작은 결함도 치명적 사고로 이어지는 자동차는 이중 안전설계가 필수적이다. 이중 안전설계는 세 개의 유형으로 나뉜다. 고장 시 작동을 아예 멈추게 하거나, 경보 처리와 함께 한시적으로 작동하게 하거나 복구까지 안전한 기능을 유지하도록 하는 것이다. 이와 차별화된 개념으로 사용자의 휴먼에러를 방지하는 오조작 안전설계가 있다.
이중 안전설계는 소프트웨어적 측면과 기구적 측면으로 구분할 수 있다. 소프트웨어적인 측면은 미끄러짐 방지 등 위급한 상황에서 차량의 자세를 안정적으로 유지해주는 첨단 전자식 제동장치(ESC)를 예로 들 수 있다.
ESC는 조향각, 횡가속도, 요-레이트, 휠-스피드 센서 등에서 계측한 정보를 종합해 차체 자세가 안정적으로 유지되고 있는지 판단하고, 이런 정보를 바탕으로 네 바퀴의 제동력을 각각 제어하는 방식으로 작동한다. 센서 중 어느 하나가 오작동할 경우 제어를 둔감화시키면서 나머지 정상적인 센서들이 고장 센서의 계측값을 추정해 일시적으로 사용할 수 있는 여분의 작동 체계를 마련해놓고 있다.
신개념 조향장치를 장착한 자율주행차의 모습. 현대모비스 제공
기구적인 측면에선 전동식 조향장치(MDPS)를 예로 들 수 있다. MDPS는 모터를 이용해 운전자의 핸들링을 보조하는 장치로 안정적인 전원 공급이 필수적이다. 핸들링에 필요한 신호의 송수신도 끊김 없이 이뤄져야 한다. 이를 위해 MDPS의 각종 센서류는 전원 입력구조를 이중화하면서 신호 채널도 3개에서 많게는 4개까지 다중화하는 형태로 개발되고 있다.
인지, 측위, 판단, 제어의 4단계로 움직이는 자율주행차의 핵심센서도 겹겹의 이중 안전구조를 갖추고 있다. 자율주행차는 카메라(형상정보), 레이더와 라이다(거리, 속도, 방향정보), GPS 센서의 정보 등을 융합해 차량과 장애물 위치를 파악한다. 조도가 낮은 야간(카메라), 빛이 산란되는 우천 상황(라이다), 터널 구간(GPS) 등 각각의 센서가 불리해지는 환경이나 어느 하나가 고장나는 상황에서 서로 상호 보완하도록 설계된다.
이중 안전설계에서 가장 근본적인 접근 방식은 독립적으로 작동하는 여분의 장치를 마련하는 것이다. 이를 ‘대리 가능성’을 확보한다고 한다. 국제 전장품 기능안전 규격인 ISO26262도 이 같은 형태의 설계를 권고하고 있다. 자율주행차의 조향과 제동 등 안전 관련 핵심 기능은 이 같은 ‘듀얼모드’가 한층 필수적일 전망이다. 사람이 개입하지 않더라도 시스템이 위험 상황을 극복해야 하기 때문이다.
현대모비스도 자율주행차에 적합한 듀얼모드의 첨단 조향장치를 개발했다. 두 개의 전자 회로를 활용한 제어 방식으로 핵심 전자 부품(센서, ECU, 모터 등)을 모두 이중으로 설계했다. 문제가 확인되면 1번 시스템을 끄고 2번 시스템을 활성화하는 방식으로 차량을 제어한다. 이를 통해 차량은 유사시 어떤 상황에서도 정상적인 조향 기능을 유지할 수 있게 된다.
듀얼모드의 핵심 부품을 상용화하기 위해서는 전장품의 소형화 등 개발 역량이 필수적이다. 현대모비스는 듀얼모드 전동식 조향 장치에서 사람의 두뇌 역할을 하는 전자제어장치를 기존의 절반으로 소형화하는 데 성공하기도 했다.
