차선이탈 경보 시스템

차선이탈 경보 시스템

차선이탈 경보 시스템(LDWS, Lane Departure Warning System)은 전방 카메라 영상과 차량 신호정보를 이용하여 운전자의 부주의에 의한 차선 이탈 여부를 판단하여, 차선 이탈 위험이 예측되는 경우 경보를 울려주는 시스템이다. LDWS(엘디더블유에스)라고도 부른다.

역사

차선이탈 경보라는 개념이 세상에 나온 지 20년이 채 되지 않았다. 최초의 차선이탈 경보는 차선 유지를 도와주는 정도였다. 독일 브랜드에서는 아우디가 2007년 최초로 적용했지만, 당시 적용된 기술 역시 예방 차원으로 운전자에게 경보를 주지는 못했다. 우리가 아는 ‘경보’ 개념의 차선이탈 방지는 BMW가 2008년 처음으로 도입을 시작했다. 차량용 카메라 부분 세계 1위 기업인 모빌아이(Mobileye)의 제품이 사용됐다. 비슷한 시기 제네럴 모터스(GM) 산하의 캐딜락이 차선이탈 경보를 도입했다. ‘독일 3사’ 중에선 메르세데스-벤츠가 2009년 마지막으로 도입했다.

개요

차선이탈 경보 시스템은 차량에 탑재된 카메라가 차선을 인식하는 것에서 시작한다. 좌우의 차선을 인식해 카메라와의 거리를 계산해 차선 가운데로 가고 있는지를 판단하는 것이다. 왼쪽 혹은 오른쪽의 차선이 카메라와 가까워지면 차량이 차선 중앙을 주행하지 않는 것으로 판단한다. 비교적 간단해 보이지만 카메라의 차선 인식률과 차선의 마모, 악천후에서의 차선 인식 등의 문제로 높은 수준의 기술을 요구한다. 최근엔 주행 조향 보조시스템(LKAS, Lane Keeping Assist System)으로 발전됐다. 핸들 혹은 시트에 진동모터를 추가해 차선을 이탈할 경우 운전자에게 경고를 한다. 자율주행차를 만드는 데 있어 핵심 기술로 불린다. 미국 고속도로 안전협회(IIHS)는 차선이탈 방지의 유무에 따라 사고 발생률이 11%까지 줄일 수 있다고 밝혔다. 후측방 경보(BSD, Blind Spot Detection)이 함께 사용되면 최대 21%다. 사고 건수로는 미국 기준 8만 5,000건에 달한다. 지난 2015년 국내 교통사고는 23만 2천여 건, 월평균 1만 9천 건 수준이다. 이 중에 차선위반으로 인한 사고는 1만 5,600여 건, 월평균 1,300여 건이다. 비율로 계산하면 차선 위반 사고를 3,200건 수준으로 낮출 수 있다.

특징

LDWS

LDWS는 다양한 ADAS 기능의 하나로 카메라 센서를 이용하여 차선을 감지함으로써 차량 충돌 사고의 주요 원인인 차선 이탈 상황을 감지해 운전자에게 진동, 소리, 시각 효과 등으로 경고해 주는 시스템을 의미한다. 운전자가 방향 지시등 없이 차선 변경을 시도하는 경우 LDWS는 위험 상황이라 판단을 하고 운전자에게 경고를 해 주는 것이다. LDWS를 위한 카메라는 전방을 주시하기 때문에 센서 모듈은 보통 전면 유리와 룸미러 사이에 장착을 하고 카메라 센서와 카메라로부터 오는 영상을 실시간으로 처리하는 영상처리 알고리즘을 구동하는 ECU(Electronic Control Unit) 및 위험 상황 감지 시 경고를 할 수 있는 HMI(Human Machine Interface) 등으로 구성된다. 운전자가 방향 표시등을 켜지 않고 차선 변경을 시도하거나 졸음 등의 부주의로 인해 차선을 넘어 주행하려고 할 때 카메라로 전방의 차선을 인식하여 안전거리보다 차선에 가깝게 다가가는 경우 경고등, 음성, 진동 등으로 경고를 해준다. 차선 이탈 시 위험 상황을 경고해주는 LDWS에서 한발 더 나아가 자동으로 조향 제어를 하여 위험 상황을 회피하는 차선 유지 보조 시스템(LKAS, Lane Keeping Assist System) 기능은 LDWS와 카메라 기술은 거의 동일하기 때문에 전자식 파워 스티어링(EPS, Electric Power Steering)과 제어 알고리즘만 있으면 구현할 수 있어 점점 함께 장착되는 추세이다. 이 뿐만 아니라 도로상의 표지판 인식(TSR, Traffic Sign Recognition)을 통해 제한 속도에 맞춰 차량 속도를 자동으로 제어하는 등의 기능으로 확대되는 추세이며, 최근에는 도로상의 차량뿐만 아니라 사고의 위험이 될 수 있는 보행자나 동물까지 인식할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

시장 현황

최근 LDWS를 위한 핵심 영상처리 알고리즘이 포함된 핵심 칩은 SoC(System on Chip) 형태로 이스라엘의 모빌아이(Mobileye)사가 개발하여 전 세계 점유율의 80% 이상을 차지하며 거의 독점적 지위를 확보하고 있다. 많은 1차 공급업체들이 LDWS를 개발하고 있지만, 핵심 영상처리 알고리즘이 포함된 칩은 모빌아이가 장악하고 있다고 보아도 무방할 것이다. 모빌아이의 강점은 핵심 영상처리 알고리즘인데 인식률 등의 성능이 타사보다 월등히 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 기술력은 오래전부터 전 세계 각국의 도로 데이터를 수집하여데 이터베이스화하여 이를 바탕으로 지속해서 영상처리알고리즘을 개발한 끝에 얻어진 결실이다. 최근 화두가 되고 있는 기계학습 및 인공지능 기술을 오래전부터 개발하여 운전자의 운전 습관이나 환경을 학습하여 성능을 최적화할 수 있기 때문에 성능 면에서도 막강하다. 모빌아이는 LDWS 시스템을 완성차 업체에 공급하지는 않지만 다양한 1차 공급업체들 및 기타 부품 업체들과의 제휴를 통해 모듈을 공급하고 있으며, 핵심 영상처리 칩은 SoC의 형태로 STMicroelectronics에서 생산을 하고 있다. 단안 카메라의 한계는 인식 물체의 거리 정보를 정확히 추출할 수 없다는 것인데 이를 극복하기 위하여 독일의 콘티넨탈(Continental)과 보쉬(Bosch)는 자체적으로 카메라를 2개 사용하여 물체 인식뿐만 아니라 거리정보 추출까지 가능하도록 스테레오 카메라 시스템을 개발 중이다. 하지만 모빌아이는 카메라를 이용하여 할 수 있는 기능은 모두 모노 카메라를 이용하여 구현하겠다는 방침이기 때문에 향후 기술의 진화 방향에 대해 관심을 가져볼 필요가 있다. LDWS 제조업체 중 독일의 콘티넨탈(Continental)과 보쉬(Bosch)는 이전부터 시장을 이끌어왔고, 점유율도 거의 40~50%를 차지했지만, 모빌아이의 칩이 출시되면서 시장을 거의 잠식한 상태이다. 대부분의 1차 공급업체들이 모빌아이의 칩을 도입하여 LDWS를 개발 중이고, 독자 솔루션을 개발하는 업체에 대해서는 모빌아이가 칩을 제공하지 않기 때문에 이러한 독점적 지위는 쉽게 깨지기 힘들 것으로 전망된다. 이들 이외에도 유럽의 오토리브(Autoliv), 발레오(Valeo), 헬라(Hella)가 있으며 북미의 델파이(Delphi)와 마그나(Magna), TRW, 일본의 덴소(Denso) 등이 LDWS를 개발하여 세계시장에서 경쟁하고 있다.

보완

차선 유지 시스템은 운전자의 의지와 무관하게 차선을 이탈했을 시 경보를 울려 차선이 이탈되었음을 스티어링 진동, 시트 진동 등 다양한 방식으로 알리기만 하는 시스템이다. 스티어링 휠 자체는 운전자가 직접 움직여야 하므로 졸음운전을 했을 때는 사고를 방지하기 어렵다. 이에 차선이탈 경보 시스템보다 조금 더 발전한 단계의 시스템으로 '차선 유지 보조 장치'(LKAS, Lane Keeping Assist System)이다. 주행 차선을 벗어났을 때 경고음뿐만 아니라 운전자가 적극적으로 개입하지 않을 경우 자동차가 스스로 스티어링을 조작해 이탈한 차선을 복귀한다. 이전 단계보다 더 적극적으로 주행에 개입하기 때문에 운전자가 잠시 한눈을 팔거나 졸아도 위험한 상황을 단기적으로는 빠르게 대처할 수 있다. 그다음 기술로는 차선의 중앙을 파악해 중앙을 기준으로 따라가는 시스템인 LFA, LCA(Lane Following Assistance, Lane Centering Assistance)가 있다. 운전자 개입 없이 스스로 차선을 유지하며 주행하는 시스템으로 차선 유지 보조 장치보다 높은 단계에 이르는 기술이다. 국산 차에는 현대자동차는 현대자동차가 HAD(Highwaay Driving Assist)를 개발해 고속도로 주행 시 앞차와의 간격과 차선을 유지하는 기술이 적용되고 있다. 내비게이션을 기반으로 고속도로 진입 여부를 판단하고 앞차와의 간격 거리 유지, 차선 유지를 지속해 운전자가 조금 더 편안하게 주행할 수 있도록 도와주는 방식이다.

참고자료

• 모터플렉스 포스트, 〈차선이탈경보(LDW) 유무로 사고를 줄일 수 있다〉, 《네이버 포스트》, 2017.08.25
• 〈차선이탈경보시스템(LDWS) - 안전 주행을 위한 기술〉, 《티스토리》, 2016-10-11
• 현대캐피탈, 〈나의 안전을 맡기는 거스 보조 시스템의 이야기〉, 《브런치》, 2021-05-14

같이 보기

• 차선
• 이탈
• 경보
• 시스템

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