일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.8.10

폭스바겐 EV ‘ID.3’의 철저 분해
양산 EV 최초로 ‘ID.3’에 AR HUD 적용
2단 구조가 열쇠

독일 폭스바겐의 ‘ID.3’에는 양산 전기자동차(EV)로는 처음으로 AR(증강현실) 기술이 적용되었다. 일부 일러스트의 위치를 도로나 전방 차량에 맞춰 제어하는 헤드업디스플레이(HUD, 전방시현기)가 탑재. 운전자의 직감적인 상황 이해를 도와 안전성을 높였다. 이번 차량 분해 프로젝트에서는 그 기술의 세부 내용을 분석해 보았다.

HUD는 주로 운전대 전방의 인스톨먼트 패널 부분에 설치되는 차량용 기기이다. HUD장비 내부에서 영상을 반사시켜, 운전자 시야에서 수 미터의 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 최근 많은 차종에 탑재되고 있지만, ID.3용 HUD가 일반적인 HUD와 다른 점은 구현된 영상이 상하 2단으로 분할되어 있다는 것이다. 상단은 약 10m 앞, 하단은 약 3m 앞으로 보이도록 영상을 구현했다.

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

약 3미터 앞으로 보이는 하단은 표시 위치를 고정해 차량 속도나 교통 표지, 운전 지원 시스템의 작동 상황 등 폭넓은 정보를 제공한다.

ID.3용 HUD를 분해한 결과, 한국의 LG전자가 개발해 공급한 사실을 알 수 있었다. 일본정기(日本精機)와 덴소, 독일의 콘티넨탈이 세계 시장 점유율 과반수를 차지하고 있는 HUD이지만, LG전자도 최근 개발에 주력하고 있다.

또한 LG전자는 ID.3에서 미터 디스플레이와 센터 디스플레이도 함께 공급, 디스플레이 시스템 HMI(Human Machine Interface)를 통합적으로 제어하기 쉽도록 했다.

HUD 장비는 PGU(Picture Generation Unit, 화상생성 유닛)와 오목 거울이나 반사경 등 광학계 부품의 조합이 기술적인 차이점이 된다. 각 부품의 고성능화나, 치밀한 배치 조정 등에 따라 보다 멀리 있는, 보다 큰 영상을 구현할 수 있다. 이번 차량 분해를 통해 알게 된 것은 코스트를 억제하면서 AR 표시를 가능하게 한 LG전자의 기술이었다.

‘HUD의 심장부’라고 폭스바겐이 표현하는 PGU를 분해해나가자, 일반적인 HUD와 마찬가지로 저가의 액정 디스플레이를 채택했다는 것을 알 수 있었다. 크기는 약 4인치. 상하 2단으로 영상을 분할하고 있는 것이 ID.3용 HUD의 특징이라고 말할 수 있지만, 1장의 액정 디스플레이의 표시 영역을 나누어 제어해, 원거리와 근거리의 모든 표시를 처리하고 있다.

-- 비용 중시의 설계 --
액정 디스플레이를 통해 생성된 영상은 HUD 장비 내부의 편광경과 오목면경으로 총 2번의 반사·확대를 거쳐 프런트 윈도에 조사(照射)된다. 운전자는 구현된 영상을 프런트 윈도우에서 확인할 수 있다. 상하 2단으로 영상을 분할하기 때문에 HUD 장비 내에서 반사 시에 광로(光路)가 겹치지 않도록 한 기술이 도입되어 있지만, 그 이외는 일반적인 HUD와 비슷한 부품 구성 및 구조라고 말할 수 있다.

“코스트 절감을 의식한 설계로 보인다”. 대기업 부품회사 기술자는 LG전자의 HUD 설계를 이렇게 분석한다. 실제로 동일하게 AR 표시를 도입한 독일 다임러의 ‘메르세데스·벤츠’의 기함급 세단 ‘S클래스’ 전용 HUD와 비교하면, 영상 생성 장치에 소요되는 코스트에 큰 차이를 볼 수 있다.

S클래스의 HUD는 일본정기가 공급하고 있다. 10m 앞에 77인치 상당의 대형 AR 표시가 가능하도록 한 것이 특징이다. 선명한 영상을 광범위하게 구현하기 위해 영상 생성 장치에 일본정기로서는 처음으로 DMD(Digital Micromirror Device)를 채택했다. DMD는 다수의 마이크로미러를 평면으로 배치한 표시 소자이다. 마이크로미러의 수가 화소 수에 상당, 각각의 온·오프를 미세하게 제어해 영상을 구현한다.

DMD의 강점은 색 재현율(Color Gamut)이 높다는 점이다. RGB의 3색 LED와 각 마이크로미러의 분할 구동을 통해 색 재현율을 나타내는 NTSC 비율을 90%까지 높일 수 있다. 하지만 현시점에서는 미국 텍사스인스트루먼트(TI) 외에 조달 후보가 없기 때문에 비용 면에 있어서 과제가 있다.

한편, ID.3용 HUD에 탑재된 일반 액정 디스플레이의 경우, NTSC 비율은 46%정도에 머물지만, DMD에 비해 압도적으로 낮은 가격에 제조할 수 있다. 앞에서 언급한 대형 부품업체 기술자는 “PGU의 가격에서 몇 배 차이가 날 것”이라고 예상한다.

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

이것은 일반 고성능 HUD에 비해 2배 가까운 크기이다. 차량의 크기가 큰 기함급 세단이나 대형 SUV라면 설치할 수 있을지 모르지만, 통상 승용차 크기에는 쉽게 설치할 수 있는 것은 아니다. 엔진이 없고 계기판 부분에 공간적 여유가 있는 EV이기 때문에 탑재가 가능했다고 말할 수 있을 것이다.

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