똑똑한 내 차: 더 이상의 눈뽕은 그만! Adaptive Light System

야간 주행 시 우리의 눈을 지치게 하는 존재, 헤드라이트

IIHS에 따르면, 교통사고의 약 절반이 어둠 속 또는 새벽이나 황혼에 발생한다. 그만큼 야간 가시성은 도로 주행에서 특히 중요하다. 어두운 밤길에서는 작은 사고도 운전자가 놀라면 큰 사고로 이어지기 때문이다. 따라서 헤드라이트는 낮보다 밤에 더욱 잘 작동해야 한다. 그럼 헤드라이트가 눈부시게 밝기만 하다면 좋은 것일까? 답은 아니다. 헤드라이트가 눈부심을 유발하더라도 도로를 비추는 데 충분하지 않은 경우도 있으며 눈부심보다는 가시성이 더 중요시된다. 따라서 이상적인 주행은 하이빔과 로우빔의 적절한 혼용으로 도로를 주행하는 것이다.

그러나 Regan & Cicchino가 2016년에 발표한 바에 따르면, 약 54% 이상의 운전자만이 적정 상황에서 하이빔을 키며 운전하고 있다. 하이빔만을 키고 주행하는 것은 다른 운전자에게 눈부심과 스트레스를 주고, 하이빔을 켜지 않거나 키는 것을 잊은 채로 운전하는 경우에는 다가오는 차량이 안전거리만큼 떨어져 있는지 확인하기 어려워 주행에 어려움을 준다. 이런 헤드라이트를 상황에 따라 적절하게 조절할 순 없을까?라는 문제 제기에서 탄생한 것이 바로 적응형 라이트 시스템(ALS)이다.

적응형 라이트 시스템(ALS)이란 무엇인가?

적응형 라이트 또는 헤드라이트 시스템(Adaptive Light or Headlight system)으로 불리는 ALS는 브랜드마다 부르는 기술 명칭은 다르지만 기본 특징은 같다. ALS는 주변 환경에 맞춰 헤드라이트 등 조명을 능동적으로 조정하는 기술로, 야간 주행 시 커브와 언덕에서 가시성을 높이는 안전 주행 보조 시스템이다. 이 외에도 하이빔 제어 시스템(HBC)이 있는데, ALS는 헤드라이트 각도 조절 시스템이라면 HBC는 야간 주행 중 자동으로 상향등과 하향 등을 전환하여 운전자가 위험을 쉽게 인식하도록 설계한 시스템이다. 브랜드마다 이 두 기술을 분리해서 부르는 곳도 있으며 이를 하나의 시스템으로 만든 곳도 있다. 다만 모두 헤드라이트를 제어하는 기술 범주에 있으며 운전자의 시야를 보조한다는 큰 맥락은 일치한다.

ALS는 어떻게 상황을 판단하고 헤드라이트를 조절할까?

ALS는 센서에서 나오는 정보를 바탕으로 ECU가 해석하여 제어한다. 센서는 네 바퀴의 회전 속도를 모니터링하는 휠 속도 센서와 코너 시 차량 좌우 움직임을 모니터링하는 요(Yaw) 센서, 스티어링 휠 각도를 모니터링하는 조향 각도 센서, 헤드라이트 내에 있는 소형 모터 등이 있으며 ECU는 차량의 속도와 커브의 각도 및 길이를 파악한다. 이를 토대로 ECU는 각 헤드라이트에 탑재된 소형 모터를 ECU가 지정한 방향과 각도로 이동시켜 상황에 맞게 헤드라이트를 능동적으로 조절한다. 시스템은 피드백을 통해 코너를 돌거나 다른 차선의 차를 만나거나 언덕을 오르내릴 때 헤드라이트가 너무 위나 아래를 향하지 않도록 하고 레벨 센서를 통해 차량의 위치를 파악하여 헤드라이트를 조정한다.

HBC(하이빔 제어 시스템)는 전방 차량의 미등 또는 다가오는 차량의 헤드라이트를 감지할 때만 하이빔에서 로우빔으로 전환한다. 차량이 밝은 곳에서 주행할 때 또는 높은 빔이 필요하지 않은 경우에는 느린 속도로 헤드라이트를 로우빔으로 전환하고 요즈음에는 ALS과 결합하여 더 넓은 시야를 제공하고 운전자가 더 먼 거리를 볼 수 있게 하여 일찍 위험을 인식할 수 있도록 한다.

앞서 소개한 것들이 전방 주행등에 대한 것이라면, 후방 브레이크등에 적용된 기술 역시 있다. 대표적으로 메르세데스 벤츠의 적응형 브레이크등 시스템(Adaptive Brake Lights)이다. NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration)의 통계에 따르면 미국에서는 후방 충돌이 모든 사고의 31%를 차지하여 사망과 부상을 초래한다고 밝혔다. 이에 벤츠는 브레이크등이 깜박이면 이러한 사고를 예방하는 데 효과적으로 기여할 수 있다 판단하였고, 메르세데스 엔지니어가 수행한 연구에서 이를 효과적으로 판단할 수 있었다.

연구에 의하면, 비상 제동 상황에서 깜박이는 빨간색 경고등이 기존의 브레이크등으로 대체되면 운전자의 제동 반응 시간이 평균 최대 0.2초 단축 될 수 있다. 그 결과, 제동 거리는 80km / h의 속도로 4.4 미터, 100km / h의 경우 5.5 미터까지 줄일 수 있었고 결과적으로 노란색 위험 경고등보다 4 배 빠르게 깜박이는 빨간색 브레이크등은 후부 충돌 가능성을 운전자에게 경고하는 데 특히 효과적임이 입증 되었다. 벤츠의 적응형 브레이크등 시스템은 바로 이러한 메커니즘이다.

ALS 기술의 집약, 매트릭스(Matrix) LED 헤드라이트

뿐만 아니라 ALS와 HBC를 하나로 합친 레이저 헤드라이트도 등장하는 추세다. 매트릭스 헤드라이트는 레이저 라이트의 일종으로, 대표적으로 아우디의 디지털 매트릭스 LED 헤드라이트가 있다. 미세한 픽셀로 헤드라이트를 분해하여 나오는 고해상도의 빛을 도로에 비치는 헤드라이트로, DMD (digital micromirror device) 기술을 기반으로 한다. 매트릭스 헤드라이트에는 백만개의 마이크로 미러가 들어있는 작은 칩이 있으며, 각각의 가장자리 길이는 수백 밀리미터로 매우 작은 크기다. 각 마이크로 미러를 초당 최대 5,000 번 기울일 수 있고 설정에 따라 LED 광선이 렌즈를 통해 도로로 향하거나 빛을 거둘 수 있다. 매트릭스 헤드라이트는 차선을 비추기 위해 방향을 조정하고 차선을 변경할 때면 동적으로 조정된다. 또한 나이트 비전을 통해 빛이 보행자를 감지하면, 운전자가 보행자를 보지 못하는 상황이 없도록 자동으로 보행자에게 빛을 비춘다. 이로 인해 운전자가 야간에서도 도로 상황의 잠재적인 위험에 대응할 수 있도록 보조한다.

매트릭스 헤드 라이트의 하이빔 유닛은 25 개의 개별 세그먼트로 구성되고 카메라, 내비게이션 시스템 및 기타 센서에서 필요한 정보를 얻는다.

기술은 100% 안전을 보장하지 않는다

헤드라이트가 중요한 것은 왜일까? 가시성 때문이다. 그보다 근본적인 이유는 '안전'이다. 88km/h로 주행하는 운전자가 예기치 못한 상황에 반응하는데 걸리는 시간은 평균 1.5초다. 그리고 1.5초 동안 약 36미터를 이동한다. 브레이크를 밟고 정지하는 데까지는 평균 43미터를 이동한다. 결코 짧은 거리가 아니기에 헤드라이트가 제대로 작동하지 않는다면 큰 사고를 불러일으킬 수 있다.

IIHS에 따르면, 자원봉사자들을 대상으로 한 실험 연구에서 ALS이 탑재된 헤드라이트를 사용한 경우에 운전자가 약 3초 전에 야간 주행 시에는 발견하기 힘들었던 물체를 발견할 수 있었다 말한다. 그만큼 헤드라이트는 중요하다. 그러나 일부 운전자들의 부주의한 라이트 운용으로 다른 운전자에게 스트레스를 주거나 사고를 일으키는 경우가 적지 않다. 인간이 미처 못 지키는 부분을 기술로써 보완하는 것도 중요하지만 주행 안전을 지키기 위해 운전자 역시 상기해야 할 부분이다.

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글:김윤경 에디터(yoonk7022@gmail.com)
사진:Hyundai, Daimler, Porsche
카테고리:자동차 원리 이야기
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