일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.9.2

멀미를 하지 않는 자율주행 레벨3
히타치 아스테모가 목표하는 숙련 운전자의 기술

히타치 아스테모는 ‘레벨3’ 이상의 자율주행에서 숙련 운전자와 같은 매끄러운 조작을 재현할 수 있는 소프트웨어 기술을 개발했다. 기존의 고속도로 등을 대상으로 한 레벨3 이상의 자율주행시스템(ADS)의 경쟁 축은 ‘작성한 궤도를 얼마나 정확하게 추종하느냐’라는 점이었다.

그러나 앞으로 일반도로를 대상으로 한 레벨3 이상의 ADS에서는 ‘멀미’의 원인이 되는 불쾌한 흔들림을 가능한 한 억제하는 ‘쾌적성’이 새로운 경쟁 축이 된다. 쾌적성 향상을 목표하는 ADS의 개발 경쟁은 더욱 치열해지고 있다. 히타치 아스테모는 이번에 개발한 신기술을 무기로 국내외의 메가 공급업체에 대항한다.

히타치 아스테모가 개발한 기술은, 차량탑재 센서 정보나 지도 데이터를 기본으로 한 ‘궤도작성기술’과, 작성한 궤도를 정확하게 추종하는 ‘차량제어기술’을 조합한 것이다. 자율주행 전용 ECU(전자제어유닛: AD ECU)에 내장해 이용한다.

히타치 아스테모의 AD ECU는 이미, 혼다가 기함 세단 ‘레전드’에 탑재한 레벨3의 자율주행 기능 ‘Traffic Jam Pilot’ 전용 ECU로서 채용되고 있다. 다만 히타치 아스테모의 ECU는, 고속도로나 자동차 전용도로의 단일 차선에서의 ‘아이즈 오프’ 자율주행 기능 등의 실현을 지원하고 있지만 멀미를 방지하는 쾌적성을 실현하는 기능에는 대응하지 않는다. 여기서 말하는 아이즈 오프란 고속도로나 자동차 전용도로가 정체일 때 운전자가 차량 주위를 주시하지 않아도 되는 상태를 말한다. 다만 시스템으로부터 운전 교체를 요청 받은 경우에 운전자는 조작 인계를 받아야 한다.

히타치 아스테모는 이번 신기술을 내장한 제품을, 최신 AD ECU로서 국내외의 자동차업체에 제안하여 조기 채용을 목표하고 있다. 히타치 아스테모 차량통합제어기술개발부의 우에노(上野) 시니어 매니저는 “기존의 ECU에 이번 신기술을 추가하는 것은 현시점에서는 생각하고 있지 않다”라고 말한다. 그러나 혼다의 레전드에는 업데이트 데이터를 수신∙관리하는 히타치 아스테모의 ‘OTA 유닛’도 채용되고 있다. 이 유닛을 사용하면 통신회선을 경유해 ECU 내의 소프트를 업데이트할 수 있다. 때문에 기존 AD ECU에 이번 신기술을 추가하는 것은 원리적으로는 가능하다.

-- 쾌적성을 유지하기 어려운 일반도로에서의 자율주행 --
레벨3의 ADS에서 쾌적성이 문제가 되는 주행 장면으로, 커브 주행을 예로 들 수 있다. 고속도로나 자동차 전용도로의 커브에서 차선유지지원(Lane Keeping Assist, LKA)이나 차선중앙유지(Lane Tracing Assist, LTA) 기능을 사용할 때는 일정한 속도로 주행하는 경우가 많다. 고속도로나 자동차 전용도로는 커브가 비교적 완만(커브의 반경이 길다)하기 때문에 일정 속도로 주행해도 불쾌한 흔들림의 원인이 되는 ‘가속도 변화(저크)’ 등을 억제하기 쉽다.

반면에 일반도로는 고속도로나 자동차 전용도로보다 굴곡이 큰 커브(커브 반경이 짧은 커브)가 많다. 따라서 커브를 달릴 때의 속도가 일정하면 큰 저크가 발생하기 쉽다. 또한 가파른 S자 커브가 연속되는 산길 등에서는 큰 저크를 발생시키지 않고 일정 속도로 주행하기는 어렵다. 이것이 차내의 쾌적성을 방해해 멀미의 원인이 되기도 한다.

-- 숙련 운전자의 조작을 재현 --
커브를 주행할 때만이 아니다. 일반도로를 주행하고 있으면 갓길에 많은 차량이 서 있는 경우를 볼 수 있다. 그리고 보행자가 보도에서 뛰쳐나오기도 한다. 스티어링을 조작하여 이들 대상물과의 충돌을 피할 때 감속이 불충분하거나 급하게 감속하면 큰 저크가 발생하기 쉬워진다.

여기서 참고가 되는 것이 숙련 운전자의 ‘기술’이다. 예를 들면 커브를 돌 때는, 차선 폭을 유효하게 사용하여 완만한 궤도를 그리거나 커브 곡률이나 커브에 대한 진입 속도 등에 따라 속도와 조타를 조정하거나 한다.

이러한 조작을 통해 숙련 운전자는 전후 좌우의 저크를 작게 하여 전후 좌우의 불쾌한 흔들림을 억제하고 있다. “히타치 아스테모는 이번 신기술을 이용해 이러한 숙련 운전자와 같은 매끄러운 조작의 재현을 목표로 했다”(우에노 매니저).

-- 주행 가능한 영역 안에 최적의 궤도를 만든다 --
앞에서도 언급했지만 히타치 아스테모가 개발한 기술은 궤도작성기술과 차량제어기술을 제휴시킨 것이다. 이 중 전자의 궤도작성기술에서는 우선, 차량에 탑재한 센서로 수집한 정보나 차량 내비게이션 시스템 등의 지도 데이터를 사용해 차량 전방의 주행 가능 영역을 작성한다.

차량 전방의 가까운 범위는 카메라나 밀리파 레이더, LiDAR(레이저 스캐너) 등의 정보를 사용하고, 먼 범위는 차량 내비게이션이나 고정밀도 3D 지도 등의 데이터를 이용한다. 장기적으로는 주행 가능 영역 작성에 도로 인프라를 통한 정보 등의 이용도 상정하고 있다.

다음으로 'Dynamics Planning'이라는 궤도 계산 알고리즘을 이용해 주행 가능 영역 내에 최적의 주행 궤도를 만든다(여기서 말하는 주행 궤도란 목표 경로를 나타내는 복수의 점군과, 각 점군에서의 차속을 말한다). 구체적으로는 주행 가능 영역의 좌측 경계와 우측 경계의 정보(위치정보 등)를 토대로 최적 궤도의 점군을 작성한다. 점군을 만드는 주기는 1초이며, 한 번에 작성하는 점군의 간격은 150밀리초이다.

이들 복수 점군으로 구성되는 궤도는, 도로의 폭 등을 유효하게 활용하여 커브에서는 가능한 한 완만한 경로를 그리도록 했다. 또한 각각의 점군에서는 발생하는 가속도가 작고 저크가 완만해지도록 속도를 최적화했다. 앞에서 말한 바와 같이 저크 값을 작게 하면 불쾌한 흔들림의 발생을 억제하기 쉬워진다.

이러한 궤도를 작성하는 경우, 기존 방법에서는 차량의 위치정보와 함께 차량의 제원(질량이나 길이 등)도 사용해 계산했었다. 이 방법은 복잡한 계산이 필요하기 때문에 AD ECU에 높은 연산처리 능력이 요구된다.

그러나 히타치 아스테모의 기술은 차량 제원을 사용하지 않고 주행 가능 영역의 좌우의 경계 정보만을 사용한다. 그리고 심플한 계산 방법을 이용해 궤도를 작성할 수 있기 때문에 AD ECU의 처리 부하를 가볍게 할 수 있다고 한다. 처리 부하의 경감은 AD ECU의 비용 억제에도 기여한다.

-- 작성한 궤도를 정확하게 추종 --
이러한 기술로 작성한 궤도를 정확하게 추종하는 것이 두 번째의 차량제어기술이다. 구체적으로는 첫 번째 기술로 작성한 주행 궤도를 토대로 가감속이나 조타 등의 액추에이터를 제어한다.

그러나 목표 궤도에 맞춰서 액추에이터를 움직이려고 하면, 일반적으로 액추에이터나 차량 응답 시간의 지연으로 인해 궤도 추종의 정밀도가 떨어지는 과제가 있다. 히타치 아스테모의 차량제어기술의 경우는 AD ECU 내에서 차량 운동의 예측 시뮬레이션을 실시하여 액추에이터나 차량의 응답 지연을 보정할 수 있도록 했다. 이를 통해 고정밀도 궤도 추종을 실현할 수 있다고 한다.

히타치 아스테모는 자사의 도카치 테스트 코스(홋카이도 오비히로시)에서 실시한 실험에서 신기술의 효과를 조사했다. 실험에서는 도카치 테스트 코스에 설정한 주회(周回) 코스에서 이번 신기술을 구현한 차량을 자동으로 주행시켰다. 뿐만 아니라 이 차량을 일반 운전자가 매뉴얼 조작으로 주행시켰다.

-- 저크를 약 20% 저감 --
자동으로 주행한 경우와 일반 운전자에 의한 주행에서 몇 차례 랩타임을 측정했다. 그리고 랩타임과 가로방향의 가속도(가로 G)가 같은 것을 몇 개 선택해 저크 값을 비교했다. “이번 기술을 사용해 자율주행을 시켰더니 일반 운전자에 의한 매뉴얼 조작 주행보다도 저크를 약 20% 줄일 수 있었다”(우에노 매니저).

게다가 히타치 아스테모의 제어 기술에는 ‘주행 환경 리스크’를 추정해서 가감속이나 조타를 제어하는 시스템도 탑재되어 있다. 여기서 말하는 리스크란 갓길에 정지하고 있는 차량 앞에서 보행자가 튀어나오거나 선행 차량의 갑작스러운 끼어들기 등의 위험성을 말한다.

지금까지 주행 환경 리스크를 예상하는 경우에는 AD ECU 내에 2차원의 리스크 예상 맵을 만들어 대응했었다. 여기에 이동에 따른 경과시간을 추가하면 3차원의 방대한 데이터를 처리해야 하기 때문에 현행 기술로 대응하는 것은 어려웠다.

그래서 히타치 아스테모의 제어 기술은 차량이나 보행자 등을 대상으로 하여, 충돌 등의 위험이 있는 영역만의 리스크를 예상하도록 했다. 이를 통해 AD ECU의 처리 부하가 가벼워지면서 2차원 예측 맵에서 대응할 수 있게 되었다. 이 리스크 추정 기술은 히타치제작소와 공동으로 개발했다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.