1. 디지털 Cockpit 플랫폼 설계 및 개발
가. 디지털 Cockpit 플랫폼 기술 분석
디지털 Cockpit 플랫폼 개발을 위한 디지털 Cockpit 개발 현황 및 실행환경에 대하여 분석함
- 디지털 Cockpit 시스템의 핵심은 운전자와 인터랙션을 통해 주행 관련 정보를 운전자에게 제공하고 운전자의 반응을 반영하여 맞춤형 정보를 제공하는 것임
- 최근 출시되는 자동차의 대부분은 하이브리드(hybrid) 형이 장착되었고 점차 풀 디지털 Cockpit 시스템이 확대되는 추세임 - 디지털 Cockpit 시스템을 구성하는 H/W 플랫폼은 단순 기능을 수행하던 디바이스에서 임베디드 시스템으로 발전하였고 다양한 정보제공 기능과 함께 강력한 그래픽 처리 성능을 지닌 자동차 전용 프로세서가 출현함
- 디지털 Cockpit 시스템의 기능이 다양화 되면서 운영체제가 없던 시스템에서 점차 운영체제를 적용하기 시작하였음
- S/W는 자동차용 임베디드 운영체제 뿐만 아니라 임베디드 시스템 환경에서 안전한 기능 수행이 가능하도록 AUTOSAR, ISO26262 등을 적용하며 개발되고 있음
- 운전자와의 상호작용을 위한 HMI 기술은 크로스 플랫폼을
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지원하고 IDE(Integrated Development Environment)와 RTE(Runtime Environment)를 제공하는 디지털 Cockpit 개발 툴 을 이용하여 운전자와의 인터페이스 기술을 개발함
디지털 Cockpit 플랫폼 개발을 위한 디지털 Cockpit 저작 기술에 대하여 분석함
- HMI 기술은 풀 터치 스크린이나 디지털 인스트루먼트 패널, 음성 사용자 인터페이스 등에 적용되고 있고 시나리오의 복잡도 및 사용되는 그래픽 효과에 대한 요구치가 지속적으로 증가하고 있음
- HMI의 요구가 늘어남에 따라 자동차 제조사에서는 HMI 프로젝트를 구성하는 시나리오 상태(state) 및 위젯(widget)을 구현하고 관리하기 위한 개발 및 관리용 툴이 주요 이슈가 되고 있음
- 대표적인 HMI 솔루션으로 Electrobit의 EB GUIDE, Rightware의 KANZI 등이 있으며 국내 업체로는 리코시스의 TiaAutomotive가 있음
- EB GUIDE (ElektroBit Graphical User Interface DEsign)는 모델 기반 HMI 개발 도구임
하드웨어와 독립적으로 HMI를 개발
실시간 시뮬레이션을 통한 오류 검출 및 사양 검증
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제작된 HMI 사양의 Graphical 배포
실 사용자 조작 환경과 동일한 환경 제공
자동차 통신(예, CAN BUS)을 활용한 PC 시뮬레이션
크로스 플랫폼으로 코드의 재사용 가능
- EB GUIDE 구조는 HMI가 실행되는 임베디드 타겟과 HMI를 저작하는 데스크탑을 독립적으로 분리하여 데스크탑에서 EB GUIDE Studio를 통해 HMI 모델을 개발 (①), 임베디드 타겟에서 실행 가능하도록 파일 추출 (⑦), 임베디드 타겟의 GTF(Graphics Target Framework) (②)상에서 어플리케이션 (③)과 데이터 (⑤) 및 이벤트 (⑤)를 공유하며 실행됨
- KANZI는 사용자 인터페이스를 원하는 자동차 제조업체(OEM), 1차 공급업체(tier-1), 디자인 업체를 위한 효과적인 원스톱 솔루션임
업계 표준 FBX와 Collada 포맷에서 3D 모델 불러오기
3D, 2D UI 컨트롤을 이용한 정확하고 유연한 텍스트 표시
스택, 그리드 컨트롤 등 2D UI 층까지 레이아웃 시스템 확장
다양한 화면 크기에 UI구축을 지원하는 비례 레이아웃
ATC, ETC, DXT를 지원하는 하드웨어 텍스쳐 압축
Free multiplied alpha를 이용한 정밀 투명성 렌더링
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- Kanzi 시각적으로 데이터와 로직이 분리된 MVVM(Model-View-Viewmodel) 구조를 가짐
- Kanzi Studio에서 개발 및 배포되는 바이너리 파일(KZB file)은 대상 임베디드 타겟과 통합된 Kanzi 런타임 상에서 API 및 플러그인을 사용하여 외부 데이터 소스와 통신함 - 리코시스의 TiaAutomotive는 국내 업체의 HMI 개발 툴로,
최적의 운전자 HMI 통합 환경을 제공하는 통합 솔루션 및 GUI 구축 모델링 프로세스임
TiaCore와 TiaStudio 기반의 자동차 HMI 플랫폼
자동차의 다양한 디스플레이 시각화
Light-weight & fast 2D/3D UI engine
Content 개발과 결과물을 실시간 확인 가능
임베디드 환경에 최적화된 2D/3D UI 솔루션
다양한 3D 및 2D 필터 효과 지원
디지털 Cockpit 플랫폼 개발을 위한 디지털 Cockpit 런타임 기술에 대하여 분석함
- 디지털 Cockpit 시스템을 위한 런타임 환경은 임베디드 하드웨어 플랫폼과 임베디드 운영체제 상에서 HMI 모델이 수행되도록 2D/3D 그래픽, 데이터 바인딩, OSAL (Operation System Abstraction Layer), 렌더링 시스템 등을 제공함 - 임베디드 하드웨어 플랫폼
다양한 기능 요구사항을 충족시키기 위해서는 고성능
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임베디드 시스템이 점차 적용 및 개발되고 있는 실정임
NDIVIA사에서는 Maxwell 기반의 슈퍼칩 Tegra X1 출시
ARM 계열의 최신 프로세서로는 i.MX6 프로세서가 있음 - 임베디드 운영체제
디지털 Cockpit 시스템을 운영하기 위한 자동차용 운영체제는 QNX, GENIVI, ANDROID, TIZEN, CarPlay 등이 있으며, IT업계에서는 자동차용 운영체제 선점이 큰 관심사가 되고 있음
최근에는 리눅스 Ubuntu를 기반으로 Yocto 프로젝트를 활용한 맞춤형 운영체제를 개발하고 있음
- RTE (Runtime Environment)
RTE는 응용 프로그램의 효율적 실행을 지원하기 위한 환경으로 임베디드 타겟의 운영체제에 최적화하여 HMI 개발 솔루션 업체에서 개발 툴과 함께 제공함
EB GUID: GTF (Graphics Target Framework)
KANZI: KANZI RUNTIME
TiaAutomotive: TiaCore
디지털 Cockpit 플랫폼 개발을 위한 3
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-party 연동 기술 기술에 대하여 분석함- 디지털 Cockpit 시스템의 3rd-party는 디지털 Cockpit 플랫폼과 연동하여 운전자에게 다양한 정보 및 서비스를 제공하는 모든 제품을 의미함
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- 디지털 Cockpit 플랫폼과 3rd-party의 연동을 위한 규격과 방법론은 HMI 저작도구에 따라 다양한 방법론이 제공됨
- EB GUIDE의 3rd-party는 EB GUIDE Studio를 이용한 HMI 모델 개발 시에 제공되는 SDK와 API를 이용하여 HMI 모델과 연동함
3rd-party 어플리케이션과 HMI는 서로 분리되어 독립적으로 실행되며 데이터풀(datapool)과 이벤트(event)를 통해 통신함
- KANZI는 Studio에서 추출된 바이너리파일과 KANZI Engine API를 이용하여 3rd-party 어플리케이션의 로직을 Visual Studio에서 제작할 수 있도록 제공함
HMI 모델과 3rd-party 어플리케이션은 독립적으로 구성되며, 제공되는 KANZI Engine API를 이용하여 통신하도록 함
운전자 인지심리행동 모델을 적용한 디지털 Cockpit 저작 시나리오를 도출하고 사용 흐름을 정의함
- 차세대 디지털 Cockpit 시스템은 자동차의 다양한 사용자 경험(UX)과 능동안전 시스템을 통합하고 있으며 운전자 상태 감지, 인지적 운전부하에 대한 연구가 가속화되고 있음
- 글로벌 자동차 업체들은 주행 중 운전자의 상태 및 행동을 탐지하고, 맞춤형 주행정보를 제공하기 위한 차세대 HMI 기술 개발에 대한 투자를 늘리고 있음
- 운전자 맞춤형 인터랙션 엔진은 크게 운전자 특성 모델과 운전자 상태 모델로 구성됨
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(그림 2-2-8) 운전자 맞춤형 인터랙션 엔진 시스템 개념도
운전자 특성 모델은 운전자의 내재적인 인지/심리/행동 특성을 모델링한 것으로, 고령운전자, 여성운전자, 초보운전자, 그 외 일반운전자 등 운전자군 별로 가지는 실험적, 통계적 인지, 심리, 행동 특성 및 운전자의 운전 행태(가감속, 조향 등), 운전 패턴(도로 구간별 운전패턴, 교통 상황별 운전패턴, 위험 상황별 운전패턴 등)을 분석하여 운전 특성을 모델링함
운전자 상태 모델은 운전자의 시선, 뇌파나 심전도 등을 통하여 분석되는 운전자의 인지적, 신체적 상태정보와, 조향, 가감속, 방향지시 등의 자동차 조작 정보, 그리고 도로상황, 날씨, 교통상황 등의 주행상황정보 등을 복합적으로 분석함으로써 구축함
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운전자 특성 모델과 운전자 상태 모델의 결합을 통하여 통합 운전자 모델(인지 심리 행동 모델) 구축이 가능해지며 이를 기반으로 디지털 Cockpit 시스템과 연동한 운전자 맞춤형 인터랙션 엔진 시스템이 구축됨
스마트 전장 시스템 연동 디지털 Cockpit 저작 시나리오를 도출하고 사용 흐름을 정의함
- 글로벌 자동차 업체들은 운전자 및 주행상황을 고려하고 분석하여 운전자에게 맞춤형 운전환경 서비스를 제공하기 위한 전장 시스템 개발에 집중하고 있음
각종 센서들을 이용하여 빈번한 조작 없이도 탑승객들의 요구에 따라 자동으로 공조 제어를 수행하도록 하는 감성공학이 접목된 첨단 공조 시스템에 관한 연구가 진행 중이며, 개별 공조, 시트 공조 등 탑승자를 중심으로 한 공조 제어 기술 개발을 수행하고 있음
- 디지털 Cockpit 시스템과 연동을 위한 스마트 공조 시스템은 탑승자 상태에 따라 공조 시스템이 작동하는 시스템임
운전자 및 일반 탑승객 영역을 고려하여 HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) 작동
운전에 방해 요소가 되는 컨트롤러 조작 최소화를 위한 공조 컨트롤러 정보 기억 및 공조 정보 자동 제공
지능형 교통 시스템과 연계하여 자동차의 터널 통과 시 AQS (Air Quality System) 및 창문 자동 동작
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자동차의 실내 공기질 모니터링 결과를 실시간 제공
(그림 2-2-9) 스마트 공조 시스템 개념도
103 나. 디지털 Cockpit 플랫폼 요구사항 정의
디지털 Cockpit 플랫폼의 사용자 시나리오 분석에 따른 시스템 개념을 정립하고 사용 흐름을 정의함
(그림 2-2-10) 디지털 Cockpit 플랫폼 개념도
- 디지털 Cockpit 플랫폼은 아날로그 방식의 Cockpit 시스템을 디지털 디바이스를 이용한 Cockpit 시스템으로 제공하기 위하여 다양한 콘텐츠를 조합하여 HMI 시스템을 저작하고 임베디드 타겟에서 실행시키기 위한 소프트웨어임
- 디지털 Cockpit 플랫폼은 자동차의 다양한 정보를 표현하기 위하여 HMI 모델의 동작과 화면을 정의하고 자동차의 임베디드 타겟에서 실시간으로 작동하는 런타임 실행파일을 생성함 - 디지털 Cockpit 플랫폼은 자동차의 임베디드 타겟에 저작된
HMI 모델을 이식하여 자동차의 다양한 ECU를 통해 수신한 운행
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정보를 정의된 HMI 동작과 화면에 따라 운전자에게 제공
정보를 정의된 HMI 동작과 화면에 따라 운전자에게 제공