Nikkei Automotive_2022.3 Disassembly Report (p70~73)

폭스바겐 ‘ID.3’에 AR 표시 HUD 채택
양산 EV 최초, 2단 구조가 열쇠

독일 폭스바겐의 전기자동차(EV) ‘ID.3’에 대한 리포트는 이번이 최종회이다. 이번에 조사한 대상은 지금까지의 양판차로부터 쇄신한 ID.3의 HMI(휴먼머신인터페이스). 특히, HMI의 핵심인 HUD(헤드업디스플레이)를 분해해 내부 구조를 살펴보았다.

HMI 쇄신의 배경에 있는 것은 자동차의 소비 형태에 대한 변화이다. 소유에서 이용으로 전환되고 있는 가운데, ‘처음 접한’ 사람이라도 직감적으로 사용할 수 있는 HMI가 중요해졌다.

ID.3에 탑재되어 있는 HMI의 표시계는 3가지이다. 첫 번째는 중앙에 배치된 10인치 디스플레이. 스마트폰을 의식한 화면 디자인으로, 한 화면에 8개의 아이콘이 나열되어 있다. 두 번째 표시계는 스티어링휠(핸들)과 대시보드 사이에 배치된 미터 디스플레이다. 주행 속도가 디지털로 표시되며, 배터리 잔량, 항속 가능 거리 등이 표시된다.

그리고 세 번째가 HUD이다. 옵션 장비로, AR(증강현실) 기능을 선택할 수 있는 것이 특징이다. AR 표시에 대응하는 HUD의 채택은 양산 EV에서는 ID.3가 처음이다. 일부 일러스트의 위치를 도로나 전방 차량에 맞춰 제어하는 HUD를 탑재하여, 운전자의 직감적인 상황 이해를 도와 안전성을 높인다.

HUD는 주로 운전대 전방의 인스트루먼트 패널 부분에 설치되는 차량용 기기이다. HUD 장비 내부에서 영상을 반사시켜, 운전자 시야에서 수 미터 앞의 가상 거리에서 이미지를 구현한다. 운전자는 전방을 향한 시선을 움직이지 않고 필요한 정보를 얻을 수 있기 때문에 이른바 ‘곁눈질 운전’을 줄일 수 있다.

-- 2단 구조로 표시 분담 --
HUD는 많은 차종에 탑재되고 있지만, ID.3용이 일반적인 HUD와 다른 점은 구현된 영상이 상하 2단으로 분할되어 있다는 것. 상단은 약 10m 앞, 하단은 약 3m 앞으로 보이도록 영상을 구현했다.

이 중에서 약 10m 앞으로 보이는 상단 영상에 AR 표시가 가능하도록 했다. 화살표나 선과 같은 일러스트의 크기나 위치를 제어해 전방의 경치와 겹쳐 보이도록 했다. 멀리 있는 것은 작게, 가까운 것은 크게 구현해야 원근감을 주었다. 특징적인 것은 카 내비게이션 시스템과 연동된 화살표 표시이다. 교차로나 분기점에 가까워질수록 화살표 표시가 커져 운전자를 돌아가야 할 방향으로 유도한다.

약 3m 앞으로 보이는 하단은 표시 위치를 고정해, 차량 속도나 교통 표지, 운전지원시스템의 작동 상황 등 폭넓은 정보를 제공한다.

ID.3용 HUD를 분해한 결과, 한국 LG전자가 개발해 공급한 사실을 알 수 있었다. 일본정기(日本精機)와 덴소, 독일의 컨티넨탈(Continental)이 세계 시장 점유율의 과반을 차지하고 있는 HUD이지만, 최근에 들어 LG전자도 개발에 주력하고 있다.

LG전자는 ID.3의 미터 디스플레이뿐만 아니라, 표시 디바이스를 통합적으로 제어하는 HMI용 ECU(전자제어유닛) 공급도 함께 달성했다. 표시계에서는 센터 디스플레이만 알파인 제품이다.

HUD 장비는 PGU(화상생성 유닛)와 오목거울 및 반사경 등의 광학계 부품의 조합이 기술적인 차별화 포인트이다. 각 부품의 고성능화나 치밀한 배치 조정 등을 통해 보다 멀리 있는, 보다 큰 영상을 구현할 수 있다. 한편, 이번 차량 분해를 통해 알 게 된 것은 코스트를 억제하면서 AR 표시를 가능하게 한 LG전자의 기술이었다.

이 ‘HUD의 심장부’라고 폭스바겐이 표현한 PGU를 분해한 결과, 일반적인 HUD와 동일하게 저가의 LCD(액정) 디스플레이를 채택하고 있다는 것을 알았다. 크기는 약 4인치. 상하 2단으로 영상을 분할하고 있다는 것이 ID.3용 HUD의 특징이라고 할 수 있지만, 1장의 액정 디스플레이의 표시 영역을 나누어 제어해, 원거리와 근거리의 모든 표시를 처리하고 있다.

액정 표시에 사용하는 백라이트 LED도 일반적인 것이다. 원거리 AR 표시용으로 3개가 병렬로 배치, 근거리 표시용으로 1개가 배치되어 있다. 백라이트 빛은 PGU 내부의 거울을 통해 두 번 반사되어 액정 디스플레이에 도달한다.

액정 디스플레이로 생성된 영상은 HUD 장비 내부의 편광경과 오목면경으로 총 2회의 반사·확대를 거쳐 프런트 윈도우에 조사(照射)되며, 운전자는 프런트 도어 상에서 영상을 확인할 수 있다. 상하 2단으로 영상을 분할하기 때문에, HUD 장비 내에서 반사 시에 광로(光路)가 겹치지 않도록 하는 기술이 도입되어 있지만, 그 이외는 일반적인 HUD와 비슷한 부품 구성 및 구조라고 말할 수 있다.

-- 코스트 중시의 설계로 --
“무엇보다 코스트 절감을 의식한 설계로 보인다”---. 한 대형 부품제조사의 기술자는 LG전자의 HUD 설계에 대해 이렇게 분석한다. 실제로, 동일하게 AR 표시에 대응한 독일 벤츠의 프리미엄 세단 ‘S클래스’ 전용 HUD와 비교하면, 영상 생성 장치에 드는 코스트에 큰 차이가 있다.

S클래스의 HUD는 니혼세이키가 공급하고 있다. 전방 10m에 77인치 상당의 대형 AR 표시가 가능하도록 한 것이 특징이다. 선명한 영상을 광범위하게 비추기 위해 영상의 생성 장치에 니혼세이키로서는 처음으로 DMD(Digital Micromirror Device)를 채택했다. DMD는 다수의 미세 미러를 평면으로 배열한 표시 소자로, 미러의 수가 화소의 수에 해당하며, 각각의 온·오프를 미세하게 제어해 영상을 제공한다.

DMD의 강점은 색의 재현율이 높다는 것이다. RGB의 3색 LED와 각 미세 미러의 분할 구동을 통해서 색 재현율을 나타내는 NTSC 비율을 90%까지 높일 수 있다. 하지만, 현시점에서 미국의 텍사스·인스트루먼트(TI) 외의 조달 후보가 없기 때문에, 코스트 측면에 과제가 있다.

한편, ID.3 용 HUD가 탑재하고 있는 일반 액정 디스플레이의 경우, NTSC 비율은 46%정도로 머무르지만, DMD에 비해 압도적으로 저가에 만들 수 있다. 앞서 언급한 대형 부품업체 기술자는 PGU의 가격에서 몇 배의 차이가 날 것이라고 예상한다.

액정 디스플레이 채택을 통한 코스트 절감뿐 아니라, HUD 장비의 크기도 주목해야 할 요소이다. ID.3용 HUD의 크기는 대략 전체 길이 270 × 전체 폭 350 × 전체 높이 170mm 정도. 크기를 곱한 용량은 약 16L이며, 부속품 등을 고려하면 탑재 용량은 18L 전후로 추측할 수 있다.

이는 일반 고성능 HUD에 비해 2배 정도의 크기이다. 차격이 큰 프리미엄 세단이나 대형 SUV라면 가능하지만, 통상적인 승용차 크기의 차량에는 쉽게 설치될 수 없다. 엔진이 없고 인스투르먼트 패널 부분에 공간적 여유가 있는 EV이기 때문에 설치가 가능했다고 할 수 있을 것이다.

--ECU에는 퀄컴의 칩 --
우리는 HUD 본체에 이어 그 제어를 담당하는 ECU 분해에 착수했다. 폭스바겐이 ‘ICAS(In-Car Application Server) 3’이라고 부르는 것으로, 케이스는 금속제였다.
내부 기판은 1개로, 퀄컴의 하이엔드의 애플리케이션 프로세서 ‘Snapdragon 820’와 네덜란드의 NXP 세미컨덕터즈(NXP Semiconductors)의 차량용 32 비트 마이크로컴퓨터를 탑재. 또한 스피커용 앰프와 영상 전송용의 시리얼 인터페이스 칩 등도 탑재되어 있다.

이것은 전체적으로 카 내비게이션과 차량 정보 표시를 담당하는 센터 디스플레이의 정보 제시, 음악 재생 등에 사용되는 것으로 보인다. Snapdragon은 유저에게 정보를 제시하는 애플리케이션 실행, NXP의 32 비트 마이크로컴퓨터는 CAN(Controller Area Network)를 통한 차량용 네트워크 접속 기기와의 교환을 담당하는 것으로 보여진다.

 -- 끝 --

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