만도헬라일렉트로닉스가 후방안전 지원을 위해 국내 유일의 자동차 레이더 생산라인을 보유하고, 우리나라 도로 환경, 차량에 맞는 24GHz 레이더 제품을 개발 생산하고 있다. 이 레이더는 사각지대 검지, 차선변경 지원, 후방 교차충돌 경고, 후방 사전 충돌 경고의 4가지 기능을 한 번에 수행한다.



평일 낮 시간에 송도국제도시에 간다면 달라진 모습을 보기 힘들 것이다. 현대적 빌딩과 아파트, 잘 꾸며놓은 공원과 시원한 도로는 보겠지만 사람 사는 냄새, 활기찬 시티 라이프를 만날 수는 없다. 그런데 이건 송도의 한 단면일 뿐이다. 조금만 날이 풀리면 센트럴파크의 저녁은 조깅하는 사람들, 주말이면 인근 곳곳에서 찾아온 나들이 인파로 활기를 띤다. 어떤 사람은 밤에 나가보라고 권하기도 한다. 송도의 야경은 늘 늦은 시간까지 일하는 빌딩의 근로자, 내일을 준비하는 아파트 주민들의 불빛으로 아름답다. 송도의 이런 모습은 센트럴파크 부근에 위치한 만도헬라일렉트로닉스(MHE)와 오버랩된다. 2009년 8월 공장을 준공하고 입주한 한독합작법인 MHE는 내ㆍ외적으로 눈부신 성장을 해오고 있지만 밖에서 본 모습은 그저 고요할 뿐이다. 그러나 건물 내에 들어서면 어떤 OEM, 서플라이어보다도 밝고 활기 넘치는 임직원의 일과를 엿볼 수 있다. 국제적 업무 특성상 오후 4시가 지나면 더 분주해진다. MHE의 최신 24 GHz 레이더 개발 생산도 마찬가지다. 자동차의 후방안전을 지원하는 단거리 레이더는 리어 범퍼 속에 숨겨져 전혀 드러나지는 않지만 현대ㆍ기아 모델에서 현재 3가지 후방 운전자 지원 시스템(DAS) 기능을 수행한다. 또 그리 특별해 보이지 않는 레이더 생산 라인은 차량용 레이더로는 국내 유일 라인이라는 점을 알게 될 때 완전히 달라 보인다. 지난 1월 말 MHE를 찾았다. 




후방안전 지원 시스템   

MHE 연구개발 2팀의 이상훈 차장이 24 GHz 레이더에 대해 설명한다. 일반적으로 DAS는 크게 전방과 후방 애플리케이션으로 구분한다. 전방 애플리케이션은 적응형 순항제어(ACC), 차선이탈 경고(LDWS), 차선유지 지원(LKS), 표지판 인식(TSR) 등이 대표적이다. 이들 시스템은, 예를 들어 레이더 센서를 이용해 러시아워에서 앞차와 일정 거리를 유지하며 가감속을 자동화하는 트래픽 잼 어시스트(TJA)에 활용되기도 한다. 후방 애플리케이션으로는 사각지대 검지(Blind Spot Detection, BSD), 차선변경 지원(Lane Change Assist, LCA), 후방 교차충돌 경고(Rear Cross Traffic Alert, RCTA), 후방 사전충돌 경고(Rear Pre Crash, RPC) 등이 대표적이다. MHE가 포커스하는 부분이 바로 이 후방 DAS이며, 24 GHz의 단거리 레이더에 기반한다.
이 차장은 “24 GHz 레이더 세트는 마스터와 슬레이브 두 개 레이더 센서로 구성되며 차량의 리어 범퍼 양쪽 내에 숨겨진다. 예를 들어 BSD에서 레이더가 측면 차량을 검지하면 사이드미러에 내장된 LED 경고등이 켜지거나 헤드업 디스플레이에 경고 아이콘을 띄워 차선변경 시 측면 충돌 가능성을 경고한다”고 설명했다. MHE의 레이더 센서와 후방안전 애플리케이션은 현대ㆍ기아자동차의 일부 모델에서 덴소의 헤드업 디스플레이어 함께 옵션으로 제공되고 있다.  
BSD와 LCA는 주행 중의 측방향 충돌 위험을 경고하는 DAS다. BSD가 운전자의 차량에 바로 인접한 사각지대 내에 위치하는 다른 차량을 검지해 차선변경 시 충돌 위험을 경고하는 애플리케이션이라면, LCA는 좀 더 먼 거리에 대응하는 시스템이다. 운전자가 턴 시그널을 켜고 차선을 변경하려 할 때 후방 70 m 내에서 타깃 차량이 상대적으로 빠르게 다가와 사고 위험이 높을 경우 이를 경고해준다. 반면 RCTA는 직각 주차에서 차를 빼려고 후진하려 할 때 옆에 주차된 차에 가려 가로질러 오는 보이지 않는 이동 물체를 검지해 충돌 위험을 경고해준다. 레이더 센서는 20 m 내에서 근접하는 차를 검지한다.
이 차장은 “올 연말께면 MHE의 단거리 레이더 센서는 BSD, LCA, RCTA에 이어 RPC 기능도 수행할 수 있게 될 것이다. RPC는 동일 차선 내의 후방 차가 빠른 속도로 접근해 올 때 충돌 위험을 운전자는 물론 뒤차 운전자에게 알리는 기능을 한다. 이 애플리케이션은 운전자의 시트벨트 텐션을 미리 줘 자세를 잡아 주거나 헤드레스트를 최적화해 후방 충돌 시의 운전자 상해 최소화에 대비하는 식으로 안전도를 확장시킬 수 있다”고 설명했다. RPC는 돌진해오는 차에 대해 자차의 비상등을 자동화해 경고를 보낸다. 뒤차의 운전자가 스마트폰을 조작하거나 옆 사람과 이야기하는 등 운전부주의 상황에 있더라도 비상등을 통해 최소한의 광(光)경고를 해 주의를 환기시키는 시도를 한다.
김완일 연구소장은 “만도헬라의 24 GHz 센서는 기본적으로 경고 기능까지만 제공하고 있어 DAS로 분류하지만 추가적 애플리케이션 개발을 통해 스티어링, 제동 등을 연계시켜 얼마든지 능동안전 시스템으로 확대시킬 수 있다”고 설명했다. 이같은 경우 24 GHz 레이더 역할은 센싱과 관련 정보를 다른 시스템에 전달하는 것이고, 이후의 능동안전 시스템 개발은 현대ㆍ기아자동차와 같은 OEM, 만도와 같은 섀시 시스템 서플라이어의 몫이 된다.



시장의 지배자 헬라

BSD 등 대부분의 후방안전 지원 시스템은 24 GHz 레이더를 기반으로 한다. 초음파 센서의 이용은 극히 일부이고 몇몇 프랑스 서플라이어가 하고 있다. 헬라는 콘티넨탈, 발레오, 오토리브 등과 24 GHz 레이더 시장에서 경쟁 중이며 업계의 리더다. 헬라는 BSD용 레이더를 세계 최초 개발했고, 하나의 센서에서 BSD와 LCA 모두에 대응하는 레이더도 최초 개발했다.
토마스 호어(Thomas Hoer) 개발팀장은 “77 GHz 전방 레이더의 경우 보쉬, 콘티넨탈, 델파이 등 대형 서플라이어가 시장을 지배하고 있지만 후방 레이더는 헬라와 발레오가 장악하고 있다. 헬라의 시장점유율은 40%”라고 말했다.
헬라의 지배력에는 그만한 이유가 있다. 기본적으로 이 레이더 센서는 24 GHz 제품이기 때문에 다른 센서에 비해 비용 효율적이고, 센서 자체가 범퍼 내에 숨겨져 초음파 센서처럼 외부 디자인에 영향을 미치지 않는다. 그러나 최고의 강점은 헬라만이 센서 한 세트로 여러 DAS 기능을 동시에 구현할 수 있다는 점이다. 게다가 이 센서는 글로벌 OEM과의 다양한 협업을 통해 이미 많은 국가에서 해당 전파 인증을 마쳤다.
호어 팀장은 “헬라는 2005년에 BSD, LCA에 동시 대응하는 1세대 24 GHz 레이더를 개발해 아우디를 통해 처음 상용화했고, 원가경쟁력과 성능을 더욱 향상시킨 2세대 센서를 2009년부터 개발해 2011년에 역시 아우디를 통해 최초 상용화했다”고 소개했다. 헬라의 24 GHz 레이더는 폭스바겐, 아우디를 시작으로 BMW, 마쯔다, GM 등으로 공급처를 확대했고, 현재 MHE를 통해 현대ㆍ기아자동차의 여러 모델의 후방안전 향상에 기여하고 있다.
김 소장은 “헬라, MHE의 레이더 제품은 경쟁사 제품에 비해 가격이 더 비싸다. 경쟁사의 BSD 성능이 더 뛰어날 수 있겠지만 우리처럼 BSD, LCA, RCTA, RPC 기능을 동시에 구현할 수는 없다”고 말했다.
헬라는 현재 3세대 센서를 개발하고 있다. 3세대 센서는 성능이 더욱 높아지고 가격은 더욱 떨어질 전망이다. MHE는 3세대 센서가 쏘나타, 아반떼 등 중저가 차량에도 적용될 수 있을 것으로 보고 있다.

4가지 기능

24 GHz 레이더 개발팀은 K9을 통해 기능을 데모했다. 마스터, 슬레이브 센서는 후방 범퍼 내에 장착된다. 이 센서는 CAN을 통해 ECU와 연결되거나 하드와이어로 직접 사이드 미러, 헤드업 디스플레이, 스위치 등 HMI와 연결된다. 운전자는 스위치를 이용해 원치 않을 때 경고등을 아예 작동하지 않도록 할 수 있다.
이들 DAS의 시각적 경고는 두 가지 형태다. 예를 들어 BSD 영역에 차가 있으면 사이드미러의 LED가 켜지고, 이 상태에서 운전자가 턴 시그널을 넣고 차선을 바꾸려 하면 경고등이 점멸한다. LCA의 경우에도 후방 차가 빨리올 때 불이 켜지고 이 상태에서 운전자가 턴 시그널을 켜면 경고등이 점멸한다. K9의 경우에는 시각적 경고 외에도 스티어링 휠 및 시트 진동을 추가하고 있다. 정진혁 대리는 “시스템은 턴 시그널로 운전자의 차선변경 의사를 인식한다. 턴 시그널을 켜지 않으면, 예를 들어 경고등이 점멸하는 2차 경고가 작동하지 않는다. 이것은 길이 굽어 그런 것인지, 실제로 운전자가 차선을 바꾸려는지 등의 의도를 차가 판단할 수 없기 때문”이라고 설명했다.
MHE의 24 GHz 레이더 빔의 형태에서 주 로브(main lobe)는 LCA, RPC용이고, 사이드로브는 BSD, RCTA용이다. BSD 영역은 타깃이 존재하는 자체가 바로 위험과 직결되기 때문에 검지와 동시에 바로 경고를 준다. BSD의 검지 영역은 10 m까지 설정이 가능하지만 대개 6~7 m 사이에서 튜닝한다. 차의 크기 등에 따라 사각의 조건은 달리 설정된다. 작동 속도 구간 역시 차량에 따라 30~250 kph, 15~250 kph 등으로 달리 결정된다. 타깃 속도는 -15부터 설정이 가능하다.
LCA의 영역은 타깃이 존재하더라도 바로 위험과 직결되는 것이 아니기 때문에 충돌까지의 소요 시간(time to collision, TTC)인 4.0~4.5초를 기준으로 경고 여부를 결정한다. 검지 타깃 종류는 세단, 트럭, 버스, 모터사이클 등 모든 이동수단이 포함된다. 이 차장은 “기본적으로 세단을 대상으로 애플리케이션이 튜닝되지만 차종에 따라 검지 인식률이 다르기 때문에 버스나 트레일러와 같은 대형차, 모터사이클과 같은 소형차에 대해서는 별도의 로직을 적용해 인식률을 높인다”고 설명했다.
RPC는 후방의 차가 고속으로 접근할 때 충돌 위험을 알려준다. 신호대기 시와 같은 정차 시부터 대응해야 하기 때문에 작동속도 영역은 0~180 kph, 상대속도는 10~60 kph로 설정된다. 센서 검지거리는 70 m까지다. 
LCA, RPC와 같은 애플리케이션은 특히 커브 길에서 후방 차가 위치한 정확한 차선을 구분하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 MHE는 요레이트 센서, 스티어링 앵글 센서를 이용해 도로 곡률을 계산하고, 후방 차량이 옆 차선 또는 자차선에 있는지를 판단한다. RCTA는 후진 기어가 들어갔을 때 활성화된다. 접근 차량이 저속이냐 고속으로 오느냐에 따라 충돌 위험도가 달라지기 때문에 속도에 따라 별도의 로직이 적용된다. 검지 범위는 0.5~20 m다.






국내 유일의 생산 라인

MHE의 제품군은 크게 ECU, 센서, DAS로 구분된다. 24 GHz 레이더는 DAS군의 첫번째 제품이다. DAS의 다른 제품으로는 현재 밀리미터파 센서가 2015년을 목표로 개발되고 있다. 올 연말이면 24 GHz 레이더 제품 생산량이 10만 대 수준이 될 것이지만 그렇게 돼도 전체 회사 매출에서의 비중은 얼마 되지 않는다.
김정호 차장의 안내를 받아 생산공장에 들어가니 한쪽에 그리 크지 않은 생산라인 하나가 덩그러니 놓여 있다. 별 감흥이 오지 않던 라인 투어는 설명을 들으면서 180도 바뀌었다. 김 차장은 “사실 이 라인이 국내 유일의 차량용 레이더 생산라인이다. 1개의 조립라인에서 연간 13만 대에 대응하는 센서 유닛이 생산되는데, 센서 수로 치면 30만 개가 생산되는 셈”이라며 “제품이 이제 막 시장에서 채택돼 공급이 개시됐고 아직 옵션률이 높지 않기 때문에 생산 캐파는 그리 크지 않다”고 설명했다.    
MHE의 24 GHz 레이더는 지난해 4월부터 기아 K9, 6월부터 쏘렌토, 11월부터 K7에 양산 적용되고 있고 북미에서는 올 2, 3월부터 적용된다. 현대자동차의 경우엔 지난 12월부터 에쿠스에 장착되고 있다.
김 소장은 “K9과 소렌토에 들어간 센서는 독일에서 생산된 센서이고 BSD와 LCA 기능만 가능했지만, K7과 에쿠스에 들어간 2세대 센서는 한국에서 직접 생산한 센서로 BSD, LCA, RCTA 기능을 한다”며 “RCTA 기능은 에쿠스부터 적용됐으며 올 연말부터 RPC 기능이 추가될 것”이라고 말했다. MHE의 24 GHz 레이더 센서 적용 모델은 내년까지 크게 늘어난다.
BSD는 이미 주요국 자동차 시장에서 꽤 선호되는 기술이다. LCA는 운전 문화에 크게 영향을 받는데 비교적 주행속도를 중요시 하는 한국이나 제한속도가 높은 아우토반 같은 고속도로가 많은 유럽에서 각광받는다. 반면 상대적으로 차를 얌전하게 모는 미국에서는 LCA보다 BSD를 선호한다. RCTA는 평행주차의 유럽보다 직각 주차가 많은 미국과 한국에 잘 맞는다. RPC의 경우엔 DAS라기 보다는 ADAS의 안전 시스템에 가깝고, 안전 효과를 더욱 높이기 위해 다양한 시스템 연계가 요구되기 때문에 고급 차량에 잘 맞는다.
호어 팀장은 “유럽의 신차안전도평가제도(NCAP)와 관련해 BSD, LCA가 있으면 추가 배점을 받을 수 있기 때문에 아우디, 마쯔다 등이 후방 DAS를 도입하고 있다”고 설명했다.
전방 안전에서 77 GHz 레이더가 검지거리, 정밀도를 이유로 주된 센서가 되고 있지만 후방안전에서는 용도에 맞고 비용 효율적인 24 GHz가 지배적으로, 이같은 추세는 당분간 지속될 전망이다. 현재 77 GHz의 가격은 서서히 내려가고 있고 24 GHz 레이더 기술은 향상되고 있다. 

국제적인 개발 팀

MHE 24 GHz 레이더 센서의 기본 설계는 독일에서 이뤄졌다. 한국에서의 개발이란 우리나라 도로사정, 차량 모델, 운전 문화에 맞게 커스터마이즈해 장착하는 과정이다. 아우디, BMW에 적용한 제품이라고 독일에서 몇 달 교육을 받고 한국 OEM 모델에 그대로 적용할 수 없는 것이다. MHE의 12명의 엔지니어는 도로, 주변 환경, 차량, 운전 습관에 따른 다양한 전파 방해, 간섭, 왜곡, 오작동에 대한 원인 분석 및 해결, 레이아웃의 결정, 운전 문화 등을 반영한 최적의 애플리케이션 설정을 진행했다.
김 소장은 “레이더가 전파를 쏘면 후방 차량에 맞고 바로 돌아오기도 하지만 도로 표면, 중앙 분리대, 바리케이트 등 다양한 지형지물에 맞고 돌아오거나 차량의 구조물에 방해를 받기도 한다. 이런 조건은 국가, 지역, 모델 등에 따라 천차만별”이라고 설명했다.
정 대리는 1세대 센서 개발부터 제품의 커스터마이즈를 위해 현대ㆍ기아자동차의 전문 드라이버와 3년 이상 전국을 돌며 테스트했다. 정 대리는 “여러 직원이 3개월 간 독일에서 다양한 교육을 받고 왔지만 한국에서 실제 적용은 전혀 다른 차원이었다. 이 제품은 MHE는 물론 OEM에게도 완전히 새로운 경험이어서 별거 아닌 문제도 크게 확대 해석되는 등 많은 시행착오를 겪었다”며 “예를 들어 K9은 1만 km 이상을 테스트 주행하며 전국 도로의 특수 상황을 체크해 보정해야했다”고 말했다.  
실제 도로 테스트 결과 센서는 특정 환경에서 오동작하는 경우가 많았다. 예를 들어 어느 방조제를 지날 때에만 센서가 이를 차로 잘못 인식해 오동작했다. 또 차량의 머플러 때문에 크게 고생하기도 했다.
정 대리는 “K9은 3.8과 3.3 두 가지 모델이 있다. 3.8에서는 정상 작동했는데 3.3의 특정 속도에서만 레이더가 오동작하는 문제가 일어나 범퍼를 바꾸는 등 다양한 시도를 했고 원인을 밝히지 못해 애를 먹었다”고 말했다. 개발팀은 두 모델의 차이점을 찾고 원인 분석에 나섰다. 레이더보다 차 안쪽에 위치해 오동작 요인이라고 생각지 않았던 머플러가 원인이었다. 정 대리는 “덕분에 여름휴가까지 반납하며 간신히 원인을 밝혔고, 문제 해결을 위해 은박지, 함석 등 다양한 흡수재를 이용해 효과를 시험한 끝에 대책을 마련했다”고 설명했다. 
커스터마이즈에는 이처럼 다양한 특성을 반영한 세심한 조율이 요구된다. 김 소장은 “우리나라의 경우 유럽에 비해 차선 변경이 심하고 앞차와의 간격을 좁게 하는 경향이 높다. 차가 들어올 때와 나갈 때의 경고 신속성 등 다양한 요소를 고려해 알고리즘, 파라미터 애플리케이션 설정을 해야 했다”고 덧붙였다.
개발팀의 강민희 대리는 시스템 사양과 차량 통신 진단, 특히 중요한 정비사 교육을 담당했다. 강 대리는 “제품이 국내에 처음 도입된 것이어서 차량 정비사에 대한 교육이 정말 중요했다. 이 밖에 실제 차에 레이더를 장착해 테스트하는 데에 시간적, 물리적 한계가 있어 단품 상태에서 테스트할 수 있는 자체 툴을 개발해 테스트하는 일을 맡았다”고 말했다. 
개발팀의 근무시간은 매우 유연하다. 개발 테스트 중 문제가 발생하면 그 즉시 독일 현지 엔지니어와 소통해야하기 때문이다. 때문에 팀이 가장 바쁜 시간은 오후 4시부터 9시까지다. 호어 팀장은 “MHE는 3년 전부터 센서 애플리케이션 개발을 시작해 생산라인, 부품을 국산화했고, 시스템 엔지니어링과 소프트웨어 개발에 나서고 있다”며 “우리 개발팀은 한국과 독일 모두를 포함하는 국제적인 팀인데, 유럽 OEM이 방향과 지침을 결정하고 서플라이어에 실행을 요구하는데 반해 한국에서는 OEM이 서플라이어에게 상대적으로 많은 책임과 역할을 요구하는 문화적 차이가 있어 이를 이해하고 중재하는 특별한 경험을 하기도 했다”고 말했다.

AEM_Automotive Electronics Magazine