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자율주행차용 첨단센서 관련 표준 이슈

자율주행차용 첨단센서 관련 표준 이슈

자율주행차를 위한 주요 첨단센서 기술

2018년 12월 구글 웨이모의 유료 자율주행 서비스 출시와 2019년 7월 자율주행차에 승객 탑승 허가 취득 등으로 자율주행차 상용화에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 이러한 자율주행차에는 다양한 센서가 사용되고 있다. 자동차의 안정적인 주행을 위해서는 관성센서, 위성항법센서, 초음파 센서, 압력 센서 등을 비롯하여 온도, 습도, 조도 등에 관한 환경 센서 등 다양한 센서가 사용되고 있으며, 특히 자율주행을 위한 핵심 센서로는 카메라, 레이더(RADAR) 및 라이다(LiDAR)가 주목을 받고 있다. 카메라는 분류 및 객체 인식 부분에 있어 최상의 기능을 보장하며, 현재 상업적으로 가장 활용도가 높은 센서 옵션이다. 카메라의 주요 구성요소인 CMOS 이미지 센서는 예쁜 사진을 찍던 시대부터 발전하여 이제는 ‘보기 전용’이 아닌 ‘보기+감지’ 기능으로 발전하고 있다. 카메라 센서는 전방의 차선 인식을 이용한 첨단운전자지원시스템(Advanced Driver Assistance, ADAS)을 시작으로 보행자와 장애물 인식 및 교통 신호등 인식과 같은 기능을 이용한 자율 주행에 사용된다. 하이 다이내믹 레인지(High Dynamic Range, HDR)를 갖는 카메라 센서는 비교적 어두운 상황에서도 주변 환경을 인식하기 위한 용도로 활용된다. 또한 가능한 한 원거리에서 사물을 인식하기 위하여 고해상도 센서를 사용하기도 한다. 하지만, 카메라는 심한 안개나 폭우 또는 폭설 등의 날씨 환경을 극복하기에는 어려움이 있다. 따라서 이러한 환경을 극복하고, 수 백 미터 이상의 거리에 있는 물체를 식별할 수 있는 레이더 센서의 사용이 크게 증가하고 있다. 레이더는 전파를 사용하기 때문에 상대적으로 외부 오염에 영향을 받지 않으므로 시야가 좋지 않은 야간이나 악천후일 때 강하다. 그러나 파장이 길어 광선에 비하면 반사가 약하다는 단점이 있으므로 작은 상자와 같이 작은 대상물이나 장애물은 발견하지 못할 수도 있다. 라이다는 광선이 반사되는 정도로 거리, 형태, 재질 등을 판별하며 카메라보다는 악천후 조건에 강하고 레이더보다 파장이 짧아 양쪽의 장점을 가진 센서로 자율주행 시스템에서 많이 사용하고 있지만, 상대적으로 고가라는 단점이 있다. 고속도로 등 한정된 환경에는 카메라와 레이더의 조합으로 자율주행이 충분히 가능하지만 복잡한 시가지 자율주행에는 수 cm 단위의 정확도로 대상을 측정할 수 있는 라이다가 필수적이며, 실제로 자율주행차 대부분은 라이다를 채용하고 있다. 라이다도 빛을 이용하기 때문에 오염에 취약하므로, 이를 위해 라이다 클리닝 시스템이 채용되기도 한다.

자율주행차의 첨단센서 관련 국제 표준화 동향

이러한 첨단센서들과 관련된 국제 표준은 ISO와 IEC의 여러 기술위원회에서 다루고 있으며, 주요 관련 기술위원회는 다음과 같다.

  • ISO TC 22 Road vehicles
  • ISO TC 204 Intelligent transport systems
  • IEC TC 47 Semiconductor devices
  • IEC TC 65 Industrial-process measurement, control and automation
  • IEC TC 69 Electric road vehicles

ISO TC 22에서는 자동차 전반적인 표준을 다루고 있으며, 특히 자동차 전장 시스템의 기능 안전성 표준인 ISO 26262를 제정하였다. ISO TC 204는 지능형 교통 정보 시스템 관련 표준을 다루고 있으며, 자율 주행을 위한 도로 환경 시스템 표준을 포함한다. IEC TC 47에서는 반도체 소자 관련된 전반적인 표준을 다루고 있으며, 특히 SC 47E에서는 개별 반도체 소자와 함께 반도체 센서 표준을 다루고 있다. IEC TC 65는 ISO 26262의 모태가 된 전자 시스템의 기능 안전성 표준을 만든 기술 위원회이다. IEC TC 69는 전기 자동차 관련 표준을 다루고 있다. IEC TC 47/SC 47E에서 제정된 센서 관련 표준은 다음 표와 같다.

표준 번호 제정일자 표준 제목
IEC 60747-14-1:2010 2010-01-21 Generic specification for sensors
IEC 60747-14-2:2000 2000-11-09 Semiconductor sensors - Hall elements
IEC 60747-14-3:2009 2009-04-29 Semiconductor sensors - Pressure sensors
IEC 60747-14-4:2011 2011-01-27 Semiconductor accelerometers
IEC 60747-14-5:2010 2010-02-11 PN-junction semiconductor temperature sensor
IEC 60747-14-10:2019 2019-11-13 Performance evaluation methods for wearable glucose sensors
IEC 60747-18-1:2019 2019-05-20 Semiconductor bio sensors - Test method and data analysis for calibration of lens-free CMOS photonic array sensors
IEC 60747-18-3:2019 2019-12-11 Semiconductor bio sensors - Fluid flow characteristics of lens-free CMOS photonic array sensor package modules with fluidic system
IEC 60747-19-1:2019 2019-11-22 Smart sensors – Control scheme of smart sensors

IEC TC 47 및 SC 47E에서 제정이 추진되고 있는 센서 관련 표준 기술은 다음 표와 같다. PWI는 Preliminary Work Item으로 새롭게 표준을 준비하고 있는 내용이며, 관련 표준이 추가로 진행될 것으로 예정되어 있다.

표준 번호 표준 제목
IEC 60747-14-11 ED1 Semiconductor devices - Part 14-11: Semiconductor sensors - Test method of surface acoustic wave based integrated sensor for measuring ultra violet, illumination and temperature
IEC 60747-18-2 ED1 Semiconductor devices - Part 18-2: Semiconductor bio sensors - Evaluation process of lens-free CMOS photonic array sensor package modules
IEC TS 60747-19-2 ED1 Semiconductor devices - Part 19-2: Smart sensors - Indication of specifications of smart sensors and power supplies to drive smart sensors
PWI 47A-9 Semiconductor devices - Fault test method for automotive vehicles - Part 2 Electromagnetic Susceptibility from automotive RADAR

시사점

최근의 첨단 센서 관련 표준화 추진의 방향은 스마트 센서와 바이오센서 등이며, 자율주행 자동차 관련된 레이더나 라이다 등에 관련된 센서 표준도 지속적으로 추진될 것으로 예상된다. 외국의 경우 NXP Semiconductors, Texas Instruments, Intel, Analog Devices, Freescale, Infineon, Melexis, Rohm, Sony, Toshiba, Renesas, Denso, WolksWagen, Valeo, Daimler, AirBus 등 많은 반도체 관련 주요 기업에서 적극적으로 참여하고 있으나, 국내의 주요 기업들은 참여하고 있지 않은 실정이다. 국내 관련 기업에서도 관련 표준에 관심을 가지고 국제 표준 제정에 적극적으로 참여하여 세계 시장에서의 우위를 점할 수 있기를 바란다.