Ensuring ADAS Safety With The Optimal Hardware And Multi-sensor Fusion
검증된 하드웨어와 센서 융합으로 ADAS 안전성 달성
 

자율주행, 첨단 운전자 지원 기능을 위해서는 자동차 분야에서 검증된 프로세싱 플랫폼과 지능적인 다중 센서 융합 미들웨어가 필요하다. SigmaFusion™ 과 인피니언 AURIX™ 및 RXS8160 레이더 솔루션을 결합함으로써 안전성 면에서 신뢰할 수 있는 다중 센서 융합 솔루션을 달성할 수 있다.
글│ 토마스 슈나이드(Thomas Schneid), Infineon Technologies
      마리-소피 마슬롯(Marie-Sophie Masselot), Leti Tech Research Institute

최근에 여러분이 미국의 메트로 피닉스 지역에서 운전을 한 적이 있다면, 도로 위에서 자율주행차와 함께 운전했을 수 있다. 재규어의 I-PACE를 토대로 한 웨이모(Waymo)의 프리미엄 전기 자율주행차는 겉에 쓰여져 있는 홍보 문구뿐만 아니라 지붕 위에 스키 박스 같은 것을 얹고 다니는 것으로 금방 알아볼 수 있다. 차량 공유 서비스에 대한 요구가 높아지고 차를 꼭 소유하지 않아도 된다는 인식이 확산됨에 따라서 자율주행 서비스 개발이 가속화되고 있다. 특히 출퇴근이나 장보기용으로 짧은 거리만을 운전하는 경우에 그렇다. 또한 300만 명 이상에 달하는 40살 이상의 맹인 또는 저시력 미국인들과 대중교통 소외 지역에 사는 노인들에게 경제성 뛰어난 교통 솔루션을 제공할 수 있다1).

첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)은 많은 최신 자동차에서 표준 기능으로 자리 잡았으며, 특정한 상황에서 운전자를 지원할 수 있다. 현재 많은 자동차 OEM과 협력사들이 레벨 3에 이르는 자동화를 개발하고 있다. 레벨 3는 “핸즈오프(hands-off)”와 “아이오프(eyes-off)”가 가능하며 특정 상황에서는 운전자의 개입을 필요로 한다. 웨이모처럼 차량 공유 서비스를 선도하고 있는 회사들은 이미 레벨 4에 진입해 있다.

자율주행 플랫폼의 구성요소

자율주행 플랫폼은 기본적으로 3가지 요소로 이루어진다. 센싱, 연산 처리, 동작 실행이다. 모든 자율주행 솔루션은 주변 환경을 인식하기 위해 많은 수의 다양한 센싱 솔루션을 사용한다. 여기에는 초음파나 근거리 레이더 같은 근거리 센싱 뿐만 아니라 원거리 레이더, 라이더, 360° 카메라가 포함된다.

이러한 모든 센싱 데이터를 처리하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 데이터가 양도 많고 종류도 다양할 뿐만 아니라 사용되는 샘플링 속도가 다양할 수 있기 때문이다. 라이더는 초당 백만 개 이상의 데이터 포인트를 발생시키며, 여타 센서들은 초당 수만 개 샘플을 발생시킨다. 낮은 SAE 레벨이라 하더라도 상당히 많은 센서 입력을 필요로 하며, 높은 SAE 레벨을 구현하기 위해서는 훨씬 더 많은 센서 데이터를 필요로 한다. 센서를 사용하지 않고서는 자동차 주변 환경을 정확하게 감지할 수 없다.

다양한 데이터 융합

센서 융합을 통해서 여러 센서 데이터를 전체적인 데이터 스트림으로 융합함으로써 다양하게 포착되는 데이터를 전체적으로 파악할 수 있다. 센서 융합을 통해서 상이한 샘플링 속도로 다양한 유형의 센서 데이터를 취합함으로써 전체적인 환경을 인식하고 이것을 상위 소프트웨어로 제공할 수 있다. 바로 이 일을 하기 위해서 개발된 것이 프랑스의 대안 에너지 및 원자 에너지 위원회(CEA) 산하의 레티(Leti) 기술 연구소에서 개발한 SigmaFusion™ 솔루션이다.

SigmaFusion을 사용해서 출력으로 정확도를 달성함으로써 이 데이터를 토대로 안전하게 의사결정을 할 수 있다. 그러기 위해서 SigmaFusion™ 소프트웨어로 소스 데이터를 제공하고 처리한다. 그리고 상위의 애플리케이션 층으로 점유 격자를 제공한다. 알려진 차원의 이 셀 격자가 자동차 주변의 자유 공간과 장애물들을 평가한다. 이 모델의 각기 셀은 장애물에 의해서 점유되어 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

이 솔루션은 ADAS 기능에 독립형으로 사용해서 자동차 주변을 정확하게 감지할 수 있다. 또한 자동화 운전 의사결정 시스템에 통합해서 사용할 수도 있다(그림 1).

그림 1｜센서 융합을 위한 SigmaFusion™은 독립형 솔루션으로 사용하거나 자동화 운전 의사결정 시스템에 통합해서 사용할 수 있다.

검증된 프로세싱 플랫폼 선택

안전성 시스템을 위해서는 자동차 분야에서 검증된 프로세싱 플랫폼을 사용해야 한다. 인피니언의 AURIX™ 마이크로컨트롤러는 첨단 신호 프로세싱, 록스텝 코어, 자동차용 인터페이스를 특징으로 하므로 ADAS 시스템이나 자동화 운전 AI 플랫폼용으로 이상적인 솔루션을 제공한다. 다중 센서 융합을 어떻게 구현하는지 보여주기 위해서 이 마이크로컨트롤러를 기반으로 자동차 플라스틱 범퍼로 각종 센서들을 내장한 데모를 개발했다. 이 데모를 통해서 SigmaFusion™ 소프트웨어와 AURIX™가 결합해서 어떻게 결과를 도출하는지 확인할 수 있다.

이 데모는 다양한 센싱 솔루션을 사용한다. 77GHz 레이더를 위해서는 프로그램 가능 파형 생성기와 빠른 처프 변조를 특징으로 하는 밀리미터파 MMIC 트랜시버로서 RXS8160을 사용한다. 이와 함께 AURIX™ 제품군에 속하는 레이더 프로세서로서 TC397XA를 사용한다. 이 프로세서는 향상된 하드웨어 신호 프로세싱 유닛(SPU)을 포함하므로 단일 칩으로 최대의 레이더 프로세싱 성능을 제공하며 레이더 이미지를 저장할 수 있도록 4 MB의 온칩 SRAM을 포함한다. 또한 최대 3.2 Gbps로 동작하는 고속 LVDS 레이더 센서 인터페이스(RIF)를 통해서 레이더 센서로 연결된다. 자동차 내의 다른 시스템들과 연결은 TLE9251V CAN-FD 트랜시버를 통해서 이루어진다. 이 트랜시버는 견고한 웨이크업 패턴(WUP) 감지를 할 수 있고, 다양한 웨이크업 필터 타이밍을 지원하며, 외부적 ESD 보호 없이 사용할 수 있는 것으로 승인을 받았다. 단일의 OPTIREG™ PMIC TLF30682를 사용해서 전체적인 레이더 모듈로 전원을 공급한다.

또한 이 데모는 AURIX™ 제품군에 속하는 안전성 마이크로컨트롤러로서 TC397XX를 사용한다. 이 마이크로컨트롤러는 최대 300 MHz로 실행되는 4개 록스텝 및 2개 비-록스텝 코어를 포함하며, 기가비트 이더넷, FlexRay, CAN-FD, LIN을 통해서 최신 커넥티비티 옵션을 제공한다. 전원 공급을 위해서는 OPTIREG™ PMIC TLF30682를 사용한다. 이 디바이스는 모니터링 기능과 감시 기능을 포함하고 최소한의 부품만을 필요로 해 공간을 절약한다. 이 시스템으로 라이더 솔루션이나 카메라 같은 COTS(상용 기성품) 센서들을 추가하고 마찬가지로 SigmaFusion™ 소프트웨어로 제공할 수 있다(그림 2).

그림 2｜2019년도 CES에서 선보인 SigmaFusion™ 데모로서, AURIX™ 안전성 컨트롤러를 채택했다.

이 데모는 SigmaFusion™을 사용해서 자동차 주변 환경을 감지함으로써 AI 운전 알고리즘의 안전성을 높일 수 있다는 것을 보여준다. 이 솔루션은 비용에 민감한 ADAS 구현에도 사용할 수 있으며, 모든 유형의 센서와 호환 가능하다. 또 자동차를 순수 전기 에너지로 구동하는 것과 관련해서, 작동 시에 3 W 미만을 소모해 에너지 효율 면에서도 뛰어나다.

맺음말

자율주행 시장을 선점하기 위한 경쟁이 날로 치열해지는 가운데, 도로사용자와 보행자 모두의 안전을 위해서는 자동차 분야에서 검증된 솔루션이 필요하다. 또 한편으로 자동차 산업이 점점 순수 전기 드라이브트레인으로 옮겨가고 있어 이들 솔루션 역시 에너지 효율이 중요하다. ADAS 기능을 위해서는 자동차 분야에서 검증된 프로세싱 플랫폼과 지능적인 다중 센서 융합 미들웨어가 필요하다. SigmaFusion™과 인피니언 AURIX™ 및 RXS8160 레이더 솔루션을 결합함으로써 안전성 면에서 신뢰할 수 있는 다중 센서 융합 솔루션을 달성할 수 있다.

참고문헌

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1. Waymo Mission: https://waymo.com/mission/