BMW 모터사이클ㆍ보행자도 고려한 C2X
2013년 01월호 지면기사  / 글│송 하 임 기자 <arrias@hanmail.net>

C2X는 거의 10년 동안 BMW 내에서 매우 중요한 토픽이었다. BMW의 연구는 공개적으로 진행돼 왔고, 결과적으로 많은 자동차 제조사들과 팀워크를 이루며 발전하고 있다. BMW의 노력은 자동차는 물론 보행자 또는 자전거, 모터사이클 운전자의 보호까지 포함시키고 있다.

기술 발전은 인간의 삶을 더 편리하고, 안전하게 만들고 있다. 특히 다양한 산업에서 센싱 기술의 발전과 데이터 마이닝(Data Mining), 또 그것을 디스플레이하는 방법 등이 융합 발전하며 새로운 아이디어를 만들어내고 있다. 자동차도 이같은 모습을 닮아가고 있다.
지금까지 자동차는 운전자의 의지에 의해 움직이는 기계장치에서 운전자의 의도를 읽는, 다양한 센서와 내부 통신을 이용해 보다 빠른 판단으로 운전부주의를 경고하는 단계까지 발전했다. 또 자동차와 자동차 또는 자동차와 모터사이클 사이의 통신을 비롯해 신호등이나 교차로 같은 사회 기반시설과 통신하고, 보이지 않는 곳에 있는 보행자를 감지하는 등 잠재적 위험성을 예측하는 형태로 발전하고 있다.
BMW에게 이같은 시도는 새로운 것이 아니다. 인포테인먼트(Infortainment)에 적용하기 위한 연결성(Connectivity)이라는 개념은 이미 1990년대부터 BMW 커넥티드드라이브(ConnectedDrive)와 함께 논의돼 왔고 다양한 첨단 운전자 지원 시스템을 모델에 장착하고 있다. 그리고 차에 통합돼 있는 기존의 센서들과 함께 C2X(Car-to-X)는 BMW 커넥티드드라이브에 적용된 운전자 지원 기능 및 미래 정보 시스템을 광범위하게 발전시킬 수 있는 결정적 기반이 되고 있다.
 

차, 바이크, 보행자 고려

C2X는 근거리 무선통신망인 WLAN 또는 휴대전화의 전파망를 이용해 작동한다. 표준화된 차량용 애플리케이션으로 차와 차 또는 차와 도로 상 인프라의 실시간 커뮤니케이션을 고려해 디자인됐다. 기본적으로 고주파(High-frequency) WLAN IEEE802.11p/ G5A 표준 기반의 고속 네트워킹을 사용한다. 이 프로토콜은 전파방해 없이 많은 양의 정보 전달을 가능하게 한다. 휴대전화 네트워크의 성능은 그동안 견실하게 진보해, 주파수 대역폭이 커지고 데이터의 전송속도나 데이터의 지연(또는 호출시간)도 줄어들었다. 따라서 이런 유형의 단말기 역시 자동차와 자동차 사이의 통신, 예를 들어 WLAN을 통한 직접 통신을 보완하는 목적으로 사용된다.
지능적 드라이빙의 핵심은 효율적인 연비와 안전한 운전으로 요약된다. BMW에서 만든 차들은 안전하고 편안한 운전, 그리고 효율성 향상을 위해 수많은 센서를 차에 장착하고 있다. 그러나 이 센서들은 주로 눈에 보이는 범주 내에서 드러나는 현상이나 오직 제한적인 범위의 예측만 수행할 뿐이다. 그러나 C2X 커뮤니케이션 기술을 활용하면 상당히 의미 있는 ‘예측안전 기술’을 구현할 수 있다.
C2X는 자동차와 도로 주변 인프라와의 전자적인 네트워킹이다. 서로 반대 방향에서 오는 운전자 및 도로에 있는 신호등 같은 인프라의 직접적인 정보를 교환해 활용하는 것이 기본이다. 이 기술들은 운전 상황에 따른 운전자 스스로의 다양한 입력 조건과 결합돼 있으며, 목적지에 이르기까지 안전하고 효율적인 여행을 보장을 위해 매우 뛰어난 성능의 매크로 시스템(복잡한 명령을 시스템에서 미리 정의해 쉽고 빠르게 사용하도록 처리한)을 생성한다.
가령 도로 상의 장애물, 예를 들어 도로 전방에 차가 정차한 경우 또는 그 차의 앞에 다른 차나 장애 요인으로 인해 바로 앞에 있는 차가 정차 또는 제동한 경우와 같이 가려져 보이지 않는 위험이 잠재됐을 때 차간 통신을 통해 위험 상황을 주변 차에 경고하고 피할 수 있게 한다. 이때 잠재적 위험이 있는 지역으로 다가오는 차는 전달받은 경고 신호를 운전자에게 알리고, 운전자는 그 상황에 맞춰 적절하게 대처할 시간적 여유를 벌게 된다.
이런 위험경고 기능은 C2X 활용 기능의 극히 일부에 불과하다. 도로 상의 사회 기반시설들의 정보, 예를 들어 신호등의 점등유무와 같은 정보를 C2X에 통합시켜 공유한다면 이 정보를 공유한 운전자는 교통 흐름에 대해 보다 쉽게 자신의 운전 스타일을 적용시킬 수 있고, 연료효율, 전반적 가스 배출량을 향상시킬 수 있다.
즉, C2X 커뮤니케이션은 매우 진보된 종합적인 커뮤니케이션 네트워크로 모든 도로 사용자가 그 정보를 공유하는 것이고, 이에 따라 눈에 보이지 않는 단일 코너 뿐만 아니라 교차로를 비롯한 다양한 환경의 가려진 상황에 대한 예측 가능 범위를 넓히는 것이다.
C2X는 거의 10년 동안 BMW 내에서 매우 중요한 토픽이었다. BMW의 연구는 공개적으로 진행돼 왔고, 결과적으로 많은 자동차 제조사들과 팀워크를 이루며 발전하고 있다. 예를 들어 BMW는 ‘CAR2CAR Communication Consortium’에 가입한 초기 멤버 중 하나다. 컨소시엄은 2003년에 유럽의 자동차 제조업체들이 차 대 차, 또는 차 대 인프라 간 통신의 잠재력을 연구하고 그 표준을 만들기 위해 결성됐다. BMW는 현재 이 분야에서 또 다른 공동 연구 프로젝트인 ‘simTD(Safe Intelligent Mobility’를 수행하고 있기도 하다. 이 프로젝트의 목적은 실제 상황에서 C2X 커뮤니케이션 기능의 일상적인 실용성과 효율성을 테스트하는 것이다. 현실적인 교통 시나리오는 독일 프랑크푸르트 도시 주변의 인프라를 기반으로 대규모 테스트 환경에서 시행되고 있다. 프로젝트는 차 대 차, 차 대 인프라 통신의 성공적인 구현에 필요한 정치, 경제, 기술적 기반을 제공하려 한다.
BMW의 노력은 자동차는 물론 보행자 또는 자전거, 모터사이클 운전자의 보호까지 포함시키고 있다. BMW Motorrad의 커넥티드라이드(ConnectedRide)는 BMW 커넥티드드라이브와 동등한 탑재장치로, 핸들링 컨트롤 시스템, 운전자 보조 시스템, 모터사이클 비상 연락 기능 등을 추가하고 있다. 모터사이클 이용자들은 자동차 운전자보다 더 많은 위험을 겪게 된다. 예를 들어 안개가 많이 끼거나 길이 미끄럽고, 비가 많이 오는 경우에 자동차 운전자에 비해 훨씬 더 위험한 상황에 처하게 된다. 또 모터사이클은 실루엣이 작아 불행하게도 다른 차들이 모터사이클의 존재를 쉽게 인지하지 못해 위험하게 접근하는 일이 자주 발생한다. 이런 특별한 상황에서 모터사이클 운전자가 전방의 도로 상황에 대해 사전 정보를 알 수 있게 된다는 것은 굉장한 혜택이다. 물론 바이크의 안전을 위한 경보 시스템에서 자동차는 중심적인 역할을 수행한다. 예를 들어 차에 안개등을 켜고, 와이퍼 설정을 최고로 빠르게 하거나, 일반적인 주행 상황과 달리 DSC(Dynamic Stability Control)가 개입됐을 때, 이 정보는 지체 없이 모터사이클에 제공된다.



교차로 보조(Intersection Assistant)

독일의 교통사고에서 3번째로 큰 항목이 교차로 사고다. 원인은 교차로 주변이 건물이나 나무 등 장애물로 인해 가시성이 떨어지고, 교차로 진입 시간이 서로 다른 차들 사이에 운전부주의가 쉽게 발생하기 때문이다. 그러나 C2X 커뮤니케이션 시스템을 적용할 경우 운전자가 교차로에 접근하고, 진입하고, 교차로를 통과하는 과정에서 다양한 위험상황을 미리 준비할 수 있다.
운전자가 교차로를 지나려 할 때 교차하려는 도로에는 양방향에서 지속적인 트래픽이 발생하며 우선순위가 존재한다. 길가에 주차된 차는 도로상황을 파악하는 장애요인이 될 수 있다. 이때 교차로 보조 기능은 교차로 영역에 다른 도로 사용자 또는 다른 차들이 접근하고 있는지의 데이터를 검색하고, 해당 영역으로 접근하는 차들과 의사소통해 우선순위를 정해  잠재적 위험을 줄인다. 교차로 보조 기능은 속도, 교차로부터의 거리와 다른 도로 사용자가 움직이는 방향, 운전자 자신의 차 등이 포함된 정보를 분석한다. 충돌 위험이 감지되면 운전자는 시각 및 청각 신호, 부드러운 감속의 형태로 위험경고를 받는다. 경고 결과 차의 속도가 줄어들게 되고 만약 불가피한 충돌상황을 맞는다고 해도 피해는 이전보다 크게 경감된다. 경고 상황에서도 운전자가 반응하지 않고, 위험 제거를 위한 충분한 준비가 없다면 교차로 보조 기능은 브레이크 작동에 자동으로 개입한다.
BMW의 엔지니어들은 자동차뿐만 아니라 모터사이클 운전자를 위해 BMW 커넥티드라이드의 차 대 차 통신에 사용되는 교차로 보조 기능을 모터사이클에도 통합했다. 자동차와 모터사이클의 충돌 시 모터사이클 운전자는 자동차 운전자보다 심각한 부상을 입을 우려가 약 3배 이상 높다. 이 시스템은 교차로에 접근하는 도로 사용자의 위치와 속도에 대한 다양한 도로 데이터를 기반으로 교차로에 접근하는 차의 우선순위 평가 및 충돌 가능성을 계산한다. 또 길가에서 기다리고 있는 비 우선순위에 있는 차나 운전자의 행동도 평가한다. 이 교차로 보조 기능은 자동차와 모터사이클 모두가 그들의 진행 경로에서 충돌 위험이 감지될 경우, 시각적인 경고를 시작으로 촉각과 음성신호 등으로 충돌 위험에 대한 일련의 경고를 보낸다. 충돌 위험이 증가하면 모터사이클의 자동화 기능이 활성화된다. 모터사이클의 헤드라이트 강도가 점차 증가하고, 추가적으로 모터사이클 측면에 있는 LED 경고등이 활성화돼 실루엣을 넓힌다. 충돌 위험이 커질 경우, 모터사이클의 경적도 함께 울린다.
한편 이 기능은 자동차 운전자가 정지선 이전에 차를 세우도록 초기부터 충분한 경고를 발령한다. 신호등 단계 보조 기능의 기본은 차와 신호등이 서로 통신할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 신호등의 변화 단계에 대한 정보를 제공할 수 있고, 따라서 운전자는 녹색 신호등에 맞추기 위해 최적의 속도를 선택할 수 있다. 또 충분한 시간을 두고 경고함으로써 적색 신호등에서 통과하는 위험을 방지한다. 차의 컴퓨터는 신호등의 변화 단계 보조 기능을 통해 받은 데이터 범위를 분석하는데, 여기에는 교차로 및 차량의 스펙(크기 및 종류)에 대한 정보, 현재 신호등 상태, 신호 단계의 길이(시간) 등이 포함돼 있다. 만약 속도를 줄이지 않은 자동차나 모터사이클 운전자가 교차로에 도달하고 적색 신호등이 켜질 경우, 운전자들은 부드럽게 제동할 수 있는 충분한 정보를 받게 된다. 또 신호등에 접근하면서 녹색 신호등에 맞춰 횡단보도나 교차로를 건널 수 있도록 권장 속도를 제공한다(물론 교통법규를 준수하는 범위에서).
교차로 보조 기능이나 신호등 단계 보조 기능은 운전자들이 쉽게 적응할 수 있도록 돼 있으며 이에 따라 운전자들은 자신의 드라이빙 스타일에 자연스럽게 이를 적용할 수 있다. 예측 결과는 급가속이나 급제동 필요성을 줄이고, 안전과 편리함을 향상시킨다. 또 드라이빙 스타일은 보다 차분하고 안전해지며, 연료 효율을 높이도록 한다.




보이지 않는 위험

국지적인 안개나 비, 눈 또는 빙판 등 갑작스럽게 나빠진 날씨로 전방에 보이지 않는 위험요인이 발생할 경우에도 모터사이클 운전자들의 안전이 보장된다. C2X에 포함된 보조 기능은 차 대 차뿐만 아니라 차 대 모터사이클 사이의 통신도 포함한다.
BMW 모토라드 커뮤니케이션 시스템은 보이지 않는 곳의 위험에 해당하는 내용을 음성 또는 계기판을 통해 알려준다. 엔지니어들은 앞선 차들이 안개등을 켜거나 와이퍼를 가동하는 등 차에서 다른 기능을 작동하는 상황, 외부 온도에 대한 정보와 눈 또는 우박 등 해당 지역의 위험 가능성을 평가해 경고를 위한 입력 데이터를 찾고, 해당 지역에 다가오는 모터사이클에 정확한 상황을 전달한다.
빙판이 생겼을 경우 알고리즘은 차에서 DSC(Dynamic Stability Control) 같은 시스템이 개입됐는지 여부를 간파하고, 외부 온도 정보나 비디오카메라 또는 날씨 정보 등의 데이터와 함께 분석해 BMW 모토라드 커뮤니케이션 시스템의 계기판과 음성 메시지를 이용해 적절한 경고를 생성한다. 
이 기능은 장애물 경고 기능에도 이용된다. 가령 교통사고, 도로공사, 혹은 기타 문제가 생겨 길가에 차 등이 비상주차한 상황에서 길가에 세워진 차의 비상등이나 제동등의 활성화 여부 등 다양한 방법으로 필요 데이터를 수집하고 경고 신호를 전송한다. 따라서 뒤쪽에서 접근하는 운전자는 전방에 장애물이 있다는 것을 알게 된다.
교차로 또는 뒤쪽에서 접근하는 앰뷸런스 같은 응급자동차에 대해서도 미리 경고한다. 이때 응급자동차를 확실히 구분할 수 있도록 계기판에 응급자동차의 아이콘을 시각적으로 표시한다. 적절한 시간에 차선을 양보할 수 있도록 응급자동차 접근 거리를 50 m 단위로 알려주고, 필요한 경우 길가에 차를 세우도록 유도한다. 계기판의 시각적인 정보뿐만 아니라 음성 메시지로도 알려준다. 물론 응급자동차가 지나간 뒤에는 시스템은 비활성화된다.
또 개발팀은 응급자동차가 가려는 노선에 대한 계획도 포함시켜 방향의 전환이나 진행에 걸림돌을 최소화하는 방법도 찾고 있다.


차와 신호등의 통신

매우 세심하게 설계된 전자식 제동등(Electronic brake light)은 C2X에서 중요한 데이터가 된다. 전자식 제동등은 전방의 차가 제동은 했으나 실제로 보이지 않는 상황을 고려한 것이다. 예를 들어 선행차의 앞에 있는 차가 급제동을 했을 때, 뒤따르던 차의 제동시간은 그보다 지연되기 마련이고, 이 역시 충돌 위험을 제공하는 잠재적인 요인이 된다. 전자식 제동등은 이런 상황에서 더 앞서 달리던 차의 급제동 상황을 인지해 차나 모터사이클 운전자에게 계기판 경고등 또는 음성 경고 형태로 알려줘 보다 빠르게 반응할 수 있도록 한다.
BMW는 맞은편 도로에서 달려오는 도로 사용자를 인지하지 못했을 때 차가 ‘스스로 제동해’ 충돌을 방지하고 안전하게 교차로를 통과할 수 있는 좌회전 보조(left-hand-drive 차에 해당) 시스템도 개발했다. 커다란 나무 등으로 가려진 중앙분리대가 있고 신호등이 없는 T자형 교차로는 자동차나 모터사이클 모두에게 매우 큰 위험 요소가 된다. BMW 5시리즈로 테스트한 좌회전 보조 기능은 운전자가 반대편 차로를 가로질러 골목길로 들어가기 위해 좌회전 방향지시등을 켜고 왼쪽 차선으로 진입할 때, 차에 내장된 센서가 이 상황을 감지해 활성화된다. 이 시스템은 두 가지 방법으로 좌회전하려는 방향의 차로를 감지한다. 첫째는 내비게이션 위치 정보 기능을 이용해 마주 오는 차가 이 교차점에서 몇 미터 위치에 있는지를 파악한다. 두 번째는 모노 카메라를 이용해 반대편 차로를 감지한다. 좌회전 보조 기능이 활성화된 상태에서 테스트 차의 앞쪽에 있는 세 개의 레이저 스캐너는 최대 100 m 이상의 영역을 감지한다. 레이저 스캐너는 자동차와 트럭은 물론 모터사이클까지 감지할 수 있다. 만약 이 센서들이 다가오는 차를 감지하면, 좌회전 보조 기능은 충돌 방지를 위해 자동으로 제동장치에 개입해 차 속도가 10 km/h가 넘지 않게 한다. 동시에 음성 경고와 계기판 또는 헤드업 디스플레이에 적절한 경고 심볼을 표시하고 운전자에게 제동을 권고한다. 자동화된 브레이크는 건너편 차선의 차 또는 모터사이클이 빠르게 접근할 경우 불가피한 사고를 막기 위해 사전 경고 없이 제동하기도 한다. 좌회전 보조 기능은 여러 상황을 고려해 10 km/h 이하에서 작동되도록 설계됐고, 응급자동차의 진행 등 필요에 따라 운전자가 그 역할을 재정의할 수도 있다.




협조 안전(Cooperative Vehicle Safety)

좌회전 보조는 차 대 차 커뮤니케이션과 결합돼 그 기능을 확장할 수 있다. BMW 5시리즈 테스트 카는 레이저 스캐너와 카메라뿐만 아니라 WLAN이 적용된 C2X 커뮤니케이션 시스템도 갖추고 있다. 이 사양은 자동차가 다른 차의 감지 범위를 250 m까지 증대시키는 것은 물론 보이지 않는 곳에서 회전하고 있는 도로 사용자도 감지할 수 있게 한다. 이 시스템에서 제공하는 추가적인 가능성은 죄회전 보조 기능의 두 번째 테스트 시나리오인 모터사이클용 C2X 커뮤니케이션이다.
BMW 모토라드의 테스트 모터사이클은 현재 시판중인 BMW R1200이다. 시스템에서 도로에 그려진 표식과 좌회전 화살표, 중앙선과 정지선까지의 거리 등의 데이터를 카메라 기반 인식 시스템과 레이저 스캐너로 감지한다. 방향지시기는 작동 즉시 운전자의 의지를 차가 인지하고 좌회전 보조 시스템을 활성화시킨다. 차 또는 모터사이클은 각각의 C2X 시스템을 통해 모터사이클이나 자동차가 접근할 경우 통신으로 각 차의 종류와 위치, 속도, 현재의 조향각도 및 방향지시등의 활성화 여부 등 동적 데이터에 대한 정보를 교환한다. 이같은 정보를 통해 모터사이클은 좌회전하려는 차를 알게 된다. 차와 모터사이클 사이의 데이터 통신을 기반으로 한 알고리즘은 두 차가 진행할 궤도와 충돌 위험을 식별한다.
심각한 상황이 감지되면, 모터사이클은 자체적으로 교차로 보조 기능과 같은 방식으로 자동차 운전자에게 경고하며 모터사이클이 다가온다는 주의를 준다. 경고는 충돌 위험이 커질수록 점차 확대되는데, 모터사이클의 헤드라이트가 더 밝아지고 사이드 미러에 내장된 플래시 라이트나 LED가 깜빡여 모터사이클의 존재를 확실히 알린다. 더 급박한 상황에서는 모터사이클의 경적이 함께 울린다. 만약 이같은 경고에 관계없이 차가 교차점으로 계속 전진하면 좌회전 보조 기능은 자동으로 제동을 가해 차를 정지시킨다. 이같은 상황에서 운전자에게 시스템의 개입 이유를 계기판 또는 헤드업 디스플레이를 통해 알린다.
Ko-FAS(Cooperative Vehicle Safety) 프로젝트의 목적은 복잡한 교통환경에서 협조(Cooperative) 감지와 인식 시스템을 이용한 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 감지 방법으로 교통안전을 향상시키기 위함이다. 또 충돌 위험을 정확하게 판단하는 종합적인 시나리오를 평가하고, 필요한 경우 적절한 사전 보호 시스템을 활성화시키는 것이다. K-FAS는 Ko-TAG, Ko-PER, Ko-KOMP의 세 가지 조인트 프로젝트로 구성된다. Ko-TAG의 초점은 협력 감지 시스템(car-to-TAG)을 사용해 특정 개체의 위치를 정확하게 파악하는 트랜스폰더(Transponder: 무선 송수신기) 시스템에 있다. 이 기술은 보행자나 자전거를 탄 사람을 보호하고 차와 차의 안전을 향상시키기 위해 사용된다. BMW의 엔지니어들은 이미 이전 프로젝트인 ‘아몰렛(AMULETT)’의 일환으로 car-to-TAG 커뮤니케이션을 기반으로 한 첫 번째 보행자 보호 시스템을 개발했다. 이 시스템은 2.4 GHz의 주파수로 액티브 RFID 타입 태그에 무선으로 시험용 차와 데이터를 교환한다. 아몰렛 프로젝트의 결과는 Ko-TAG 프로젝트로 이어졌고, 이 작업은 트랜스폰더 기반의 위치 감지 기능이 향상된 C2X 커뮤니케이션에 또 다른 강점을 부여한다. C2X 기반 Ko-PER(perception) 프로젝트는 병렬 트랙픽과 교차로 모두에서 사용하기 위한 공동 감지 시스템을 연구한다. 이 프로젝트에서 BMW의 연구원들은 교통 환경을 스캔해 공동 센서 네크워크에 사용하는 방법을 사용하고 있다.
모든 연구 활동의 지향점은 매우 안전한 도로를 위한 것이다. 목표는 차 대 차 통신에 사용하는 것이고, 전체적으로 완성된 그림을 만들기 위해 자동차의 환경과 다양한 데이터들을 융합한다. 특히 초점은 숨겨진 도로 사용자의 감지와 시간 경과에 따른 교통 역학의 추적에 있다.
Ko-KOMP의 초점은 자동차 보호 시스템의 연구다. 이는 충돌 위험이 발생했을 때 활성화되고, 사고를 방지하거나 적어도 그 결과를 완화시키기 위함이다. 이 시스템에는 자동차의 외부 쉘 확장이나 적시에 자율적인 긴급제동 기능의 자동 활성화 여부의 조사가 포함돼 있다.
C2X 커뮤니케이션 및 연계된 다양한 연구 과제들은 자동차 운전자는 물론 모터사이클 운전자, 보행자 등 모든 도로 사용자의 안전을 위한 일종의 상호협력 체제를 완성하기 위한 노력이다. 또 통신의 범위를 자동차 내부에서 외부로 이어가며 외적인 교통환경, 즉 모두의 안전을 위해 세상과 소통하려는 시도이다.



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