영역과 거리의 벽을 부수는 자동차용 센서

[테크월드=신동윤 기자] 2015년 자동차에는 약 100개의 센서가 사용됐던 것에 비해, 현재 자동차에는 30여종 200여개의 센서가 사용되고 있다. 자동차의 스마트화, 전장화가 빠르게 가속화되면서, 자동차에 적용되는 센서의 종류과 개수가 급격하게 증가하고 있는 것이다. 더구나 최근 자동차의 미래 트렌드로 떠오르고 있는 CASE(Connected, Autonomous, Shared, Electric)와 같은 트렌드는 더 많은 센서와 함께 이전과는 다른센서를 요구하면서 자동차용 센서 시장에 또 다른 변화를 일으킬 것으로 기대된다.

엔진에서 도로까지 확장되는 자동차용 센서

자동차용 센서는 파워트레인에서부터 섀시, 안전, 편의장치, 배기장치, 텔레매틱스와 같은 다양한 곳에 폭넓게 사용되고 있다. 현재 자동차에 사용되고 있는 센서로는 위치 센서, 속도 센서, 압력 센서, 관성 센서, 산소 센서, 온도 센서, 질소산화물 센서, 이미지 센서 등이 주로 사용되고 있다.

자동차는 센서와 같은 전자부품이 적용되기 힘든 열악한 조건, 예를 들면 배기가스 센서는 600~800℃에 이르는 고온을 견뎌야 하며, 온도의 급격한 변화, 중력의 30배가 넘는 가속과 충격, 각종 화학물질과 수분, 유류 등으로 인한 오염과 부식에 대비해야 할 뿐 아니라, 지속적인 진동과 충격에도 정상적인 동작을 유지해야 한다. 또한 외부와의 통신 측면에 있어서도 최대 100㎞/h가 넘는 고속에서도 안정적인 연결이 유지되야 한다.

자동차의 동력제어, 안전제어, 편의제어, ICT 연동 등 적용 분야별 센서를 정리하면, 과거에는 주로 연비와 출력을 향상시키기 위한 동력 제어 부분에 많은 센서가 적용됐으나, 탑승자의 안전을 위한 차량 내외부 인지 센서가 자동차 센서의 많은 부분을 차지하기 시작했다. 최근에는 이에 더불어 운전자의 개입을 최소화할 수 있도록 많은 부분을 자동화함으로써 편의성을 향상시키기 위한 센서가 적극적으로 도입되고 있다. 그렇다면 미래에는 어떤 센서가 더 부각될 것인가에 대해 전문가들은 V2X와 같은 커넥티트카, 스마트카를 위한 센서가 점차 많은 부분을 차지하게 될 것으로 점치고 있다.

다시 말해 자동차 센서의 적용 범위는 최초 엔진에서부터, 점차 섀시, 차량 내부, 차량 탑승자, 차량 주변으로 영역을 넓혀 나갔으며, 이제는 카메라, 레이더(RADAR), 라이더(LiDAR)와 같은 ADAS용 센서들이 등장하면서 자동차 외부 수십 미터에서 수백 미터에 이르는 거리까지 센서의 인지 범위가 넓어지고 있다. 향후 V2I나 V2V와 같은 기술이 적용되고, 스마트도로 같은 인프라가 갖춰질 경우, 자동차용 센서가 감지하는 거리는 수 ㎞ 이상으로 확장됨에 따라, 단순히 앞 차의 움직임이나 도로 표지판을 인지하는 것에서 벗어나, 수 ㎞ 앞의 사고나 교통정체, 도로 주변의 야생동물까지도 센서의 인식 범위 안에 두게 될 것이다.

ADAS의 성장이 자동차용 센서 시장 견인할 것

테크나비오(TechNavio)에 따르면 전세계 자동차 센서 시장은 2016년 267억 달러에서 연평균 7.08%로 증가해, 2021년에는 375억 9000만 달러에 이를 것으로 예측했다.

마켓앤마켓(Marketsandmarkets)의 2017년 보고서에 따르면 자동차 센서 시장은 센서 종류에 따라 위치 센서, 속도 센서, 압력 센서, 관성 센서, 산소 센서, 온도 센서, 질소산화물 센서, 영상 센서, 기타 센서로 분류할 수 있으며, 위치 센서를 비롯한 대부분의 센서는 전체 평균 성장율에 못 미치는 5~7% 수준의 성장율을 보이고 있다. 이 결과에서 눈의 띄는 부분은 영상 센서와 기타 센서 부분이다. 영상 센서는 2017년 6억 9070만 달러에서 연평균 성장률 11.12%로 증가해 2023년에는 13억 40만 달러 규모에 이를 것으로 전망되고 있으며, 기타 센서는 2017년 31억 9100만 달러에서 연평균 성장률 9.63%로 증가해 2023년에는 55억 4120만 달러에 이를 것으로 전망되고 있는 것이다.

현재 이들 새로운 센서는 아직 전체 자동차 센서 시장에서 큰 부분을 차지하고 있지는 않지만, 향후 자동차용 센서 시장의 성장은 이들이 이끌어 나갈 것이라는 점을 미루어 유추할 수 있다. 이는 욜 디벨롭먼트(Yole Development)가 지난해 발표한 자료에서도 확인할 수 있다.

욜 디벨롭먼트는 지난 2016년 110억 달러 규모였던 자동차 센서 시장이 연평균 13.7%라는 높은 연평균 성장율을 기록하면서 2022년에 이르면 230억 달러라는 거대한 시장을 형성할 것으로 내다봤다. 여기서 눈여겨 볼 부분은 바로 카메라와 레이더, 라이더, 그리고 초음파 센서와 같은 차량 외부를 인지하기 위한 센서의 성장율이 기존 센서의 성장율을 압도하고 있다는 것이다. 이는 바로 ADAS의 성장이 향후 자동차 센서 시장을 이끌게 될 것이라는 반증이기도 하다.

마켓앤마켓은 또 자동차용 센서를 용도별로 파워트레인용, 섀시용, 안전 및 제어 장치용, 배기장치용, 바디 일렉트로닉스용, 텔레매틱스용, 기타용으로 구분하고 각 분야별 센서 시장의 규모를 정리했다.

이를 살펴보면 가장 큰 점유율을 보이는 파워트레인 부분은 가장 낮은 5%대의 연평균 성장율을 보이고 있으며, 절대적인 시장 점유율은 낮지만, 텔레매틱스와 안전 및 제어장치용 센서가 8% 수준의 높은 성장율을 보이고 있다. 특히 파워트레인이나 배기장치용 센서의 경우는 향후 전기자동차의 보급이 활성화되면 더 빠른 속도로 낮아질 가능성이 높다.

따라서 아직 자동차용 센서 시장은 현재 파워트레인 부분이 가장 큰 비중을 차지하지만 향후 운전자 지원, 안전과 보안 부문이 자동차용 센서 시장의 성장을 견인해 나갈 것으로 전망된다. 특히 현재는 각속도 센서가 가장 큰 비중을 차지하지만, 향후에는 카메라와 같은 이미지/비전 센서와 라이더/레이더와 같은 차량 외부의 환경을 인지하기 위한 센서가 시장을 주도해 나갈 것으로 예상된다.

자동차 센서 시장의 새로운 트렌드

자동차에 점점 더 많은 센서가 탑재되고 이를 통해 수집되는 데이터도 급격히 증가하고 있다. 엔진의 성능이나 연비를 향상시키기 위한 센서의 탑재에서 시작해 이제는 사용자의 탑승 유무, 운전자의 상태까지 파악하는 수준에 이르렀으며, 자율운전이나 네비게이션을 통한 자동 경로 탐색에 이르기까지 센서의 역할 또한 크게 달라지고 있다.

그렇다면 센서 자체는 어떤 변화를 겪게 될 것인가에 대한 해답은 아마도 퓨전 센서에 있을 것이다. 이는 다양한 센서를 서로 결합시켜 정밀도를 향상시키고, 기존에 측정할 수 없었던 것을 측정하게 만드는 것이다.

가장 대표적인 예가 바로 ADAS다. ADAS에 적용되는 카메라와 레이더, 라이더 등의 센서는 모두 개별적으로 사물을 인지하지만, 자동차는 이런 각 센서로부터 얻어지는 정보를 취합해 주변 상황을 보다 정교하고 입체적으로 상황을 파악할 수 있는 것이다.

이런 현상은 향후 더욱 극적으로 변화될 가능성을 갖고 있다. 바로 스마트도로와 같은 인프라와 결합됨으로써, 자동차 센서는 자동차 밖으로 벗어날 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 도로 주변의 카메라, 노면에 설치된 압력 센서, 충격 센서, 온도 센서 등을 통해 도로의 상태, 그리고 멀리 수 ㎞ 앞의 교통 상황까지 제공받을 수 있다. 이뿐만이 아니다. V2V 기술이 적용될 경우는 다른 차에 설치된 센서를 통해 주변 환경에 대한 보다 정확한 상황을 파악해 사고를 미연에 방지하고 보다 원활한 교통 상황을 만들어 갈 수도 있을 것이다.

이런 커넥티드카의 컨셉은 기존의 센서뿐 아니라 LTE나 5G, LoRa와 같은 네트워크 기술 또한 센서, 또는 센서 데이터의 전송 경로로 활용함으로써 센서 시스템의 내부로 끌어 들인다. 또한 이렇게 다양한 센서와 경로를 통해 수집된 데이터를 취합하고 판단하기 위한 소프트웨어 기술 또한 이제 센서 시스템의 영역에 포함될 것이다.

자동차에서 센서를 통해 수집되는 무수한 데이터를 빠르게 처리하기 위한 MCU와 분석 기술 또한 눈여겨봐야 할 부분이다. 그리고 이런 수많은 데이터를 전송하기 위해서는 현재 사용되고 있는 CAN(Controller Area Network)의 낮은 대역폭으로는 금방 한계에 직면하게 될 것이며, 이에 따라 최근 업계에서 회자되고 있는 TSN(Time Sensitive Network)와 같은 고대역폭을 제공하는 새로운 차량 내 네트워킹 기술 또한 눈여겨 봐야 할 것이다. 이런 네트워킹 기술이 향후 자동차의 센서를 통합하고 관리하는 열쇠가 될 것이기 때문이다.