xEV에 센서가 반드시 필요한 3가지 이유

[테크월드뉴스=박예송 기자] 일반적으로 자동차 센서의 활용 영역으로는 자율주행과 같은 운행 시스템을 떠올린다. 그러나 운행 시스템뿐만 아니라 차량 내부의 기계 관리와 운전자 편의 기능까지 다양한 영역에서 센서가 활용되고 있다. 그만큼 센서는 차량의 안정성과 효율성을 높이는 데 핵심적인 역할로서 자리잡았다.

▶ "보다 정확하게" 안정적 운행 시스템의 핵심

E-모빌리티 전환에 따른 자동차 설계의 변화와 함께 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)은 차량의 주행 자율성을 높이는 방향으로 진화하고 있다. 차량 운행 시 주변 환경을 완벽하게 파악하기 위해 자동차에는 라이다(LiDAR), 레이더, 카메라가 함께 사용된다.

이런 이미지 시스템은 차량 진동 등에 영향을 받아 출력이 왜곡되기도 한다. 이미징 센서의 출력을 안정시키는 방법은 관성 측정 장치(IMU)를 사용하는 것이다. IMU는 이미지 데이터와 IMU 데이터에 소프트웨어 기술을 적용해 진동으로 인한 왜곡을 보완한다.

IMU는 내비게이션 시스템 개발에도 유용하다. GPS 신호가 지원되지 않는 환경에서 자동차는 가속기 및 자이로스코프 등에 의존해 위치를 파악하는데 이때 IMU 센서가 차량 진동을 측정하고 왜곡을 줄여 실제 위치 정보와의 격차를 해소한다.

▶ "보다 안전한게" 차량 내부 기계 관리 및 위험 감지

열 관리는 xEV의 배터리, 충전회로, 구동계 부품에 필수적이다. 현재 전기차의 과제 중 하나는 열폭주와 그에 따른 화재 위험을 방지하는 것이다. xEV는 작동 및 충전 과정에서 방대한 전류가 흐르기 때문에 연결부 내 접촉 저항이 조금만 증가해도 치명적인 온도 상승이 발생할 수 있다. 차량 배터리와 모터 인버터 사이의 커넥터는 전류가 많이 흐르는 핫스팟(Hotspot)이다. 따라서 핫스팟을 면밀히 모니터링하고 혹시 모를 위험 상황에 신속하게 대응하기 위한 정밀 온도 센서가 필요하다.

엔지니어는 높은 온도에도 작동하고 전기 절연성을 갖춘 NTC(Negative Temperature Coefficient of Resistance) 센서를 핫스팟에 배치한다. 핫스팟에 가까이 위치한 센서는 온도 변화를 빠르게 감지할 수 있고 센서의 데이터는 충전 또는 구동계 회로를 통과하는 전류를 제한해 온도를 적정 수준으로 낮추는 데 사용된다.

뿐만 아니라 xEV 배터리 관리 시스템(BMS)에서 필수적인 구성 요소는 리튬 이온 셀 내의 압력을 측정하는 데 사용되는 압력 센서다. 압력 센서는 작동 압력을 모니터링하고 비정상적인 압력 상승을 BMS에 알린다. 온도 센서보다 빠른 속도로 반응해 셀 내부의 열 발생으로 인한 압력 급증을 감지하고 보고할 수 있다.

▶ "보다 편안하게" 운전자 편의성 강화

스마트 콕핏은 스마트화 된 자동차의 내부 운전 공간을 의미하며 차량 내 센서와 전자 장치를 사용해 탑승자의 편안함, 보안 및 안전을 향상시킨다. 예를 들어 비가 오면 와이퍼와 라이트가 자동으로 켜지고 운전자의 체형에 맞게 시트가 조정되도록 프로그래밍 할 수 있다. IMU를 통해 안정화된 센서 및 카메라는 ADAS의 정확도를 높이고 주의를 분산시키는 요소를 줄임으로써 운전자의 집중력을 향상시킨다.

사용자 인터페이스도 진화하고 있다. 스마트 콕핏에서는 음성 명령 및 제스처 제어도 새로운 인터페이스의 일부다. 더 높은 수준의 자율성을 띄면서 새로운 기술이 제어 메커니즘을 주도하기도 한다. 예를 들어 엔지니어들은 음성 인식 장치의 신뢰성을 높이기 위해 도로의 소음을 제거하는 기능의 MEMS 기반 마이크를 채택하고 있다.

차량 디스플레이에는 압전(Piezo) 액추에이터가 점점 더 많이 사용되고 있다. 압전 액추에이터는 진동을 사용해 운전자에게 터치의 느낌을 구현한다. 반응속도가 정확하고 빨라 정밀한 기술이 요구되는 시스템에 사용하기 이상적이다. 이외에도 MEMS 초음파 센서를 제스처 제어에 사용할 수 있는 등 새로운 기술을 통한 개발이 이어지고 있다.