산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2017. 7. 특집2 (p61~68)

자동차의 가치를 바꾸는 신기술
저 연비의 다음 개발 테마로 대응한다

「새로운 가치」를 자동차에게 가져다 줄 기술 개발이 자동차 업계에서 진행되고 있다. 저연비를 중심으로 한 현 시점에서의 자동차 가치를 뛰어넘어, 다음 가치를 창출해 낼 신기술 개발이 바로 그것이다. 고객의 잠재적 수요를 발굴하여 그곳에 초점을 맞춘 기술 개발에 힘을 쏟아 붓는 자동차 관련 업체가 늘어나고 있는 것이다.

「사람과 자동차의 테크놀로지전 2017」(2017년 5월 24~26일, Pacifico요코하마)에서 취재한 내용 중에서 저연비의 차기 개발테마를 탐색하고 있는 개발자를 위한 (1)자율주행, (2)휴먼 인터페이스, (3)디자인, (4)저소음화, (5)48V화의 관점에서 새로운 기술을 소개한다.

〔1〕 자율주행
자동차 업계가 지금 가장 개발에 힘을 쏟고 있는 것은 자율주행 기술이라고 해도 과언이 아니다. 자율주행에서 중요시되는 안전성을 높이기 위해 미쓰비시전기는 자동차의 위치 측정 정밀도를 높인 로케이터를, 도요타자동차 그룹은 보행자 등을 감지하는 고감도 3차원 LiDAR(Light Detection and Ranging)을 개발했다.

-- 「세계 최고 정밀도」인 로케이터 --
미쓰비시 전기는 자동차의 위치를 높은 정확도로 산출해 낼 수 있는 로케이터를 개발했다. 자율주행을 감안하여 고정밀도의 로케이터를 원하는 자동차 업체의 니즈에 부응했다. 절대위치를 측정하는 위성측위시스템을 복수로 사용하는「멀티 GNSS」와 상대위치를 추정하는「3차원 자율항법」을 조합하여 자동차의 위치를 1.5m의 고정밀도로 산출해 낸다. 차재용 로케이터로서는「세계 최고 정밀도」(당사)를 실현했다.

새로운 로케이터는 이 멀티 GNSS를 채용한 것과 더불어 각 위성이 송신한 신호로부터 위치정보를 직접 계산하는 것이 특징이다. 일반적으로 로케이터는 이 멀티 GNSS 수신기가 내장되어 있어, 이것으로 위치 정보를 산출해 내고 있으나, 그 위치정보가 얼마나 신뢰성이 있는 지를 판단하기는 어렵다. 따라서 새로운 로케이터는 위성으로부터의 데이터를 사용하여 GNSS 수신기와는 별도로 위치정보를 계산하여 GNSS 수신기의 신뢰성을 평가할 수 있다.

-- 고감도의 3차원 LiDAR --
도요타자동차와 도요타 중앙연구소(아이치 현)이 공동으로 개발한 것이 3차원 LiDAR「SPAD LIDAR」이다. LiDAR는 레이더를 사용하여 물체의 감지 및 물체까지의 거리를 측정하는 것이다. 수광부(受光部)에 단일광자 Avalanche Diode를 채용한 것이 특징. 미약한 빛을 받아도 반응을 일으키는 최소의 물리량을 넘어서면, 광자의 충격으로 생기는 것보다 큰 전류가 흐르기 때문에 높은 감도를 얻을 수 있다.

자율주행에서는 보행자 등을 정확하게 파악하기 위해 거리화상의 화소 수를 늘릴 필요가 있다. 또한 광학계 전체를 소형화하기 위해 화소 피치 값을 줄이지 않으면 안 된다. 그러나 화소 피치를 줄이면 수광소자에 들어오는 빛의 양이 줄어든다. 그것을 해결하기 위해 감도가 뛰어난 SPAD를 채용했다. 1화소당 24개(4X6개)의 SPAD를 사용하고 있다.
 
〔2〕 휴먼 인터페이스
디지털 기술의 향상에 따라, 자동차와 사람과의 접점 부분에는 잠재적인 개량의 여지가 늘고 있다. 예를 들어 확장현실감(AR) 및 인체로부터의 정보, 음성 인식을 사용하여 새로운 휴먼 인터페이스를 고려하는 사례가 나오고 있다.

-- AR로 정보를 투영시켜 표시할 수 있는 HUD --
AR로 정보를 표시할 수 있는 헤드업 디스플레이(HUD)를 개발한 것이 일본정기(日本精機)이다. 2025년까지 실용화를 목표로 한다. 새로운 HUD는 AR을 응용하는 것으로 운전자가 보고 있는 풍경에 문자 및 일러스트 등의 정보를 투영시켜 표시할 수 있다. 카메라에 의해 인지한 대상물의 위치와 서로 겹치게끔, HUD로 생성하는 영상을 제어한다는 것이다. 예를 들어 보도에서 차도로 뛰어든 보행자에 대해 경고 표시를 화면에 띄우거나 도로에 경로안내의 화살표로 나타내는 등 표시할 수 있다. 이렇게 운전중의 안전성이나 편리성을 높일 수 있다.

-- 운전자의「여유도」를 AI로 측정하는 시스템 --
차재용 시스템 개발 등에 손대고 있는 에스디테크(본사 도쿄)는 운전자의「여유도」를 검출하는 시스템을 개발했다. 운전자에게 여유가 없다고 판단되는 경우에는 이 시스템이 네비게이션의 화면 및 인스톨멘트패널에 표시하는 정보량을 줄이거나 음성을 줄이거나 한다. 안전에 관한 조작 지시 및 경고 표시 등, 우선시 되어야 하는 정보를 추려서 운전자에게 전달하기 위해서이다. 과도한 운전 지원을 줄임으로써 운전자가 운전에 집중하기 쉬운 환경으로 만든다.

여유도를 검출하기 위해서는 운전자의 (1)표정의 변화, (2)시선의 변화, (3)동공의 변화, (4)심박수의 변화, (5)주행시의 CAN(Controller Area Network)데이터 등을 사용하고 있다. 운전자의 표정 및 시선의 변화는 드라이버 모니터링용의 차재 카메라로, 동공의 변화는 안경타입의 웨어러블 단말기로 검출한다. 심박수는 손목시계 타입의 단말기를 손목에 장착하여 측정한다. 검출된 각 정보를 기반으로 심층학습(딥 러닝)된 인공지능(AI)을 사용하여 여유도를 판단한다는 시스템이다.

-- 음성으로 도어 개폐 및 램프 점등 --
자동차의 조작을 음성 인식으로 시행하는 바디 제어시스템을 개발한 것이 미쓰비시전기이다. 음성인식기능을 가진 당사의 카 네비게이션을 이용하여 운전석에서는 손이 닿지 않는 뒷좌석 도어의 개폐 및 룸 램프의 점등 등의 조작을 음성에 의한 지시로 실행한다. 예를 들어 마이크를 향해 「자동차를 조작, 문을 연다」라고 사람이 말하면 마이크가 음성을 인식하여 문이 열리게 된다. 「자동차를 조작」이라는 말은 바디 제어기능을 기동시키기 위한 키워드이다.

〔3〕 디자인
진화한 디지털 기술을 적극적으로 이용한다면 자동차의 외관 디자인은 현재 모습보다 크게 변화하여 세련된 인상을 가져다 줄 수 있다. 그것을 목표로 사이드 미러를 없앤 카메라 모니터 및 곡면형 콘솔 패널을 개발하는 업체가 등장했다.

-- 세정기능 장착 카메라 모니터 --
이치코(市光)공업은 부가가치를 높인 미러리스(Mirrorless)의 카메라모니터 시스템(CMS)를 개발했다. 사이드 미러 대신, 차내 후방의 시각정보를 확보하는 것으로 세정기능을 추가하여 항상 선명한 영상을 볼 수 있도록 했다. 미러리스의 CMS는 미러와 비교해 사각지대를 작게 할 수 있는 등, 높은 시인성(視認性)을 확보할 수 있다. 또한 소형화할 수 있기 때문에 공기저항을 줄일 수 있다. 무엇보다 외관 디자인의 자유도를 높였기 때문에 자동차의 매력 향상에 기여할 것으로 기대되고 있다. 한편, 미러와 같은 감각(거리감 등)을 얻기 어려운 것이나 차내의 어느 곳에 디스플레이 화면을 설치할 것인지가 과제이다.

-- 유기 EL의 곡면형 패널을 사용한 콘솔 --
곡면형의 유기 EL을 사용한 센터 콘솔 패널을 개발한 곳은 콘티넨털 오토 모티브(요코하마)이다. 양산 차에 탑재시키기 위한 개발을 2018년을 목표로 시작한다.

기존의 액정패널을 사용하는 것 보다 어두운 검정을 표현할 수 있게 된 것을 비롯해 경량인 점을 자동차 업체가 높이 평가하고 있다고 한다. 진동 엑추에이터(진동 발생장치)를 패널에 부착시켰으며 패널 전체를 진동시킴으로써 유저에게 조작감을 전달하는 감각 피드백 기능을 갖추고 있다. 당사는 자율주행 기능이 실용화되면 세부적인 조작기능보다 직감적인 휴먼인터페이스 기능이 더 중요해진다고 보고 있다.

〔4〕 정음화(靜音化)
차량의 파워 트레인이 전동화를 향해 가속화되고 있다. 구동원이 엔진에서 모터 구동으로 전환되면서 엔진 소리가 없어지게 되면서 그 외의 소리 및 진동의 영향이 상대적으로 커지게 된다. 그 소음을 줄이기 위해 음원을 특정화하는 장치의 개발이 이어졌다.

-- MEMS 마이크로 음원을 가시화하는 장치 --
시멘스PLM 소프트웨어(도쿄)는 음원의 위치를 카메라 화상에 투영시켜 실시간으로 표시하는 장치를 개발했다. 가동 기구의 잡음 원인을 특정화하여 정음화시키기 위해 사용한다. 개발한 장치는 중앙에 가시광 카메라를 장착시킨 원반형 케이스로 그 주위에 부착한 9개의 ARM으로 구성되어 있다. 원반형 케이스에 45개, ARM에 각 4개의 MEMS 마이크를 부착시켜 총 81개의 마이크로 소리를 잡아낸다.

여러 개 존재하는 음원을 디지털 신호처리로 분리한 다음, 각각의 위치를 특정화하여 카메라 화상에 투영시켜 표시한다. 지정한 주파수대역에서의 소리의 세기를 색으로 나타낸다.

-- 음원을 가시화 하는 소형 장치 --
음원을 가시화하는 측정장치를 개발한 다른 한 곳은 일본음향 엔지니어링(도쿄)이다. 소형의 측정장치「Sound Graphy」에서는 16개의 마이크로 음원을 특정화하여 화상으로 볼 수 있게 한다. Sound Graphy는 카메라와 16개의 마이크를 내장한 공모양의 센서부, 전원과 처리회로를 갖춘 프로세서 유닛으로 이루어져 있다. 센서부와 프로세서 유닛은 USB케이블로 접속하여 태블릿 단말기간에 와이파이로 연결된다. 센서부에 손을 가져다 대면 내장된 카메라로 촬영된 화상 위에 음원의 위치 및 음의 크기를 히트맵으로 실시간 표시해 주는 시스템이다.

〔5〕 48V화 
자동차 전원의 48V화 (기존 12V)가 주목을 모으고 있다. 비용을 줄이면서 연비를 향상시킬 수 있는 이점을 가지고 있기 때문에, 유럽 및 중국시장 등에서 높은 잠재적 수요가 있기 때문이다. 그 잠재적 수요에 일본 자동차 부품 업계도 관심을 가지고 있다.

-- 48V의 리튬전지 --
히타치 오토 모티브 시스템즈(본사 이바라기 현)이 개발한 것이 48V의 리튬 이온 전지 팩이다. 당사는 하이브리드차(HEV)용으로 3원계(니켈∙망간∙코발트)의 각형 배터리의 셀을 실용화하고 있다. 당사가 새롭게 개발한 것은 니켈(Ni)의 비율을 높인 차세대 셀. 에너지 밀도를 높이고 있다고 한다.

전지 팩의 크기는 넓이 175 X 폭 300 X 높이 90mm. 2016년에 발표한 기존의 베터리 팩에 비해 높이를 10mm 낮췄다. 박막화를 시도함으로써 트렁크뿐만 아니라 조수석 아래쪽 등에도 배치하기 쉽게 했다.

당사는 48V 시스템을 탑재함으로써 BSG에 의한 회생이 가능하게 되어 차량 연비가 10~15%정도 높아지는 것으로 상정하고 있다. 샘플 출하 중에서 2019년에 중국 시장으로의 채용을 예상하고 있다. 당사가 취급하는 48V 대응품은 베터리만으로, BSG A치 DC/DC콘버터는 취급하지 않는다. 가격은 48V의 기본 시스템(베터리 팩 및 DC/DC콘버터, BSG)로 500유로(약 6만2,500엔, 1유로=125엔환산) 정도라고 한다.

   -- 끝 --