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[오토저널] 스마트 상용차 기술동향

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-12-04 15:14:09

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국내 자동차 사고 현황
국내 자동차 사고율은 OECD(경제협력개발기구, Organization for Economic Cooperation and Development) 회원국 중 최하위를 기록하고 있다(도로교통공단, OECD 회원국 교통사고 비교, 2017-0216-043). <그림 1>에서 보는 바와 같이 2015년도 자동차 1만 대당 교통사고 발생건수에서 우리나라는 93.7건으로 32개국 중 터키(102건) 다음으로 많이 발생한 것으로 나타났는데 OECD 회원국 평균인 36.7건에 비해서도 약 2.6배 가량 많이 발생했다. 특히 <그림 2>에서 보는 바와 같이 10억 주행 km당 교통사고 사망자수에서 우리나라는 15.5명으로 자료가 파악된 18개국 중에서 가장 높게 나타났으며 OECD 회원국 평균인 6.3명에 비해 2.4배 많은 것으로 분석되었다.

 

특히 대형 상용차량은 교통사고 발생 시 승용차량에 비하여 인적 물적 피해가 크다고 할 수 있다. 도로교통공단 자료에 따르면(도로교통공단, 교통사고 통계 분석, 2017-0208-017) <표 1>에서 보는 바와 같이 2016년 기준 사고 건수는 승용차가 66.9%로 가장 많았으며 다음으로 화물차(12.0%), 승합차(6.4%), 이륜차(5.9%) 순으로 나타났다. 사망사고 등 사고의 심각성이 큰 사고의 경우에는 <그림 3>에서 보는 바와 같이 승용차가 49.3%로 가장 많았으며 다음으로 화물차(22.2%), 이륜차(10.0%), 승합차(6.6%) 순으로 나타났으나 화물차의 경우 사고건수 비율에 비하여 사망자수 비율이 상대적으로 높아 사고 발생 시 대형 사고로 이어지는 특성을 가지고 있어 이에 대한 대비책 마련이 시급하다고 할 수 있다.

 

스마트 자동차 기술
스마트 자동차는 기계 중심의 자동차 기술에 전기, 전자, 정보통신 기술을 융복합하여 교통사고를 획기적으로 저감하고 탑승자의 만족을 극대화시키는 자동차로 정의하고 있다(경제관계장관회의, 미래성장동력 종합실천계획, 2015. 3). 이와 같은 스마트 자동차 기술은 국가별 정책과 안전에 대한 소비자 관심 증대에 따라 충돌예방시스템 등 안전 관련 전자장치 시장이 크게 증가할 것으로 전망되고 있다.

 

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특히 상용차는 장시간 장거리 운행에 따른 졸음 운전 등으로 인하여 교통사고 발생 가능성이 높고 교통 사고 발생 시 인적 물적 피해가 크기 때문에 이와 같은 스마트 기술 적용이 필수적이라고 할 수 있는데 국내 독자 기술 개발이 시급한 스마트 상용차 기술에 대하여 기술하고자 한다.

 

●자동차 전자식안정성제어(ESC, Electronic Stability Control) 시스템
ESC 시스템은 자동차가 주행 중 급격한 핸들 조작 등으로 노면에서 미끄러지려고 할 때 각 바퀴의 브레이크 압력과 엔진 출력 등을 자동 제어하여 자동차 자세를 안정적으로 유지시키는 장치로 좌석안전띠 이후 가장 효과적인 안전장치라고 할 수 있다<그림 4>(자동차 신기술 첨단장치 설치 의무화 보도자료, 국토교통부, 2010. 7).

 

이에 따라 전세계적으로 사고 방지 효과가 우수한 ESC 시스템 장착 의무화가 추진되었다. 미국은 2008년 9월 도입 후 2011년 9월부터 4.5톤 이하 모든 차에 적용하고 있으며 EU는 2011년 11월부터 2014년 11월까지 단계적으로 도입하였다. 국내에서는 2012년 1월 1일부터 새롭게 제작되는 모든 승용 자동차와 차량 총중량 4.5톤 이하인 승합·화물·특수자동차는 안전기준에 적합하게 의무적으로 장착해야 한다.

 

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●자동긴급제동(AEB, Autonomous Emergency Braking) 시스템
자동긴급제동(AEB) 시스템은 전방 센서를 이용, 충돌위험을 감지하여 경보 및 제동을 통해 사고 방지 또는 피해를 경감할 수 있는 시스템(AEB-city, Urban, Pedestrian)이다. 전방 충돌위험성이 예견되면 운전자에게 충돌위험성을 알려주고 운전자의 응답이 없어 충돌이 예견되면 충돌을 막기 위해 차량이 스스로 브레이크를 작동시킨다.

 

AEB 시스템의 사고 방지/예방 효과로 인하여 신차평가 시 가점을 부여하거나 의무 장착을 추진하고 있다. EuroNCAP은 2014년 50km/h 이하의 저속 충돌상황에서의 자동제동시스템인 AEB-city, 20km/h에서 80km/h까지의 AEB-interurban을 평가 항목에 추가하였고 2016년부터는 보행자 보호를 위한 AEB pedestrian도 추가하였다. 또한 이륜차 등 교통 약자에 대한 AEB 시스템 적용 일정이 공개되었다.

 

특히 상용차 운전자의 졸음운전 등에 의한 사고를 방지하기 위하여 자동긴급제동장치(AEBS) 및 차로이탈경고장치(LDWS) 설치대상이 기존의 길이 11m 초과 승합차와 총중량 20t 초과 화물·특수차에서 모든 승합차와 총중량 3.5t 초과 화물·특수차로 확대되었다. 공기식 주제동장치를 설치한 승합차는 2019년 1월부터, 그 외의 승합차와 3.5t 초과 화물·특수차는 2021년 7월부터 설치가 의무화될 예정이다.

 

●자율주행 상용차(Autonomous Commercial Vehicle)
교통사고 예방, 운전자 편의성 증대, 연비 향상 등을 위해 트럭, 버스를 대상으로 하는 자율주행상용차 개발은 완성차업체 뿐만 아니라 정부 주도로 기술 개발 및 시범주행이 이루어지고 있다.

 

•미국 California PATH program
미국 캘리포니아의 PATH 프로그램 중에서 자동운전도로시스템(Automated Highway Systems)은 캘리포니아 주와 카네기멜론 대학에서 시연한 군집주행기술로 차량의 동시 가감속제어를 통해 차량간격을 줄여 군집운행함으로써 연료와 공기저항을 줄이고 도로 혼잡을 줄이는데 기여할 수 있음을 제시하였다. 트럭 군집주행(2010~2011)에서는 밀리미터 레이더, 라이더, 차차간 통신을 이용하여 종방향을 제어하고 횡방향은 자동적으로 제어하지 않았다<그림 6>. 실험조건은 3대의 트럭을 대상으로 3~4m 간격으로 시속 53mph(85㎞/h)로 주행하였으며 연비개선효과는 선두차 4.54%, 중간차 11.91%, 최종후미차 18.4%를 나타내었으며 약 2배의 도로 사용 효율 증대 효과를 나타내었다.

 

•유럽 SARTRE (Safe Road Trains for the Environment) Project
안전하고 편안한 주행환경을 위해 EU가 기획한 프로젝트로 2009년 9월부터 2012년 9월까지 실시되었고 640만 유로가 투입(Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) of the European Commission)되었다.

 

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Project Coordinator는 RICARDO이며 IDIADA Automotive Technology, Institut fu. .r Kraftfahrzeuge(IKA), SP Sweden, Tecnalia-RBTK, Volvo Cars, Volvo Technology 등이 참여하여 일렬 주행을 통해 개별 운송수단을 친환경적인 형태의 군집주행으로 시연하였으며 로드트레인(Road Train)이라고 하였다<그림 7>.

 

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맨 앞에 있는 한 대의 차량만 운전자가 직접 운전하고 뒤의 다른 차량들은 차량 간의 무선통신시스템(레이더, 레이저 센서, 카메라 등을 기반으로 한 자동 운전시스템)을 활용하여 모든 주행 관련 행위를 자동 시스템에 맡기고 뒤따라가도록 하는 형태의 자율 주행이다. 예약된 도로 주행열차(Road Train)에의 합류 및 이탈은 운전자에 의해 직접 이루어지며 합류 후 자동 운전으로 전환하여 장거리 여행 시 편의성을 제공하였다. 이 방식은 기존의 자율주행자동차 개발방향과는 다른 새로운 접근방식으로 현재의 도로 인프라를 바꾸지 않으면서 운전자의 안전 및 운전 편의성 등을 개선시키기 위한 전략적이며 기술적인 교통환경 개선 프로젝트라고 할 수 있다

 

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•일본 자율주행자동차 개발
일본에서는 <그림 8>과 같은 자율주행자동차 개발 로드맵에 따라 지속적으로 자율 주행 관련 기술을 개발해오고 있다. Energy-ITS(eITS) 프로젝트에서는 2008년부터 2012년까지 경제산업성(METI), 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)에서 약 44억엔을 투입하여 대형트럭 자동 군집주행 프로젝트를 수행였으며 에너지 절약과 도로 교통에서의 CO2 배출가스 저감을 목적으로 실시하였다. 4대의 차량이 4m 간격을 유지한 채 선두차량은 차선을 인식하면서 자동으로 주행하거나 수동주행이 가능하며 후행 차량들이 추종하는 군집주행을 실시하였다. 또한 2014년 5월 발표한 경제 및 산업경쟁력에 중요한 과제를 수행하기 위한 ‘전략적 이노베이션 프로그램(SIP)’의 10개 과제 중 하나로 자율주행시스템 기술을 선정하였으며 2020년 자율주행 시스템 개발과 보급을 목표로 하는 등 국가적으로 지원하고 있다. 이 프로그램에서는 Dynamic Map, HMI(Human Machine Interface), 정보 Security, 보행자 사고 저감, 차세대 도시 교통 등 5개 분야에 대하여 집중적으로 연구개발을 수행하고 대규모 실증 시험을 계획하고 있다.

 

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•Mercedes-Benz
자율주행상용차 분야에서는 독일의 Mercedes-Benz가 가장 앞서고 있다. 2014년 7월 세계에서 처음으로 자율주행 트럭 ‘메르세데스 벤츠 퓨처 트럭 2025’(Mercedes-Benz Future Truck 2025)를 발표하였으며 독일 마그데부르크 인근 아우토반에서 40여 분간의 시험주행을 실시하였다<그림 9>. 이후 독일에서 1만 마일(16,000km)의 주행 테스트를 실시하였으며 2015년 5월 미국 네바다주 정부는 이 트럭 2대에 정식 도로를 운행할 수 있는 허가증을 발급하였다. 이 트럭에는 Benz가 개발한 ‘하이웨이 파일럿’ 시스템을 장착하였으며 스테레오 카메라와 레이더를 통해 들어오는 정보를 이용하여 차선 유지, 충돌 회피, 속도 조절, 제동, 핸들링 등의 기능을 작동시켜 자동주행을 구현하였다. 이 트럭은 고속도로에 진입한 뒤 ‘하이웨이 파일럿’ 버튼을 누르면 자율주행시스템이 작동하며 외부에서 차량 조명 색의 변화를 통하여 자율 주행 여부를 확인할 수 있도록 하였다.

 

•미국 우버
우버는 2016년 8월 실리콘밸리 자율주행 트럭 개발업체 스타트업인 오토(OTTO)를 인수하였다. OTTO는 구글의 자율주행자동차 프로젝트에 참여했던 앤서니 레반도프스키(Anthony Levandowski)와 라이어 론(Lior Ron)이 공동창업한 회사로 2016년 10월 맥주 제조회사인 AB인베브가 우버자율 주행 트럭을 활용해 120마일(약 193km)을 이동하여 맥주 배달에 성공하였다<그림 10>.

 

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전문 트럭 운전사가 트럭에 탑승해 자율주행 과정을 관리하였고 콜로라도 주 고속도로 순찰대가 안전한 주행을 도왔으며 운전사는 트럭이 고속도로에 진입하고 나올 때만 운전을 하였다.

 


국내 스마트 상용차 기술 개발 방안
교통사고 통계에서 보는 바와 같이 트럭, 버스 등 상용차의 경우 사고 발생 시 대형 사고로 이어지는 특성을 가지고 있어 사고 방지를 위한 기술 도입이 시급하다고 할 수 있다. 또한 군집 주행을 실시할 경우 연비 절감과 배출가스 저감으로 인한 미세먼지 저감 등 환경 개선에도 크게 기여할 수 있다. 특히 상용차는 고속도로 등 상대적으로 도로 환경이 단순한 조건에서 화물을 운송하기 때문에 인명사고 위험 부담이 적어 자율주행 기술 적용에 유리하고 자율주행 트럭은 운전기사처럼 일일 최대 운전 시간을 제한할 필요가 없어 24시간 가동할 수 있고 과속 사고 가능성도 낮아 물류비용을 절감할 수 있어 물류산업 혁신을 가져올 것으로 전망되고 있다.

 

이와 같이 중요한 스마트 상용차 기술을 개발하기 위해서는 인지, 판단, 제어 등 핵심 기술 개발과 함께 대규모 시험 평가 인프라 구축이 필요하다. 기존의 승용차 기술을 이용하여 상용차에 적용하는 것은 일부 가능할지 몰라도 그대로 적용하는 것은 불가능하다. 센서의 사용 환경(장착 위치, 진동 성능 등)에 따라 인지 정확도 차이가 크게 발생하기 때문에 상용차 주행 특성에 적합한 센서 개발 등이 필요하다. 또한 차량의 운동 특성이 승용차와 완전히 달라 상용차 대상의 시스템 제어 기술 개발이 필요하다고 할 수 있다. 특히 상용차 제어 기술 중 독자 기술 확보가 필요한 기술로는 제동 및 조향 제어 기술을 들 수 있다. 이중 ESC(Electronic Stability Control) 시스템은 차량의 안정성을 제어하는 전자제어장치로 국내에서는 독일의 Wabco, Knorr에서 전량 수입에 의존하고 있어 독자 개발이 필요한 기술이다.

 

<그림 11>은 독일 Wabco에서 제시하고 있는 상용차 사고방지 기술 로드맵으로 국내에서는 ABS, ESC 등 가장 기본적인 제동제어 기술 확보가 되어 있지 않기 때문에 그 이후 단계의 첨단 기술 개발도 해외에 의존해야 하는 실정이다. 또한 전기유압동력조향(Electro Hydraulic Power Steering) 시스템은 상용차 전동식 조향시스템<그림 12>으로 상용차의 LKAS, 군집 주행, 자율주행 등을 위한 조향 제어를 위해 독자 개발이 필수적인 기술이라고 할 수 있으며 산학연관 협력을 통한 기술 개발이 시급하다.

 

글 / 최규재 (군산대학교)
출처 / 오토저널 18년 5월호 (http://www.ksae.org) 
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