ADAS 검사를 위한 시뮬레이션 기반의 VILS 환경 구축에 대한 연구

2.1 다기능 주행시뮬레이터(X-road Curve)

테스트 차량의 주행 환경을 모사하기 위해 DÜRR社의 다기능 주행시뮬레이터(X-road Curve)를 사용하였다(Fig. 2).

Fig. 2

DÜRR X-Road Curve

자동차 OEM에서는 자동차의 조립이 완료된 이후 최종 검사 공정인 EOL(End of Line)에서 자동차를 롤러 위에서 주행시키며 완성된 자동차의 롤 및 브레이크의 성능을 검사하고 있다. X-Road Curve의 경우 기존 자동차 OEM EOL 라인에서 Roll & Brake 테스트를 수행하는 장비에 조향 기능이 추가된 장비이며 EOL 라인에서 ADAS와 관련된 기능들을 보정하고 테스트하기 위한 장비로 활용할 수 있다.⁶⁾

해당 장비를 활용하여 별도의 차량 고정 작업 없이 주행을 모사할 수 있으며 ECU와의 통신 없이 차속 및 차량의 조향각을 실시간으로 측정할 수 있다. 또한 전륜 롤러 아래에는 롤러를 좌우로 움직이기 위한 별도의 장치가 설치되어 있어 주행 중 조향이 가능하도록 설계가 되어 있으며 최대 시속 170 km/h까지 주행이 가능하다.

장비의 모터는 60 kW AC모터를 사용하고 있으며 4개의 모터가 전륜 및 후륜의 롤러와 연결되어 독립적으로 제어되며 4륜구동 자동차의 주행이 가능하다. 또한 각 롤러 옆에 설치된 레이저 센서를 이용하여 차량의 위치 및 조향각 정보를 실시간으로 모니터링할 수 있으며 초음파 센서를 활용하여 차량의 진입 여부를 감지할 수 있다. 장비의 전륜 롤러에는 좌우로 움직일 수 있는 턴테이블이 설치되어 있어 조향 시 롤러를 회전시킴으로써 차량의 이탈을 방지할 수 있다.

해당 장비는 레이더 및 영상시뮬레이터와 통합되어 실시간으로 테스트 차량의 차속 및 조향 정보를 도로환경 시뮬레이션에 반영할 수 있도록 하였으며 이를 통해 ADAS 기능을 활성화하기 위한 다양한 시나리오 구현이 가능하다.

2.2 레이더 시뮬레이터

차량에 장착된 레이더 센서를 검사하기 위해서는 레이더 센서 전방에 표적을 설치하여 레이더 센서가 정상적으로 표적을 탐지하는지 확인하여야 한다. 하지만 실제 표적을 활용하여 검사를 진행하는 경우 안전상의 문제가 될 뿐만 아니라 테스트 시나리오도 제한적이다. 따라서, 본 연구에서는 공간적인 측면, 안전성 측면, 테스트 가능한 시나리오의 제한적인 측면을 고려하여 레이더 시뮬레이터를 사용하였다.

레이더 시뮬레이터는 Fig. 3에서 볼 수 있는 것처럼 차량의 전방에 설치된 레이더 신호를 수신하여 사용자가 설정한 거리, 속도, 크기 값을 시뮬레이션할 수 있다. 거리의 경우 레이더 타겟 시뮬레이터가 수신한 신호에 시간 지연을 시켜 사용자가 설정한 거리를 시뮬레이션할 수 있으며, 속도의 경우 신호의 세기를 제어함으로써 원하는 속도를 시뮬레이션할 수 있다.

Fig. 3

Radar target simulator operating principles

본 연구에서 사용한 레이더 시뮬레이터는 dSPACE社의 레이더 시뮬레이터(Fig. 4)를 사용하였으며 해당 레이더 시뮬레이터 상세 사양은 Table 1과 같다.

Fig. 4

Radar target simulator (dSPACE)

Table 1

Specifications of radar target simulator

2.3 영상 시뮬레이터

차량에 장착된 카메라 센서를 검사하기 위해서는 도로의 차선, 상대 차량 등 도로환경을 시뮬레이션할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 대표적인 영상 송출 장치인 모니터를 활용하여 카메라 센서 전방의 표적 및 도로환경을 시뮬레이션하였다. 이를 통해 협소한 공간에서도 검사할 수 있으며 표적의 속도 제어나 차선이탈 시나리오 등 다양한 테스트 시나리오 시뮬레이션이 가능하다.

영상 시뮬레이터는 Fig. 5와 같이 구성되어 있으며 운용 PC에서 실행되고 있는 시나리오 시각화 S/W와 연동하여 표적 및 도로환경을 시뮬레이션한다. 테스트 차량에서는 영상 송출 장치에서 시뮬레이션 된 표적 및 차선을 인식하여 차량의 ADAS 기능들을 활성화할 수 있다.

Fig. 5

Schematic diagram of image simulator

2.4 SCALEXIO

테스트 차량의 ADAS 기능을 활성화하기 위해서는 각 기능에 맞게 테스트 시나리오를 구성하고 시나리오에 따라 레이더 및 영상 시뮬레이터를 제어할 필요가 있다. 또한 실제 주행 환경을 보다 정확하게 모사하기 위해서는 테스트 차량의 차속 및 조향각 신호를 실시간으로 받아 레이더 및 영상 시뮬레이터에 반영할 수 있어야 한다.

본 연구에서는 테스트 차량의 차속 및 조향각을 실시간으로 모니터링하고 시나리오에 맞게 레이더 및 영상시뮬레이터를 제어하기 위해 Fig. 6과 같이 dSpace社의 SCALEXIO Real Time PC를 사용하였으며 상세사양은 Table 2와 같다. SCALAXIO는 레이더 및 영상 시뮬레이터, 다기능 주행시뮬레이터와 연결되어 실시간으로 통신하며 테스트 차량의 정보를 모니터링 하며 레이더 및 영상 시뮬레이터를 제어하도록 구성되어 있다.

Fig. 6

SCALEXIO real time PC (dSPACE)

Table 2

Specifications of SCALEXIO

2.5 통합시스템

Fig. 7과 같이 다기능 주행시뮬레이터와 SCALEXIO의 인터페이스를 통합하여 다기능 주행시뮬레이터에서의 실시간으로 측정하고 있는 테스트 차량의 데이터를 실시간으로 레이더 및 영상 시뮬레이터에 반영할 수 있도록 하였다.

Fig. 7

Schematic diagram of VILS environment for ADAS inspection

해당 통합시스템을 활용하여 테스트 차량의 데이터를 실시간으로 반영한 시뮬레이션이 가능하며 테스트 차량 주행 중 조작을 통하여 상대 차량과의 충돌상황이나 차선이탈 상황 등 다양한 시나리오를 시뮬레이션할 수 있다.

통합시스템은 dSPACE 社의 SCALEXIO를 주장비로 하여 DÜRR 社의 다기능 주행시뮬레이터를 제어할 수 있도록 구성하였다. 장비 간 인터페이스를 공유하여 통합제어 될 수 있도록 Table 3과 같이 제어모드를 개발하였으며 다기능 주행시뮬레이터의 제어 흐름도는 Fig. 8과 같다.

Table 3

Test modes of the integrated system

Fig. 8

Flow diagram of X-road Curve for integrated system

다기능 주행시뮬레이터는 “MODE1”에서 dSPACE 장비와의 통신상태를 확인한다. 이후 차량 진입이 감지되면 “MODE2”로 진입하여 SCALEXIO로부터 테스트 차량의 제원 정보, 주행시뮬레이터 주행 모드와 같은 파라미터의 송신을 기다린다. 파라미터들이 송신되면 “MODE3”으로 진입하여 차량의 제원에 맞게 휠베이스를 조정하고 조정이 완료되면 “MODE4”로 진입하여 주행 테스트를 수행할 수 있다. 테스트를 수행한 뒤 SCALEXIO로부터 테스트 종료 신호를 수신하면 “MODE1”로 돌아가면서 테스트가 종료되도록 구성하였다.

3.1 테스트 차량

VILS 실차 검증을 위해 사용한 차량은 2020년 형 Grandeur IG이며, FCW(Forward Collision Warning), AEB (Advanced Emergency Braking), LDW(Lane Departure Warning), LKA(Lane Keeping Assistance), ACC(Adaptive Cruise Control) 기능이 탑재되어있는 모델이다.⁷⁾

3.2 LDWS

테스트 차량으로 사용된 Grandeur IG의 경우 시속 60 km/h 이상에서 차선을 인식하는 경우 LDWS 기능이 활성화된다. VILS 환경에서 테스트 차량을 주행시키고 Photo. 1과 같이 시속 60 km/h 이상에서 클러스터에 LDWS가 활성화되는 것을 확인하였다. 이후 차량의 조향각을 입력하여 차선이탈 상황을 모사하였으며 LDWS 경고 시 임의로 트리거를 주어 발생 지점을 로깅하는 방법으로 해당 기능의 작동 여부를 판단하였다. 정상 주행 모습과 차선이탈 상황 모습은 Fig. 9와 같다.

Fig. 9

Road simulation of normal situation(a) and lane departure situation(b)

Photo. 1

LDWS function activation

Fig. 10과 같이 차량과 좌우측 차선과의 거리를 로깅 하며 차선이탈 상황을 모사하였을 때 좌우측 모두 차선이탈 0.5 ~ 0.6 m 전 테스트 차량의 LDWS 경고가 울리는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 10

LDWS test result

3.3 FCWS

FCWS 테스트를 위해 시뮬레이션 충돌 타겟으로 트럭 이미지를 활용하였다(Fig. 11). 타겟 차량이 테스트 차량으로부터 300 m 떨어진 거리에서부터 레이더 신호와 영상 신호를 시뮬레이션하기 시작하여 테스트 차량이 가속하기 시작하면 시속 10 km/h로 테스트 차량 방향으로 다가오도록 하였다. 이후 타겟 차량은 테스트 차량과의 거리 2 m 앞까지 다가왔다가 다시 상대속도 10 km/h로 멀어지도록 시뮬레이션하였다. 테스트 차량은 시속 70 km/h로 주행하다가 충돌 직전 가속을 중단하고 테스트 차량의 클러스터를 통하여 FCWS의 동작 여부를 확인하였다.

Fig. 11

Simulated target vehicle for FCWS test

Fig. 12는 테스트 차량의 CAN 신호를 모니터링한 차속, 상대거리, TTC를 나타낸다. 타겟 차량과의 거리가 95 m가 되는 시점부터 테스트 차량이 타겟 차량을 감지하기 시작하였으며 상대거리 9 m, TTC 2초가 되는 시점에서 Photo. 2에서와 같이 FCWS 경고가 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 12

Speed(km/h) and relative distance(m) and time to collision(s) of the test vehicle

Photo. 2

FCWS function activation

3.4 ACC

ACC 테스트를 위해 테스트 차량의 속도를 시속 60 km/h로 가속한 뒤 ACC 기능을 동작시켜 ACC 설정 속도를 시속 60 km/h로 설정하였다. 테스트 차량이 가속하기 시작하면서 타겟 차량이 시속 20 km/h로 다가오도록 하였으며 상대거리 15 m까지 접근하였다가 다시 시속 20 km/h로 상대거리 70 m 지점까지 멀어지도록 하였다. 이후 다시 상대거리 15 m 지점까지 접근하여 10초간 테스트 차량과 같은 속도로 정속 주행한 뒤 시속 20 km/h의 속도로 멀어지도록 시뮬레이션하였다. ACC가 VILS 환경에서 활성화된 것은 Photo. 3에서와 같이 클러스터를 통하여 확인할 수 있다.

Photo. 3

ACC function activation screen

Fig. 13은 테스트 차량의 차속, 상대거리, 브레이크 동작 여부를 나타낸다. 상대거리 100 m 지점부터 타겟 차량을 인식하기 시작했으며 타겟 차량이 접근함에 따라 테스트 차량이 자동으로 감속하고 타겟 차량이 멀어짐에 따라 테스트 차량이 자동으로 가속하는 것을 보고 테스트 차량의 ACC 기능이 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 13

Speed(km/h) and relative distance(m) and brake lamp(on/off) of the test vehicle