자동차 전자기기 표준: 자율 주행 차량의 현황

개인적으로 저는 제 차를 직접 운전하는 것을 즐기며, 전체 과정이 완전히 자동화되는 것에 대해 얼마나 편안함을 느낄지 확신이 서지 않습니다. 필요할 때 내 차량을 제어할 수 있는 것이 좋지만, 장거리 여행 중에는 뒷좌석에 누워 편안히 쉴 수 있다면 좋겠습니다. 자동차 산업은 아직 자율 주행 차량을 이러한 수준까지 도입하지 않았지만, 머지않은 미래에 이것이 현실이 될 것이라고 확신할 수 있습니다.

무인 차량 주변의 규제 및 산업 환경을 살펴보면, 이러한 시스템의 안전성과 신뢰성과 관련된 여러 가지 문제를 고려해야 합니다. 전자 산업과 PCB 디자이너들에게는 표준 환경이 아직 명확하지 않으며, 매우 규제된 산업에서 산업 표준에 따라 설계하는 것이 중요한 고려 사항이 될 것입니다. 자율 주행 차량을 연결하고 제어하기 위해 작업하는 PCB 디자이너들을 위한 현재의 표준 환경을 살펴보겠습니다.

자율 주행 차량을 위한 표준 환경

IHS Market은 2035년까지 7800만 대의 반자율주행 또는 자율주행 차량이 도로 위에 나타날 것으로 추정합니다. SAE에 의해 완전 자동화되어 운전자의 주의가 필요 없는 것으로 정의된 4단계 자동차는 이미 도로 위에 있지만 상업적으로는 이용할 수 없습니다. 2단계 자동차는 이미 주요 자동차 회사에서 구입할 수 있지만, 첫 번째 3단계 차량은 여전히 미국에서 법적 난제에 직면해 있습니다.

표준과 관련된 문제는 기능의 문제가 아닙니다. 오히려 신뢰성의 문제입니다. 자율주행 차량은 승객의 안전을 보장하기 위해 중복성과 안전장치가 필요합니다. 자율주행 차량의 중요 제어 시스템이나 안전 시스템을 위한 PCB가 실패할 경우, 차량은 최소한 스스로 안전하게 정차할 수 있는 일정 수준의 중복성을 갖추고 있어야 합니다. 이러한 시스템은 운전자가 차량을 제어하여 사고를 방지하도록 요구할 수도 있습니다.

규제 환경은 이미 충분히 혼란스럽고 광범위하게 다양합니다. 자율 주행 차량을 둘러싼 혼란스러운 규제 환경을 제외하고도, 업계는 안전한 자율 주행 차량에 필요한 모든 작업을 가능하게 하는 새로운 전자 제품에 적용될 일관된 표준에 대해 아직 합의에 이르지 못했습니다. 이미 차량에 대한 새로운 표준이 기존의 IATF, IPC, ISO, AEC, SAE 표준을 넘어 안전성과 기능성에 관한 표준을 설정할 것으로 예상할 수 있습니다.

위에 나열된 표준 기구 외에도, 자동차 전자 제품 위원회(AEC)는 자동차 등급 구성 요소 및 시스템에 대한 테스트 요구 사항을 정의합니다. ISO-26262 표준은 이미 자동차 시스템의 설계, 통합, 구성에 대한 기능적 측면을 다루고 있습니다. ISO 26262 표준은 2011년에 개발되었으며, 새로운 차량은 2011년 당시보다 훨씬 더 많은 소프트웨어를 포함하고 있습니다. 최근에 ISO 26262 파트 II가 출시되었으며, ADAS 시스템에 대한 ISO/WD PAS 21448 표준은 SAFECOMP 2019 컨퍼런스에서 논의의 대상이었습니다. 우리는 이미 전기/전자 시스템의 기능 안전에 대한 새로운 인증이 여러 조직에서 나오는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 표준뿐만 아니라 PCB 제조에 관한 다른 ISO 표준들도 자율 주행 차량을 위한 전자 제품의 현재 설계자들에게 기준으로 삼아야 합니다.

소프트웨어 개발자들에게 ASPICE 인증은 자율 주행 차량의 수가 증가함에 따라 계속해서 중요하게 될 것입니다. ASPICE는 "소프트웨어가 어떻게 생겨야 하는가"를 정의하는 반면, "소프트웨어가 어떻게 개발되어야 하는가"는 정의하지 않습니다. 자율 주행 차량의 소프트웨어는 복잡하지만, 소프트웨어 개발 과정은 크게 변하지 않을 것으로 보입니다. 저는 더 많은 개발 팀들이 애자일 모델의 일부로 ASPICE를 채택할 것으로 예상합니다.

차량 내부 및 차량 간 네트워킹

자율 주행 차량 내의 또 다른 표준 문제는 대량의 임베디드 시스템들 사이의 네트워킹입니다. 이 시스템들은 데이터를 수집 및 처리한 후 이 데이터를 사용하여 무인 차량 내에서 제어 기능을 실행해야 합니다. 차량들은 또한 표준화된 무선 프로토콜을 사용하여 무선 차량 간 임시 네트워크(VANET)를 통해 다른 차량과 통신할 필요가 있습니다.

이러한 자율 주행 차량들은 운전하는 동안 임시 무선 네트워크를 형성해야 할 것입니다

VANET에서 무선 접속을 규정하는 기준은 이미 많이 있으며, 예를 들어 4G LTE/5G, DSRC, WAVE 등이 있습니다. 기존 MANET 라우팅 프로토콜과 토폴로지도 네트워크 차량에서 라우팅 결정을 내리는 데 사용되고 있습니다. IEEE 802.11p 표준은 일반적으로 실험 시스템에서 사용되며, 이 프로토콜을 사용하여 자율 주행 차량을 네트워크화하는 시스템을 설계하는 것은 현재 연구 주제입니다.

차량 내 네트워킹은 또한 중복성에 초점을 맞춰야 합니다. 차량 내의 하나의 ECU가 실패하면, 그 기능은 다른 ECU가 수행해야 할 수 있으며, 이는 중복성을 제공하기 위해 메시 토폴로지를 사용하는 차량 내 네트워크가 필요합니다. 여기서, 신호 무결성을 유지하는 측면에서 네트워크 시스템을 설계하기 위한 표준 설계 규칙을 따를 수 있지만, 이 시스템은 안전을 보장하기 위해 매우 신뢰성이 높아야 합니다. 이것은 자율 주행 차에 대한 지속적인 연구가 이루어지고 있는 또 다른 측면입니다.

신뢰성은 기판에서 시작됩니다

자동차 PCB는 다른 용도의 PCB보다 더 가혹한 환경에서 생존해야 합니다. 이는 가혹한 환경에서의 열 신뢰성 및 장기 안정성 테스트를 통과하는 것을 포함합니다. 이러한 신뢰성 요구 사항을 충족시키는 것은 올바른 기판 재료를 선택하는 것에서 시작됩니다.

엔진룸에 있는 PCB는 이미 고온을 견뎌야 하므로, 비용 목표에 따라 알루미나 또는 알루미늄 나이트라이드 세라믹 기판이나 두꺼운 구리 PCB가 사용될 수 있습니다. 안전 시스템의 경우에는 여전히 FR4가 선호되는 기판입니다. 메탈 코어 PCB는 일반적으로 ABS(안티록 브레이크 시스템)에 사용됩니다. 자율주행차의 충돌 회피 시스템은 LiDAR 또는 레이더에 의존하며, 고주파에서 손실이 적은 PCB가 필요합니다.

HDI 디자인은 무인 자동차용 PCB에서 사용되는 구성 요소와 연결의 수가 계속 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다. 인포테인먼트 시스템은 디스플레이가 더 많은 기능을 통합함에 따라 이미 더 복잡해지고 있으며, 보드의 크기를 크게 증가시키지 않으면서 더 큰 통합이 요구됩니다.

자율주행차용 PCB에서 이보다 더 높은 밀도를 기대하세요

전기, 하이브리드, 연료 전지 자동차의 PCB에서 전력 무결성과 열 요구 사항은 무시할 수 없습니다. 업계는 이미 두꺼운 구리를 사용한 PCB를 사용하여 이러한 보드가 충전, 전력 관리, 전력 분배 시스템에서 더 높은 전류와 더 높은 온도를 견딜 수 있도록 하고 있습니다. 이 보드에서는 구성 요소와 보드 자체의 손상을 방지하기 위해 열 관리 기술이 사용되어야 합니다.

자율주행차에서의 더 큰 통합

앞으로 우리는 이전에는 별개였던 시스템들의 통합과 차량 내에서의 더 큰 처리 능력을 볼 수 있을 것으로 기대합니다. 이는 센서, ECU, 그리고 자율 주행 차량의 모든 측면을 제어하는 다양한 전기기계 시스템 간의 통합을 요구합니다. 소프트웨어의 복잡성도 대량의 데이터가 객체 인식, VANETs를 통한 통신, 그리고 거의 실시간에 가까운 다른 많은 작업에 즉시 사용되어야 함에 따라 증가하고 있습니다. 최고의 설계가 그 가치를 입증함에 따라 표준 환경도 계속 변화할 것입니다.

제한된 공간 내에서의 더 큰 통합은 보드, 구성 요소, 그리고 연결 수준에서 일정 수준의 소형화를 요구할 것입니다. 이는 단순히 미적인 문제 이상의 것입니다; 실험적인 자율 주행 차량에 사용된 거대한 시스템들은 차량 내부에 통합되어야 합니다. 이는 중요한 시스템이 혹독한 날씨, 기계적 진동, 그리고 습도로부터 적절히 보호될 수 있도록 보장합니다. 이는 차량의 대시보드를 넘어서 확장될 것입니다.

만약 여러분의 설계 팀이 자율 주행 차량을 위한 전자 장치에 작업한다면, 중요한 자동차 표준을 준수하면서도 팀이 창의력을 발휘할 수 있게 해주는 고급 PCB 설계 소프트웨어가 필요합니다. Altium Designer^®는 설계 및 생산 계획 도구의 전체 스위트를 단일 프로그램에서 제공합니다. 여러분은 어떤 애플리케이션을 위한 전자 장치를 설계할 때 필요한 자유와 도구를 갖게 될 것입니다.

이제 무료 체험판을 다운로드하여 업계 최고의 레이아웃, 시뮬레이션, 생산 계획 도구에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 오늘 Altium 전문가와 상담하세요 자세한 정보를 얻으십시오.