[기고] 센서는 어떻게 자동차의 안전성을 높이는가

  • 2020-08-06
  • 글/ 조셉 노타로(Joseph Notaro) 월드와이드 오토모티브 전략 및 비즈니스 개발 부사장, 온세미컨덕터


ADAS 등에 세부 정보를 감지할 수 있을 높은 해상도 지원해야

레이더는 최대 250m 전방에서 이베시스 스티어링(Evasive Steering), 교차로 충돌방지 지원(junction assist), 어댑티브 크루즈 컨트롤(Adaptive Cruise Control)과 같은 단거리, 중거리, 장거리 애플리케이션에 사용될 수 있다.



전세계적으로 인구와 차량이 늘어나면서, 교통 안전을 개선하는 일은 더욱 더 어려워지고 있다. 2000년 이후 사망률이 10만 대당 135명에서 64명으로 절반 이상 감소했지만1, 총 사망자 수는 계속해서 증가하고 있으며, 사고의 94%은 운전자의 행동으로 인해 발생하고 있다.

오늘날 자동차는 이전보다 안전하다. 에어백, 안전벨트, 차량 구조 및 기능적 설계의 개선은 운전자와 승객이 충돌에서 벗어날 가능성이 높다는 것을 의미한다. ABS(anti-lock braking systems), ESC(electronic stability control)와 같은 익숙한 혁신기술과 함께 브레이크 및 스티어링 보조시스템이 개선되면서 안정성이 향상되고, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)이 충돌 위험을 더욱 낮추고 있다. 자동차가 자율화됨에 따라 위험성을 줄이기 위해 노력하고 있으며, 최종 목적인 레벨 수준 완전 자율주행에서는 인간의 실수로 인한 위험성은 효과적으로 제거될 수 있다.



비전제로(Vision Zero)는 도로 교통사고로 인한 사망이나 중상자가 발생하지 않도록 하는 글로벌 이니셔티브다. 자동차 전장제품의 증가는 차량 안전성 향상에 기여하고 있다. 예컨대, 현재 전 세계에서 생산되는 모든 차량에는 평균 230개 이상의 온세미컨덕터 반도체 부품이 탑재돼 있다.

비전제로를 달성하려면 현재에 안주하지 않고, 해결해야할 부분이 많다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 적어도 선진국에서는 자동차가 더 안전하지만, 도로교통사고는 여전히 5세에서 29세 사이의 사람들에게 가장 흔한 사망원인이며, 이로 인한 사망자는 연간 135만 명에 이른다고 나타났다.

센서 조립

20년 전에는 차량 내부 센서는 단순했다.

탱크 내 레벨을 측정하는 연료 에너지, 엔진온도 게이지, 속도계, 몇 개의 경고등, 회전속도계로 간단하게 구성되어 있었다.

오늘날은 여러 가지 전장 센서들이 운전자를 안전하게 지켜준다. 예를 들어 카메라와 영상 센서는 ADAS, 후진 및 안전한 주차를 위한 리어 뷰, 차량내 모니터링 등 많은 기능이 있다. 이는 자동차 제조업체, 주문자상표부착생산(OEM) 업체, 티어 1 업체들이 제품 범위가 넓은 벤더와 협력하여 애플리케이션에 맞는 최적의 센서를 선택해야 하는 일이 중요하다는 것을 의미한다. 센서는 또한, 조직의 과제에 필수적인 사용을 위해 설계돼야 하며 확장된 온도 범위에서 작동할 수 있어야 한다.



센서의 성능 또한 중요하다. 센서는 ADAS 및 기타 시스템에 대해 충분한 세부 정보를 감지할 수 있을 만큼 높은 해상도를 지원해야 하며, 어두움, 나쁜 날씨, 눈부심 및 기타 문제에 대처하기 위해 뛰어난 화질을 제공해야 한다. 예를 들어, 탁월한 다이나믹 레인지는 센서에서 ADAS 시스템의 프로세서로 전송되는 이미지에 엄청난 차이를 부른다(그림 2). 자동차를 통해 문제들이 더 빨리 인식되고 식별될 수 있다면, 이러한 센서의 성능이 삶과 죽음을 가른다고 해도 과언이 아닐 것이다.

이미지센서 외에도 레이더(Radar)와 라이다(LiDAR)는 오늘날의 자동차에 필수적인 도구다. 레이더는 최대 250m 전방에서 이베시스 스티어링(Evasive Steering), 교차로 충돌방지 지원(junction assist), 어댑티브 크루즈 컨트롤(Adaptive Cruise Control)과 같은 단거리, 중거리, 장거리 애플리케이션에 사용될 수 있다. 올바른 레이더 송수신기를 선택하면 최적의 성능까지 보장할 수 있다.

라이다는 비행시간거리측정(TOF)을 바탕으로4 3D 지도뿐 아니라 영상까지 생성할 수 있는 광자 검출기로 레이더를 보완해 고행상도의 심도있는 데이터를 제공할 수 있어 레이더나 카메라만으로 불가능한 물체 탐지 기능을 제공할 수 있다.

사실, 가장 좋은 해결책은 초음파 감지뿐 아니라 영상, 레이더, 라이다 등 하나의 차량에 복수의 감지 양식을 조합하는 것이다. 두 종류 이상의 센서를 사용함으로써, 강점이 강화되고, 중복 효과를 누릴 수 있다.

1억 번 실천에 옮기기

온세미컨덕터의 1.2 메가픽셀 AR0132AT CMOS 이미지센서5를 사용하는 스바루(SUBARU)의 아이사이트(EyeSight) 운전자 지원 시스템을 예시로 보자. 아이사이트 시스템은 2014년 스바루의 레보르그(Levorg) 모델에 처음 설치됐으며 이후 레거시(Legacy), 포레스터(Forester), 임프레자(Impreza), 스바루 XV 모델에 제공됐다.

아이사이트는 스테레오 카메라 시스템의 이미지센서를 사용하여 어댑티브 크루즈 컨트롤, 차선 유지 보조 및 흔들림 경고, 충돌 전 제동 및 충돌 전 조절판 관리 등의 안전 기능을 작동시킨다. 이 시스템은 일본 신차 평가 프로그램(JNCAP)에서 최고 등급인 고급 안전 차량 트리플 플러스(ASV+++)를 포함해 수많은 상을 수상하며 인정받았다.

ADAS는 이제 고급 자동차의 전유물이 아니라 주류 기술이 됐다. 온세미컨덕터가 아이사이트를 포함한 운전자 지원 응용 프로그램용 이미지센서인 AR0132AT를 1억대 이상 출하한 사실이 이를 보여준다. 다른 판매 회사는 이러한 수치를 달성하지 못하고 있는 것으로 나타났으며, 2018년에는 온세미컨덕터가 운전자 지원용 센싱 카메라에서 81%의 시장 점유율을 보여줬다.6 이는 기술 채택 규모를 보여준다.

졸음운전은 충돌사고의 다른 주요 원인이다. 기술은 운전자의 상태를 확인하고, 만약 그들이 비정상적으로 운전하는 것처럼 보이면 경보나 경고를 만들어 줌으로써 도움을 줄 수 있다.7 또 다른 방법은 카메라 기반의 시스템을 이용해 운전자를 관찰하고, 눈을 감거나 고개를 숙이는 등 피곤한 모습이 발견될 경우 경보를 울리는 것이다. 예를 들어, 최근의 데모 시스템은 인공지능(AI) 소프트웨어를 실행하는 차내 시스템의 이미지를 제공하는 온세미컨덕터의 AR0144AT 1-메가픽셀 센서를 포함한 여러 이미지센서를 통합시켰다.

더 안전한 운전의 미래

오늘날 미국에서만 28%의 충돌이 ADAS에 의해 예방될 수 있으며8, 온세미컨덕터의 센서는 이미 연간 8만 1,000명 이상의 생명을 구하고 있다. 이는 이미 긍정적인 수치이지만, 지속적인 개선이 필요하다. 온세미컨덕터는 센서를 개선하고, 자사의 파트너들과 함께 자동차와 도로를 더 안전하게 만들기 위해 계속해서 노력하고 있다. 비용 또한 중요하다. 충돌 사고율은 저소득 국가에서 훨씬 더 높으므로, 모든 안전 혁신은 많은 사람이 감당할 수 있는 가격으로 구성되어야 한다.

앞을 내다보면, 우리는 또한 안전 시스템이 운전자와 승객만을 보호하는 것이 아니라 보행자, 오토바이 운전자와 자전거 운전자의 사망과 부상률을 줄이는 데 도움이 되도록 해야 한다. 유럽 신차 안정도 평가(Euro NCAP 2020)등과 같은 규제와 표준이 이를 인정하고 있으며, 센서 기술이 취약한 도로 이용자를 보호하는 데 귀중한 역할을 할 수 있다.

이 산업의 장기적인 목표는 사망률 제로, 심지어 부상률 제로, 사고율 제로화를 위해 노력하는 것이어야 한다. 가야할 길은 아직 멀지만, 우리는 가능한 빨리 제로에 도달하기 위해 노력하고 있다.


 참고 문헌 

1. 세계보건기구(WHO), 2018세계 도로 안전 현황 보고서 (Global status report on road safety 2018), https://www.who.int/violence_injury_prevention/publications/road_traffic/en/
2. 미국 연방정부 도로교통 안전관리청(NHTSA), 2016치명적인 자동차 충돌 사고 보고서 (2016 Fatal Motor Vehicle Crashes repot)
3. WHO 세계 도로 안전 현황 보고서2018, https://www.who.int/violence_injury_prevention/publications/road_traffic/en/
4. https://www.onsemi.com/PowerSolutions/newsItem.do?article=4444
5. https://www.onsemi.com/PowerSolutions/newsItem.do?article=4419
6. 테크노시스템리서치(TSR), 자동차 카메라 시장 분석 2018(Automotive camera Market Analysis 2018)
7. https://www.ghsa.org/sites/default/files/2017-02/Drowsy%202016-U.pdf (page 47)
8. 보스턴컨설팅그룹(BCG), https://www.bcg.com/d/press/29september2015-roadmap-to-safer-driving-through-driver-assistance-systems-17647

 

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