Nikkei Automotive_22.6 특집 (p54-60)

덴소, ADAS로 반격
‘메가 서플라이어’에 대항하는 차세대 센서

덴소가 첨단운전지원시스템(ADAS)으로 반격하기 시작했다. 덴소가 2022년 1월에 발표한 3세대 ADAS 센서는 기존의 2세대 ADAS 센서와 비교해 비용을 동등하게 억제하면서 교차로에서의 돌발 충돌 대응과 고속도로 단일 차선에서의 '핸즈오프' 주행 등 신기능을 탑재한 것이 특징이다.

현재 ADAS 센서의 경쟁 축은 이러한 새로운 기능의 실현으로 옮겨가고 있다. 덴소는 3세대 ADAS 센서를 무기로, 국내외 메가 서플라이어에 대항한다.

덴소의 3세대 첨단운전지원시스템(ADAS) ‘Global Safety Package3’(이하 GSP3)는 이미 히노자동차의 중형 트럭 ‘레인저’와 도요타자동차의 중형 SUV ‘렉서스 NX’에 탑재되었다. 또한 도요타가 2022년 1월 13일에 발매한 중형 미니밴의 신형 ‘노아’ ‘복시’에도 채용되었다.

GSP3는 1개의 단안 카메라와 1개의 밀리파 레이더로 구성된 센서 퓨전 시스템이다. 센서 구성은 2세대 ADAS(이하, GSP2)와 동일하지만, 성능을 높임으로써 이용 장면을 확대시켰다. 아울러 소형화∙저비용화도 실현했다. GSP3의 비용은 GSP2와 같은 수준이라고 한다.

-- 돌발 충돌 회피나 핸즈오프 가능 --
덴소의 GSP3를 탑재한 도요타의 신형 미니밴은, 앞 유리 상단 실내 쪽에 단안 카메라 1개, 프론트 그릴 중앙 엠블럼 뒷면에 밀리파 레이더 1개를 장착한다. 이들 센서를 사용하는 이 미니밴의 자동 브레이크는 교차로에서 차량이나 이륜차와의 돌발 충돌을 피할 수 있다. 교차로를 우회전할 때의 직진 대향차나, 좌우회전 시에 전방에서 오는 보행자나 자전거 운전자에게도 대응하고 있다.

자동 브레이크의 교차로 대응 이외에 도요타의 신형 미니밴에서는 GSP3를 이용해 고속도로나 자동차 전용도로 단일 차선에서의 ‘레벨2+’의 운전지원기능 ‘Advanced Drive(정체 시 지원)’도 실현했다. 정체 시(속도 약 40km/h 이하, 정지 시를 포함한다)에 운전자가 전방을 주시하고 있는 일정한 조건에서 '핸즈오프' 주행을 가능하게 하는 것이다.

Advanced Drive는 이미 도요타의 ‘미라이’와 ‘렉서스 LS’에 탑재되었다. 덴소의 단안 카메라나 스테레오 카메라, 밀리파 레이더, LiDAR(레이저 스캐너) 등을 사용해 고속도로의 복수 차선에서 선행 차량 추종(ACC)이나 차선 중앙 유지(LTA), 분기, 차선 변경, 추월 등을 지원한다.

Advanced Drive를 탑재하는 미라이와 렉서스 LS는 모두 차량 최저가가 800만 엔을 넘지만 도요타 신형 미니밴의 최저가는 297만 엔(이 시스템을 탑재하는 노아의 경우 옵션 장비)이다. 이 미니밴의 시스템은 탑재하는 센서의 종류와 수, 제공하는 기능을 줄여 시스템 비용을 억제하는 방법으로 300만 엔 이하로 설정할 수 있도록 했다.

이 밖에 도요타의 신형 미니밴에서는 GSP3를 사용해, (1) 차선 변경 지원, (2) 커브 시의 감속 지원 기능, (3) 운전 시의 리스크를 미리 읽어 대상물에 너무 가까이 가지 않도록 조타나 브레이크 조작을 지원하는 기능 등도 실현했다.

-- 3세대로 나뉘는 ADAS 센서 --
덴소의 ADAS는 3개의 세대로 나뉜다. 모두 주요 센서로서 단안 카메라와 밀리파 레이더를 사용해 비용을 억제하면서 제공하는 기능을 늘려 왔다.

15년 실용화한 1세대 ADAS(GSP1)는 도요타의 하이브리드차(HEV) ‘프리우스’ 등에 채용되었다(덴소의 GSP1을 이용한 시스템을 도요타에서는 ‘Toyota Safety Sense-P(TSS-P)’라고 불렀다). 이 시스템을 사용하는 자동 브레이크는 주간 차량과 보행자에는 대응했지만 야간 보행자에는 대응하지 못했다.

18년 실용화한 GSP2는 도요타의 고급 미니밴 ‘알파드’와 ‘벨파이어’부터 채용하기 시작했다(GSP2를 이용한 시스템은 도요타에서는 TSS2세대(TSS2)에 해당한다). 이 시스템을 사용하는 자동 브레이크는 주간 차량과 보행자는 물론 야간 보행자나 주간 자전거도 감지할 수 있게 되었다.

그리고 이번 GSP3를 사용하는 자동 브레이크는 주간 차량과 보행자, 야간 보행자, 주간 자전거 외에 앞서 언급한 것처럼 교차로에서의 좌우회전이나 돌발 충돌에 대응할 수 있게 되었다. 또한 고속도로의 단일 차선에서 핸즈오프 주행도 가능하도록 했다.

-- 교차로 대응에서는 선행을 허락하다 --
사실 도요타자동차의 경우는 이미 소형차 ‘야리스’나 ‘아쿠아’ 등의 자동 브레이크가 교차로 좌우회전에 대응하고 있다. 도요타가 ‘TSS2 개량판’이라 부르는 시스템으로, 교차로를 좌우회전 할 때에 전방에서 진행해 오는 직진 대향차나, 횡단보도를 전방에서부터 건너오는 보행자 등을 감지해 자동으로 브레이크를 건다.

다만 TSS2 개량판에서 사용하는 센서(단안 카메라와 밀리파 레이더)는 덴소 제품이 아니고 독일 콘티넨탈의 제품이다. 도요타는 콘티넨탈제 센서의 소프트웨어를 개량함으로써 자동 브레이크를 교차로 좌우회전에 대응시켰으나 교차로에서의 돌발 충돌에는 대응하지 못하고 있다. 덴소는 GSP3로 반격을 시작하며, 돌발 충돌 회피도 가능하게 했다.

교차로에서의 돌발 충돌의 회피 기능은 이미 스바루가 최신 ADAS ‘차세대 아이 사이트’에서 실현하고 있다. 이 시스템은 중형 스테이션 왜건 ‘레보그’에 탑재됐으며, 차량 전방 감시에는 스웨덴 비오니아(Veoneer)의 광각화한 최신 스테레오 카메라와 자사의 밀리파 레이더 2개를 사용한다.

혼다도 22년에 실용화하는 차세대 ADAS ‘Honda SENSING 360’으로, 교차로에서의 돌발 충돌에 대응한다. 1개의 단안 카메라와 3개의 밀리파 레이더로 차량 전방을 감시한다. 단안 카메라는 프랑스 발레오의 광각화한 최신 제품이다.

-- 새로운 경쟁 축으로 메가 서플라이어에 도전하다 --
핸즈오프 주행에서는 닛산자동차가 '레벨2+'의 운전지원시스템 '프로파일럿 2.0’으로 앞섰다. 독일 ZF의 3안 카메라 등을 사용하는 이 시스템은 닛산의 중형 세단 ‘스카이라인’에 탑재되었고, 신형 전기자동차차(EV) ‘아리아’에도 탑재될 예정이다.

스바루도 차세대 아이사이트의 옵션 기능인 ‘아이사이트X’로, 고속도로 정체 시(속도 50km/h 이하, 정지 시 포함)의 핸즈오프 주행을 가능하게 했다. 앞에서 말한 스웨덴 비오니아의 스테레오 카메라와 밀리파 레이더를 사용한다. 덴소는 GSP3를 통해 정체 시 핸즈오프 주행이 가능하도록 했고, 앞서가는 메가 서플라이어를 추격하고 있다.

ADAS의 경쟁 축은 현재 주요 기능인 자동 브레이크에서는 야간 보행자 대응에서, 교차로에서 좌우회전이나 돌발 충돌에 대한 대응으로 옮겨가고 있다. 자동 브레이크 이외의 기능에서는 고속도로 단일 차선에서의 핸즈오프 주행이나, 고속도로 복수 차선을 대상으로 한 차선 변경 지원 등 레벨2+ 기능에 대응하는 것이 요구되고 있다.

또한 가격이 비교적 저렴한 양산차에 탑재하려면 사용하는 센서의 종류와 수를 최대한 줄이는 등의 대책으로 시스템 비용의 증가를 억제해야 한다. 덴소 GSP3는 시스템 비용을 GSP2 수준으로 억제하면서 교차로 대응과 핸즈오프 주행 등 제공하는 기능을 늘렸다.

-- 단안 카메라를 광각화, 해상도는 5배 --
덴소의 GSP3를 구성하는 센서 중 단안 카메라는, GSP2의 단안 카메라에 비해 수평 감지각을 약 2배로 광각화하면서 최대 감지 거리를 약 2배로 늘렸다. CMOS 이미지 센서의 화소수는 GSP2의 약 5배로 높였다. CMOS 센서는 GSP2와 같은 소니 제품이다.

또한 카메라의 이미지 인식 프로세스에 딥러닝(심층학습)을 적용해 인식 정확도를 높였다. 이러한 개량을 통해 GSP3의 단안 카메라는, 차량 전방의 보다 넓고 먼 범위의 대상물을 정확하게 감지할 수 있게 되었다.

다만 카메라 성능을 높이고 이미지 인식 프로세스에 심층학습을 사용하면 처리할 데이터 양이 늘어나는 문제가 있다. 그래서 이미지 처리 칩에 고속처리가 가능한 Toshiba Electronic Devices & Storage의 최신 SoC(System on Chip) ‘Visconti5’를 채용했다. GSP2의 단안 카메라는 1세대 전의 ‘Visconti4’를 사용한다.

또한 시스템 제어용 마이크로컴퓨터를 SoC(Visconti5)로 통합하고 마이크로컴퓨터를 없앴다. 덴소 AD&ADAS의 구몬(公文) 부장은 “마이크로컴퓨터를 없앤 것이나 범용 부품을 가능한 한 사용하도록 한 것이 비용 억제에 기여했다”고 말한다.

-- 밀리파 레이더의 변조 방식을 변경 --
또 다른 센서인 밀리파 레이더는 GSP2에서 사용하는 밀리파 레이더에 비해 수평 감지각을 약 2배로 확대하고, 최대 감지 거리도 길게 했다. 속도 분해능(2개의 대상물을 분리해서 감지할 수 있는 속도 차)도 높였다.

GSP3에서 사용하는 밀리파 레이더의 수평 감지각은 약 103도(±51.6도)로 넓어 교차로의 돌발 충돌 회피 등에 기여한다. 속도 분해능은 0.46km/h이며, GSP2의 밀리파 레이더(2.3km/h)의 5배다. 속도 분해능을 높임으로써 교차로에서의 보행자나 자전거의 검출 성능이 향상되었다.

안테나 설계의 개량과 전파 전송의 효율화를 통해서, 최대 감지각과 최대 감지 거리를 확대하였다. 전파 전송의 변조 방식을 바꿈으로써 전파 전송 시간을 늘리고, 속도 분해능을 향상시켰다.

덴소는 GSP2까지의 밀리파 레이더에서는 변조 방식에 ‘FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)’를 사용했었다. 이에 대해 GSP3에서는 ‘FCM(Fast Chirp Modulation)’이라는 방식으로 변경했다.

FCM 방식은 FMCW 방식보다 속도 분해능을 높게 할 수 있지만 급격한 변조나 고속의 A/D(아날로그/디지털) 변환기가 필요하기 때문에 고성능 반도체를 사용해야 한다. 덴소 AD&ADAS의 아베(阿部) 부장은 “GSP3에서는 반도체 성능이 향상됨에 따라 FCM 방식을 이용할 수 있었다”고 설명한다.

또한 FMCW 방식에서는 단위 시간당 주파수 변동에 의해서 감지 가능한 거리나 속도 분해능이 결정된다. 다만 변조 주기를 길게 하면 근거리 감지 성능이 악화되기 때문에 어느 시간 이상은 변조 시간을 늘릴 수 없다. “FCM 방식은 이러한 트레이드 오프 관계가 없기 때문에 변조 시간을 늘릴 수 있다”(아베 부장).

-- 부품 수를 절반으로 줄이고 소형화 --
또한 GSP3의 밀리파 레이더는 안테나∙전원기판의 통합이나 전파 송수신용 안테나 채널 수 삭감 등으로 GSP2에 비해 부품 수를 2분의 1 이하로 줄였다. “이러한 대책들을 통해 비용을 GSP2의 레이더와 같은 수준으로 억제하고, 크기를 2분의 1로 소형화할 수 있었다”(아베 부장).

또한 ‘MIMO(Multiple Input and Multiple Output)’라는 기술을 이용함으로써 물리적인 송수신용 채널을 줄이면서 필요한 감지 성능을 확보했다. GSP3의 밀리파 레이더는 송신용으로 3채널, 수신용으로 4채널의 IC를 이용한다. MIMO 기술을 사용하지 않으면 송신용의 3채널을 같은 위상으로 송신하기 때문에, 이 3채널은 묶어서 1채널로 간주된다(송신용 1채널×수신용 4채널=4채널).

MIMO 기술을 사용하면, 송신용의 채널을 다른 위상으로 송신하기 때문에 3채널로 간주된다(송신용 3채널×수신용 4채널=12채널). 아베 부장은 “이렇게 가상으로 송수신용 채널 수를 늘림으로써 감지 성능을 담보하는 데 필요한 채널 수를 확보했다”고 말한다.

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