지능형 자동차 기술 동향

자동차 전장 기술

글 : 양인범 센터장 / 자동차부품연구원(KATECH) 지능제어연구센터www.katech.re.kr지능형 자동차란 여러 기술 융합을 통하여 안전성 및 편의성을 획기적으로 향상시킨 자동차라 정의할 수 있겠다. ‘지능형’이라는 표현이 매우 넓은 의미를 갖기 때문에 구체적인 기술 또는 기능보다는 추상적인 개념으로 표현한 것이다. 이 안전성과 편의성을 좀 더 구체화하자면 다음과 같은 기술들을 지능형 자동차의 범주에 포함할 수 있을 것이다. ·예방안전기술: 사고가 나지 않도록 사전에 예방하는 기술로써 수동안전(ABS, VDC 등)과 능동안전(충돌예방 시스템 등) 시스템이 있다. ·사고회피기술: 사고가 나더라도 피해를 최소화 하기위해 자동으로 차량을 제어하는 능동안전 시스템으로 비상제동을 포함하는 운전자 지원 시스템이 대표적이다. ·자율주행기술: 운전자의 지시만으로 원하는 목적지까지 주행하는 기술로써 기술적으로도 어려운 점이 많고 사회적 합의도 필요한 선행기술이다. ·충돌안전기술: 충돌 시 피해 최소화를 위한 능동, 수동 안전 시스템으로써 액티브 헤드레스트 등이 대표적인 기술이다. ·편의성 향상 기술: 자동 주차, 내비게이션 시스템 등 운전자의 편의성을 지원하는 시스템이지만 단순 편의성보다는 안전과 밀접한 연관이 있다. ·차량 정보화 기술: 차량 자체의 네트워크(In-Vehicle Network)와 외부 통신을 기반으로 운전자에게 필요한 정보를 실시간으로 전달하는 기본 기능과 IT 산업과 연계한 확장 기능이 있다.이처럼 지능형 자동차는 기술적인 면에서나 상품 측면에서 매우 광범위한 분야에 걸쳐 있어 미래 자동차 산업의 고부가가치화를 위한 핵심 기술이라 할 수 있다. 크게 안전, 편의성 향상, 정보 기술로 나눌 수 있는 지능형 자동차는 궁극적으로는 인간 친화적 자동차로 진화할 것으로 보인다.이 글에서 지능형 자동차라는 넓은 바다를 모두 살펴보기는 어렵고 그 중에서 상품성(실현 가능성)이 높고 또한 개발이 시급한 안전과 편의성 기술에 대하여 집중적으로 언급하도록 하겠다. 특히 차량 정보화 즉 IT 융합 분야는 그 자체로 매우 다양한 하위 기술 분야를 가지고 있기 때문에 기회가 된다면 차후에 언급하도록 하겠다.안전 기술자동차 안전 관련 기술은 크게 두 분야로 나눌 수 있다. 능동안전과 수동안전이다. 수동안전 분야는 차량의 주행 안정성과 충돌 안전성이 대표적인 기술로써 사고를 유발할 수 있는 결함을 최소화하고 사고 발생시에는 피해를 최소화하기 위한 기술이다. 반면 능동안전 분야는 인간의 감각을 대신하는 센서와 제어기, 액추에이터를 이용하여 사고를 미리 예방하거나 운전자의 안전 운전을 지원하는 기술로써 수동안전기술, IT 기술 등 여러 기술과 융복합되는 특징이 있다.능동안전 기술은 예방안전, 사고회피, 충돌안전, 운전자 지원, 자율주행 기술 등으로 세분화할 수 있고 사회적 요구에 의하여 진화를 계속하고 있다. 자동차 사고의 대부분이 운전자의 판단 착오(16%)와 사고 인자 발견 지연(50%)에서 기인하기 때문에 이러한 능동안전 기술들은 교통사고 감소에 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있다(그림 2).고안전 지능형 자동차에 적용될 제품들은 센서 융합과 시스템간의 상호 연동에 따라서 매우 다양해진다. 예를 들어 자동차에 표준으로 장착되고 있는 ABS 시스템은 속도 센서와 유압 서보, 제어기로 구성되어 있으며 여기에 레이트 센서(Rate Sensor)와 유압 서보 기능을 추가하면 ESP 기능을 갖게 되는 등 특정 시스템에 특정 센서와 액추에이터가 전용으로 사용되는 것이 아니고 서로 유기적으로 연계되어 하나의 시스템 즉 상품을 구성할 수 있는 것이다.예방 안전 기술; Preventive Safety사고 위험성을 미리 감지하여 운전자에게 정보를 제공하거나 경고하는 기술로써 다음과 같은 하위 시스템들이 있다.UWS: Ultrasonic Warning System. 초음파 센서를 이용하여 전(全)방위적으로 근거리 내에 있는 물체를 검지하고 경고하는 시스템으로써 주차 시와 좁은 골목길 등에서 활용도가 높다. 후방 감지 시스템은 이미 많은 업체에서 상용화 되었고 전방위 감지 시스템은 가격 대비 효용성 측면에서 아직 상용화되지 않고 있다.SOWS: Side Obstacle Warning System. 차선 변경 시 후측방 접근 차량의 유무를 검지하여 경고하는 시스템으로써 FRMS와는 달리 고속 주행 시에 후측방의 차량을 검지한다. 근거리와 중거리를 검지하는 센서가 사용되는데 초음파 센서와 영상 센서가 많이 적용되고 있다. 볼보에서 선보인 BLIS(Blind Spot Information System)가 상용화 되었으며 그 외 여러 업체에서 상용화를 준비 중이다. 가격 대비 효용성이 높고 시스템 자체도 단순하기 때문에 사고 예방에 많은 기여를 할 것으로 보이나, 센서의 정확성이 가장 큰 문제이다.LDWS: Lane Departure Warning System. 전방 영상 처리를 통하여 차선 이탈 여부를 판단하고 이를 운전자에게 경고하는 시스템으로써 2000년 미쓰비시가 상용화에 성공하였으나 아직 시장에 본격적으로 나오지는 않고 있다. 실제 도로 상에서 일어나는 복잡한 상황 속에서 차선 이탈을 완벽하게 판단하는 것은 기술적으로 아직 해결해야할 많은 문제를 안고 있다. 장거리 운송 즉 화물 트럭, 고속버스 등에 제한적으로 적용되는 것이 현실이다.사고 회피 기술; Accident Avoidance사고와 연결될 수 있는 상황에서 능동적으로 사고를 회피하도록 제어하는 기술로써 다음과 같은 하위 시스템들이 있다.PCS: Pre-Crash Safety. 레이더, 카메라 융합을 통해 전후방 교통 상황을 판단하여 충돌 사고 가능성이 있을 경우 운전자에게 경고하고 전동 안전벨트 및 Headrest 등을 제어 하는 시스템이다. 운전자 및 탑승자 상해를 최소화하기 위한 시스템으로써 도요타, 벤츠 등에서 상용화 했으며 고안전 지능형 시스템 중에서 가장 활발하게 상용화가 추진되고 있다. PCS의 경우 사고 가능성이 존재할 경우 운전자 및 탑승자의 안전을 위해 할 수 있는 모든 조치를 자동으로 취한다는 개념으로 발전하고 있다. 위에서 언급한 안전벨트, Headrest 외에도 도어, 윈도우, 스티어링 컬럼, 시트, 에어벡 등 운전자 주변의 모든 장치를 제어하여 상해를 최소화하는 종합 시스템인 것이다.LKS: Lane Keeping Support. 차선 이탈 시 Steer-by-Wire 시스템을 이용하여 주행 차선을 유지하는 시스템으로써 2001년 닛산이 상용화했으나 아직까지 널리 보급되지 않고 있다. LDWS에서 진보된 기술이나 LDWS와 같이 센서의 정확성과 상환 판단의 적합성이 아직까지 난제로 남아 있다.CAS: Collision Avoidance System. 레이더, 카메라 융합을 통해 전후측방 교통 상황 및 주변 차량의 상대 속도 등을 검지하여 사고 가능성이 있을 경우 Brake-by-Wire, Throttle-by-Wire 시스템 등과 연동하여 사고를 미리 예방하는 시스템이다. 볼보, 벤츠, 도요타 등에서 상용화를 시작했으나 가격이 높아 고급차를 중심으로 소량만 보급되었으며 본격적인 상용화는 5년 정도 후에 이루어질 전망이다. 고안전 지능형 자동차의 핵심 시스템으로써 궁극적으로는 운전자 종합 지원 시스템으로 발전할 전망이다.ACC: Advanced Cruise Control. 전방 레이더를 이용하여 일정 속도를 유지하고 긴급 상황에서는 비상 제동을 수행하는 시스템으로써 근래에는 CAS로 통합되고 있다. 현대기아자동차를 비롯한 대부분의 완성차 업체에서 상용화 되었으나 여전히 높은 가격으로 인하여 아직 광범위하게 보급되고 있지 않고 있다.기타 안전 기술스마트 에어백(Smart Airbag): 운전자 및 탑승자를 인식하여 에어백 전개 압력, 전개 위치 등을 조절하는 시스템으로써 어린 아이, 여자, 노약자 등을 대상으로 에어백으로 인한 2차 상해를 방지하기 위해 개발되고 있다. 탑승자를 인식하는 방식은 시트에 내장된 센서와 카메라를 융합하는 방식이 가장 유력하다.보행자 보호 시스템: 사고 시 보행자를 보호하기 위한 제반 시스템으로 후드 리프팅(Hood Lifting) 시스템, 보행자용 에어백, 액티브 범퍼(Active Bumper) 등이 검토되고 있으나 보호 효과에 대한 검증은 아직 불분명하고 상용화 역시 상당 기간 걸릴 것으로 예상된다.TPMS: Tyre Pressure Monitoring System. 타이어의 압력을 감지하여 운전자에게 알려 줌으로써 타이어로 인한 사고를 예방하는 시스템으로 미국이 타이어 관리 부실로 인한 사고를 막기 위해서 의무 장착을 추진하면서 활발히 개발되었다. 소형 배터리를 내장하고 있는 타이어 내부의 센서가 RF을 이용하여 데이터를 전송하는 방식이 대부분이다. 미래에는 특수 차량을 중심으로 모니터링에서 매니징(managing)으로 발전할 것으로 보인다. 즉 타이어 공기압을 여러 주행 상황에 맞추어 능동적으로 조절하는 것이다.스태빌리티 시스템(Stability System): 샤시 통합 제어 시스템이 가장 대표적인 기술이다. 차량의 동적 특성을 제어함으로써 주행 안정성과 안전성을 확보하는 기술로 ABS가 그 시초라고 할 수 있다. ABS, TCS, VDC 등이 통합되어 동작하는 것이 특징이다. 현재 가장 활발히 개발이 진행되고 있으며 지금의 ABS처럼 향후 대부분의 차량에 장착될 것으로 보인다.나이트 비전(Night Vision) : 야간 주행 시 운전자 시각을 대신하여 전방의 영상을 보여주는 시스템으로써 여러 환경 변수에 따라 NIR(Near Infrared) 또는 FIR(Far Infrared) 방식을 사용한다. 사람과 동물 검지가 주목적인 경우 FIR를 주로 적용하고 야간 운전 시 다용도로 사용하기 위해서는 NIR을 사용한다. 아직까지 모든 것을 해결할 수 있는 방안은 없으며 기술적인 이유보다 가격 대비 효용성 등 다른 요인들로 인하여 상용화가 지연되고 있다. 궁극적으로 NIR과 FIR이 융합되는 형태로 발전할 것으로 예상된다.편의성 향상 기술편의성 향상 기술은 사실 차량 안전 시스템과 명확히 구분하기 어려운 측면이 있다. 운전자에게 여러 정보를 제공하거나 주행 중 편의성을 향상 시키는 것은 곧 주행 안전에 영향을 미치기 때문이다. 운전자 정보 제공 및 편의 제공이 중심이 되는 편의성 향상 기술은 향후에는 안전 시스템과 통합되어 ‘운전자 종합 지원시스템’으로 불릴 것으로 예상된다. 몇 가지 기술을 소개하면 다음과 같다.FRMS: Front Rear Monitoring System. 카메라를 이용하여 전후측방의 사각 지역 영상을 운전자에게 제공함으로써 좁은 길에서의 저속 주행이나 주차 시 운전자의 시각을 보조하는 시스템이다. INFINITI EX에 적용된 Around View Monitor가 대표적 상용화 사례로써 조만간 많은 차량에 장착될 대표적인 운전자 지원 시스템이다. 주행 중 운전자가 사용하는 감각의 대부분이 시각이기 때문에 운전자의 눈을 대신해줄 똑똑한 시각 장치는 미래 자동차에 표준으로 장착될 것이 확실하다.HUD: 주행 중 운전자의 시야를 하향하면서 초점을 바꾸어야 하는 지금의 클러스터를 대체하기 위하여 개발되고 있는 디스플레이 장치이다. 원래는 공중전에서 파일럿을 지원하기 위하여 전투기에 장착된 시스템이었으나 자동차에 서서히 적용되고 있다. 아직까지는 가격이 높아 본격적인 상용화는 이루어지지 않고 있으나 가격 문제가 해결되면 표준 디스플레이 장치로써 자리 잡을 것으로 보인다.FW : Full Windshield Display. 자동차 전면 유리 전체에 정보를 디스플레이 하는 시스템으로써 HUD와는 사용 목적이 다르다. HUD는 주행에 필요한 필수 정보를 항상 운전자에게 보여주는 반면 FWD는 내비게이션 정보나 기타 필요한 정보를 필요한 시기에만 잠깐 보여주는 시스템이다. 여러 방식이 개발되고 있으나 아직까지는 확실한 기술적 표준은 없다.PAS: Parking Assist System. 카메라, 근거리 센서 등을 융합하여 주차 시 주변 공간과 주변 차량 등을 검지하고 이 정보를 바탕으로 운전자의 주차를 보조하는 시스템으로써 도요타 자동차가 상용화를 시작했고 이후 많은 업체에서 상용화를 준비 중이다. 완전 자동 주차시스템은 환경 변수로 인하여 상당한 시일이 걸릴 것으로 보인다.스마트 에어 컨디셔닝 시스템(Smart Air Conditioning System): 운전자 및 탑승자의 체온을 직접 검지하여 각각의 사람들에게 최적의 온도 환경을 만들어 주는 시스템으로써 온도 조절 뿐만 아니라 공기 청정 기능 등도 포함한다. 고부가가치 상품의 대표적인 예로써 도요타의 고급 자동차에 장착되고 있으며 조만간 널리 보급될 것으로 보인다. 운전자 및 탑승자를 검지하는 방식은 적외선 카메라를 사용하는 방식이 일반적이다.Comfort Seat: 운전자 및 탑승자의 체형에 맞추어 시트를 자동제어 하는 시스템으로써 시트 내에 조절 가능한 에어쿠션을 내장하여 각각의 사람에게 최적의 승차감을 제공한다. 가격 문제로 인하여 최고급 차량에 장착되고 있다.결론지금까지 지능형 자동차 기술 중에서 안전 기술과 편의성 향상 기술에 대하여 개략적으로 언급하였다. 워낙 넓은 분야이다 보니 언급하지 못하고 넘어간 부분도 있다. 또한 세부 요소기술과 핵심부품 역시 언급하지 못하였다. 차후에 기회가 된다면 세세히 다루어보도록 하고 이 글에서는 결론을 대신하여 요소 부품에 대해서 간략히 언급하도록 하겠다.지능형 자동차에 적용되는 부품들은 한 가지 시스템만을 위해서 사용되는 것이 아니라 여러 시스템에서 공용으로 사용하는 특징이 있다. 특히 센서가 그러한데 주행 중 교통 상황을 검지하여 운전자에게 올바른 정보(경고)를 알려주거나 제어기에 정확한 상황 정보를 알려주는 센서 기술은 고안전 지능형 자동차 기술의 시작이면서 가장 중요한 핵심 부품이다. 센서의 정보가 정확하지 못할 경우 이후 모든 부품 또는 시스템들은 올바른 동작을 할 수가 없기 때문이다. 다음과 같은 다양한 센서들이 개발되고 장착될 것으로 보인다. ·전방 레이더 센서 (장거리, 중거리) ·단거리 센서 (초음파 등) ·영상 센서 (5종 이상) ·동특성 검지 센서 ·기타 위치, 변위 검지 센서고안전 지능형 자동차에 적용될 제어기는 임베디드 기술의 전형이 될 것이다. 자동차에 장착되는 여러 시스템들은 다양한 네트워크(IVN; In-Vehicle Network)로 서로 연결될 것이고 제어 안전성 확보를 위하여 통합제어 및 분산제어가 동시에 이루어질 것이다. 가장 중요한 신기술은 주행 중 오작동을 막거나 잘못된 명령을 사전에 검지하여 예방하는 S/W적인 신뢰성 즉 제어 안전성 확보 기술이다.차량의 동적 거동을 직접적으로 제어하는 액추에이터의 핵심은 X-by-Wire 기술에 있다. 유압과 케이블을 대체하는 네트워크-모터 연동 시스템은 새로운 능동 섀시 시스템을 가능하게 한다. 즉 운전자의 조작이 없어도 차량 운전에 필요한 모든 조작을 제어기가 스스로 판단하여 수행할 수 있게 된다. 자동차에 적용될 대표적인 by-Wire 시스템들은 다음과 같다. ·Steer-by-Wire ·Brake-by-Wire ·Throttle-by-Wire ·Shift-by-Wire ·Damper-by-Wire ·Roll-by-Wire지능형 자동차 요소 부품 중에서 가장 중요한 것은 센서 기술이라고 생각한다. 다른 기술들도 그 중요성에서 부족함이 없으나 센서의 경우 상품성을 좌우할 만큼 중요한 기술이라고 할 수 있다. 이 센서 기술의 핵심은 또한 반도체 기술에 있다. 서두에 언급한 바와 같이 지능형 자동차는 여러 기술들의 융합에 의하여 발전할 수 있다.반도체 기술과 자동차 기술의 만남 즉 융합이 이루어져야 지능형 자동차 산업이 발전할 수 있는 것이다.

회원가입 후 이용바랍니다.

개의 댓글

회원로그인

작성자 비밀번호

댓글 내용입력

댓글 정렬

최신순 추천순 답글순

BEST댓글

BEST 댓글 답글과 추천수를 합산하여 자동으로 노출됩니다. 닫기

더보기

김의겸 (webmaster@techworld.co.kr)

기자의 다른기사 보기

저작권자 © 테크월드뉴스 무단전재 및 재배포 금지