ADAS의 진화와 자율 주행의 미래 — Dexerials가 지원하는 센싱 기술

자율주행의 진화와 CASE의 부상

현재 자동차 산업은 CASE로 총칭되는 네 가지 핵심 개념을 중심으로 한 기술 혁신의 물결을 겪고 있습니다. CASE는 "커넥티드(connected)", "자율주행)", "공유 서비스(shared/services)", "전기차(electric)"의 약자이며, 이러한 혁신은 미래 모빌리티의 모습을 재편할 것으로 예상됩니다.

CASE의 구성 요소

1. 1. 연결성: 차량은 인터넷, 다른 차량 및 인프라에 지속적으로 연결되어 실시간 정보 공유 및 고급 서비스 제공이 가능합니다.
   
2. 자발적인 운전(자율주행): 人工知能やセnsa技術を活用し、車両が自律的に走행수하는 技術입니다. 여기까지 가세요.
   
3. 공유 및 서비스: 차량 공유 및 승차 공유와 같이 사용자가 차량을 공유하는 새로운 모빌리티 서비스.
   
4. 전기차: 환경 영향을 줄이기 위해 전기차(EV)와 하이브리드차(HV)의 보급이 증가하고 있습니다.

이 글은 CASE의 두 번째 핵심 요소인 자율주행에 초점을 맞춰 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)과 그 안에서 센서가 수행하는 중요한 역할에 대해 설명합니다.

ADAS란 무엇인가요? —자율주행 지원하는 첨단 운전자 보조 시스템

ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)는 자율주행으로 나아가는 자동차 산업의 발전 과정에서 운전자를 지원하고 안전과 편의성을 향상시키도록 설계된 시스템을 의미합니다. 일반적인 ADAS 기능은 다음과 같습니다.

• 차선 이탈 경고(LDW)
• 자동 비상 제동(AEB)
• 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC)
• 주차 보조 시스템

이러한 기능들은 자율주행 실현하기 위한 필수적인 기술적 기반으로 여겨집니다.

자율주행 수준 분류 (레벨 0~5)

자동 이동은 국제적으로 맞춤화되어 5段階의 레베르데분류가 됩니다.

현재 레벨 2 자율주행 기능은 전 세계적으로 출시되는 신차에 널리 적용되고 있습니다. 특히 유럽과 일본에서는 ADAS 기능이 점차 표준 장비로 자리 잡고 있습니다. 한편, 레벨 3 이상의 기술은 추가적인 규제 개발과 안전성 검증이 필요하며, 아직 상용화는 제한적입니다.

예를 들어, 한 일본 자동차 제조업체는 2021년에 레벨 3 안전장치가 장착된 차량을 출시했지만 판매량은 100대로 제한되었습니다. 유럽 자동차 제조업체들도 특정 국가 내 일부 시장에서 레벨 3 시스템을 도입했습니다.

레벨 4 및 레벨 5 자율주행의 최신 동향

4단계에서는 로보택시(완전 무인 택시)가 특정 지역에 한정하여 도입되고 있으며, 상용화를 위한 노력이 계속되고 있습니다.

• 북미의 자율주행 서비스: 미국 캘리포니아, 애리조나, 텍사스, 네바다 일부 지역에서 로보택시 서비스가 도입되고 있습니다(한 북미 기업은 이미 철수를 발표했습니다).
• 중국의 자율주행 서비스: 베이징과 상하이에서 자율주행 택시가 시범 운행 중입니다.

하지만 공공 도로에서의 완전 자율주행 여전히 상당한 법적 제약을 받고 있으며, 상용화에는 신중한 접근이 필요합니다. 자율주행 관련 법규에 대한 논의는 여러 국가에서 활발히 진행되고 있습니다. 특히 레벨 4 이상의 자율 주행 차량이 관련된 사고 발생 시 책임 소재를 규명하는 것이 핵심 쟁점이며, 레벨 4 자율 주행 차량 도입에 대한 규제 대응은 국가별로 차이가 있습니다.

한편, 제한된 지역이나 물류 및 배송과 같은 특정 용도에서 상용 차량을 이용한 무인 운행은 사업 효율성과 수익성을 향상시킬 것으로 기대됩니다. 예를 들어 북미에서는 주요 자율주행 시스템 기업이 최근 차량 호출 플랫폼 제공업체와 제휴하여 새로운 서비스를 출시했습니다.

ADAS 시장 확장 및 현재 도입 동향

2022년 설문조사 데이터에 따르면, 2021년 기준으로 전 세계 ADAS 및 자율주행 시스템의 설치 기반은 약 4천만 대에 달했습니다. 그 이후로 운전자 보조 기능은 여러 국가에서 판매되는 신차 표준 장비가 되었고, ADAS 보급률도 해마다 계속 증가하고 있습니다. 특히 Level 2와 Level 2+에서의 지속적인 기능 향상이 시장 성장을 촉진할 것으로 기대됩니다.  (참고: "2030년까지 전 세계 자율주행차 시장 7,900만 대에 도달, 2021년 성적의 두 배," 야노 연구소 예측, 일본 자동차 비즈니스 및 문화 협회)

센서 융합으로 지원되는 ADAS의 고정밀 센싱

자율주행의 핵심인 ADAS 기능에는 차량 주변 환경을 정확하게 감지할 수 있는 다양한 센서가 필수적입니다. 현재 주로 사용되는 기술은 다음과 같습니다.

주요 센서

• 카메라: 이미지 데이터를 기반으로 차선 표시, 교통 표지판을 인식하고 보행자를 감지합니다.
• 레이더: 전자기파를 이용하여 차량의 상대 속도와 거리를 측정합니다.
• 라이다: 레이저 기술을 사용하여 3D 매핑 및 매우 정확한 객체 감지를 가능하게 합니다.
• 초음파 센서: 초음파를 이용하여 주변 장애물을 감지합니다.

각 센서는 고유의 장단점을 가지고 있습니다. 서로 다른 특성을 지닌 여러 센서를 결합함으로써 차량은 주변 환경을 더욱 정확하게 인식할 수 있습니다. 안전한 자율 주행은 맑은 주간뿐 아니라 비, 눈, 안개, 야간에도 작동해야 합니다. 이를 위해서는 여러 센서의 데이터를 통합하여 더욱 정밀한 환경 인식을 가능하게 하는 센서 융합 기술이 핵심입니다.

센서 융합 기술을 발전시키면 개별 센서의 약점을 보완하여 더욱 안전하고 신뢰할 수 있는 운전자 보조 시스템을 구현할 수 있습니다. 또한, 폭우나 폭설과 같은 악천후 상황에 대응하기 위해 신호등이나 도로변 시스템에서 무선 신호를 전송하여 차량 감지를 지원하는 등의 인프라 기반 솔루션도 연구되고 있습니다.

실제 센서 융합 사례로는 2018년에 발표된 한 유럽 자동차 제조업체의 차량에 카메라 6개, 밀리미터파 레이더 5개, 라이다 1개, 초음파 센서 12개가 탑재된 것을 들 수 있습니다. 북미 자율주행 서비스에 사용되는 차량에는 카메라 16개, 밀리미터파 레이더 21개, 라이다 5개가 장착되어 있습니다. 2021년에 출시된 한 일본 자동차 제조업체의 모델에는 전방 카메라 2개, 레이더 센서 5개, 소나 센서 12개, 라이다 5개가 탑재되었습니다. 이러한 사례에서 알 수 있듯이 센서 개수를 늘리면 감지 능력이 향상됩니다. 그러나 센서 성능이 향상되고 센서 개수가 늘어남에 따라 차량 비용이 증가하는 것이 중요한 과제로 대두되고 있습니다.

ADAS 카메라의 역할 및 구성

외부 환경의 시각 정보를 인식하는 카메라는 ADAS에서 특히 중요한 역할을 합니다. 최근에는 듀얼 카메라 및 트리플 카메라 시스템이라고 불리는 여러 대의 카메라를 하나의 모듈에 통합한 시스템이 점점 더 많이 채택되고 있습니다.

• 듀얼 카메라 시스템: 두 대의 카메라를 사용하여 입체 영상을 구현함으로써 물체와의 거리 측정 정확도를 향상시킵니다. 이를 통해 더욱 정밀한 충돌 방지 및 보행자 감지가 가능해집니다.
  
• 트리플 카메라 시스템: 세 대의 카메라를 사용하여 더 넓은 영역에서 더 높은 정밀도의 이미지 인식이 가능합니다. 예를 들어, 초점 거리가 다른 카메라를 조합하면 가까운 거리와 먼 거리에 있는 물체를 동시에 정확하게 인식할 수 있습니다.

카메라 시스템은 일반적으로 앞유리 상단 부근에 설치되어 차량 전방의 넓은 영역을 모니터링합니다. 이를 통해 차선 유지 보조 및 교통 표지판 인식과 같은 다양한 주행 지원 기능을 구현할 수 있습니다.

ADAS 카메라 기술의 최신 동향

ADAS가 계속 발전함에 따라 카메라 기술의 추가적인 발전이 예상됩니다. 특히 다음과 같은 기술적 요구 사항이 점점 더 중요해지고 있습니다.

• 고해상도: 멀리 있는 장애물과 교통 표지판을 정확하게 인식하기 위해 고해상도 카메라 도입이 증가하고 있습니다.
• 야간 및 악천후 성능: 저조도, 비, 안개 등 까다로운 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 카메라 기술 개발이 필수적입니다.
• AI와의 통합: 딥러닝을 활용한 이미지 처리 기술은 더욱 정교한 객체 인식을 가능하게 합니다.
• 전력 소비 감소: 전력화가 진행됨에 따라 카메라 시스템의 전력 소비를 줄이는 기술에 대한 요구가 점점 더 커지고 있습니다.

센싱 분야에서는 특히 산란광(원치 않는 반사광)으로 인한 노이즈 억제에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 덱세리알스는 다음과 같은 조치를 통해 이러한 요구에 대응하고 있습니다.

광학적 잡음 감소를 위한 소재 기술

• 특정 센서 유형(예: 나방 눈 구조)에 해당하는 파장과 호환되는 높은 투명도 처리
• 센서 앞에 위치한 앞유리의 김서림 현상을 해결하기 위한 김서림 방지 소재 개발
• 센싱 카메라 및 라이다 센서에 도달하는 산란광 및 기타 불필요한 빛을 억제하는 저반사 수지 개발

이러한 기술은 센서가 감지하도록 의도된 신호(S)에 비해 외부 광 교란으로 인한 잡음(N)을 억제함으로써 ADAS 시스템의 전반적인 S/N 비율을 향상시킵니다.

ADAS 카메라 모듈 설계를 지원하는 덱세리얼의 소재 기술

최근 채택이 증가하고 있는 ADAS 카메라 시스템에서는 카메라 보드와 메인 보드를 연결하기 위해 리지드-플렉스 인쇄 회로 기판(rigid FPC)이 사용됩니다. 기존에는 리지드 FPC 연결에서 비용 효율성과 신뢰성을 동시에 확보하는 것이 어려웠습니다. 그러나 덱세리얼(Dexerials)의 ACF 이방성 전도성 필름)를 사용하여 FPC를 보드에 연결함으로써, 신뢰성을 확보하면서 비용을 절감하는 구성이 많은 유럽 자동차 제조업체에서 채택되고 있습니다. 특히, IATF 인증을 획득한 자동차용 "필름 온 보드(Film On Board)" 애플리케이션용 ACF 인 CP881AM 시리즈를 사용하는 것이 대표적인 예입니다. 이 제품을 채택한 고객들은 높은 신뢰성과 비용 절감이라는 두 가지 이점을 모두 누리고 있습니다.

또한, 덱세리얼의 정밀 고정 접착제는 카메라 렌즈 고정 및 광학 부품 접착에 사용되며, 향후 더욱 널리 사용될 것으로 예상됩니다.

광잡음 및 광축 정렬 불량에 대한 종합 솔루션

덱세리알의 강점은 단순히 소재 공급에 있는 것이 아니라, 차량용 카메라 및 라이다 센서와 같은 센싱 장치의 광축 정렬 불량 및 광학 노이즈 문제를 해결하는 토탈 솔루션을 제공하는 데 있습니다. 이러한 문제는 대량 생산 시 제품 품질 및 안전과 직결됩니다. 특히, 정밀 카메라 고정용 소재 개발 및 공급 외에도 광축 정렬 불량 측정을 위한 평가 장비와 설계 단계에서의 최적화 지원을 제공합니다. 단순히 소재를 판매하는 것을 넘어, 평가부터 설계 지원에 이르기까지 포괄적인 지원을 통해 고객이 요구하는 센싱 성능을 구현할 수 있도록 기여합니다.

최근 자동차 카메라의 해상도는 지속적으로 향상되어 왔으며, 광축 정렬 오차 허용 범위는 매년 더욱 엄격해지고 있습니다. 덱세리얼(Dexerials)의 제품은 기존 소재와 비교했을 때 Z축 및 틸트축 방향 모두에서 우수한 성능을 입증했습니다. 일본에서의 성공적인 도입 경험을 바탕으로 아시아, 유럽, 미국, 아세안 시장으로 순차적으로 확대해 나갈 계획입니다.

또한, 당사는 카메라 및 라이다 시스템 내부에서 발생하는 적외선 반사 산란광을 억제하도록 설계된 블랙 코팅 기술을 독자적으로 개발했습니다. 자율주행 및 ADAS 애플리케이션에서는 905nm 및 1550nm 파장의 적외선이 감지에 사용됩니다. 그러나 기존의 블랙 레진은 가시광선을 흡수하는 반면 적외선 파장은 반사하는 경향이 있어 감지 정확도를 저하시킬 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 당사는 흡수, 내부 산란 및 외부 산란의 3중 구조 메커니즘을 통해 적외선 영역에서 극히 낮은 반사율을 달성하는 새로운 코팅 레진을 개발했습니다. 다른 회사에서 사용하는 자동차 등급 소재와의 비교 테스트를 통해 우수한 성능을 확인했습니다.

소재와 전문성을 결합하여, 카메라 부품의 "변형" 방지 및 반사광으로 인한 노이즈 유입 방지라는 감지 품질에 영향을 미치는 두 가지 핵심 요소를 해결하고자 합니다. 자동차 제조업체와 협력하여 자율주행 시대를 위한 핵심 기술을 지속적으로 개발해 나갈 것입니다.

덱세리얼의 자율주행 시대를 위한 계획

CASE의 구성 요소들은 서로 긴밀하게 연결되어 있으며, 자동차 산업의 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, ADAS의 발전은 자율주행 기술 실현을 향한 핵심 단계이며, 그 미래에 대한 관심도 점점 높아지고 있습니다. 자율주행 기술 개발은 빠르게 진행되고 있지만, 향후 규제 체계와 사회적 수용은 매우 중요한 요소가 될 것입니다.

자율주행 및 ADAS 기술의 발전과 발맞춰, 덱세리얼스는 소재 기술을 중심으로 한 고신뢰성 솔루션 포트폴리오를 지속적으로 확장해 나갈 것입니다. 앞으로도 센싱 성능을 더욱 향상시키는 데 전념할 것입니다.