ADAS에서 자이로스코프와 가속도 센서의 역할 및 솔루션

ADAS는 수년간의 개발을 거쳤습니다. 초기 단계(약 2000년경)에는 주로 ABS(제동력 방지 시스템), ESC(전자 안정성 제어) 및 크루즈 컨트롤과 같은 단일 기능 지원에 집중했습니다. 센서는 대부분 레이더 기반으로, 기본적인 충돌 회피 및 거리 제어를 제공했습니다. 2010년경에는 카메라, 밀리미터파 레이더, 초음파 센서를 도입하여 차선 이탈 경고(LDW), 사각지대 감지(BSD), 자동 긴급 제동(AEB) 등을 구현하는 기능 확장 단계로 접어들었습니다. 시스템은 점차 단일 기능에서 다기능 통합으로 진화했습니다.   2020년경, ADAS는 지능적이고 융합 단계로 이동하여 다중 센서 융합을 특징으로 했습니다. 예를 들어, 레이더, 카메라, 초음파를 결합하고 AI 알고리즘을 도입하여 고속도로 자동 크루즈, 차선 유지 보조와 같은 준자율 주행 기능을 가능하게 했습니다. 미래에는 고급 지원 및 자율 주행으로 전환될 것이며, 레벨 3 이상의 자율 주행 개발을 위한 고정밀 지도, V2X(차량-사물 통신), 하이 컴퓨팅 파워 자동차 AI 칩이 필요합니다. 시스템 아키텍처는 더 많은 센서와 알고리즘을 지원하기 위해 집중화(집중형 ECU / 도메인 컨트롤러)로 향합니다.   ADAS 시스템 아키텍처는 일반적으로 세 가지 주요 부분으로 나눌 수 있습니다: 인지 레이어, 결정 레이어 및 작동 레이어. 인지 레이어에는 카메라(전면 / 서라운드 / 실내), 밀리미터파 레이더(단거리/중거리/장거리), 초음파 센서 및 LiDAR(고급 ADAS 또는 레벨 3+ 자율 주행용)를 포함한 센서가 포함됩니다. 이 레이어의 기능은 환경 인식(객체 감지, 차선 인식, 보행자 식별, 장애물 감지)입니다.   결정 레이어는 센서 융합 알고리즘, AI / 딥 러닝 모델(보행자, 차량, 교통 표지판 인식을 위한), 경로 계획 및 결정 논리를 다루는 핵심 제어 장치(ECU / 도메인 컨트롤러)를 포함합니다. 기능적으로는 운전자 지원 또는 자율 주행 결정을 내리는 데 사용됩니다.   작동 레이어에는 ABS/ESC/AEB와 같은 제동 시스템, 전자식 파워 스티어링 EPS, 차선 유지 보조와 같은 조향 시스템, 스로틀 제어, 지능형 크루즈 등의 파워트레인 시스템과 같은 차량 제어 장치가 포함됩니다. 기능적으로는 실제로 제어 명령을 실행하여 차량의 동적 안정성과 주행 안전성을 보장하는 데 사용됩니다.   ADAS의 개발은 단일 기능 지원에서 다중 센서 융합 및 AI 기반 지능형 아키텍처로 점진적으로 진화했으며, 궁극적으로 레벨 3 이상의 자율 주행으로 나아가고 있습니다. 시스템 아키텍처는 인지-결정-작동이라는 세 가지 주요 레이어를 포함하며, 핵심은 다중 센서 융합과 고효율 컴퓨팅 플랫폼의 응용에 있습니다.

ADAS 애플리케이션에서 자이로스코프와 가속도 센서의 역할

자이로스코프와 가속도 센서는 ADAS 응용 프로그램에서 중요한 구성 요소입니다. 가속도 센서는 차량의 X, Y, Z 축의 가속을 측정하여 속도 변화와 충돌 순간의 충격력을 계산할 수 있게 합니다. 자이로스코프는 차량의 각속도(회전, 피치, 롤)를 측정하여 조향각, 자세 변화 및 측방 및 종방향 동역학을 결정합니다. 두 센서는 종종 고정밀 차량 동적 정보를 제공하기 위해 IMU 형태로 통합됩니다.   ADAS에서 자이로스코프와 가속도 센서는 차량 동적 제어(VDC)에서 자주 사용됩니다. 가속도 센서는 측방 가속을 모니터링하여 미끄러짐이나 접지력 손실을 감지하고, 자이로스코프는 요율을 측정하여 과도조향 또는 과소조향을 판단합니다. 이들은 전자 안정성 제어(ESC) 시스템과 통합되어 제어 상실을 방지하기 위해 자동으로 제동력 및 출력 조정을 수행할 수 있습니다.   자동 긴급 제동(AEB) 및 충돌 감지 응용 프로그램에서 가속도 센서는 충돌 순간의 충격을 정확하게 감지하여 에어백을 신속하게 작동시킬 수 있습니다. 레이더/카메라 데이터와 결합되면 충돌 전 감속을 사전에 수행할 수 있습니다.   차선 유지 보조(LKA/LKS) 및 차선 이탈 경고(LDW) 응용 프로그램에서 자이로스코프는 차량의 방향 안정성을 모니터링하여 운전자 조작이나 외부 힘 때문에 차량이 차선을 이탈하는지를 식별하는 데 도움을 줍니다. 카메라의 차선 검출과 융합되면 차량이 차선을 벗어나는지 더 정확하게 판단할 수 있습니다.   적응형 크루즈 컨트롤(ACC) 및 자율 주행 내비게이션 응용 프로그램에서 가속도 센서는 차량의 가속 및 감속에 대한 실시간 데이터를 제공하여 크루즈 제어의 부드러움을 향상시킵니다. 자이로스코프는 GPS와 협력하여 고정밀 위치 지정 및 자세 교정을 수행하며, 단일 GPS의 드리프트 오류를 피할 수 있습니다.   주차 보조 및 저속 자율 주행 응용 프로그램에서 IMU(가속도 + 자이로스코프)는 저속 또는 GPS가 약한 환경(지하 주차장 등)에서 상대 위치 및 자세 정보를 제공하여 차량이 주차 동작을 완료할 수 있도록 지원합니다.   ADAS 구조 내에서 자이로스코프와 가속도 센서는 인지 계층에 속하는 핵심 기본 센서입니다. 이들은 카메라, 밀리미터파 레이더 및 LiDAR와 함께 "차량 자체 상태"에 대한 정보를 제공하여 외부 환경이 아닌 정보를 제공합니다. 결정 계층(ECU/도메인 컨트롤러)의 알고리즘에 의해 융합된 후, 이들은 차량 동적 파라미터를 출력하여 브레이크, 조향 또는 가속 제어의 작동 계층을 추가로 유도합니다.   자이로스코프와 가속도 센서는 ADAS에서 "차량 동적 인식"의 중요한 역할을 합니다. 이들은 차량 안정성 제어, 충돌 감지, 차선 유지, 자동 크루즈 및 정밀 위치 지정과 같은 핵심 기능을 지원하는 차체 자세, 가속도 및 요율에 대한 실시간 정보를 제공합니다. 특히 카메라 및 레이더로 완전히 커버되지 않는 시나리오에서 중요한 이중성 및 안전 보장을 제공합니다.

IMU 모듈은 ADAS를 위한 고정밀 측정 데이터에 기여합니다

자율 주행 기능에는 여러 수준이 있지만, 모두 통합된 방식으로 획득된 데이터를 처리하기 위해서는 매우 정확한 센서와 알고리즘이 필요합니다. 첨단 운전자 지원 시스템과 자율 주행 시스템 제품 개발 과정에서 Murata는 자체 개발한 IMU 모듈이 장착된 시험 차량을 사용하여 주행 테스트를 수행합니다. 다양한 예상 사용 사례에서의 안전성을 평가하고 검증하기 위해 데이터를 사용합니다. 저렴하면서도 정밀한 측정을 가능하게 하는 제품 포트폴리오를 통해 Murata는 자동차 자율 주행을 위한 측정 데이터 정확도의 중요한 향상에 기여하고 있습니다.   Murata의 자동차 통합 6DoF 자이로스코프 및 가속도 센서인 SCH1600을 예로 들면, SCH1600 센서는 최적의 싱글 패키지 6DoF 부품입니다. 카메라, 레이더, LiDAR와 같은 다양한 감지 센서 및 GNSS와 데이터 융합을 통해 ADAS 기능과 자율 주행(AD)에 사용됩니다.   SCH1600 센서는 시장에서 각도 랜덤 워크 및 바이어스 안정성에서 최고의 성능을 제공하여 몇 초의 통합 시간 내에서도 고품질 자이로 신호 생성을 보장합니다. 빠른 데이터 속도, 시간 동기화 기능 및 높은 성능은 차량 내 모든 하위 시스템, HUD 제어부터 카메라 및 헤드라이트 레벨링 시스템에 이르기까지 IMU 신호를 효율적으로 공유할 수 있게 합니다.

엄격한 기능 및 안전 성능을 충족하는 고정밀 IMU 솔루션

Murata SCH1600은 200개 이상의 내부 모니터링 신호를 통합하여 시장에서 높은 수준의 기능적 안전 성능을 달성합니다. 측정 축의 직교성은 Murata에서 보정되므로 시스템 통합자는 이 비용이 많이 들고 성능에 중요한 과정 단계를 생략할 수 있습니다.   SCH1600 센서 패밀리는 중복 설계 옵션과 내장된 조정 가능한 이중 출력 채널을 통해 고급 고객에게 더 큰 유연성을 제공합니다. ±300°/s의 각속도 측정 범위와 ±8g의 가속 측정 범위를 지원하며, 최대 ±26g의 동적 범위를 가진 중복 디지털 가속도계 채널을 특징으로 합니다. 자이로 편향 불안정성은 0.5°/h까지 낮고, 각도 랜덤 워크는 0.03 °/√Hz까지 낮을 수 있습니다. 출력 내삽 및 디시메이션 옵션을 제공하며, Data Ready 출력, Timestamp 인덱스, 그리고 시계 도메인 동기화를 위한 SYNC 입력 등의 기능을 포함합니다. 작동 온도 범위는 -40에서 110°C이며, 공급 전압은 3.0에서 3.6V를 지원하고 I/O 공급 전압은 1.7에서 3.6V를 지원하며, SafeSPI v2.0 인터페이스를 특징으로 합니다. SPI 프레임을 통해 20비트 및 16비트의 출력 데이터를 선택할 수 있습니다. 200개의 모니터링 신호를 활용한 광범위한 자체 진단 기능을 포함합니다. 크기는 11.8mm x 13.4mm x 2.9mm (l x w x h)이며, SOIC-24 반전 하우징을 사용합니다. AEC-Q100 Grade 1에 따라 자격을 갖추고, 납땜 공정과 SMD 장착에 적합한 견고하고 RoHS 규정을 준수하는 SOIC 플라스틱 패키지로 제공되며, 검증된 정전 용량 3D-MEMS 기술을 활용합니다.   SCH1600 시리즈는 중앙 차량 IMU로 설계되어 매우 가혹한 환경에서도 차량 내 모든 하위 시스템에 고품질의 신호를 제공합니다. 대표적인 응용 분야에는 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems), 자율주행(AD) 및 단기 Dead Reckoning(DR), GNSS, 카메라 및 레이더 융합, 관성 항법, 고급 차량 안정성 제어, 동적 및 정적 헤드라이트 레벨링 등이 포함됩니다. Murata는 또한 빠른 프로토타이핑을 가능하게 하는 SCH1600 칩 캐리어 PCB를 제공합니다. 여기에는 SCH1600 센서가 PCB에 납땜되어 있으며, PCB 설계(#MFI01398)에는 핀 헤더와 수동 부품이 포함됩니다.   자동차 응용 분야에서 Murata는 ADAS ECU(Advanced Driver Assist Systems ECU), 주차 시스템, LiDAR, RADAR, 감지 카메라, 인캐빈 모니터링 시스템에 적용할 수 있는 수많은 제품을 제공합니다. 자동차 ADAS ECU에 대한 제품 라인업을 예로 들면, SoC, DC-DC/PMIC, 베이스밴드, SerDes, CAN 트랜시버, 이더넷, 클럭 등과 같은 분야에 적용 가능한 제품 라인으로 구성됩니다. 이 제품에는 세라믹 커패시터, 칩 페라이트 비드, 서미스터, 전력 인덕터, 칩 인덕터(칩 코일), 칩 공통 모드 초크 코일, 자이로 센서, 세라믹 공진기(CERALOCK), 크리스탈 유닛 등이 포함되어 있으며, 자동차 응용의 다양한 요구를 충족합니다.

결론

고급 운전자 지원 시스템에서 자이로스코프와 가속도 센서는 차량 동적 인식의 기초일 뿐만 아니라 운전 안전을 보장하고 지능형 운전 경험을 향상시키는 핵심 요소입니다. 이들은 고정밀 가속도 및 자세 정보를 제공하여 카메라, 레이더, LiDAR와 같은 외부 감지 기술과 보완되며, 다중 센서 융합 하에서 안정적인 의사 결정과 제어를 가능하게 합니다. 자율 주행 수준이 높아짐에 따라, 미래의 솔루션은 센서의 높은 신뢰성, 저전력 소비, AI 융합 기능에 더 큰 비중을 둘 것이며, 이를 통해 차량을 위한 보다 효율적이고 안전한 지능형 이동성 생태계를 구축할 것입니다. Murata가 제공하는 자이로스코프와 가속도 센서는 높은 정밀도와 안정성을 갖추고 있어 ADAS와 자율 주행 애플리케이션을 위한 최적의 솔루션 중 하나를 대표합니다.