[논문]승용자동차 차로유지지원장치의 주행 성능 평가

우현구; 용부중; 김경진; 임재환

doi:10.7467/ksae.2016.24.2.255

[국내논문] 승용자동차 차로유지지원장치의 주행 성능 평가
Road Test Scenario and Performance Assessments of Lane Keeping Assistance System for Passenger Vehicles 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.24 no.2, 2016년, pp.255 - 263

우현구 (경일대학교 기계자동차학부) , 용부중 (경일대학교 기계자동차학부) , 김경진 (경일대학교 기계자동차학부) , 임재환 (교통안전공단 자동차안전연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Lane Keeping Assistance System (LKAS) is a kind of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) which are developed to automate/ adapt/ enhance vehicle systems for safety and better driving. The main system function of LKAS is to support the driver in keeping the vehicle within the current lane. LKAS acquires information on the position of the vehicle within the lane and, when required, sends commands to actuators to influence the lateral movement of the vehicle. Recently, the vehicles equipped with LKAS are commercially available in a few vehicle-advanced countries and the installation of LKAS increases for safety enhancement. The test procedures for LKAS evaluations are being discussed and developed in the international committees such as ISO (the International Organization for Standardization) and UNECE (United Nations Economic Commission for Europe). In Korea, the evaluations of LKAS for vehicle safety are planned to be introduced in 2016 KNCAP (Korean New Car Assessment Program). Therefore, the test procedures of LKAS suitable for domestic road and traffic conditions, which accommodate international standards, should be developed. In this paper, some bullet points of the test procedures for LKAS are discussed and proposed by extensive researches of previous documents and reports, which are released in public in regard to lateral test procedures including LKAS and Lane Departure Warning System (LDWS). And then, to evaluate the validity of the proposed test procedures, a series of experiments were conducted using commercially available two vehicles equipped with LKAS. Later, it can be helpful to make a draft considering domestic traffic situations for test procedures of LKAS.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

LKAS 평가 시나리오 개발을 위하여 참조할 수 있는 현재까지 공개된 차량 횡방향 거동과 관련한 시험법인 다음의 6가지 평가 시험 방법을 살펴보고자 한다.
본 연구에서는 LKAS의 성능평가를 위해 자동차의 횡방향 움직임에 관한 국제적인 시험방법 및 기준과 연구사례 등을 비교 분석하였다. 이를 통해 주요한 항목을 분석하여 국내의 교통 환경 실정에 맞는 시나리오 방안을 제안하고자 한다.^3-5) 추가적으로 제안된 시나리오를 바탕으로 국내에 LKAS가 장착되어 있는 수입차 2종에 대한 실차량 주행시험을 실시하여 시나리오의 타당성을 살펴보았다.
지금까지 LKAS 평가 방법에 참고할 자료를 언급하였으며 이 장에서는 평가 결과에 중요한 영향을 미치는 주요 인자들을 항목별로 비교 분석해 보고, 논의해 보고자 한다.

가설 설정

5 m 범위이다. 차선폭을 3.5 m, 승용차의 폭을 2.0 m로 가정하고 전륜 타이어 중심점을 기준으로 살펴보면, Fig. 1에서 보이는 바와 같이 0.4 m의 차선이탈은 옆 차선의 차량과 0.35 m의 여유가 있어 부딪히지 않는다. 그렇지만 옆 차선의 차량이 시험 차량에 가까운 차선 쪽으로 주행한다면 부딪힐 가능성이 있으므로, 어떻게 되었든 차선을 넘어가게 되면 차량의 안전성이 낮아진다.

제안 방법

1) 차선이탈거리: [11270]에서는 승용차의 경우 0.4 m를 기준으로 성공과 실패로 판정하지만, 어떻든 차선을 넘어가게 되면 차량의 안전성이 낮아지기 때문에 0.0 m, 0.1 m, 0.2 m, 0.4 m 등으로 세분화하여 KNCAP에서 예를 들면 별5개, 별4개, 별3개, 별2개 등으로 등급화하는 것을 제안하고자 한다.
이를 통해 주요한 항목을 분석하여 국내의 교통 환경 실정에 맞는 시나리오 방안을 제안하고자 한다.^3-5) 추가적으로 제안된 시나리오를 바탕으로 국내에 LKAS가 장착되어 있는 수입차 2종에 대한 실차량 주행시험을 실시하여 시나리오의 타당성을 살펴보았다.
따라서 보통 시스템을 개발하는데 초점을 맞춘 일반적인 연구와 달리 본 연구는 평가 방법의 개발이나 평가 시스템의 구축에 초점을 맞춘 연구로서 관련 국내 연구사례가 거의 없다. 기존에 공개된 해외의 평가 방법들도 그 기준들이 어떠한 근거로 만들어 졌는지에 관한 내용은 찾아보기 어려워 다음의 2, 3장의 내용과 같이 해외의 평가 방법들을 상세히 비교 분석하여 국내 실정에 맞는 평가 기준과 평가 환경을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 LKAS의 성능평가를 위해 자동차의 횡방향 움직임에 관한 국제적인 시험방법 및 기준과 연구사례 등을 비교 분석하였다. 이를 통해 주요한 항목을 분석하여 국내의 교통 환경 실정에 맞는 시나리오 방안을 제안하고자 한다.
지금까지 3장에서 언급한 평가 시나리오를 바탕으로 현재 국내에 LKAS가 장착되어 있는 수입차 2종에 대한 실차량 주행시험을 실시하여 시나리오의 타당성을 조사하여 보았다.
지금까지 LKAS 평가 시나리오를 위한 여러 가지 관련 자료를 비교, 분석하고 적절한 시험조건에서 실차량 주행시험을 해 보았다. 본 연구에서 [11270]과 비교하여 수정 보완할 수 있는 제안 사항은 다음과 같이 정리될 수 있다.
현재 국내에는 LKAS가 장착되어 판매되는 국산 차량은 아직 소수여서 구하기가 어려워, 본 연구에서는 Table 6과 같이 LKAS 기능이 장착된 수입차 2종에 대한 시험을 실시하여 차선유지성능을 평가하였다. 시험 결과 값인 이탈거리는 앞 타이어의 차량 바깥쪽 지면에 닫는 부분부터 차선의 중심선까지의 거리를 의미한다.

대상 데이터

시험 도로는 직선로와 곡선로 2가지로 시험하였으며 앞서 언급한 주요 결정인자를 포함한 시험조건은 Table 3과 Table 4에 표시하였으며 백색 실선 차선의 도로에서 시험하였다.
시험을 위해 좌우 방향 도로가 모두 설치되어야 한다. 예시로 아래의 2 경우를 제시하며, 총 곡선부 길이는100 m로 설정하고 있고 곡률반경은 400 m와 800 m를 제시하고 있다. 아래에서 S1이 clothoid 구간, S2가 일정곡률 구간이다.

이론/모형

LKAS 시험 평가를 위하여 국내의 W사가 개발한 장비를 이용하였으며, 주요 구성품은 다음 Table 5와 같다.

성능/효과

1) 시험 결과를 보면 차량A의 경우에는 직선로와 곡선로, 저속과 고속 시험 모두에서 차선을 이탈하여 최종적으로 차선유지성능이 미흡함을 알 수 있다. 차량 B의 경우에는 속도 70 km/h에서 이탈하지 않는 것으로 나타났으며, 곡선로의 경우가 0에 가까운 - 값으로 나와 차선유지성능의 관점에서는 곡선로가 더 어려운 것으로 나타났다.
2) 이론적으로는70 km/h의 속도에서 곡률반경이 400 m의 경우에는 횡가속도가 0.94 m/s²이고, 100 km/h의 속도에서 곡률반경이 800 m의 경우에는 횡가속도가 0.97 m/s²로 거의 비슷하여 도로설계 최대 횡가속도 기준인 1 m/s²의 값에 근접한 시험 기준이다. 실제 실험에서는 비슷한 횡가속도 조건이라도 고속인 경우가 차선을 유지하도록 제어하기에 더 어려운 것으로 판단된다.
2) 차선폭 : 평가규정에 대한 국제조화를 고려하여 다른 평가 방법의 범위 이내이면서, 국내 실정에 맞게 도로폭은 3.5 m가 적절하다고 판단된다.
3) 종방향 주행속도: [11270]에서는 20 m/s ~ 22 m/s, 즉 72 km/h ~ 79.2 km/h로 규정되어 있으나, 국내의 고속도로 주행속도를 고려하여 70 km/h 부근과 100 km/h 부근의 2가지 시험 속도로 정하는 것이 적절하다고 판단된다.
3) 차량을 일반도로 및 고속도로에서 운전해본 경험으로 주관적으로 평가해 보면 차량 A인 경우에는 차선유지성능이 타 차량에 비해 많이 부족한 편이었으나, 차량 B의 경우에는 매우 고가인 대형차이고 타 차량에 비해 차선유지성능이 뛰어나며 특히 조향핸들 제어와 브레이크 편제동의 2가지 조향 방법을 모두 사용함에도 불구하고 차선을 이탈한다는 것은 다른 대부분 차량도 차선 이탈할 가능성이 매우 높을 것으로 생각된다.
4) C, D와 같은 경우를 방지하지 위한 정량적 평가(안)는 시험 주행시간 동안 좌, 우 차선을 이탈하는지 여부로 판단할 수 있으며 총 시험 주행 시간은 5초 이상 10초 이하로 제안한다.
4) 따라서 현재의 차선유지 기술을 고려한 합리적인 평가 시험조건은 직선로에서는 수정이 필요 없지만, 곡선로에서는 Table 3과 Table 4에서 시험 속도를 낮추거나, 곡률반경을 더 크게 하거나, 곡률변화율을 낮추어 좀 더 완화하는 것이 바람직할 것이다.
4) 횡방향 이탈속도 : 0.4 m/s ~ 0.6 m/s내의 범위에서 저속 주행 속도는 조금 낮은, 고속인 경우는 조금 높은 이탈속도가 적절하다고 판단된다.
5) 곡선도로 곡률 반경: 저속인 경우 400 m, 고속주행인 경우 800 m를 기준으로 조금 완화할 필요가 있다고 판단된다.
6) 실차량 주행 시험 결과를 보면 직선로에서 평가 기준은 적절하다고 판단되지만, 곡선로에서는 너무 엄격하여 현재의 차선유지장치 기술 수준을 고려하면 조금 완화하여 곡률반경을 좀 더 크게 하거나 시험 주행속도를 낮추는 것이 필요함을 알 수 있다.
차량 B의 경우에는 속도 70 km/h에서 이탈하지 않는 것으로 나타났으며, 곡선로의 경우가 0에 가까운 - 값으로 나와 차선유지성능의 관점에서는 곡선로가 더 어려운 것으로 나타났다. 속도 100 km/h에서는 직선로에서는 성능을 만족하지만 곡선로에서는 모두 차선을 이탈하여 성능이 미흡한 것으로 나타났다.
이 시험법도 LDWS에 대한 것이며, 유럽 각국이 시행할 시험법의 기준을 설정한 것으로 개략적인 내용만이 포함되어 있다. 제시된 정량적인 기준들은 상세히 기술되어 있는 ISO13761보다 달성하기 쉬운 기준들로 되어 있어서 ISO13761을 만족한다면 이 기준들도 모두 만족할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 실정에 맞는 평가 방법과 실제적인 평가 시스템이 필요한 이유는 무엇인가?	LKAS가 국내에 본격적으로 도입이 되었을 때 성능을 검증하고 평가하기 위해서는 국내 실정에 맞는 평가 방법과 실제적인 평가 시스템(시험 도로 및 시험 평가 장비 등)이 필요하다. 국제적인 LKAS 평가 방법이나 각국의 평가 방법 관련 연구가 일부 발표된 것이 있으나 이를 그대로 수용하여 도입하면 국내교통환경이 제대로 반영될 수 없고, 반면에 국내의 환경만 고려하여 국제 기준과 다른 평가 방법을 만든다면 수입차 등의 평가가 문제가 될 수 있으므로 국제 기준의 큰 틀을 벗어나지 않는 독자적인 평가 방법에 대한 연구와 평가 시스템 구축이 필요하다. 따라서 보통 시스템을 개발하는데 초점을 맞춘 일반적인 연구와 달리 본 연구는 평가 방법의 개발이나 평가 시스템의 구축에 초점을 맞춘 연구로서 관련 국내 연구사례가 거의 없다.
	첨단운전보조시스템의 개발에는 무엇이 필수적인가?	최근 교통사고 사상자를 줄이기 위한 자동차의 안전 및 운전 편의성에 대한 관심이 증가하고 있으며, 차량 운행 시 운전자의 안전성을 증가시키기 위한 자동차 첨단운전보조시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구 개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 특히 이러한 첨단운전보조시스템의 개발에는 운전자의 안전과 편의성을 보장하기 위한 성능평가 시험이 필수적이므로, ADAS 개발자는 개발단계에서 가능한 실제와 동일한 상황에서 시스템의 성능을 평가하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 미국, 유럽, 일본 등의 자동차 선진국들은 첨단운전보조시스템의 개발 및 국제 표준화를 통해 자국의 경쟁력 확보를 위한 꾸준한 활동을 하고 있으며, 우리나라도 국내의 실정에 맞는 시험방법 및 절차에 대한 연구가 필요하다.
	차선유지지원장치란 무엇인가?	미국, 유럽, 일본 등의 자동차 선진국들은 첨단운전보조시스템의 개발 및 국제 표준화를 통해 자국의 경쟁력 확보를 위한 꾸준한 활동을 하고 있으며, 우리나라도 국내의 실정에 맞는 시험방법 및 절차에 대한 연구가 필요하다. 차선유지지원장치(LKAS, Lane Keeping Assist System)는 ADAS의 한 가지로서 차선 인식용 전방 카메라를 통해 주행 차선을 감지하여 인식된 차선과 주행 차량 간의 상대적인 위치를 파악하여 운전자가 의도하지 않는 차선 이탈이 발생하는 경우, 운전자에게 경고를 하고 차선 이탈을 방지하여 주행차선을 유지하도록 조향 방향을 조절하는 운전자 보조 시스템이다. 현재 자동차 선진국에서는 LKAS가 장착된 차량이 많이 판매되고 있으나, 국내의 경우 최근 소수의 고가 차량에만 장착되고 대부분의 차량에는 적용되지 않은 상황이며, LKAS가 장착된 차량이 일부 수입되어 판매되고 있는 실정이다.

참고문헌 (13)

ISO/DIS 11270, Intelligent Transport Systems - Lane Keeping Assistance Systems - Performance Requirements and Test Procedures, 2013.
J. W. Lee, "Active Safety Vehicle Technologies and New Car Assessment Program," Auto Journal, KSAE, Vol.34, No.6, pp.31-34, 2012.
H. G. Woo, B. J. Yong and K. J. Kim, "Performance Evaluation of Lane Keeping Assistance System," Transactions of KASA, Vol.6, No.2, pp.29-35, 2014.
H. G. Woo, B. J. Yong, K. J. Kim and J. H. Lim, "Performance Assessment Scenario of Lane Keeping Assistance Systems for Advanced Passenger Vehicles," KASA Annual Conference Proceedings, pp.33-38, 2014.
K. J. Kim, H. G. Woo, B. J. Yong, S. S. Kim and J. H. Lim, "A Study on the Test Scenario for Validation of the LKAS Performance," KSAE Spring Conference Proceedings, p.2180, 2013.
ISO 17361, Intelligent Transport Systems - Lane Departure Warning Systems - Performance Requirements and Test Procedures, 2007.
NHTSA Office of Vehicle Safety and Office of Crash Avoidance Standards, Report - Lane Departure Warning System Confirmation Test And Lane Keeping Support Performance Documentation, 2013.
Commission Regulation (EU) No 351/2012, Requirements and Tests for the Type-approval of Motor Vehicles with Regards to Lane Departure Warning Systems, 2012.
UNECE GRRF-78-43, Proposals to UN R-79 to Introduce the Requirements of LKAS, Informal Document, 2014.
KS R 1172, Test Method of Lane Departure Warning System for Passenger Car - Road and Ambient Test Conditions and Test Method, 2012.
Reports of eVALUE Consortium, Final Report - Testing and Evaluation Methods for ICT-based Safety Systems, http://www.evalue-project.eu/pdf/evalue-101231-d52-v10-final.pdf, 2015.
Reports of eVALUE Consortium, Final Testing Protocols - Testing and Evaluation Methods for ICT-based Safety Systems, http://www.evalueproject.eu/pdf/evalue-101031-d32-v20-final.pdf, pp.99-109, 2015.
국토해양부, 도로설계기준, pp.3-17-3-23, 2012.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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