R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C133064-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 자율 군집 주행을 위한 군집 행동 모델 및 WAVE 표준 기반 응용 프로토콜 원천 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2019-03-30 | |||||
| 연구책임자 | 김효곤 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 고려대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 배경: 자율 주행 차량 및 자율 군집 주행 기술의 급격한 발전 ● 전자기술의 발달로 인해, 자동차는 내연기관을 포함하는 기계장치에서 많은 수의 micro controller unit (MCU)를 이용해 전자적으로 기능을 구동하는 전자기기로 진화 중이며 부품 간의 전자제어를 통해 효율적인 주행이 가능하도록 개발되어 왔음 ● 학계, 산업계에서는 2단계 자율 주행을 활용하여 여러 대의 차량이 군집을 이루어 주행하는 자율 군집 주행을 함으로써 연비 효율 및 주행 안전성을 향상시키는 연구를 진행 중이지만 ADAS를 이용한 2단계 자율 주행은 주변 주행 환경의 파악 능력이 센서의 성능에 제약 받으므로 운전자 보호 및 주행 효율 향상을 위한 부드러운 차량 간 연동에 한계가 있음. 특히 타 차량의 상태 정보는 센서로 인지가 가능하나, 차량이 상태 변경을 하려는 의도 자체는 인지할 수 없으므로 미리 대처하기 어려움 ● 제한된 주변 환경 인식의 한계를 뛰어넘기 위해, 최근 미국에서 법안이 발의되어 신규 상용차에 탑재될 예정인 Vehicle-to-Everything (V2X) 통신을 이용하여 차량의 상태를 공유하고, ADAS보다 능동적으로 도로 상황에 대응하는 제한적/완전 자율주행 연구가 진행되고 있음 ○ 문제: 독립 자율주행 기능을 최대한 활용하는 군집 주행 알고리듬과 이를 보조하기 위한 표준화된 응용 프로토콜의 부재 ● 현재까지의 자율 군집 주행 알고리듬은 실제 차량 주행 환경에 맞지 않는 과도한 제약으로 인해 이론적인 수준에 불과하며 자율 주행 기능을 최대로 활용하지 못함 ● 표준화된 응용 계층의 프로토콜 부재로 인해 자율 군집 주행의 현실적인 활용이 어려움 ○ 제안의 요점 ● 자연에서 영감을 받은 flocking 행동 모델을 기반으로 고성능 자율 주행 기술을 갖춘 차량이 최소한의 제약 조건만으로 최대한의 자율을 보장받으면서 자율 군집 주행하는 연구를 수행할 것임 ● 현재 여러 회사들이 개발하고 있는 우수한 성능의 자율 주행 차량이 다 같이 군집 주행을 할 수 있도록 하는 표준화된 V2X 통신 응용프로토콜 및 서비스를 개발할 것임 ● V2X 통신의 신뢰성 향상 및 보안성 강화를 위한 연구를 수행할 것임 [최종목표] ○ V2X 통신을 이용해 자율 주행 및 자율 군집 주행 기술의 현실화를 위한 필수 연구 ● 자율 군집 주행 시스템의 안정성을 위한 flocking 행동 모델 기반의 최소 제약, 최대 자율 주행 모델 연구 - 영국의 한 연구진이 자연에서 관찰되는 flocking 행동 모델을 군집 주행에 적용함으로써 군집 주행 시의 대열 형성 및 이동에 대한 이론적인 토대를 마련하고자 하였음 - 그러나 flocking 행동 모델은 무리의 움직임을 모델링하기 위해 많은 제약조건을 가지고 있으며 자연을 자유롭게 움직이는 새, 물고기 등의 무리에 반해 차량은 제한된 도로를 주행하는 등 주변 환경 요인도 다르기 때문에 현실에 적용하는데 무리가 있음 - 따라서 훌륭히 자율 주행 하고 있는 차량 성능을 최대한 활용하면서도 flocking 모델과 유사하게 도로 환경에서 군집을 형성해 주행하는 최소한의 제약을 가지는 행동 모델을 개발함으로써 군집 대형의 안정성을 높이고 유연하면서도 질서 있는 주행을 가능하게 하는 연구가 필수적임 - 제안하는 최소한의 제약과 최대한의 자율성을 보장하는 행동 모델을 기반으로 군집 주행에 필요한 군집 생성, 합류, 유지, 이탈과 같은 기능을 정의함으로써 표준화를 위한 기반을 마련 ● V2X 통신상에서 WAVE 표준 기반의 자율 군집 주행 응용 프로토콜 표준화 및 서비스 연구 - 완성차 회사들은 V2X 통신을 포함한 정교한 자율 군집 주행 시스템을 개발 중이며 수 m의 차량 간격을 유지하면서도 고속 군집 주행 하는 것을 시연하는 등 연구를 진행 중이지만 회사마다 다른 센서와 기능을 사용하기 때문에 상호운용성이 떨어지는 단점이 있으며 현실화를 어렵게 하는 또 다른 장애물임 - 또한 현재 표준화된 WAVE나 ITS-G5와 같은 V2X 통신을 이용해 자율 군집 주행을 지원하는 프로토콜 스택이 완전하게 정의되지 않았기 때문에 자율 군집 주행 차량 간에 군집 주행을 위한 정보 공유가 어려움 - 본 연구에서는 이것을 가능하게 하는 V2X 통신을 이용한 WAVE 표준 기반 자율 군집 주행 응용프로토콜 및 서비스를 개발하고, 완성차 업체들이 타사의 차량과 자율 군집 주행을 위해 본 연구의 응용 프로토콜을 활용하게 함으로써 자율 군집 주행 기술의 현실화를 꾀함 [연구내용 및 범위] ● 자연에서 영감을 받은 flocking 행동 모델을 기반으로 고성능 자율 주행 기술을 갖춘 차량이 최소한의 제약 조건만으로 최대한의 자율을 보장받으면서 자율 군집 주행하는 연구 - 차량의 독립 자율주행은 현재 고도화된 센싱 기술을 통해 이미 작동하고 있음. 기존의 flocking 행동 모델을 과도하게 세세한 조건들로 구현하면 고도의 독립 자율주행을 가진 차량에 적용하면 각 차량의 지능을 활용하지 못하고 자유로운 주행을 오히려 억제할 가능성이 있음 - 본 연구에서는 차량의 자유로운 군집 주행에 이 flocking 행동 모델을 적용하되 최대한의 자율을 보장하면서도 최소한의 제약조건만으로 군집을 이루도록 하는 연구를 진행함 ● 현재 여러 회사들이 개발하고 있는 우수한 성능의 자율 주행 차량이 다 같이 군집 주행을 할 수 있도록 하는 표준화된 V2X 통신 응용프로토콜 및 서비스를 개발 - 자율 주행 기술은 자동차 업계의 기술 경쟁을 통해 빠르게 발전하고 있으나, 업체마다 사용하는 기능과 알고리듬이 다르기 때문에 합의된 기술을 사용하기 어려움 - 그러나 자율 주행 차량이 더 높은 안전성을 보장하고 자유로운 주행을 위해서는 타 차량과 V2X 통신을 통해 정보를 교환하여 위험도를 줄이는 것이 필수적이며 자율 군집 주행에서는 그 필요성이 극대화됨에도 불구하고 자율 군집 주행을 위한 표준화된 응용 프로토콜이 부재함 - 자율 군집 주행의 현실화를 위해서는 이 난관을 반드시 헤쳐야 하며 본 연구에서는 V2X 통신상의 자율 군집 주행을 위한 WAVE 기반 응용 프로토콜 및 서비스를 개발하여 제안함으로써 차량 제조사에 관계없이 안전하고 주행 효율이 높은 자율 군집 주행이 가능하게 할 것임 ● V2X 통신의 신뢰성 향상 및 보안성 강화를 위한 연구 - 카메라, 레이다, 라이다 등의 센서는 Line of Sight (LoS)에 차량 또는 물체가 위치해야 인식되는 단점으로 인해 날씨, 열악한 도로환경, 장애물 등에 의한 인식 문제가 발생할 수 있으며 이것의 해결을 위해 1 km까지 통신이 가능하며 Non-Line of Sight (NLoS)상황에서도 정보 교환이 용이한 V2X 통신이 사용됨 - 그러나 V2X 통신도 여전히 차량 혼잡 상황이나, 도로 구조물이 복잡한 환경에서는 수신 감도가 떨어지고 연결이 절체되는 상황이 발생할 수 있으므로 이것에 대비한 신뢰도 향상 연구가 반드시 필요함 - 또한 V2X 통신 프로토콜이 제공하는 보안 기능이 존재함에도 불구하고 여전히 공격 가능한 취약점을 찾아 개선하고, 자율 군집 주행을 위해 실행되는 정보 교환으로 인해 발생하는 개인 정보 노출을 막는 연구도 진행할 것임 |
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| 색인어 | 한글 | 자율 군집 주행 | V2X 통신 | Flocking 행동 모델 | 응용 프로토콜 | 표준 기반 |
| 영문 | Autonomous platooning | V2X communications | Flocking behavioral model | Application protocol | Standard-based | |
| 최종보고서 | 최종보고서_고려대학교 산학협력단(김효곤).pdf | |||||