Technology Brief - Technology Brief 02
최근 자동차 연구개발의 트렌드
이충구 서울대 차세대융합기술연구원 초빙교수
김재환 서울대 차세대융합기술연구원 선임연구원
최근 자동차의 개념이 변화하고 있다.
과거 자동차는 더 빠르고 더 편안한 자동차가 좋은 자동차로 인정받았다.
그래서 고가의 자동차가 좋은 차였고, 자동차가 그 사람의 부와 사회적 지위를 나타내는 상징이 됐다.
하지만 자동차로 인한 환경오염과 에너지 고갈 그리고 교통체증에 의한 불편함과 에너지 낭비, 무엇보다 교통사고 등에 의한 인명손실이 증가하면서 자동차는 변화를 시작했다.
크게 두 가지로 나누어 그 변화를 논한다면, 하드웨어적인 변화와 소프트웨어적인 변화로 구분할 수 있다.
우선 하드웨어적인 변화를 살펴보면, 자연의 섭리가 그러하듯 자동차도 그 본연의 목적에 충실한 자동차로 돌아가려는 움직임이 크다.
즉, 자동차는 이동의 편리를 위해 탄생된 것으로 가장 중요한 목적은 바로 ‘이동성(Mobility)’이다.
따라서 근거리 이동 및 ‘나 홀로’ 자동차가 대부분을 차지하는 현재 교통상황을 고려할 때, 이동이라는 기능 중심의 Personal Mobility가 대세로 떠오르고 있다.
특히 전기차가 상용화 되면서 Personal Mobility 연구개발이 본격화되고 있다.
다음은 소프트웨어적인 변화로, 자동차에 사람의 지능을 프로그래밍한 지능형 자동차 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
대표적인 예가 자율주행자동차이다.
Personal Mobility가 환경과 에너지, 효율성 문제에 대한 대안책이라면, 자율주행자동차는 교통사고에 대한 대안책으로 고안전을 목표로 개발이 진행되고 있다.
또한 운전에 대한 부담 및 직접 운전하지 않아도 되기 때문에 그 시간만큼의 새로운 여유 시간을 확보할 수 있다는 장점이 있어 미래형 자동차로 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
생각보다는 훨씬 빠른 속도로 실버사회로 변해가고 있는 한국을 비롯한 선진국에서 지능형 자동차의 필요성이 점점 더 커지고 있다.
AEB 의무장착
2010년도를 지나면서 자동차시장은 첨단운전자보조시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구개발에 집중하고 있다.
특히 고안전에 대한 다양한 기능들이 개발되어 고급 자동차를 중심으로 장착되고 있다.
상용화된 대표적인 기능들로 ACC (Adaptive Cruise Control), AEB (Autonomous Emergency Braking), BSD(Blind Spot Detection), FCW (Forward Collision Warning), LDW (Lane Departure Warning), LKS (Lane Keeping Support), SPAS (Smart Parking System) 등이 있다. ABI Research에 의하면 2012년 ADAS 시장은 166억 달러였다고 한다.
그리고 그 시장의 연간성장률(GAGR)이 41%로 예측되며, 2020년에는 2,610억 달러의 시장으로 커진다고 보고됐다.
이에 대한 근거는 EURO NCAP (New Car Assessment Program)에서 2013년 11월부터 AEB와 LDW를 의무장착하도록 규정했고, 미국도 곧 시행을 앞두고 있기 때문이다.
AEB는 자동긴급브레이크시스템으로 장거리에서 근거리까지 범위에 있어서 물체와의 거리 측정을 할 수 있는 RADAR 및 LiDAR(Light Detection And Ranging)를 이용하여 전방 차량 및 보행자와의 추돌 가능성을 예측해, 전자식 파킹 브레이크(EPB,
Electric Parking Brake)로 긴급 제동을 하는 시스템이다.
최근에는 카메라를 통한 객체인식으로 추돌 예측의 확률을 더 높이고 있다.
국내 완성차 및 부품업체들도 유럽과 미국 수출을 위해 AEB 개발에 집중하고 있으며, 국내도 곧 AEB 의무장착이 시행될 것으로 예상된다.
ADAS 센서시스템
ADAS 연구개발에 있어서 센서시스템은 가장 핵심적인 기술로 주목받고 있다.
센서시스템은 아날로그적인 센서 데이터를 디지털화 하고 사용 목적에 맞도록 가공된 정보를 제공해주기 때문에 사용자는 그 정보를 이용해 쉽게 다양한 어플리케이션을 개발할 수 있게 된다.
또한 센서시스템은 다수의 동일 센서에 대한 융합(Fusion)뿐만 아니라, 서로 다른 이종 센서들에 대한 융합을 통해 새로운 고급 정보를 생산할 수 있다.
ADAS 센서시스템에서 사용되는 주 센서로는 카메라, RADAR, LiDAR, 초음파 및 적외선센서 등이 있으며 그중에서 핵심이 되는 센서는 카메라와 RADAR이다.
많은 완성차 및 자동차 부품업체에서는 단일 H/W 기반 다기능 통합 영상인식이 가능한 카메라시스템을 연구, 개발하고 있다.
또한 소형화 및 저가화를 위해 CMOS (Complemenary Metal-Oxide Semiconductor) 계열을 사용하고 있으며, HD (High-Definition)급 해상도로 출력하고 있다.
RADAR는 과거 근거리 검출을 위한 24GHz RADAR와 중장거리검출을 위한 77GHz로 나누어 개발했으나, 최근에는 24GHz에 대한 국가별 규제와 77GHz의 기술발전으로 77GHz 중심의 연구개발이 집중되고 있다.
RADAR는 200m 이상의 장거리 검출이 가능하며 LiDAR에 비해서 비와 수증기에 대한 오인식률이 적다.
그리고 외부 환경에 대해서 비교적 강인한 성능을 가지고 있기 때문에 ADAS의 핵심 센서로 사용되고 있다.
하지만 RADAR의 특성상 검출 거리가 길어질수록 검출시야(FOV, Field Of View)가 좁아지는 단점이 있어 장거리, 중거리, 단거리 RADAR로 나누어 멀티 RADAR시스템을 구성해 사용하고 있다.