오인식, 미인식 등 불완전한 자율주행차에 협력하는 "자율협력주행"시스템?!

자율주행차에 협력하는 자율협력주행시스템?!

자율주행이 아니고, 자율협력주행 이라구요?

자율협력주행(Cooperative Automated Driving)은 차량과 차량 간, 차량과 인프라 간의 협력하기 위한 무선통신체계를 바탕으로, 자율주행자동차가 더욱 안전하고 효율적인 주행을 가능하게 하는 차세대 자율주행 기술을 말하는 데요. 이러한 체계를 통해서 자율주행차가 개별적으로 독립적 판단으로 주행하는 것을 넘어서서, 다른 차량 및 도로 인프라, 다른 도로 이용주체들과 실시간으로 정보를 교환하여 보다 정교하고 협력적인 주행을 구현하게 됩니다.

자율협력주행은 자율주행 기술의 자연스러운 진화로, 앞서 포스팅에서 언급하였듯이 기존 센서기반 자율주행차의 기술수준이 센서의 오인식, 미인식 문제가 해결되지 못하고 있고, 센서에서 인식된다고 하여도 인공지능컴퓨팅모듈에서 미처리하거나 잘못 처리하는 한계 등으로 인해 현재시점에서는 도저히 완전할 수 없기때문입니다.

2024.08.28 - 자율주행차와 상호 협력하는 디지털 도로 인프라 기능 안전

따라서 자율주행체계는 인프라, 다른 도로이용주체들과 실시간 도로환경, 주행정보를 교환하는 자율협력주행기술을 통해 완전해지는 방향으로 진화하고 있으며, 이를 통해 교통안전의 향상, 교통체증의 완화, 그리고 환경적 이점까지 다양한 분야에서 중요한 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.

자율협력주행의 필요성(출처:현대건설 연구개발본부 세미나 발표자료, 강영균박사, 18.5.12)

1. 자율협력주행체계 핵심 기술

1.1. 차량 간 통신 (V2V: Vehicle-to-Vehicle)

자율협력주행시스템의 근간은 차량 간 무선통신체계(V2V)입니다. 커넥티드 카, 스마트 카의 원천기술이기도 한 차량간 통신 기술을 통해 개별 차량은 자기차량의 위치, 속도, 주행 방향, 급정거 등의 정보를 주변 차량들과 실시간으로 공유합니다. 이러한 정보 교환은 충돌사고를 예방하고, 도로에서의 의사결정을 최적화하는 데 중요한 역할을 하게 되는데요. 예를 들어, 한 차량이 급정거를 할 경우, 뒤따르는 차량이 이를 즉시 인지하여 연쇄 추돌을 방지할 수도 있고, 공사구간을 수 킬로미터 밖에서 파악해서 우회경로를 설정할 수가 있습니다.

자율주행자동차 4대 부문별 요소기술

1.2. 차량과 인프라 간 통신 (V2I: Vehicle-to-Infrastructure)

차량과 인프라 간 통신(V2I)은 차량이 도로 인프라와 정보를 주고받는 기술을 말합니다. 이는 교통 신호, 도로 표지판, 교통 센터와 같은 인프라가 차량에 실시간 정보를 전달하는 역할을 합니다. 예를 들어, 신호등이 곧 바뀔 예정임을 차량에 미리 알려줌으로써, 차량은 미리 감속하거나 가속하여 신호등을 통과할 수 있습니다. 또한, 도로 작업 정보나 교통 혼잡 상황을 실시간으로 전달받아 최적의 경로를 선택할 수 있습니다. 도로 인프라 중 하나인, 신호현시를 활용한 서비스는 다음 그림과 같이 설명될 수 있습니다. 커넥티드 카 관점에서 교통신호등은 교차로 면적에 대한 통행권을 시간적으로 분할해주는 교통제어 장치로 이해하시면 쉽니다.

교통신호현시 연동기반의 V2X 서비스 예시

1.3. 화물차 군집주행 : 플래투닝 (Platooning)

플래투닝은 자율협력주행시스템의 대표적인 응용 사례로, 여러 대의 차량이 하나의 그룹을 이루어 매우 근접한 간격으로 주행하는 기술입니다. 이 그룹에서 선두 차량이 속도와 방향을 설정하면, 뒤따르는 차량들은 그에 맞춰 자동으로 주행합니다. 플래투닝은 차량 간의 공기 저항을 줄여 연료 효율성을 높이고, 교통체증을 줄이는 효과를 가집니다. 특히, 고속도로와 같은 일정한 속도로 주행하는 환경에서 풍압을 최소화하는 차량군 플래투닝이 효과적으로 활용될 수 있습니다. 또한 플래투닝에 따른 연비향상에 대한 연구도 유럽을 중심으로 많이 진행되고 있습니다.

유럽 이베코 군집주행 상용화 완성

상용차량 트레일러 군집주행(Platooning) 기술(출처:MANN)

1.4 동적전자지도(LDM)

동적전자지도는 도로 이용주체의 실시간 위치, 주행상태 정보를 기존 전자지도 위에서 공유하기 위한 자율주행차의 실시간 정보교환 플랫폼으로 이해하시면 될 것 같습니다. 좀 더 구체적으로 동적전자지도는 실시간 업데이트 수준에 따라, 전체 4개 레벨 계층으로 나뉘게 되는데요. 최하위단을 레벨 4라고 했을때, 레벨 4는 연간, 레벨3는 수개월, 레벨2는 수분 단위, 최상위 실시간 레벨인 레벨 1은 밀리초 단위의 상태정보를 기록하고 공유하게 됩니다.(하단 그림 참조)

따라서 이러한 동적전자지도를 만들기 위해서는 지도, 교통시설을 담당하는 국토교통부 뿐만 아니라, 교통신호에 대한 거버넌스 권한을 가지는 경찰청, 도로관리청인 한국도로공사, 지방자치단체들의 범부처 협력과 공조가 절실하게 필요합니다. V2X 무선통신체계의 무선통신만 하더라도 주파수 배정, 채널 활용은 과학기술정보통신부가 권한을 갖고 있기 때문이죠.

LDM(local dynamic map) =‘자율주행차 정보교환 플랫폼’

2. 자율협력주행시스템의 장점

2.1. 교통 안전성 및 효율성 향상

자율협력주행시스템은 자율주행차 개별 차량의 센서기반의, 단독적인 자율주행 능력에 의존하는 것보다 더 높은 수준의 안전성을 제공합니다. 차량 간, 차량과 인프라 간의 실시간 정보 교환을 통해 도로 상황을 더 잘 파악하고, 잠재적 위험을 사전에 인지하여 대응할 수 있는 것이지요. 예를 들어, 운전자의 시야가 가로막혀 시거가 제한된 교차로에서 다른 차량의 접근을 미리 파악할 수 있어 충돌을 방지할 수 있습니다.

2.2. 교통시스템 효율성 증대

자율협력주행시스템은 교통 흐름을 최적화하여 교통체증을 줄이는 데 큰 역할을 합니다. 차량들이 서로 협력하여 최적의 주행 경로와 속도를 조정함으로써, 교차로에서의 지체 시간이나 병목 현상을 최소화할 수 있겠습니다. 교통공학적인 측면에서는 차량군의 압축과 분산과 같은 충격파(Shockwave)를 훨씬 저감할 수 있게 되고요. 특히, 차량군의 군집주행 즉, 플래투닝과 같은 기술은 한정된 도로의 단위연장당 밀도를 높여 공간 활용을 극대화하기때문에 더 많은 차량이 효율적으로 주행할 수 있게 하고 도로용량을 증대하는 역할을 합니다.

2.3. 연비 및 환경 측면

트레일러, 화물차 등은 차량군집 주행이라는 플래투닝 기술을 통해 공기 저항을 줄임으로써 연료 소비를 줄일 수 있으며, 이는 곧 온실가스 배출 감소로 이어집니다. 또한, 교통체증이 완화됨에 따라 불필요한 연료 소비가 줄어들어 환경에 긍정적인 영향을 줄수 있게됩니다. 자율협력주행시스템은 효율적인 에너지 사용과 더불어 지속 가능한 교통 체계 구축에도 기여할 수 있습니다.

3. 자율협력주행시스템의 도전 과제

3.1. 표준화(Standardization), 상호운용성(Interoperability)

자율협력주행시스템이 성공적으로 구현되기 위해서는 차량 제조사, 단말장치 회사간, 그리고 국가간 정보교환시 통신 프로토콜과 데이터 형식의 표준화가 필수적입니다. 왜냐면, 다양한 제조사와 기술이 서로 호환되지 않으면, 시스템의 일관성이 떨어지고, 안전성에 문제가 생길 수 있기 때문입니다. 따라서 국제 표준화 작업이 중요한 과제로 남아 있습니다.

3.2. 보안 문제

자율협력주행시스템은 실시간으로 방대한 데이터를 주고받기 때문에, 이러한 정보 보안이 매우 중요합니다. 해커가 차량이나 인프라의 통신에 침입하거나, 통신을 가로채거나 조작할 경우, 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서, 강력한 데이터 암호화와 보안 프로토콜이 필요합니다.

이러한 분야를 사이버 보안(Cyber Security)이라고 총칭하기도 하는데, 자율주행차에 협력하는 체계로서 대표적인 자율협력주행체계 즉, 도로 인프라의 오동작, 결함으로 부터의 무결성을 다루는 기능안전(Functional Safety)와는 서로 독립적인, 다른 영역으로 진화하고 있습니다.

3.3. 법률 및 윤리 문제

자율협력주행에서 운전의사결정은 복잡한 법적, 윤리적 문제를 동반합니다. 예를 들어, 차량간 협력적 의사결정 과정에서 사고가 발생했을 경우, 책임소재이 누구에게 있는지 정확하게 규명하는 것은 어려울 수 있습니다. 대부분 복합적인 책임을 지거나, ISO 26262 표준을 적용한 차량 제조사들처럼 특정주체에 면책이 되는 상황도 발생되게 됩니다. 또한, 특정 상황에서 차량이 어떻게 행동해야 하는지에 대한 윤리적 판단도 중요합니다.

 

오늘은 자율협력주행체계를 소개해드리면서, V2X 통신과 군집주행,
그리고 약간은 생소하실수 있는 동적전자지도(LDM)까지 살펴보았습니다. 

계속되는 포스팅을 통해서 양질의 정보를 들고 찾아뵙도록 하겠습니다!