자동차 기술이 발전함에 따라 지능적이고 안전한 차량 내부 환경에 대한 필요성이 빠르게 증가하고 있습니다. 차량 내부 밀리미터파 레이더, 즉 "차량 내부 레이더"는 단순한 편의 기능을 넘어 규제 요건으로 인해 점점 더 필수적인 요소가 되고 있습니다. 압력 센서나 카메라와 같은 기존 방식은 오탐지율이 높고, 조명에 민감하며, 사생활 침해 문제가 있는 경우가 많습니다. 밀리미터파 레이더는 높은 투과율(예: 담요 투과), 비접촉식 감지, 그리고 사생활 보호 기능 덕분에 차량 내부 모니터링 기술의 선두 주자로 자리매김하고 있습니다. 유로 NCAP과 같은 규제 기관에서도 안전벨트 미착용 경고(SBR/SOD) 및 어린이 탑승 감지(CPD) 기능을 능동 안전 평가 시스템에 포함시키는 등 이러한 추세를 반영하고 있습니다.
주요 용도
아동 존재 여부 확인(CPD)
차량 내 레이더는 4mm 정도의 미세한 가슴 움직임과 같은 미세한 움직임 신호까지 감지하여 아이가 차량에 방치되었는지 여부를 판단할 수 있습니다. 관련 법규에 따라 이 시스템은 차량 시동이 꺼진 후에도 일정 시간 동안 작동해야 하며, 외부, 청각, 시각 알림을 통해 다단계 경보를 제공해야 합니다. 이러한 기능 덕분에 차량에 방치된 아이들이 열사병 등의 열 관련 부상을 입을 가능성이 크게 줄어듭니다.안전벨트 착용 알림 및 좌석 착석 감지(SOD/SBR)
레이더는 성인과 어린이를 정확하게 구분하여 충돌 시 탑승자 보호를 강화하고 에어백 작동 전략을 최적화합니다. 통합 안전벨트 미착용 알림 시스템은 안전벨트를 착용하지 않은 승객에게 실시간 경고를 제공하여 차량 내부 안전성을 향상시킵니다. 정교한 알고리즘을 통해 복잡한 차량 내부 환경에서도 높은 감지 정확도를 유지합니다.침입 탐지 시스템(IDS)
레이더는 차량 시동이 꺼진 상태에서도 무단 침입이나 창문 파손과 같은 비정상적인 실내 움직임을 감지하여 탑승자의 사생활을 보호하면서 24시간 내내 보안을 제공합니다. 이 시스템은 약 15mW의 저전력 모드로 작동합니다.생체 징후를 주시하기
운전자의 피로도를 추적하고, 승객의 건강 상태를 평가하거나, 맞춤형 지능형 차량 내 서비스를 제공하기 위해 차량 내 레이더는 심박수 및 호흡과 같은 실시간 생리 데이터를 추출할 수 있습니다. TinyML 및 엣지 AI 기술은 오경보를 줄이고 모니터링 정확도를 높입니다.
기술 시스템 아키텍처
복잡한 기내 레이더 시스템은 하드웨어와 소프트웨어를 모두 통합합니다.
하드웨어 계층: 신호 획득 및 초기 처리를 위한 RFIC, 마이크로컨트롤러(MCU) 및 디지털 신호 처리기(DSP).
신호 체인: 알고리즘 분석을 위해 주파수 변조 연속파(FMCW) 기술을 사용하여 1D, 2D 또는 3D 원시 데이터가 생성됩니다.
알고리즘 계층: 탑승자를 식별하고, 생체 신호를 추적하며, 경보를 발생시키기 위해 머신러닝 모델이 포인트 클라우드와 히트맵을 분석합니다. 실제 데이터를 기반으로 학습함으로써 복잡한 객실 환경에서의 안정성이 향상됩니다.
통신 계층: 차량 안전 시스템과의 통합을 위해 결과는 CAN 버스 또는 기타 차량 네트워크를 통해 중앙 컨트롤러로 전송됩니다.
성과를 측정하는 핵심 지표
시야각(FoV), 안테나 토폴로지, 거리 해상도, 각도 해상도, 각도 정확도, 규정 준수 및 채널 밀도는 중요한 지표의 예입니다.
거리 분해능: 고주파 레이더를 사용하면 스캔 대역폭에 따라 센티미터 수준의 정확도를 얻을 수 있습니다.
파장과 안테나 채널은 각도 해상도를 결정하며 , 다중 채널 설계는 거주자 위치 파악 능력을 향상시킵니다.
규정 준수: 양산 차량에 합법적으로 적용되려면 시스템은 해당 지역의 주파수 규정을 준수해야 합니다.
기술의 동향과 발전 방향
24GHz 도플러 레이더: 저렴하고 기본적인 생체 신호 모니터링에 유용하지만 정확한 거리 데이터를 제공하지는 않습니다.
60GHz FMCW 레이더: 실시간 엣지 AI 처리 및 고해상도 3D/4D 포인트 클라우드 이미징을 지원하는 인기 있는 솔루션입니다.
UWB 레이더: 저렴하고 재사용 가능한 하드웨어로, 각도 해상도가 낮아 높은 정밀도가 요구되지 않는 응용 분야에 사용할 수 있습니다.
실제 생리 신호의 변동성과 환경적 간섭(예: 장애물, 반사, 전자 잡음)은 어려운 과제입니다. 신호 처리, 최적화된 안테나 설계, 그리고 향상된 AI 알고리즘은 모두 이러한 문제에 대한 해결책의 일부입니다.
향후 개발 동향에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
엣지 AI 처리: 저지연 실시간 탐지를 위해 레이더 SoC에 신경망을 직접 설치합니다.
다중 모달 융합: L3+ 지능형 캐빈 애플리케이션의 경우, 카메라 의미 데이터와 레이더 미세 동작 감지 기능을 통합하여 감지 정확도와 신뢰성을 향상시킵니다.
심박 변이도 분석: 건강 상태, 감정 상태 및 피로도를 평가하는 모니터링을 확장하여 개인 맞춤형 지능형 기내 서비스를 제공합니다.
요약
차량 내 레이더 설계에서는 안테나 배치, 채널 밀도, 인공지능 알고리즘, 규제 요건 등 모든 요소를 균형 있게 고려해야 하므로 시스템 엔지니어링 측면에서 매우 어려운 과제입니다. 밀리미터파 레이더는 지속적인 최적화와 다중 모드 통합을 통해 자동차 안전에 강력한 기술적 지원을 제공하며, 어린이 감지, 생체 신호 모니터링, 지능형 차량 환경 구축에 핵심적인 역할을 수행할 수 있습니다.