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SAE는 2016년 하반기 자율주행 용어 및 단계를 정의하는 SAE J 3016 표준을 개정하고 공표한 바 있으며, 최근 SAE와 ISO의 협약에 따라 세계적으로 반향이 큰 자율주행 정의 표준을 그대로 ISO로 올리는 것으로 합의하여 제정하였다. 따라서 국제표준인 ISO도 <그림 2>와 같이 0~5단계 기준을 갖게 되었다[4].

Fig. 2. 
Automated driving level

유럽의 ENSEMBLE 프로젝트에서는 SAE의 자율주행 레벨을 적용하지 않고 별도로 군집 자율주행을 위한 레벨을 3단계로 정의하였다. 이때, 종방향 자동화, 횡방향 자동화, 자율주행 구간, 고장 허용 범위, 군집 합류 방법, 차량 시스템 및 주변 환경에 대한 모니터링 주체, 시간 간격, 최대 군집 가능 트럭 수 등을 고려하여 레벨을 정의하고 있다[5].

<표 1>과 같이 국외 군집 자율주행 연구는 4대 이하의 트럭을 중심으로 최대 약 90km/h 속도로 주행하며, 차간거리는 4m에서부터 50m까지 다양하다. 횡방향 및 종방향 제어를 고려하여 고속도로 혹은 전용도로에서 군집 자율주행 시험을 수행하였다[5].

V2I 기반 군집주행 안전서비스를 위한 정보제공의 수준은 전방 위험 상황에 대해 LV 운전자 및 FV(Follwing Vehicle) 차량 및 운전자가 미리 상황을 인지하여 대응할 수 있도록 하기 위한 주의 정보와 주의 정보 제공 후에 LV 운전자가 상황에 대해 적절히 반응하지 않아 충돌 위험이 있는 경우 충돌 피해를 경감시키거나 회피할 수 있도록 제공하는 경고 정보로 구성된다[6].

위험상황 판단 기능은 인프라에서 검지된 정보를 통해 LV 운전자에게 전방의 위험정보 제공 여부를 결정하는 기능으로 2개의 하위 기능으로 분류되는데, 첫 번째는 다양한 검지 정보를 통해 위험상황을 판단하는 상황 판단 기능으로 군집주행 차량이 전방충돌 상황인지 여부를 결정할 수 있다. 두 번째는 상황 판단 기능을 기반으로 위험상황에 대한 정보제공의 내용을 결정하는 주의 정보 결정 기능으로 군집주행 시 감속할지 또는 간격을 유지할지에 대한 여부를 결정한다.

HMI 기능은 위험상황 판단 기능이 제공하는 정보를 사용하여 운전자에게 위험상황을 알리는 기능으로 다음과 같이 2개의 하위 기능으로 분류된다.

• - 정보제공 처리 기능 : 본 기능은 운전자에게 제공되는 정보를 준비하는 것으로 복수의 정보가 운전자에게 통보되는 경우, 각 정보의 우선순위를 평가하여 위험통지를 적절하게 제공
• - 표출 기능 : 표출 기능은 운전자에게 위험상황에 대한 정보를 표현하는 기능임

통신 기능은 무선통신을 통해 인프라에서 차량(V2I)으로 정보를 전송하는 기능이다.

위험상황 판단 시간 계수는 상황을 판단하고 위험상황을 알리는 데까지 소요되는 시간으로 다음 시간을 포함한다.

• - 상황 판단 시간 : 상황 판단 시간은 관련 정보(검지정보, 메시지 정보 등)를 근거로 상황을 판단하는데 필요한 시간임
• - 주의 정보 결정 시간 : 주의 정보 결정 시간은 상황 판단을 근거로 위험 상황의 내용을 결정하는데 필요한 시간으로 주의경고 필요 여부, 경고가 적합한지 아닌지 등을 판단하여 결정함

HMI 표출 시간은 차량으로부터 제공하고자 하는 정보를 받은 후부터 운전자에게 그 표출되기까지의 시간으로 다음 시간을 포함한다.

• - 정보제공 처리 시간 : 주로 우선순위에 따라 알림 정보를 준비하는데 필요한 시간임
• - 표출 시간 : LV 운전자에게 위험상황 정보를 보여주는 데 필요한 시간임

통신처리 시간 계수는 외부(인프라 또는 다른 차량)로부터 LV 차량으로 메시지를 전송 및 처리하는데 필요한 시간으로 통신처리 시간과 통신지연 시간을 포함한다.

LV 운전자가 주의 및 경고 정보를 인지하고, 판단하여 차량 제어 조작을 수행하며, 이를 통해 군집차량은 위험 상황에 대한 회피를 시작할 수 있게 된다. 주의/경고 정보제공 후의 시간 계수는 다음을 포함한다.

• - 운전자 인지·반응 시간 : 운전자 인지·반응 시간은 LV 운전자에게 제공된 위험상황 정보에 대해 인지하고 반응하는 시간으로 다음과 같은 시간을 포함함
  ·운전자가 위험상황에 대한 내용을 이해하는데 필요한 시간
  ·운전자가 위험한 상황을 피하는 방법을 판단하는데 필요한 시간
  ·운전자가 차량 제어를 시작하는데 필요한 시간

군집차량이 안전한 상태에 도달할 때까지 수동 혹은 자동으로 제동 혹은 제어되는 총 조작 시간이다.

위험상황 정보는 운전자가 위험한 상태와 이벤트 유형 및 위험상황에 직면하기까지의 시간 혹은 위험상태에 이르는 거리를 판단할 수 있는 정보 항목을 포함해야 한다.

위험한 상태의 유형은 장애물, 적색신호 및 후방 추돌 등이 포함되며, 위험한 상태와 그 유형에 대해 판단해야 한다.

위험한 상태의 시간적 또는 공간적 변화(증가, 감소, 없음, 있음 등)를 실시간으로 인지하고 판단할 수 있어야 한다.

위험 상태를 만나기까지의 시간 또는 위험한 상태로부터 떨어진 거리는 검지 정보를 통해 구별돼야 한다. 이를 위한 요소는 다음과 같다.

(1) 위험한 상태까지의 시간

위험한 상태를 맞닥뜨리는 시간을 판단해야 하는데 이때, 군집차량의 주행 상태(속도, 가속, 방향 등 포함)와 위험한 상황의 상태를 고려해야 한다. 위험한 상태의 위치가 이동하고 있는 경우에는 그 속도와 방향을 모두 고려해야 한다.

(2) 위험한 상태까지의 거리

위험한 상태까지의 거리를 판단해야 하며, 판단 방법은 다음과 같다.

• - 군집차량과 이벤트 간 절대 좌푯값 차이로 판단
• - 군집차량으로부터 위험한 상태까지의 절대 거리로 판단

판단 정보는 운전자가 위험 상황에 대해 알아야 하는 내용을 담고 있어야 하며, 이것은 다양한 정보를 통해서 판단할 수 있다. 동시에 여러 가지 복합 위험요소가 존재하는 경우, 시스템은 우선순위에 따라 위험한 상태를 판단하여 운전자에게 알려야 한다.

알림 정보는 주의 및 경고 정보로 구분되는데, 경고는 운전자가 잠재적으로 위험한 상황을 즉각적으로 회피할 수 있도록 하여야 한다. 주의 정보는 차량이 현재 상태에서 잠재적 위험에 대비할 필요성에 대해 운전자에게 알리는 것이다.

운전자가 너무 많은 정보를 받는 경우, 오히려 운전자의 반응을 지연시킬 수 있으므로 적정한 정보를 제공할 수 있어야 하며, 주의 및 경고 정보 표출 시 긴급성의 내용이 달라야 한다.

(1) 위험 알림 시간

위험상황 판단 및 알림 시스템은 위험상황을 판단하여 필요한 경우 운전자에게 알리는데, 위험상황에 대한 알림을 받은 LV 운전자는 위험상황을 회피하기 위해 군집차량을 적절히 제어할 수 있어야 한다.

그러므로 위험상황 판단 및 알림 시스템은 LV 운전자 인지·반응 및 군집차량의 안전한 대응을 위해 필요한 시간을 고려하여 사전에 관련 정보를 제공할 수 있어야 한다.

• T_SP = 위험상황 판단 및 알림 시스템에 의한 위험상황 검지의 시작부터 회피가 완료될 때까지의 시간 (Safety service time for Platoon)
• T_DA = 위험상황 판단 및 알림 시간 (Time from Decision to Alarm )
• T_AA = 위험 알림에서 회피까지의 시간 (Time from Alarm to Avoidance)

위험상황 판단 및 알림 시간은 위험 상태 검지 시작부터 위험정보 표출까지의 총 시간으로 위험상황 검지 및 판단 시간, 운전자에게 위험상황을 알림 여부 판단 시간, 운전자에게 알릴 정보 준비 시간, HMI를 통해 운전자에게 주의 및 경고 정보 제공 시간 등을 포함한다.

• T_DA = 위험상황 판단 및 알림 시간 (Time from Decision to Alarm)
• T_De = 위험상황 판단 시간 (Decision Time)
• T_Pr = = 정보제공 처리 시간(Processing Time)
• T_Di = 표출 시간 (Display Time)
• T_Co = 통신지연 시간 (Communication Time)

위험상황 정보 제공 후 운전자 및 차량은 적절한 조작을 통해 상태 변화로 인해 성공적으로 전방 위험상황을 회피할 수 있어야 하는데, LV 운전자는 알람을 받고 필요한 조치를 취하게 되고, 운전자의 조치에 따라 차량의 상태는 안전한 상태가 된다.

• T_AA = 위험 알림에서 회피까지의 시간 (Time from Alarm to Avoidance)
• T_PR = 운전자 인지 반응 시간 (Perception Response Time)
• T_PRS = 군집차량 안전 대응 시간 (platooning Response Time for Safety)

여기서 군집차량 안전 대응 시간, T_PRS는 주행 중 위험한 상황에서 안전한 군집주행을 위해 차량의 상태를 변경하는 시간이다. 위험한 상황은 군집차량이 정지, 가속, 감속, 차선변경, 차간간격 조정 등의 유스케이스를 발생시키는 상황을 말한다.

안개상황 시나리오를 위한 위험상황 판단 및 정보제공과 관련된 시스템은 군집차량 (LV), 인프라, 센터로 구성되며, 군집차량은 차량상태 정보를 송신하고, 인프라 정보를 수신하여 군집 주행을 제어한다. 인프라는 교통 및 도로상황을 검지하여 관련 메시지를 군집차량과 센터에 송수신한다. 센터는 인프라로부터 수집된 정보를 통해 교통 및 도로상황을 판단하고, 군집차량의 상태를 모니터링하여 안전서비스를 위한 도로교통 정보를 제공한다.

군집주행이 형성되어 유지되면 V2I 안전서비스를 수행하도록 개발하였으며, 전제조건으로 운전자의 인지반응 시간은 1.0초로 하였으며, 통신지연시간은 최대 2.0초를 넘지 않도록 하였다. 테스트베드의 V2X 통신방식은 WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) 이다.

시험평가 시나리오의 데이터 주요 흐름은 다음과 같다.

• - 고속도로 전방 짙은 안개(시정거리 250m 이하) 발생
• - 군집차량 80km/h로 주행
• - 군집차량 OBE는 RSE에 PBM을 송신(V2I)
• - RSE (Road Side Equipment)는 센터로 PBM을 송신하여 군집차량의 운행상태 모니터링(V2I)
• - 센터는 전방의 도로 및 교통, 기상상황 정보 수집
• - 센터는 해당 이벤트에 대한 use case를 설정하여 주의 정보 제공 시점 산정
• - 센터는 RSE에 RSA 송신(I2V) : 이벤트 전방 500~ 600m 구간
• - RSE는 LV의 OBE (On Board Equipment)에 RSA 송신(I2V)
• - HMI에 주의 정보(전방 안개 발생) 표출
• - LV의 운전자 판단에 의해 제어(60km/h 감속)
• - FV1, FV2는 LV로부터 BSM 수신하여 제어(V2V)하며, 혹시 발생할 군집해제로 인한 운전 제어권 전환을 위해 이벤트 300m 이전에 감속을 완료
• - RSE는 군집차량 OBE로부터 PBM 수신하여 센터로 PBM 송신(V2I)

여기서 PBM (Platooning Basic Message)는 군집의 위치 및 상태정보 메시지로 군집ID, 차종, 군집의 길이, 속도, 가속도, 시각, 군집경로, 군집운행상태, 목적지 도달 여부, 차간거리, 차량크기, 차량 중량, 화물무게 등의 정보로 구성된다. RSA (Road Side Alert)는 도로의 위험요소에 대한 경고를 알리기 위한 메시지로 날짜, 시간, 이벤트 타입, 방향, 위치, 속도 등의 정보로 구성된다. BSM (Basic Safety Message) 차량 안전에 대한 차량상태정보이며, 위도, 경도, 고도, 속도, 방향, 스티어링 각도, 종‧횡 가속도, 브레이크 등으로 구성된다.