[오토저널] 스마트 커넥트 세이프티 제어를 위한 주행 위험 판단 기술과 주행 제어 알고리즘
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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
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승인 2016-03-17 17:59:49 |
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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.
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>.
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.
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
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.
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.
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)