관점: 자동차의 무게를 줄이기 위해 전선을 버리다

Aug 20, 2023

자동차 제조업체는 무거운 배선 직기를 무선 주파수 기술로 교체하여 무게를 줄이는 것을 오랫동안 꿈꿔 왔습니다. 그러나 이러한 무선 열반을 달성하는 것은 처음 나타나는 것처럼 간단하지 않다고 영국 안테나 전문업체 Novocomms의 설립자인 Sampson Hu는 썼습니다.

대부분의 차량에서 가장 무거운 하위 시스템 중 하나인 와이어링 하네스의 무게는 약 150파운드에 달해 설계자에게 큰 골칫거리가 됩니다. 무선 제어로 전환하면 전체 차량 중량을 최대 50%까지 줄일 수 있다는 사실을 고려하면 '무선 시스템 관리'가 모든 주요 OEM의 최우선 과제인 것은 전혀 놀라운 일이 아닙니다. 실제로, 전기 자동차(EV)로의 전환과 이해할 수 있는 중량 감소에 대한 집착으로 인해 최근 몇 년간 무선 차량 관리에 대한 추진력이 더욱 시급해졌습니다.

구리선을 버리는 것의 이점이 그렇게 크다면 왜 우리는 생산 라인에서 굴러가는 자동차에서 아직도 구리선을 볼 수 있습니까? 사실, 차량에서 안정적인 RF 통신 시스템을 구현하는 것은 단순한 '플러그 앤 플레이'의 문제가 아닙니다. 보닛을 들어 올리면 상황이 훨씬 더 복잡해집니다.

중단된 신호가 휴대폰 사용자에게 세상의 종말은 아니지만 제동이나 가속과 같은 중요한 차량 시스템의 경우 오류가 용납되지 않습니다. 헤드라이트나 와이퍼와 같이 임무에 중요하지 않은 기능이라도 일관된 기능을 보장하려면 안정적인 신호가 필요합니다. OEM과의 논의에서 이 근본적인 문제는 여전히 무선 기술 채택에 대한 핵심 '실행'/'실행 중단' 리트머스 테스트로 간주됩니다.

자동차 엔지니어의 경우 이는 간단한 사고 과정을 포함합니다. 무거운 배선을 제거하는 것은 원칙적으로 훌륭하지만 실제로는 안전이 조금이라도 손상된다면 우리는 그렇게 하지 않을 것입니다.

차량의 무선 통신이 직면한 가장 큰 장애물 중 하나는 엔진 베이입니다. 직경이 1미터도 안 되는 이 금속 탱크 안에는 스파크 플러그(ICE 엔진의 경우), 전기 모터 및 스위치기어(EV의 경우)로 인해 발생하는 풍부한 전기 소음이 들어 있습니다. 무선 신호의 경우 이는 안테나 설계자에게 일련의 실질적인 과제를 제시하는 매우 공격적이고 끊임없이 변화하는 환경입니다.

둘째, 네트워크 관리 문제는 전기 엔지니어에게 몇 가지 실제적인 수수께끼를 안겨줍니다. OEM과의 협력은 다양한 제어 수준에 대한 무선 신호 분리가 핵심 요소임을 보여줍니다. 제동 및 가속과 같은 안전에 중요한 작업이 실내 조명이나 전기 창문과 같은 덜 중요한 기능보다 우선하는 이 계층 구조에는 특정 무선 신호를 구별하면서 중앙 제어 형태가 필요합니다.

놀랍게도 우리의 타당성 조사에서는 일관된 무선 전송과 관련하여 인간이 자동차에서 발생하는 문제도 강조되었습니다. 때로는 차량에 운전자가 한 명 있을 수도 있고(약 70%가 물로 구성됨) 차량이 승객으로 가득 차 있을 수도 있습니다. 모두 객실 내에서 움직이기 때문에 신호에 대한 잠재적인 간섭/차단이 발생할 수 있습니다.

이는 우리가 자동차 제조업체와 협력하는 동안 고려한 주요 문제 중 일부에 불과합니다. 이러한 질문에 대한 간단한 대답은 없지만 무선 설계의 동적 영역에서 앞서가는 건설적인 방법을 제안할 수 있습니다.

무선 난제에 대한 잠재적인 해결책은 메시 기술, 즉 인터넷 용어로 '호핑(hopping)'으로 알려진 것입니다. 이는 차량 주변의 노드를 활용하여 경로를 단축하고 신호가 간섭을 덜 받게 만듭니다. 상당히 복잡하고 설치 비용이 저렴하지는 않지만 잠재력이 있습니다.

주파수 할당은 활발히 연구되고 있는 또 다른 고려 사항입니다. 원칙적으로 신호 주파수를 낮추면 차량 전체에 침투하기가 훨씬 쉬워집니다. 그러나 기가바이트 미만의 주파수는 매우 혼잡한 스펙트럼입니다.

EV 팩 리더인 Tesla는 PoE(Power over Ethernet)라는 접근 방식으로 전원 및 데이터 케이블을 통합하려고 합니다. 여기서 가장 큰 장점 중 하나는 이 시스템이 간섭을 덜 받는다는 것입니다. 그러나 EV의 경우 필요한 전력량이 상당하며 전력 요구 사항의 차이가 문제가 될 수 있습니다.