최신 자동차에 요구되는 안전, 성능, 노동 절약 기능 등을 운전자에게 제공하기 위해 첨단운전자보조시스템(ADAS)의 중요성이 날로 고조되고 있다. 앞으로 2~3년 동안 승용차 내 이미지 센싱 ‘노드’의 수는 현재의 1~2개에서 20개까지 증가할 것이다. 이러한 이미지 센싱 노드 수의 증가는 차선이탈, 충돌경고, 교통신호 인식, 미러의 대체 등 ADAS 응용 분야를 모두 지원하게 될 것이다.

ADAS 기술의 다음 단계는 움직임의 원인이 운전자 또는 행인에게 위험으로 간주되는 경우 효과적으로 운전자를 지원하는 것이다. 무인(driverless) 자동차 또는 자율주행(autonomous) 자동차 등의 개념이 더 이상 공상과학영화에서만 볼 수 있는 이야기 소재가 아닌 현실로 다가옴에 따라, 이러한 기기들의 공급이 더 많아지고 있으며 더 나은 기능 제공에 대한 수요 또한 증가할 것이다.

ADAS가 중요한 이유

ADAS는 운전자들에게 적응형 순항제어(Adaptive Cruise Control, ACC), 나이트 비전, 차선유지 지원(Lane-Keeping Assistance), 자동 스티어링 및 제동 개입 기능을 갖춘 충돌경고 시스템(Collision Warning Systems) 등 다양한 안전 및 성능 특성을 제공한다. ADAS 예측 시스템은 자동차의 움직임을 부분적으로 제어함으로써 사고를 예방하는 것이 주목적이다. 이러한 자동화 안전 시스템은 완전 자율주행 자동차 생산을 위한 첫 걸음에 불과하다. 

안전은 운전의 위험을 줄이고 사망자를 내지 않는 것을 목표로 한 능동/수동 안전 시스템을 통해 향상되고 있다. 환경적 측면에서 볼 때, ADAS는 자동차에 더 나은 내비게이션 기능을 제공하고 시스템을 통해 더 부드럽고 향상된 운전을 유도함으로써 연료 사용 및 탄소 배출을 감소시키는 장점이 있다. 또한 자율주행 자동차의 출현은 차량이 운전자의 휴식을 더 이상 제한하지 않으므로 보다 비용 효율적인 물류 유통망의 성장을 촉진할 수 있다.

IoT 커넥티드 자동차가 계속해서 증가함에 따라, 자동차로부터 더 많은 데이터가 수집될 것이며 자동차에 대해 소비자들은 일관된 운전 경험을 위해 지속적인 압력을 가하게 될 것이다. 장기적 전망 분석에 따르면, 개인이동수단의 미래는 개인적인 자동차 소유 대신에 카 셰어링으로의 큰 변화가 있을 것으로 예상된다. 이러한 변화가 효과적이려면 운전자 개인당 프로파일을 만들 수 있는 새로운 기술의 개발이 핵심이 될 것이다. 즉 운전자가 처음 탑승하는 차에서도 개인화된 경험을 보장해야 한다.

ADAS 비전

ADAS 카메라는 최신 자동차에서 빠르게 인기를 얻고 있는 기능이며 고급 차종에 국한되지 않는다. 이 기능들에는 물체 감지 및 경고 기능 등과 같은 능동 안전 기능을 채택하기 시작한 백업 및 서라운드 뷰 시스템 지원도 포함되는 추세다.

그동안 자동차 미러는 시각적인 기능만을 제공하는 것이 전부였다. 그러나 최신의 전자식 미러는 ADAS 및 시야 확보 능력을 결합한 기능을 제공한다. 기존의 미러가 카메라로 대체됨에 따라 공기 역학 및 연료 효율도 크게 개선되었다.

사각지대 검출에 카메라가 사용됨에 따라 ADAS 기능도 제공된다. 또한 컴퓨터화된 시야 확보를 위해 카메라의 렌즈 부분이 디스플레이 부분보다 크게 만들어져 운전자 또는 ADAS 모두 보지 못하는 부분이 없어지게 됐다.

더 똑똑한 자동차

오늘날의 ADAS는 5년 전에 처음 소개되었을 때보다 더 광범위한 기능을 제공한다. 똑똑한 자동차를 만들기 위한 첫 번째 시도는 30년 전부터 시작됐다. 80년대 중반 카네기 멜론 대학(CMU)은 도로 추적 센서 기술에 대한 연구를 시작했다. ADAS 기능을 탑재한 자동차는 자율주행 자동차를 개발하는 것보다 더 도전적이다.

ADAS 시스템 중 눈에 띄는 특징은 운전자 제어를 넘어서거나 인간이 판단하기 어려운 경우 이를 ‘결정’하는 능력이다. 반대로 자율주행 자동차의 경우 아주 기본적인 출발/정지 기능이나 필수적인 안전을 넘어서는 경우 인간에 의한 입력은 필요가 없다. 도로에서 사용할 효과적인 ADAS 기능의 자동차 개발 기술은 완전 자율주행 자동차의 개발에 요구되는 것보다 더 많은 기술이 요구된다.

자율주행 자동차는 주의 깊은 운전자와 마찬가지로 정체 시 서행 운전, 번잡한 교차로 통과, 보행자 우선 신호 준수, 날씨 그리고 운전 방해 요인을 없애는 등 도로 조건에 적응한다. 효과적인 ADAS는 운전자 의도를 해석하게 될 것이며 보행자를 피하는 운전 등 충돌이 일어나기 직전이나 충돌을 피할 수 없을 때 운전자를 제어한다. 이러한 반응은 거의 즉각적으로 일어날 것이다.

이미 시장에는 ADAS 기능을 후방 카메라 기능에 추가하기 시작했으며, 고급 자동차 모델과 브랜드들이 이러한 도입을 서두르는 추세다. 자율주행 자동차 시대가 더욱 가까이 다가옴에 따라 모든 자동차가 ADAS 및 후방 카메라 기능을 동시에 사용하게 될 날도 그리 멀지 않았다.

안전성

모든 신기술에 있어서 잠재적인 시스템 장애에 대한 불안 요소는 있기 마련이다. 기술이 인간의 개입을 필요 없게 하는 능력을 갖는다면 이러한 불안은 더욱 커질 수 있다. 이러한 이유 때문에 ADAS는 신뢰성뿐만 아니라 장애 발생 시 이를 극복하는 능력도 보유할 필요가 있다. ADAS 설계로 카메라 기반 솔루션에 의지하여 양쪽의 미러 등과 같은 기존의 기능을 제거하는 경우에는 특히 그렇다.

차량 성능이 더 좋아짐에 따라 이러한 센서 기능들은 자동차가 일반적으로 마주치는 어려운 환경에서 안정적으로 작동할 수 있을 정도로 강력해야 한다. 이러한 환경은 빛이 매우 밝거나 빛의 조명도가 매우 낮은 경우, 기후 조건, 예컨대 비, 안개, 온도 변화, 고속으로 발생하는 ‘사건’ 등 다양하다.

특히 차내의 기타 다른 환경 요소들, 예를 들어 진동, 습기, 정전기(ESD), 전자기간섭(EMI) 등이 자동차 인증 반도체 제작 및 패키징 기술에 반영되지 않는다면, ADAS를 포함해 여러 가지 다양한 차량 시스템에 사용된 전자부품의 장기 신뢰성이 위협받게 될 것이다.

영상의 정지, 좌우가 뒤바뀐 이미지(왼쪽에서 오른쪽), 부분적으로 정지되거나 반복된 이미지 또는 이미지 열/행 불량을 포함하는 불량 모드들은 ‘유효’한 이미지로 잘못 처리될 수 있으며 이미지 센서로 인해 신뢰성 문제가 발생할 수도 있다. 따라서 장애를 감지하고 이를 상위 시스템에 보고하는 기능을 제공하는 것이 중요하다. 센서로부터 왜곡 또는 잘못된 정보에 의해 부정확한 반응으로 심각한 결과를 초래할 수 있는 환경에서 제대로 작동하는 센서의 기능도 매우 중요하다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 ADAS 시스템은 ISO 26262를 준수해야 한다. ISO 61508 표준을 따온 세계적인 안전 인증 기준은 차량의 기능 안정성 또는 전기(전기기계) 및 전자 시스템의 신뢰성을 포함한다. 설계 공정 및 방법을 포함한 이러한 기준은 일상 및 시스템 결함 시 임의의 오류로 발생하는 위험까지 포함한다.

ADAS가 효과적으로 사용되는 데에 필요한 안정성 및 신뢰성 수준을 제공하기 위해 활용되는CMOS 이미지 센서의 프레임 단위 및 블록별 성능은 매우 신뢰할만해야 하며, 또한 다른 기술을 사용한 레이더 등의 다른 센서에서 수집된 정보와 함께 사용되어야 할 뿐 아니라, ISO 26262 등의 국제 기준에도 부합해야 한다.