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[특허로 본 유망 미래기술⑥] 스마트 카(Smart Car)
 
특허뉴스 이성용 기자   기사입력  2019/05/13 [14:37]

 

▲ 주목받는 스마트카 핵심 기술     © 특허뉴스

 

자동차는 더 이상 단순한 이동수단이 아니다. 현대인들은 하루 평균 1.5시간 이상을 자동차에서 생활한다. 가정()과 사무실(오피스)에 이어 가장 치열한 경쟁이 벌어질 비즈니스 공간이 바로 자동차다. 이에 자동차와 IT기술을 융합해 언제나 네트워크에 연결된 스마트카기술이 주목받고 있다. 차량 내·외부와 강화된 연결성을 통해 이용자 안전성과 편의성에 기여할 것으로 전망되기 때문이다. 스마트카 시장을 둘러싼 글로벌 기업들의 특허활동을 분석해 본다. <편집자>

 

치열한 스마트 카(Smart Car)시장

 

스마트카는 주변 상황 감지용 센서를 이용한 첨단안전 기능과 차량간(V2V), 차량-인프라간(V2I) 정보를 융합해 통합안전서비스를 제공한다. 따라서 자율주행시스템 HMI (Human Machine Interface) 시스템 센싱/사고예방/회피 시스템 운전보조/탑승자 지원 시스템 등 다양한 요소기술이 필요하다.

자율주행 자동차의 주요 핵심기술은 주변 환경을 인식하는 다양한 종류의 센서(Sensor) 인식한 정보를 판단하고 최적의 조건으로 제어하는 전자 제어 장치(ECU, Electronic Control Unit) 차량에 내장된 소프트웨어인 임베디드 소프트웨어(Embedded Software), 전자 신호를 기계적 신호로 변환하는 액추에이터(Actuator) 차량 통신을 위한 V2X(Vehicle to Everything) 등 크게 다섯 가지로 구분한다.

미국자동차기술학회(SAE)에 따르면, 자율주행 자동차는 현재 2단계까지 도달했다. 완성차업체와 전장부품업체들이 차선이탈경보(LDW), 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC) 등은 고급차 위주로 적용하고 있으며, 차간 거리 및 차선 자동유지 등의 기술은 개발 완료 단계이다.

특히, 향후 3년 이내에 자율주행 자동차의 2~3단계가 전 세계적으로 상용화될 가능성이 높은 것으로 전망된다. 이는 사고시 책임소재가 상대적으로 명확하고, 센서, 소프트웨어 등 관련 기술들이 이미 상용화됐기 때문이다.

이에 따라 2025년경 자율주행 자동차가 급속도로 활성화되기 시작하고, 2035년경에는 완전 자율주행의 시대가 열릴 것으로 전망하고 있다. 2018년 자율주행차 시장규모는 2740억 달러(310)에 달할 전망이며, 특히 미국은 자율주행 시스템 연구에만 향후 10년간 40억 달러(5)를 투자할 계획이다.

스마트카 분야는 크게 완성차업체 ICT업체 부품업체들이 각축을 벌인다. 완성차 업체는 GM, 볼보, 아우디, 벤츠, 현대차 등으로 거의 대부분이 3단계(제한적 자율주행) 이상 개발에 도달했다. 애플, 구글, 바이두 등 ICT업체들과 보쉬 등 부품업체도 스마트카 시장 핵심 플레이어로 꼽힌다.

벤츠는 1990년대 초부터 자율주행 기술 개발을 시작한 선두주자로 20155월에는 세계 최초로 자율주행 상용차 운행 허가를 받았으며, 벤츠 기술 개발은 상시 연결 인텔리전트 퓨전 토털 센서 데이터 평가 등 영역 집중적으로 이뤄졌다. 아우디는 미국 네바다주 자율주행차 면허를 벤츠에 이어 세계에서 두 번째로 획득한 업체로 2014년 이후 매년 새로운 자율주행차 모델을 공개하고 있으며, 기존 아우디 A8(D5) 모델에 자율주행 기능을 지원할 예정이다.

구글은 2009년부터 도요타 일반 차량을 개조해 무인주행 자동차인 구글카를 개발해 시험주행을 실시했다. 구글카는 비디오 카메라, 방향표시기, 인공지능 소프트웨어, 위성위치정보시스템(GPS), 센서 등을 기반으로 작동한다. 구글은 2014년 현대자동차, 아우디, GM, 혼다 등 4대 완성차 업체와 스마트카 개발 오픈 오토모티브 연합(OAA)’을 결성했다.

 

주목받는 HMIV2X 기술

 

운전자에게 많은 정보량을 전달할 수 있는 HMI(Human Machine Interface) 기술이 주목받고 있다. HMI는 차량 주행 정보를 유리창 전면에 그래픽 이미지로 보여주는 기술로 특히 HUD(Head-Up Display) 제품은 이중으로 상이 맺히는 간섭현상을 방지하기 위해 별도의 전용 유리창이 필요해 일부 고급차에만 상용화됐으나 최근에는 운전자에게 직접 정보를 전달하는 형태로 발전했다.

스마트카 1대당 약 200여개 센서가 적용되는 데, 이들 센서는 동력제어, 안전제어, 편의제어, ICT 연동 등으로 구분된다. 특히 카메라 센서의 경우 시야가 좁은 지형과 날씨에는 무력한 측면이 있기에 V2X(Vehicle to Everything) 서비스가 주목받고 있다.

미국은 ‘IntelliDrive’ 프로젝트를 진행중인데, 미국전역에 V2X 통신시스템 및 인프라를 구축해 안정성, 이동성 등을 극대화하기 위한 새로운 서비스 실현을 목적으로 추진 중이다. 유럽은 ‘SAFESPOT’를 스마트 도로 상의 스마트 차량(Smart Vehicles on SmartRoads)이라는 슬로건을 걸고 차량과 도로상의 인프라를 활용해 안전한 교통 시스템 구축 중이다.

일본도 V2X 통신용 주파수를 할당하고, 일본 국토교통성은 첨단 기술 보급을 위한 ASV(Advanced Safety Vehicle) 사업을 추진하기 위해 경찰청·총무성 등과 연계해 V2I 통신 기반 ‘ITS Japan’ 전략을 수립했다.

 

글로벌 스마트카 특허 동향

 

스마트카 관련 세계 특허는 총 23000여건으로 지난 2002년부터 출원 활동이 활발해지기 시작해 2013년을 기점으로 대폭 증가했다. 특히 센싱 기술분야 특허 출원이 다른 영역보다 큰 폭으로 늘어난 것으로 조사됐다.

일본이 39.6%(11,154)로 가장 높은 점유율을 차지한 가운데 뒤를 이어 미국 국적 출원인이 20.7%(5,829), 한국 국적 출원인이 18.9%(5,317)를 차지했다. 미국 특허청에 가장 많이 특허가 출원되고 있는 기술은 탑승자 지원 분야로 전체 10개의 기술 중 7개의 특허가 출원됐다. 한국 특허청 출원 건수를 기준으로 보면 운전보조 액츄에이터 사고예방/회피 등 순으로 이중 센싱 분야의 경우, 미국 특허청과 한국 특허청에 출원된 건수의 차이가 1,733건으로 가장 많은 격차를 보였다.

지난 1995년부터 2016년까지 20개 주요 업체의 특허 출원 활동을 5년별로 구분, 6개 구간으로 구분한 결과, 주요 자동차 및 부품 제조사들 대부분이 전 구간에 걸쳐 특허 출원을 꾸준히 지속해 왔다. 특히 TOYOTA, HONDA, HITACHI의 경우 전구간에서 활발했으며 현대자동차와 DENSO5개 구간에서 TOP10에 진입했다. 이 밖에 NISSAN, BOSCH, 현대모비스, 만도 등도 지속적인 특허출원 활동을 벌였다.

KUBOTA, 대우자동차, 기아자동차, MAZDA, 동부대우전자, 삼성전자는 2구간(1999) 이후 특허출원 건수 기준으로 TOP10에 포함되지 못했다. 이에 반해 FORD, AUDI, LG전자 등은 5구간(2011) 이후로 활발한 특허출원 활동을 통해 TOP10 출원인에 포함됐다.

 

▲ 스마트카 분야 미래예상 제품서비스 로드맵 (한국특허전략개발원)     © 특허뉴스

 

글로벌 스마트카 특허 활동 및 전략

 

자율차 개발 프로젝트를 가장 먼저 시작한 구글은 지난 2009년부터 운전 능력이 없는 장애인·노인에게도 꿈과 희망 전파’, ‘하루 교통 소요 시간 감축등 자율차 상용화를 핵심 목표로 내세웠다.

구글 자율차 특허는 자동차 외관 디자인부터 센서, 컴퓨팅, 인공지능(AI), 지도, 사용자 인증 시스템, 편의 서비스 등 다양하다. 구글이 지난 2009년부터 등록한 자율주행차 관련 특허는 약 250건으로 그 중 108건이 핵심 특허로 파악된다.

구글은 지난 2014년 등록한 자율차용 위치기반 알림 서비스 애플리케이션 특허(US 8880270)’GPS 내비게이션에 기반을 둔 정보서비스를 사용자에게 안내하는 애플리케이션으로 인접 주유소나 식당부터 가까이에 있는 친구 정보까지, 상황별로 다양한 알림을 제공한다. 예를 들어 주행 초기 온도와 연료 등에 특이사항이 없다면 자율차는 현재 위치와 시간 등 기본 정보를 알려주고 패스트푸드점과 충전소가 가까이 있다는 위치 정보도 함께 안내한다. 자율차 근처에 주요 인물이 있다면 자동차는 친구 다섯 명이 근처 패스트푸드점에서 식사하고 있습니다. 갈까요?”라고 물어오고 탑승자는 승낙(Yes) 거절(No) 친구 정보 요청(Who?) 메시지 발송(Messages) 알림 거절(Stop Hints) 중 원하는 단어로 응답한다.

 

▲ 구글의 `보행자 2차 충격을 완화하기 위한 전방 접착식 차량     © 특허뉴스

 

구글이 등록한 보행자 2차 충격을 완화하기 위한 전방 접착식 차량(특허번호US9340178)’ 특허는 보행자가 자동차에 치였을 때 멀리 튕겨져 나가는 2차 충격을 방지하기 위한 기술이다. 자동차 앞부분인 후드, 범퍼 등을 접착막으로 코팅한다. 이 접착 코팅은 평소 작동하지 않다가 사람과 충돌하는 1차 충격이 발생했을 때 활성화되고 이때 사람은 부딪친 즉시 접착 코팅에 달라붙어 튕겨 날아가지 않는다. 날아다니는 파리를 잡는 끈끈이와 비슷하며, 보행자는 브레이크 작동 때까지 차량 앞부분에 붙들려 있기 때문에 튕겨져 나가지 않고 완만하게 떨어질 수 있다.

구글은 도로 감지나 차량 제어, 날씨 감지 등 자율주행 기술뿐만 아니라 최근에는 보행자 보호 특허까지 확보하며 영역을 확장했다. 실제로 구글이 확보한 목적지 제한용 차량 시스템특허(US 8688306)는 주행자에 따라 경로 변경을 엄격히 제한해 때에 따라 특정 운전자의 수동 주행을 금지하고 핸들을 뺏는다. 또 구글 햇빛 감지 시스템특허(US 9025140)는 태양의 이글거림으로 인한 반사 신호를 분석해 날씨에 맞게 주행 모드를 변경해준다.

애플도 아이폰으로 차량을 제어하는 무선 통신 특허(US 9351102)를 등록했다. 무선 암호화 데이터 인증을 이용해 휴대폰으로 운전 시간 및 속도 제한 엔진 작동 자동 주차 등이 가능하다.

전통적인 항공기 제조사인 보잉은 최근 태양광 무인비행기 관련 특허를 대거 출원했으며 에어버스 역시 2016년 독일 베를린에서 열린 국제항공우주박람회인 ‘ILA 베를린 에어쇼에서 미니 무인비행기를 공개했다. 태양 전원 비행기(Solar Powered Airplane)로 명명된 보잉 특허는 몸체가 태양전기 패널로 덮여있고, 양끝에 작은 날개가 달린 형태이다. 보잉의 무인비행기에 대한 관심은 전사적 차원으로 실제 제임스 맥너니 보잉 CEO하늘에는 신호나 표지판이 없는 만큼, 자동차보다 비행기를 무인화하는 것이 훨씬 쉽다가까운 미래에 파일럿이 없는 여객기를 볼 수 있을 것이라고 강조했다.

에어버스는 ILA 베를린 에어쇼에서 길이 약 4m, 무게 20kg토르’(Thor)란 이름의 무인항공기를 선보였는데 2개의 전기모터와 송수신 장치(radio control system)를 제외하고는 모두 3D프린터로 제작돼 관심을 받았다. 에어버스는 무인비행기 제퍼(Zephyr) 시험 비행에 성공하는 등 무인비행기 상용화에 속도를 내고 있다.

 

▲ 보잉이 출원한 태양광 무인비행기 특허     © 특허뉴스

 

미래예상 제품·서비스 로드맵

 

# 급한 볼일이 있는 신기술씨는 허겁지겁 스마트카에 올랐다. 초행길이라 낯설지만 목적지를 말하자 스마트카가 알아서 최적의 경로를 찾아낸다. 스마트카가 추천하는 경로와 차선 안내 등 네비게이션 화면이 그대로 헤드업 디스플레이에 적용된다(KR1020130135182). 증간현실 기능이 구현돼 도로위에 방향 전환 화살표 표식이 나타난다. 또 멀리 있는 이정표를 읽어낸 스마트카가 헤드업 디스플레이 한켠에 이정표 내용을 크게 확대해주기도 한다(KR1020120140586).

스마트카는 방향과 주행정보뿐 아니라 도로 위 위험 상황에 대한 경고도 잊지 않는다. 멀리 위치한 위험물체를 인식한 스마트카는 탑승자가 인식하기 쉽게끔 직관적으로 위험물의 존재와 방향을 알린다(JP2013087914A). 신기술씨는 탑승자에게 주행과 관련된 모든 정보를 알려주는 헤드업 디스플레이가 있기에 편안하게 도로위를 누빈다.

 

▲ 스마트카 분야 구간별 TOP 10 출원인 분석(특허청)     © 특허뉴스
▲ 스마트카 세부 기술 분야별 출원동향 (특허청)     © 특허뉴스

 

머신러닝의 개발이 급진전하면서 자율주행차는 실리콘밸리의 가장 유망한 사업으로 평가받고 있다. GM과 포드, BMW, 도요타 등 기존 자동차 메이커뿐 아니라 테슬라 등 전기차 업체, 우버와 리프트 등 차량공유업체 등 실리콘밸리 스타트업에 이르기까지 자율차 부문 경쟁에 가세했다.

특히 구글 모기업 알파벳은 비밀 연구 프로젝트팀 구글X에 속해 있던 자율주행차 부문을 웨이모(Waymo)’라는 독립회사로 분사했는데, 구글 자율주행차가 연구 단계를 벗어나 사업화 단계에 접어들었다는 의미이다. 웨이모는 자동차 생산은 제조사에 맡기고 소프트웨어에만 초점을 맞춘다는 입장으로 구글 자율주행기술이 구글 검색이나 안드로이드 운용체계(OS)처럼 서드파티 하드웨어를 움직이는 핵심 플랫폼 역할을 할 전망이다.


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기사입력: 2019/05/13 [14:37]  최종편집: ⓒ 특허뉴스
 
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