자동차용 센서 시장 … 안전 등의 니즈로 성장

그림 1. 자동차에 탑재된 센서

일본 야노경제연구소의 자료에 따르면, 자동차가 전장화됨에 따라 2010년에는 자동차 1대당 160개의 센서가 들어갔지만, 2015년에는 200여 개 이상으로 증가될 전망이다. 

자동차에서 센서의 비중이 늘어나고 있는 이유로는 환경오염 방지를 위한 자동차 배기가스, 연료 경제성 제고 및 안전 등에 대한 법적 규제 강화, 소비자의 경제력 향상으로 자동차의 품질, 신뢰성, 편의성 및 안전성에 대한 요구 증대, 기술 발전에 의한 고성능, 저비용 시스템의 개발 가능성 제고 등을 들 수 있다.

자동차에 적용되는 센서를 동력 제어, 안전 제어, 편의 제어, ICT 연동 등으로 구분해 정리하면 센서 적용은 엔진 제어 부분에서 먼저 시작됐고, 차체 자세 제어를 위한 ABS, ESP 등으로 확대됐다. 이후 에어백을 비롯해 초음파 센서, 레이더 등 충돌방지용 센서들이 적용되고 있으며, 편의 및 쾌적함을 위한 공조 제어, 조명 제어 등에 필요한 센서들이 점차 늘어나고 있다. 

센서 종류 면에서 살펴보면, 압력 센서와 회전 및 위치파악을 위한 자기 센서가 많은 수를 차지하고 있으며, 충돌 방지를 위한 전후방 물체인식용 초음파 센서, 카메라 비전 센서, 레이더 센서, 레이저 레이더 센서 등이 새롭게 적용되고 있다.

자동차용 센서는 MEMS 기술의 발전을 견인하고 있으며 특히 압력 센서, 가속도 센서, 각속도 센서 등은 자동차의 안정성과 편의성 측면에서 놀라운 발전을 보여주고 있다. 미국, 일본 및 유럽에서는 국가 차원에서 MEMS 기술을 이용한 자동차용 센서 개발에 지원을 아끼지 않고 있다.

스마트카 구현 시스템 중 센서가 많이 필요한 분야는 능동안전시스템 분야로, 해당 시스템은 운전 지원, 사고 예방, 사고 회피 분야로 나눌 수 있다. 

주행 시 차량의 내외부 환경을 복합적으로 인식하는 기술이 능동안전시스템의 성능과 신뢰성을 좌우하므로, 해당 시스템에 사용되는 센서들이 중요하다. 능동안전시스템에 적용되는 주요 센서는 각속도 센서와 가속도 센서인데, 이는 차량의 주행 상태를 다각도에서 감지해야 하기 때문이다.

각속도 센서는 자동차 회전 정도를 측정하여 주행 상황의 기본 정보를 제공하며 회전각속도 센서, 자이로 센서 등이 있다. 가속도 센서는 자동차의 가속, 진동, 충격 등을 감지하는 역할을 하는데, 급작스러운 가속이나 충돌 등의 상황을 인지할 수 있는 정보를 제공한다.

능동안전시스템의 중요 기능 중 하나는 외부 환경 인식으로, 전후좌우의 외부 환경을 장단거리로 구분해 인식할 필요가 있다. 이런 역할을 하는 센서로는 초음파, 레이더 등이 있는데, 적용 범위가 넓은 레이더 센서의 사용이 늘고 있다. 

레이더 센서는 고속 주행 상태에서도 속도와 거리를 동시에 측정할 수 있지만 가격이 높다는 단점이 있다. 능동형 크루즈 컨트롤, 전후방 충돌 경보, 충돌방지 시스템 등 차세대 시스템에 레이더 센서를 활용하는 경우가 늘고 있으며, 일반적으로는 장거리와 단거리 레이더 센서가 조합돼 사용된다.

인식한 물체를 보다 세밀하게 분석하려면 영상정보가 필요한데, 이에 사용되는 센서가 카메라 센서이다. 카메라 센서는 자동차 내외부 환경에 대한 영상을 운전자에게 전달할 뿐만 아니라, 영상분석을 통해 자동차가 능동적으로 주행 환경을 판단하도록 돕는 역할을 수행한다.

카메라 센서는 차량 주변 모니터링, 차선이탈/차선유지 시스템, 운전자 상태 감시 시스템 등에 사용되는데, 특히 유럽은 보행자 보호를 강화하고 있어 보행자 인식에 필수적인 카메라 센서의 활용도가 더욱 높아질 전망이다.

1. 자동차용 센서 시장, 2021년 352억 달러 규모
시장조사기관인 BCC 리서치(BCC Research)의 2014년 5월 자료에 따르면, 자동차용 센서 시장은 2014년 199억 달러 규모에서 연평균 9.7% 성장하여 2021년에는 352억 달러 규모에 이를 것이라고 한다. 

기술별로는 회전 운동(Rotational Motion) 센서가 가장 큰 비중을 차지하고 있지만, 앞으로 무인 주행과 스마트 운행에 대한 필요성이 증가함에 따라 이미지/비전 센서와 레이더/라이더 센서 부문이 주도할 것으로 예상되고 있다.

국내 자동차용 센서 시장 규모는 2014년 기준 10억 달러 규모로 커지고 있지만, 국내 업체의 시장점유율은 23% 수준에 불과하며, 고부가가치 첨단 센서의 경우 100% 수입에 의존하고 있다.

2. 주요 자동차용 센서 업체
보쉬는 자동차용 MEMS 센서의 선두 기업이며 프리스케일은 압력 센서, 에어백 및 ESC용 가속도 센서 등을 주로 생산하고 있다. 그리고 덴소는 도요타와 혼다 등을 주요 고객사로 하는 아시아 지역의 공급 업체이며, 아나로그 디바이스는 에어백용 가속도계, 각속도계 등을 생산하고 있다.

이외에도 압력 센서와 각속도계를 생산하는 슈나이더 일렉트릭(Schneider Electric), 최근 GPS와 ESC용 각속도계를 강하게 추진하고 있는 파나소닉 등이 대표적이다.

반도체 및 전문 센서 업체들이 자동차용 센서 시장의 주도권을 확대하고 있으며, 선진 업체의 R&D, 생산 등에 대한 투자 확대로 후발 업체와의 격차가 더욱 확대될 전망이다.

차량용 반도체 … 틈새시장 공략, 집중 투자로  국가경쟁력 제고

우리나라에서 스마트카 전장부품 산업을 육성하기 위해서는 첫째, 기초·원천 기술 및 핵심 부품을 개발해 기존 우리나라가 갖고 있던 강점인 부품 생산, 제품 개발 부문을 혁신해야 한다. 

또한 편의장치와 안전, 환경 기술에 대한 선택과 집중 전략으로 기초 연구 및 원천 기술 개발을 강화해야 한다. 그리고 국제 표준화 활동 및 선진 업체와의 전략적 제휴도 필요한데, 신기술에 기반을 둔 차세대 자동차 개발에서 기초 기술 확보 및 전략적 제휴를 통한 세계 표준화와 시장 장악이 필요하다.

둘째, 업체별 독자 개발보다는 협력이 효과적인데, 지금은 전장부품 기술 개발을 업체들마다 독자적으로 추진하고 있어 막대한 비용과 인력, 시간이 소요되고 있다. 비용 감축과 효율성을 제고하기 위해 연구기관, 자동차 제조 업체, 부품 업체 등의 협력 및 공동 개발이 필요한 상황이다.

자동차용 반도체에는 다양한 진입 장벽이 존재한다. 첫째, 자동차용 반도체는 사람의 안전과 직결되므로 다른 반도체에 비해 품질 및 신뢰성 기준이 높아 후발주자가 품질 부분을 충족시키기 어렵고, 장기간의 인증 및 시험 절차를 거쳐야 하므로 개발 기간만 4∼5년이 필요하다. 

둘째, 자동차용 반도체 산업은 차종별 맞춤형 제작 형태이므로 ‘규모의 경제’가 적용되기 어려워 후발 주자들이 기존 업체를 따라가기 힘들다. 

셋째, 완성차 업체와 반도체 업체는 상호 신뢰 관계로 맺어져 수십 년 간 긴밀한 관계를 유지해오고 있기 때문에, 신규 업체가 판로를 개척하기 어렵다.

자동차용 반도체 산업을 육성하기 위해서는 틈새 시장을 중심으로 공략해야 하며, 장기적인 계획 하에서 집중 투자가 필요하고, 품질 수준을 높여 국제 경쟁력을 강화해야 한다. 

또 정부 차원에서 개발된 제품의 조기 상용화를 위해 적용하기 쉬운 제품에 대해서는 법규상으로 장착률을 늘리는 방안이나, 적용 시 유무형 인센티브를 제공함으로써 기업의 부담을 줄여주기 위한 노력이 필요하다.

자동차용 센서는 MEMS 및 NEMS(Nano Electro Mechanical System) 기술이 센서 기술과 접목되면서 혁신적으로 발전할 것이라고 예상된다. 자동차용 센서는 운전자의 안전과 밀접하게 연관되므로 고신뢰성, 고정밀도가 요구된다. 

또한 급격한 온도 변화, 중력의 30배가 넘는 가속 환경, 각종 전자장치에 의한 전자파 간섭 등 열악한 환경 조건을 견뎌야 한다. 최근에는 차량에 사용되는 센서의 종류와 개수가 급격히 증가하면서 센서의 소형화, 저가격화 및 기능 통합화가 요구되고 있다. 

이러한 요구에 따라 MEMS형 센서 개발 및 적용이 확대되고 있으며, 현재 자동차 대부분의 에어백에는 MEMS형 가속도 센서가 적용되고 있고, 공정 기술을 활용한 센서의 종류도 점차 늘어나고 있다.

향후 자동차 산업의 경쟁력을 높이려면 차세대 센서 분야에 대한 원천 기술 확보가 필요한 실정이다. MEMS/NEMS 기술이 적용된 차세대 스마트 자동차 센서 개발과, 자동차 산업의 궁극적 지향점인 자율주행 자동차를 위한 영상인식 분야 등 차세대 센서 분야에 대한 원천기술을 확보하려는 노력이 필요한 때이다.

전황수 책임연구원 _ ETRI 산업전략연구부