Nikkei Automotive_2020.8 특집 요약 (p26-42)

가장 안전한 자동 브레이크
경쟁 축은 ‘교차로’와 ‘야간’

신형차에 대한 표준 탑재가 진행되고 있는 자동 브레이크. 레벨3 이상의 자율주행에서도 필수 기능이다. 그 대상은 주간의 자동차∙보행자에서 자전거, 야간 보행자, 교차로로 확대되고 있다. 교차로 대응에서는 도요타자동차나 혼다가 앞서고 있고, 야간 대응에서는 폭스바겐이 존재감을 과시하고 있다. 점점 엄격해지는 조건에 부응하기 위해 각 업체는 비용을 억제하면서 보다 높은 성능의 실용화를 서두르고 있다..

Part 1. 2극화하는 ADAS센서
역으로 가는 혼다, 카메라에 집중

자동 브레이크의 대상이 주간 차량과 보행자에서 야간 보행자와 교차로로 확대되고 있다. 이러한 상황에서 자동 브레이크용 센서의 선택지가 2극화되기 시작했다. 혼다는 센서를 단안 카메라로 좁히고, 자동 브레이크를 교차로에 대응시켰다. 한편 도요타자동차와 닛산자동차, 스바루 등은 카메라와 밀리파 레이더의 병용을 선택한다.
(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)

자동 브레이크의 새로운 경쟁 축은 교차로에 대한 대응이다. 그 실현을 위해 각 업체의 센서 선택지가 2극화되기 시작했다.

타사가 카메라와 밀리파 레이더의 2개를 사용하는데 반해 혼다는 신형 ‘피트’의 센서를 단안 카메라 하나로 좁히면서 자동 브레이크를 교차로의 좌우회전 등에 대응시켰다. 센서 수를 줄이면서 성능을 높인 것이다.

혼다의 ADAS ‘Honda SENSING’의 주요 센서는 크게 3세대로 나뉜다. 소형차인 선대 피트나 소형 SUV인 현행 ‘베젤’ 등에 탑재된 초대 시스템은 밀리파 레이더와 단안 카메라를 사용한다. 밀리파 레이더는 DENSO TEN의 제품, 단안 카메라는 Nidec Elesys의 제품이다. 이 시스템을 사용한 자동 브레이크는 주간 차량이나 보행자에 대응한다.

-- 센서를 줄여 비용을 억제한다 --
혼다의 제2세대 시스템도 밀리파 레이더와 단안 카메라를 사용하지만 센서 공급업체는 독일 보쉬(Bosch)로 변경했다. 경자동차 ‘N-BOX’부터 탑재를 시작, 경자동차 ‘N-VAN’이나 ‘N-WGN’, 중형 세단 ‘아코드’나 중형 SUV ‘CR-V’ 등에 탑재되고 있다. 자동 브레이크는 주간 차량과 보행자, 야간 보행자에게 대응한다.

제3세대 시스템은 20년 2월에 발매한 소형차인 신형 피트에 처음으로 탑재했다. 제2세대까지의 시스템은 밀리파 레이더와 단안 카메라의 센서 퓨전이었지만 제3세대에서는 밀리파 레이더를 사용하지 않고, 단안 카메라만의 시스템으로 했다.

단안 카메라는 보쉬에서 프랑스의 발레오로 변경했다. 단안 카메라를 탑재하는 신형 피트의 자동 브레이크는 주간 차량이나 보행자, 야간 보행자와 함께 교차로의 좌우회전에도 대응한다. 좌우회전 시에 직진 대향차나 횡단 보행자를 카메라로 감지해 자동으로 브레이크를 걸어 충돌 회피를 지원하는 것이다.

혼다는 “이번 신형 카메라를 사용함으로써 기존의 센서 퓨전 시스템과 동등 이상의 성능을 실현할 수 있게 되었다”라고 말한다. 센서를 단안 카메라로 집약하면 시스템 비용을 낮추기 쉽다는 이점도 있다. 실제로 신형 피트의 경우, 단안 카메라 자체의 비용은 기존품과 비교해 비싸졌지만 밀리파 레이더를 제외함으로써 시스템 비용은 기존에 비해 낮출 수 있었다.

-- 도요타 등은 센서 퓨전을 추진 --
ADAS의 기능 진화를 위해 도요타자동차나 스바루, 닛산자동차 등은 밀리파 레이더와 카메라의 센서 퓨전을 추진한다. 도요타는 소형자인 신형 ‘야리스’에 탑재하는 ADAS ‘Toyota Safety Sense(제2세대): TSS2’의 개량판의 주요 센서로서, 밀리파 레이더와 단안 카메라의 센서 퓨전을 계속했다. 신형 야리스의 자동 브레이크는 신형 피트와 마찬가지로 야간 보행자나 교차로에 대응한다.

스바루의 현행 ADAS ‘EyeSight’는 스테레오 카메라만을 사용한다. 그러나 20년 후반에 발매하는 신형 ‘레보그’에는 진화한 차기 EyeSight를 탑재한다. 이 시스템의 주요 센서에는 쇄신한 스테레오 카메라에 밀리파 레이더를 추가한다. 이로써 신형 레보그의 자동 브레이크도 신형 피트나 신형 야리스와 마찬가지로 교차로에 대응할 수 있게 된다.

닛산은 지금까지 ADAS의 주요 센서로서 단안 카메라만을 사용하고 있었지만 부분 개량한 중형 미니밴 ‘세레나’나 신형 경자동차 ‘룩스’의 ADAS ‘전방위 운전지원 시스템’에서는 야간 성능을 높인 단안 카메라에 밀리파 레이더를 추가했다. 그 결과 닛산의 자동 브레이크는 야간 보행자의 감지 성능이 향상됐다. 그러나 교차로 대응은 이제부터다.

센서 퓨전을 추진하는 타사에 대해 혼다는 제3세대 Honda SENSING의 주요 센서를 단안 카메라로 좁혔다. “단안 카메라만으로는 성능 향상에 한계가 있다”라는 의견도 있지만 혼다에게는 승산이 있는 것으로 보인다.

-- 신형 카메라로 ADAS를 진화 --
-- 자동 브레이크를 대향차에도 대응 --

Part 2. 교차로 사고를 방지한다
도요타, 바꾼 것은 소프트웨어 뿐

자동 브레이크를 교차로의 좌우회전에 대응시키기 위한 어프로치는 각 업체마다 다르다. 도요타자동차의 시스템은 센서를 2개 사용, 카메라의 소프트 개량만으로 실현했다. 프랑스 발레오는 단안 카메라의 하드와 소프트를 개량하는 길을 선택했다. 닛산은 스테레오 카메라를 2개의 단안 카메라로서 기능시켜 광각화하는 방식을 개발했다.

자동 브레이크를 교차로에 대응시키기 위해서는 센서의 하드웨어와 소프트웨어 중 하나, 또는 전부를 개량하는 방법이 있다. 어느 방법을 선택하더라도 비용을 가능한 억제하면서 성능을 높여야 한다. 도요타자동차의 신형 ‘야리스’에 탑재하는 자동 브레이크는 센서의 하드는 바꾸지 않고 소프트의 개량만으로 교차로의 우회전 시의 대향차나, 좌우회전 후의 횡단 보행자에 대응했다.

도요타의 야리스는 도요타의 ADAS ‘Toyota Safety Sense(제2세대): TSS2’의 개량판을 탑재한다. 이 차량의 개발 책임자이며 Toyota Compact Car Company의 치프 엔지니어인 스에자와(末沢) 씨는 “야리스는 세계의 많은 사람들이 탈 수 있는 자동차다. 신형차의 개발에는 안전∙안심을 중시했다”라고 말한다.

그러나 소형차는 중대형차와 비교해 개발비에 제약이 있어 중대형차와 같은 비용을 들이기 어렵다. 그래서 비용을 가능한 억제하기 위해 소프트의 개량만으로 야리스의 자동 브레이크를 교차로의 좌우회전에 대응시켰다.

-- 카메라의 하드는 개량 전과 동일 --
야리스의 자동 브레이크용 센서는 개량 전의 시스템과 마찬가지로 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 개량판 TSS2의 개발을 담당한 도요타 자율주행∙선진안전개발부의 곤도(近藤) 씨는 “단안 카메라의 소프트 개량만으로 대응했다”라고 말한다. 카메라의 하드 사양은 개량 전의 시스템과 동일하다.

자동 브레이크를 교차로에 대응시키기 위해서는, 자차 전방의 보다 넒은 범위의 대상물을 감지하기 위해 카메라의 광각화 등 하드의 개량이 필요하다. 왜 도요타는 소프트의 개량만으로 대응이 가능했던 것일까?

센서의 하드와 소프트를 개량하면 개발 기간이 길어지고 개발 비용도 증가한다. 소프트의 개량만이라면 개발 기간과 비용을 줄일 수 있다. 그래서 도요타는 카메라 공급업체와 공동으로 소프트 개량에 착수했다.

TSS2의 개량판에서는 개량 전과 마찬가지로 주로 단안 카메라를 사용해 자차 전방의 차량이나 보행자를 감지한다. 밀리파 레이더의 정보도 사용한다. 교차로에서 우회전 시에 대향차와 충돌 위험이 있다고 시스템이 판단하면 자동으로 브레이크를 건다.

도요타에 따르면, 기존의 자동 브레이크와 교차로의 좌우회전을 대상으로 하는 이번 자동 브레이크의 최대 차이는 자차가 선회하는데 있다. 기존의 자동 브레이크는 주로 자차가 직진하고 있는 상태에서 선행차나 도로를 횡단하는 보행자를 감지해 작동했었다.

-- 자차의 움직임을 제어에 활용 --
교차로의 좌우회전에서는 자차가 선회하기 때문에 카메라로 촬영한 영상이 기존과는 다르다. 예를 들면 우회전하는 경우, 카메라로 촬영한 대향차의 영상은 프레임 내에서 오른쪽에서 왼쪽으로 움직인다. 이 대향차의 움직임은 ‘대향차가 직진하고, 자차가 우회전하고 있기 때문에 발생한 것인지’, ‘자차가 직진하고, 대향차가 우회전하고 있기 때문에 발생한 것인지’를 식별하지 않으면 안 된다. 기존에는 자차가 직진할 경우를 전제로 했었기 때문에 이러한 움직임은 자동 브레이크의 제어에 사용하지 않았었다.

개량판 TSS2에서는 카메라로 촬영한 영상의 인식 알고리즘을 개량해 이 식별을 가능하게 했다. 구체적으로는 자차의 차속이나 Yaw Rate(각속도) 등의 정보를 바탕으로 자차가 우회전하고 있다고 판단한다. 대향차가 직진하고, 자차가 선회하고 있는(우회전하려고 하고 있는) 경우에 자동으로 브레이크를 건다.

카메라의 수평 시야각은 개량 전과 같은 약 50도다. 그러나 광각화하지 않아도 대향차는 감지할 수 있다고 한다. 대향차의 좌우 움직임을 감지하기 위해 사용하는 밀리파 레이더에도 카메라와 같은 알고리즘을 적용했다.

-- 실제 환경의 오작동을 방지하는 대책도 --
-- 대향차에 대응하려면 넓은 시야각이 필요 --
-- 스테레오 카메라를 3배 이상으로 광각화 --
-- 좌우 카메라로 촬영 범위를 이동 --

Part 3. 야간 보행자를 보호한다
센서 1개로 도요타를 위협하는 폭스바겐

자동 브레이크의 야간 성능에서 도요타자동차 등의 고급차가 강세를 보였다. 닛산자동차나 폭스바겐 등 양산차의 일부가 이를 쫓고 있다. 부진한 스바루와 혼다는 센서의 개량으로 권토중래를 기한다. JNCAP의 최신 시험 결과를 바탕으로 자동 브레이크의 야간 성능을 경쟁하는 각 업체의 대책을 살펴본다.

국토교통성과 자동차사고대책기구(NASVA)가 20년 5월, JNCAP(자동차 어세스먼트)의 예방 안전 성능 시험의 최신 결과를 공표했다. 새롭게 ‘가로등이 없는’ 환경 하에서 야간 보행자를 대상으로 한 자동 브레이크 시험을 도입했다. 국내외의 13차종을 대상으로 한 결과를 보면 각 차량의 자동 브레이크의 야간 성능에서 명암이 갈렸다.

도요타자동차의 5개 차종은 최고점을 획득해 1위를 차지했다. 상급 미니밴 ‘알파드’와 중형 SUV ‘RAV4’, 렉서스 브랜드의 소형 SUV ‘UX’, 중형 SUV ‘NX’, 중형 세단 ‘ES’다.

도요타 이외의 차량에서는 닛산자동차의 중형 미니밴 ‘세레나’와 독일 다임러의 중형차 ‘메르세데스 벤츠 C클래스’도 만점을 받으면 1위에 올랐다.

이들 차량에는 미치지 못했지만 닛산의 경자동차 ‘데이즈’와 독일 폭스바겐의 소형차 ‘폴로’도 만점에 가까운 점수를 얻었다.

-- 가시화된 4개의 포인트 --
이번 JNCAP의 시험 결과에서 야간 보행자에 대응하는 자동 브레이크에 관한 4개의 포인트가 가시화됐다.

제1 포인트는 렉서스나 메르세데스 벤츠 C클래스 등의 고급차가 강세를 보였다는 점이다. 가격이 비싼 고급차는 예방 안전 성능에서 양산차에 뒤질 수는 없다. 이번에는 아슬아슬하게 이겼다.

제2 포인트는 가격이 비교적 싼 양산차의 일부가 고급차와 같은 만점을 얻었다는 점이다. 양산차는 고급차저럼 많은 비용을 투자하지 못한다. 그럼에도 불구하고 닛산의 세레나와 도요타의 RAV4는 고급차와 나란히 1위를 차지했다.

제3 포인트는 자동 브레이크용 센서의 흐름에 역행하는 움직임이 있었다는 점이다. 1위에 오른 7개 차종 모두는 야간 보행자를 감지하는 센서에 카메라와 밀리파 레이더의 2종류의 센서를 탑재한다. 그러나 폭스바겐의 폴로는 밀리파 레이더만을 탑재해 1위에 육박하는 높은 점수를 얻었다. 카메라를 사용하지 않아도 야간 보행자에게 대응할 수 있다는 것을 증명했다.

제4의 포인트는 엄격해지는 야간 시험 조건에 미치지 못하는 차종이 있었다는 점이다. 혼다의 3차종(중형 세단 ‘아코드’, 경자동차 ‘N-BOX’와 ‘N-WGN’)과, 스바루의 중형 SUV ‘포레스터’는 고득점을 기대했지만 생각한 만큼의 득점을 얻지 못했다.

JNCAP의 최신 시험(가로등이 없는 야간)에서는 가로등이 없는 직선 도로를 시험 차량이 주행하고, 보행자 모형의 인형이 도로를 횡단한다. 대향차가 ‘없는 경우’와 ‘있는 경우’의 2개의 시나리오가 있다.

대향차가 없는 경우는 비교적 먼 곳의 보행자를 감지할 수 있다. 그러나 대향차가 있는 경우는 대향차의 그늘에서 갑자기 보행자가 튀어 나오기 때문에 자동 브레이크에 의한 충돌 회피는 보다 어려워진다.

최신 시험에서는, 어느 정도의 밝기가 확보된 가로등이 있는 환경과 비교해 센서에 의한 높은 야간 성능이 요구된다. 이러한 2개의 시나리오로 실시한 시험에서 도요타의 5개 차종과 세레나, C클래스는 어떻게 가로등이 없는 환경에서 야간 보행자에게 대응할 수 있었을까?

-- 도요타의 RAV4, 높은 야간 성능을 제시 --
RAV4를 제외한 도요타의 4차종의 자동 브레이크는 모두 도요타의 ADAS ‘Toyota Safety Sense(제2세대): TSS2’와 고기능 헤드램프를 탑재한다. 자동 브레이크용 센서는 덴소의 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다.

RAV4도 ADAS에는 TSS2를 탑재하지만 헤드램프의 기능은 자동 하이 빔에 그친다. 카메라에 자동 하이 빔을 조합한 자동 브레이크는 고기능 헤드램프를 조합하는 경우보다 야간 보행자를 발견하기 어렵다. 이러한 조건에서도 RAV4의 자동 브레이크는 가로등 없는 시험에서 만점을 획득하며 카메라의 높은 야간 성능을 보였다.

카메라의 야간 성능을 높이기 위해 도요타와 덴소는 공동으로 하드웨어와 소프트웨어 모두를 개량했다.

-- 세레나, 카메라의 소프트 개량으로 반격 --
-- 폴로, 밀리파 레이더만으로 대응 --
-- 고전하는 스바루와 혼다 --

 -- 끝 --

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