Nikkei Automotive_2017.11 특집 (p48~63),

이스라엘 Mobileye의 압승
일본 신차 평가 프로그램(JNCAP) 시험결과

일본 신차평가 프로그램인 JNCAP의 ‘보행자 대응 자동브레이크 시험’에서 예상외의 결과가 나왔다. 이스라엘의 Mobileye의 화상처리 칩을 사용하는 단안카메라의 성능이 스테레오카메라 등을 뛰어넘었다. 이 결과는 ‘티어1’ 서플라이어를 더욱 흔들 것이다. 일본에 있어서 모빌아이와 같은 해외에 대항할 수 있는 반도체 기술의 육성이 시급하다.

Part 1. 보행자를 지키는 최강 센서
단안카메라가 스테레오카메라를 초월한다

보행자 대응의 자동브레이크 시험에서 이스라엘의 모빌아이가 강세를 보였다. 화상처리 칩 ‘EyeQ3’를 사용하는 단안카메라의 결과가 스테레오카메라 등을 초월하였다. 모빌아이의 공세는 지금까지 우위였던 ‘티어1’ 서플라이어를 크게 흔들 것이다. 야간 보행자나 낮 시간의 자전거, 교차점 등에 대한 대응이 앞으로의 주요 전장이 될 것이다.

국토교통성과 자동차사고대책기구(NASVA)가 운영하는 ‘일본 신차평가 프로그램(JNCAP)’의 예방안전 성능의 평가시험에서 이스라엘 모빌아이가 압도적인 강세를 보였다. 모빌아이의 화상처리 칩 ‘EyeQ3’를 사용하는 단안카메라를 탑재한 차종이 상위를 차지하였다.

2016년도의 보행자 대응 자동브레이크 시험에서 단안카메라를 탑재한 닛산자동차의 ‘세레나’가 1위, 마쓰다의 ‘악셀라’가 2위를 차지하였다. 그 뒤를 스테레오카메라를 사용하는 스바루의 ‘포레스터’ 등 3차종과 스즈키의 ‘솔리오’, 단안카메라와 밀리파레이터를 사용하는 도요타자동차의 ‘프리우스’가 잇고 있다.

-- 가시화된 3개의 트렌드 --
이번 JNCAP의 시험에서 보행자 대응 자동브레이크에 관한 3개의 트렌드가 가시화되었다.
첫 번째는 보행자 감지 센서로서 단안카메라가 강력함을 보인 것이다. 보행자 감지의 경우는 지금까지 인간의 눈과 같은 원리로 물체를 인식하는 스테레오카메라나 단안카메라와 밀리파 레이더 등을 조합한 ‘센서 퓨전’이 비용은 들지만 성능 면에서 유리하다고 평가 받았다. 그러나 JNCAP의 이번 시험에서는 단안카메라만을 사용하는 저비용 센서가 다른 센서의 성능을 웃돌았다.

두 번째는 단안카메라의 화상처리 칩의 분야에서 덴소나 도시바 등의 국내기업이 아니라 모빌아이와 같은 해외기업이 압도적인 강세를 보였다. 자율주행 시대에 있어서 화상처리 칩은 코어기술이 된다. 일본은 모빌아이나 개발 능력을 키우고 있는 미국의 엔비디아와 경쟁할 수 있는 반도체회사를 육성할 필요가 있다.

세 번째는 모빌아이의 존재감이 강해지면서 ‘티어1’ 서플라이어 분야에서 “지각변동”이 일어나고 있다는 점이다. 지금까지 보행자 대응의 자동브레이크에서는 티어1인 독일 콘티넨탈이 공세를 강화하고 있었다. 예를 들면 도요타의 프리우스에 탑재하는 안전운전 지원시스템 ‘Toyota Safety Sense P’는 덴소의 센서를 사용하고 있지만 신형 SUV ‘C-HR’이나 신형 세단 ‘캠리’ 등의 경우는 콘티넨탈의 센서를 채용하였다. 스즈키의 소형차 ‘스위프트’나 경자동차 ‘왜건R’에 탑재하는 자동브레이크 센서도 콘티넨탈제다. 이들 센서에 화상처리 칩을 제공하는 업체는 어디까지나 ‘티어2’의 입장이다.

모빌아이의 경우는 EyeQ3를 탑재한 단안카메라를 복수의 티어1에게 만들게 한다. 이들 단안카메라는 제조를 담당한 티어1을 통해 전세계의 자동차회사에 공급된다. 일본에서는 닛산과 마쓰다가 해외에서는 독일 BMW와 아우디, 스웨덴의 볼보, 미국의 GM과 FCA US 등이 EyeQ3를 탑재한 단안 카메라를 사용하고 있다.

EyeQ3를 탑재한 단안카메라를 공급하는 티어1은, 닛산과 GM이 독일 ZF, 마쓰다와 FCA US가 캐나다의 마그나 인터내셔널, 아우디가 독일의 Kostal, 볼보가 미국의 델파이 오토모티브다. 이처럼 모빌아이는 지금은 티어1의 위에 위치하는 ‘티어0.5’의 입장을 굳히고 있다. 그러나 모빌아이의 대두로 티어1의 우위성은 떨어졌으며, “앞으로는 모빌아이의 칩을 사용하고 있는 티어1을 선택한다”라고 단언하는 자동차회사도 등장하였다.

-- 고속 구간과 아이의 모형 인형이 어렵다 --

●마쓰다 : 카메라의 감지각 확대가 기여
마쓰다의 자동브레이크 ‘SCBS(스마트 시티 브레이크 서포트)’는 모빌아이의 EyeQ3를 사용하는 단안카메라로 70m 앞에 있는 보행자까지 감지할 수 있다. JNCAP시험에서 고득점을 얻은 최대 요인은 카메라의 수평감지각이 기존의 약 30도(EyeQ2)에서 52도로 넓어졌고, CMOS 센서의 화소가 기존의 2배(약 120만 화소)가 되었기 때문이다.

마쓰다의 시스템의 경우는 모빌아이의 EyeQ3로부터 보행자와의 거리와 각도 정보를 받는다. 거기서 ESC의 유압을 높여 제동력을 발생시킨다. 마쓰다는 “ESC를 작동시키는 타이밍이 어렵다. 빠르면 개입이 되고, 늦으면 충돌 회피가 어려워진다”라고 말한다.

앞으로는 단안카메라로 야간 보행자나 낮 시간의 자전거에 대응해 나간다. 야간 보행자에 대한 대응에서는 적외선 카메라를 사용하는 선택지도 있다. 그러나 비용이 비싸진다. 그래서 마쓰다는 EyeQ3를 탑재한 단안카메라를 사용하여, CMOS 센서의 다이나믹레인지를 넓게 하고 제어 알고리즘을 개량한다. 이러한 대책들로 야간 보행자에 대응한다.

●스바루 : 야간 보행자 대응에서 리드
스바루의 ‘아이사이트 ver.3’의 브레이크는 스테레오카메라로 보행자를 감지한다. 스바루는 시스템의 사양을 밝히지 않지만 카메라의 수평감지각은 30~40도, 화소는 100만~200만이다. JNCAP의 시험에서는 임프레자의 경우, 최고 속도인 60km/h(장해물 없음)로 주행했을 때와 40~45km/h(장해물 있음)로 주행했을 때 충돌을 피할 수 없었다.

이러한 결과를 얻은 스바루는 제어 프로그램을 개량하여 스테레오카메라의 인식 성능을 높인다. 상급차에서 사용되고 있는 응답성이 좋은 ESC를 사용하는 선택지도 있지만 비용이 비싸진다. 양산차에는 사용하기 어렵기 때문에 스테레오카메라의 개량으로 대응한다. “JNCAP의 시험에서 고득점을 얻고, 실제 주행환경에서 오작동을 일으키지 않도록 주의하며 개발을 추진한다”라고 제1기술본부 선진안전설계부의 기세(喜瀬) 부장은 말한다.

●도요타 : 제2세대 시스템으로 야간 등에 대응
도요타의 Safety Sense P는 단안카메라와 밀리파 레이더가 보행자를 감지한다. 서플라이어는 현재 덴소와 콘티넨탈이다. 그러나 이번 JNCAP의 시험에서는 덴소의 시스템이 대상이었다. 프리우스의 결과를 보면 장해물이 없는 경우는 55km/h에서, 장해물이 있는 경우는 40km/h 이상에서 충돌을 피하지 못했다. 아이의 모형 인형을 사용한 40km/h의 시험에서도 피하지 못했다. 이번 결과에 대해 도요타는 “만점을 받는 것은 가능하지만, 실제 주행 환경에서 오작동을 일으킬 위험이 있다. 오작동을 일으키지 않도록 하는 것에 중점을 두고 제어시스템을 개발하였다”라고 말한다.

야간 보행자는 단안카메라의 다이나믹레인지를 넓히는 것으로 대응한다. 또한 단안카메라와 밀리파 레이더에 의한 보행자의 인식∙판단 속도를 높여 ESC의 응답성을 높인다. 이러한 대책은 2018년부터 도요타 자동차에 투입하는 제2세대 ‘Safety Sense’에 담을 계획이다. 제2세대 시스템의 센서는 Safety Sense P와 마찬가지로 밀리파 레이더와 단안카메라를 조합한다. 제2세대 시스템에서는 야간 보행자만이 아니라 낮 동안의 자전거, 후퇴 시의 자동 브레이크 등 향후 세계의 안전 기준에 대응한다.

Part 2. 충돌해도 안전한 자동차
새로운 골격으로 세계 기준에 도전한다

예방안전성능의 강화만으로는 자동차의 안전성 향상이 충분하지 못하다. 실제로 2018년 이후 세계의 충돌 안전에 대한 기준은 보다 엄격해진다. 자동차회사는 새로운 바디골격으로 앞으로의 엄격한 기준에 대응한다. 바디골격의 질량 증가를 억제하면서 강도를 어떻게 높일 것인가가 열쇠가 된다.

자동브레이크 등의 예방안전성능이 진화하면 운전자의 조작 실수로 인한 교통사고가 감소할 가능성이 크다. 그 결과, 충돌 안전에 대한 중요성은 지금보다도 약해질 것이라는 견해가 있다. 이에 대해 스바루의 오누키(大抜) 상무는 “충돌안전성능의 강화 없이는 자동차의 안전성 향상은 있을 수 없다”라고 말한다. 예방안전 기능이 아무리 진화해도 모든 자동차에 탑재되지 않는 한 상대방이 일으키는 사고 등의 불가피한 사고는 어쩔 수 없기 때문이다. 충돌안전 기능의 강화는 앞으로도 자동차회사에게 중요한 과제다.

-- 보다 엄격해지는 세계의 기준 --
실제로 세계의 충돌안전 기준은 보다 엄격해지는 경향에 있다. 미국에서는 IIHS가 2018년에 ‘스몰 오버랩 전면충돌’ 시험에 조수석 평가를 추가한다. 현재 시험에서는 운전석만을 평가하고 있다. 유럽의 유로NCAP(유럽의 신차 안정성 평가)는 2020년에 전면충돌 시의 ‘Far Side 충돌완화’를 평가하는 항목을 추가한다. 충돌한 측과 반대 방향의 탑승자를 지킬 수 있는지의 여부를 조사하는 것이다.

또한 IIHS나 USNCAP(미국 신차 안전도 평가)는 2020년까지 ‘경사 충돌’을 평가 항목에 추가할 전망이다. 자신의 차의 대각선 전방으로 다른 차량을 충돌시켜 충돌 안전성을 평가한다. 실제 교통사고와 같이 맞은편에서 오는 차가 중앙선을 넘어와 충돌하는 상황을 상정한 것이다. IIHS의 스몰 오버랩 충돌보다 조건은 엄격하다. 일본의 JNCAP도 2018년도부터 충돌시키는 차량을 현재의 950kg에서 1,300kg으로 늘린다.

세계의 엄격한 충돌 안전 기준에 자동차회사는 바디골격의 쇄신으로 대응한다. 구체적인 대책으로서는 (1)프레임의 구조를 재고한다, (2)앞 자리의 발치에 있는 대시 크로스멤버의 강도를 높인다, (3)Front Bulk Head(엔진룸과 차 안의 칸막이 벽) 주변의 결합을 강화한다, (4)상부 바디와 플랫폼을 합한 바디골격 전체의 강도를 높이는 방법을 생각할 수 있다.

이들 대책을 조합함과 동시에 바디골격의 질량 증가를 가능한 억제하는 것이 열쇠가 된다. 질량 증가를 억제하기 위해서는 고장력 강판의 사용량을 늘리는 것이 유효하다. 이러한 관점에서 각 사가 개발한 새로운 바디골격을 자세히 살펴보자.

-- Hot Stamp재로 차 안을 지킨다 --
-- 프레임의 수를 늘린다 --
-- 차량 뒷부분의 프레임을 없앤다 --
-- 골격 전체로 하중을 받는다 --
-- 경량화의 기술을 소형차에 적용 --

Part 3. 2025년까지의 유로NCAP
자동긴급 조타로 충돌 회피 확대

일본과 미국, 유럽의 2025년을 대비한 안전기준이 가시화되었다. 유로NCAP(New Car Assessment Program)는 보행자를 포함한 충돌 회피 기준을 단계적으로 높인다. 자동브레이크와 함께 자동긴급조타로도 충돌하지 않는 자동차를 평가한다. 미국에서는 센터에어백이나 후퇴 시의 자동브레이크 등의 장착이 필요하다.

유럽의 자동차 안전 평가 기관인 유로NCAP가 2025년을 대비한 안전기준을 제시하였다. 최근의 평가 항목은 자동브레이크의 대상 확대, 2025년에는 자동긴급조타를 포함한 충돌 회피 영역의 확대다. 2016년에 시작한 낮에 시행하는 보행자 시험을 2018년부터는 야간으로 학대한다. 또한 2018년부터는 보행자가 걷는 방향을 도로의 횡단뿐 아니라 도로의 진행 방향에 따라 걷는 경우도 추가한다. 또한 자전거(낮)도 대상으로 한다.

2020년에는 주차장을 상정한 후퇴 시의 자동브레이크를 추가한다. 또한 교차점에서도 자동브레이크를 작동하도록 한다. 교차점에서는 넓은 감지각이 필요하며 보행자부터 자전거, 차량까지 종류도 움직임도 복잡해지기 때문에 장벽은 높아진다.

또한 2020년에는 자동긴급조타에 의한 충돌 회피 평가를 시작한다. 충돌 직전에 자동브레이크로 충돌을 회피할 수 없는 경우라도 “자동조타라면 충돌을 회피할 수 있는 경우가 있다”(유로NCAP의 Andre Seeck 씨). 자동긴급조타를 추가함으로써 사고 경감을 기대할 수 있다.

예방안전과 더불어 충돌안전의 기준도 엄격해진다. 측면충돌 시에 충돌하는 측의 사람은 사이드 에어백이나 커튼 에어백으로 보호를 받지만, 몸이 충돌하여 반대측(Far Side)의 사람이 부상을 입는 사고가 지적되었다. 차량 중앙에 배치하는 센터 에어백이나 시트벨트가 쉽게 풀리지 않도록 하는 등의 개선책이 요구된다.

2020년에는 운전자의 상태감시(드라이버 모니터링)에 대한 평가가 시작된다. 사고의 90%는 인위적인 실수로 발생하고 있다. 실내 카메라 등으로 운전자의 상태를 감지함으로써 사고 발생 전에 적절한 경보를 내는 것이 가능해진다. 음주운전 때는 눈을 자주 감거나 한눈 팔기 운전을 하기 때문에 조기 대책이 가능해진다.

2022년에는 2014년부터 실시하고 있는 앞선 차에 대한 충돌 방지를 목적으로 한 자동브레이크를 맞은 편 자동차와의 충돌회피∙피해경감의 수단으로서도 평가를 시작한다. 맞은 편 자동차와의 충돌은 큰 사고로 이어지기 쉽다. 맞은 편 자동차와의 충돌회피의 경우는 2020년부터 평가를 시작하는 자동긴급조타와 자동브레이크의 양쪽을 모두 사용할 수 있도록 한다.

-- 차차간과 노차간 통신도 대상 --
-- IIHS는 앞 충돌 시의 조수석 대응이 핵심 --

  -- 끝 --