ADAS 및 자율 주행 개발 및 솔루션

반도체 및 인공지능(AI) 기술의 급속한 발전으로 인해 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)은 많은 차량에서 표준 장비로 자리 잡았으며, 자율 주행은 점차 미래 자동차 개발의 중심으로 부상하고 있습니다. 이 첨단 기술은 카메라, 레이더, 센서 및 소프트웨어를 활용하여 운전자가 위험을 자동으로 감지하고 필요 시 차량 제어까지 수행함으로써 사고 발생률을 줄이는 데 기여합니다. 이 기사에서는 ADAS와 자율 주행 기술의 발전, 관련 제품 및 솔루션을 소개합니다.

ADAS는 인간의 실수로 인한 사고를 감소시킵니다

ADAS는 주차 및 내비게이션과 같은 기본 작업에서 운전자를 돕기 위해 다양한 컴퓨터 비전 기능을 수행하는 디지털 기술 모음을 나타내며, 스마트하고 안전한 운전의 미래를 예고합니다. ADAS는 적응형 크루즈 컨트롤부터 자동 주차 시스템까지 다양한 하위 시스템을 포함할 수 있습니다. 이러한 시스템은 오늘날 충돌 사고의 90% 이상을 차지하는 인간의 실수로 인한 사고를 방지하는 것을 목표로 합니다.   가장 발전된 ADAS 안전 기술은 많은 운전 관련 기능을 자동화하고 향상시켜 안전성을 높이고 올바른 운전 작업을 보장할 수 있습니다. 이러한 하위 시스템은 크게 두 가지 유형으로 구분할 수 있습니다. 운전자 인식을 향상시키는 차선 이탈 경고 시스템 및 사각지대 감지와 같은 수동 ADAS 시스템과 자동 긴급 제동(AEB), 적응형 크루즈 컨트롤(ACC), 차선 유지 보조(LKA), 차선 중심 유지(LC)와 같이 행동을 취하는 능동 ADAS 시스템입니다.    ADAS는 운전자가 교통 상황을 인지하고, 운전 행동을 분석하고 이해하며 클라우드 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅, 센서 데이터 수집 및 분석과 결합된 예측 기술을 사용할 수 있도록 지원합니다. 이러한 시스템은 차량의 잠재적 문제를 사전에 운전자에게 알리고 사용자가 유지보수를 수행하여 안전을 보장하도록 경고할 수 있습니다.

ADAS에 사용되는 센서 및 소프트웨어 기술

ADAS는 차량 안전을 향상시키고 다양한 자율주행 기능을 제공하기 위해 다양한 센서를 사용하며, 그중 네 가지 일반적인 유형의 센서를 포함합니다. 첫째, 카메라 센서는 비용이 낮아 널리 사용되며, 카메라 기반 솔루션은 ADAS에서 가장 널리 퍼진 센서 기술입니다. 둘째, 밀리미터파 레이더 센서는 전파를 생성하여 물체와의 거리 및 전파를 계산하며 일반적으로 충돌 회피 시스템의 일부로 사용됩니다. 셋째, 라이다(LiDAR) 센서는 레이저를 사용하여 거리를 감지하고 사람 및 지리적 이상 현상도 감지할 수 있습니다. 넷째, 초음파 센서는 주로 주차 지원 및 자동 주차 시스템에 사용됩니다.   센서 외에도 소프트웨어는 중요한 역할을 하며, 인간과 차량 자동화 시스템 간의 연결을 개선하기 위한 인간-기계 인터페이스(HMI)가 포함됩니다. 또한, AI 기술은 도로상의 다양한 차량과 보행자를 인식하고 긴급 상황에서 차량 제어에 개입하여 중요한 역할을 합니다.   ADAS와 자율주행은 서로 다른 기술입니다. ADAS는 전체적인 운전 안전성을 높이기 위한 기술 모음이며, 자율주행은 인간의 개입 없이 차량이 스스로 운전할 수 있는 능력을 의미합니다. 그러나 ADAS가 운전자를 대체하는 것은 아니라는 점을 강조하는 것이 중요합니다. ADAS 기술의 주요 목적은 도로 안전을 향상시키는 데 있으며, 차량이 더욱 편리하고 오락 기능을 갖추게 되었다고 하더라도 운전자는 여전히 차량 운전에 집중해야 합니다.

주요 ADAS 스마트 센서 및 애플리케이션 프로세서

ADAS는 다양한 시스템과 부품들로 구성되어 있습니다. 아래는 참고하실만한 몇 가지 중요한 제품입니다.   첫째, Infineon의 XENSIV™ BGT60ATR24C는 자동차용 60 GHz 레이더 센서로, 소형 패키지에서 초광대역 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 작동이 가능합니다. 이 센서는 4 GHz 대역폭과 2개 송신 채널(TX) / 4개 수신 채널(RX)을 지원하며, 디지털 인터페이스를 통해 구성 및 데이터 획득이 가능하고, 독립 작동을 위한 통합 상태 기계가 포함되어 있으며, 최저 전력 소비를 위해 최적화된 전력 모드로 독립적인 데이터 획득을 수행할 수 있습니다. 또한, AEC-Q100/101 인증을 받았습니다.   이 새로운 스마트 제스처 인식 센서는 주파수(RF) 프런트엔드, 아날로그 베이스밴드(ABB), 아날로그-디지털 변환기(ADC), 위상 고정 루프(PLL), 메모리(e.g., FIFO), 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI) 등 여러 블록을 포함합니다. BGT60ATR24C는 단일 칩셋 내에서 높은 수준의 통합을 제공합니다.   BGT60ATR24C의 핵심 기능은 송신 채널(TX)을 통해 FMCW 신호를 전송하고, 목표 물체에서 돌아오는 에코 신호를 4개의 수신 채널(RX)로 수신하는 것입니다. 각 수신 경로에는 베이스밴드 필터링, 전압 이득 증폭기(VGA), ADC가 포함됩니다. 디지털화된 출력은 FIFO에 저장되고, 데이터는 외부 호스트, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU) 또는 애플리케이션 프로세서(AP)로 전송되어 레이더 신호 처리를 실행합니다.   Infineon의 새로운 스마트 센서는 이미 MulticoreWare와 Cadence Vision P6 DSP를 사용한 차내 레이더 감지(In-Cabin Radar Sensing)에 적용되었습니다. 차내 레이더 감지는 승객이 앉아있는지와 건강 상태를 모니터링할 수 있습니다. 이 기술은 심박수를 포함해 생체 신호 추적 및 모니터링에 탁월하며, 차량이 잠겨 있을 때 어린이의 존재를 감지할 수도 있습니다. 추가로 침입 경고 기능을 제공하여 차량의 전반적인 보안을 향상시킵니다.   또한, NXP는 자동차에 효율적이고 안전한 AI 처리 기능을 제공하는 i.MX 95 애플리케이션 프로세서를 출시했습니다. NXP의 새로운 i.MX 95는 ASIL-B 및 SIL2 안전 표준을 충족하는 유연한 이종 컴퓨팅 도메인을 통해 지능형 엣지 애플리케이션(자동차 포함)에서 혼합 중요 기능을 처리할 수 있도록 설계되었습니다. 이 프로세서는 전자 콕핏(eCockpit) 및 연결성 도메인을 위한 안전하고 효율적인 AI 처리 기능을 제공합니다.   NXP i.MX 95 시리즈 애플리케이션 프로세서는 멀티코어 고성능 컴퓨팅, 몰입형 3D 그래픽스, NXP eIQ® Neutron 신경 처리 장치(NPU)가 통합되어 머신러닝 및 첨단 엣지 애플리케이션을 가능하게 합니다. 이 프로세서는 자동차, 산업, IoT 분야에 활용될 수 있습니다.   충돌 방지 애플리케이션을 위해 OEM 및 1차 공급업체는 이제 저렴하고 신뢰할 수 있는 이미징 레이더 센서 기술을 보다 쉽게 이용할 수 있게 되었습니다. NXP는 16nm FinFETS32R41 자동차 이미징 레이더 프로세서 및 TEF82xx RFCMOS 트랜시버를 포함하는 전용 칩셋을 듀얼 캐스캐이딩 구성으로 도입했습니다.   NXP의 레이더 칩셋은 4D 이미징 레이더 센서를 통해 높은 비용 효율성과 성능을 제공하며, 48개 채널, 1도 방위각 해상도, 2도 고도 해상도, 차량에 대해 최대 370미터의 탐지 범위, 휠 림이 없는 타이어에 대해 최대 130미터의 탐지 범위를 지원합니다.

자율주행 기술이 차세대 차량의 주요 개발 요소로 떠오르고 있습니다

자율 주행 기술은 차세대 차량 개발에서 부인할 수 없는 중요한 구성 요소로 자리 잡았습니다. Tesla와 같은 기업은 이미 첨단 자율 주행 보조 시스템을 도입했습니다. 그 중에서도 LiDAR 센서를 기반으로 하는 ADAS는 자율 주행 차량에서 가장 혁신적이고 효율적인 기술 중 하나입니다. Vision 기반 및 레이더 시스템과 결합되었을 때, LiDAR 시스템은 ADAS에서 고도로 정확한 객체 검출 및 인식을 제공합니다. 레이더, LiDAR, 및 Vision 기반 시스템의 통합은 보다 안전한 자율 주행 경험을 효과적으로 제공합니다.    LiDAR 센서는 보이지 않는 레이저 빔을 방출하여 주변의 객체를 감지하고, 가까운 곳이나 먼 곳의 객체를 스캔하여 디스플레이에 객체와 주변 환경의 3D 지도를 생성합니다. 자동차 애플리케이션에서는 대부분의 LiDAR 센서가 차량의 위쪽에 장착됩니다. 이 센서들은 연속적으로 회전하며 매초 수천 개의 레이저 펄스를 생성합니다. LiDAR로부터 방출되는 고속 레이저 빔은 차량의 360도 주변을 지속적으로 방출되며 도로 위의 객체에서 반사됩니다. 고급 머신 러닝 알고리즘을 활용하여, 이 활동에서 수신된 데이터는 실시간 3D 그래픽으로 변환되며, 일반적으로 주변 객체의 3D 이미지 또는 지도로 표시됩니다.   Arrow Electronics의 자회사인 eInfochips는 비전 기반, 레이더 및 LiDAR 센서를 활용하여 ADAS 시스템을 설계하고 개발하는 데 자동차 기업을 지원하는 자동차 엔지니어링 서비스 및 솔루션 제공업체로 활동하고 있습니다. 2024 Embedded World (#ew24) 전시회에서 eInfochips는 동적 장애물을 피하며 포인트 간 탐색이 가능한 자율 이동 로봇(AMR)을 선보였습니다. 이 로봇은 Time of Flight (ToF) 센서, 이미징 센서, 관성 측정 장치(IMU) 등의 첨단 기술을 특징으로 하며, NVIDIA 메인 프로세서를 기반으로 작동합니다. 모터 제어와 전력 관리(배터리 포함)는 ADI 구성요소에 의해 처리되어 복잡한 설계 역량을 입증했습니다.   카메라 모듈 또한 자율 주행 애플리케이션에서 필수적인 구성 요소입니다. D3 Engineering의 DesignCore® 카메라 시리즈는 최고 수준의 안전성과 정밀도를 요구하는 임베디드 비전 애플리케이션에 적합합니다. 이 카메라는 고객의 생산 시스템을 위한 빠른 프로토타이핑과 맞춤형 설계를 가능하게 합니다. D3의 고성능 카메라 포트폴리오는 새로운 DesignCore® Discovery, Velocity, Chroma 시리즈를 포함하며, 각 시리즈는 이미지 품질을 극대화하도록 설계되었습니다. 이 카메라는 고해상도 및 넓은 조리개를 통해 광 신호를 향상시키고, 즉시 사용할 수 있는 AI 애플리케이션에 최적화되었습니다.   onsemi의 AR0234CS도 자율 주행 애플리케이션에 매우 적합합니다. 이는 1/2.6인치, 2.3MP CMOS 디지털 이미지 센서로 글로벌 셔터와 1920 (H) x 1200 (V)의 활성 픽셀 배열을 갖추고 있습니다. 이 센서는 혁신적인 글로벌 셔터 픽셀 설계를 사용하여 움직이는 장면을 정확하고 신속하게 캡처하며 완전 해상도로 초당 120 프레임을 처리합니다. 어두운 상황과 밝은 장면 모두에서 선명하고, 저소음의 이미지를 생성합니다. AR0234CS는 업계 최고의 글로벌 셔터 효율을 제공하며, 매우 선명하고 뚜렷한 디지털 이미지를 생성하여 자율 주행 애플리케이션에 적합한 연속 비디오 및 단일 프레임 캡처 모두에 이상적입니다.   자율 주행 기술은 여전히 그 역량을 완전히 입증하려면 더 많은 시간이 필요하지만, 엣지 컴퓨팅 성능의 지속적인 개선은 자율 주행 기술의 성숙이 멀지 않았음을 시사합니다. 한편, AMR은 도로 위 승객 차량에 적용되기 전에 시장이 보다 강력한 AI 알고리즘을 준비하도록 계속해서 도울 것입니다.   산업체들이 운영 효율성을 추구하면서 모바일 로봇의 출하량이 급증함에 따라, NVIDIA는 차세대 AMR 애플리케이션을 지원하기 위한 새로운 플랫폼을 출시하고 있습니다. NVIDIA의 Isaac AMR은 모바일 로봇에 고급 자율성을 제공하며, 첨단 매핑, 자율성 및 시뮬레이션 기능을 제공합니다. 이는 AMR을 시뮬레이트, 검증, 배포, 최적화, 관리하기 위한 플랫폼으로 엣지에서 클라우드에 이르는 소프트웨어 서비스, 컴퓨팅, 참조 센서 및 로봇 하드웨어 세트를 포함하여 AMR의 개발 및 배포 속도를 가속화해 비용을 절감하고 시장 출시 시간을 단축합니다.

결론

ADAS와 자율 주행 기술의 지속적인 발전은 우리를 새로운 교통수단의 시대로 이끌고 있습니다. 이러한 기술이 성숙해지면서 ADAS는 보다 안전하고 편리한 운전 경험을 제공하며 완전한 자율 주행의 기반을 마련하고 있습니다. 완전 자율성을 구현하기 위해서는 기술적 복잡성, 법적 및 윤리적 문제를 포함한 수많은 과제들이 존재하지만, 이 분야에서의 혁신과 진보가 빠르게 이루어지고 있다는 것은 부인할 수 없습니다. 공간 제약으로 인해 이 기사에서 논의된 솔루션은 관련 애플리케이션의 일부만을 다루고 있습니다. ADAS 시스템 설계 방법 및 구성 요소와 관련된 더 많은 정보를 원하시면 Arrow Electronics에 직접 문의하시기 바랍니다.