글로벌오토뉴스

상단배너
  • 검색
  • 시승기검색

[오토저널] 대형화물차 군집주행 연구 동향

페이지 정보

글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)
승인 2021-06-17 11:30:45

본문

물류 운송 시장의 급속한 성장과 함께 대형화물차의 운행이 활발해지고 앞으로도 그 규모가 증가될 것으로 예상되며, 물류 운송량 확대에 따른 비용을 절감하고 사고 안전성 및 생산성을 향상시키기 위해 글로벌 상용차 OEM 및 부품업체들을 중심으로 자율주행 화물차를 양산하기 위한 연구/개발이 활발히 이루어지고 있다. Frost & Sullivan 자료에 따르면 전세계적으로 자율주행 기능이 탑재된 화물차가 2025년 7,970대, 2035년에는 182,031대가 판매될 것으로 예상된다 <그림 1>. 

더욱이 최근 코로나19 사태는 전례 없는 글로벌 환경의 변화를 초래하였으며, 이로 인해 현재의 물류 산업은 4차 산업 첨단기술을 기반으로 한 스마트 물류로 급속히 진화될 것으로 보인다. 국내의 경우, 2020년 8월 제12회 과학기술관계장관회의에서 포스트 코로나19 시대의 교통/물류 분야 중점 유망기술 중 하나로 배송, 판매 및 위험 대응 등에 특화된 ‘목적형 자율주행 이동수단’을 선정한 바 있다. 자율주행 기술과 스마트물류센터 등은 물류 산업의 뉴노멀이 될 것으로 전망되며, 자율주행 분야 중 대형화물차 군집주행 기술은 시대 변화의 물결 속에서 물류 산업의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 유망 기술로 손꼽힌다. 

77b806b3ae886da025e8c10250df72bc_1623896

대형화물차 군집주행이란?
대형화물차 군집주행은 다수의 차량이 서로 통신으로 연결되어 좁은 간격을 유지하며 대열을 이루어 주행하는 형태를 의미한다. 선두차량은 전문 드라이버가 운전하며, 추종차량은 레이더, 카메라 등의 환경센서를 통해 얻은 선행차량과의 상대 정보와 차선 정보, 그리고 V2V(Vehicle-to-Vehicle) 통신으로부터 수신한 선행차량의 주행정보를 이용하여 완전자율주행 상태로 선두차량을 추종한다. <그림 2>는 3대의 군집차량이 대열을 유지하며 주행하는 모습을 나타낸다.

77b806b3ae886da025e8c10250df72bc_1623897

추종차량들은 선행차량의 제어 정보를 V2V를 통해 이용할 수 있게 됨에 따라 최소 0.3초 Time-gap의 차간 거리를 유지할 수 있다. 최소화된 차간 거리는 공기 저항을 감소시킬 수 있어 대열 위치에 따라 4.5~10%의 연료 소비량 절감을 얻을 수 있으며 이에 따라 배출 가스를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 군집주행은 교통 밀도를 증가시켜 교통 흐름을 개선할 수 있으며, 추종차량의 운전자는 휴식을 취할 수 있어 운전 피로도를 완화시킴으로써 사고를 예방할 수 있는 특징이 있다. <그림 3>은 화물차 군집주행이 가져올 사회적 영향과 물류 운송 업계에 미칠 긍정적 효과를 보여준다. 이처럼 군집주행의 경제적/사회적 파급효과가 클 것으로 기대됨에 따라 유럽, 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 산·학·연 컨소시엄을 구성해 대규모 프로젝트를 통한 실증 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 고에서는 대형화물차 군집주행과 관련된 국내·외 연구 실증 사례 및 국제 표준화 진행 현황을 살펴보고자 한다. 

국외 연구 동향
최초 화물차 군집주행 실증 연구는 1996년 유럽에서 CHAUFFEUR1 프로젝트로 시작되었으며, 화물차 군집주행의 초기 컨셉을 도출하고, 실효성 분석을 목표로 추진되었다. 이후, 2009년부터 3년간 유럽연합에서 SARTRE2 프로젝트를 진행하여 선두에 화물차가 다수의 승용차를 이끄는 형태의 군집주행을 구현하였으며, 기술 실증과 군집주행의 위험을 분석하여 기본 안전 요구사항을 도출하였다. 2016년에는 네덜란드 TNO와 6개 상용차 OEM이 연합해 유럽 각국에서 출발한 트럭이 네덜란드 로테르담까지 군집주행으로 이동하는 ‘European Truck Platooning Challenge 20163’을 개최하여 군집주행의 실현에 한 단계 도약하고자 하였으며, EU 내 트럭 산업의 주요 파트너, 물류 서비스 제공 업체 및 정부 기관 간의 긴밀한 협력체계를 구축하였다. 이어 2018에는 ‘Experience Week Connected Transport4’를 통해 물류센터에서의 상하차부터 물류수송까지 실제 군집주행을 통한 운용 상황에서 시험을 하였으며, 군집대열과 도로 인프라를 연계하여 교통신호 제어를 통한 교통흐름을 개선하는 효과를 분석하였다. 

또한, 최근 유럽에서는 Multi-brand 트럭 군집주행 실현을 목표로 2018년부터 ENSEMBLE5 프로젝트가 진행되고 있으며, 업체간 상호 운영을 위한 사전 표준을 정립하고, 법적 Framework를 조화시키기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 <그림 4>과 같이 군집주행을 위한 주요 엘리먼트에 대한 사양을 정의하였다.

미국의 경우, 캘리포니아 PATH6 프로젝트에서 CACC 기반 기술을 이용하여 2003년 2대, 2010년 3대의 화물차량으로 최소 3∼4m 간격으로 군집 합류/이탈을 포함한 시연을 하였으며 이를 통해 연료절감 효과 등을 검증하였다. 이후, PATH는 2017년에 버지니아 I-66 도로에서 볼보 트럭 3대로 부분 자율주행 기술을 이용한 군집주행을 시연하였다. 이 시연은 혼잡한 실제 교통 환경에서 시연에 성공했다는데 큰 의의가 있었다. <그림 5>는 시연에 사용된 트럭의 구성을 나타낸다. 

미국 최초의 공용도로 화물차 군집주행 시연은 2015년 미국 유타주 I-80 도로에서 DOT(Dept. of Transportation)와 펠로톤(Peloton)사가 협력하여, 제한된 조건의 세미 트레일러 트럭 두 대로 군집주행 연구 실증을 하였으며, 이 실증에서는 레이더, GPS, 카메라 및 V2V를 활용하며 두 대의 트럭이 약 12~18m 거리를 자동으로 유지하며 주행하였다.

일본에서는 2008년부터 5년간 Energy ITS8 사업을 통해 에너지 절감 및 지구 온난화 예방을 목적으로 3대의 대형 트럭과 1대의 소형 트럭으로 80km/h에서 최소 4m gap을 유지하는 군집주행을 시연하였다. 또한 2018년 Truck Platooning Initiative Project9에서는 고속도로에서 Multi-brand 군집주행을 실증한데 이어 2022년까지 무인 추종차량을 통한 군집주행 상용화를 목표로 기술을 개발하고 있다<그림 6>.

국내 연구 동향
우리나라의 대형화물차 군집주행 연구는 앞에서 살펴본 나라들보다 비교적 뒤늦게 시작되었다. 2018년 국내 최초로 현대자동차가 테스트트랙에서 군집주행 시연에 성공하였으며, 곧이어 2018년부터 4년간 국토교통부 지원으로 대형화물차 군집주행 과제인 TROOP(TRuck platOOning Project) 프로젝트가 진행 중에 있다. 본 과제는 한국도로공사가 총괄기관과 2세부 책임을 맡고 있으며, 국민대가 1세부 책임을 맡고, 현대자동차, 한국자동차연구원, 카카오모빌리티를 포함한 13개의 기관이 참여하고 있다.

77b806b3ae886da025e8c10250df72bc_1623897

본 연구를 통해 2019년 여주 스마트하이웨이 시험도로에서 화물차 2대의 군집주행 기술 시연에 성공하였으며, 2020년에는 3대의 화물차로 서여주IC와 여주JCT 사이의 고속도로 구간에서 기술 시연을 성공적으로 마쳤다. 고속도로 시연은 군집 대열 합류 및 유지 → 타 차량 Cut-in/out → 군집대열 이탈로 4가지 시나리오가 순차적으로 진행되었으며, <그림 7>은 군집 합류와 타차량 Cut-in 시험 장면을 보여준다.

2020년 고속도로 시연과 함께 시험도로에서의 시연도 수행이 되었는데, 시험도로에서는 I2V(Infra-to-Vehicle) 통신 기술을 연계하여 C-ITS 기반의 안전서비스 기술 2종 및 긴급제동을 시연하였다. 안전서비스에서는 군집차량의 운전자에게 날씨, 교량 및 정체 상황 등 도로교통 정보를 사전에 제공하여 안전한 군집주행을 지원하였다. <그림 8>은 공사구간 정보 제공 서비스 시나리오로, 인프라가 운전자에게 주행차로 내 공사구간 정보를 전달하면 군집대열 차량들은 차선변경을 수행 후 공사구간을 통과한다.

국제 표준화 현황
2019년 국제 표준화기구 ISO에서는 ISO 20035: CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control)를 발표하였으며, 여기에서 V2V와 I2V 데이터를 이용한 제어를 수행하는 군집주행의 기반 기술에 대한 표준을 제시하고 있다, 또한, 2019년부터 ISO/TC204/WG14에서는 일본이 프로젝트 리더로 참여하여 화물차 군집주행을 위한 국제표준(ISO/AWI 4272 Truck Platooning Systems, TPS)을 개발하고 있다. 본 표준에서는 군집의 합류/이탈을 관장하는 운영 제어 기능(POCF, Platooning Operation Control Function)과 군집 차량의 종/횡방향 제어를 담당하는 기동 제어 기능(PMCF, Platooning Maneuver Control Function)을 포함하는 군집주행 제어 시스템(PCS, Platooning Control System)을 정의하고, POCF와 PMCF의 통신을 위한 기본 데이터요구사항을 도출하기 위한 논의가 진행되고 있다. 국제 표준은 양산 기술과 직접적으로 연관되기 때문에 이러한 국제적 논의에 적극적으로 참여하는 것이 반드시 필요하다.

77b806b3ae886da025e8c10250df72bc_1623897

지금까지 대형화물차 군집주행 기술의 특징 및 효과, 국내·외 연구 동향과 국제 표준화 현황을 살펴보았다. 글로벌 연구개발 및 실증을 통해 화물차 군집주행의 유효성이 검증되고 있으며, 상용화를 위한 기술 적용이 활발하게 진행되고 있는 것을 볼 수 있었다. 이와 더불어, 대형화물차 군집주행이 상용화되기 위해서는 C-ITS 연계를 위한 도로인프라 확충, 군집주행 도입 확산을 위한 인센티브 지급 등의 정치적 지원책이 마련되어야 하고, 차량 간 통신을 위한 통신규약 및 보안체계가 함께 개발되어야 할 것이다. 

대형화물차 군집주행 기술은 자율주행 분야 가운데 가장 먼저 상용화가 이루어질 것으로 예상됨에 따라 승용차의 완전자율주행 시대를 앞당기는 교두보 역할을 할 것으로 기대되며, 물류 산업에 새로운 혁신을 가져다 줄 것으로 기대된다.

글 / 박기홍 (국민대학교)
출처 / 오토저널 2021년 4월호 (http://www.ksae.org)  
  • 페이스북으로 보내기
  • 트위터로 보내기
  • 구글플러스로 보내기
하단배너
우측배너(위)
우측배너(아래)