[알아봅시다] 자동차용 HIL 시뮬레이션

가상의 차량으로 ECU 성능ㆍ결함 테스트

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동일 시제품 제조비용 절감ㆍ개발기간 단축 효과
초기 단계부터 완성도 높여… 신기술 구현 가속


자동차가 기획, 설계된 후 양산에 들어가기 전 제조사들은 차량의 성능과 결함을 테스트하기 위해 프로토타입(Prototype)이라고 불리는 예비단계 자동차를 만듭니다. 이 예비과정의 자동차를 만드는데는 양산차량 제조비용의 몇배에서 몇십배에 이르는 비용이 필요할 뿐 아니라 제조과정도 복잡하고 어렵습니다. HIL 시뮬레이션(Hardware In the Loop Simulation)은 이같은 어려움을 줄이기 위해 프로토타입을 가상의 시뮬레이터로 대신해 테스트를 할 수 있는 기술입니다. 자동차뿐만 아니라 우주항공, 국방, 조선, 산업자동화 분야의 SW 개발에서도 필수요소라고 할 수 있는 HIL 시뮬레이션이 무엇이고 산업 현장에서 어떻게 적용되는지를 자동차용 HIL 시뮬레이션을 중심으로 알아보겠습니다.

최근에 출시되는 자동차는 하이브리드카, 전기차 등 연료절감을 위한 친환경 기술과 안전거리 감지, 주행 중 졸음방지, 텔레매틱스 등 운전자의 안전성을 높이고 사용자 편의를 돕기 위한 신기능을 많이 선보이고 있습니다. 이러한 기능들은 차량에 내장되는 전자장치와 임베디드 소프트웨어(SW)에 의해 구현되며, 최신형 자동차의 경우 전자장치와 SW가 차지하는 원가 비중이 차량 전체 원가의 절반 이상을 차지할 정도입니다. 이렇게 발전하고 있는 자동차 SW는 차량 이용자에게 더 높은 안전성과 사용 편의성을 제공하지만, 차량용 전자장치로부터 발생하는 오류로 인한 인명피해와 경제적인 손실 역시 늘어나는 추세입니다. 편의성과 안전을 동시에 추구하면서도 짧은 제품 사이클을 특징으로 하는 자동차 시장의 트렌드에 따라 차량용 전자제어장치(ECU)를 신속하고 안정적으로 개발하기 위한 툴이 요구되는 게 현실이며, 마켓리더들은 이같은 요구에 대응하기 위한 개발 체계를 도입해 신기술 구현을 가속화하고 있습니다.

HIL 시뮬레이션은 시험을 위해 실차량과 동일한 시제품을 만드는 대신 일부분 또는 전체의 차량을 가상의 자동차로 대체합니다. 흔히 V-사이클이라 불리는 자동차 SW의 개발단계에서 HIL 시뮬레이션은 완성된 ECU의 기능을 검증하고, 한계를 시험해 차량의 성능과 안전을 확보하기 위한 필수 단계입니다. 이러한 실험을 실제 차량에 적용하는 것이 비용, 시간, 안전상의 문제는 물론, 충분한 악조건을 구현 또는 재현하는 데 어려움이 따르게 돼 개발된 것입니다. 자동차 제조사들은 HIL 시뮬레이션을 통해 짧은 개발기간 내에 완성도 높은 신기술을 탑재해 출시해야 하는 시장요구에 발맞춰 자동차 개발 초기 단계에서 ECU의 성숙도를 극대화할 수 있습니다.

HIL 시뮬레이션은 하나 또는 여러 개의 실제 콤포넌트가 실시간으로 시뮬레이션되는 콤포넌트들(차량 동력학 모델들)과 상호 작용합니다. 또 시뮬레이션을 통해 실제 차량이 존재하는 것과 같은 신호를 ECU에 전달하기 위해 각종 유압, 모터, 센서 등을 모사하는 전기적 신호 모사장치가 필수이며, 에어백이나 ABS ECU 등이 이러한 과정을 통해 개발됐습니다.

HIL 시뮬레이션을 사용하는 이유는 비용절감, 안전확보, 개발기간 단축을 들 수 있습니다.

프로토타입 차량이 아직 완성되지 않은 경우에도 실제 차량에서 테스트하는 것과 같이 ECU의 테스트를 진행할 수 있고, 차량의 파손이나 운전자의 부상이 우려되는 극한상황에서의 차량 테스트를 시뮬레이션을 통해 진행함으로써 위험요소 없이 수행할 수 있습니다. 또 발생할 가능성이 매우 적은 오류나 일부 장치의 고장과 같이 쉽게 일어나기 어려운 상황을 설정하고 이를 반복할 수 있어 비용이 많이 소요되는 프로토타입 차량의 숫자를 줄이고 테스트에 소비되는 시간을 현저히 감소시킬 수 있는 것입니다.

HIL 시뮬레이션은 시간에 구애받지 않고 필요할 때마다 언제든지 할 수 있고 또 자동화시킬 수 있습니다. 또 수동 시험에 비해 테스트 커버리지를 훨씬 더 크게 할 수 있어 완성차의 품질과 완성도를 높일 수 있습니다.

자동차 전자장치 개발 솔루션 업체인 MDS테크놀로지 관계자는 "자동차의 전자장치가 점점 복잡해지고 안전 기준이 엄격해짐에 따라 차량이 출시되기 전까지 수많은 테스트를 거쳐야 한다"며 "HIL 시뮬레이션은 SW 품질을 높일 수 있을 뿐만 아니라 개발비용을 절감하고 개발기간을 단축시킬 수 있는 효율적인 개발방법"이라고 말했다.

강동식기자 dskang@

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