자동차 안전기술의 진화

자동차 안전기술의 진화

자동차산업의 발전과 성장의 이면에는 교통사고라는 어두운 그림자도 있다. 이를 극복하고 안전한 자동차를 만들기 위해 자동차 업계에서는 끊임없는 노력을 기울여 왔다. 1936년 2점식 안전벨트 개발이후, 3점식 안전벨트, 머리지지대(headrest),  에어백(air bag)과 ABS(anti-lock brake system) 등과 같은 수동안전장치(passive safety system)가 개발하였고, 최근에는 차량이 위험상황을 스스로 감지하여 사고를 회피하거나 충격을 경감시켜주는 능동안전(active safety) 장치가 일부 개발되었거나 연구되고 있다.

실제로 1950년대부터 본격 장착되기 시작한 안전벨트는 교통사고에 의한 치명적인 상해와 사망사고를 줄이는데 지대한 공헌을 하였고, 2000년대 이후 일부 도입된 능동안전장치도 사고방지와 피해를 줄이는데 어느 정도 성공한 것으로 평가받고 있다. 이에 따라 본고에서는 현재 일부 적용되었거나 향후에 도입될 것으로 예상되는 사고예방을 위한 여러 가지 능동안전 시스템에 대해 간략히 소개하고, 전망해 보기로 한다.

사고예방을 위한 능동안전장치의 유형

⊙ 예방안전기술

예방안전기술은 차량과 운전자의 상태를 카메라나 레이더, 적외선 등과 같은 센서를 통해 실시간으로 감시(monitoring)하고, 상황에 따라 위험상황을 사전에 시각·청각·촉각적으로 경고하는 시스템이다. 대표적으로 졸음운전 경보장치(driver alert system), 전방 충돌위험 경고장치(forward vehicle collision warning system), 차선이탈 경보장치(lane departure warning system), 사각지대 경보장치(blind spot warning system), 야간 장애물 경보장치, 도로의 선형 및 교차로 위험 경고장치 등이 있다.

이미 여러 자동차회사에서 상용화된 졸음운전 경보장치는 주로 센서를 통해 운전자의 눈 깜박임 상태를 분석하거나 운전자의 머리 위치와 각도 변화, 차량의 지그재그 주행 상태 등을 모니터링하여 졸음 여부를 판단하고 경고한다. 다임러(daimler)는 스티어링 휠의 조작 상태와 속도 등의 측정 자료를 이용하여 졸음이나 운전태만 여부를 감시하고 경고하는 장치를 개발하였고, 일본의 MITRA사는 시트벨트에 압전 센서를 내장하여 운전자의 호흡 상태를 계측하여 졸음 운전을 판단하는 기술을 개발하기도 하였다. 최근에는 운전자의 운전습관을 기억하였다가 평소와 다른 주행 패턴이 나타나면 졸음운전으로 경고하는 시스템이 개발된 바 있다.

전방 충돌위험 경보장치(FVCWS)는 앞차와의 거리 및 속도를 모니터링하여 위험 상황시 운전자에게 이를 경고한다. 근래에는 더 나아가 앞차와의 안전거리를 자동으로 유지시키고, 긴급 상황에서는 자동으로 제동장치를 작동시킨다. 차선이탈 경보장치(LDWS)는 운전자가 의도하지 않은 차선이탈 상황을 감시하여 경고를 주고, 사각지대 경보장치(BSD)는 운전자가 인지하기 어려운 측후방의 사각지대를 실시간으로 감시하여 차량이 위험하게 접근할 때 경고하게 된다.

나이트뷰(night view)는 어두운 야간에 인식하기 어려운 차량이나 보행자, 장애물 등의 위치 정보를 알려주고 경고해 운전자의 사물인식을 보조한다. 일반적으로 장애물의 인식은 원적외선 카메라를 이용하여 열원을 감지하거나 근적외선, 초음파를 이용하여 물체의 존재 여부를 감지한다. 커브길이나 교차로에서 전조등의 조사방향을 자동적으로 조절하여 운전자의 시인성을 향상시킨 능동형 가변 전조등은 이미 일부 차량에 적용되고 있다.   

차량의 환경 센서는 도로의 구부러짐을 측정하거나 도로안전표지를 인식하여 속도를 제어한다. 또한 GPS 위치정보와 전자지도(digital map)에 저장된 도로선형 및 주행정보를 이용하여 위험한 도로 선형이나 주행상황을 경고하기도 한다. 교차로에 접근할 때에는 차량에 장착된 각종 인지 센서들과 차량간 통신(V2V; vehicle to vehicle communication), 차량과 교통시스템의 인프라간 통신(V2I; vehicle to infrastructure)을 이용하여 교차로의 위험상황을 인식하고 경고한다. 향후 차량끼리의 통신(V2V)이나 차량과 인프라 사이의 통신(V2I)은 주변의 돌발 위험상황이나 운행정보를 서로 공유해 안전하고 쾌적한 주행환경을 만드는데 큰 역할을 하게 될 것으로 기대된다.  

⊙ 사고회피 및 피해경감기술

사고회피 및 피해경감기술은 대부분 예방안전기술과 통합 제어하는 시스템으로 개발 및 연구되고 있다. 차량의 각종 센서들이 위험상황을 감시하여 경고하였음에도 불구하고 운전자가 적절한 조치를 하지 않았을 경우에는 자동으로 사고회피 기능이 작동한다. 그리고 사고회피가 불가능하다고 판단되는 경우에는 충돌 피해를 경감시키기 위한 기능이 작동된다.     

볼보에 적용된 시티 세이프티(city safety), 닛산의 추돌방지시스템(collision avoidance assist)은 전방 차량과의 위험상황에서 운전자가 적절한 감속을 하지 않을 경우 자동으로 제동장치를 작동시켜 사고를 능동적으로 회피한다. 또한 닛산에서 개발된 후진충돌방지(back-up collision prevention) 시스템은 후방에서 차량이나 보행자, 장애물이 위험하게 접근될 때 소리로 경고하고 동시에 브레이크를 자동으로 작동시킨다. 향후에는 전자식 자세제어장치(electronic stability control)에 능동 조향(active steering)이 추가된 통합샤시제어를 통해 보다 폭넓은 사고회피 기능을 수행하게 될 것으로 예상된다.

충돌시 탑승자의 피해를 경감시키기 위한 도요다의 프리크래시 세이프티(pre crash safety)는 레이더에 의해 장애물을 감지하여 충돌이 불가피하다고 판단될 경우 승객의 안전벨트를 신속하게 구속시킨다. 닛산의 브레이크 감응형 시트벨트는 운전자가 브레이크를 밟는 속도와 크기를 감지하여 위험을 판단하고 신속하게 시트벨트를 구속시킨다. 보행자의 상해 감소와 관련해서도 보행자 충돌시 차량의 후드(hood; bonnet)를 들어오려 보행자의 머리 상해를 감소시키는 장치도 개발되었다.

 맺음말

2030년 자동차 기술전망(자동차공학회, 2010)에서는 지능형 차량기술에 운전자의 운전부담 경감과 편의성, 능동안전 자동차 기술을 통하여 교통사고로 인한 피해자의 사망률을 90%이상 감소시킬 수 있다고 예상하였다. 능동안전기술의 세부 유형으로는 예방안전기술, 사고회피기술, 피해경감기술 등이 있으며, 이들 기술은 서로 유기적으로 결합되어 차량과 운전자, 도로환경을 실시간으로 모니터링하고, 위험 발생시에는 운전자에게 경고하며, 충돌위험 판단시에는 적절한 운전조작이 자동으로 이루어지는 자율주행(autonomous vehicle) 또는 스마트(smart)한 안전기술로 진화될 것으로 예상된다.