지능형자동차 안전 시스템 기술 동향

정도현 센터장 / 자동차부품연구원

1. 서 론

최근 자동차기술 개발의 중요한 방향은 친환경 자동차 기술과 스마트 자동차 기술이라고 할 수 있다. 클린디젤, 하이브리드, 전기자동차 등 자원고갈과 환경오염에 적극 대처할 수 있는 친환경 자동차 기술과 안전 및 편의성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 스마트 자동차 기술은 향후 자동차업체들의 사활이 걸린 매우 중요한 핵심기술이다.
세계적으로 자동차 교통사고로 인해 100만명 이상의 사상자가 발생하고 있다는 세계보건기구의 발표를 보더라도 교통사고로 인한 피해는 직접적인 인적 피해뿐만 아니라 경제적, 사회적인 손실도 굉장히 큰 상황이다. 따라서 차량 안전도의 향상은 매우 중요한 이슈가 되었고, 자동차 탑승자의 안전하고 편안한 주행을 위해서 많은 노력들이 이루어지고 있다.
최근에 차량을 구성하는 상당부분의 기계적인 시스템들이 전기․전자 시스템들로 빠르게 바뀌면서, 전자 제어 시스템들과 IT 첨단기술을 이용한 첨단 안전시스템들의 차량 장착률이 높아지고 있다. 가까운 미래에 자동차는 사고를 능동적으로 미리 감지ㆍ예방하고, 외부 인프라 및 차량간 통신을 이용한 안전시스템을 장착하여 사고발생 및 피해를 최소화 할 수 있는 ‘스마트 안전 차량’으로 진화할 것으로 예측된다. < 그림 1 > 지능형자동차와 첨단 안전시스템
최근에 타이어 공기압 모니터링 시스템(TPMS, Tire Pressure Monitoring System), 차량자세 안전제어 시스템(ESC, Electronic Stability Control), 긴급 자동 제동 시스템 등의 안전시스템 의무 장착이 세계적으로 확대되고 있고, 신차의 충돌 및 차량 주행안전 성능이 소비자에게 공개되는 상황에서 완성차업체들의 지능형 차량 안전시스템 개발에 대한 불가피성이 증가하고 있다. 또한 지능형자동차 관련 차량 안전도 기술 향상만으로는 안전성과 정보화, 편의성 추구에 있어서 한계가 존재하기 때문에 자동차의 주행환경과 도로의 인프라에 관련된 지능화 기술인 지능형교통시스템(ITS, Intelligent Transport System) 관련 기술과 통합ㆍ연계된 V2X(Vehicle to Vehicle, Vehicle to Infra) 기술개발이 동시에 추진되어야 한다. 21세기 첨단 교통 체계인 지능형교통시스템(ITS) 실현을 위해서도 지능형자동차 기술 개발이 중요한 역할을 담당할 것이다.
일본 국토교통성에 의하면 교통사고의 발생 원인으로 발견지연, 오조작, 오판단 등 운전자의 판단, 인지, 조작 오류가 70% 이상을 차지하고 있다고 분석, 보고되고 있다. 따라서 ITS 및 지능형 차량 안전시스템 기술을 통하여 운전자의 운전 부담 경감과 안전도를 향상시킴으로써 교통사고로 인한 인명 및 재산 손실을 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 부가적으로 교통 및 물류비용을 절감함으로써 국가적인 차원에서 2000년 기준으로 년간 18조원 이상의 사회적 비용이 절감될 것으로 기대된다. (국가과학기술위원회, 국가기술지도, 2002. 12).
지능형안전시스템은 각국의 의무 장착 적용과 고안전 시스템, 소비자 요구 등으로 시장이 확대되고 있고, 2005년에서 2010년까지 연평균 23.6%의 높은 성장을 보였다. 2010년 이후 성장률이 6.5%대로 안정적인 성장을 할 것으로 전망되며, 지능형 안전시스템의 핵심 센서인 레이더는 10년 전 약 1,000만원에서 현재 80만원 수준으로 하락했으며, 향후 10년 내에 약 30만원대로 하락하여 중ㆍ소형 차량에도 확대 적용될 것으로 기대된다. 지능형 운전지원 시스템(ADAS, Advanced Driver Assistant System) 제품은 2011년 5,895만대에서 2020년 18,926만대로 성장할 것으로 예측되고 있다. < 그림 2 > 지능형자동차 운전지원 시스템(ADAS)의 시장 규모 (출처: Frost & Sullivan, 2010)

2. 지능형 차량 안전시스템 기술개발 동향

지능형 차량안전 분야는 능동적 안전도 개념(Active Safety)과 수동적 안전도 개념(Passive Safety) 기술들로 분류할 수 있고, 최근에는 차량-차량 및 차량-인프라 통신기술을 이용하여 차량안전 시스템과 연동하는 통합 안전 시스템들이 연구되고 있어 조만간 그 성과가 가시화될 전망이다. < 그림 3 > 통신 인프라를 연계한 지능형 차량 안전시스템(출처: 오토저널, 2011)
지능형 차량 안전기술의 세부 핵심 기술들로는 (그림 4)에서처럼 정보제공 및 경고, 사고회피, 추돌 피해경감, 충돌 후 피해경감, 피해 확대방지 기술 등 충돌 시점을 중심으로 분류할 수 있다. 과거에는 에어백 등과 같은 차량 충돌사고와 관련된 피해를 최소화 할 수 있는 수동적 안전개념의 기술들이 주류를 이루었으나, 최근에는 지능형 순항제어 시스템(ACC, Advanced Cruise Control), 충돌 예방안전 시스템(PCS, Pre-crash system)과 차량 자세안전 제어 시스템(VDC, Vehicle Dynamic Control)과 같은 충돌사고를 사전에 예방하고 회피할 수 있는 능동적 안전 개념 분야의 시스템들이 활발히 개발되고 있다.
지능형 순항제어 시스템(ACC)은 지능형 차간거리 제어 시스템(SCC)dl라고 불리기도 하며 전방 레이더를 이용해 정속주행은 물론 앞 차량과의 거리를 일정하게 유지하고 긴급 상황 시 비상 제동까지 가능하게 하는 시스템이다. 충돌 예방안전 시스템(PCS)은 레이더 및 영상 카메라 신호를 이용하여 전방의 차량이나 장애물을 감지한 후, 거리와 상대속도 등을 고려하여 충돌가능성이 높은 경우 운전자에게 경고하고 비상시에 안전벨트의 작동과 긴급제동을 가능케 하는 시스템이다. 차량 자세안전 제어 시스템(VDC)은 기존의 차량 종방향 주행 안전시스템인 ABS(Anti-lock Brake System)의 기능에 횡방향의 주행안전 기능을 결합시켜서 충돌 전의 주행성능을 향상시킨 시스템으로서 ESC(Electronic Stability Control)이라고도 한다. 특히, VDC 시스템 장착 차량은 사고율이 35~45% 감소됐다는 결과가 보고되고 있어 향후 의무 장착될 가능성이 높다. < 그림 4 > 지능형 안전시스템들의 분류
다른 지능형 예방안전 시스템들로서는 전방충돌 경고시스템(FCW, Forward Collision Warning), 차선이탈 경고시스템(LDW, Lane Departure Warning), 차선변경 경고시스템(LCW, Lane Change Warning), 곡선도로 속도 경고시스템(CSW, Curve Speed Warning)을 포함한다. 전방충돌 경고시스템은 앞차와의 충돌할 가능성이 높은 경우 운전자에게 경고를 보내는 시스템이고 차선이탈 경고시스템은 차선변경 신호 없이 횡방향으로 차선을 이탈하는 경우 운전자에 경고를 보내며 차선변경 경고시스템은 좀더 부드러운 차선변경을 위해 운전자에게 주위 주행환경 정보를 제공하는 기능을 가지고 있는 시스템이다. 또한 유럽연합은 Beyond NCAP에서 북미 NCAP과 차별화되게 다양한 능동안전 시스템들에 대해 가점을 주는 제도를 시행함으로써 업체들의 지능형 안전시스템 상용화를 유도하고 있다. < 그림 5 > 지능형 차량 안전시스템들의 적용 현황(국내)
일본과 유럽의 지능형자동차 기술 선진업체들은 차량안전 분야와 차량 정보통신 분야에서 세계시장을 선도하고 있다. 주요 부품업체로는 Bosch, Continental Teves, Denso, AISIN, TRW, Siemens VDO, Advics 등이 있지만 완성차업체들과 긴밀한 협조를 통해 지능형 안전 시스템들을 조기 상품화하고 있다. 미국 업체들은 사실상 후발자로서 기술개발에 약간 뒤쳐져 있는 상황이지만 자동차 내수 시장과 S/W 강국의 장점을 살리면서 경쟁력을 높여가고 있다.
국내에서는 현대ㆍ기아자동차가 2007년 제네시스, 2009년 에쿠스, 2012년 K9, 쌍용자동차는 체어맨 등 고급 차량에 다양한 지능형 차량 안전시스템들을 장착했다. 탈선경보 시스템(LDWS), 충돌예방시스템(VSM), 차간거리 제어시스템(SCC), 움직이는 전조등(AFLS), 자세안전시스템(VDC), 후방안전시스템(PGS), 액티브 헤드 레스트(Active Head Rest), HUD(Head up Display) 등을 도입하면서 국내 차량의 안전도를 한 단계 향상시켰다. < 표 1 > 선진국의 지능형 차량 안전시스템 기술개발 동향

국가	기술개발 동향
일 본	- 2005년 도요타의 Radar cruise control system, Pre-crash safety system, Night view system, Lane keeping assist system, Intelligent parking aid system 등이 실차에 탑재됨. - 2005년 혼다의 인텔리전트 나이트비젼, 추돌경감 브레이크 및 E-프리텐셔너, 고속도로 운전지원시스템(HiDS : Honda Intelligent Driver Support System) 탑재 - 2006년 Lexus LS460에는 차체역학 통합제어 시스템인 VDIM 시스템, 추돌감지 경고시스템, 전후방 안전벨트 프리텐셔너 장치에 충돌방지 시스템이 장착 - 2008년 닛산은 졸음운전 방지 시스템, 차량 전방위 감지 시스템을 상용화 - 2010년 도요타는 운전자의 눈동자 움직임을 인식하는 졸음방지, 위급시에 자동으로 차량을 멈추는 자동정지, 야간에 보행자 인식 야간적외선 시스템을 개발 - Smartway 프로젝트에서 전방 장애물 및 합류구간 정보, 교통상황 정보 제공
미 국	- Delphi는 통합안전시스템(ISS, Integrated Safety System), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC), LDWS, Active Night Vision을 상용화 - Delco는 FOREWARN이라는 충돌방지 시스템을 Cadillac의 Seville모델에 장착 - GM은 Cadillac Deville에 적외선방식 나이트비전시스템 장착 판매, 적외선 카메라는 Raytheon사에서 개발, Cadillac DTS 에 Dual depth Airbag, Stabilitrak 안전 시스템 장착 - GM의 대표적 텔레매틱스 시스템 OnStar : 사고발생시 에어백 전개신호나 버튼조작을 통해 구조기관에 정보가 전달되어 구조요청할 수 있는 시스템 상용화 - 2012년 적용을 목표로 충돌경고 및 회피, 고속도로 등 제한적 환경에서의 자율주행을 지원하는 모듈화된 시스템 개발중 - 2009년 FORD는 주력 모델인 토러스에 레이더 기술을 활용한 어댑티브크루즈컨트롤, 충돌경고 등의 첨단 안전시스템 채용 - IntelliDrive 프로젝트에서는 교통신호 위반 경고, 급제동 경고 등 17가지 차량-노변간, 차량간 IT 활용 서비스 개발 중
유 럽	- ESP(Electronic Stability Program) 메이커인 Bosch, Continental Teves사는 2013년 이후 유럽에서 판매되는 3대의 차량중 1대는 ESP를 장착할 것으로 예상 - Bosch는 수동안전과 능동안전 시스템(PSS, Predictive Safety System)의 통합시스템으로 CAPS (Combined active and passive safety) 시스템을 상용화 시킬 예정 - M-Benz는 지능형 차간거리 제어시스템, 차선이탈 경보시스템, Stop & Go 제어 시스템, Night vision 시스템, Attention Assist 시스템을 개발하여 Pre-Safety 시스템인 PRO-SAFE와 함께 S-series 모델에 탑재 - VW은 조향토크를 이용한 차선유지 시스템인 Active Lane Assist 시스템을 아우디 A7에 적용 - BMW는 HUD(Head－up Display Monitor), Night vision 시스템, 지능형 운영 컨셉트 iDrive, Remote Park Assist 시스템을 7-series 모델에 탑재 - Jaguar는 New XK모델에 충돌사고시 보행자 보호 시스템인 Active Hood system을 장착 - Volvo는 City Safety와 사각지대 정보를 알려주는 전자시스템 `BLIS'(Blind Spot Information System)를 상용화 - 콘티넨탈은 TPMS, ESC, Airbag 기술 뿐만 아니라 충돌 센서, 롤오버 센서, 보행자 사고 감지 센서, 레이더 및 라이다 센서, 노면감지 센서 제품을 보유

< 그림 6 > 지능형 안전시스템 기술개발 방향 (출처 : 오토저널, 2011)

3. 맺음말

향후 자동차는 단순한 운송수단에서 업무ㆍ휴식ㆍ정보의 공간으로 발전할 것이며 지능형자동차 기술은 이런 역할 변화를 주도할 핵심 기술로서, 자동차산업 뿐만 아니라 사회전반에 미치는 파급효과가 크기 때문에 지능형자동차 기술 개발은 필수적이다. 또한 소비자들의 차량 안전 확보에 대한 요구 증가와 시장 확대를 희망하는 기업의 요구가 잘 맞아떨어지고, 조기 상품화가 가능한 산업 특성을 가지고 있어 기술개발에 대한 경쟁이 심화되고 있다. 최근 국내 자동차업체들도 다양한 지능형 안전시스템들의 개발을 가속화시키면서 일부 제품들은 상용화가 완료됐다.
지능형 차량 안전시스템들의 기술개발을 위해서는 ECU, 센서, 액츄에이터, 차량 제어기술, 차량 S/W기술 등 핵심요소 시스템의 개발능력 보유와 더불어 IT 기술과 자동차 기술과의 융합기술 개발이 요구된다. 특히, 센서 및 제어기 분야는 국내기술이 부족하여 해외기술을 도입하는 실정으로 향후 기술개발이 시급히 필요한 분야이다. 자동차의 전자화가 급속히 진행되면서 차량에 탑재되는 전자시스템들은 일반 전자제품과는 다르게 오랜 시간 과혹한 조건에서 동작하기 때문에 성능확보를 위한 고 신뢰성을 유지하는 것이 매우 필수적이다.
또한, 국내에서 진행되고 있는 ITS 관련 프로젝트들과 지능형 차량 안전시스템 기술개발 과제들의 효율적인 연계 추진과 시범사업을 위해 정부, 민간, 학계 전문가들이 참여하는 V2X 공동 연구개발 프로그램이 필요한 시점이다. 또한 지능형 차량 안전시스템 시험 평가방법 표준화/국제 기술 표준화에 적극 대응하면서 지능형 안전시스템의 신규제품 및 서비스 도입을 위한 제도개선 및 정비 등의 실행계획을 수립하여 지속적으로 추진해야 할 것이다.