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벤츠의 안전기술5 - 미래형 자동차 보조장치

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2007-12-27 16:27:49

본문

DISTRONIC PLUS, BAS PLUS, 그리고 PRE-SAFE® Brake의 성공적인 도입에 따라 메르세데스-벤츠는 현재 운전자가 다른 형태의 어려운 상황에 직면했을 때 안전 운전을 도와주는 차세대 보조 장치를 개발하고 있다. 이를 수행함에 있어 메르세데스-벤츠 엔지니어들은 최근의 사고 조사 결과와 실제 사고에 근거한 시스템을 고안함으로써 실제 상황으로부터 계속 실마리를 얻고 있다. 보조 장치 연구 프로젝트의 목적은 바로 과속과 차선 이탈로 인한 사고를 예방하는데 있으며 교차로, 분기점, 공사 구간 등과 같은 전형적인 사고 유발 지역에서 더욱 더 안전하게 운전할 수 있도록 함에 있다.

이것에 요구되는 새로운 기술과 정확한 원격 레이더 센서의 도움으로 도로를 모니터링 할 수 있는 오늘날의 시스템은 비디오 기반 보조 장치의 기능에 의해 미래로 연결될 것이다. 앞 유리의 내부에 장착된 카메라는 전방 차량이나 교차로 또는 주차 구역에서의 자동차뿐만 아니라 앞으로 주행하게 될 도로의 코스를 인식하기 위해 필요한 정보를 컴퓨터에 제공하게 될 것이다. 더욱이 이러한 시스템은 보행자, 자전거 운전자, 교통 신호와 신호등 그리고 차선 표시를 볼 수 있을 뿐만 아니라 다가 올 위험에 대해 조기에 경고 할 수 있다.

전문가들은 이미지를 인식하는 단순한 인식을 뛰어 넘어 그것을 해석하고 평가하는 것까지 가능하게 한다는 사실을 강조함으로써 이미지 인식에 대해 언급한다. 이러한 것 모두가 몇 초 내에 주어진 교통 상황이 어떻게 달라질 것인지 예측하고 이미지를 통제할 수 있도록 하는 놀라운 컴퓨터 기술과 예술적 경지의 측정 기술을 가진 프로세서에 의해 수행될 것이다.

교통 신호를 인식하는 카메라

메르세데스-벤츠 기술자들은 위에서 언급한 바와 같이 인공지능 기술을 이용한 조기 경고 시스템을 점진적으로 실행하는 것을 계획하고 있다. 비디오 이미지를 인식할 수 있는 첫 번째 시스템은 몇 년 내에 대량 생산할 준비를 갖추게 될 것이다. 이러한 보조 장치들 중 하나는 운전자로 하여금 제한 속도를 유지하도록 앞 유리의 내부에 부착된 카메라를 인식시켜 차량 앞 시야를 계속적으로 모니터링 할 수 있도록 함으로써 이를 수행할 것이다. 내장된 컴퓨터에 의해 표지판 모양(유럽에서 통용되는)을 기반으로 속도 제한 표시를 인식하고 그것들을 입력시킬 것이다. 내장된 알고리즘 체계는 통용되고 있는 모든 대상물을 여과하지만 반면 교통 표지 간의 유사성을 인식하지는 못한다. 과정이 완료되면 유일하게 남는 이미지만이 순환적 속도 제한 수치를 가진 그 이미지에 부여될 것이다. 그 이미지들은 운전자들이 표지판을 보지 못하고 지나간다 할 지라도 어떤 주어진 순간에도 현재 속도가 얼마인지 운전자들이 알 수 있도록 계기판 디스플레이 장치에 보내질 것이다. 운전자들은 상황을 감안하여 속도를 높이거나 낮출 수 있다. 자동차가 새로운 신호를 놓쳤을 때 카메라와 컴퓨터는 이를 기록했다가 새로운 속도 제한 표시를 보여주게 된다.

컴퓨터 기술의 놀라운 발전은 비디오 기반 교통 신호 인식 시스템이 불과 1초도 안 되는 시간 내에 현재 상황을 인식하고 운전자로 하여금 그들이 요구하는 정보를 즉각적으로 알 수 있게 해준다. 더욱이 시스템은 표지판이 도로 측면이나 고속도로 위에 매달린 방향 전환 표시기에 부착 되어 있는 것과 상관 없이 이러한 방법으로 기능을 수행한다. 그 컴퓨터는 독일의 신호와는 다른 크기와 글자체를 가진 다른 나라의 신호 또한 충분히 인식한다. 또한 그 시스템은 정지와 양보 사인과 같은 다른 표지를 적절하게 곧 인식할 수 있도록 개발될 것이다.

차선 이탈을 인식하는 보조 시스템

독일에서의 주요 교통사고의 6분의 1 정도가 자동차가 주행하고 있던 차선을 부주의하게 벗어나기 때문에 발생한다. 또한 모든 교통 사고 사망자의 3분의 1 이상이 그러한 사고로 발생한다. 운전자가 부주의로 인해 차선을 이탈했을 때 자동적으로 차량을 본래의 코스로 돌아갈 수 있도록 경고하는 것이 바로 메르세데스-벤츠가 이러한 시스템을 개발하는 이유이다.

이런 차선이탈을 피하게 해주는 어시스트는 도로에서의 차선과 포장도로 간격을 대조하여 차이를 분석하면서 자동차 전면의 차선 표시를 추적한다. 또한 이 시스템은 오직 부주의하게 일어나는 차선 이탈의 경우에만 적용되도록 모두 중요한 차선 내에서의 움직임과 운전자의 행위를 동시에 모니터링 한다. 따라서 운전자가 의도적으로 차선을 변경하는 경우, 예를 들어, 다른 차량을 추월할 때에는 적용되지 않는다.

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[사진설명]▷차선 보조 장치: 반응 전에 운전자에게 사전 경고
스티어링 휠의 진동을 통해 운전자에게 경고
운전자가 반응하지 않을 경우, 상황에 따라 개별 휠 별로 브레이크
자동 브레이크를 통해 차량을 기존 차선으로 되돌아가게 함

메르세데스-벤츠에 의해 개발된 PRE-SAFE® 브레이크처럼 차선 이탈 방지 시스템 또한 선 경고, 후 조치 원칙에 따라 두 가지 단계로 작동된다. 첫 번째 단계에서는 스티어링 휠이 진동함으로써 운전자가 차선을 이탈했으므로 적절한 조치를 취해야 한다는 것을 알려준다. 이런 미약하지만 효과적인 경고에도 불구하고 운전자가 이를 감지하지 못하면 시스템은 두 번째 단계로 진입하여 차량을 자동적으로 적합한 코스로 복귀하도록 한다. 제동 장치를 작동함으로써 차량을 다시 바로 갈 수 있게 하는 효과를 갖게 한다. 이런 독자적인 제동 조치는 운전자가 차선 중앙이나 주행하던 도로로 복귀하도록 하고 작동을 멈추게 된다.

자전거 운전자 또는 보행자가 도로 횡단 시, 운전자에게 경고하는 시스템

메르세데스-벤츠의 또 다른 연구 프로젝트는 특정 사고 다발 지역인 교차로에 대해서 설명하고 있다. 정부 통계에 따르면 독일에서 부상자를 발생시키는 교통 사고의 3분의 1 가량이 교차로에서 발생한다. 교차로에서 일어나는 대부분의 교통 사고는 차량이 코너를 돌거나 도로 이용자들이 도로를 건널 때 또는 운전자들이 정지 신호나 교통 신호등을 무시하거나 보지 못했을 때 일어난다. 이러한 교통 사고의 주요 원인은 운전자 주의 소홀, 부주의, 또는 매우 복잡하고 예측하기 어려운 교통 상황을 정확히 파악하지 못했을 때 일어난다. 많은 경우에 있어서 사람들은 순식간이지만 너무 늦게 반응하게 된다. 전문가들은 교통 신호등이 있는 교차로 내에 모든 사고의 절반 가량이 운전자가 부주의하게 빨간 신호에 통과하려는 것을 알게 된다면 피할 수 있을 것이라고 예측한다.

다행스럽게도 보조 시스템들은 당황하거나 순간 멈추지 않으며 운전자에게 초기 단계에 위험을 경고하여 사고를 막을 수 있도록 도움을 준다. 그러나 이것은 개별적인 심각한 상황을 정확하게 인식하고 파악할 수 있을 때 가능하다. 메르세데스-벤츠 연구자들은 비디오를 기반으로 한 도시 교통 상황의 평가에 대해 10년 이상 연구해 왔으며 이미 이 분야에서 놀라운 성과를 이루었다. 이들의 최근 프로젝트는 이전에 사용된 공간적 비전 프로세스와 실시간 연속적 이미지 분석을 결합시키는 것이다. 다시 말하면, 이 시스템은 차 전면의 움직이는 대상을 “보고” 그것을 따라 움직이며 가능한 방향 전환을 예측할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 기술의 핵심은 흥미로운 사진 요소를 분석하고 특정한 시간대에 움직임을 추적하는 것을 포함한다. 예를 들면, 곧 좌회전 할지도 모르는 차 전면에 지나가는 자전거 운전자가 있을 경우, 시스템은 자전거 운전자를 포착하여 이의 움직임에 대한 수많은 픽셀을 입력시킨다. 시스템은 시간이 흐름과 함께 계속 픽셀들의 움직임을 모니터링하며 움직임의 가능한 방향들을 예측한다. 다시 말해, 시스템은 사전에 사건의 위험성을 예측하게 되는 것이다. 이러한 상황에서 운전자는 자전거 운전자가 차선 또는 도로의 중앙으로 천천히 진입하고 있으며 자신의 차량이 자전거와 충돌하게 되는 코스로 가고 있음을 알게 된다.

테스트 차량에 색상으로 표시되는 벡터(vector)는 시스템이 향후 0.5초 동안 예측하는 위험 가능성을 보여준다. 벡터의 길이는 위험 대상의 속도를 표시한다.

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[사진설명]▷움직임 감지
화살표는 교통 움직임의 방향 및 속도를 표시함

메르세데스-벤츠 기술자들은 실험을 통해 이런 혁신적인 기술이 30m 거리 내에서 보행자들을 성공적으로 인식하고 자동차 측면을 향해 빠른 속도로 달려드는 자전거 운전자를 충돌 2, 3초 전에 미리 위험을 감지할 수 있음을 밝혀냈다. 이는 운전자에게 제 시간에 경고하고 사고를 막을 수 있다는 것을 의미한다.

두 대의 카메라가 찍은 공간 화면은 다른 상황에서도 운전자를 도울 수 있다. 예를 들어, 이 시스템은 공사로 인해 좁아진 임시 차선의 폭을 측정하고 왼쪽과 오른쪽에 잔여 공간이 얼마나 있는지 알려준다. 시스템은 테스트 차량에게 이용 가능한 공간의 양을 녹색 지역으로 표시해 준다.

야간 운전: LED가 새로운 어댑티브 라이트 기능 제공

5가지의 라이트 기능을 제공하는 인텔리전트 라이트 시스템의 개발 이후, 메르세데스-벤츠는 차세대 자동차 헤드램프를 개발하고 있다. 이 새로운 프로젝트의 아이디어와 컨셉은 바로 세 글자 바로 LED에 주안점을 두고 있다.

미래는 1907년에 첫 발견되어 1967년부터 상용화 된 LED에 의지하고 있다. LED는 시간이 지남에 따라 더욱 효율적인 기술이 되어가고 있으며 몇 년 후에 LED는 메인 헤드램프와 로우 빔 헤드램프의 광원으로 자리매김 할 것이다. LED는 자동차 프론트 디자인에 있어 완전히 새로운 가능성을 열었기 때문에 자동차 엔지니어와 디자이너들에게 있어 찬사를 받고 있다. 전기 엔지니어와 전자 엔지니어들은 기존 전구보다 높은 효율을 발휘하면서도 에너지 소비는 적은LED 헤드램프를 선호한다. 똑 같은 광력을 발휘하기 위해 미래형 고성능 LED는 오늘날 할로겐 헤드램프에 필요한 절반의 전력만 공급해주면 된다. 아직 현재 기술로는 제논 램프의 에너지 효율을 따라잡지 못하고 있지만 앞으로 몇 년 후에는 가능할 것으로 전망된다. 더구나 LED의 수명은 10,000시간 이상으로 자동차 수명만큼이나 길다.

LED의 성능은 2004년과 2006년에 걸쳐 거의 두 배 가까이 향상되었다. 전문가들은 2008년에는 광력이 2004년보다 세 배까지 향상될 것으로 전망하고 있다. 자동차 전문가들의 개발 작업은 화이트 멀티 칩 LED에 집중되고 있다. 2009년/2010년에는 오늘날 제논 램프와 같은 출력을 가질 것으로 기대된다.

라이트의 배열은 전혀 새로운 가능성을 만들어냈다. 몇 개의 고성능 LED가 서킷 보드에 배열되어 있으며 상황에 따라 각각 개별적으로 라이트를 작동시킬 수 있다. 장기적으로 다이나믹 헤드램프에서 안개등까지 이것은 모든 라이트 기능들이 전자식 방법에 의해 작동된다는 것을 뜻한다. 앞으로는 LED가 각각의 LED 들을 작동시킴으로써 고속도로 모드, 액티브 라이트 또는 코너링 라이트 기능까지 제공할 수 있을 것이다. 현재 액티브 라이트 기능을 위해 사용되고 있는 무빙 파트는 더 이상 필요하지 않게 된다.

또한 메르세데스-벤츠 엔지니어들은 현재 도로 테스트를 실시하고 있는 어댑티브 메인-빔 컨트롤 기능에 대한 새로운 가능성을 열었다. 앞 유리창 뒤에 부착된 카메라는 다가오는 차량들을 감지하고 자동차와 다가오는 물체들과의 거리를 컴퓨터를 이용해 계속 계산한다. 전자식 컨트롤 장치는 이러한 정보를 활용해 메인-빔을 필요에 따라 작동시킨다. 이에 따라 최대한의 눈부심을 방지하면서도 최대한의 가능한 시야 범위를 제공할 수 있게 되었다. 이처럼 다이나믹하게 조절되는 메인-빔 컨트롤은 다가오는 자동차의 눈부심을 방지하면서도 어떤 주행 상황에서도 최대한의 조도를 제공한다.

다른 자동차에게 위험을 경고하는 자동차

메르세데스-벤츠는 다른 자동차 제조 업체들과 함께 도로 위 위험에 대한 빠르고 시기 적절한 경고를 가능하게 할 것이다. 만약 자동차들이 자동차와 자동차 간 커뮤니케이션을 통해 서로 정보를 교환한다면 운전자들은 위험 상황이 바로 다음 코너 또는 다음 가시선 밖에서 바로 나타나게 되더라도 감지할 수 있을 것이다. 이것은 메르세데스-벤츠 엔지니어들의 필드 테스트에 의해 ‘무선 근거리 위험 경고(WILLWARN: Wireless Local Danger Warning)’ 유럽 프로젝트 마지막 단계에서 입증되었다. 테스트 기간 동안 무선 기술 기반의WLAN을 장착한 자동차들은 자동차-x 커뮤니케이션 시스템을 통해 안개, 빙한 또는 도로 위 장애물 등과 같은 위험한 상황에 대한 자세한 정보를 교환했다. 이러한 조기 경고는 후방 차량의 운전자가 위험에 대비하고 속도를 충분히 줄일 수 있도록 도와준다.

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안개 상황에서 자동차 커뮤니케이션: 무선 기술을 이용한 자동 위험 경고

메르세데스-벤츠는 이미 6년 전 세계 최초로 이 테스트를 수행한 한 바 있다. 당시 메르세데스-벤츠 브랜드의 전문가들은 최초의 상호 커뮤니케이션 자동차들을 "FleetNet" 연구 프로젝트의 일부로 선보였다. 이 필드 테스트는 이미 무선 인터넷 접속에 성공적으로 사용되었으며 자동차 간의 커뮤니케이션까지 가능하게 하는 WLAN 기술을 보여주었다. 이 기술의 중요한 이점은 자동차 스스로가 송신체 및 수신체가 되기 때문에 비싼 초기 설치비가 들지 않는다는 것이다. 자동차가 즉시 무선 네트워크를 설정하고 경고 메시지를 500m 근방에 있는 모든 자동차들에게 보낸다. 메시지를 받은 자동차들은 또다시 릴레이 계주에서 주자들이 바통을 넘기듯 무선 범위 밖에 있는 다른 차들에게도 같은 방법으로 메시지를 전달하게 된다. 위험 상황을 인지하는데 필요한 정보들은 ABS와 ESP, 스티어링 앵글 센서, 외부 온도계 및 네비게이션 시스템 등을 통해 제공 받을 수 있으므로 추가의 센서를 장착하지 않아도 된다.

이러한 시스템을 장착한 첫 번째 자동차부터 최대한 그 성능을 활용하기 위해서는 도로변에 무선 표지를 설치하는 것이 필요할 것이다. 이러한 고정식 무선 표지는 추가 정보를 공급하는 교통 센터의 역할도 수행할 수 있다. 또한 직접적인 인터넷 접속과 다양한 필드 적용 또한 가능하다. 새로운 무선 네트워크는 운전자에게 위험한 상황에 대한 경고를 보내는 것 외에도 교통 흐름 개선에도 사용될 수 있다. 자동차 간의 커뮤니케이션을 통해 운전자들이 교통 정체를 돌아갈 수 있게 하고 또한 교통 정체가 발생되지 않도록 조절할 수도 있게 될 것이다.

인텔리전트 보조 장치와 자동차와 자동차 간 커뮤니케이션 시스템은 자동차 앞에 일어난 상황들을 이해하고 사전 조치를 가능하게 하며 메르세데스-벤츠가 앞으로 몇 년 안에 궁극적인 목표인 사고 없는 운전(accident-free driving)을 달성할 수 있도록 해줄 것이다.

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