[공학저널 전찬민 기자] 자율주행차가 실 도로에서 운행되기까지는 실제 주행상황에서 발생할 수 있는 모든 상황을 고려해서 개발돼야 한다. 하지만 자율주행을 위한 실차시험은 구현할 수 있는 주행상황 즉, 시나리오의 한계점이 있으며, 이를 해결하기 위한 방안으로 가상환경이 주목을 받고 있다.
실차시험의 한계가 따르는 이유는 사고 시나리오와 위험한 주행상황 등을 실제 상황에서 구현하기 어렵기 때문이다. 또한 실차시험에서 평가할 수 있는 시나리오 개수는 100개 미만으로 자율주행에서 평가해야 할 수많은 시나리오를 실차시험에서 모두 평가하기에는 비용적, 시간적 제약사항이 많다는 것이 단점이다.
이를 해결하기 위해서는 가상주행환경을 활용해 실차시험에서 평가할 수 없는 엣지 케이스를 수십만개까지 생성 후 가속개발과 평가하는 것이 필수적이다. 특히 가상주행환경을 활용한 자율주행차 개발에서는 고정도로 가상주행환경을 모사하는 것이 핵심 기술이다.
가상주행환경은 도로네트워크, 도로표면, 교통흐름, 차량모델, 자율차제어기, 날씨모델 그리고 센서모델로 구성된다. 각각의 가상주행 요소모델은 실제 주행환경을 고정도로 모사해 가상주행환경 시험 결과의 신뢰성을 높이는 것이 필요하다.
이에 따라 자율주행 기술개발 혁신사업의 일환으로 지난 4월 ‘AI 운전능력평가 표준화 및 평가 프로세스 개발’ 과제를 통해 가상주행환경 시험의 신뢰성 확보에 나섰다. 이번 연구에서 도로네트워크, 교통흐름, 시나리오 모델링, 차량모델 모델링 등의 역할을 수행하고 있는 기업이 바로 ㈜자동차공학연구소(iVH)다.
현재 1차년도 연구를 수행 중에 있으며 도로네트워크와 시나리오 모델링 기술을 개발을 중점으로 진행하고 있다. 도로네트워크의 경우, MMS(Mobile Mapping System)로 실제 주행경로를 스캐닝해 도로모델을 생성하는 것이 핵심이다. MMS는 라이다와 카메라 센서로 구성돼 라이다 클라우드 포인트 정보와 카메라 RGB 정보를 맵핑해 LAS 데이터를 생성하게 된다. 생성된 LAS 데이터를 기반으로 도로의 속성정보인 차선, 차폭, 고도 정보 등을 자동 추출하며 최종적으로 ASAM 표준인 openDRIVE 도로네트워크인 ‘HD-Map’을 생성하게 된다.
또한 도로 표면모델의 경우에는 자동차공학연구소가 개발한 iVLS(iVH Virtual Laser Sensor)를 활용해 스캔된 도로 표면 데이터(클라우드포인트)를 기반으로 원하는 영역에 대해 openCRG 도로표면 모델을 생성하는 기술이 적용됐다. 자율주행 시 비포장도로, 포트홀, 방지턱 등 다양한 도로표면을 모델링해 도로 노면으로부터 차량과 센서에 가진되는 현상을 가상에서 구현과 평가를 할 수 있다. 도로 표면 형상으로부터 생성되는 가진은 센서를 가진하게 되며 이를 고려한 인지, 판단. 제어 로직 개발은 필수적이다.
마지막으로 시나리오의 경우 ASAM 표준인 openSCENARIO로 평가용 시나리오를 개발하고 있다. 자동차공학연구소는 정의된 평가용 시나리오를 기반으로 주요 시나리오 인자(제어차량 속도, 위치 등)를 변경해 여러 개의 테스트 케이스를 자동생성 후 병렬계산해 결과를 해석하는 기술을 보유하고 있어 이 기술이 활용되고 있다. 이는 테스트자동화로서 가상에서 빠르게 수만개에서 수십만개의 시나리오를 자동으로 평가 가능하며, 생성된 결과 데이터를 신뢰성 기반으로 자유주행로직도 자동 평가가 가능하는 것이 특징이다.
이렇듯 자동차공학연구소는 ASAM(Association for Standardization of Automation and Measuring Systems)멤버로서 가상주행환경 구축 시 ASAM simulation 표준인 openDRIVE, openCRG, openSCENARIO를 기반으로 가상주행환경을 개발하고 있다. 또한 국내 OEM과 정부산하 연구소 등과 함께 자율주행 평가용 가상주행환경 구축과 시나리오 개발 경험을 통해 국내 VTD(Virtual Test Drive) 솔루션의 기술과 영업까지도 담당하고 있다.
이러한 기술력을 바탕으로 이번 과제 계획 시 책임연구기관인 도로교통공단이 적임기업으로 판단해 과제를 함께 하게 됐다.
자동차공학연구소 강원율 이사(사진)은 “사전정의된 자율주행 실 도로 영역을 가상에서 구현하고 한국형 도로 특성, 환경 등을 반영해 실제와 동일한 가상환경에서 자율주행차를 개발하고 평가할 수 있는 플랫폼이 개발될 것”이라며 “또한 자율주행차 면허발급 시 실제에서 구현할 수 없는 시나리오를 가상에서 구현 후 사전정의된 평가방법에 따라 가상에서 자율주행 면허시험이 가능해진다”고 말했다.
그는 이어 “이를 통해 자율주행 로직 개발 기업 또는 OEM 등은 제어기 모델을 가상주행환경과 연동해 주행시험 평가를 수행하게 되고 일정 점수 이상 취득 시 자율주행차 면허가 발급된다”며 “가상주행환경을 적극적으로 활용해 면허발급 시 발생할 수 있는 시간과 공간의 제약을 해결하고 면허발급 시 발생하는 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
이렇듯 자동차공학연구소는 그동안 쌓아온 연구개발 경험을 바탕으로 가상주행환경 구축 기술을 고도화하고 더 나아가 도시단위(Macroscopic)의 교통흐름 모델링과 자율주행차 관제시스템을 개발해 국내에 서비스를 도입할 예정이다. 즉, 디지털 트윈개념의 자율주행 관제시스템을 개발해 국내 자율차를 모니터링 하는 서비스로 확장시킬 계획이다.
한편, 자동차공학연구소는 가상주행환경 구축 외에도 시스템엔지니어링 기술 개발을 수행하고 있다. 시스템엔지니어링의 경우 현대자동차, 기아자동차, LG전자 등 국내기업과 기계, 유압, 열유체 등 다중도메인의 시스템 성능해석 연구를 수행하고 있다. 특히 현재 대중화되고 있는 친환경차량의 시스템 아키텍쳐 등을 개발·평가 하는 연구를 지속적으로 이어나갈 예정이다.