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글로벌오토뉴스 채영석 국장은 30년 동안 자동차 전문기자로 활동해 왔으며 인터내셔널 엔진 오브 더 이어, 월드 카 오브 더 이어의 심사위원이다. 골드만 삭스 등 투자은행들과 다른 시각으로 산업 분석을 해 오고 있다. 지금까지 3,000종 이상의 차를 타고 시승기를 쓰고 있으며 세계적인 모터쇼와 기술세미나 등에 참석해 글로벌 차원의 트렌드 분석에 힘을 쏟고 있다. 2013년 골드만 삭스가 유가 200달러 시대를 이야기했을 때 역으로 유가 폭락 가능성이 있다는 칼럼을 쓰기도 했다.

107. 자율주행차 – 13. 저가 고정형 라이다, 자율주행 기술 이끈다.

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2020-02-11 20:02:51

본문

자율주행의 프로세스는 감지와 연산, 실행으로 구성된다. 좀 더 구체적으로는 자기 위치 추정과 외부 인식, 행동 계획, 차체 제어 등으로 세분된다. GPS나 센서로 자차는 물론이고 주변의 보행자나 자동차, 저전거, 동물 등 움직이는 대상물의 위치를 추정해 스스로 차체를 제어하면서 목적지까지 이동하는 것이다. 자동차용 센서는 이미 200~250개가 필요한 상태다. 이런 센서와 딥 러닝 등 인공 지능이 결합하면서 ADAS 기술은 한층 빠른 속도로 진화하고 있다. 이 중 감지, 즉 외부 인식에서 가장 중요한 기능을 수행하는 라이다(LiDAR), 즉 라이트(Light) 레이저의 저가형 모델이 등장하면서 상황이 급변하고 있다. 라이다의 현황에 대해 짚어 본다.

 

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

 

감지와 인식을 위한 장비로는 카메라 센서와 레이더, 그리고 라이다가 있다. 카메라 센서는 예를 들어 도로상에서 전고가 2미터, 전폭 1.8미터, 전장 5미터 가량의 각진 형태의 움직이는 물체에 대해 자동차라고 인식한다. 물론 똑 같은 자동차라고 해도 이동하면서 각도가 달라지기 때문에 인식하는 크기도 달라진다. 두 발로 직립 보행하면 사람이고 네 발로 움직이는 물체는 동물로 인지한다.

 

밀리파 레이더는 전파를 조사해 반사파를 캐치해 거리나 방향, 대상물의 크기 등을 파악한다. 측정 가능 거리는 100~200미터 이내다. 주파수를 이용한 센싱 수법으로 비나 눈 등 악천후의 영향을 받지 않는다는 것이 장점이다. 주로 앞 차와의 거리를 측정하고 충돌 위험성을 감지하는데 이용된다. 밀리파 레이더는 악천후에도 사용할 수 있지만 보행자나 가로수 등 비금속 대상물의 형태를 잘 인식하지 못한다.

 

라이다(LiDAR)는 원리는 밀리파 레이더와 같지만 전파가 아닌 빛을 사용한다. 펄스상의 레이저를 조사해 그 반사광과의 시간차를 측정함으로써 대상까지의 거리와 3차원 형상의 정보를 취득할 수 있다. 그 형상정보와 고정밀 디지털지도와의 매칭에 의해 자차 위치를 확인할 수 있다. 때문에 신호등과 도로표지, 건물 등 정적 지도는 정확하게 측정 가능하다. 긴급 제동장치를 위해 전방에만 사용하는 경우도 있으며 360도 카메라를 차체 지붕 위에 달고 있는 예도 있다.

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라이다는 측정거리가 초기에는 50~100미터 정도로 짧았지만 지금은 200미터까지 가능한 제품도등장하고 있다. 대상 분석력이 비디오 카메라나 밀리파 레이더보다 높고 어둠 속에서도 사용이 가능하다. 라이다는 야간에도 사용 가능하고 보행자나 비금속도 인식하며 대상물의 형태도 비교적 정확하게 파악할 수 있지만 악천후에는 대응하지 못한다. 또한 동적으로 변화하는 신호등과 도로 표지, 도로 공사 현장, 보행자의 움직임을 식별하지 못한다.

 

그래서 카메라와 레이더, 라이다가 연동하는 융합 알고리즘에 많은 공을 들이고 있다. 다만 라이다는 고가의 장비라는 점 때문에 테슬라 같은 경우에는 레이더와 카메라만으로도 오토파일럿이 가능하다는 생각으로 자율주행 기술을 개발해 오고 있다.

 

하지만 자율주행차의 실험 주행을 할수록 라이다는 반드시 필요한 장비로 떠 오르게 되었다. 구글이 당초 2018년 완전 자율주행차의 구현을 주장했었으나 실현되지 못한 것이라든지 전통적인 자동차회사들도 2020년 레벨5의 자율주행차 출시를 선언했으나 지금으로서는 라이다가 없이는 현실적으로 불가능하다는 쪽으로 의견이 모아지고 있는 상태다. 물론 여전히 카메라만으로 모든 것을 해결한다고 주장하는 업체도 있다.

 

어쩄거나 카메라 센서와 레이더, 레이저 스캐너, 즉 라이트 레이더로부터 감지한 정보를 통합해 종합적인 연산을 해야 다음 단계로 나갈 수 있다는 얘기이다.

 

라이다의 선구자 벨로다인, 100달러 저가형 제품 선보여

 

자율주행차용 3차원 라이다의 선두주자는 미국 벨로다인사다. 1983년 설립되어 2005년에 세계 최초의 3D실시간 라이다 센서를 발명해 특허를 취득했다. 벨로다인사의 라이다는 2010년대 전반부터 구글과 토요타 등의 자율주행차에 채용되어 실적을 쌓아왔다. 2019 CES에서는 초광각 180도 × 180도 이미지를 촬영할 수 있는 작은 크기의 내장형 라이다 벨라돔(VelaDome)과 벨라(Vella)를 선보였다.

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벨라돔은 특허 기술인 'MLA' (MICRO LIDAR Array)가 적용되어 보행자나 자전거 등의 감지 성능을 크게 향상시켰다. 벨라는 반도체를 이용한 라이다인 벨라레이를 기반으로 한 ADAS 솔루션이다. 카메라와 레이더를 이용하는 기존 시스템보다 효율이 높고, 차로 유지 보조와 자동 비상 브레이크, 어댑티브 크루즈 컨트롤 등의 첨단 운전자 지원 기능을 적용할 수 있다.

 

벨로다인이 내놓은 초기의 360도 라이다의 가격은 7만 5,000 달러에 달해 실 차에 적용하기에는 어려웠다. 뿐만 아니라 지붕 위에 탑재되어 회전하는 형태로 탑재해야 하거나 혹은 네 모퉁이에 탑재해 자동차의 스타일링 디자인에 변화를 요구하고 있다는 점도 걸림돌이다.

 

고가라는 점 때문에 짝퉁 논란이 일기도 했었다. CES2019에서 중국의 로보센스라는 업체가 내놓은 제품이 벨로다인제의 라이다 기술을 복재했다는 지적이 나온 것이다. 외관이 아주 비슷할 뿐 아니라 레이저광으로 차량의 주위를 스캔하는 회전기구 등 부품 매치와 메커니즘에 공통점이 많았기 때문이다. 로보센스는 중국 심천에 본사를 두고 있는 스타트업 기업으로 2014년에 설립됐다. 자율주행차와 자동 주행 로봇 등에 라이다를 공급하고 있다. 이는 라이다의 개발 경쟁이 심해지고 있다는 반증이기도 하다.

 

라이다의 개발 경쟁이 격화된 것은 저비용화와 감지범위의 확대 여지가 크기 때문이다. 미래의 자율주행차 시장에 어필 할 수 있는 기회가 많다는 얘기이다. 라이다 센서 산업은 5년 안에 18억 달러 규모의 시장으로 성장할 것으로 보인다는 전망이 그런 예측을 가능하게 한다. 그러면서 현실적으로 실차에 탑재할 수 있는 합리적인 가격의 제품에 대한 요구가 발생했고 그에 맞춰 100~200달러 선의 저가형 라이더의 개발이 이루어지고 있는 것이다.

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벨로다인은 2020 CES에서 벨라비트 (VelaBit)라는 이름의 새로운 라이다 센서를 공개했다. 벨라비트는 회전형이 아닌 고정형으로 센싱 범위는 100미터로 가격은 100달러이다. 저렴한 만큼 최대 감지 범위가 좁다는 한계는 있다.

 

벨라비트는 자율 주행 차량뿐만 아니라 ADAS 장비가 장착된 차량에 장착되도록 설계되었다. 60도의 수평 시야각 (FoV)과 10도의 수직 시야각을 가지고 있으며, 컴팩트한 크기 (카드 한 벌보다 작은 크기)는 차량 내부에 장착하기 용이하다.

 

CES2020에서 새로운 센서를 발표한 회사는 벨로다인 만이 아니다. 보쉬는 넓은 시야를 가진 새로운 장거리 라이다로 라이다 센서 시장에 뛰어들었다. 본격적으로 제품을 소개하지는 않았지만 이 부문에서 다른 업체들보다 높은 경쟁력을 갖추고 있다는 평가를 받고 있다. 보쉬는 티어 1 공급업체인 만큼 전 세계 자동차 산업에 라이다 센서를 공급할 수 있는 규모와 자원을 가지고 있다.

 

ZF는 고성능 센서 솔루션 업체 ams와 자동차용 라이다 센서 전문업체인 이베오(Ibeo)오토모티브 시스템과 고정형 라이다를 개발하고 있다.

 

발레오도 CES2019 를 계기로 라스베가스에서 자사 라이다를 채용한 시험 차량으로 데모 주행을 했다. 급가속과 스티어링 조작은 부드럽고 자율주행차라는 것을 인식하지 못할 정도라는 평가를 받았다.

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이 차량에는 8개의 라이다가 탑재되어 있다. 6개로 차량 주의의 상황을 인식하고 나머지 두 개는 자율주행용 지도 작성에 사용한다. 여기에서 지도는 동적 지도를 말한다. 가격은 한 개 당 수천 달러로 보급 가격대의 승용차와 차세대 이동서비스 MaaS 차량에 탑재하는 것은 어렵다. 이 때문에 발레오도 레이저를 조사하기 위한 기계식 가동부분을 없애고 고정형으로 하는 3세대를 개발하고 있다.

 

발레오 외에도 기계식 가동부분이 없는 구조의 라이다를 제안하는 업체는 많다. 스타트업 회사인 미국 셉톤 테크놀러지는 빔을 주사하는 기술에 모터에 의한 회전기구를 채용하지 않는 고정형 라이다를 개발하고 있다. 드론 제조 전문 DJI도 라이다 시장에 뛰어 들면서 경쟁은 더욱 치열해지고 있다.

 

토요타 및 볼보 등과 제휴관계에 있는 미국 스타트업 기업 루미나 테크놀러지의 라이다는 허리와 어깨를 포함한 인간의 자세를 지금까지의 라이다로는 어려웠던 세밀함까지 감지할 수 있는 것이 특징이다. 또한 250미터 떨어진 대상물도 감지 가능하다고 한다. 이런 점을 평가해 토요타는 2018년에 자율주행차의 라이다를 벨로다인제에서 루미나제로 변경했다.

 

자율주행 기술이 빠르게 발전하면서 라이더는 필수 장비로 부상해 있다. 카메라와 레이더, 라이다를 동시에 배치하면 최대의 안전을 보장할 수 있기 때문이다. 2륜차가 접근할 때 레이더는 좁은 실루엣과 플라스틱 페어링을 감지하기 어려울 수 있다. 또한 카메라에 과도한 빛이 비쳐지면 현혹될 수도 있다. 따라서 세 가지 기술이 서로 완벽하게 보완되고 모든 주행 상황에서 신뢰할 수 있는 정보를 제공해야 한다.

 

100~200달러 수준의 저가형 라이다의 실용화가 속도를 내면 ADAS는 물론이고 자율주행 기술 발전도 빨라질 것으로 기대된다. 여기에 퀄컴이 엔비디아의 시스템온칩(SoC)의 연산속도 200TOPS를 훨씬 능가하는 700TOPS의 스냅드래곤 오토모티브 플랫폼을 발표하면서 이 부문의 기술은 예상보다 빠른 속도로 진화하고 있다. 조종간을 잡고 있는 시간이 3분여밖에 되지 않는 비행기 조종석에 여전히 조종사가 있듯이 조작류가 없는 완전 자율주행차의 구현은 셔틀이나 한정된 조건에서 주행하는 차량에 한정될 지라도 지금의 상황은 기술적으로는 충분히 레벨4 이상의 자율주행차가 눈앞에 와 있는 것은 분명해 보인다.

 

그러면서 자동차를 평가하려면 전기전자는 물론이고 컴퓨팅과 인공지능에 관한 지식도 있어야 하는 시대가 되고 있다.  

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