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[오토저널] 스마트 커넥트 세이프티 제어를 위한 주행 위험 판단 기술과 주행 제어 알고리즘

페이지 정보

글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2016-03-17 17:59:49

본문

운전자에게 사고예방을 위하여 정보를 알려주는 기술은 선진 자동차회사들을 중심으로 활발히 연구 개발되고 있고 일부는 양산까지 진행되고 있다. 예를 들어 측방의 사각지역을 모니터링하고 주차 시 후방을 감시하고 야간에 운전자의 시야를 도와주는 기술이 개발되고 있으며 다양한 차종에 ACC, 차선 유지 보조 시스템(LKS, Lane Keeping System), 자동 주차 보조 시스템(APS, Automatic Parking System) 등 이 장착되고 있다.

국내 기업들도 일정 수준 기술력을 확보하고 부분적으로 상용화를 진행했지만 여전히 선진국에 비해 상당한 기술 격차를 보이고 있다. 현재 자동차업계와 전문 부품업체들이 안전 시스템 중 ACC, LKAS, 주차 보조 시스템 등을 개발하고 부분적인 양산 단계에 있으나 아직까지는 능동 안전 시스템의 핵심 부품의 설계 및 신뢰성 확보 면에서 취약하지만 지속적인 투자와 연구개발을 통해 여러 기술들이 상용화가 예정되어 있는 등, 관련 시장이 빠르게 성장하고 있으며, 선진국과 국내 간 격차가 크게 좁혀질 전망이다.

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따라서 상황인지 기반 주행상황 판단과 운전자 조작상태 판단 및 가시화에 의한 스마트카 Connected Safety 제어를 위한 주행 위험 판단 기술을 개발하기 위한 주요 내용들은 다음과 같다<그림 1>.

• 상황인지 기반 주행 상황 판단 알고리즘
• 운전자의 상황 인지 및 조작상태 판단과 통신에 의한 전파 기술
• 주행상황 및 운전자 의도 기반 주행 경로(목표 거동) 생성 및 제어 기술
• 주행 위험 판단 알고리즘 플랫폼 개발 및 통합화
• 실시간 능동안전 상황 가시화 기술 및 데이터 퓨전 알고리즘
• 주행 위험 판단 알고리즘 최적화 및 고도화
• 주행 위험 판단 알고리즘 실차 적용 및 검증

최근에는 다양한 육상 환경에 적합한 파라미터 가변형 레이더 연구, 비전 기술 기반의 실용적 연구, 스테레오 카메라를 이용한 객체 인지 시스템, V2V 기반 위험탐지 로직 개발과 같은 연구를 수행하였다<그림 2>.

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최근 연구결과로 차량용 레이더에 필요한 다중경로 환경모델링 및 다중경로 환경 대응을 위한 파라미터 가변형 레이다 시뮬레이터를 구축하고 성능을 분석하는 기술, 또한 차량용 센서의 데이터퓨전에 필요한 멀티패스 오류 분석의 알고리즘을 개발하였다. 이와 같은 연구결과로 V2X 통신 및 레이더 센서를 기반으로 하여 차량이 능동적으로 상황을 인지하고 그에 따른 위험성을 운전자에게 경고하며, 필요시 차량이 스스로 차량을 제어하는 시스템을 개발하여, 잠재적 위험상황에서의 사고 발생 확률을 대폭 감소할 수 있다.

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한편 운전자 및 탑승자의 안전 확보를 위하여 차량 주행 환경 인지 및 주행 정보에 기반한 차량 제어 기술은 선진 자동차회사들을 중심으로 활발히 연구 개발되고 있고 일부는 양산까지 진행되고 있으며, 이에 기반한 차량 간 통신(IVC–Intervehicular Communication) 기술 또한 활발한 연구가 진행되고 있다.

세계 선진 자동차회사의 주요 기술연구 단계에서 CDM,즉 Collision Damage Mitigation과 연관된 기술을 개발 중 충돌 전 Airbag Deployment나 능동적 브레이크 제어를 통하여 차량의 전방 충돌이 불가피 할 시에 충격을 최소화 시키는 효과를 기대할 수 있으며, 여기에 Connected Safety 적용은 차량 간 정보를 제공함으로써 진보된 안전성을 기대할 수 있다. 현재 다수의 안전 제어 시스템 및 차량 동역학적 안정성을 향상시키는 장치가 개발되었지만, 노면 마찰계수 및 노면 기울기 경사각 등의 주행 환경 정보를 추정 및 이용하는 제어 시스템이 부족하여 이에 다양한 환경의 정보를 이용한 안전 제어 기술의 개발로 제어 시스템의 신뢰도의 추가적인 향상을 기대할 수 있다.

국내 안전 제어 기술의 양산차 도입은 부분적으로만 이루어지고 있으며, 특히 차량 주행 정보 및 주행환경 인지를 통한 통합적인 안전 제어 기술은 소수의 고급차량에만 적용되고 있으므로 추후 Connected Vehicle Safety를 통하여 주행 환경 인지 기술의 개선과 제어 알고리즘의 통합화, 최적화 및 모듈화를 통하여 필요 구동 조건이 완화됨으로써 추가적인 보급화가 진행될 전망이다.

따라서 차량-운전자-제어기 통합시스템 분석 및 상태 추정과 다중 Actuator 통합 제어를 이용한 스마트카 Connected Safety 제어를 위한 주행 제어 알고리즘을 개발하기 위한 주요 내용들은 다음과 같다<그림 5>.

• 통합 제어기 개발을 위한 차량-운전자-제어기 통합시스템 분석 및 상태 추정
• 다중 Actuator 통합 제어 및 주행제어 알고리즘 통합화와 플랫폼 개발
• Connected Safety 제어 알고리즘 모듈화 및 통합 제어기술
• Connected Safety 통합제어 알고리즘 최적화 및 실차검증
• 개발 알고리즘 재사용성, 모듈화를 고려한 라이브러리화

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최근에는 차량용 멀티코어 기반의 제어 알고리즘 플랫폼 개발 및 통합주행제어에의 적용, 노면 마찰계수 추정을 통한 4WD 차량 구동성능 개선, 차량모델 기반 ECS, 제어로직 개발, Cross Traffic Assist 시스템을 위한 센서 데이터 퓨전 및 제어 알고리즘 개발과 같은 연구를 수행하였다<그림 6>.

•제어 알고리즘 모듈화 기술 개발 
•차량거동 분석 플랫폼 구성
•다양한 주행환경에서 통합제어 알고리즘 분석 
•통합제어 기술개발 및 실험 준비

최근 연구결과로 OSEK OS 기반 ACC/LKS 통합제어기 개발 및 검증, 7-자유도 차량 모델과 주행환경 정보를 이용한 ACC/LKS 통합 알고리즘 구현, OSEK/VDX기반 ACC/LKS 통합 알고리즘 포팅, ACC/LKS 통합 알고리즘 성능 검증을 위한 EILS 개발, EILS를 이용한 차량 내 네트워크 환경과 ACC/LKS 통합 제어 성능 분석을 수행하였다.

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이와 같은 연구결과로 Connected System의 상태 및 특성에 대하여 통신을 통해 효과적으로 반응하여, 적용된 제어 시스템들의 통합적인 실시간 대응에 의해 스스로 당 차량 및 다중 차량 Connected System을 가장 안전한 상태로 제어하고, 사고 발생 확률 및 사고 피해를 최소화할 수 있다. 한편 레이더 연구결과를 이용하여 교차로에서 접근하는 차량을 감지하는 시스템을 개발하고, 감지결과를 토대로 충돌사고 발생 가능성을 예측하고 필요시 경보와 긴급 제동 시스템 개발에 적용하면서 상황인지 분야와 차량제어 분야의 연구를 공동으로 진행하였다.

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또한 차량 간 통신 시스템 기술인 WAVE 모듈의 데이터 통신을 위하여 In-vehicle 통신망을 통한 정보와 센서로부터 받는 정보 처리기술을 개발하고, 통신데이터를 토대로 전방의 도로 형상을 추정하는 기술을 개발하여 V2V 통신을 이용한 능동안전 시스템 개발을 공동으로 진행하였다.

 

글 / 강형진 (만도)

출처 / 오토저널 15년 9월호 (http://www.ksae.org)   

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