일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.3.3

도요타의 연료전지차 ‘미라이’ 철저 분해
미국 겨냥한 도요타의 신형 LiDAR 분해
시속 130km 이상에서도 자동 브레이크

정체상태의 끝을 모방한 더미 차량 뒤로, 테스트 코스를 주행하던 ‘렉서스 LS’가 빠르게 끼어들어왔다. 그 속도는 약 136km/h를 기록. 충돌을 각오한 순간, ‘끼익’하는 날카로운 소리를 내며 급브레이크가 걸린다. 렉서스 LS의 앞부분은 더미 차량에는 닿지 않았다.

이것은 렉서스 LS에 탑재한 고도운전지원기술 ‘Advanced Drive’(이하, AD)의 실력을 과시하기 위해 도요타자동차가 제작한 영상의 한 장면이다.

도요타가 양판 차량에 탑재하고 있는 선진운전지원시스템(ADAS) ‘Toyota Safety Sense(TSS)’에서는 “자동 브레이크로 정지 차량에 충돌하지 않고 회피할 수 있는 거리는 약 60km/h까지다”(도요타자동차의 자율주행 기술자). 도로 상황이나 기후 등의 환경에 좌우되지만, “AD는 기존의 TSS보다 2배 이상의 스피드로 달리고 있어도 사고를 막을 수 있다”.

여기서 신경 쓰이는 것은 ‘136’이라는 숫자다. 도요타는 현재 AD를 일본 시장용 렉서스 LS와 ‘미라이’에만 탑재하고 있다. 그리고 일본 도로의 최고 속도는 120km/h다. 영상 속의 약 136km/h에 대응하는 것은 과잉이다. 136이라는 숫자에도 어중간한 느낌이 있다. 그러나 이 숫자는 의미가 있다.

-- Advanced Drive 미국 투입 --
단위를 km에서 마일로 변환하면 알 수 있다. 136km/h는 약 85마일/h가 된다. 그리고 이 85마일/h는 미국 도로의 최고 속도이다. 미국은 주나 지역에 따라서 최고 속도가 다르지만 가장 빠른 속도가 85마일/h이다.

도요타는 AD 탑재 차량의 미국 시장 투입을 22년 상반기에 시작할 것으로 보인다. AD에 필요한 고정밀 지도도 이미 구축했다. 그 거리는 약 23만 8,000km에 달한다. 일본에서 정비한 고정밀도 지도는 약 3만km로, 월등히 길다.

자동 브레이크 성능의 대폭 향상이나 지도 구축과 같은 사전 준비를 거쳐, 도요타는 AD의 세계 전개를 시작한다.

기존의 TSS에서 비약적으로 긴급 자동 브레이크의 성능을 높일 수 있었던 큰 요인은 전방 감시용 센서의 쇄신이다. 새로 개발한 LiDAR(레이저 레이더)와 망원 카메라를 채용했다. 모두 200m 이상 앞의 차량의 존재를 파악할 수 있다. 기존 시스템에서 사용하는 단안 카메라와 스테레오 카메라의 감지 거리는 100m 정도였다. 서론이 길어졌지만 미라이에서 떼어낸 LiDAR와 망원 카메라를 분해 조사해 보자.

LiDAR의 감지 거리는 200m 이상이다. 수평 감지각은 120도, 수직 감지각은 약 10도이다. 도요타에 이 LiDAR를 공급하는 덴소에 따르면, 감지 거리와 수평 감지각은 세계 최고 수준이라고 한다.

긴 감지 거리를 실현할 수 있었던 이유는 크게 2개다. 첫 번째가 발광용 디바이스의 고출력화이다. 레이저 다이오드의 출력을 기존의 3배로 높였다. 두 번째가 수광 소자의 감도를 높인 것이다. 기존 제품의 20배로 고감도화했다. 레이저 다이오드와 수광 소자는 모두 광학기술 업체인 하마마쓰 포토닉스의 것이었다.

넓은 수평 감지각을 실현하기 위해 근적외 레이저광을 주사하기 위한 스캔 기구를 갖춘 '메커니컬형'을 선택하였다. 가동부가 없는 ‘메카리스형’에 비해 광범위하게 레이저광을 주사할 수 있는 한편, 부품 개수가 많아지기 때문에 비용은 높아진다.

분해한 LiDAR에서 나온 기판은 6매다. 제어∙감지 및 전원∙통신용이 2매, 발광용의 레이저 다이오드를 탑재한 것이 2매, 수광 소자용이 1매, 그리고 레이저광을 광범위하게 주사하기 위한 미러 기구용 1매이다.

특히 존재감이 강한 것이 미러 기구다. 평면 미러를 모터로 회전시키는 시스템이다. 기판 위에 모터를 구현하고, 그 위에 미러를 배치하고 있었다.

정확하게 레이저광을 주사하기 위해서 미러나 발광/수광부에는 고정밀의 조립 기술이 요구된다. 6매의 기판은 각각 LiDAR의 케이스에 나사로 고정되어 있었다.

망원 카메라는 자차 위치 추정용의 근거리용 카메라(로케이터 카메라)를 일체화한 ‘로케이터 망원 카메라’로서, 프런트 윈도우 상부의 실내 측에 장착하고 있었다. LiDAR와 마찬가지로 덴소 제품이다.

카메라 모듈 내부에는 2개의 CMOS 이미지 센서가 있었다. 이 중 망원 카메라용 이미지 센서는 소니 세미컨덕터 솔루션즈(SSS)의 ‘IMX490’이다. 1/1.55형으로 화소 수는 540만으로 많다. 도요타가 지금까지 사용해 온 단안 카메라는 100만 화소. 미라이와 렉서스 LS 등에 탑재하는 스테레오 카메라도 200만 화소 정도다.

로케이터 망원 카메라는 AD용의 전용 부품이지만 도요타는 요소 기술을 보급 가격대의 차량에도 전개해 나갈 방침이다.

그 일례가 도요타가 22년 1월 13일에 발매한 중형 미니밴 ‘노아(Noah)’와 ‘복시(Voxy)’다. TSS용 센서를 쇄신해 500만 화소의 단안 카메라를 채용했다. 이 신형 카메라도 덴소 제품으로, AD용 망원 카메라와 마찬가지로 SSS제의 CMOS 이미지 센서를 내장한다.

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