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2021년 자율주행차 레벨3 양산 시작, ADAS ‘라이다’ 대중화에 성큼

입력 : 2020.06.30 10:25

[How to Guide 웨비나] 실제 산업현장에서 활용되는 RFID는 어떤 것이 있을까요? (8월 21일)
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[헬로티=이나리 기자]


‘자율주행차(Autonomous Driving Vehicle)’의 상용화가 머지않았다. 오토모티브 업계에서는 완전 자율주행차 시대가 되면 지금까지의 경쟁구도가 아닌 새로운 생태계가 형성될 것으로 본다. 즉, 플레이어들은 다시 새로운 출발선에서 경쟁을 시작하게 된다는 의미다. 주요 자동차 OEM사들은 2021년부터 자율주행 레벨3 차량을 순차적으로 양산한다고 공식 발표했다. 이로써 오토모티브 시장은 새로운 전환기를 맞이할 것으로 전망된다. 



미국 교통부 도로교통안정청(NHTSA)은 자율주행 발전 단계를 다음과 같이 4단계로 분류한다. ▲레벨1은 조향 또는 가감속 제어 보조 ▲레벨2는 조향과 가감속 제어 통합 보조 ▲레벨3은 돌발 상황 시 수동 전환을 전제로 하는 부분적 자율주행 ▲레벨4는 완전 자율주행 단계다. 


현재 상용화된 자율주행 레벨1은 센서로 차량 주변을 감지해 자동으로 제동을 걸거나 전방에 있는 차량과 간격을 유지하는 크루즈 기능을 제공했고, 레벨2에서는 저속에서 차량 흐름에 따라 알아서 주행하는 저속추종 자동주행과 자동 주차 시스템 기능을 지원했다. 


그러나 내년부터 양산되는 레벨3 차량에서는 고속도로에서 차선 변경과 추월, 합류, 장애물 회피 등을 지원하고, 향후 완전 자율주행차라고 불리는 레벨4가 개발되면 긴급 상황을 포함해 운전자의 개입이 필요 없도록 발전될 계획이다. 


자율주행 ADAS 핵심 기술 ‘센서’ 

자율주행차를 구현하기 위해서는 여러 최첨단 기술이 필요한데, 그 중에서도 ‘첨단운전자지원시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance Systems)’은 핵심 기술로 떠오르고 있다. ADAS 시장은 기술 측면에서 인지-판단-제어 세가지 영역으로 세분화된다. 


인지 영역은 카메라(Camera), 레이더(Radar), 라이다(LiDAR), 위치측정(GPS), 자이로스코프(속도, 방향 변화 측정) 등의 센서를 사용해 장애물, 도로표식, 교통신호 등을 인식을 통해 주행이나 주차 시 발생할 수 있는 사고의 위험을 알려주고 차량이 운전자를 대신해 부분적으로 제동하고 조향을 제어하는 기술이다. 


판단 영역은 인지 신호들을 효율적으로 분석해(소프트웨어 알고리즘 + ECU/DCU) 차량의 행동 지시를 내리는 기술에 해당한다.


제어 영역은 지시된 행동을 추종하기 위해 조향, 가감속 등을 제어하는(액추에이터) 기술을 포함한다.


자동차의 ADAS 적용이 확대될수록 차량 내 전장 부품 탑재수는 큰 폭으로 증가하게 된다. 기존의 차량 한대에는 평균 200~300개 수준의 반도체가 들어갔다면, 자율주행차에는 2000개 이상의 반도체가 필요하다. 


▲2020-2025년 ADAS 센서 및 컴퓨팅 시장 전망(자료: Yole Developpment)


시장조사기관 욜디벨롭먼트(Yole Développement)에 따르면 2020년 ADAS 시장은 82억 달러에 이를 것이며, 연평균 21%로 성장해 2025년에는 224억 달러 규모를 형성할 것으로 전망했다. 


ADAS의 핵심은 센서다. ADAS는 전방충돌방지, 차선이탈방지 등 인지영역을 중심으로 카메라, 레이더, 라이다 수요가 증가되고 있기 때문이다. 2020년 ADAS 시장 매출의 거의 절반은 레이더(38억 달러)와 카메라(35억 달러)가 차지하고 있다. 지금까지 레벨2는 카메라와 레이더가 일부 하이엔드급 차량을 중심으로 적용되었지만 향후 미들레이지와 엔트리급의 차량으로 적용이 확대되면 성장이 더 빠르게 상승될 것으로 본다. 2025년까지 카메라는 81억 달러, 레이더는 91억 달러 매출 규모로 성장이 전망된다.

 

2020년 라이다(LiDAR)의 매출은 4000만 달러가 예상되며, 이는 카메라와 레이더에 비해 현저히 적은 규모이다. 그러나 앞서 언급했듯이 자율주행 레벨3부터는 라이다의 도입이 필수적이기 때문에 앞으로 성장 가능성이 높다. 라이다는 2020년부터 무려 113%라는 연평균 성장률을 기록하며 2025년 17억 달러 규모를 형성할 것으로 전망된다. 판단영역을 담당하고 있는 ADAS 컴퓨팅은 13억 달러 매출이 생성될 것으로 전망된다. 


▲ADAS에 사용되는 카메라, 레이더, 라이다 센서는 각각 특징과 장단점이 다르기 때문에 서로 융합해서 사용해야 한다. 


‘라이다(LiDAR)’ 도입으로 새로운 전환기 맞이한 ADAS 기술 


자율주행차 레벨 2 

자율주행 레벨2를 지원하는 ADAS 센서는 카메라가 가장 큰 비중을 차지하고 있었다. 카메라는 레이더로는 불가능한 도로면에 그려진 차선이나 표지판 정보를 읽어낼 수 있다. 


레이더 역시 대표적인 ADAS 구현을 위한 센서다. 레이더는 전파를 발사해 돌아오는 전파의 소요 시간과 주파수 편이를 측정해 주변 사물과의 거리와 속도를 탐지하는 장치다. 전파를 이용하기 때문에 밤이나 나쁜 기상환경, 양측이 모두 움직이는 상태에서도 안정적으로 거리 측정을 할 수 있어 장점이다. 레이더의 이런 기능은 카메라를 보완하는 역할을 한다. 


레이더는 측정 거리와 측정 각도를 동시에 늘리는 게 어렵기 때문에 ADAS 기능에 따라 장거리용 레이더와 중/단거리용 레이다로 나누어 적용된다. 앞차와의 간격을 자동으로 조절해 주는 기능인 스마트크루즈컨트롤(SCC)인 경우 장거리 레이더가 적용되고, 긴급제동시스템(AEB)과 사각지대경보시스템(BSD)에는 중/단거리 레이더가 적용된다. 


지금까지 양산화된 자율주행차 레벨2는 카메라, 레이더, 초음파 센서가 탑재되어서 차선이탈복귀시스템(Lane Keeping Assist, LKA), 주차보조시스템(parking assist system), 교통표지판인식(Traffic Sign Recognition, TSR), 상향등 보조장(High Beam Assist, HBA), 정속주행장치(Active Cruise Control, ACC), 사각지대 어시스트(Blind Spot Assist) 등을 지원했다.


레이더는 자동차 가격대나 차종에 따라서 1개에서 3개까지 장착되고 있고 레벨3부터는 레이더의 수가 최대 5개(전방 레이더, 측후방 레이더 2개, 측전방 레이더 2개)로 증가될 계획이다. 


일례로 현대자동차의 2019년 완성차의 경우에는 카메라 2개(전방 카메라, 후방 카메라), 레이더는 총 3개(전방 레이더, 측후방 레이더, 측전방 레이더), 초음파 1개 등이 장착됐다. 


▲ADAS 센서(카메라, 레이더, 라이다, 초음파)가 인식하는 범위


자율주행차 레벨 3

2021년부터 출시되는 레벨3 차량은 라이다가 처음으로 양산차에 장착되며, 뷰잉 카메라(Viewing Camera), 열상 카메라(Thermal camera) 등도 추가될 수 있다. 차량에 라이다가 탑재되면 ADAS 기능은 긴급제동시스템(AEB), 발렛파킹(Parking valet), 트래픽 잼 파일럿(Traffic Jam Pilot), 고속도로 파일럿(Highway Pilot) 등을 기능 구현이 가능해질 것이다. 긴급제동시스템(AEB)은 갑작스럽게 보행자 등 장애물이 전방에 출현하거나 앞선 차량이 급정거를 할 경우, 차량 스스로 브레이크를 조작해 정지시키는 기능이다. 


라이다 센서의 기본적인 원리는 레이더와 같다. 레이더가 수신에 전자파를 사용한다면, 라이다는 고출력의 펄스 레이저를 이용해 거리 정보를 획득한다. 차량용 라이다는 주로 905nm 파장의 레이저 빔을 사용하는데, 퍼지지 않고 나아가는 직진성이 강해 레이더 대비 정밀한 위치 정보를 획득할 수 있다. 라이다는 레이다보다 더 정밀한 위치 정보를 획득할 수 있어 장점이지만 비싼 가격 문제는 보편화에 있어 넘어야 할 산이다. 


▲2020년 VS 2030년 자율주행차에 지원되는 퓨전 센서 기술의 발전 전망(자료: Yole Developpment) 


일례로 미국 기업 벨로다인(Velodyne)의 라이다는 2007년에는 1대에 8000만원이 넘는 고가의 가격이었지만 지속적인 기술 개발로 2017년에는 900만원까지 가격이 인하됐다. 업계는 완성차에 라이다가 탑재되는 2021년 또는 2022년이되면 50만원 정도의 가격대를 형성할 것으로 예상하고 있다. 


이처럼 라이다의 비싼 가격 문제가 이슈되고 있는 가운데 벨로다인은 지난 1월 CES 2020 전시회에서 80달러라는 파격적인 가격대의 라이다 ‘벨라비트(Velabit)’를  공개해 주목받았다. 벨라비트는 가격뿐 아니라 61x61x35mm로 손바닥보다 약간 작은 사이즈라는 점도 의미가 있다. 현재 자율주행 실험용 차량에 탑재되어 있는 라이다의 가격은 수천만원에 달하며 고속으로 회전하는 기계 구동형이다. 이에 비해 벨라비트는 반도체 기술을 사용해 회전하지 않는 기계 구동장치가 없기 때문에 초소형 사이즈 제작이 가능했다.  


고가의 라이다는 측정거리가 200m 이상이며 시야각도 360도 전방위인데 비해 벨라비트는 측정 가능거리가 80m, 시야각은 수평 방향이 60도, 수직 방향이 10도로 한정적이다. 이 때문에 저속주행한정의 자동차의 전방 센싱과 고속주행차의 측면 센싱, 드론과 로봇 등에 적용될 것으로 보여진다. 


이 외에도 벨로다인은 최장 245m 범위를 감지하는 신제품 라이다 ‘알파 프라임’을 올해 초 공개했다. 이 제품은 이전보다 최장 45m 늘어난 245m 범위를 감지하고, 수직해상도가 기존 0.33˚에서 0.11˚로 촘촘해져 더욱 세밀한 이미지를 제공한다. 초당 인식 가능한 포인트는 최고 240만개로 이전보다 4배 증가했다. 현재 벨로다인의 라이다는 현재 양산 가능한 제품 중 기술적으로 가장 앞서 있다는 평가를 받고 있다.


▲벨로다인의 초소형 사이즈, 80달러 가격의 라이다 ‘벨라비트’


기계 구동장치가 없는 라이다는 벨로다인 외에도 많은 경쟁 업체들이 개발 중이다. 미국 쿼너지 시스템(Quanergy System)의 라이다 제품의 경우에는 2019년 양산품으로 300~500달러였고, 2025년경이 되어야 100달러 수준으로 떨어질 것으로 예상되고 있다.


캐나다의 레다테크(Leddartech)는 지난해 자율주행차용 3D 플래시 솔리드스테이트 라이다 Leddar Pixell을 공개했고, 지난 5월 지정 파트너사인 Clarion Malaysia를 통해 양산을 시작했다. 이 리아다는 180도 시야각 풀커버리지가 특징이다. 


▲레다테크의 라이다 ‘Leddar Pixell’


내년부터 라이다 장착한 완성차 출시, 대중화 시동건다 

시범적으로 아우디(Audi)는 업계 최초로 라이다(LiDAR)를 완성차에게 적용시켰다. 2017년 7월 출시된 자율주행차 레벨3 ‘아우디 A8’은 총 1개의 라이다와 2개의 카메라, 5개의 레이더가 장착되어 있어서 ‘아우디 AI 트래픽 잼 파일럿(Audi AI Traffic Jam Pilot)’ 기능을 통해 양방향 차로 사이에 물리적 장벽이 설치된 고속도로 정체 구간에서 최대 속도 60㎞/h(37.3mph)까지 자율주행을 해준다. 


탑재된 1개의 라이다는 범퍼 중앙 하단(번호판 밑)에 위치하며 80m 스캔 거리와 145도의 스캔 각도를 통해 차량 주변의 물체나 보행자들을 감지하고, 고도의 전면 교통 상황 정보를 제공한다. 아우디는 발레오(Valeo)의 라이다 스칼라(Scala) 제품을 사용했다. 


또 스캔 거리 250m, 스캔 각도 35도의 장거리 레이더도 전면 범퍼 우측 하단(보조석 안개등 위치)에 위치해 라이다와 함께 전면 교통 상황 정보를 제공한다. 전면에 장착된 장거리 레이더는 보쉬(Bosch)의 제품이며 77GHz를 지원하고, 전면 좌우측과 후면 좌우측에 탑재된 4개의 중거리 레이더는 앱티브(Aptiv)의 76GHz를 지원하는 R3TR 제품이다. 또 전면에 장착된 1개의 360도 카메라는 오토리브(Autoliv)의 3세대 나이트 비전 카메라다. 나머지 1개인 전면에 장착된 카메라 또한 앱티브의 제품이다. 참고로 아우디 A8은 비쥬얼 컴퓨팅 모델에 엔비디아의 테그라 K1을 사용했다. 


▲아우디 A8의 자율주행 기능을 지원하는 부품(자료: System Plus) 


현대자동차도 2021년 하반기에 출시되는 풀체인지 ‘제네시스 G90’에 자율주행 레벨3을 구현하기 위해 2개의 라이다를 장착한다고 밝혔다. 카메라와 레이더는 만도가 공급하고, 라이다는 현대모비스를 통해 미국 벨로다인 제품이 사용될 예정이다. 


현대자동차 G90은 라이다를 2개의 라이더를 차량 전면 양측에 장착함으로써 자율주행 기술 우위를 확보하고자 한다. 라이다를 1개 장착하면 전방 위주의 자율주행 기능이 강화되지만 앞쪽 측면 두 곳에 라이다를 장착하면 끼어들기 차량 감지 등 더 완벽한 레벨3 구현에 유리하기 때문이다.


볼보(Volvo) 자동차도 2022년부터 미국 루미나(Luminar)의 라이다를 장착한 자율주행 레벨3 차량을 양산한다고 공식 발표했다. 볼보는 최근 라이다 기술 개발업체 루미나에 자금을 투자했다. 이를 통해 볼보는 루미나와 제휴로 시중에 7만5천 달러의 고가 라이다 장비를 레벨3에 해당되는 준자율주행차의 경우 500달러 상당, 레벨4에 해당되는 완전자율주행차는 1천달러에 장착할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 


뜨는 ‘라이다’ 시장을 잡아라! 스타트업 투자 활발 

최근 오토모티브 시장에 라이다(LiDAR)에 대한 관심이 높아지면서 이를 개발하는 기업들에게 투자가 활발히 이뤄지는 추세다. 국내 라이다 센서와 소프트웨어 기업의 활약도 눈에 띈다. 이들 기업은 기술력을 인정받아 투자 유치에 성공했다. 


현대모비스는 2019년 10월 미국 벨로다인에 5000만 달러(약 600억원)를 투자하고 라이다 양산과 관련한 기술협력을 진행하기로 했다. 두 회사는 오는 2021년 레벨3 자율주행용 라이다 시스템을 양산해 국내와 아시아 시장을 중점적으로 공략할 계획이다. 벨로다인은 지난 1983년 설립된 자동차 부품사로 2005년부터 라이다 제품을 전문적으로 개발해 왔다. 벨로다인은 2017년에 포드자동차와 중국 바이두로부터 1억 5000만 달러(약 1680억 원)의 투자를 받기도 했다.  


그 밖에 삼성벤처투자는 미국 라이다 업체 쿼너지(Quanergy)에 투자했으며, 자동차 부품 회사 보쉬는 라이다 센서 업체 테트라뷰에 투자했다.  


국내 라이다 센서 스타트업 에스오에스랩(SOS LAB)은 기술 전문 스타트업 액셀러레이터 퓨처플레이의 약 68억 규모의 시드 투자에 이어, 지난5월 한국산업은행(KDB)의 리드 투자를 시작으로 98억 원 규모의 시리즈 A+ 투자 유치에 성공했다. 이로써 에스오에스랩의 누적 투자액이 약 170억 규모에 이른다. 에스오에스랩은 자율주행차량용 고정형 라이다(Solid-State LiDAR)에 주력하고 있다. 


네이버는 지난 6월 자율주행 라이다(LiDAR) 인지 솔루션을 개발한 국내 스타트업 뷰런테크놀로지에 본엔젤스와 공동으로 투자했다. 뷰런테크놀로지가 개발한 라이다 인지 솔루션은 임베디드 환경에서도 다양한 객체를 빠르게 인식할 수 있는 제품으로, 시스템 확장성이 뛰어나 센서 퓨전, 주행 판단 등 다른 자율주행 기술과의 시너지가 크다는 점이 강점이다. 현재 자율주행, 보안 각각에 최적화된 인지 솔루션을 제품화해 여러 기업과 협력 프로젝트를 진행 중이다. 네이버는 2017년에도 이스라엘 기업인 이노비즈의 이노비즈원에 델파이, 마그나 등 전장기업과 함께 6500만 달러(약 728억원)를 공동 투자한 바 있다. 


국내 자율주행 라이다 소프트웨어 스타트업인 서울로보틱스는 지난 4월 65억원 규모의 시리즈A 투자를 유치했다. 서울로보틱스는 인공지능 3D 컴퓨터 비전 소프트웨어를 개발하는 테크 스타트업이다. 특히 라이다 기반 소프트웨어 솔루션인 ‘SENSR’의 완성도는 세계적으로 높은 평가를 받고 있으며 BMW 등 국내외 대기업들을 고객 및 파트너로 두고 있다. 또 글로벌 라이다 센서업체 벨로다인, 아우스터, 이노비즈, 헤사이 등과 전략적 파트너십을 맺고 있다. 


미국 실리콘밸리에 설립된 모빌리티 한국 스타트업 팬텀AI는 포드(Ford)와 셀러레스 인베스트먼트 등으로부터 약 2200만 달러(약 268억4천만원) 규모의 시리즈 A 투자 유치를 했다. 팬텀AI는 2016년에 설립한 스타트업이며, “긴급제동시스템(AEB) 등의 장치 대중화”를 목표로 센서 가격을 낮출 수 있는 기술 개발에 주력하고 있다. 


▲자율주행 ADAS 핵심 기술 ‘센서’


테슬라의 다른 전략 방식 “라이다 탑재하지 않겠다” 

자동차 OEM사가 라이다 탑재에 심혈을 기울이고 있는 가운데 테슬라의 경우에는 라이다를 탑재하지 않겠다고 선언해 눈길을 끈다. 테슬라의 CEO인 엘론 머스크(Elon Musk)는 2019년 오토노미데이(Autonomy Day)에서 “라이다는 헛수고이며, 라이다에 의지하는 사람은 실패할 것(Lidar is a fool's errand. Anyone relying on lidar is doomed)”이라고 말한 바 있다. 


테슬라가 라이다를 이용하지 않은 이유는 레이더와 카메라 보다 약 10배 이상 비싼 가격 때문이다. 테슬라는 라이다 센서의 비싼 가격 때문에 자율주행차의 대중화가 늦어진다고 생각하고 있다. 


이런 이유로 테슬라는 라이다 센서를 사용하는 대신에 8개의 카메라, 12개의 초음파 센서, 1개의 레이더를 이용해서 ADAS의 오토파일럿(Autopilot) 기능을 구현하고 있다. 테슬라는 8개의 카메라로 차선, 신호등, 주변 차량들을 인식한 데이터 수집을 통해 완전 비전 중심 접근(Heavily Vision-based Approach) 방식을 제안하고 있다. 


테슬라에 따르면 몇 년 전까지만 해도 사물인지에 90% 이상 정확도를 보이는 라이다 대비 카메라의 깊이 측정 정확도는 20% 이하 수준이었다. 그러나 카메라 정보를 라이다 센서 정보처럼 포인트 클라우드로 변환(Pseudo Lidar Approach)시켜 주변을 인식하는 기술을 통해 현재 카메라 사물인지력은 70% 이상으로 비약적으로 상승했다고 설명했다. 


□ 이나리 기자의 오지랖

자동차 업계, ‘코로나 19’로 자율주행 개발 계획 영향 받나? 

자동차 산업 또한 코로나 바이러스로 인한 위기를 피해가지 못했다. 올해 상반기에는 코로나 바이러스 전파를 막기 위한 국가별 봉쇄령으로 인해 공장 가동이 중단되는 사례가 발생했었다. 지난 3, 4월에만 하더라도 주요 13개국 자동차 생산국가 중에서 한·중·일 등 동아시아 지역의 공장만 주로 가동됐었다. 독일, 프랑스, 스페인 등 유럽 주요 생산국의 공장은 4월 말부터 재가동했고, 미국과 인도의 공장은 5월 초부터 재가동에 돌입한 상황이다. 이로 인해 올해 신차 생산량은 2019 년 생산량 대비 30% 감소 할 것으로 예상된다. 


하지만 미래 자동차의 4대 메가 트렌드인 연결(Connectivity), 자율주행(Autonomous), 공유(Sharing), 전동화(Electrification)를 향한 자동차 산업의 방향은 앞으로도 변하지 않을 것으로 예상된다. 그러나 공장 가동 중단이라는 긴급 상황으로 인해 신기술 채택 속도가 변경될 가능성은 높다. 


실제로 한 자동차 OEM사는 벨로다인으로부터 라이다 샘플을 올해 6월까지 받기로 했는데, 벨로다인의 공장 가동이 일시적으로 중단되는 바람에 신차 개발 계획에 차질이 생긴 것으로 조사됐다. 

/이나리 기자(eled@hellot.net)

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