모델 기반 설계를 활용한 차량 제어기 개발
차량 제어기의 복잡성이 높아지면서 기존의 설계 방식으로는 개발 속도와 정확성 모두를 만족시키기 어려워졌다. 이에 따라 ‘모델 기반 설계(MBD)’가 차량 제어 시스템 개발의 핵심 기법으로 자리 잡고 있다. 이 글에서는 MBD의 개념, 차량 제어기 개발에 적용되는 구조, 시뮬레이션 및 코드 생성 방식, 그리고 실제 적용 사례까지 구체적으로 설명한다.
차량 제어 시스템 개발, 더 이상 수작업만으로는 어렵다
오늘날 자동차에는 수십 개 이상의 전자제어기(ECU)가 탑재된다. 각각의 제어기는 엔진, 변속기, 제동, 조향, 조명, 에어백, 실내 공조 등 차량의 다양한 기능을 실시간으로 관리하고 제어한다. 제어기의 설계는 기계나 전기적인 부품을 다루는 수준을 넘어, 소프트웨어와 알고리즘 중심으로 이동해 왔다. 이로 인해 설계 방식도 자연스럽게 변화를 맞이하게 됐다. 기존 방식은 사양서를 바탕으로 수작업으로 코드를 작성하고, 하드웨어 환경에서 실험을 통해 검증하는 방식이었다. 하지만 차량이 고도화되면서 수동 설계와 반복 테스트만으로는 대응하기 어려워졌다. 사소한 로직 하나의 변경으로도 전체 시스템에 영향을 줄 수 있기 때문에, 실시간 시뮬레이션, 자동 코드 생성, 체계적인 검증 프로세스가 필수로 요구된다. 이러한 변화 속에서 ‘모델 기반 설계(MBD, Model-Based Design)’가 주목받게 되었다. MBD는 복잡한 시스템을 블록 다이어그램과 수학적 모델로 구성하고, 이를 기반으로 시뮬레이션을 수행하며, 이후 자동으로 코드까지 생성할 수 있는 방식이다. 물리적 부품이 실제로 만들어지기 전에 컴퓨터 상에서 동작을 가상으로 검증하고, 필요 시 반복적으로 수정할 수 있어 개발 속도와 정확성이 크게 향상된다. 특히 차량 제어기는 고속 연산, 센서 입력 처리, 통신 인터페이스 등 복합적인 요소를 동시에 다뤄야 한다. 이 과정에서 오류가 발생하면 안전에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 안전성을 높이기 위한 체계적인 개발과 검증이 필수적이며, 이 요구를 충족시켜줄 수 있는 가장 강력한 방법이 모델 기반 설계다. 모델 기반 설계를 도입하면, 설계부터 검증, 구현까지의 전 과정을 하나의 흐름으로 통합할 수 있다. 그리고 이 흐름 안에서 시뮬레이션, 자동 코드 생성, HIL(Hardware-In-the-Loop) 검증까지 무리 없이 연동된다. 이러한 통합 프로세스는 복잡한 제어 시스템을 빠르고 정확하게 개발하기 위한 이상적인 접근 방식이다.
모델 기반 설계의 단계와 차량 제어기 개발 적용 방식
모델 기반 설계는 크게 네 단계로 구성된다. **모델링**, **시뮬레이션 및 검증**, **코드 생성**, **실제 제어기 탑재**. 이 순서대로 개발이 이루어진다. 1. 모델링 (Modeling) 처음 단계에서는 제어 대상의 수학적 특성이나 동작 로직을 블록 다이어그램 형태로 표현한다. MATLAB/Simulink 같은 도구를 이용하여, 입력-처리-출력의 흐름을 시각적으로 구성한다. 예를 들어 브레이크 제어기의 경우, 운전자가 브레이크를 밟았을 때의 압력 신호, 차량 속도, 제동력 계산 등을 모두 모델로 구현한다. 2. 시뮬레이션 및 검증 (Simulation & Verification) 구성된 모델은 다양한 시나리오를 통해 시뮬레이션 된다. 가상 환경에서 시간에 따른 입력 변화에 따라 제어기가 어떻게 반응하는지를 확인하며, 이를 통해 논리 오류나 경계조건에서의 문제점을 조기에 발견할 수 있다. 또한 MIL(Model-in-the-Loop), SIL(Software-in-the-Loop), PIL(Processor-in-the-Loop) 같은 다단계 검증이 이루어진다. 3. 코드 생성 (Automatic Code Generation) 시뮬레이션이 완료되고 모델이 안정화되면, 해당 모델로부터 자동으로 C 코드가 생성된다. 이때 생성되는 코드는 실제 차량에 적용 가능한 구조로 만들어지며, 수작업 코드 대비 오류 가능성을 크게 줄일 수 있다. 특히 ISO 26262 같은 기능 안전 기준을 만족하는 코드 생성 툴이 존재해, 안전한 소프트웨어 개발이 가능하다. 4. 실차 제어기 적용 (ECU Integration) 생성된 코드는 실차의 제어기에 탑재된다. 이때 HIL(Hardware-in-the-Loop) 장비를 활용해 실제 센서 신호와 유사한 신호를 제어기에 입력하고, 제어기 반응을 평가하는 테스트가 이루어진다. 이 과정을 통해 실제 환경과 유사한 조건에서도 제어기가 정상적으로 작동하는지 사전에 검증할 수 있다. MBD는 반복성과 수정이 자유롭기 때문에 개발 도중 요구 조건이 변경되거나, 새로운 센서가 추가되더라도 전체 설계를 처음부터 다시 하지 않고 빠르게 대응할 수 있다. 또한 팀 단위 개발에 있어서도 각자의 모델을 병합하거나 모듈별 테스트가 가능해 협업 효율도 높다. 차량 제어기 개발에서 MBD는 특히 전기차, 하이브리드, 자율주행 시스템, ADAS, 공조 시스템, 조향 제어 등 복잡한 제어 로직이 필요한 분야에서 반드시 필요한 접근 방식으로 자리 잡고 있다.
미래 자동차 개발의 표준, MBD는 선택이 아닌 필수다
모델 기반 설계는 자동차 개발 프로세스를 혁신적으로 바꾸고 있다. 소프트웨어 중심의 차량이 늘어나고, 기능 간 연동이 복잡해지는 환경에서는 기존 방식만으로는 한계가 뚜렷하다. 이 때문에 글로벌 자동차 제조사와 1차 협력사들은 이미 MBD를 표준 개발 방법으로 채택하고 있으며, 새롭게 출시되는 제어기는 대부분 MBD 기반으로 설계되고 있다. MBD의 가장 큰 장점은 초기 단계에서 문제를 예측하고 수정할 수 있다는 점이다. 실차 제작 이후 문제가 발견되면 막대한 비용과 시간이 소모되지만, 모델 단계에서 발견된 오류는 몇 번의 클릭으로 수정할 수 있다. 개발 속도도 빨라지고, 품질도 높아진다. 또한 MBD는 자동차 산업의 필수 인증 요건인 ISO 26262, ASPICE 등 품질 및 안전 기준과도 높은 연계성을 가진다. 모델 단에서부터 트레이스 가능한 요구사항 관리가 가능하고, 자동화된 테스트 및 검증 로직을 통해 문서화도 수월하게 이루어진다. 이 모든 요소는 실제 양산품의 품질을 확보하는 데 중요한 역할을 한다. 향후 차량의 자율주행, 전동화, 커넥티비티 기술이 고도화되면서, 제어기 역시 더 복잡하고 지능화될 것이다. 이때 MBD는 단지 하나의 설계 도구가 아니라, 전체 개발의 중심에 있는 플랫폼 역할을 하게 될 것이다. 예측 가능한 설계, 재사용 가능한 구조, 안전성 확보, 개발 효율성 모두를 충족시키는 유일한 방법으로써의 역할이다. 결론적으로, 차량 제어기 개발에서 MBD는 선택지가 아니다. 반드시 도입해야 할 ‘기술적 기반’이다. 개발자든 관리자든 이 흐름을 이해하고, MBD를 중심으로 한 개발 전략을 마련하는 것이 자동차 산업에서 생존과 경쟁력 확보의 핵심이 될 것이다.