운전 보조(ADAS)와 자율주행은 센서(카메라·레이다·라이다·초음파·IMU/GNSS), 연산(ECU·도메인 컨트롤러·센트럴 컴퓨트), 통신(캔·이더넷·V2X), 소프트웨어(지각·예측·경로계획·제어)의 총합입니다. 1950s 크루즈 컨트롤과 1970s ABS, 1990s ACC(레이더), 2010s AEB/차로 유지(카메라) 확산을 거쳐, 오늘은 4D 이미징 레이더·솔리드스테이트 라이다·열화상·맵·센서퓨전·OTA가 결합합니다. 이 글은 역사→핵심 부품·알고리즘→아키텍처→검증/안전→미래 로드맵을 연대기와 사용 시나리오로 정리해 애드센스 승인용 기둥 글로 바로 쓸 수 있게 구성했습니다.
지각→의사결정→제어, 세 박자의 공학
ADAS/자율은 지각(perception)(물체/차선/신호/도로 이해)→예측·의사결정(상대 움직임·위험도·경로 선택)→제어(조향·가감속)의 파이프라인을 반복합니다. 하드웨어 축은 센서(카메라·레이더·라이다·초음파·열화상·IMU/GNSS), 컴퓨팅(도메인 컨트롤러·센트럴 컴퓨트), 네트워크(CAN·FlexRay·Automotive Ethernet/TSN·V2X), 전력/열/시간동기(PTP gPTP)이며, 소프트웨어는 센서퓨전·딥러닝·지도/현지화·안전/보안으로 뒷받침됩니다.
본론｜연대기와 기술로 읽는 ADAS/자율주행의 센서·제어기
1) 태동기: 수동 보조에서 전자제어로
크루즈 컨트롤·ABS·ESC가 전자제어의 초석을 놓았습니다. 1990년대 밀리미터파 레이더가 전방 거리/상대속도를 측정하며 ACC(적응형 크루즈)·FCW/AEB의 기반을 마련했고, 2000년대 들어 카메라 비전이 차선·표지 인식을 맡기 시작했습니다.
2) 핵심 센서 ① 카메라: 해상도·HDR·열화상
- 모노/스테레오: 차선·신호·객체 분류·거리 추정(스테레오·구조광·딥러닝 보조).
- HDR/야간/열화상: 역광/터널/야간 보행자 검지 보완.
- EV 전용 고려: 저소음 환경에서 보행자 HMI(라이트/프로젝션)와 협업.
3) 핵심 센서 ② 레이더: 악천후 강인성·4D 이미지
24/77GHz 레이더는 속도·거리·방위를 추정합니다. 최신 이미징 레이더(4D)는 수백~수천 채널 MIMO로 고각 분해능을 확보해 형상까지 추정, 비/안개·먼지에서 강인합니다. 단점은 금속/큰 물체 선호·세부 식별 한계(학습·맵 보완).
4) 핵심 센서 ③ 라이다: 거리 정확도·형상 인지
라이다는 광시간/주파수 기반으로 정밀 3D 포인트클라우드를 제공합니다. 솔리드스테이트·스캐닝, FMCW(속도 직접 측정) 등으로 소형화·비용↓가 진행 중입니다. 악천후 감쇠·오염 관리가 과제입니다.
5) 보조 센서: 초음파·IMU/GNSS·V2X
주차·근접엔 초음파, 자세·슬립엔 IMU, 글로벌 위치·속도엔 GNSS(RTK/DGNSS)와 맵이 활용됩니다. V2X(차량/인프라 통신)는 비가시/차선 너머 위험 예고에 유용합니다.
6) 센서 퓨전: 라텍스보다 견고한 ‘다중 근거’
초기엔 레벨·루스 퓨전(트랙/객체 기반)이 주류였고, 오늘은 딥러닝 기반 멀티모달(이미지+포인트클라우드+레이더 큐브)로 검출·분류·추적을 공동 최적화합니다. 지도/현지화(HD맵·자체 구축 점군지도)와 결합한 하이브리드가 도심에서 강점입니다.
7) 제어기/컴퓨팅: ECU → 도메인 → 센트럴 컴퓨트
- 분산 ECU: 기능별 ECU가 CAN/스마트 센서로 연결.
- 도메인 컨트롤러: ADAS·인포테인·바디 등 영역별 고성능 SoC/신경망 가속기 통합.
- 센트럴 컴퓨트+조널: 중앙 컴퓨트가 소프트웨어 정의(OTA·기능 추가), 존 컨트롤러가 전장 하네스를 단순화.
네트워크는 Automotive Ethernet(AVB/TSN)이 대역·지연을 책임지고, PTP(gPTP)로 카메라/라이다 타임스탬프를 정렬합니다.
8) 소프트웨어 스택: 지각·예측·경로계획·제어
지각: CNN/트랜스포머로 객체/차선/프리스페이스/오컵런시. 예측: 상대 이동 궤적 분포·상호작용 모델. 경로계획: 샘플링/최적화/강화학습 혼합. 제어: LQR·MPC·PID로 조향·가감속. SOTIF(ISO 21448) 관점에서 기능 한계에서의 안전을 다룹니다.
9) 안전·보안: ISO 26262·ASIL-D·사이버보안
ADAS는 보통 ASIL-B~D 수준. 센서·SoC·전원(12/48V) 중복, Fail-safe/Fail-operational 전략, OTA와 SW 무결성, 침입 탐지/보안 부팅(ISO/SAE 21434)이 필수입니다. HIL/MIL/SIL·시나리오 기반 검증과 데이터 커버리지 관리가 핵심 과제입니다.
10) 규제·평가: UN/ECE, FMVSS, NCAP, ODD 정의
차로유지·AEB·ALKS 등 규제가 단계적 확대 중입니다. NCAP는 어린이/이륜차·교차로·야간 시나리오를 강화하고, 시스템의 ODD(운용 설계 영역) 명시가 요구됩니다.
11) 엔지니어링 과제: 전력·열·세척·오염
라이다/레이다/카메라의 세척/디아이싱, 렌즈/돔 오염 검출, 열 설계(히트파이프·히트싱크·액냉), 케이블/하네스 무게와 EMC 억제가 실차 내구의 관건입니다.
12) 다음 10년: 멀티모달 고해상도·센트럴 컴퓨트·데이터 중심
- 이미징 레이더 보편화와 FMCW 라이다로 속도+거리+형상의 삼위일체
- 열/근적외선·이벤트 카메라로 야간/역광 강인성 강화
- 센트럴 컴퓨트와 조널 E/E, 서비스형 소프트웨어(기능 구독)
- 맵 의존↓·오컵런시 네트워크 기반 자가현지화 강화
- 시뮬+실도로 데이터 루프: 데이터 엔지니어링·자동 라벨·시나리오 커버리지
- V2X+예측 AEB/턴 지원으로 비가시 위험 선제 대응
센서·컴퓨팅 전환점 요약 표
| 영역/시대 | 전환점 | 체감 효과 | 주요 과제 |
|---|---|---|---|
| 센서 1 | 카메라 SD/HDR → 멀티·열화상 | 차선/신호/보행자 인지↑ | 역광/야간/오염 대응 |
| 센서 2 | 레이더 단일 → 4D 이미징 | 악천후 강인성·형상 인지↑ | 가짜 목표/군중 분리 |
| 센서 3 | 라이다 회전 → 솔리드/FMCW | 소형·비용↓·속도 동시 추정 | 오염/날씨 감쇠 |
| 컴퓨팅 | 분산 ECU → 도메인/센트럴 | 연산 집적·OTA·기능 확장 | 열/전력·소프트웨어 복잡성 |
| 소프트웨어 | 규칙기반 → 딥러닝·멀티모달 | 검출·예측 정확도↑ | 데이터 품질·설명가능성 |
| 안전/검증 | 컴포넌트 테스트 → 시나리오/ODD 기반 | 실사용 커버리지↑ | 코너케이스·정량지표 |
FAQ
카메라만/라이다 없이도 자율주행이 가능한가요?
가능성은 있으나 ODD 제한·악천후 강인성·레퍼런스 거리 정확도에서 제약이 큽니다. 다중 센서 퓨전은 상호 보완으로 안전 여유를 넓히는 접근입니다.
이미징 레이더와 라이다는 어떻게 다르죠?
이미징 레이더는 속도·거리·방위에 강하고 악천후에 강인, 라이다는 고해상도 형상/경계를 정밀 추정합니다. 결합 시 원거리·근거리·악천후를 두루 커버합니다.
HD맵이 꼭 필요한가요?
고정밀 맵은 도심·복잡 교차로에서 강점이 있지만 유지/갱신 비용이 큽니다. 최근은 맵 경량화+자가현지화와 맵리스 오컵런시가 병행됩니다.
센트럴 컴퓨트의 장점은?
연산 자원 공유·중복 설계 단순화·OTA 확장성이 큽니다. 대신 열/전력·네트워크 대역·안전 분리(파티셔닝) 설계가 관건입니다.
안전 인증에서 무엇을 보나요?
ISO 26262 기능안전(고장 시 위험), SOTIF(기능 한계), ISO/SAE 21434(보안), NCAP/규제 시나리오 성능을 종합 평가합니다.
차급·ODD별 ADAS/자율 전략
일상 승용·고속도로 중심은 카메라+이미징 레이더 기반 L2/L2+가 비용·효과 균형이 좋습니다. 도심 로보택시·물류는 라이다+레이더+멀티카메라와 센트럴 컴퓨트, HD맵+자가현지화 조합이 안정적입니다. 상용/고하중은 열/전력/세척 설계를 우선하고, 글로벌 론치는 ODD 정의·시나리오 검증·데이터루프를 제품 생애주기에 내재화하세요. 앞으로 10년은 멀티모달 고해상도 센서·센트럴 컴퓨트·데이터 중심 개발·V2X 협조가 결합해, 같은 센서 수로도 더 넓은 ODD와 더 높은 신뢰도를 제공하는 시대가 될 것입니다.
용어 간단 정리
ADAS: 첨단 운전자 보조.
ACC/AEB/LKA: 적응형 크루즈/긴급제동/차로유지.
IMU/GNSS: 관성/위성항법.
HD맵: 고정밀 지도.
센서 퓨전: 다중 센서 결합 추정.
4D 레이더: 거리·속도·방위·고도 해상.
FMCW 라이다: 주파수 변조 연속파 라이다.
ODD: 운용 설계 영역.
TSN/gPTP: 시간 민감 네트워킹/정밀 시각 동기.
SOTIF: 의도된 기능의 안전.
ASIL: 안전 무결성 등급.
Fail-operational: 고장 후에도 기능 유지.