첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)은 사고 저감 능력을 더욱 높이기 위해 갈수록 ‘지능화’, 자동화되고 있다. 지능화는 운전자의 입력에 기반해 그 의도를 해석하려는 방향에서 전개돼, 현재엔 전자 맵, V2V, V2I 등을 포함한 다양한 기술과 센서 기능을 활용해 운행 중 위험상황을 사전에 경고하고 나아가 사고 회피, 피해 경감을 위해 시스템 스스로 조향, 제동, 토크 등의  차량 제어에 개입하고 있다. ADAS, 첨단안전 차량(Advanced Safety Vehicle, ASV)의 최종 도착지는 자율주행이다.  

비전 제로, 자동 회피

전 세계 도로 교통량, 사상 사고가 급격히 증대되면서 유럽, 미국 등 선진국에서는 도로사고 저감을 위한 다양한 조치가 강구되고 있다.
특히 자동차 산업에서는 첨단 안전 솔루션의 의무장착 법제화가 늘어나고 있다. 각국 정부는 OEM과 서플라이어들이 보다 지능화되고 인지적인 첨단 안전기술을 효과적으로 개발해 사고를 미연에 예방하거나, 피해 수준을 경감할 수 있도록 지원을 아끼지 않고 있다. 
지난 4년 간 보고된 대개의 조사 결과에 따르면 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)은 모든 사고에 대해 40%의 긍정적 효과를  줄 수 있다. 특히 전방충돌 회피(Foward Collision Avoidance), 긴급제동 보조(Emergency Brake Assist)와 같은 ‘경고’ 이상의 능력을 발휘하는 능동안전 애플리케이션들의 잠재적 사고 저감 효과는 매우 뛰어나다. 예를 들어 TRW의 자동 긴급제동 시스템(Automatic Emergency Braking, AEB)이 차량에 장착됐었다면 12%의 사고 발생을 미연에 방지했을 것이다.
‘비전 제로(Vision Zero)’, 즉 무사고 달성을 목표로 설정한 유럽에서는 언더스티어, 오버스티어를 방지하는 차량자세 제어 시스템( Electronic Stability Control, ESC)을 2012년부터 승용차와 상용차에서 단계적으로 적용을 확대하고 2014년부터 완전 의무화하기로 했다. 차선이탈 경고 시스템(Lane Departure Warning System, LDWS)은 2013년부터 신형 상용차, 2015년부터 기존 차량에 의무장착키로 했다. 제동력 보조 시스템(Brake Assist System, BAS)은 2009년부터 모든 신차에 적용되고 있다. AEB의 경우 연간 사상자 저감효과가 매우 뛰어난 만큼 향후 의무장착이 기대된다.
미국에서는 ESC, 타이어 공기압 모니터링 시스템(Tire Pressure Monitoring System, TPMS) 등이 의무화됐다. 우리나라에서도 2012년 이후 BAS 장착이 의무화되는 등 다양한 ADAS 애플리케이션이 의무장착될 전망이다. 또한 정부의 자동차 R&D 정책에서 “스마트카”가 급부상하며 경고를 뛰어넘는 자동화된 능동안전 시스템 개발과 법제화가 크게 진전될 전망이다.
ADAS 애플리케이션들은 사고 저감 능력을 더욱 높이기 위해 지능화 속도를 높이고 있다. 순수하게 운전자의 입력(input)에 따라 반응했던 안전 시스템들은 예를 들어 위험 상황에서 페달을 밟는 힘이 충분치 않을 경우 보조적 제동력을 증대시키는 식의, 운전자의 입력에 기반해 그 의도를 해석하려는 방향으로 발전했고, 현재엔 카메라, 레이더, 라이더, 전자 맵 등을 포함한 다양한 센서가 제공하는 운전 환경에 대한 정보를 이용해 위험상황 이전에 경고하고, 회피가 불가능할 경우 시스템이 조향, 제동 등 차량제어에 직접 개입해 사고를 예방하거나 피해를 최대한 경감하는 방향으로 진화했다. 

수동안전과의 연계

콘티넨탈, 보쉬, 헬라, TRW 등의 서플라이어들은 개별 ADAS 애플리케이션 개발뿐만 아니라 능동 시트벨트(active seat-belt), 능동 사고회피(active restraint) 솔루션과 같은 능동안전 시스템과 수동안전(passive safety) 시스템이 결합된 통합 시스템 개발에 나서고 있다. 예를 들어 능동, 수동안전 포트폴리오에 ‘인지적(cognitive)’, ‘지능적(intelligent)’이란 수식어를 강조하고 있는 TRW의 기술은 랜드마크 모델인 5도어 해치백 스타일의 피아트 란치아(Lancia) 델타(Delta)에 구현됐다. ESC, 비디오 기반의 LDWS, 조향의 토크 컨트롤 기능을 지닌 전자식 조향 시스템(Electrically Power Steering, EPS)이 하나로 통합돼 있다. 이 통합 시스템은 주행 중 위험 요소가 감지되면 운전자에게 우선 경고를 보내고, 필요에 따라서는 적절한 방향으로 스티어링 휠을 자동으로 돌리고, 제동력, 토크를 조절한다. 
TRW의 또 다른 통합 사례로는 충돌을 회피할 수 없을 경우 사고의 심각성을 완화하기 위해 차량 속도를 늦추는 ADAS와 ESC를 통합한 AEB 시스템, 충돌 이전에 다른 시스템의 데이터를 이용해 자동으로 시트벨트를 늘리고 조이는 능동제어 리트랙터(ACR) 등이 있다. 그리고 TRW의 최신 시스템들은 AEB, ACR 등의 “기존 시스템의 안전 성능을 더욱 향상시킨 것”들이다. 
AEB에서 센싱 기능은 차량의 전방 도로 데이터를 모으는 비디오카메라와 장거리 레이더 또는 중거리 레이더가 결합돼 구현된다. 카메라가 넓은 시야각에서 전방의 주요 사물을 감지하고 근거리를 커버하는 동안 레이더는 250 m 앞까지 내다본다. 각각의 센서로부터 수집된 데이터는 제어 유닛에서 결합되고 40 ms마다 업데이트 된다. 센서들은 독립적으로 임박한 충돌을 검증하고 AEB의 동작 여부를 결정한다.   
운전자가 잠재적 위험에 대한 경고를 받게 될 때 일정 수준의 제동력이 자동으로 보조돼 운전자에게 적절한 제동력이 제공될 수 있도록 준비된다. 만일 운전자의 직접적인 조향과 제동만으로 사고 회피가 불가능하다고 시스템이 판단한다면 AEB는 최고 수준의 제동력을 자동화하고, 충격을 최소화할 수 있도록 작동한다.
한편 ACR 능동 시트벨트는 제동장치와 ESC의 센서 정보를 이용해 충돌사고에 대비하고 피해를 최소화 한다.
실제 사고에서 급제동, 미끄러짐 등은 70% 이상 선행된다. 이때 탑승자들은 시트벨트를 매고 있어도 급제동 등의 충격으로 인해  에어백 전개의 혜택을 받을 최적 위치 밖에 놓이게 된다. ACR 시스템은 이같은 문제를 완화하기 위해 충돌 이전에 느슨한 시트벨트를 자동으로 조임으로써 운전자나 탑승자의 위치 문제를 향상시켜 차량 안전성을 높인다.
ACR의 상황 매니지먼트 알고리즘은 새로운 통합 안전 시스템 내에서 지속적으로 레이더와 비디오카메라 센서로부터 신호를 받는다. 만일 잠재적 위험 상황이 포착된다면 ACR 시스템은 보조 제동력, 위험 경고 등과 함께 충돌 이전에 기능이 전개된다. 그러나 운전자의 반응이 없거나 대처가 불가능한 상황임이 감지된다면 ACR은 충돌 이전에 최대의 억제력을 발휘해 탑승자의 상해를 최소화할 수 있도록 작동한다. 위험한 상황, 사고 상황이 종료되면 시트벨트는 자동적으로 풀린다.

전자 맵의 보조  
     
실험 중인 많은 자율주행차에서 디지털 맵의 역할이 상당한 것처럼 ADAS 역시 맵을 통합해 예측 성능을 높이고 있다.
ADAS는 크게 ACC, LDWS, 차선변경 보조 시스템(Lane Change Assist, LCA) 등의 첨단 안전 시스템(ADAS)과 예측정보 제공 시스템(Predictive Information Assistance System, PIA)으로 구분한다. PIA는 세부적으로 커브 속도 경고(Curve Speed Warning), 커브 속도 제어 시스템(Curve Speed Control), 단거리 통신(SRC)을 이용한 속도 제한(Speed Limit), 사고 다발지역 경고(Accident Hot Spot Warning) 등이 대표적이다. 또 보다 진화된 애플리케이션으로는 ACC 통합 커브 속도제어, 지능형 속도제어 시스템(Intelligent Speed Adaptation, ISA) 등이 있다.
예를 들어 커브 속도제어 시스템은 차가 커브 길에 진입할 때 목표된 안전 속도 이상의 속도를 유지하고 있을 때 자동적으로 동작해 감속한다. 시스템 가격은 낮지만 사고 및 사상자 저감 효과가 높다. 이들 커브 경고 애플리케이션은 내비게이션을 통해 곡면 기하학이 도입된 안전 속도를 제공하고, 향후 레이더 센서를 이용해 수직적 관점에서 기능하는 ACC를 커브길에서도 기능하도록 할 것이다.



◀ ACR의 상황 매니지먼트 알고리즘은 새로운 통합 안전 시스템 내에서 지속적으로 레이다와 비디오카메라 센서로부터 신호를 받는다. 만일 잠재적 위험 상황이 포착된다면 ACR 시스템은 보조 제동력, 위험 경고 등과 함께 충돌 이전에 기능이 전개된다. 그러나 운전자의 반응이 없거나 대처가 불가능한 상황임이 감지된다면 ACR은 충돌 이전에 최대의 억제력을 발휘해 탑승자의 상해를 최소화할 수 있도록 작동한다.  

▶ 능동, 수동안전 포트폴리오에 ‘인지적(cognitive)’, ‘지능적(intelligent)’이란 수식어를 강조하고 있는 TRW의 기술은 랜드마크 모델인 5도어 해치백 스타일의 피아트 란치아(Lancia) 델타(Delta)에 대거 탑재됐다. ESC, 비디오 기반의 LDWS, 조향의 토크 컨트롤 기능을 지닌 전자식 조향 시스템(Electrically Power Steering, EPS)이 하나로 통합돼 있다.

맵 기반 ADAS는 ACC에서 최초로 적용됐다. BMW가 처음 소개한 맵 기반 ACC는 도로의 경사, 굴곡 등 지형학적 데이터와 도로 네트워크의 상세 정보를 포함한 맵과 연동되면서 ACC 스톱&고 시스템으로 발전하고 있다. 또 LDWS는 맵과 연동돼 차선변경 시 사각지대 감지 등의 안전 보조 기능을 하는 LCA, 차선유지 보조 시스템(Lane Keeping Assistance System, LKAS)가 돼 차선유지 등을 위해 조향 제어에 관여하게 된다. 적응형 라이트 제어 시스템(Adaptive Flontal Lighting Control, AFL) 또한 맵과 통합되면서 성능을 크게 높이고 있다.
서플라이어 사례를 보면 전 세계 다양한 OEM들에 ADAS 애플리케이션을 공급하고, V2V갫2I 통신을 이용한 사고 저감 기술 개발에 적극적인 콘티넨탈이 에어백, ESC, 라이더/레이더 센서 등의 다양한 차량 안전 시스템을 통합하고 텔레매틱스 시스템에 연결시키고 있다. 보쉬는 LDWS와 표지판 인식 시스템(Traffic Sign Recognition, TSR)에 나이트 비전 등을 통합하고 있다.
이같은 시스템의 핵심은 나브텍이나 아틀라스 등이 만들어내는 맵에 있다. 시스템은 맵 정보의 부정확성, 인터페이스와 관련한 정보의 표준 문제, 높은 시스템 비용, 사고 관련 책임 소재, 늘어난 기능으로 인한 운전부하 증가 등이 해결 과제다. 



콘티넨탈은 유럽이 지원하는 HAVEit 프로젝트의 일환으로 복잡한 교통상황 하에서 안전하게 동작하는 ‘고성능 자동운전 보조 시스템’을 개발해 데모했다. 시스템 구현에는 혼잡한 도로상황 하에서 자동 스타트와 제동을 구현하는 최신의 ACC 등 종방향 애플리케이션 외에 측방향 애플리케이션의 통합이 요구됐다. 시스템은 이미 시장에서 상용화된 ADAS 애플리케이션인 LKA, ACC, EBA, TSR 시스템, 센서와 액추에이터에 기반했다.


반자동에서 자동 시스템으로

최근 콘티넨탈은 유럽이 지원하는 HAVEit 프로젝트의 일환으로 복잡한 교통상황 하에서 안전하게 동작하는 ‘고성능 자동운전 보조 시스템’을 데모했다.
시스템 구현을 위해 혼잡한 도로상황 하에서 자동 스타트와 제동을 구현하는 최신의 ACC 등 종방향 애플리케이션 외에 측방향 애플리케이션의 통합이 요구됐다. 콘티넨탈은 이미 상용화한 ADAS 애플리케이션인 LKA, ACC, EBA, TSR 시스템, 센서와 액추에이터에 기반해 자동운전 보조 시스템을 개발했다.
레이더와 카메라로부터 얻어진 데이터는 차선 마킹 위치, 콘 등의 바리케이트, 옆 차선의 차량 등 장애물 등을 기록해 차량 주변 환경을 그려낸다. 이 정보를 토대로 개별 애플리케이션 모듈은 현재의 상황에 따라 차량 제어 결정을 위한 컴퓨팅을 수행한다. 예를 들어 ACC는 차가 가야하는 길을 따라 전방 차량과의 적당한 거리를 산출하고 속도를 유지한다. 혼잡 상황 등에 따라 운전자의 스트레스를 덜어 주기 위해 시스템은 좁은 차선 내에서 스스로 차량의 조향, 앞차와의 간격 등을 유지하는 책임을 수행한다. 24 Ghz의 센서는 차 후방에 장착돼 차선 변경 시의 위험 상황을 모니터링해 상황에 따라 조향에 개입한다.
이처럼 리서치 카에는 콘티넨탈의 단거리, 중거리, 장거리 레이더 센서, 모노-카메라 등의 센서와 운전자에게 각종 정보, 경고 기능을 제공하는 ADAS 컴포넌트들이 장착됐다. 지능형 가속 피드백 페달(Accelerator Force Feedback Pedal, AFFP) 등의 적응형 제동 시스템,  스티어링 시스템이 결합돼 종/횡방향 모두에서 운전자를 지원한다. 또 운전자 보조 시스템은 도로의 표지판, 제한 속도 등을 인식해 가속, 제동 등에 개입하고, 커브길에서는 커브길 속도 보조 시스템(Curve Overspeed Assistance, COA)이 제동력에 간섭해 안전 주행 속도를 찾는다. 이 모든 기능은 운전자의 선택에 따라 온/오프할 수 있다.     

AEM_Automotive Electronics Magazine