을 최적화해야 합니다. 5.9GHz 주파수 대역에서 여유 공간 파장은 5센치(cm)에 불과한 반면 버스 또는 트럭 길이가 수십 미터(m)에 달할 수 있기 때문에, 시뮬레이션 모델 규모가 매우 커지게 됩니다. (Figure 3 참조)
가상 환경에서 대규모 모델을 기반으로 전자기 시뮬레이션을 수행하는 과제를 해결하려면, 강력한 솔버, 하이브리드 시뮬레이션 접근방식 및 클라우드 기반 고성능 컴퓨팅이 필요합니다.
Figure 3- 복합 환경 및 대형 모델에서의 신뢰도 높은 V2X 연결
다쏘시스템, 신뢰도 높은 V2X 구현을 위한 대규모 전자기 시뮬레이션
다쏘시스템은 위의 도전과제들을 모두 해결하도록 지원하는 시뮬레이션 기능을 제공합니다. 또한, V2X의 신뢰성을 구현하기 위해 다음과 같은 시뮬레이션 기능들도 제공하고 있습니다. 다쏘시스템이 제공하는 시뮬레이션 기능과 함께, 이러한 기능이 필요한 이유를 모빌리티 트렌드와 연관지어 살펴봅시다.
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차량 및 인프라 내부 안테나 설계: 인공지능 기반의 자율주행 및 군집 또는 편대 주행을 지원하는 차세대 지능형 교통통제시스템 및 통신 네트워크에 적용할 수 있으며, 무인 차량 및 무인기의 플랫폼에 적합한 안테나를 설계하도록 지원합니다. 이를 통해 통신 간섭 현상을 없애고, 연속적인 데이터 통신으로 신뢰성을 보장할 수 있습니다. 전기차의 고기능성 전장 부품 개발: 지능형 자동차의 전장화 및 스마트화가 빠른 속도로 진행되면서, 안전 주행 및 무선 전력 전송 관련 기술이 업계의 관심을 모으고 있습니다. 이러한 지능형 자동차 구현을 위해서는 전자파 적합성(Electromagnetic Compatibility, EMC) 시험을 통과해 안전성을 입증해야 합니다. 이에 다쏘시스템은 전자파 간섭(Electro Magnetic Interference, EMI) 차폐/흡수, 방열, 접착 및 코팅과 관련된 고기능성 전장 부품 및 소재 개발을 지원하는 시뮬레이션을 제공합니다 자율주행 센서 인식률 보장을 위한 시뮬레이션:전파를 사용하는 레이더의 경우에는 큰 문제가 없지만, 빛을 사용하는 라이다와 카메라는 먼지나 흙탕물과 같은 외부 요인 발생 시 작동에 문제가 생깁니다. 이 때문에 센서의 최적 위치 선정 및 클리닝과 같은 보호 시스템 연구가 진행되고 있습니다. 자율주행 센서의 신뢰성을 보장하기 위해서는 다중 물리 및 멀티스케일을 고려한 시뮬레이션이 필요하며, 다쏘시스템은 이러한 시뮬레이션 기능을 제공합니다. 전장부품을 연결하는 와이어하네스 및 기타 케이블의 설계 복잡성 고려: 차량 내의 보드 배치 및 배선 최적화를 통해 EMI를 최소화하고, 샤시 내에서 보드/모듈 및 파워 등에 대한 최적의 배치 및 배선을 통해 EMC를 향상시키기 위한 시물레이션 연구가 늘어나고 있습니다. 이와 더불어 케이블 사용이 증가하면서 자동차 무게의 상당 부분을 차지하게 된 만큼, 와이어하네스 부품 경량화를 위한 기술 개발이 요구되고 있습니다. 차량 내부에서의 무선 통신의 신뢰성 보장: 현재 차량 안 분산돼 있는 여러 안테나들을 통합하는 컨포멀(Conformal) 안테나가 개발된 상태이며, 앞으로는 5G 통신 기술로 차량 내부와 주변 환경을 연계해 운전자, 탑승자 및 보행자에게 더욱 안전하고 편리한 생활을 선사하는 모빌리티 서비스가 각광받을 것입니다. 또한, 운전자의 안전 운전을 위해 운전석 옆 유리 및 전면 유리 앞에 디스플레이를 배치해 주행 정보를 제공하고, 운전석 중앙 디스플레이를 통해 인포테인먼트 서비스를 제공할 것입니다. |
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