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. 차로이탈 경고장치, 차선유지 어시스트(Lane Keeping Assist) 또는 영어 약자로 LDWS(엘디더블유에스)라고도 부른다.

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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.

역사

2017년 기준 차선이탈 경보 시스템이라는 개념이 세상에 나온 지 20년이 채 되지 않았다. 최초의 차선이탈 경보 시스템은 차선 유지를 도와주는 정도였다. 독일 브랜드에서는 아우디(Audi)가 2007년 최초로 적용했지만, 당시 적용된 기술 역시 예방 차원으로 운전자에게 경보를 주지는 못했다. 우리가 아는 '경보' 개념의 차선이탈 방지는 비엠더블유(BMW)가 2008년 처음으로 도입을 시작했다. 차량용 카메라 부분 세계 1위 기업인 모빌아이(Mobileye)의 제품이 사용됐다. 비슷한 시기 제네럴 모터스(GM) 산하의 캐딜락(Cadillac)이 차선이탈 경보 시스템을 도입했다. 독일 3사 중에서는 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)가 2009년 마지막으로 도입했다.

작동 원리

룸미러에 내장된 카메라가 전방을 촬영하고, 카메라를 통해 수집한 도로 영상은 실시간으로 영상 처리장치인 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)로 보내진다. 전자제어장치는 도로 영상을 파악해 차선 이탈 위험이 감지되면 운전자에게 위험 상황을 알리라고 경보 장치에 명령을 내린다. 명령을 받은 경보 장치는 모니터에 위험 표시나 소리, 또는 안전벨트를 당기는 등의 방법으로 운전자에게 차선 이탈 위험을 알린다. 특히 K7에 적용한 차선이탈 경보 시스템은 중앙차선과 일반차선을 구분할 수 있다. 메르세데스-벤츠와 비엠더블유 등은 차선 구분 없이 단순 이탈 경보를 하지만 K7에 적용한 차선이탈 경보 시스템은 왼쪽 차선이 노란색일 경우 중앙선으로 인식해 차선을 밟으면 1초에 2회 경보음을 울리고 시트벨트를 진동시켜 운전자에게 더욱 적극적으로 경고한다. 일반 차선이탈 시에는 클러스터에 경고등과 함께 경고음이 발생하게 되며, 그 상황이 3초 이상 유지될 경우 프리 세이프 시트벨트의 떨림을 통해 촉각 경보를 제공한다.

특징

LDWS

차선이탈 경보 시스템은 다양한 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) 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 차선이탈 경보 시스템은 위험 상황이라 판단을 하고 운전자에게 경고를 해 주는 것이다. 차선이탈 경보 시스템을 위한 카메라는 전방을 주시하기 때문에 센서 모듈은 보통 전면 유리와 룸미러 사이에 장착을 하고 카메라 센서와 카메라로부터 오는 영상을 실시간으로 처리하는 영상처리 알고리즘을 구동하는 전자제어유닛 및 위험 상황 감지 시 경고를 할 수 있는 휴먼 머신 인터페이스(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 차선이탈 경보 시스템에서 한발 더 나아가 자동으로 조향 제어를 하여 위험 상황을 회피하는 차선 유지 보조 시스템 기능은 차선이탈 경보 시스템과 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 차선이탈 경보 시스템을 위한 핵심 영상처리 알고리즘이 포함된 핵심 칩은 단일 칩 체제(SoC, System on Chip) 형태로 이스라엘의 모빌아이사가 개발하여 전 세계 점유율의 80% 이상을 차지하며 거의 독점적 지위를 확보하고 있다. 많은 1차 공급업체들이 차선이탈 경보 시스템을 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 수집하여 데이터베이스화하여 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 차선이탈 경보 시스템을 완성차 업체에 공급하지는 않지만 다양한 1차 공급업체들 및 기타 부품 업체들과의 제휴를 통해 모듈을 공급하고 있으며, 핵심 영상처리 칩은 SoC의 형태로 ST마이크로일렉트로닉스에서 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. 차선이탈 경보 시스템 제조업체 중 독일의 콘티넨탈과 보쉬는 이전부터 시장을 이끌어왔고, 점유율도 거의 40~50%를 차지했지만, 모빌아이의 칩이 출시되면서 시장을 거의 잠식한 상태이다. 대부분의 1차 공급업체들이 모빌아이의 칩을 도입하여 차선이탈 경보 시스템을 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 오토모티브 홀딩스, 일본의 덴소(Denso) 등이 차선이탈 경보 시스템을 개발하여 세계시장에서 경쟁하고 있다.

보완

차선이탈 경보 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 장치이다. 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 차로유지보조(LFA, Lane Following Assistance), 차선유지보조(LCA, Lane Centering Assistance)가 있다. 운전자 개입 없이 스스로 차선을 유지하며 주행하는 시스템으로 차선 유지 보조 장치보다 높은 단계에 이르는 기술이다. 국산차에는 현대자동차㈜는 현대자동차가 고속도로 주행 보조 시스템(HDA, Highway 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.

법안

국토교통부가 2020년 1월 1일부터 9m 이상의 버스 및 20톤 초과 화물, 특수창 등 대형 사업용 차량 중 차선이탈 경보 시스템 미장착자에 대해 과태료를 부과한다고 밝혔다. 졸음운전 및 운전자 부주의로 인한 대형 사고를 예방할 수 있는 차로이탈경고장치는 지난 2018년 초부터 교통안전법상 장착이 의무화됐다. 다만, 교통안전법 개정 시 기존 운행 중인 차량의 장착 소요 기간을 고려해 과태료 부과를 유예했으나, 2019년 유예 기간은 종료됐다. 이에 맞춰 구체적인 과태료 부과기준을 마련하기 위한 시행령 개정안이 입법 예고 중에 있다. 과태료 금액은 유사 사례인운행기록 장치 미장착자에 대한 과태료와 동일하게 결정했다. 과태료는 적발 1차 50만 원, 2차 100만 원, 3차 150만 원으로 위반행위 횟수에 따라 차등적으로 적용될 예정이다. 한편, 국토교통부는 2018년부터 차선이탈 경보 시스템 지원 사업을 실시, 장착 비용의 80%(상한 40만 원)를 지원해왔다. 보조금은 2020년 11월 30일까지 지급했으며, 지원받고자 할 경우 장치를 장착하고 관련 서류를 첨부해 해당 지자체에 보조금을 신청하면 됐다. 화물차량의 경우 공제조합에 장치 부착 확인서를 제출하면 약 3% 보험료 할인도 가능하다. 장착률은 저조하다. 국토부 자료에 따르면 장착률 추이는 2018년 7월 4%, 2019년 1월 25% 그리고 2019년 6월 말 기준 약 53%를 달성 중이다. 아직까지 절반이 미달된 셈으로 관련 부처는 집행과정에서 지자체 및 운수업체의 행정적인 불편사항을 해소하거나 지침을 개정하는 등 원활한 보조금 집행을 위해 노력을 기울이고 있다.

참고자료

• 모터플렉스 포스트, 〈차선이탈경보(LDW) 유무로 사고를 줄일 수 있다〉, 《네이버 포스트》, 2017.08.25
• 현대캐피탈, 〈나의 안전을 맡기는 거스 보조 시스템의 이야기〉, 《브런치》, 2021-05-14
• 김광훈, 〈차선 이탈 경보 장치(LDWS) 자율주행자동차 보급 가속화로 지속적인 성장 기대〉, 《사이언스온》, 2016-09-30
• 이병주 기자, 〈버스‧화물차 LDWS 의무화 코앞, 내년부터 ‘과태료’〉, 《상용차신문》, 2019-08-05
• 양만영 현대모비스 보디전자설계팀 책임연구원, 〈K7에 장착한 LDWS, 중앙차선·일반차선도 구분〉, 《매일경제》, 2010-06-07

같이 보기

• 차선
• 이탈
• 경보
• 시스템
• 차로이탈 방지 보조

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