자동차가 개입된 충돌사고에서, 가장 높은 대가를 지불하는 것은 일반적으로 보행자와 자전거 이용자들이다. 교통사고의 90% 이상이 인적 실수로 인해 발생하며, 그 결과가 치명적인 경우도 적지 않다. 4activeSystems는 4a 테크놀로지 그룹이 지난 2014년 설립한 업체로, 능동적인 자동차 안전에 역점을 두고 있다. 오스트리아 트라보흐(Traboch) 소재의 자체 시설에서, 당사는 창립 이래 예측 충돌 회피 시스템 시험용 충돌 테스트 더미(인체 모형) 뿐만 아니라, 야외용 이동 및 정지형 비상 제동(AEB) 시험 장치를 개발 및 제조하고 있다. B&R은 처음부터 자동화 부품 관련 우선 공급업체로 선정되었다.
“우리가 개발한 첫 번째 시스템은 자동차 제조업체 아우디를 위한 것이었습니다. 섬유 강화 합성소재로 만든 복합 시험 시설을 설계 및 건설하는 것이 목표였죠.” 4ActiveSystems의 마틴 프리츠(Martin Fritz) 전무는 첫 번째 프로젝트를 아직도 생생히 기억한다. 이 프로젝트에서 충돌 시험용 더미는 차량에 부딪히기 불과 50ms 직전에 번지 로프를 써서 매우 빠른 속도로 위로 당겨졌다. “B&R은 당시 본 과제에 걸맞는 드라이브와 제어 시스템을 보유한 유일한 업체였습니다.” 프리츠 이사의 설명이다. “이 프로젝트를 진행하면서 우리가 B&R을 찾아갔죠. 이 업체가 신뢰할 만한 성과를 제공할 것을 우리가 알아 본 것입니다.”
처음부터 완벽한 시뮬레이션
해당 프로젝트는 많은 도전 과제를 던졌다. 가능한 한 인체에 가까운 형태의 더미 모형이 필요했을 뿐만 아니라 시험 관련 기술 장비가 자동차의 센서 시스템을 작동시키지 않도록 할 필요도 있었다. 장점은 분명했다. 시험 도중 자동차와 인체모형이 손상되지 않는다면, 계속 재사용이 가능하다. 인체모형이 최대 15,000유로라는 점을 고려할 때 결코 과소평가되어서는 안 될 요소인 셈이다. “우리는 레이더 시스템, 적외선 및 열 스캔에는 보이지 않는 솔루션이 필요했습니다” 프리츠 이사가 말을 이었다. “이 시스템은 당초 1, 2년 동안 사용할 예정인 일종의 시제품이었습니다. 하지만 11년이 지난 지금도 아우디에서 사용되고 있죠.”
4activeSystems는 보행자 형상의 인체모형 외에 자전거, 오토바이, 자동차 등의 형태로 2륜 내지 4륜 더미 모형도 제작·테스트하고 있다. 이 회사는 세계 유일의 인증을 획득한 더미 제조업체다. 자체 추진 플랫폼 분야에서는 비교적 소수의 경쟁업체를 미국, 영국, 오스트리아 등지에서 찾을 수 있다.
자동차 및 자전거 운전자와 보행자의 능동적 보호를 위한 3D 차량 모형
자동차 제조업체 관련 안전 규정은 매우 엄격하다. 사고 발생 시 차량 내부의 승객 보호만으로는 충분하지 않다. 충돌이 발생할 경우, 차량은 또한 자전거 운전자와 보행자들을 할 수 있는 최대한 보호해야 한다. 이를 위해서는 애초에 충돌을 미연에 방지하도록 자동으로 사람을 감지할 수 있는 자동 제동장치가 필요하다. 이러한 시스템은 사고 통계를 기반으로 결정되는 특정 시나리오에서 테스트된다. 예를 들어, 주차된 차량 뒤에서 거리에 뛰어드는 어린이와 성인이 이러한 시나리오에 포함한다. 자동차의 자율 비상 브레이크 시스템은 카메라를 이용하여 상황을 즉시 감지하고 올바른 판단을 내릴 수 있어야 한다.
이 테스트를 위해 4ActiveSystems는 자사의 3D 차량 모형 4ActiveC2를 개발했다. 이 현실적인 자동차 3D 모델은 최대 85km/h 가속이 가능하며 65km/h까지 손상없이 충격을 견딜 수 있다. 3D 차량 모형의 설계에서 중요한 기준은 매번 테스트 충돌 후 사용자 편의성과 신속한 재조립이었다. 4activeC2는 무빙 플랫폼에서 움직일 때 형태를 그대로 유지한다. 충돌 시 3D 더미 카는 형태를 상실하지만, 2인 1조로 지퍼를 이용해 불과 2분 만에 재조립할 수 있다.
차세대 시스템: GNSS 제어방식, 자체 추진 플랫폼, 4ActiveFB
더미 객체(3D 차량 모형 또는 자전거 운전자)는 현실적으로 반응해야 하지만, 이를 움직이는 이동 장비는 모든 센서에 일체 노출되지 않아야 한다. 이를 위해 4activeSystems는 소위 Freeboard 라는 더미 이동용 자체 추진 플랫폼을 개발했다. 최대 시속 100km의 속도로 자율 플랫폼을 통과하는 차량들이 수반된 경우, 가장 큰 난제 중의 하나는 부주의로 플랫폼이 기울어지지 않도록 하는 일이다. 이 시나리오를 회피하기 위해 4ActiveSystems는 Freeboard들에 대해 최대 5cm의 높이를 정의했다. 그러나 이는 또한 구동, 제어 기술 및 배터리 기술을 비롯하여 사용되는 모든 구성품이 30-40mm 정도의 협소한 설치 공간에 적합해야 하며, 열 수축성도 우수해야 함을 의미한다. 시험 도중 드라이브와 모터에서 대량의 열이 발생하므로, 4ActiveSystems는 자율 플랫폼의 절대 안전을 보장하고자 열 방출에 많은 노력을 기울이고 있다.
4ActiveSystems의 최신 하이라이트는 플랫폼 “4activeFB”로, 이는 GNSS/INS(Global Navigation Satellite System)으로 제어되고 3대의 강력한 드라이브 유닛(3x14kW)으로 구동되는 극히 평평한 Freeboard다. Freeboard의 계측에 관한 한, GNSS는 스마트폰이나 내비게이션 기기에 사용되는 종래의 GPS와는 비교도 안된다. GPS가 1~8m 수준의 정확도를 보이는 반면, GNSS는 1~2cm 단위까지 정확하다. 이는 매우 높은 클럭 속도를 제공하며 가속 시스템과 연계된다. 플랫폼 각도 측정과 위치 계산에는 GNSS 안테나 두 개를 사용한다. 이러한 정보는 제어 시스템에 필수적이다. 테스트 진행 중, 해당 차량은 ±5 센티미터의 공차로 정의된 충돌 지점을 준수해야 하며, 제어 조정에 매우 신속하게 반응해야 하므로 차량과 제어 스테이션 간의 고속 통신이 필수적이다.
4activeFB 플랫폼은 자동화 전문업체 B&R의 I/O 및 안전 솔루션을 적용한 X20 컨트롤러, Power Panel C70을 사용한다. B&R이 출시한 X20 시리즈의 안전 I/O 모듈은 열전대를 고려한 내구적 온도 입력 모듈 등의 디지털 및 아날로그 안전 입력 장치를 폭넓게 제공한다. 이는 4activeSystems가 대응하는 것처럼 발열 수준이 높은 애플리케이션에 이상적이다. “이 프로젝트를 위해 우리는 안전 기능 개발을 B&R에 맡겼습니다.” 프리츠 이사의 말이다. “당사가 안전요건을 규정한 이후, B&R이 개발 및 구현을 담당했습니다. 이 프로세스도 순조롭게 진행되어, B&R 제품들은 매우 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었습니다. 당사의 제품 사양이 언제나 만족스럽게 충족된 것이죠.”
자율주행의 미래
가까운 미래에, 레벨 4 및 레벨 5의 자율주행차가 일상 교통에 참여하게 된다. 업계는 자율 주행차의 수준을 다섯 가지 레벨로 정의했다. 레벨 4는 오는 2022년경에 나올 완전 자동화 수준이다. 이들 차량은 대부분의 시간을 자율 운전에 나설 것이다. 스스로 주차하고 시골길이나 도심을 자율적으로 주행할 것이다. 이로써 운전자들이 교통 상황을 주시하는 데 모든 시간을 쓰지 않고, 자유롭게 다른 일에 집중할 수 있도록 해 줄 것이다. 이들 차량은 또한 주변 환경과도 통신할 것이다. 예를 들어 신호등이 적색이나 녹색으로 변경되기 전에 신호를 보내고, 다른 차량들이 차선 변경 시 신호를 보내는 식이다.
이 모든 것들이 가능하려면, 차량들이 서로 통신하고 경고할 수 있어야 한다. 또한 차량들은 주변 환경과도 상호작용을 해야 한다. 교통 신호등은 단계 변화를 전달해야 하고, 철도 건널목 게이트도 닫히기 전에 신호를 보내야 한다. 끝으로 중요한 것은 대중교통 시스템 역시 완전히 통합되어야 한다는 점이다. 차량들은 또한 경찰과 비상 차량에 언제 양보해야 하는지도 알아야 한다. 본질적으로, 교통 환경 전반이 디지털화되어야 한다. 자동차가 항상 해당 위치를 파악해야 하기 때문에 고해상도 지도가 필요할 것이다. 이 모든 것은 꽤 복잡하게 들리는데, 실제로도 그렇다. 이는 세계의 모든 거리가 맨 마지막 센티미터까지 정확히 측정되어야 한다는 것을 의미한다. 레벨 5에 이르면 더 이상 운전대가 장착되지 않을 만큼 자율 자동차가 진보될 것이다.
다만 이러한 차량들이 도로에 등장하기까지 다소 시간이 걸릴 것이다. 현실적으로는 2025년경으로 예측된다. 자율주행은 우리의 교통 인프라에 큰 변화를 동반할 것이다. 이러한 자율주행 수준에 도달하기 위해서는 우선 수많은 교통 시나리오를 시험해 봐야 한다. “자동차 제조업체, 공급업체, 유명 서비스 제공업체 등 자율주행 시스템 연구개발에 많은 고객들이 참여하고 있습니다.” 프리츠 이사의 설명이다.
장기적 전망
B&R은 공동 프로젝트의 협력 파트너로든 부품 공급업체로든 4activeSystems의 모든 프로젝트에 참여하고 있다. 프리츠 이사는 말한다. “B&R은 우리 회사에서 평판이 좋습니다. 당사는 이 기업을 진정한 파트너로 여깁니다. 우리는 제품 및 배송에서 지원에 이르기까지, 우리가 받는 모든 서비스에 충분히 만족하고 있습니다.”
[제공. 비앤드알 산업자동화, www.br-automation.com/ko]
