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미쓰비시전기기보_2021.7 권두논문 요약 (p6-10)

모빌리티 진화와 지원 기술의 동향
자동차기기개발센터 다나카 쇼지(田中昭二) 센터장

요지
자동차 업계는 지금 변혁 중에 있다. CASE(커넥티드, 자율주행, 공유&서비스, 전동화)의 각 영역의 진전이 지금까지의 자동차에 대한 가치관을 바꾸고 있다.

자율주행은 교통사고 제로를 목표로 진화하고 있다. 21년에는 아이즈프리가 가능해지는 레벨3(조건부 운전자동화)의 자율주행 차가 시장에 투입되었다. 또한 새로운 모빌리티 서비스를 제공한다는 전제로서 자율주행 차량의 실증실험도 이루어지고 있다. 이들 차량은 통신으로 외부와 접속∙제어되며, 그 데이터를 활용한 새로운 서비스가 검토되고 있다. 드라이버의 상태를 검출하는 DMS(Driver Monitoring System) 기술이나 고정밀도 위치 측정 기술에 의한 자차 위치 추정, V2X(Vehicle-to-Everything)에 의한 인프라 등과의 통신기술도 자율주행 및 운전 지원을 뒷받침하고 있다.

한편, 자동차의 전동화는 지구온난화에 큰 영향을 미치는 CO₂의 배출을 저감하는 유력한 수단으로서 기대를 받고 있다. 전동화 시스템은 배터리로만 주행하는 EV(전기자동차)의 보급뿐 아니라 내연기관과 전동 모터를 조합한 하이브리드 차의 시장 확대를 전망할 수 있다. 또한 수소를 연로로 하는 연료전지차(FCV)의 실용화도 진전되고 있다. 배터리 자체도 개선되면서 EV 차량의 항속거리나 비용 삭감에 기여할 것으로 보인다.

엔진의 개선이나 진화도 요구되고 있다. 희박연소(Lean-burn)화, 고압축비화나 가변 압축비화 등 다양한 기술에 의해 연료 소비율이 개선되고 있다.

1. 머리말
자동차 업계는 ‘100년만에 한 번이라는 변혁기’를 맞이하고 있다. 자율주행이나 전동화에 대한 큰 흐름이나 새로운 모빌리티 서비스도 잇달아 제안되고 있다.

교통사고의 대부분은 사람의 실수에 의한 것이며, 그를 보완하기 위해 ‘운전 지원’ 기술이 발전해 왔다. 또한 진화된 ‘자율주행’ 기술을 쾌적성 기능이라 정의하고, 승용차에 고도의 운전 지원 기능을 탑재함으로써 운전할 때 핸즈오프가 가능한 차량이 발매되었다. 자율주행 기능 탑재 차량은 외부와의 통신을 통해 제어에 필요한 정보를 교환하고 있다. 또한 얻어진 데이터를 다양한 서비스에 활용하는 것도 가능하게 되었다. 한편으로 공공 교통 기관이나 물류업계에서의 드라이버의 확보나 지속적인 사업이 큰 사회 과제가 되고 있다. 그 과제를 자율주행 운전을 통해 해결하는 모빌리티 서비스(Mobility as a Service: MaaS)의 제공을 검토하기 시작했다.

온난화 억제를 위해 CO₂ 배출량에 대한 규제는 세계적으로 엄격해지고 있다. 그에 따라서 자동차의 전동화로의 이행이 현저해지고 있다. 한편으로 배터리로만 주행하는 EV에는 짧은 주행 거리나 긴 충전 시간, 그것을 보완하는 인프라의 부족 등의 과제도 있어, 내연기관을 탑재한 하이브리드 자동차도 계속 필요하기 때문에 내연기관의 개선도 여전히 중요한 과제다.

본고에서는 자동차 업계를 둘러싸고 있는 이러한 상황과, 그 과제를 해결하기 위한 모빌리티 진화에 대해 자율주행∙운전지원 및 환경규제 대응의 관점에서 논의한다.

2. 자율주행∙운전지원
일본에서의 자율주행과 운전지원의 방향성은 ‘관민 ITS(Intelligent Transport Systems) 구상 및 로드맵’ 안에서 정보가 공유되고 있다. 2020년판 자료에서는 일본에서의 모빌리티 분야의 장래 과제와 수요를 고려하여, 30년 무렵에 목표해야 할 미래상을 제시하고 있다. 일본은 30년까지 ‘세계에서 가장 안전하고 원활한 도로 교통 사회’를 구축∙유지하는 것을 목표하고 있다.

저출산 고령화나 도시로의 인구 집중 등의 사회 구조의 변화를 배경으로 해서, 지방에서는 이동수단을 확보할 필요성이 있다. 도시에서는 교통 정체를 경감하는 효율적인 이동이 요구된다. 사람의 이동 및 물류 사업자는 수송의 효율화를 높이면서, 이와 같은 수요에 대응하기 위해 자율주행 차의 활용을 포함한 모빌리티 서비스 제공을 상정하고 있다.

안전 운전을 실현하는 관점에서 보면, 고령 드라이버의 운전을 지원하기 위한 안전 운전 지원 기능을 탑재한 자가용차가 보급될 것으로 전망된다. 또한 커넥티드카가 인프라 등으로 감지한 주변 차량이나 보행자 정보를 통신으로 수신함으로써 안전성이 향상된다.

자율주행 차의 실용화를 위해서는 새로운 기술 기준의 정비가 필요해진다. 글로벌 대응으로서, 국제연합 유럽경제위원회의 자동차기준조사세계포럼(WP. 29)은 19년 6월에 자율주행 프레임워크 도큐먼트를 합의하고, 레벨3 이상의 자율주행 차의 국제 기준으로서 우선적으로 대응할 항목을 제시했다. 그 항목은 시스템의 안전성, Fail Safe 대응, HMI(Human Machine Interface), 대상물∙사태 감지, 주행 환경 조건, 시스템의 안전성 확인 방법, 사이버 보안, 소프트웨어 업데이트, EDR(Event Data Recorder)과 데이터 기록 장치이다. 앞으로 자율주행에 관계된 국제 기준이 순차적으로 제정될 것이다. 일본을 포함해서 각 국은 국제 기준을 자국의 기준에 적용시켜 나가게 된다.

2.1 핸즈오프 대응과 아이즈오프 대응
21년 초 시점의 자율주행 실용화 단계는, 시판 차량에서 핸즈오프 대응은 증가하고 있으며, 아이즈오프 대응은 이제 시작되는 시점이라고 할 수 있다.

핸즈오프 기술은 주행 중에 드라이버가 핸들에서 손을 떼도 주행을 가능하게 한다. 한편, 아이즈오프 기술은 드라이버가 주행 중에 전방에서 눈을 뗄 수 있으며, 운전과는 관계 없는 세컨드 태스크가 가능해진다. 드라이버가 아이즈오프를 할 수 있는 것은 시스템이 조종의 주체가 되는 레벨3 이상에서의 주행 중이다. 핸즈오프 대응이라도 아이즈오프 대응이 아닌 경우, 조종의 주체는 항상 드라이버이기 때문에 레벨2를 넘는 일은 없다.

● 표1. 자율주행 레벨의 정의

2.2 레벨3 대응
자율주행 시스템 작동의 전제가 되는 주행 환경 조건은 ODD(Operational Design Domain)라고 부른다. 레벨3 대응 차량은 ODD로서 설계된 특정 조건에 한정해서 핸즈오프와 아이즈오프에 대응한다. 레벨3 대응의 실용화는 ODD가 고속도로에서의 정체 주행 시에만 한정된 것부터 시작된다.

레벨3 이상의 자율주행 기능에 대응한 차량은, 시스템이 조종의 주체가 되는 경우가 있기 때문에 안전성을 확보하기 위해 용장성(Redundancy)을 부여한 설계가 필요하게 된다. 한 곳의 고장으로 기능이 정지하는 것을 방지하기 위해 외부를 감시하는 센서, 구동계, 전원계 등을 용장화(Redundancy)한다.

또한 레벨3에서는 ODD 이외에 드라이버가 조종의 주체가 되므로 조종을 시스템에서 드라이버에게 인계하는 기능이 필요하게 된다. 이 때문에 드라이버 상태를 감시하는 기능(DMS)도 필요하다.

이렇게 레벨3는 레벨2와 비교해서 대폭으로 비용이 올라간다. 레벨3가 보급되기 위해서는 비용 상승을 억제하면서 레벨3로서 동작 가능한 ODD를 확장해 나갈 필요가 있다.

2.3 무인 자율주행 서비스
일본에서는 무인 자율주행 서비스의 실현을 위해 산학관이 일체가 되어 대응하고 있다. 국토교통성과 경제산업성이 주최하는 전문가 회의 ‘자율주행 비즈니스 검토회’는 20년 5월에 ‘자율주행의 실현을 위한 조직 보고와 방침’ Version4.0을 발표했다.

소형 모빌리티를 이용한 무인 자율주행 서비스는 폐쇄 공간(시설의 부지 내부 등), 한정 공간(버스 고속 수송 시스템 전용 구간 등), 혼재 공간(생활 도로 등)에서의 실용화 검토가 추진되고 있다. 드라이버가 승차하지 않기 때문에 모빌리티가 단독으로 처리하지 못하는 상황에서는 원격 조작을 한다. 또한 인프라와의 협조를 통해, 신호 정보나 도로 측에 설치된 센서 정보를 V2X로 수신함으로써 안전하고 효율적인 운행을 한다. 이처럼 국내에서는 인프라 협조형 무인 자율주행 서비스의 실용화가 검토되고 있다.

한편으로 미국이나 중국에서는 자율형 무인 자율주행 서비스를 실용화하기 위한 시험이 활발해지고 있다. 미국이나 중국의 도시에서는 로봇 택시에 의한 무인 자율주행 서비스 시험이 이루어지고 있다. 이들 국가에서는 안전 관리원의 승차 없이 로봇 택시가 일반 손님을 태우고 공도를 주행하는 파일럿 프로그램 서비스가 시작되었다.

2.4 DMS
DMS는 드라이버가 눈을 어느 정도 뜨고 있는지, 얼굴 방향은 어떤지, 시선은 어디를 향하고 있는지 등의 정보를 바탕으로, 운전 시의 드라이버의 상태를 검출해서 곁눈질이나 졸음 운전 방지 지원을 할 수 있다. 고도의 안전 지원을 하는 레벨2 차량의 보급이나 레벨3 차량의 시장 투입에 따라서 DMS를 탑재하는 차량도 증가하기 시작했다. DMS 탑재 차량의 확대는 법 규제와도 연동한 움직임이며, 유럽연합 내에서의 자동차의 형식 인증에 대한 요건을 정리한 규제인 GSR(General Safety Regulation)에서는, 22년에 졸음 감지나 드라이버가 운전할 수 있는 상태인지 여부를 판단할 수 있는 시스템의 탑재 의무화, 24년에 드라이버가 교통 상황에 주의를 하고 있는지 여부를 검출하는 시스템의 탑재 의무화를 규정하고 있다.

최근에는 드라이버뿐 아니라 그 외의 사람도 감지하는 시스템을 각 사가 개발하고 있다. 그 중 하나가 유아를 차 안에 두고 내리는 것을 감지하는 것이다. 22년에 Euro NCAP(European New Car Assessment Programme)의 안전성 평가 항목에 포함되기 때문에 카메라나 레이더를 사용한 시스템 개발이 이루어지고 있다.

2.5 고정밀도 로케이터
자율주행에서는 차선 위 위치까지 파악할 정도의 고정밀도로 자차 위치를 파악할 필요가 있지만 차량탑재 카메라나 센서로 대응이 불가능한 경우가 있다. 이 때문에 위성 측위의 활용이 기대를 받고 있다. 기존의 GNSS(위성을 이용한 측위 시스템의 총칭)에서는 차선을 판정할 수 있는 정밀도를 얻을 수 없지만 측위 보강 정보를 이용해서 정밀도를 높일 수 있다. 일본에서는 고정밀도 측위 단말(로케이터)을 탑재해 준천정위성시스템의 센티미터 급 측위 보강 서비스를 이용할 수 있다.

고정밀도 측위는 부품업체뿐 아니라 이동통신사업자나 서드파티도 센티미터 급의 측위 서비스를 제공하고 있다. 때문에 서비스를 제공하는 커버리지나 기능 안전의 관점에서 어느 정도 그 정밀도를 보증할 수 있는가가 차별화 요소가 되기 시작했다.

2.6 V2X
V2X는 다양한 용도가 검토되고 있다. 차량탑재 센서로 감지되지 않는 주행 코스 상의 주의정보 등을 주위의 자동차나 인프라 등에서 통지함으로써 주행 시의 안전성을 높일 수 있다. V2X의 통신 방식은 ITS용 대역을 이용하는 DSRC(Dedicated Short Range Communication)와 셀룰러 C-V2X가 있다. C-V2X는 셀룰러 망을 경유하는 통신과 직접 통신 모드가 규정되어 있다. 후자는 5.9GHz대의 ITS용 대역을 이용해 기기 간에서 직접 통신하므로 저지연이며, DSRC와 마찬가지로 차차간 통신 등에서 긴급한 정보의 전송에도 이용할 수 있다.

국제적으로는 DSRC보다도 C-V2X가 우세해지고 있고, 미국의 연방통신위원회는 20년 11월에 5.9GHz대의 용도에서 DSRC를 제외하고, Wi-Fi와 C-V2X 용도로 변경한다고 발표했다. 또한 일본에서도 총무성이 20년 11월에 발표한 주파수 재편 액션플랜에서, 23년도 중에 5.9GHz대를 V2X용 통신에 할당한다고 한다.

3. 환경 규제 대응
3.1 규제 동향
3.2 시장 동향
3.3 기술 동향

4. 맺음말

 -- 끝 --