The Capacitive Steering Wheel in the New E-Class
굿바이! 토크 센서 핸드오프 감지
벤츠, 신세대 스티어링 휠에 커패시티브 센서 장착
2020년 07월호 지면기사  /  글|한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr


 
메르세데스 벤츠가 2021 E클래스를 통해 처음으로 커패시티브 핸드오프 감지 기능이 들어간 최신 세대 스티어링 휠을 적용했다. 2-존 센서 매트가 스티어링 휠의 림 안에 들어가 터치와 쥠을 구별한다. 메르세데스 벤츠는 첨단 운전자 지원 시스템의 발전, 레벨 3 자율주행으로의 전개와 함께 커패시티브 센서를 적용해 편안함과 안전성을 더욱 높일 수 있다고 보고 있다.

글|한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

 
 
“림의 전, 후면 센서가 운전자가 휠을 잡았는지 여부를 기록합니다. 차가 운전자의 제어 하에 있음을 알기 위한 스티어링 움직임은 더 이상 필요치 않습니다.”

5월, 메르세데스 벤츠의 마커스 피게(Marcus Fiege) 스티어링 휠 개발 총괄이 말했다. 메르세데스 벤츠는 2021 E클래스를 통해 처음으로 커패시티브(capacitive) 핸드오프(hands-off) 감지 기능이 들어간 최신 세대 스티어링 휠을 적용했다. 2-존 센서 매트가 스티어링 휠의 림 안에 들어간다.
자율주행 및 인공지능 제품기술 부문의 베른하르트 바이데만(Bernhard Weidemann)은 “스티어링 휠의 앞, 뒷면에 센서 매트가 있는 것은 ‘터치와 쥐는 것’을 구별하고 감지할 수 있게 합니다”라고 덧붙였다.  

메르세데스의 새 E클래스는 다른 벤츠의 모델처럼 최신 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)을 갖추고 있다. 하지만 E클래스는 커패시티브 센싱 기능을 넣은 새로운 스티어링 휠을 적용하면서 ADAS를 사용하는 동안 운전자를 감지하는 방식을 바꿨다. 이전까지 E클래스를 비롯해 메르세데스 벤츠 모델들은 휠의 움직임(토크)을 측정해 운전자의 손이 스티어링 휠에 있는지 여부를 판단했다. 이는 우리나라를 비롯해 대부분 메이커들이 채택하고 있는 방식인데, 주된 이유는 비용이다.

토크 센서 방식의 문제는 운전자의 손이 휠에 있는지를 확인하기 위해 얼마나 많은 움직임을 측정해야하는지에 대한 균형을 찾기가 쉽지 않다는 것이다. 기준을 너무 낮게 설정하면 소위 시스템이 속는 오감지가 빈번할 것이고, 너무 높으면 차량의 물리적 궤도를 바꿀 수도 있는 입력을 운전자에게 요청하는 꼴이 된다. 심지어 어떤 운전자들은 오토파일럿과 같은 종적, 횡적 주행을 자동화한 레벨 2 기능에서 편리를 위해, 핸드오프하기 위해 휠에 일종의 무게 추와 같은 ‘페이크’를 써 시스템을 속이기도 한다. 

바이데만은 “핸드오프 감지에서 토크 센서의 한계는 코너링 포스가 속도에 따라 변화하기 때문에 차량 입력을 무효화하는 데 필요한 힘이 차의 주행 속도에 기반하고 유동적이라는 점”이라고 설명했다.  

새 E클래스의 스티어링 휠은 커패시티브 센서를 통해 간단히 운전자의 손이 휠 위에 있는 것을 알 수 있다. 물론 이 역시도 속을 수 있지만, 토크를 측정하는 방식보다 훨씬 더 직접적이면서 정확하다.



메르세데스 벤츠는 2021 E클래스를 통해 처음으로 커패시티브(capacitive) 핸드오프(hands-off) 감지 기능이 들어간 최신 세대 스티어링 휠을 적용했다.


운전자 모니터링과 능동 긴급정지 

커패시티브 스티어링 휠은 더욱 높아진 ADAS의 주행 자동화 기능(ACC+LKA)과 레벨 3 자율주행의 제어권 전환 시의 편안함과 안전성을 강화해준다. 기능에 대한 운전자 과신으로 더욱 위험한 상황을 초래할 가능성을 포함하는 자동주행 기능의 증대를 일부분 커패시티브 스티어링 휠이 커버할 수 있는 것이다.

예를 들어, 테슬라 사고 등 안전 문제를 불러일으키고 있는 레벨 2 ADAS는 주어진 조건에서 운전자가 휠에서 손을 떼고 전방을 주시하지 않아도 되는 레벨 3 자율주행과 구별되지만, 사용자들은 휠을 잡고 전방을 주시해야하는 의무를 쉽게 잊어버리거나 위의 사례처럼 고의적으로 불법적인 방법을 동원해 마치 레벨 3 이상의 자율주행 기능인 양 오사용하기도 한다.

지난 3월 미국의 교통안전위원회(NTSB)는 2018년 3월 캘리포니아주 마운틴뷰(Mountain View)에서 발생한 2017 Tesla Model X P100D의 사고와 2019년 3월 플로리다주 델레이비치(Delray Beach)에서 발생한 추락사고에 대한 최종 발표를 했는데, 운전자는 오토파일럿 기능을 과신해 오용했고, 휠의 토크 센서를 포함해 ADAS 기능들은 사고를 막기에 충분하지 않았다는 결론을 내렸다. (물론, 테슬라는 오토파일럿 모드를 자율주행이 아닌 운전자 지원 기능이라고 명시하고 있고, 긴급한 상황에 대비해 항상 스티어링 휠에 손을 대고 있을 것을 권장하면서 일정 시간 이상 손을 대지 않으면 시스템이 운전자에게 경고를 보내게 하고 있다.)

NTSB의 조사에 따르면, 테슬라의 ‘오토파일럿’ 기능은 충돌 전 마지막 10초 동안 활성화됐다. 차는 충돌 감쇠기로부터 약 5.9초, 560피트(170 m) 떨어진 지점에서 고어 지역을 향해 차선유지 지원(LKA) 시스템이 좌측 조향 입력을 시작했는데, 이런 조향이 있는 동안 운전자 개입 스티어링 휠 토크는 오토스티어에 의해 감지되지 않았고, 핸드오프 스티어링 표시가 충돌 지점까지 지속됐다. 전방 충돌경고(FCW) 기능은 경고를 제공하지 않았고 자동 긴급제동(AEB) 시스템은 작동하지 않았다. 그동안 운전자는 제동이나 조향 등 차량을 제어하지 않았다. 애플 아이폰 8 플러스의 휴대전화 기록 및 데이터 검토 결과는 게임 프로그램이 활성 상태이고 가장 주된 프로그램으로 나왔다.



어떤 운전자들은 오토파일럿과 같은 종적, 횡적 주행을 자동화한 레벨 2 기능에서 편리를 위해 핸드오프하기 위해 휠에 일종의 무게 추와 같은 ‘페이크’를 써 시스템을 속이기도 한다.  


NTSB는 ▶운전부주의 ▶운전자 몰입(Driver Engagement) 모니터링 관련 리스크 완화 ▶ODD(운행설계 범위)에 관한 위험성 평가 ▶충돌회피 시스템의 한계성 ▶부분 주행 자동화 시스템에 대한 연방 감독 부족 ▶자동주행 시스템을 위한 이벤트 데이터 기록 요구사항의 필요성 ▶고속도로 인프라 이슈 등 7가지의 안전문제를 확인했다.

또 이에 대한 조치로서 ▶전방충돌 회피 시스템 성능 NHTSA 신차평가 프로그램 테스트 확대 ▶시스템의 작동 한계, 오용 가능성, 의도된 ODD 밖에서 운행 기능이 안전에 불합리한 위험을 초래하는지 여부 판단을 위한 오토파일럿 장착 차량의 평가 ▶운전자 이탈(disengagement) 최소화, 자동 기능 과신(complacency) 방지, 예측 가능한 오용 설명을 위한 드라이버 모니터링 시스템(DMS) 표준의 공동개발 ▶운전 중 휴대용 전자기기 사용 금지의 강력한 정책 관련 고용주 인식 고취를 위한 운전부주의 이니셔티브의 재검토 및 수정 ▶운전부주의 위험 반영에 실패한 고용주에 대한 집행 전략 수정 ▶차량이 주행 중 운전 방해 요소를 자동으로 비활성화하는 휴대 전자기기용 운전부주의 록아웃 메커니즘 또는 애플리케이션 개발 ▶직원 및 계약자가 회사 차량을 운전하는 동안 휴대용 전자기기 사용 금지, 비-비상시 사용 금지 또는 휴대기기를 통한 업무 관련 통신 금지정책 개발 등 안전 권고사항을 발표했다. 

현재 카 메이커들은 운전부주의 방지, 운전자 주의력 유지에 있어 서로 다른 접근 방식을 취하고 있다. 예를 들어 캐딜락은 그들의 ADAS인 슈퍼크루즈와 함께 아이트래킹 카메라 등을 이용해 운전자가 주의력을 유지하면서 전방을 주시하고 있는지를 확인한다. 나아가 이 시스템은 레벨 3 자율주행에 준하는 기능을 위해, ODD를 제공해 허용된 도로에서만 핸드프리 수퍼크루즈 기능이 작동될 수 있게 하고 있다.

메르세데스 벤츠는 언제 특정 시장에 그들의 미래 시스템(예: 레벨 3 자율주행)을 출시할 시 밝히지 않고 있지만, 예상 ODD를 자발적인 안전 자체 평가(Voluntary Safety Self-Assessment, VSSA)를 통해 매우 상세히 밝히고 있다.

“지금까지의 ADAS는 편안함을 보장하고 오용을 방지하는 측면에서 토크 센서로 충분했습니다. 하지만 ADAS의 발전으로 메르세데스 벤츠는 커패시티브 센서와 함께 편안함과 안전성을 더욱 높입니다. 예를 들어, 메르세데스 벤츠는 운전자 지원 기능이 결속되지 않은 때에도 운전자가 의식을 잃는 등의 긴급상황에서 능동 긴급정지 지원(Active Emergency Stop Assist)과 같은 기능을 제공할 수 있습니다.” 바이데만이 말했다.
정확하게, 메르세데스 벤츠 차량에 제공되고 있는 능동 긴급정지 지원은 ADAS가 활성화 상태인 경우에만 작동한다. 하지만 이제 커패시티브 스티어링 휠을 적용하면서 시스템이 작동하지 않더라도 긴급정지 기능을 제공할 수 있다.



메르세데스 벤츠 차량에 제공되고 있는 능동 긴급정지 지원은 ADAS가 활성화 상태인 경우에만 작동한다. 하지만 이제 커패시티브 스티어링 휠을 적용하면서 시스템이 작동하지 않더라도 긴급정지 기능을 제공할 수 있다.


완벽한 비율           
 
“이것은 우리가 지금까지 만든 것 중 가장 아름다운 휠입니다.”

한스 페터 분더리히(Hans-Peter Wunderlich) 인테리어 디자인 총괄이 말했다. E클래스의 스티어링 휠은 스포츠, 럭셔리, 수퍼스포츠 등 세 가지 버전이 있다. 그의 표현대로라면, E클래스의 새로운 스티어링 휠은 인텔리전스와 감성의 이중성을 표현하는, 감각적인 순수란 디자인 철학에 따라 하이테크와 감성을 동시에 불러일으킨다.

분더리히는 “에어백, 스포크와 림의 비율은 완전한 조화를 이룹니다. 에어백은 숨겨져 있지 않지만 구형을 도드라지게 하는 형식입니다. 럭셔리 버전에서 스포크는 블랙 패널 룩에 우아한 칼라스 꽃에서 영감을 받은 성배 형태”라고 설명했다.

스포츠 버전에서는 블랙 패널 디자인의, 스포츠카의 휠 윙넛을 연상시키는 2개의 더블데커 스포크 형태다. 휠의 크기는 이전 세대와 같게 유지됐다. 메르세데스 벤츠는 스티어링 휠에 맞는 고정 사이즈를 개발했다. 휠 평균은 버전에 따라 다른데, 수퍼스포츠는 370 mm, 럭셔리는 380 mm다. 스티어링 휠 림의 폭은 29 mm, 깊이는 42~44 mm다.

“림은 스티어링 휠의 시크릿 킹 메이커입니다. 기하학적 디자인은 어떤 텍스트북에서도 찾을 수 없는 그 자체로 과학입니다. 이 동그라미는 손에 꼭 맞아야합니다. 밀리미터가 너무 크면 불쾌하게 부풀어 오른 느낌이고, 너무 작으면 굶주린 것처럼 느껴집니다. 그 인상이 자동차의 전반적인 느낌을 좌우합니다.”

한편, 스티어링 휠 스포크에 통합된 터치컨트롤 버튼 역시 커패시티브 기능이다. 이는 기계적인 작동 표면을 최대한 줄여준다. 메르세데스 벤츠는 2016년 E클래스에서 세계 최초로 스티어링 휠에 터치컨트롤 버튼을 채용했었다. 스티어링 휠에서 손을 떼지 않고도 손가락으로 스와이프해 스마트폰의 표면과 마찬가지로 운전자가 모든 인포테인먼트 시스템의 기능을 간단하고 논리적이며 직관적으로 제어할 수 있게 했다. 최신 스티어링 휠에서 몇 가지 기능 영역으로 나뉜 매끄러운 컨트롤 패널들은 스포크에 정밀하게 통합됐다. 햇빛으로 뜨거워진 실내에서도 문제없이 완벽한 조작이 가능하도록 고품질 소재가 채택됐다.

마커스 피게는 “시스템은 주어진 순간 손가락이 어디에 있는지 자동으로 인식합니다. 버튼은 섭씨 100도가 넘는 온도에서도 작동할 수 있도록 디자인됐습니다”라고 설명했다.

끝으로, 향후 모든 메르세데스 벤츠 모델들에 커패시티브 센서가 적용될 것인가란 질문에, 바이데만은 “새로운 세대의 스티어링 휠은 단계적으로 더 많은 메르세데스 벤츠 모델에 장착되게 될 것”이라고 답했다.


메르세데스 벤츠는 스티어링 휠에 2존 커패시티브 매트를 적용하면서 표면의 마감뿐만 아니라 특히 센서 매트와 히팅 매트 사이의 상호작용 등 요구사항, 감지의 감도 조정에 심혈을 기울였다.  
 
 

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