[진화하는 스마트카 1] 전자화 통한 최적 시스템 ... 안전성, 편의성을 지향하는 스마트 자동차 기술

등록 2015.08.07 09:47:47

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[진화하는 스마트카 1] 전자화 통한 최적 시스템 ... 안전성, 편의성 지향하는 스마트 자동차 기술
[진화하는 스마트카 2] 전자화 통한 최적 시스템 ... 자동차 기술 요구 해법은 ‘전자화'

미래의 스마트 자동차는 환경성, 안정성, 편리성 면에서 획기적으로 변화될 것이며, 전자 및 IT 기술, ITS 구축 등이 조화를 이루며 사회 구조를 변화시켜 삶의 질을 높일 것으로 점쳐지고 있다. 이 모든 변화의 첫 번째 관문은 센서 기술 확보인데, 이는 자동차 산업에서 새로운 전장 시스템을 창출하고 기존 시스템 경쟁력을 높이기 위해 선행돼야 할 조건이다.

스마트 자동차는 최신 전자·제어, 정보통신, 센서 기술을 자동차에 적용해 운전자에게 고도의 안전과 편의를 제공하는 자동차를 의미하며, 자동차가 통신망에 연결돼 운전자와 차량에 각종 정보를 제공하는 커넥티드카(Connected Car) 개념과 자동차 구동계를 제어해 운행하는 자율주행자동차(Autonomous Car) 개념으로 구분할 수 있다.

차량 내부 작동 상태와 차체의 움직임 및 주변 환경 정보를 수집하는 센서, 차량 자체의 내부 통신 시스템, 전자 제어 시스템, 차량 외부 통신 시스템, 통신 기반 시설 인프라가 주요 구성 요소이다(그림 1).

그림 1. 스마트 자동차 및 주요 구성 요소

스마트 자동차를 구현하는 기술은 목적에 따라 차량 안전 기술(운용 및 모니터링 시스템 포함)과 운전자의 편의를 위해 서비스를 제공하는 차량 편의 기술로 나눌 수 있다.

그림 2. 스마트 자동차용 주요 센서 및 배치도

전 세계 스마트 자동차 시장은 소비자 수요가 계속해서 증가함에 따라 급속히 확대되고 있으며, 시장조사기관인 스트래티지 애널리틱스(Strategy Analytics)는 2010년 394억 달러에서 2019년 783억 달러로 성장할 것으로 전망했다. 국내 스마트 자동차 시장도 21억 달러에서 37억 달러로 급격하게 성장할 것이라고 예상했다(그림 3).

그림 3. 세계 및 국내 스마트 자동차 시장 현황 및 전망 [출처 : Strategy Analytics(2012)]

안전성, 편의성을 지향하는 스마트 자동차 기술

스마트 자동차 기술은 크게 안전과 편의 측면으로 나눌 수 있으며, 궁극적으로는 자율주행 기술로 발전해 나갈 것으로 전망된다.

•스마트 안전 측면 : 차량 결함, 충돌 등 위험 상황에서 운전자와 탑승자를 보호하여 교통사고를 예방하고 피해를 획기적으로 줄이는 기술

•스마트 편의 측면 : 자동차에 흥미를 부여하고 운전자 편의를 극대화하여 자동차를 가정, 사무실에 이은 제3의 주거공간으로 활용하는 기술(스마트카 표준화 동향, KATS, 2013)

•자율주행 : 차량에 설치된 센서나 카메라 등으로 교통신호, 차선, 장애물 등에 대한 정보를 수집하고, 이를 차량에 내장된 컴퓨터로 수집해 주변 상황에 맞게 차량을 운행하는 기술

1. 자동차 안전 기술
자동차 안전 기술은 자동차와 도로, 기후, 장애물 등의 주변 상황을 인식하여 자동차를 능동적으로 제어함으로써 안전도를 높이는 기술을 말한다. V2X(Vehicle to Vehicle, Vehicle to Infrastructure, Vehicle to Nomadic 등) 통신 기술과의 융합으로 교통사고를 획기적으로 줄일 수 있을 것이라고 기대되고 있다(표 1).

표 1. 자동차 안전 기술

2. 자동차 편의 기술
자동차 편의 기술에는 HMI(Human Machine Interface) 시스템, 모니터링, 운전 지원 단말, 무선 통신 등의 기술이 있으며 일부 기능은 현재 상용화되고 있다. 기존의 도난, 사고 등과 관련된 안전 기능에서 모바일과의 연동, 네트워크 업그레이드를 통해 통합 서비스가 시작됐다. 운전 중에 사용해도 안전에 문제가 없도록 음성 컨트롤에 초점을 맞추고 있으며, 디스플레이 방식 역시 HUD(Head Up Display) 등 운전에 방해를 주지 않는 방법이 연구되고 있다.

세계이동통신사업자협회(GSMA)는 전 세계 커넥티드 카 시장 규모가 2018년 400억 유로로 성장할 것이라고 예상했다. 엔터테인먼트 같은 정보 서비스 분야는 245억 유로로 가장 큰 비중을 차지하며, 하드웨어 69억 유로, 텔레매틱스 45억 유로, 통신은 40억 유로에 이를 것으로 전망했다.

한편 스마트폰의 앞선 IT 기술을 차량용 인포테인먼트 기술에 접목하려는 움직임도 나타나고 있는데, 이 중 대표적인 기술이 미러링크(MirrorLink)이다. 미러링크 솔루션은 CCC(Car Connectivity Consortium)에서 발표된 국제 표준 스마트 자동차 인포테인먼트 시스템 연결 솔루션으로, 현재 1.2 버전까지 발표됐다.

이것은 스마트폰을 자동차의 IVI (In-Vehicle Infotainment) 장치와 연동해 동일한 사용자 경험을 제공하는 서비스이며, 전문 시장조사기관인 ABI 리서치(ABI Research)는, 2018년까지 전 세계적으로 스마트폰과 연동되는 IVI 장치가 3천 5백만 대까지 증가할 것으로 전망했다.

3. 자율주행 기술
자율주행 자동차는 크게 센서, 프로세서, 알고리즘, 액추에이터 등으로 구성된다. 자율주행은 센서를 통해 차량 주변 환경에 대한 데이터를 수집한 후, 이 데이터를 프로세서에서 미리 정의된 알고리즘을 통해 그 결과를 해석하여 주행에 관한 의사결정을 내린 후, 액추에이터를 통해 실행된다. 이러한 일련의 과정에서 가장 중요한 것은 센서를 통해 수집된 대량의 데이터를 바탕으로 조향, 속도, 정지에 관한 의사결정을 내리는 소프트웨어 알고리즘이다.

무인자동차 부문에서 가장 앞서 있다고 평가 받는 구글이 끊임없이 무인자동차의 운행을 통해 정보를 수집하는 것 역시 더욱 더 완벽한 알고리즘을 만들어 내기 위해서이다. 지금은 레이더, 초음파, 카메라 등을 활용한 센서 기반 안전 기술에서 V2X(Vehicle to X, 인프라 연계 교통정보 통합)로 발전해 나가고 있다.

조남규 박사 _ 전자부품연구원 융합센서연구센터

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머신비전에서 말하는 ‘브라이트 필드’와 ‘다크 필드’란?

브라이트 필드(Bright field)와 다크 필드(Dark field)는 머신비전 전문가가 비전 검사에서 조명을 검토할 때 사용하는 용어다. 브라이트 필드와 다크 필드를 활용해 조명 각도를 조절하면 표면 검사를 진행할 때 검사하고자 하는 영역을 균일하고 선명하게 부각할 수 있어 업계에서는 일반적으로 활용하고 있다. 브라이트 필드에 대한 정확한 이해 머신비전 업계에서 일반적으로 사용하고 있음에도 불구하고 아직까지 브라이트 필드와 다크 필드에 대한 정확한 개념을 혼동하는 경우가 있다. 특히 많은 사람들이 브라이트 필드를 화각(FOV)과 혼동하곤 한다. 그러나 브라이트 필드와 화각(FOV)은 광학 및 이미징 분야에서 분명 서로 다른 개념이다. 브라이트 필드는 렌즈나 광학 장치에서 빛이 모이는 영역을 가리키는 용어로 빛을 모으거나 집중시키는 영역을 나타낸다. 반면 화각은 카메라나 눈이나 기타 광학 장치로 볼 수 있는 시야의 넓이를 말한다. 즉, 화각이 넓을수록 한 장면에서 볼 수 있는 영역이 넓어지는 것을 의미하는 것이다. 따라서 브라이트 필드는 광을 모으는 영역에 관한 것이고 화각은 시야의 넓이에 관한 것이라고 이해할 수 있다. 브라이트 필드는 아래 면이 거울이

AMR 활용한 공작기계 스핀들 연삭가공 자동화 시스템

오늘날 특히 인력 부족과 기술 전승의 문제에 대해서는 여러 다양한 업계에서 중요한 과제이며, 공작기계 업계에서도 설비의 복합화와 자동화 시스템의 수요는 해마다 증가하고 있다. (주)타이요코키에서도 로봇이나 갠트리로더, APC(Auto Pallet Changer) 시스템 등을 사용한 자동화 시스템은 증가하는 경향에 있다. 그 중에서 이 글에서는 (주)타이요코키가 시티즌머시너리주식회사에서 공급받은 여러 대의 ‘CNC 복합 원통연삭반’, ‘CNC 복합 내면연삭반’ 및 2대의 ‘DMG모리세이키제 AMR(Autonomous Mobile Robot) WH-AMR’을 사용한 공작기계 스핀들의 연삭가공 자동화 시스템에 대해서 소개한다(그림 1). AMR 연삭가공 라인의 구성 다음의 설비·공정이 시티즌머시너리주식회사의 제안으로 (주)타이요코키가 공급받은 라인 구성이다(그림 2). ※센터 구멍 연삭반, 수축끼워맞춤 장치, 세정기 장치는 다른 메이커의 설비. ① IN 스토커 (타이요코키제) ↓ ② 레이저 마커 (시리얼 No., QR 코드를 각인/타이요코키제) ↓ ③ 센터 구멍 연삭 ↓ ④ 세정기 ↓ ⑤ 외경 연삭(거친가공) ※CNC 복합 원통연삭반 (타이요코키제) ↓ ⑥ 수축끼