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과제현황 목록

과제기본정보

전기동력 방식의 대용량 BRT 자율주행 기반기술 개발4년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 교통물류연구 과제번호 22TLRP-C152478-04
국가과학표준분류 1순위 기계 | 자동차 철도차량 | 차량지능화기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 건설 교통 | 도로교통기술 | 교통시설기반기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 도로교통기술 | 교통운영관리기술 과제유형 응용
과제명 전기동력 방식의 대용량 BRT 자율주행 기반기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 윤혁진
소속 한국철도기술연구원 직위 실장
전화번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2019-04-30 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
4차년도 872,000,000 5,001,000 45,000,000 50,001,000 922,001,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 국내 대용량 BRT 운행구간
- 청라국제도시역에서 가정역구간 13.3km 구간에서 대용량 BRT 4대 운행중(’18.04~현재)
- 세종 반곡동에서 한별리구간 15km 구간에서 대용량 BRT 4대 운행 계획(’18.12)
- 위 2개 구간에 자율주행 기술이 도입될 경우를 가정하여 연구수행시 고려하여야 할 사항
: 전용차로 주행 및 다른 교통류와의 차선 이용 분리 구간에서 돌발상황 감시
: 평면 교차로에서 신호등 인지 등 교차로 안전통과를 위한 기술
: 정류장에서 승객 승하차 감시 및 정밀정차가 가능하도록 하는 정류장 지원 시스템
: 자율주행 차량 운행 및 인프라 운영상태를 실시간으로 수집, 가공하여 배차정보, 운행 상태, 차량 상태, 돌발상황 등을 실시간으로 관리하는 운영관리시스템

○ 본 과제 수행을 위한 전기동력 방식의 대용량 BRT 차량
- 청라국제도시에 도입되어 운행중인 바이모달트램을 대상으로 과제를 수행
- 바이모달트램 차량 운영사(인천교통공사)의 차량 지원 등 협력(공문 첨부) 체계를 맺음

○ 미세먼지와 배기가스로 인한 대기오염, 교통혼잡 등 도심교통의 문제해결을 위해 전기동력 방식의 대용량 BRT 자율주행 기반기술을 개발하여, 국민이 체감할 수 있는 신교통서비스를 제공하고, 향후 자율주행 대중교통 시대를 맞이하여 빠른 현장실증 기반 마련
- 대용량 BRT의 자율주행 제어 액추에이터 개발
: 기존 양산 상용차에 추가엑추에이터 모듈로 자율주행 기능구현
: 내구성 및 고장상황 안정성 확보
- 전차륜 조향 및 동특성을 고려한 자율주행 제어시스템 개발
: 승객 안전성 및 편의성 향상을 위해 주행이질감과 승차감 개선 로직 구현
- 자율주행 HILS 시뮬레이터(H/W, S/W) 개발 및 자율주행 시스템 성능평가
: 대용량 BRT 실차와 시뮬레이터간 상사성 검증으로 시뮬레이터 신뢰성 확보
: 50,000km 주행으로 제어 시스템의 성능 평가

○ 대용량 BRT의 승객 안전성 향상을 위해 차량외부에서 지속적인 상태를 감시하고 적극적으로 개입하여 사전에 위험상황을 대비하는 기술을 개발하여 승객 및 국민들에게 자율주행 기술의 안전성과 편의성을 제공함
- 신호등 인지를 통한 교차로 및 횡단보도 주행/정차 판단
- 정밀정차, 비상상황인지 및 승하차 감시를 위한 정류장 지원기술 개발
- 인프라 지원시스템 운영관리기술 및 공공도로 시험
최종목표 ○ 미세먼지와 배기가스로 인한 대기오염, 교통혼잡 등 도심교통의 문제해결을 위한 전기동력 방식의 대용량 BRT 자율주행 기반기술 개발
- 대용량 BRT의 자율주행 제어 액추에이터 및 제어 시스템 개발 및 HILS 시뮬레이터 검증(TRL 5)
- 자율주행 대용량 BRT의 승객 안전성 확보를 위한 교차로 및 정류장 지원기술 개발 및 공공도로 시험검증 (TRL 5)
- 대용량 BRT 실차에 바로 적용이 가능한 수준의 자율주행 기반기술
연구내용 및 범위 ○ 대용량 BRT의 자율주행 제어 액추에이터 및 제어 시스템 개발(TRL 5)
- 대용량 BRT 자율주행용 엑츄에이터 개발 및 성능검증기 개발을 통한 평가
: 단품 및 모듈 기능 테스트, 구동 테스트, 성능, 내구성, 고장 관련 세부 시험 수행
- 자율주행 평가용 가상주행환경 구동용 드라이빙 시뮬레이터 개발 및 연동 환경 개발
: 드라이빙 시뮬레이터내 가상 주행 환경과 연동, 미들웨어 연동을 통한 센서데이터 출력 및 결과 확인, 제어기 및 엑츄에이터 하드웨어 연동
- 운전자 우선 또는 시스템 우선 모드 변환 모듈 개발
: 조향핸들 및 가감속 패달 조작시 자동으로 모드변환: 센서 및 동작구조 설계, 시제품 제작, 신뢰성 평가
- 전차륜 조향 등 BRT 운동특성을 반영한 제어기 개발 및 탑재
: 제어기 하드웨어 및 구동소프트웨어 제작, 인지센서와 제어기간 하드웨어 인터페이스. 자율주행 판단로직 개발, 일체형 제어기 개발, 자율주행 고장진단 기능 개발
- 대용량 BRT용 자율주행 제어기 시험 평가
: 시뮬레이터를 이용한 제어기의 시험평가(누적 50,000km 주행)
- 차선 유지, 정밀 정차, 충돌 방지 및 회피를 위한 종/횡방향 정밀 제어 기술 개발
: 종횡방향 정밀제어 알고리즘의 경로 추종성 검증 및 주행 이질감과 승차감 개선
- 중량을 포함한 차량 파라미터 추정기 및 주행경로 생성 알고리즘 개발
: 관성센서, 휠속센서, GPS, 조향각 등을 이용하여 굴절버스의 전량과 후량의 중량추정
: 정밀정차, 회피, 충동방지등 차량파라미터 추정기 기반 주행경로생성
- 대용량 BRT 동특성 모사 차량 모델링 및 검증
: 굴절버스 실차를 이용한 전차륜 조향, 운동특성 측정 및 시뮬레이터에 필요한 파라미터 추출
- 주행시나리오 개발 및 대용량 BRT 가상주행환경 구축
: 전용도로에서의 대용량 BRT 운영에 따른 시나리오 개발
: 실차기반 센서데이터 측정을 통해 시뮬레이터간 상사성 검증
: 자율주행용 BRT 센서모델 개발
- 굴절버스 자율주행로직 평가 및 검증 환경 구축
:자율주행로직 평가를 위한 인터페이스 모듈 개발
: 시뮬레이터 및 자율주행 제어기와 가상주행환경 간 연동 수행 및 검증

○ 자율주행 대용량 BRT의 승객 안전성 확보를 위한 교차로 및 정류장 지원기술 개발(TRL 5)
- 대용량 BRT의 주행 정차를 위한 신호등 인지기술 개발
: WAVE 통신기반 횡단보도, 신호등 현시정보 제공
- 대용량 BRT의 크기 및 회전반경을 고려한 자세 및 위치 추정 기술 개발
: 자율주행 다중센서 기반 도로 환경(도로 노면 표시, 구조물)인식
: 센서정보 융합을 통한 대용량 굴절 버스 자세 및 위치 인식
- 2량의 위치를 고려한 승객 승하차시 돌발상황 및 비상상황 인식기술
: 지장물, 낙하물, 도로내 승객이동 등 센서 및 영상을 이용한 비상돌발상황 인지
- 대용량 BRT의 정밀정차 및 진입진출을 위한 지원기술
: 승객 승하차 감지, 정밀정차 판단
- 인프라 지원시스템 운영관리 기술개발
: 자율주행차량, 정류장, 진입진출 상황등 자율주행 정보기반 고도화
- 자율주행기반 정밀정차 및 진입진출을 위한 공공도로에서의 시험 검증
: BRT 실차운행(운전자모드)을 통한 교차로 및 정류장 지원기술 공공도로 검증
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
4차년도 ● 통합 자율주행 제어시스템 세부 모듈 개발
● 차량의 실시간 고장진단 및 주행상태 모니터링 기술 개발
● BRT 전용노선 시나리오 기반 인지기술 개발
● 관제인터페이스 모듈 개발
● 주행제어 알고리즘을 적용한 통합제어기 개발 및 시뮬레이터 탑재
● 상용 인지센서의 퓨전을 통한 장애물 인지 실험
● 대용량 BRT의 동특성을 고려한 종·횡방향 정밀제어 알고리즘 개발
● 차량 센서를 이용하여 대용량 BRT의 중량을 포함한 차량 파라미터 추정기 개발
● 대용량 BRT를 위한 자율주행용 엑추에이터 1차 시작품 및모드변환모듈 제작
● 엑추에이터 모듈 HILS 시스템 구축 및 시험
● 대용량 BRT 자율주행 H/W 시뮬레이터 제작
● 실차기반 차량모델 검증 및 자율주행 평가용 가상주행환경 구축
● 도로환경 인식을 활용한 굴절버스 자세, 위치 인식 기술 개발
● 자율주행 대용량 BRT 인프라 관제시스템 S/W 시작품 개발
● 자율주행 대용량 BRT 정류장 지원시스템 시작품 개발
● 자율주행 대용량 BRT의 주행/정차를 위한 교차로, 횡단보도 판단 시스템 시작품 개발 		○ 주관연구기관(한국철도기술연구원):
- 통합 자율주행 제어시스템 세부 모듈 개발
- 차량의 실시간 고장진단 및 주행상태 모니터링 기술 개발
- BRT 전용노선 시나리오 기반 인지기술 개발
- 관제인터페이스 모듈 개발
- 주행제어 알고리즘을 적용한 통합제어기 개발 및 시뮬레이터 탑재
- 상용 인지센서의 퓨전을 통한 장애물 인지 실험

○ 위탁연구기관 1(한국자동차연구원):
- 자율주행 센서 융합 정보 및 Path Planning에 따른 종횡방향 통합 제어로직 개발

○ 위탁연구기관 2(한국과학기술원):
- 기준 차량 모델을 기반으로 차량 파라미터 추정을 위한 세부 모델링을 추가하여 기준 차량 모델 개선
- 차량 파라미터 추정을 위한 세부 모델링을 이용하여 1차 연도의 중량 추정 인덱스를 차량 파라미터 추정의 핵심이 되는 인덱스로 개선
- 중량 추정 알고리즘을 이용하여 차량 파라미터 추정 인덱스를 고려한 추정 알고리즘으로 개선
- 주행 속도, 공차 중량 및 수용 인원에 따른 중량 및 차량 파라미터 추정 알고리즘의 정확도를 90% 수준으로 확보
- 대용량 BRT의 Simulink 모델을 통한 중량 및 차량 파라미터 추정 알고리즘의 검증

○ 공동연구기관 1(트리즈엔지니어링):
- 대용량 BRT용 엑추에이터 상세설계 및 1차 시작품 및 모드변환모듈 제작
- 엑추에이터 모듈 HILS 시스템 구축 및 시험 수행
- 가상환경 연동을 위한 인터페이스 환경 (미들웨어)
- 대용량 BRT 모사를 위한 드라이빙 시뮬레이터 설계
- 대용량 BRT 자율주행 H/W 시뮬레이터 제작

○ 공동연구기관 2(㈜자동차공학연구소):
- 대용량 BRT 실차 시험 수행 및 차량 모델 검증
- 자율주행 평가용 가상주행환경 구축 및 검증
- 가상 물리 센서 모델 개발 및 검증
- 평가용 시나리오 개발

○ 공동연구기관 3(㈜하나텍시스템):
- 자율주행 대용량 BRT 인프라 관제시스템 S/W 시작품 개발
※ 관제시스템 대상 장소: 청라 GRT운행 노선
※ 인터페이스 기술: 차량-인프라간 정보전송 데이터 정의에 따른 양방향 전송 및 표출

- 자율주행 대용량 BRT 정류장 지원시스템 시작품개발
- 자율주행 대용량 BRT의 주행/정차를 위한 교차로, 횡단보도 판단 시스템 시작품 개발
- 자율주행기반 정밀정차 및 진입진출을 위한 공공도로 현장조사

○ 공동연구기관 4(성균관대학교):
- GPS time 기반 다중 센서 동기화 로깅, 플레이백 프로그램 개발 (DB 사전 작업) 학습을 위한 학습 데이터 셋 구축 및 증량
- 대상 도로 환경의 인식률 향상을 위해 학습을 위한 다중센서 DB를 구축하고 데이터 증량을 위한 기술 및 프로그램 개발
- 구축된 다중 센서 학습 데이터 셋과 주행 가능영역을 활용한 딥러닝 기반 센서 퓨전 도로환경 인식 기술 개발
- 다중센서를 통한 도로환경 인식 데이터와 정밀지도를 활용한 굴절버스의 자세 및 위치 인식 기술 개발
- 구축된 다중 센서 학습 데이터 셋과 주행 가능영역을 활용한 딥러닝 기반 센서 퓨전 도로환경 인식 기술 개발
- 다중센서를 통한 도로환경 인식 데이터와 정밀지도를 활용한 굴절버스의 자세 및 위치 인식 기술 개발
- 다중센서 딥러닝 기반 도로환경 인식 데이터와 정밀지도를 활용한 굴절버스의 자세 및 위치 인식 및 주행경로 정보 생성
연구성과 기술적 기대성과 - 제2차 자동차정책 기본계획(국토부)의 2020년 레벨 3 자율주행차를 상용화 추진에 있어서 안전도가 향상된 대중교통 자율주행 기술이 접목될 수 있음.
- 가상에서 자율주행 알고리즘을 가속 평가함으로써 자율주행 알고리즘의 테스트 시간을 단축시킬 뿐만아니라 신뢰성을 높일수 있어, 실차에 자율주행 알고리즘을 적용시 개발기간을 최소화
- 다중 센서 기반 굴절버스 자세 및 측위 기술의 핵심원천기술 확보를 통해 국내외 굴절버스 자율주행 기술 적용시 글로벌 기술경쟁력을 확보함
사회 경제적 파급효과 - 자율주행 시스템 도입에 따른 대용량 BRT의 교통사고 최소화(운전자의 실수 또는 운전미숙이 도로 교통사고의 90%를 차지)
- 신호위반, 난폭운전, 졸음운전의 해소
- 정위치 정차를 통한 교통약자 서비스 향상
- 지자체에서 운용중이거나 신규 도입예정인 대용량 BRT에 적용하여 대중교통의 경쟁력 강화
- 전용노선의 자율주행 적용으로 대중교통의 정시성, 안전성, 친환경성의 획기적 향상
- 대중교통분야의 자율주행 신산업 육성으로 4차 산업혁명관련 양질의 일자리 창출
- 정류장 지원시스템으로 돌발상황 등 이벤트 발생시 신속한 대처를 통해 승객 안전성 확보
- 승객을 고려한 자율주행 BRT의 주행제어기술로 안전성과 편의성 확보
- 고가의 가상주행환경 외산 SW를 국산화에 성공할 경우, 관련 산업 활성화로 인한 수익창출 및 일자리 창출 등 경제효과가 있음.
- 자율주행 대중교통의 기술에 대한 안전성을 보장하여 자율주행 자동차의 안전에 대한 부정적 인식해소(해리슨폴에 조사결과 미국 성인 52%는 자율주행자동차의 안전에 부정적으로 인식)
활용방안 - 개발된 평가방법 및 제어알고리즘을 활용하여 실차 BRT에 확대 적용
- 실차 BRT의 자율주행 적용 기술시, 가능한 돌발상황 사전점검으로 현장운행 최소화
- BRT용 엑츄에이터 기술개발로 완성차 업계 뿐만 아니라, 다양한 차량개발 업체로 확대 적용 가능
- 대용량 차량에 맞는 모드변환기술로 대용량 BRT뿐만 아니라 상용차로 확대적용
- 본 과제에서 개발되는 각종 알고리즘은 시스템 제어 및 안전측 동작으로 구현, 적용됨으로 안전성 향상에 활용
- 본 과제에서 개발되는 실시간 신뢰성 평가기술은 철도차량, 항공기 등 타 분야에도 확대 적용하고 기술이전을 통한 국내외 신뢰성평가/제어 시장 진출
- 신뢰성 높은 가상시험환경 기술확보를 통해 다양한 자율주행 테스트 플랫폼으로 활용
- 대형차량용 드라이빙 시뮬레이터 기술확보로 시뮬레이터 제품화
- 국내에서 시뮬레이터의 주행거리를 인정할 수 있는 기반 마련(유럽연합국가 인정)
- BRT 차량 모델을 구축하여 자율주행 뿐 아니라 차량의 동역학 성능, R&H, 내구 시험에도 활용
- 개발된 운영관제시스템은 대용량 자율주행 BRT의 시범 운영을 위한 관제 시스템으로 활용
- 정류장 지원기술을 신교통수단으로 확대적용으로 대기 승객의 안전성을 향상
- 신호등 정보제공기술은 운전자 편의증가를 위해 일반차량 확대적용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 대용량 BRT 자율주행 제어 HILS 정류장
영문 aticulated bus self-driving control Hardware-in-the-loop Simulator bus stop
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