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[온세미컨덕터] 자동차 자율 주행 흐름을 선도하는 첨단 운전자 지원시스템 (ADAS)
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2017.11.23  18:06:11
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By 랜스 윌리암스 (Lance Williams), 자동차 전략 및 OEM 시장 개발 부사장, 온세미컨덕터 (www.onsemi.com)

첨단 운전자 지원시스템(ADAS: Advanced driver assistance systems)은 자율 주행의 최종 도착지’를 향한 전자동 주행 방식 단계를 정의하는 방향으로 보다 복잡하며 광범위하게 발전하고 있다. 이러한 자동차 발전의 주요 트렌드가 더욱 다양한 의견과 관점으로 개발됨에 따라 그 영향은 자동차 산업의 업체들뿐 아니라 소비자인 운전자들에게도 크게 미치고 있어서 향후 상당한 변화가 예고된다.

차량 사용자들은 직접 자신들이 운전 조작을 하지 않고도 특정 지역에서 다른 지역으로 편안히 운행할 수 있는 그 날을 기다리고 있다. 이에 따라 보다 높은 단계의 안전성과 다양한 부가적인 기능들이 필요하다. 그러나 어떤 사람들은 운전의 즐거움이 없어질 것이라는 이유로 인해 자율 자동차 시대의 출현에 대해 긍정적인 입장을 견지하기도 한다.

어쨌든 이 분야의 기술 진전은 급속도로 이루어지고 있다. 자동차 제조업체들뿐 아니라 유명한 부품 공급회사들은 이미 부품 산업에 있어서 상당한 전자 공학적 최첨단의 기술들을 바탕으로 노하우를 보강하고 있다.

온세미컨덕터와 같은 회사들은 자동차 기술의 다양한 분야에 있어서 전원동력장치부터 차량 인포테인먼트까지 아우르는 반도체 솔루션을 제공해오고 있다. 이 회사들은 반도체 소자를 제조하지만 자동차의 전장 부문에 대해 깊은 지식을 가지고 지속적으로 광범위한 포트폴리오를 구축해왔다.

이러한 부품 공급업체들은 여러 부품들이 높은 신뢰도의 시스템 솔루션에 통합, 집적화되는 경향을 잘 알고 있다. 따라서 새로운 ADAS 시스템을 보다 빠르고 효율적으로 발전시키기 위해 OEM 및 자동차 부품 제조업체들과의 협력에 민감하게 반응하는 이 회사들은 초기 ADAS뿐 아니라 미래의 ADAS까지 커버하는 지능적이고 안전하며 매우 안정적인 실리콘 솔루션의 개발에 빠르게 대처하는 경향을 보인다.

전 세계에서 일어나고 있는 여러 변화들은 대부분 기술적 진보에 따라 촉진된다. 자동차 업계에서 화두로 떠오르는 주제들 중에서 최고는 전자동 운전이나 운전자가 필요 없는 차량에 관한 내용이다. 그동안 운전 방식은 여러 변화를 가져왔는데 운전을 즐기는 일부 운전자들은 자신들의 차량을 우상화하기도 했다. 그런데 요즘은 단지 특정 지역에서 다른 지역으로 그저 빠르게, 안전하게, 효율적으로 이동하기만을 원하는 사람들이 급증하는 추세다.

안전성은 차량의 전자동 주행화 기술 발전에 있어서 가장 핵심이 되는 요소이다. WHO가 2017년 에 발표한 자료에 따르면 매년 도로 운전 사고에서 125만명이 사망하며 2천만-5천만에 이르는 사람들이 상해를 입거나 불구가 되고 있다. 이러한 도로 주행 사고를 일으키는 원인은 운전자의 실수가 압도적이며, 2016년 5월에 발간한 미국 교통국 자료에 따르면 연간 약 2백만 건 이상 사고의 94%가 운전자 과실에 기인함을 보여준다.

혁명인가 또는 진화인가?

차량의 전자동화 추세는 이미 상당히 진전되고 있으며 혁명적이라기 보다는 급격하게 진화하고 있는 경향이다. 중요한 연구들이 1980년대 이후로 본격화되기 시작해서 최근에는 적극적으로 자동 주행 차량을 개발하고 있는 회사들이 50곳 이상이나 될 뿐 아니라 여러 나라에서 주요 대학교의 과제들로 많이 다루어지고 있다.

차량의 전자화에서도 보편적이고 복잡한 전자 기술들은 동력 장치, 차체, 차량 인테리어, 안전 시스템을 포함하는 조명부 같은 핵심 영역에서 이루어지고 있다. 이러한 각각의 개별 시스템들이 지속적으로 발전됨에 따라 개별 기능을 통합, 전자동화함으로써 차량 운행을 하는데 있어서 차량 내부를 네트워킹하고 감지하는 연관성이 더욱 증가하는 추세이다.

   
▲ 그림1: 기본 사양 차량도 상당한 전자 공학적 요소를 보유하고 있다

최근에 출시되는 차량들은 이미 긴급 자동 제어 기능, 차로 이탈 경고 시스템, 순항 제어 시스템과 사각지대 모니터링 및 자동 주차와 같은 기능들을 포함하고 있다. 이러한 기능은 더 이상 고급 차량에만 한정되는 기능이 아니라 기본 사양의 대중적인 차까지 보급된다. 이러한 시스템이 차량 제어를 해야만 하는 운전자들에게 필수적인 요소로 자리잡았다는 이야기인 셈이다.

티핑 포인트

대형 자동차 업체들이 ADAS 인식 기능을 점점 더 추가함에 따라 진화를 계속하며 전자동 주행 커넥티드 차량의 시대를 가속화함에 따라 자동차 산업은 차량 자체적인 통합 모니터링 분야에서 최고점에 도달했다.

보다 자동화된 시스템과 주변 빅데이터를 활용해 단순 자동차 기능을 뛰어넘는 특성에 의존하게 될수록 기능적 안전성과 사이버 보안 시스템들은 더욱 중요한 사안으로 여겨진다. 온세미컨덕터를 비롯한 여러 반도체 솔루션 회사들은 하드웨어와 소프트웨어 혁신을 통해 이미 이러한 문제들을 잘 해결하고 있다.

   
▲ 그림 2: 자동차 산업은 티핑 포인트를 향해 가고 있다

이러한 티핑 포인트를 통과하는 열쇠는 ‘융합(fusion)센서’의 효과적 사용이다. 차량 내부에서 다양한 시스템들이 서로 연결될수록 보다 복잡하며 핵심적인 안전 사항 및 선택들을 가능하게 할 기술 발전이 이뤄지며 차량 사고를 유발시킬 수 있는 결함들을 사전에 방지 할 수도 있다.

센서의 융합

영상 시스템은 후방 시각 카메라부터 전방 주시 카메라 및 차내ADAS에 걸친 중요한 구성 요소들을 포함하는 안전 사항을 지원하는 차량 기술 중 매우 중요한 부문으로 여겨져 그 필요성이 늘어나고 있다.

그러나 서로 다른 센서 종류들은 각기 다른 특정한 강점과 약점들을 가진다. 장기간 또는 단기간에 걸친 성능, 나쁜 날씨 조건 등에서도 정상적으로 가동되어야 하므로 다기능 센서들이 제공하는 데이터를 조합하여 처리할 수 있는 핵심 기술이 선행되어야만 보다 정확한 선택과 반응 및 적용이 가능해진다. 이미지 센서, 레이다, LiDAR의 조합들이 여기에 해당된다고 할 수 있다.

이미 시장을 주도하면서 이미지 센서의 포트폴리오를 보강해온 온세미컨덕터는 최근에 차량용 레이더 기술에 자동화 감지 기능을 추가한 포트폴리오를 확보했다. 이를 통해 자율화를 향한 ADAS의 발전과 자동차 안전성을 개선시키는 특정 융합 센서를 시장에 내놓을 예정이다.

기능적인 안전성

대부분의 ADAS 시스템에 있어서 중요한 것은 전반적인 기능적 안전성을 시스템적으로 감지하는 핵심적인 부품인 이미지 센서이다. ISO 26262를 채택한 차량 안전 집적도는 ASIL-A(가장 낮은 단계) 범위에서 ASIL-D(가장 높은 단계)까지 다양하다. ASIL 레벨은 고장 강도의 계수, 단일 고장 발생의 가능성, 고장에 대처할 제어 능력 등 세 가지 요소들로 결정된다.

기능적인 안전성은 대체로 센서에서 출발하는데 고속 주행 중의 고장 감지 기능과 같은 이슈들은 이미 자동차 OEM, 관련 부품 공급사 및 센서 제조사들 사이에서 핵심 주제로 인식되어 왔다. ADAS에 사용되는 이미지 센서들의 결함이 감지되지 않으면 차량 순항 적응 제어, 차량 충돌 방지 및 보행자 감지 기능과 같은 시스템에 매우 치명적인 결과를 줄 수 있다.

수 천 개의 잠재적인 경우에서 단 한 건이라도 발생하는 고장을 감지, 처리하는 것은 프로세서 집중도를 필요로 하므로 개별적인 고장에 따라 알고리즘을 요구한다. 사실상 일부 고장들은 시스템 레벨에서 감지하는 것이 불가능한 것들이 있다.

고장 한계 시스템 내의 잠재성은 모든 시스템 설계자들에게 주요 핵심 문제이기도 하다. 이는 단순하게 보면 하나의 고장이 발생된 후 다시 안전 상태로 복귀하게 되는 시스템간의 시간을 의미한다. 보다 안전한 차량 운행을 위해서 고장 결함은 위험한 사건이 일어날수 있기 전에 반드시 감지되어 처리되어야만 한다.

   
▲ 그림 3. 잠재기는 고장 감지 처리에 있어서 핵심적인 요소이다

영상 센서들이 보다 발전할수록 기능적 안전 고장 감지 기능이 ADAS시스템에서 센서로까지 이동하고 있다. 따라서 고장 감지 기능이 장착되어 각종 결함들이 설계 단계에서 식별된다. 센서 기반 감지 기능은 ADAS 시스템 처리 용량의 압력을 어느 정도 경감시킬 뿐만 아니라 고장 감지도도 증가시켜 준다.

여러 ADAS 시스템은 ASIL-B 요구 조건을 충족시키기 위해 노력하고 있다. 이에 따라 조만간 ASIL-B 요구 조건을 충족시킬 많은 시스템들이 급속도로 증가하게 될 것이다. 만약 범용 사용이 현실화 된다면, 미래의 ADAS 시스템들은 보다 견고한 ASIL-C와 ASIL-D 요구 조건을 충족시켜야만 할 것이다. 이미 이러한 영역에서 적극적인 조치를 취해온 온세미컨덕터는 반드시 기능적 안전성을 완수하도록 이미지 센서에 매우 정교한 안전 메커니즘을 기본적으로 제공하고 있다.

자동차 시스템에서의 온세미컨덕터 역할

온세미컨덕터는 일반적인 반도체 산업에 있어서 매우 주도적인 역할을 하고 있으며, 특히 전 세계 시장 점유율의 약 50%가량의 상당한 부분을 차지하는 자동차CMOS 센서 분야에서 강점을 가지고 있다.

온세미컨덕터의 광범위한 제품 포트폴리오는 차량 분야의 자동차 시스템에 적용되는 혁신적인 제품과 솔루션을 많이 제공하고 있다. 그 중에 차량 전자화뿐 아니라 점차 범용화되는 전기 자동차의 대중화를 확산시키기 위한 최상위 클래스의 IGBT와 FET들은 차량 내의 메인 및 보조 인버터, 온보드 충전기, 차량 충전 스테이션을 비롯해 자체에 빠르게 연결되는 확장성 네트워크와 같은 시스템에 사용된다.

광대역 기술은 차량 전자화가 급증 될수록 ‘게임 체인저’ 역할을 하게 될 것이다. 이에 따라 온세미컨덕터의 광대역(SiC 와 GaN) 기술들은 이전에 존재했던 기술들로는 불가능했던 고전력 밀도와 고주파수 성능의 솔루션을 지원한다.

자동차 운행 환경의 급격한 요구와 특정 기능성의 필요가 촉진되어짐에 따라 ADAS에 필요한 이미지 센서들은 조명등 경감(LFM) 과 같은 특성을 강건하게 조합한다. 이로 인해 센서 뷰, 우수한 적외선 성능뿐 아니라 극도의 밝기 또는 매우 낮은 조명에서도 운행 될 수 있는 성능 등을 효울적으로 제공함으로써 전방 또는 후방 LED 조명등에서 발생되는 장면들을 잘못 해석하는 문제들을 해결해준다.

요약

ADAS는 자동차 기술들 중 가장 빠르게 성장하는 영역으로서 차량의 기능성과 전자적 요소들의 증가되는 분야이다. 완전한 자율화를 향한 흐름이 더욱 가속화됨에 따라 관련 산업은 티핑 포인트에 도달하고 있다.

최첨단의 안전 시각 센서들은 기능적으로 볼 때 미래 ADAS 시스템의 주요 핵심부가 될 것이다. 이 센서를 차량 내부의 다른 기술들과 결합함으로써 사이버 보안을 확실히 유지하게 되면 진정한 자율 주행 차량 시대를 향한 티핑 포인트에 도달해 기존 자동차 산업을 완벽히 변화시키게 될 것이다.

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