[논문]국내도로환경을 고려한 LKAS 시험평가 방법에 관한 연구

윤필환; 이선봉

doi:10.5762/kais.2017.18.12.628

국내도로환경을 고려한 LKAS 시험평가 방법에 관한 연구
A Study on Evaluation Method of the LKAS Test in Domestic Road Environment 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.12, 2017년, pp.628 - 637

윤필환 (계명대학교 일반대학원 기계공학과) , 이선봉 (계명대학교 기계자동차공학과)

초록
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현대사회의 자동차 산업은 교통사고를 예방하고 운전자의 운전 부담을 줄이기 위해 첨단 운전 보조 장치(ADAS)를 개발 해왔다. ADAS중 차선유지지원장치(LKAS)는 안전과 운전 향상을 위해 차량 시스템을 자동화시키기 위해 개발되었다. LKAS의 주요 역할은 현재 차선 내에서 차량을 유지하는데 있어 운전자를 도와주는 것이다. LKAS는 레이더센서와 카메라센서를 사용하여 차선 내에서 차량의 위치에 대한 정보를 수집하고 필요한 경우 엑츄에이터에 명령을 전송하여 차량의 측면 이동에 영향을 미친다. 최근 LKAS가 장착된 차량 일부가 일부 선진국에서 상용화되며 안정성이 증가되었다. 국제적으로 LKAS 평가를 위한 시험절차는 ISO(International Organization for Standardization)와 UNECE(United Nations Economic Commission for Europe)와 같은 국제위원회에서 논의하며 개발중이다. 한국에서는 차량 안전을 위한 LKAS의 평가가 KNCAP(Korean New Car Assessment Program)에 의해 도입될 예정이다. 따라서 국제표준에 부합하는 국내 도로환경에 적합한 LKAS의 시험 절차가 개발되어야한다. 본 논문에서는 국내도로환경에 맞춘 LKAS 시험시나리오 개발 및 목표 상대거리를 구하는 수식을 제안한다. 그리고 제안한 시나리오와 수식을 평가하기 위해 LKAS가 장착된 상용차량을 사용하여 시험평가를 진행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The automobile industry has developed Advanced Driver Assistance Systems (ADASs) to prevent traffic accidents and reduce the burden for drivers. One example is the Lane Keeping Assistance System (LKAS), which was developed for automotive vehicle systems for safety and better driving. The main system of the LKAS supports the driver while maintaining the vehicle within a lane. LKAS uses a radar sensor and camera sensor to collect information about the vehicle's position in the lane and send commands to the actuator to influence the lateral movement of the vehicle if necessary. Recently, vehicles equipped with LKAS have become commercially available. Test procedures for international LKAS evaluation are being discussed and developed by international committees, such as the International Organization for Standardization and United Nations Economic Commission for Europe. In Korea, an evaluation of LKASs for car safety is being planned by the Korean New Car Assessment Program. Therefore, test procedures should be developed for LKASs that are suitable for the domestic road environment while accommodating international standards. We developed a test scenario for LKASs and propose a formula for obtaining the target relative distance. To validate the methods, a series of experiments were conducted using commercially available vehicles equipped with LKAS.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 LKAS의 차량 전방 타이어의 위치를 왼쪽차선 경계를 기준으로 실제차량 CG, 횡변위, 조향각 등을 기준으로 실도로에서 계측 가능한 거리함수로 표현된 Saïd Mammar의 이론적 평가방법에 대해 국내도로환경에서의 적용가능여부를 검토한다[10].
따라서, 본 연구에서는 국제규정의 능동적인 대응과 국내도로 환경을 고려한 시험평가 방법을 제안하기 위해 국제규정의 시험방법을 비교 분석하고 국내도로환경에 맞춘 이론적 평가수식제안과 이의 검증을 위해 실차시험을 실시하고자 한다.
본 논문에서는 LKAS의 기능 평가 및 안정성 평가를 위한 시험 시나리오를 구성 및 제안하고, LKAS를 평가하기 위한 함수를 거리에 따른 수식으로 제안하였다. 그리고 차선 추종, 거리제어로 이루어지는 LKAS의 특성을 조향각도 별로 시험검증 하였다.
이상의 결과로부터 본 연구에서는 새로운 기술이 적용된 LKAS의 이론적 평가 수식을 제안하고 국내도로환경에 맞춘 실차평가시나리오를 제안하였으며, 이의 검증을 위해 실도로 시험을 실시하였다. 그 결과 평가항목인 거리의 오차율은 5%미만으로 신뢰성이 있다고 판단되었다.

가설 설정

시험차량의 LKAS 설정속도는 60km/h로 모든 시나리오에 동일하게 적용하였고, ISO규정에 의거하여 곡선도로의 곡률반경을 계산하였다. 시속 60km/h일 경우 횡가속도를 0.5m/s²으로 가정하였다. 식(9)에 의해 곡률반경은 557.
차량 CG가 차량의 상대 조향각(ψ)을 갖는 직선 도로 구간의 왼쪽차선으로부터 거리 yl이 있다고 가정한다.
차량이 반경 R_r의 곡선 도로에 있다고 가정한다. 조향각은 0°으로 유지하고 조종 장치는 차량의 종방향 축의 방향으로 궤적을 계속 유지하도록 한다.

제안 방법

1. 기존의 Saïd Mammar 제안식을 검토하였고, 새로운 기술 변화에 부합하며 적용이 가능한 실시간 목표 상대거리 값을 목표함수로 둔 새로운 수식을 제안하였다.
LKAS 차량의 차량 위치, 속도, 가속도, 이탈 속도, 조향각 등 동적 데이터를 얻기 위하여 DGPS(Global Positioning System) & 자이로 센서와 함께 데이터 통신을 위한 DAQ(Data AQuisition)를 시험차량에 장착하였다.
LKAS작동 후 차량 이탈 속도가 0.4m/s±0.2m/s의 값이 범위 내에 있는 것을 기준으로 하였다.
본 논문에서는 LKAS의 기능 평가 및 안정성 평가를 위한 시험 시나리오를 구성 및 제안하고, LKAS를 평가하기 위한 함수를 거리에 따른 수식으로 제안하였다. 그리고 차선 추종, 거리제어로 이루어지는 LKAS의 특성을 조향각도 별로 시험검증 하였다. 또한 국내환경에 부합하는 차량의 전폭, 속도와 도로 폭을 적용하여 제안한 시나리오 별로 특성을 분석하였다.
이때, Saïd Mammar가 제안한 수식 값은 차량이 차선 중앙에 위치한 상태에서 차량 전방 타이어부터 차선까지의 거리를 나타낸 정적인 값이어서 국내도로환경과실시간 목표상대거리 값을 나타내지 못한다. 따라서 실시간 목표상대거리 값을 확인하며 제어하는 LKAS의 경우에 대해 국내도로환경에 부합하는 제안한 새로운 이론적 평가 방법으로 계산한 값과 실제 값의 오차율을 비교 검증하였다.
또한 곡선로 시험은 Fig. 9의 곡선부 A∼C 구간 중 곡선중앙부 B에서 LKAS시험평가를 진행하였다.
그리고 차선 추종, 거리제어로 이루어지는 LKAS의 특성을 조향각도 별로 시험검증 하였다. 또한 국내환경에 부합하는 차량의 전폭, 속도와 도로 폭을 적용하여 제안한 시나리오 별로 특성을 분석하였다.
본 연구에서 실차시험은 제안한 거리 함수에 따른 이론수식 검증을 위하여 실시하였고, 실차시험을 실시하였다. 시험에 사용된 차량은 제네시스 제네시스 EQ900이고 Fig.
실차시험은 차량의 LKAS 작동 후 윈드실드 글라스(windshield glass)에 장착된 카메라 센서가 차선의 감지 유무를 판단 후 진행한다. 센서가 차선에서 앞 타이어 사이 거리의 거리를 확인하여 차선이탈 유무를 판단하여 차선 내에 복귀여부를 평가를 한다.
시험차량의 LKAS 설정속도는 60km/h로 모든 시나리오에 동일하게 적용하였고, ISO규정에 의거하여 곡선도로의 곡률반경을 계산하였다. 시속 60km/h일 경우 횡가속도를 0.
실차시험은 국내도로환경에 맞추어 도심로 기준 시속 60km/h로 지정하였으며, 도로 폭은 시속에 맞추어 3.0m로 진행하였으며, 자동차 폭은 승용차 기준 2.0m이내에 적용하였다. 또한 곡선로 시험은 Fig.
실차시험은 대구지능형자동차진흥원의 주행시험장에서 직선로와 곡선로로 나누어서 진행하였다. 직선로 시험로는 Fig 8의 (a) 고속 주회로이며, 곡선로 시험로는 Fig 8의 (b) 범용로에서 시험하였다.
실차시험은 차량의 LKAS 작동 후 윈드실드 글라스(windshield glass)에 장착된 카메라 센서가 차선의 감지 유무를 판단 후 진행한다. 센서가 차선에서 앞 타이어 사이 거리의 거리를 확인하여 차선이탈 유무를 판단하여 차선 내에 복귀여부를 평가를 한다.
LKAS 시나리오 시험을 통해 객관적인 데이터를 얻기 위해서는 도로폭과 곡선도로에서의 곡률반경이 동일하여 반복 재현 가능해야 한다. 이에 따라 실차시험에 사용되는 시험장비와 운전자는 동일하게 유지하였으며, 모든 시나리오는 정확한 데이터를 얻기 위해 3번 반복시험을 하였다.
차선인식을 위해 레이더 센서와 카메라 센서를 사용하였다. 레이더 센서는 D사의 ESR 2.

대상 데이터

3. 제안된 수식의 검증과 시나리오에 대한 평가를 위하여 실차시험을 진행하였으며, 동일한 장비와 숙련된 운전자가 진행하였고 시험차량은 제네시스 EQ900을 이용하였다.
시험 시나리오는 LKAS 차선유지 구별에 대하여 대표적인 시나리오를 구성하였으며, 운전자는 지능형자동차부품진흥원의 실차시험전문교육을 이수한 전문가가 직접 진행하였다.
본 연구에서 실차시험은 제안한 거리 함수에 따른 이론수식 검증을 위하여 실시하였고, 실차시험을 실시하였다. 시험에 사용된 차량은 제네시스 제네시스 EQ900이고 Fig. 4와 같다.

이론/모형

Saïd Mammar의 제안 식에서 고려하지 못했던 레이더와 카메라 센서를 활용하고 국내도로환경에 부합하는 도로별 차량속도를 고려한 평가 이론식을 목표 상대거리로 제안한 Kim 등의 식(7)을 이용하여 변경, 추가 제안하였다[11].
또한 곡률반경이 무한대로 커질 때 D_LC의 곡률의 도로 반경 효과를 강조하는 유용한 근사공식을 식(5)에 정리하여 나타내었다.

성능/효과

4. 시나리오별 시험 결과는 제안수식 계산 값과 실제값을 비교하였으며, 최소 0.35%에서 최대 6.48%로 나타났으나 시나리오의 진행방법, 운전자의 성향, 레이더 범위조절과 LKAS가 안정화 과정에서 오차가 나타난 것으로 판단하였으며 LKAS가 작동 후에는 차선에 복귀하는 것을 확인 할 수 있었다.
5. 오차율이 6.48%로 발생한 이유는 시나리오2의 조건에 따라 조향각을 추가로 변경할 때, 레이더 센서의 인지 범위를 벗어난 곳에 차선이 존재하여 센서가 차선을 인지하지 못하게 되고, 이 때문에 측정값이 크게 나타났다고 판단된다.
이상의 결과로부터 본 연구에서는 새로운 기술이 적용된 LKAS의 이론적 평가 수식을 제안하고 국내도로환경에 맞춘 실차평가시나리오를 제안하였으며, 이의 검증을 위해 실도로 시험을 실시하였다. 그 결과 평가항목인 거리의 오차율은 5%미만으로 신뢰성이 있다고 판단되었다. 향후 주변 환경과 기후·환경적 악조건에 대한 LKAS의 시험평가가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

2. 제안한 새로운 이론적 평가 수식은 거리뿐만 아니라 차량의 차선이탈속도도 고려한 목표상대거리의 값으로 평가 할 수 있을 것으로 판단되며, 또한 제안한 시나리오는 국내환경에서 LKAS의 정상 동작 여부를 판단 할 수 있을 것으로 생각된다.
그 결과 평가항목인 거리의 오차율은 5%미만으로 신뢰성이 있다고 판단되었다. 향후 주변 환경과 기후·환경적 악조건에 대한 LKAS의 시험평가가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차선유지지원장치가 개발된 이유는?	현대사회의 자동차 산업은 교통사고를 예방하고 운전자의 운전 부담을 줄이기 위해 첨단 운전 보조 장치(ADAS)를 개발 해왔다. ADAS중 차선유지지원장치(LKAS)는 안전과 운전 향상을 위해 차량 시스템을 자동화시키기 위해 개발되었다. LKAS의 주요 역할은 현재 차선 내에서 차량을 유지하는데 있어 운전자를 도와주는 것이다.
	LKAS의 주요 역할은 무엇인가?	ADAS중 차선유지지원장치(LKAS)는 안전과 운전 향상을 위해 차량 시스템을 자동화시키기 위해 개발되었다. LKAS의 주요 역할은 현재 차선 내에서 차량을 유지하는데 있어 운전자를 도와주는 것이다. LKAS는 레이더센서와 카메라센서를 사용하여 차선 내에서 차량의 위치에 대한 정보를 수집하고 필요한 경우 엑츄에이터에 명령을 전송하여 차량의 측면 이동에 영향을 미친다.
	국제표준에 부합하는 국내 도로환경에 적합한 LKAS의 시험 절차가 개발되어야 하는 이유는 무엇인가?	LKAS는 레이더센서와 카메라센서를 사용하여 차선 내에서 차량의 위치에 대한 정보를 수집하고 필요한 경우 엑츄에이터에 명령을 전송하여 차량의 측면 이동에 영향을 미친다. 최근 LKAS가 장착된 차량 일부가 일부 선진국에서 상용화되며 안정성이 증가되었다. 국제적으로 LKAS 평가를 위한 시험절차는 ISO(International Organization for Standardization)와 UNECE(United Nations Economic Commission for Europe)와 같은 국제위원회에서 논의하며 개발중이다. 한국에서는 차량 안전을 위한 LKAS의 평가가 KNCAP(Korean New Car Assessment Program)에 의해 도입될 예정이다. 따라서 국제표준에 부합하는 국내 도로환경에 적합한 LKAS의 시험 절차가 개발되어야한다.

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원문보기 상세보기
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