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일경오토모티브_2021/11_자동 브레이크 센서 패권 경쟁
  • 저자 : 日経BP社
  • 발행일 : 20211018
  • 페이지수/크기 : 98page/28cm

요약

Nikkei Automotive_2021.11 특집 요약 (p34-45)

자동 브레이크 센서 패권 경쟁
자율 주행의 핵심 기술, 단안 카메라만 사용한 혼다의 강점 

자동 브레이크를 둘러싼 일본계 자동차업체의 패권 싸움이 격렬해졌다. 야간 보행자를 대상으로 한 JNCAP
(Japan New Car Assessment Program)의 최신(2020년도) 시험에서는, 단안 카메라만을 사용하는 혼다의 시스템이 강점을 보였다. 스바루나 닛산자동차 등의 시스템도 혼다와 함께 최고점을 획득했다.

그러나 자동 브레이크의 시험 조건은 2024~25년에 걸쳐 더욱 엄격해진다. 자동 브레이크는 자율주행을 지원하는 핵심 기술이다. 각 사는 향후 센서의 종류나 수를 가능한 한 늘리지 않으면서 복수의 시험에 대응해야 한다.

Part 1. 야간 보행자를 보호한다
단안 카메라뿐인 혼다, 잃어버린 지위 회복

자동 브레이크의 야간 성능에서 혼다의 소형차 ‘피트’가 강한 모습을 보였다. 주요 센서를 단안 카메라로 압축해 JNCAP 최신 시험에서 최고점을 획득했다. 프랑스 발레오의 신형 카메라를 채용한 것이 고득점에 기여했다. JNCAP
 시험은 24~25년에 걸쳐 더 엄격해지지만, 이 신형 카메라로 극복할 수 있다고 한다.

국토교통성과 자동차사고대책기구(NASVA)가 실시한 ‘일본의 자동차 어세스먼트 프로그램(JNCAP)’의 최신(20년도) 예방 안전성능 평가에서, 혼다의 소형차 ‘피트’가 야간 보행자를 대상으로 한 자동 브레이크 시험에서 최고점(만점)을 획득했다.

-- 기존 시스템에서는 타사에 추월 허락 --
혼다의 선진운전지원시스템(ADAS) ‘Honda SENSING’의 주요 센서는, 3개 세대로 나뉜다. 1세대 시스템은 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 선대 피트나 소형 SUV의 선대 ‘베젤’ 등에 탑재되었다. 1세대 시스템의 자동 브레이크가 대응하는 것은 주간 차량이나 보행자였다.

2세대 시스템도 주요 센서에 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 경차의 현행 ‘N-BOX’부터 채용하기 시작, 중형 SUV ‘CR-V’나 중형 세단 ‘어코드’ 등에도 탑재되고 있다. 자동 브레이크는 주간 차량이나 보행자와 더불어 야간 보행자에게도 대응할 수 있다고 했었다.

다만 이 2세대 시스템의 자동 브레이크는 야간 성능에서 타사와 차이가 벌어졌다. 조건이 엄격한 야간 보행자(가로등 없음)를 대상으로 한 JNCAP 시험(19년도)에서, 2세대 시스템을 탑재하는 혼다의 3개 차종(중형차 ‘어코드’, 경차 ‘N-BOX’와 ‘N-WGN’)은, 시험 대상인 13개 차종 중에서 10위, 11위, 13위에 그쳤다.

-- 제3세대 시스템에서 센서 쇄신 --
그러나 이번(20년도) 시험(가로등 없는 야간 보행자 시험)에서 피트는 스바루나 도요타자동차 등의 4개 차종과 함께 만점을 획득했다. 가로등이 있는 환경에서 야간 보행자를 대상으로 한 자동 브레이크 시험에서도 피트는 만점을 획득하며 자동 브레이크의 높은 야간 성능의 보였다.

야간 성능의 향상에 기여한 것은 피트에 탑재한 3세대 시스템이다. 2세대에서는 독일 보쉬의 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용했지만 3세대 시스템에서는 밀리파 레이더를 사용하지 않고 광각화된 단안 카메라로만 만들었다. 이 카메라는 프랑스 발레오 제품이다.

야간 보행자를 대상으로 한 JNCAP의 20년도 시험에서는, 직선도로를 시험 차량이 주행하고, 보행자 역할의 인형이 맞은편 차선 측에서 도로를 횡단한다. 가로등이 ‘있는 경우’와 ‘없는 경우’의 2개 시나리오가 있다.

이들 시나리오에는 모두 마주 오는 차선에 정지한 차량이 ‘있는 경우’와 ‘없는 경우’의 2개 조건을 마련한다. 정지 차량이 있으면, 그 차량 뒤에서 더미 인형이 갑자기 튀어나오기 때문에 자동 브레이크를 통한 충돌 회피가 더 어려워진다.

혼다가 3세대 시스템에서 주요 센서를 변경한 가장 큰 이유는 광각화된 신형 단안 카메라를 사용해, 자동 브레이크를 교차로에서 우회전할 때에 직진 대향차나 횡단 보행자에 대응시키기 위해서였다. 다만 신형 카메라의 채용으로 자동 브레이크의 야간 성능 향상도 이루어졌다.

-- 카메라의 하드와 소프트를 개량 --
발레오 재팬에 따르면 발레오의 기존 카메라에는 수평 시야각이 52~75도인 제품이 있고, CMOS 이미지 센서(이하 CMOS 센서)의 화소 수(해상도)는 130만 화소이다. 반면에 피트에 채용된 신형 카메라는 수평 시야각을 100도로 넓혔다. CMOS 센서의 화소 수는 170만 화소로 늘렸다. 수평 시야각을 넓힘으로써 기존 카메라에 비해 차량 전방에서 튀어나오는 보행자를 빨리 발견할 수 있게 되었다. 또한 CMOS 센서의 화소 수를 늘림으로써 해상도가 향상되어 먼 곳에 있는 보행자를 감지하기 쉬워졌다.

다만 CMOS 센서의 화소 수를 늘리면 화소당 감도가 떨어져 야간 성능이 떨어지는 문제가 있다. 그래서 발레오의 신형 카메라는 1화소 당 감도를 높여 다이내믹 레인지를 넓혔다. 다이내믹 레인지를 넓게 하지 않고 1화소 당 감도를 높이면, 어두운 야간 환경에서는 보행자를 발견하기 쉬워지지만, 밝은 주간 환경에서는 카메라로 포착한 영상이 하얗게 찍히기 때문이다.

한편 카메라를 광각화하고 CMOS 센서의 성능을 높이면 처리해야 할 데이터량이 늘어나기 때문에 이미지처리 칩의 처리 속도를 빠르게 할 필요가 있다. 그래서 신형 카메라에서는 이미지처리 칩에 이스라엘 모빌아이의 최신 제품 ‘EyeQ4’를 채용했다. 기존 발레오의 카메라에 비해 처리 속도는 약 10배로 높아졌다고 한다.

또한 모빌아이의 EyeQ4에는 이미지인식 프로세스에 AI(인공지능) 기술을 적용하고 있다. 발레오와 모빌아이는 공동으로 AI에게 학습시킬 데이터를 대량 수집하고, 그 학습 데이터를 EyeQ4에 넣었다. 이를 통해 야간에 카메라로 찍은 다양한 영상을 ‘보행자’라고 쉽게 인식하도록 했다.

-- 헤드램프의 교체를 최적화 --
-- 25년 무렵까지는 카메라만으로 대응 --
-- 종합적 역량을 볼 수 있는 ADAS 센서 --


Part 2. JNCAP의 최신 시험
야간 성능의 포인트가 가시화


JNCAP의 최신 시험에서 자동 브레이크의 야간 성능에 관한 4가지 포인트가 가시화되었다. 도요타자동차의 상급 차량 등이 강세를 보였고, 닛산자동차의 경차도 처음으로 최고점을 받았다. 지금까지 타사에 뒤지고 있던 혼다와 스바루는 반격에 성공했다. 그러나 각 사의 자동 브레이크 시스템이 개량되면서 야간 성능의 차이는 확실히 줄어들고 있다.

JNCAP의 20년도 시험 결과에서 야간 보행자 대응 자동 브레이크에 관한 4가지 포인트를 볼 수 있다. 첫 번째 포인트는 도요타의 고급 SUV인 ‘해리어’가 최고점을 받으며 강세를 보인 것이다. 두 번째 포인트는 니산의 ‘데이즈’가 경차 최초로 최고점을 받았다는 점이다.

세 번째는 혼다의 소형차 ‘피트’와 함께, 스바루의 중형 스테이션 웨건 ‘레보그’가 반격에 성공했다는 것. 그리고 네 번째 포인트는 각 사의 자동 브레이크에서 야간 성능의 차이가 좁혀지기 시작했다는 것이다.

-- 도요타, 차종에서 야간 성능에 차이 --
도요타의 해리어는 ADAS ‘Toyota Safety Sense(제2세대: TSS2)’를 탑재한다. 주요 센서로는 덴소의 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 같은 시스템을 탑재하는 상급 미니밴 ‘알파드’나 중형 SUV ‘RAV4’는 19년도의 JNCAP의 야간 보행자 시험(가로등이 없는 경우, 이하 동)에서 최고점을 획득, 도요타의 시스템은 2년 연속으로 좋은 성적을 거두었다.

반면 소형차 ‘야리스 시리즈(야리스와 야리스 크로스)’는 최고점을 받지 못했다. 야리스 시리즈는 TSS2의 개량판을 탑재한다. 개량판 시스템에서 사용하는 단안 카메라는 TSS2의 카메라에 대해 하드웨어 사양을 바꾸지 않고 소프트웨어만을 개량해 교차로에 대응시킨 것이 특징이다.

개량 전의 TSS2는 덴소의 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용했었지만, 개량판에서는 독일 콘티넨탈의 단안 카메라와 밀리파 레이더를 채용했다. 도요타는 개량판의 야간 성능은 개량 전과 다르지 않다고 설명하지만, 실제로는 개량판을 탑재하는 야리스 시리즈는 만점을 획득하지 못했다.

-- 닛산, 경차에서 첫 최고 점수 --
닛산의 데이즈에 탑재하는 자동 브레이크도 주요 센서로 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 이들 센서는 중형 미니밴 ‘세레나’ 등에 탑재한 것과 같다. 세레나는 19년도 JNCAP 야간 보행자 시험에서 최고점을 획득했고, 닛산의 시스템은 2년 연속으로 좋은 성적을 거두었다.

데이즈에 탑재한 최신 단안 카메라는 독일 ZF의 제품으로, 이미지처리 칩에는 모빌아이의 ‘EyeQ3’를 사용한다. 이 카메라의 야간 성능을 높이기 위해 닛산은 하드웨어 사양은 바꾸지 않고 모빌아이와 공동으로 카메라의 소프트웨어를 개량했다. 카메라에 탑재하는 EyeQ3는 이미지처리 프로세스에 기계학습을 적용한다. 카메라로 촬영한 이미지와 대조하는 교사 데이터를 늘림으로써 야간 보행자의 인식 정밀도를 높였다.

-- 스바루, 스테레오 카메라를 쇄신 --
스바루의 자동 브레이크는 지금까지 야간 보행자의 감지 성능에서 타사에 밀리고 있었다. JNCAP의 19년도 시험에서 스바루의 중형 SUV ‘포레스터’는 시험 대상 13개 차종 가운데 12위였다. 그러나 20년도 시험에서는 레보그가 도요타나 혼다, 닛산의 차량과 함께 최고점을 획득했다.

레보그에 탑재하는 ADAS ‘신세대 아이사이트’는 주요 센서로서 스테레오 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 이 중 스테레오 카메라는 기존의 히타치 아스테모 제품에서 스웨덴 비오니아(Veoneer) 제품으로 바꾸었다. 카메라의 야간 인식 성능을 높이기 위해 하드웨어와 소프트웨어를 개량한 것이 고득점에 기여했다.

하드웨어 개량에서는 다이나믹 레인지를 기존 카메라보다 몇 배는 넓혔다. 이로 인해 야간 보행자를 감지하기 쉬워졌다. 또한 CMOS 이미지센서의 화소 수를 기존의 약 120만 화소에서 약 230만 화소로 늘렸다. 그 결과, 보다 넓고 먼 범위의 대상물을 쉽게 감지하게 되었다.

다만 CMOS 센서의 화소 수를 늘리면 일반적으로 야간의 감지 성능이 떨어지는 경우가 많다고 한다. 1화소의 크기가 작아지기 때문이다. 스바루는 다이내믹 레인지를 넓게 해서 야간 성능 저하를 억제했다고 한다. 이러한 하드의 개량은 혼다의 단안 카메라와 공통된다.

-- 브레이크의 응답 성능을 높이는 개량도 --
-- 성능 차이가 좁혀지는 각 사의 자동 브레이크 --


● JNCAP의 야간 시험, 가로등 ‘있고’ ‘없고’는 이것이 다르다

Part 3. 발레오의 최신 카메라
폭스바겐 그룹의 신형차를 잠식하다


프랑스 발레오의 최신 카메라가 독일 폭스바겐 그룹을 잠식하고 있다. 현재 폭스바겐 그룹 4사의 신형차 8개 차종에 채용되고 있다. 앞으로도 플랫폼을 공유하는 폭스바겐 그룹의 차종에 계속 채용될 것으로 보인다. 다만 Euro NCAP 시험에서는 같은 카메라를 사용하는 혼다의 ‘피트’와 차이가 벌어졌다.

독일 폭스바겐 그룹은 선진운전지원시스템(ADAS)의 전방 감시용 센서로서 프랑스 발레오의 최신 단안 카메라의 채용을 가속하고 있다. 발레오의 최신 카메라는, 발레오의 기존 카메라에 비해 야간 성능을 높여 광각화한 것이 특징이다. 혼다가 소형차 피트나 소형 SUV 베젤 등에 탑재하고 있는 제품과 같다.

발레오의 최신 카메라를 채용한 폭스바겐 그룹의 차종은, 8대 ‘골프’와 전기자동차(EV) ‘ID.3’와 ‘ID.4’의 3개 차종이다.

-- 폭스바겐 그룹의 주력 차종에 채용 --
폭스바겐 이외의 그룹 기업에서는 독일 아우디가 ‘A3 Sportback’과 EV ‘Q4 e-tron’에 채용했다. 또한 스페인 Seat는 ‘Leon’, 체코 Skoda Auto는 ‘Octavia’와 EV ‘Enyaq’에 탑재했다. 이러한 8개 차종은 모두 20~21년형 최신 모델이다.

이 중 아우디의 A3 Sportback과 Seat의 Leon, Skoda의 Octavia는 폭스바겐의 골프와 같은 플랫폼(PF) MQB(가로배치 엔진 차량용 모듈 매트릭스)를 적용한다.

그리고 아우디의 Q4 e-tron과 Skoda의 Enyaq는 폭스바겐의 ID.3과 ID.4와 같은 EV 전용 PF MEB(Modularer E-Antriebs-Baukasten)를 사용한다. 이와 같이 폭스바겐 그룹은 PF를 공용하는 20년 이후에 발매한 주력 차종에 발레오의 카메라를 채용했다.

앞서 언급한 바와 같이 발레오의 최신 카메라는 야간 성능을 향상시킴과 동시에 광각화한 것이 특징이다. 구체적으로는 카메라 수평 시야각을 100도로 넓히고, CMOS 이미지센서의 화소 수를 170만 화소로 늘렸다.

또한 이미지처리 칩으로 이스라엘 모빌아이의 최신 제품인 ‘EyeQ4’를 채용하며, 기존 카메라에 비해 처리 속도를 10배 높였다. 이러한 개량을 통해 발레오의 최신 카메라를 사용하는 자동 브레이크는, 보행자(주간과 야간)나 자전거(주간), 교차로의 좌우회전(주간) 등에 대응할 수 있게 되었다.

-- Euro NCAP시험에서도 피트가 좋은 성적 --
그러면 발레오의 최신 카메라를 탑재한 차종의 자동 브레이크 성능은 어느 정도일까? 유럽의 자동차평가프로그램 ‘Euro NCAP’의 20년, 21년의 시험결과를 살펴보자.

Euro NCAP의 보행자 대상 자동 브레이크 시험은 주간과 야간 환경에서 실시한다. 이 중 주간 시험에는 주로 5개, 야간 시험에는 2개의 시나리오가 있다. 자전거를 대상으로 한 시험은 주간 환경에서 주로 3개의 시나리오를 사용해 실시한다.

시험 결과를 보면, 혼다의 피트(유럽명: Jazz)가 좋은 성적을 거두었다. 보행자 대상 시험과 자전거 대상 시험의 점수율(만점을 100으로 했을 때의 점수 비율)은 83.0%였다.

반면 폭스바겐 그룹 차종의 득점률은 70% 이하에 그쳐 피트와 차이가 났다. 구체적으로는 폭스바겐의 ID.3은 69.4%, ID.4는 66.3%, 아우디의 A3 Sportback는 66.7%, Skoda의 Enyaq는 63.8%, Seat의 Leon는 64.4%였다.

혼다의 피트는 발레오의 최신 카메라만으로 보행자나 자전거를 감지한다. 그러나 폭스바겐 그룹의 차종은 발레오의 카메라와 타사의 밀리파 레이더를 장착한다. 이들 센서에 의한 퓨전 시스템으로 보행자와 자전거를 감지하고 있다.

 -- 끝 --

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