'변곡점에 도달한 현실' - 자동차 전자 장치에 대해 논의하는 전문가들

자동차 산업의 변화는 최근 큰 주목을 받고 있습니다. 기술의 발전은 자동차 부문에서 다양한 트렌드와 업데이트를 촉진하며, 무공해 차량 및 자율 주행과 같은 대규모 트렌드부터 소형화, 에너지 저장 방법 등 틈새 트렌드까지 다양한 분야에 영향을 미치고 있습니다.

오늘날의 차량에는 과거 어느 때보다 많은 전자 장치가 사용되고 있습니다. 소비자와 교통 전문가 모두가 차량에서 고급 안전 기능, 인포테인먼트 옵션, 강화된 보안, 승객의 편의성과 편안함 등 더 많은 기능을 요구하고 있습니다.

전력 및 상호 연결 부품은 차량을 포함한 다양한 교통수단의 발전에 기본이 되는 요소입니다. 전자 업계를 선도하는 두 기업 소속의 자동차 부품 전문가 3명(DigiKey의 기술 마케팅 관리자 Shawn Luke, Molex의 비즈니스 개발 관리자 Matt McWhinney 및 Kirk Ulery)이 최근 자동차 설계 부문의 주요 동인에 대해 논의했습니다.

자동차 제조업체가 더 스마트하고 연결성이 강화된 차량 개발에 속도를 내면서, 이에 필요한 전자 부품의 수도 계속 늘어나고 있습니다. 실제로 Statista에 따르면, 2030년까지 전자 장치가 신차 비용의 50%를 차지할 것으로 예상됩니다.

"차량 내 전자 기능이 급격히 늘어나면서, 창의적으로 새로운 것을 시도해 볼 수 있는 무한한 가능성이 열렸습니다."라고 Ulery는 말했습니다. "전기 자동차와 기타 추진 시스템의 측면에서 어떤 방향으로 나아가든 전자 장치는 앞으로 차량에서 가장 핵심적인 부품이 될 것입니다."

혁신을 가능하게 하는 전기화

자동차 전기화는 혁신적인 신차 설계로 향하는 문을 열어주었습니다. 기존의 내연 기관을 탑재할 필요가 없으므로, 자동차 제조업체는 배터리와 충전 포트를 보다 유연하게 배치하여, 승객 또는 화물을 위한 공간을 확장할 수 있게 되었습니다.

EV 충전 포트 위치는 설계 단계에서 다양하게 선택할 수 있습니다(이미지 출처: Molex).

이에 따라 EV 제조업체의 시장 진입이 증가했으며, 다양한 브랜드와 모델을 선보이고 있습니다. 현재 시점에서 대부분의 차량 전자 부품은 여전히 고가이며, 전반적으로 표준화가 부족합니다. 하지만 이러한 다양성의 증가는 스타일과 맞춤화의 측면에서 소비자에게 더 많은 선택권을 제공하며, 기술이 발전하고 생산량이 증가함에 따라 차량의 원가도 감소할 것으로 전망됩니다.

"전기차 설계는 새로운 기술과 혁신을 위한 경쟁의 장이므로 전기 자동차 설계의 공통 레이아웃이 등장하기까지는 아직 시간이 좀 더 필요할 것입니다."라고 McWhinney는 예측했습니다. "자동차 산업에서 설계는 매우 견고하고 신뢰성이 높으며 검증된 경향이 있지만, 이 급변하는 시기에는 여전히 초기 단계에 머물러 있는 플랫폼이 많으며 이는 본질적으로 매우 고가의 시제품이라고 할 수 있습니다."

제조업체, 브랜드 또는 모델에 상관없이 모든 전기 자동차는 실시간 소프트웨어 기반 의사 결정을 지원하기 위해 신뢰할 수 있는 동력 전달과 고속 데이터 전송을 필요로 합니다.

마이크로 프로세서의 발전은 차량의 기능과 동작을 관리하는 소프트웨어 정의 차량 플랫폼의 도입으로 자동차 설계에 패러다임 전환을 가져왔습니다. 하드웨어 의존도가 줄어들면 모듈성, 유연성 및 연결성이 향상되어 더 적은 수의 부품과 배선으로 매우 복잡한 시스템을 관리할 수 있습니다.

Ulery는 "차량에 더 이상 배선을 추가할 수 없는 변곡점에 이르렀습니다."라고 설명했습니다. "자동차 산업은 컴퓨터 산업에서 기술을 차용하기 시작했습니다. 이제 기가헤르츠(GHz) 대역에서 작동할 수 있는 2선 이더넷 표준이 도입됨에 따라 차량 내 배선량을 줄일 수 있게 되었습니다."

"48V 전기 시스템은 또 다른 예입니다. 이제 더 얇은 배선을 사용할 수 있으며, 소프트웨어 정의 차량의 영역 기반 아키텍처에서는 단일 컨트롤러로 모든 장치를 동일한 버스에서 단일 배선으로 연결할 수 있습니다. 구리 커넥터의 사용은 줄어들겠지만, 미래 차량에서 요구되는 더 높은 연결 속도 요구 사항을 충족하기 위해 더 정교하게 설계되고 성능도 향상될 것입니다."

전기 자동차(또는 하이브리드)

자동차 제조업체들은 배터리 전기 자동차 생산에 집중하고 있지만, 미국 소비자들은 충전 인프라와 차량 주행 거리가 개선될 때까지 투자를 망설이고 있습니다. 2023년, AP통신은 미국에서 하이브리드 차량 구매 성장률은 76% 증가한 반면 전기 자동차 판매 증가세는 정체되었다고 보도했습니다.

Ulery는 "북미 지역에서는 전기화가 순탄치 않아 시행착오를 겪고 있습니다."라고 말하며 "한 번에 100마일 이상을 주행한다면, 충전 인프라 문제를 해결해야 한다는 것을 실감할 수 있다"고 강조했습니다.

McWhinney는 "대부분의 플랫폼에서 하이브리드 차량이 가장 인기를 얻고 있습니다."라고 말하며 "경제와 정치 행정도 전기 자동차의 채택 방식에 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였습니다.

하지만 전기차 옵션은 소비자용 차량을 넘어 점차 확산되고 있습니다. 상용 차량이 지속 가능성을 목표로 삼으면서 최종 배송, 대중교통, 트럭 야드에서 사용되는 경차 및 중형 차량 등 일부 차량이 배터리 전기, 플러그인 전기 및 대체 연료(예: 수소)로 전환되고 있습니다.

Ulery는 "2024 Work Truck Week in Indianapolis에서 기본적으로 세미 트럭보다 작은 모든 차량에 전기 모터가 장착되어 있었으며, 환경적 측면에서 무공해 수소 동력 시스템도 꽤 많이 선보였습니다."라고 덧붙였습니다.

자동차 부품 지정

최신 승용차에는 평균적으로 80개의 센서, 100개의 전자 장치 및 수많은 배선이 포함되어 있습니다. 이러한 각 부품은 날씨, 습도, 다양한 도로 상태, 고온, 진동 등 차량이 겪는 까다로운 환경 조건에서 우수한 성능을 발휘하기 위해 엄격한 표준을 충족해야 합니다.

스마트 차량용 전자 장치는 까다로운 EV 환경에서 작동하기 위해 엄격한 표준을 준수해야 합니다(이미지 출처: Molex).

Luke는 "내구성과 신뢰성은 운송 분야에서 매우 중요합니다."라고 말했습니다. "차량에 탑재되는 일부 부품은 수십 년 동안 사용되어야 합니다. 이렇게 장기적인 사용을 고려할 때, 소비자들이 자동차나 비행기로 여행할 때 기대하는 USB-C 충전 케이블 표준처럼 부품의 변화에 맞게 전체 차량을 준비하는 데에는 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다."

자동차 전자 위원회(AEC), 미국 자동차 연구 위원회(USCAR) 등 자동차 제조업체에서 사용되는 부품의 표준을 설정하는 여러 인증 기관이 있습니다. 이러한 조직은 성능 요구 사항을 정의하고, 자동차 환경에서 사용하도록 승인되는 부품을 신중하게 검토 및 인증합니다.

전 세계적으로 인정받은 AEC 인증(AECQ) 부품은 일반적으로 도로 환경의 열악한 조건에도 성능 저하 없이 견딜 수 있는 우수한 품질의 내구성이 뛰어나고 신뢰할 수 있는 부품입니다. 자동차 설계 시 부품을 선택할 때 다음과 같은 사항을 추가로 고려해야 합니다. 

• 모듈성: 필요 시 소유자가 또는 수리점에서 부품을 쉽게 교체할 수 있나요?
• 접점 기하학: 부품을 몇 회나 연결 및 분리할 수 있나요? 간단히 말해, 커넥터가 제 역할을 하나요?
• 효율성: 부품이 에너지를 효율적으로 사용하나요? 아니면 추가 전력을 소비하나요?
• 사용 사례: 부품이 사용 사례를 충족할 수 있도록 사양에 맞게 제작되었나요? 적격 기준에 미달하는 부품은 기능을 제대로 수행하지 못하고, 적격 기준을 초과하는 부품은 설계 유연성을 제한할 수 있습니다.
• 조립 편의성: 차량 내 위치에 따라 조립 라인에서 부품을 대규모로 반복적으로 설치할 수 있나요?
• 안전: 차량이 주행하는 중에 부품이 고장 날 경우 사고를 방지하기 위한 백업 부품이 준비되어 있나요?

McWhinney는 "자동차 부품의 위험 평가와 사양에는 양면성이 존재합니다."라고 말했습니다. "생존성뿐만 아니라 기능성까지 고려됨에 따라, 때로는 사양을 재정의하거나 업그레이드해야 할 필요가 있습니다. 반대로 사양이 과도하여 비용이 지나치게 많이 투입되었거나, 설계 유연성을 제한할 수도 있습니다. 아키텍처가 진화함에 따라 사양의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다."

Luke는 "상호 연결 부문의 장점은 모듈식 부품을 만들어 교체할 수 있다는 점입니다. 기본적인 것처럼 인식되지만, 자동차 설계에서 상호 연결이 갖는 중요성이 과소 평가되고 있습니다.”라고 덧붙였습니다.

특히 전문가들은 자동차 설계에서 안전이 최우선이라는 데 동의합니다.

Ulery는 “안전 문제는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.”라고 말했습니다. "컴퓨터가 작동하지 않는다면 그냥 재부팅하면 되지만, 고속으로 주행 중인 차량 내에서 컴퓨팅 버스를 실행할 때는 그럴 수 없습니다. 이는 우리가 수행하는 모든 작업에서 반드시 고려해야 할 완전히 새로운 차원의 요소입니다."

"부품과 관련하여, 우리는 항상 최신 기술과 최고의 성능을 추구합니다. 어떻게 최신 기능을 추가해 최고의 성능을 구현할 수 있을지 고민하며, 이를 빠르게 실현하고 싶지만, 사람들의 생명이 걸린 문제이므로 신뢰성이 절대적으로 보장되어야 합니다."

전망

앞으로를 전망할 때, 소비자들은 안전과 편의성을 위한 더욱 고급화된 기능을 지속적으로 요구할 것으로 예상되며, 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 전기 자동차 및 기타 교통수단에도 관심이 높아질 것입니다.

McWhinney는 "전기화 흐름은 사그라지지 않을 것이며 오히려 더 빠르게 확대될 것"이라고 말했습니다.

McWhinney에 따르면 모든 과정에서 자동차 전자 부품의 소형화 추세는 계속될 것입니다.

그는 "마이크로 일렉트로닉스의 발전으로 차량에 마이크로 프로세서가 더 많이 탑재되면서 소프트웨어 정의 차량 플랫폼으로 전환이 가속화되고 있습니다."라고 말했습니다. "차량 내 모든 부품이 그 시점에 소프트웨어에 의해 직접 동적으로 제어된다는 의미는 아니지만, 제어 시스템을 그러한 방향으로 재설계하는 것은 엄청난 영향을 미칠 것입니다."

차량에 탑재된 마이크로 프로세서의 수가 증가하면, 특히 자율 주행과 같은 기술에 의존하는 많은 혁신이 가속화될 수 있습니다. 이러한 혁신은 에지 컴퓨팅의 초고속 데이터 처리 능력을 기반으로 합니다. 아직 몇 년은 더 있어야 하지만 빠르면 2030년에는 자율 주행 차량이 보편화될 수 있습니다. 대부분의 사람들은 이미 자동차의 크루즈 컨트롤이나 비행기의 '자동 조종'과 같은 반자율 주행 기능을 사용하고 익숙해져 있습니다. 그동안은 운전사나 조종사가 여전히 운전 및 조종에 관여해야 할 것으로 보입니다.

운송 및 자동차 산업은 앞으로 수년 동안 혁신을 주도할 것이며 Molex, DigiKey와 같은 기업들은 그 진전을 가속하는 데 필요한 부품과 서비스를 지속적으로 제공할 것입니다.