스마트카/그린카용 센서 시장 분석

강산들 연구원 / 한국자동차산업연구소 　스마트카와 그린카가 자동차산업의 화두로 떠오르면서 자동차 전장부품의 비중이 빠르게 증가하고 있다. 특히 센서는 내·외부환경 변화를 감지하는 역할을 수행하여 전체 전장시스템의 성능을 높이는 핵심 부품으로서 중요성이 점차 높아지고 있다. 이에 따라 세계 자동차용 센서 시장은 연평균 7% 성장하여 2017년 286억 달러에 이를 것으로 전망되며, 주로 스마트카 및 그린카 관련 센서들이 시장의 성장을 견인할 것으로 예상된다. 성장세가 기대되면서 관련 시장을 선점하기 위한 주요 업체들의 노력도 한층 가열되고 있다. 올해 6월 알프스전기는 자동차용 센서 사업 강화를 위해 미국계 센서 전문업체 퀄터(Qualtre)에 300만 달러를 투자하여 개발 파트너십을 맺기도 했다. 이번 보고서에서는 스마트카와 그린카의 핵심 부품으로 부상하고 있는 자동차용 센서에 대해 살펴보고자 한다. < 자동차용 주요 센서 시장 >

자동차용 센서 시장

확대되는 스마트카 및 그린카 시장

　최근 열리는 모터쇼를 보면 영화에 나올법한 첨단 기능을 탑재한 스마트카와 그린카를 쉽게 찾아볼 수 있다. 이처럼 현재 자동차업계의 화두는 스마트카와 그린카이다. 스마트카 시장은 연평균 8.5% 성장하여 2017년에는 2,740억 달러 규모에 이를 전망이다. 그린카 시장 역시 연평균 12.2% 성장하여 현재의 170만대 규모에서 2030년에는 1,360만대 수준에 이를 것으로 보인다. 　자동차를 둘러싼 정책과 소비자 니즈 변화는 이러한 흐름을 견인하고 있다. 각국 정부는 배기가스를 규제하고 ABS(Antilock Braking System), TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 등의 안전시스템 장착을 의무화하는 등 자동차에 대한 환경 및 안전 규제를 강화하고 있다. 소비자들도 다양한 편의기능과 높은 연비효율을 요구하고 있다. 이러한 추세로 스마트카와 그린카 시장은 지속적인 성장세를 보일 전망이다. < 스마트카 시장 전망 >      < 그린카 시장 전망 >

자동차의 전장화와 센서

　스마트카와 그린카의 부상으로 자동차의 전장화도 급속하게 진행되고 있다. 기계적 시스템으로는 구현이 어려운 새로운 기능들을 전자제어시스템으로 구현할 수 있기 때문이다. 현재 자동차부품에서 전장부품이 차지하는 비율은 35%로 과거 10년간 10%p 이상 증가하였으며, 향후 2020년 이후에는 50%를 넘어설 전망이다. 　전자제어시스템은 센서, ECU, 액츄에이터로 구성되어 있으며 센서가 내․외부환경을 감지하고 이를 ECU가 제어하여 액츄에이터를 구동시키는 프로세스로 이루어진다. 따라서 센서의 정밀도와 신뢰도는 전체 시스템의 성능을 좌우한다. 특히 자동차용 센서는 운전자의 안전과 직결될 수 있을 뿐더러 높은 온도, 압력 등 가혹한 사용조건을 충족시켜야 하기 때문에 일반 센서에 비해 높은 신뢰도가 요구된다. 　현재 자동차에는 대당 약 160개의 센서가 사용된다. 전장화로 센서의 사용량은 지속적으로 증가할 전망이며, 특히 스마트카 및 그린카와 관련된 센서가 시장의 성장세를 주도할 것으로 예상된다. 이에 자동차용 센서 시장은 2012년 204억 달러에서 연평균 7.0% 성장하여 2017년 286억 달러에 도달할 전망이다. < 전자제어시스템 >      < 자동차용 센서 시장 전망 >

스마트카/그린카용 센서 적용 현황 및 전망

① 스마트카용 센서

　스마트카를 구현하는 시스템 중 센서가 가장 많이 필요한 분야는 능동안전시스템이다. 능동안전시스템에 적용되는 주요 센서는 차량의 주행상태를 다각도에서 감지하는 각속도/가속도센서와 외부환경 인식을 위한 레이더, 카메라센서 등이다. 　각속도와 가속도센서는 차량의 주행상태의 정상유무를 판단할 수 있는 정보를 제공한다. 각속도센서는 회전각속도, 자이로센서 등이 있으며 자동차의 회전 정도를 측정하여 주행상황의 기본 정보를 제공하는 역할을 한다. 가속도센서는 자동차의 가속, 진동, 충격 등을 감지하는 역할을 하는데, 급작스런 가속이나 충돌 등의 상황을 인지할 수 있는 정보를 제공한다. 따라서 차량의 사고회피를 위한 능동제어에 필수적인 센서로서 사용되고 있다. 　한편 레이더 센서는 고속 주행상태에서도 속도와 거리를 동시에 측정할 수 있어 능동형 크루즈컨트롤, 전후방충돌경보, 충돌방지시스템 등 차세대 시스템에 많이 활용되고 있다. 이러한 시스템의 구현을 위해서는 장거리에 있는 물체를 탐지하면서도 단거리에서 최대한 넓은 범위를 정밀하게 탐지해야 하므로, 일반적으로 장거리와 단거리 레이더 센서가 조합되어 사용된다. 　카메라 센서는 영상정보를 제공함으로써 주행환경 분석을 가능하게 한다. 특히 근거리 신호등, 표지판 등이나 차선을 인식하는데 매우 유용하다. 또한 차량 내부의 운전자의 상태 감시나 동작 인식에도 사용될 수 있다. 특히 카메라 센서는 보행자 인식에 필수적인 센서로서 최근 유럽시장의 보행자 보호 강화 정책에 대응하여 활용도가 더욱 높아질 전망이다. < 스마트카용 센서 >      < 자동차 레이더센서 활용 범위 >

② 그린카용 센서

　그린카의 주요 센서로는 전기구동차의 핵심부품인 모터 및 배터리 관련 센서와 배기가스 시스템 관련 센서가 있다. 자동차용 모터에는 속도, 위치, 전류 센서 등이 사용되지만, 특히 모터의 효율과 출력 성능을 높이기 위해서는 속도센서가 중요하다. 속도센서는 모터의 회전방향과 속도를 측정하므로, 해당 센서의 정확도가 높을수록 모터의 정밀한 제어가 가능해지기 때문이다. 　그린카용 배터리에는 안전과 성능 유지를 위한 온도 및 전류 센서가 중요하다. 그린카용 배터리는 여러 개의 셀에 고전압, 고전류 에너지를 저장하므로 과충․방전, 과열 등으로 인한 안전사고가 발생할 수 있다. 온도 및 전류센서는 배터리의 충․방전상태, 온도 등을 실시간 모니터링 함으로써 배터리를 보호하고, 배터리 시스템의 원활한 작동을 돕는 역할을 한다. 　각국 정부의 배기가스 규제가 강화됨에 따라 이와 관련된 센서도 부상하고 있다. 대표적으로 배기가스 측정을 위한 NOx 센서와 연료직분사시스템¹⁾에 사용되는 연료압력센서가 있다. NOx 센서는 배기가스 내 유해가스 함유량을 모니터링하는 센서로서 디젤자동차 의무 장착이 본격화됨에 따라 수요가 크게 증가할 전망이다. 연료압력센서는 연료직분사시스템에서 연료압력을 감지하여 분사량 제어를 위한 정보를 제공한다. 연료압력이 매우 고압이고 세밀한 제어가 필요하기 때문에 연료압력센서의 내구성, 정밀성이 전체 시스템의 성능을 결정한다. < 전기차 구동 관련 센서 >

③ 자동차용 센서의 진화 방향

　최근 자동차에 사용되는 센서가 급격하게 증가하면서 센서의 소형화, 저가격화, 기능의 통합화까지 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 MEMS형 센서의 개발 및 적용이 확대되고 있다. MEMS는 반도체 미세공정기술을 활용하여 1마이크로미터(㎛) 크기의 초소형 정밀기계를 제작하는 공정기술이다. MEMS 기술을 활용하여 센서를 생산할 경우 소형화와 대량생산을 통한 원가절감이 가능하다. 현재 대부분의 자동차 에어백에는 MEMS형 가속도 센서가 적용되고 있으며, MEMS기술을 활용한 센서의 종류는 점차 늘어나는 추세이다. 　더불어 MEMS형 센서에 ECU를 결합하여 다양한 센서를 통합하고 신호처리기능까지 부가한 스마트센서가 부상하고 있다. 자동차에 적용되는 센서의 종류와 수가 많아지면서 비효율성과 복잡성이 커짐에 따라, 하나의 센서에 여러 기능을 통합하는 방식으로 발전하고 있는 것이다. 스마트센서는 중복되는 센서의 기능을 통합하여 복잡성을 낮추면서도 복합적인 기능을 제공하므로 센서의 성능과 편의성이 함께 높아지는 장점이 있다. 예컨대 스마트 광학센서는 광센서, 광섬유센서, 적외선센서 등이 통합된 센서로서 온도, 습도, 대기오염물질, 유해가스 측정 등 다양한 기능 수행이 가능하다. < 자동차용 센서 기술 동향 >      < 자동차용 MEMS형 센서 전망 >

국내외 센서업체 경쟁 구도

　자동차용 센서 시장은 각 분아별로 보쉬, 덴소 등 대형 종합부품업체와 일부 반도체 및 전문 센서업체들이 독과점하고 있다. 일례로 차세대 기술인 MEMS형 센서의 경우 상위 5개 업체가 전체시장의 약 70%를 차지하고 있다. 이는 선진업체가 원천 기술에 대한 특허권을 장악하고 있어 신규업체의 진입이 어렵기 때문이다. 최근에는 시장 확대에 대응하여 선진업체의 R&D, 생산 등에 대한 투자도 확대되고 있어 후발업체와의 격차는 더욱 벌어질 전망이다. 　기술력을 가진 주요 반도체 및 전문 센서업체로는 프리스케일, 시스트론도너, 무라타전자Oy, 타마가와세이키 등이 있다. 미국계 반도체업체인 프리스케일은 센서 매출비중이 18%에 이르며, 특히 자동차용 배터리 관련 센서 및 압력, 가속도센서 분야에서 우위를 점하고 있다. 또 다른 미국계 업체인 시스트론도너는 세계 자동차용 각속도센서 시장의 29%를 차지하고 있다. 한편 일본계 무라타전자Oy는 무라타제작소가 핀란드 VTI를 인수하여 설립한 회사로서 각속도, 가속도센서 등을 생산하여 콘티넨탈, TRW 등의 부품업체에 공급 중에 있다. 일본계 센서업체인 타마가와세이키도 하이브리드 모터 센서에 전문화되어 도요타, 혼다 하이브리드 차종에 센서를 공급하고 있다. 　한편 국내 자동차용 센서 시장은 2012년 10억 달러에 이르고 있으나, 국내 업체의 시장 점유율은 23%에 불과하다. 특히 고부가가치 첨단센서의 경우 국내 업체들은 기술, 가공능력 등이 부족하여 100% 수입산에 의존하고 있다. 현재 국내 센서산업은 기술력 부족(선진국 대비 65% 수준), 전문인력 및 생산설비 부족, 수요처 구매 기피 등의 악순환을 지속하고 있다. 특히 국내 센서업체들이 대부분 중소업체여서 높은 기술 진입장벽을 넘어설 투자력과 전문 인력 등이 부족하다는 점이 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 만도와 모비스가 레이더센서를 국산화하고, 오토전자가 온도와 일사량센서 등을 완성차업체에 공급하는 등 일부 국내업체들이 센서 개발을 시도하고 있으나 성공 사례가 많지는 않다. < 국가별 센서 산업 경쟁력 수준 >

시사점

　미래형 자동차인 스마트카와 그린카의 경쟁력 강화를 위해서는 차세대 센서에 대한 원천기술 확보가 선행되어야 한다. 원천기술 확보를 위해 기술력이 우수한 센서업체와의 협력을 확대할 필요가 있다. 최근 콘티넨탈은 ‘서라운드비전시스템’의 경쟁력 강화를 위해 카메라센서 전문업체인 영국 ASL Vision社를 인수하기도 했다. 국내 업체도 M&A, JV 등 다양한 기술 확보 방안이 요구되고 있다. 　또한 국내 센서 기술 수준을 제고할 필요가 있다. 특히 국내 완성차의 원가 경쟁력을 확보하기 위해 수입의존도가 높은 센서를 국산화해야 할 것이다. 국내 센서산업의 육성을 위해서는 선진국에 비해 가장 취약한 소재기술에 대한 투자를 강화하고, 대기업의 개발 참여를 유도할 필요가 있다. 특히 중소기업이 주로 개발하고 있는 센서기술에 대기업의 투자력, 생산기술력을 연계할 수 있는 개발 체계가 구축되어야 할 것이다.

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1) 연료직분사시스템 : 연료를 엔진 연소실에 직접 분사해 연비효율을 높이고 유해가스 배출을 감소시킴