승용차용 차선이탈 경고장치의 성능시험방법
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2010-11-11 17:28:08 |
본문
1. 서론
최근 자동차는 운전자 및 탑승자에게 편안하고 안전한 주행을 할 수 있도록 기존의 기계시스템들이 전자 제어를 통한 전기∙전자시스템으로 빠르게 바뀌고 있다. 이와 같이 자동차 안전시스템의 전자화에 따라 자동차는 과거 단순한 수송수단에서 첨단 컴퓨터 제어 시스템들과 IT 첨단기술을 활용하여 각종 정보를 전달하고 처리할 수 있는 안전성, 정보화, 편의성이 획기적으로 향상된 지능형 자동차로 진화하고 있다.
글 / 최성진 (자동차부품연구원)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널
지능형 자동차에 적용되고 있는 능동안전시스템은 자동차 사고를 미연에 방지할 수 있어 운전자의 주행 안전성과 편의성을 극대화시키고 있다. 향후 5~10년 이후에도 자동차의 수송 기능은 크게 변하지 않을 것이나, 많은 전기전자시스템의 도입으로 자동차의 운전 성능 및 승차감은 월등히 좋아질 것으로 예측되고 있다.
차선이탈 경고장치(Lane Departure Warning System)는 운전자의 주행 안전성을 확보하기 위한 지능형 능동안전시스템으로, 센서를 통해 차선을 감지, 차선의 이탈 정도에 따라 단계적으로 운전자에게 경고를 주어 사고를 미연에 방지하는 역할을 한다. 이 시스템은 주행 중 카메라 및 방향지시등, 비상 경고등, 차속도, 와이퍼 점등신호 등의 여러 신호들을 통해 운전자의 부주의 및 졸음 운전을 판단하여 차선의 이탈 여부를 확인하고 운전자에게 경고를 주도록 되어 있다.
차선이탈 경고장치의 성능평가는 센서, ECU 등의 단품 성능 평가 보다는 실차 상태에서의 시스템 성능을 평가하는 시험 방법이 주로 사용되고 있다. 따라서 본문에서는 승용차에 장착된 차선이탈 경고장치의 자체성능을 평가하는 시험 방법보다는 주행 시 외부 조건인 도로 및 환경 조건을 정의하고 이에 따른 작동 시험방법을 표준안으로 제안하였다.
2. 차선이탈 경고장치 (LDWS)
차선이탈 경고장치는 운전자가 부주의나 졸음 운전 등으로 주행 중 차선을 이탈하면 운전자에게 경고를 주는 시스템으로, 차선이탈 경고장치 유니트, 레인센싱 유니트, 카메라 등의 부품으로 구성되어 있다.
60km/h 이하에서는 차선 감지를 하지 않도록 되어 있으며, 운전자가 의도적으로 차선을 변경하는 경우에는 경고음이 발생하지 않도록 방향 지시 신호를 입력 받는다. 따라서 차선이탈경고장치는 여러 주행상황에서 작동에 제한을 받게 되는데 이는 차속 제한, 방향지시등, 비상경고등, 와이퍼 작동 신호 등에 의한 작동 제한을 받게 된다.
① 차속제한
혼잡도로 및 시내 주행 등 잦은 차선 변경으로 발생할 수 있는 경보음을 방지하기 위해 차선이탈 경고장치 작동 속도 영역이 설정되어 있다.
② 방향지시등
방향지시등 신호 입력 때 운전자가 의도된 차선 변경으로 간주 경보음을 발생하지 않는다.
③ 비상경고등
긴급한 상황에서 차선 변경 때 경고음을 발생하지 않는다. 다만 2차 경고음이 발생하는 상황에서 비상경고등을 작동시킬 경우 경고음이 해제되지 않는다.
④ 와이퍼 작동 신호
우천 시에는 도로의 차선 구분이 어렵기 때문에 와이퍼의 작동상태에 따라 차선이탈 경고시스템이 작동된다.
차선이탈 경고장치의 경고 조건은 초기 차선을 인식한 후 운전자의 의도된 차선 변경(방향지시등 등)을 제외하고 차선 감지시스템이 작동을 하게 된다. 차선 감지시스템은 계기판과 경고음으로 의도되지 않는 차선변경을 알리게 되며, 거리에 따라 1차 경고 및 2차 경고로 나뉘게 된다. 1차 경고는 양측 차선이 가까워 졌을때, 2차 경고는 차선을 밟거나 넘는 경우에 발생하게 되어 있다.
먼저 차선이탈 경고장치가 오작동이 발생하게 될 가능성은 다음과 같다.
① 비 갠 후 도로면이 젖은 상태에서 빛이 반사되어 차선이 보일 때
② 역광으로 인해 빛이 반사되어 차선이 보일 때
③ 가이드 레일 등의 그림자가 차선과 평행하게 비춰질 때
④ 등강판로에서의 급출발, 급정거 또는 단차 등으로 인해 차가 심하게 흔들릴 때
⑤ 차선이 없는 도로에 차선과 유사한 모양이 있을 때
⑥ 스키드 마크 자국, 표식 등이 차선으로 인식될 때
⑦ 눈, 비, 터널 등의 환경조건에 의해 오작동될 때 또한 급격하게 차선을 변경할 때, 연석 차선을 이탈할 때, 곡선 도로 차선을 이탈할 때, 도로면 밝기가 낮을 때 등 차선이탈 경고장치의 작동이 확실하게 되어야 한다.
3. 표준화 동향
지능형 차량에 장착되고 있는 능동안전시스템은 현재 첨단 안전 자동차 개발과 생산 능력 면에서 일본이 가장 앞서 있다. 일본은 선진 안전 차량인 ASV(Advanced Safety Vehicle)를 1991년부터 현재까지 연구개발을 진행하고 있고 각 완성차업체에서는 능동안전시스템을 개발하여 상용화하였다. Toyota, Honda, Nissan 등은 LKS,LDWS 등의 능동안전시스템을 차량에 적용하였고, ISO 등의 국제 활동을 통해 표준화를 추진하고 있다.
유럽은 운전자 편의성 확보 위주의 제품을 구성하고 있으며 Benz, Audi, BMW 등이 차량에 적용하였고 이에 대한 시험 방법을 적극적으로 표준화하고 있다. 지능형 자동차 기술 개발의 가속화와 함께 표준화 제정 속도도 가속화되어 가고 있으며, 이에 따라 ISO TC22(도로차량) 및 TC204(지능형 교통체계)는 능동안전시스템에 대한 성능 및 시험 방법에 대한 관련 표준을 제안 및 제정하고 있다.
자동차 안전과 관련해서는 UN/ECE/WP29에서 각국이 지켜야 할 규제를 다루고 있으며, 근래 섀시 및 차체가 지능화되어 성능이 월등히 향상됨에 따라 기존의 성능평가를 위한 표준은 유명무실화 되어 가고 있고, 새로운 지능형 섀시 및 차체 부품의 성능을 평가하기 위한 새로운 표준 개발에 많은 노력이 투입되고 있다.
ISO TC204는 지능형 교통체계(ITS)분야의 국제표준화를 담당하고 있고 현재 활동 중인 12개 WG(Working Group) 중 WG14(Vehicle and Roadway Warning and Control Systems, 차량과 도로의 경보 및 제어 장치)에서 LDWS의 표준화를 추진하고 하였고, TC22(도로교통)와 협력을 통해 지능형 교통체계 중 지능형 자동차시스템에 관련한 국제 표준을 제정하고 있다.
WG14는 주로 차량에 장착되는 경고시스템과 제어시스템에 대한 부분을 다루며, ISO 17361 LDWS(Lane Departure Warning System-Performance Requirements and Test Procedures), ISO 17387 LCDAS(Lane Change Decision Aid Systems-Performance Requirements and Test Procedures)을 제정하였고, PWI 11270 LKAS(Lane Keeping Assist Systems)을 제정하고 있다. 또한 미국의 단체 규격인 SAE J2808 (Road/Lane Departure Warning Systems: Information for The Human Interface)에서도 차선이탈 경고장치의 운전자 인터페이스에 대한 내용을 규격화하였다.
이러한 활동으로 일본은 Toyota, Honda, Nissan과 같은 완성차 업체뿐만 아니라 Matsushita Electronics, Sumitomo Electronics, Daihatsu Motor와 같은 부품업체들도 참여하고 있으며, 독일은 주로 BMW, Daimler Chrysler, Bosch 등이 참여하여 표준화 안건을 주도하고 있고, 미국은 Delphi, Itersis 등의 업체에서 참여하고 있다.
4. 차선이탈 경고장치의 표준화
승용차에 사용하고 있는 차선이탈 경고장치는 ISO에서 시스템의 정의 및 분류, 경고 조건 및 시험 방법이 정의되어 있으나 국내 도로 상황 및 환경 조건은 정의되지 않아, 본문에서는 도로의 곡률과 등급에 따라도로를 분류하고 눈, 비, 안개, 터널의 환경 조건을 정의하여 이 시스템의 성능시험 방법 표준안을 제안하였다.
차선이탈 경고장치의 성능 시험을 위한 차량 하중 조건은 운전자 1인이 탑승하고 시험 장비가 창착된 상태에서 이 장치가 정상적으로 작동할 수 있어야 한다. 차선이탈 경고장치의 도로 조건은 도로의 곡률 반경 및 도로의 등급에 따라 분류하였다.
도로의 등급은 국내 도로법 상에 분류된 내용을 바탕으로 하여 고속도로, 국도, 지방도 등으로 구분하였고, 시험도로에 포함되지 않은 비포장도로, 차선 없는 도로, 교차로 등은 이 장치가 작동하지 않는 것으로 규정하였다.
시험 시 주행 상황은 낮과 밤을 대분류로 하고 밤은 가로등의 유무에 따라 분류하였다. 환경 조건은 맑음,비, 눈, 안개, 터널 등으로 구분하여 시험을 수행하여야 하며, 각 환경조건에 대한 정의는 <표 5>에 정의하였다.
차선이탈 경고장치 시험방법은 <표 6>과 같이 도로 조건 및 환경 조건에서 시험을 수행하고 운전자의 의 지없이 차선이 변경되는 경우 차선이탈 경고장치의 경고가 발생하지 말아야 하는 평가 기준을 제시하였다. 또한 폭우나 짙은 안개, 대설 같은 경우는 운전자의 안전을 위해 차선이탈 경고장치를 작동시키지 말아야 하며, 오작동을 일으키지 않도록 해야 한다.
5. 결론
차선이탈 경고장치는 운전자가 부주의나 졸음 운전 등으로 주행 중 차선을 이탈하면 운전자에게 경고를 주는 시스템으로, 이 장치의 성능을 평가하기 위해 도로 조건 및 환경 조건에 대한 정의와 이에 따른 성능 시험 방법의 표준안을 제안하였다.
향후 제안된 표준안은 도로 및 환경 조건을 보완하여 국제 표준과 협력을 통해 국제 표준에 대응하고 제정되기를 기대한다.
최근 자동차는 운전자 및 탑승자에게 편안하고 안전한 주행을 할 수 있도록 기존의 기계시스템들이 전자 제어를 통한 전기∙전자시스템으로 빠르게 바뀌고 있다. 이와 같이 자동차 안전시스템의 전자화에 따라 자동차는 과거 단순한 수송수단에서 첨단 컴퓨터 제어 시스템들과 IT 첨단기술을 활용하여 각종 정보를 전달하고 처리할 수 있는 안전성, 정보화, 편의성이 획기적으로 향상된 지능형 자동차로 진화하고 있다.
글 / 최성진 (자동차부품연구원)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널
지능형 자동차에 적용되고 있는 능동안전시스템은 자동차 사고를 미연에 방지할 수 있어 운전자의 주행 안전성과 편의성을 극대화시키고 있다. 향후 5~10년 이후에도 자동차의 수송 기능은 크게 변하지 않을 것이나, 많은 전기전자시스템의 도입으로 자동차의 운전 성능 및 승차감은 월등히 좋아질 것으로 예측되고 있다.
차선이탈 경고장치(Lane Departure Warning System)는 운전자의 주행 안전성을 확보하기 위한 지능형 능동안전시스템으로, 센서를 통해 차선을 감지, 차선의 이탈 정도에 따라 단계적으로 운전자에게 경고를 주어 사고를 미연에 방지하는 역할을 한다. 이 시스템은 주행 중 카메라 및 방향지시등, 비상 경고등, 차속도, 와이퍼 점등신호 등의 여러 신호들을 통해 운전자의 부주의 및 졸음 운전을 판단하여 차선의 이탈 여부를 확인하고 운전자에게 경고를 주도록 되어 있다.
차선이탈 경고장치의 성능평가는 센서, ECU 등의 단품 성능 평가 보다는 실차 상태에서의 시스템 성능을 평가하는 시험 방법이 주로 사용되고 있다. 따라서 본문에서는 승용차에 장착된 차선이탈 경고장치의 자체성능을 평가하는 시험 방법보다는 주행 시 외부 조건인 도로 및 환경 조건을 정의하고 이에 따른 작동 시험방법을 표준안으로 제안하였다.
2. 차선이탈 경고장치 (LDWS)
차선이탈 경고장치는 운전자가 부주의나 졸음 운전 등으로 주행 중 차선을 이탈하면 운전자에게 경고를 주는 시스템으로, 차선이탈 경고장치 유니트, 레인센싱 유니트, 카메라 등의 부품으로 구성되어 있다.
60km/h 이하에서는 차선 감지를 하지 않도록 되어 있으며, 운전자가 의도적으로 차선을 변경하는 경우에는 경고음이 발생하지 않도록 방향 지시 신호를 입력 받는다. 따라서 차선이탈경고장치는 여러 주행상황에서 작동에 제한을 받게 되는데 이는 차속 제한, 방향지시등, 비상경고등, 와이퍼 작동 신호 등에 의한 작동 제한을 받게 된다.
① 차속제한
혼잡도로 및 시내 주행 등 잦은 차선 변경으로 발생할 수 있는 경보음을 방지하기 위해 차선이탈 경고장치 작동 속도 영역이 설정되어 있다.
② 방향지시등
방향지시등 신호 입력 때 운전자가 의도된 차선 변경으로 간주 경보음을 발생하지 않는다.
③ 비상경고등
긴급한 상황에서 차선 변경 때 경고음을 발생하지 않는다. 다만 2차 경고음이 발생하는 상황에서 비상경고등을 작동시킬 경우 경고음이 해제되지 않는다.
④ 와이퍼 작동 신호
우천 시에는 도로의 차선 구분이 어렵기 때문에 와이퍼의 작동상태에 따라 차선이탈 경고시스템이 작동된다.
차선이탈 경고장치의 경고 조건은 초기 차선을 인식한 후 운전자의 의도된 차선 변경(방향지시등 등)을 제외하고 차선 감지시스템이 작동을 하게 된다. 차선 감지시스템은 계기판과 경고음으로 의도되지 않는 차선변경을 알리게 되며, 거리에 따라 1차 경고 및 2차 경고로 나뉘게 된다. 1차 경고는 양측 차선이 가까워 졌을때, 2차 경고는 차선을 밟거나 넘는 경우에 발생하게 되어 있다.
먼저 차선이탈 경고장치가 오작동이 발생하게 될 가능성은 다음과 같다.
① 비 갠 후 도로면이 젖은 상태에서 빛이 반사되어 차선이 보일 때
② 역광으로 인해 빛이 반사되어 차선이 보일 때
③ 가이드 레일 등의 그림자가 차선과 평행하게 비춰질 때
④ 등강판로에서의 급출발, 급정거 또는 단차 등으로 인해 차가 심하게 흔들릴 때
⑤ 차선이 없는 도로에 차선과 유사한 모양이 있을 때
⑥ 스키드 마크 자국, 표식 등이 차선으로 인식될 때
⑦ 눈, 비, 터널 등의 환경조건에 의해 오작동될 때 또한 급격하게 차선을 변경할 때, 연석 차선을 이탈할 때, 곡선 도로 차선을 이탈할 때, 도로면 밝기가 낮을 때 등 차선이탈 경고장치의 작동이 확실하게 되어야 한다.
3. 표준화 동향
지능형 차량에 장착되고 있는 능동안전시스템은 현재 첨단 안전 자동차 개발과 생산 능력 면에서 일본이 가장 앞서 있다. 일본은 선진 안전 차량인 ASV(Advanced Safety Vehicle)를 1991년부터 현재까지 연구개발을 진행하고 있고 각 완성차업체에서는 능동안전시스템을 개발하여 상용화하였다. Toyota, Honda, Nissan 등은 LKS,LDWS 등의 능동안전시스템을 차량에 적용하였고, ISO 등의 국제 활동을 통해 표준화를 추진하고 있다.
유럽은 운전자 편의성 확보 위주의 제품을 구성하고 있으며 Benz, Audi, BMW 등이 차량에 적용하였고 이에 대한 시험 방법을 적극적으로 표준화하고 있다. 지능형 자동차 기술 개발의 가속화와 함께 표준화 제정 속도도 가속화되어 가고 있으며, 이에 따라 ISO TC22(도로차량) 및 TC204(지능형 교통체계)는 능동안전시스템에 대한 성능 및 시험 방법에 대한 관련 표준을 제안 및 제정하고 있다.
자동차 안전과 관련해서는 UN/ECE/WP29에서 각국이 지켜야 할 규제를 다루고 있으며, 근래 섀시 및 차체가 지능화되어 성능이 월등히 향상됨에 따라 기존의 성능평가를 위한 표준은 유명무실화 되어 가고 있고, 새로운 지능형 섀시 및 차체 부품의 성능을 평가하기 위한 새로운 표준 개발에 많은 노력이 투입되고 있다.
ISO TC204는 지능형 교통체계(ITS)분야의 국제표준화를 담당하고 있고 현재 활동 중인 12개 WG(Working Group) 중 WG14(Vehicle and Roadway Warning and Control Systems, 차량과 도로의 경보 및 제어 장치)에서 LDWS의 표준화를 추진하고 하였고, TC22(도로교통)와 협력을 통해 지능형 교통체계 중 지능형 자동차시스템에 관련한 국제 표준을 제정하고 있다.
WG14는 주로 차량에 장착되는 경고시스템과 제어시스템에 대한 부분을 다루며, ISO 17361 LDWS(Lane Departure Warning System-Performance Requirements and Test Procedures), ISO 17387 LCDAS(Lane Change Decision Aid Systems-Performance Requirements and Test Procedures)을 제정하였고, PWI 11270 LKAS(Lane Keeping Assist Systems)을 제정하고 있다. 또한 미국의 단체 규격인 SAE J2808 (Road/Lane Departure Warning Systems: Information for The Human Interface)에서도 차선이탈 경고장치의 운전자 인터페이스에 대한 내용을 규격화하였다.
이러한 활동으로 일본은 Toyota, Honda, Nissan과 같은 완성차 업체뿐만 아니라 Matsushita Electronics, Sumitomo Electronics, Daihatsu Motor와 같은 부품업체들도 참여하고 있으며, 독일은 주로 BMW, Daimler Chrysler, Bosch 등이 참여하여 표준화 안건을 주도하고 있고, 미국은 Delphi, Itersis 등의 업체에서 참여하고 있다.
4. 차선이탈 경고장치의 표준화
승용차에 사용하고 있는 차선이탈 경고장치는 ISO에서 시스템의 정의 및 분류, 경고 조건 및 시험 방법이 정의되어 있으나 국내 도로 상황 및 환경 조건은 정의되지 않아, 본문에서는 도로의 곡률과 등급에 따라도로를 분류하고 눈, 비, 안개, 터널의 환경 조건을 정의하여 이 시스템의 성능시험 방법 표준안을 제안하였다.
차선이탈 경고장치의 성능 시험을 위한 차량 하중 조건은 운전자 1인이 탑승하고 시험 장비가 창착된 상태에서 이 장치가 정상적으로 작동할 수 있어야 한다. 차선이탈 경고장치의 도로 조건은 도로의 곡률 반경 및 도로의 등급에 따라 분류하였다.
도로의 등급은 국내 도로법 상에 분류된 내용을 바탕으로 하여 고속도로, 국도, 지방도 등으로 구분하였고, 시험도로에 포함되지 않은 비포장도로, 차선 없는 도로, 교차로 등은 이 장치가 작동하지 않는 것으로 규정하였다.
시험 시 주행 상황은 낮과 밤을 대분류로 하고 밤은 가로등의 유무에 따라 분류하였다. 환경 조건은 맑음,비, 눈, 안개, 터널 등으로 구분하여 시험을 수행하여야 하며, 각 환경조건에 대한 정의는 <표 5>에 정의하였다.
차선이탈 경고장치 시험방법은 <표 6>과 같이 도로 조건 및 환경 조건에서 시험을 수행하고 운전자의 의 지없이 차선이 변경되는 경우 차선이탈 경고장치의 경고가 발생하지 말아야 하는 평가 기준을 제시하였다. 또한 폭우나 짙은 안개, 대설 같은 경우는 운전자의 안전을 위해 차선이탈 경고장치를 작동시키지 말아야 하며, 오작동을 일으키지 않도록 해야 한다.
5. 결론
차선이탈 경고장치는 운전자가 부주의나 졸음 운전 등으로 주행 중 차선을 이탈하면 운전자에게 경고를 주는 시스템으로, 이 장치의 성능을 평가하기 위해 도로 조건 및 환경 조건에 대한 정의와 이에 따른 성능 시험 방법의 표준안을 제안하였다.
향후 제안된 표준안은 도로 및 환경 조건을 보완하여 국제 표준과 협력을 통해 국제 표준에 대응하고 제정되기를 기대한다.
