< Previous신재호·백창민 78 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 Table 1 Occupant information of far-side accident cases in CISS database MaleFemale No. of Cases216 Average age (year)35.158.5 Average height (cm)176.1168.5 Average weight (kg)82.490.8 Belt use134 Belt use none or unknown82 Airbag deployed125 Airbag not deployed or unkown91 국의 신차 안전도 평가(NCAP, New Car Assessment Program) 규정의 개정에서 언급되고 있다. 기존의 측면충 돌 안전기준을 확장하여 충돌 방향 및 착석 승객 조건에서 운전석과 조수석의 양쪽을 모두 고려하는 방향으로 논의되 고 있고, Global NCAP 및 대한민국의 자동차 안전도 평가 계획에서도 Far-side 충돌시험 조건에 대한 도입이 언급되 고 있다. (5,6) NHTSA(National Highway Transportation Safety Administration)는 측면충돌사고 사망자의 약 29% 가 충돌 측면이 아닌 반대쪽에 착석한 승객인 것으로 보고 하였고, (6) 자동차 측면충돌 사고 시 충돌 측면이 아닌 반 대쪽 승객의 거동에 관한 연구는 초기 단계로 사고 유형 및 시나리오 등의 구체적인 연구가 필요한 실정이다. (7) 최근의 연구에서는 Sled Test와 같은 단순한 시험환경 의 Far-side 충돌조건을 PMHS(Post-Mortem Human Subjects)와 ATDs(Anthropomorphic Test Devices)에 적용하여 Far-side 충돌 시 승객거동의 분석연구가 수행 되고 있다. (8) Forman 등 (9) 은 Far-side 충돌 시나리오의 PMHS와 ATDs의 승객거동을 이해하는데 다양한 정보를 제공하였으나 단순한 시험환경으로 실제 자동차 실내에 서의 승객거동을 분석하기에 제한점이 있는 것으로 나타 났다. (10) 또한 제한적인 PMHS의 재현성 문제로 상해 기 전 및 원인 분석 등에 한계도 보고되었다. (10) 문건웅 등 (11) 은 Far-side 충돌 시 승객의 머리 보호 및 에어백의 전개성 확보를 위한 센터 사이드 에어백연구를 수행하여 운전자와 동승자 사이에서 에어백이 전개되어 에어백의 상부는 승객의 머리를 보호하고 에어백의 중앙 부위는 승객의 어깨를 구속하며 에어백의 하부는 승객의 골반을 구속하여 승객의 상해를 개선할 수 있도록 하였다. 또한 김동섭 등 (12) 은 Far-side 충돌 시 센터 사이드 에어 백 유뮤에 따른 인체상해 분석 연구로 승객 간 또는 자동 차 내부 인테리어 접촉 정도를 분석하였다. 한편 박지양 등 (13) 은 다양한 더미 모델과 측면 충돌시험을 모사하는 Sled 모델을 적용한 충돌해석을 수행하여 운전석과 조수 석의 승객 거동과 상해를 비교 및 분석하였고, 유사한 연 구방법으로 안전벨트 유형에 따른 Far-side 승객 거동과 상해를 분석 연구를 수행하였다. (14) 본 연구에서는 측면충돌 실사고 자료를 분석하여 Far- side 충돌사고 시 승객의 상해 유형 및 기전을 분석하고, 더미 유한요소모델을 적용한 Far-side 충돌해석을 수행 하여 측면충돌 경사각도에 따른 승객 거동 및 상해 분석을 연구하였다. 2. 실사고 분석 연구 2.1. Far-side 실사고 데이터 분석 KIDAS의 측면충돌 사고 데이터 분석으로 국내의 Far- side 실사고 경향을 파악할 수 있다. 2012년부터 2017년 까지의 국내 심층조사 대상 교통사고 470건 중 측면충돌 사고는 90 건이며 Far-side 충돌사고의 승객은 총 60 명 으로 조사되었고, (5) 김동섭 등은 국내 Far-side 충돌사고 중 MAIS(Maximum Abbreviated Injury Scale) 2 이상의 승객은 21 명이고 MAIS3 이상의 승객은 5 명인 것으로 보고하였다. (5) Far-side 충돌사고 시 발생하는 머리와 하 지의 승객 상해 위험도가 Near-side 충돌사고 시 발생하 는 상해 위험도보다 큰 것으로 보고하여 Far-side 충돌 시 승객의 머리와 하지 보호의 중요성을 언급하였다. (5) 한편 미국에서 발생한 Far-side 충돌 실사고의 사고유 형, 승객의 상해 정도 및 기전 등을 분석하기 위해 2016~ 2020 CISS(Crash Investigation Sampling System)의 데이터를 분석하였다. 승객은 승용형 자동차의 운전자로 제한하였고 승객의 상해정도는 “Fatality”, 충돌방향은 측면으로 설정하여 얻 은 총 108 건의 Far-side 사고를 분석하였다. 유효한 승 객 및 상해 정보를 확인할 수 있는 27 건의 사고를 선택하 고 세부 분석 내용을 Table 1에 나타내었다. 남성 승객의 사고가 약 78%로 사상자의 대부분으로 나 타났고 남성 승객의 평균 연령은 상대적으로 낮았고 성별 에 따른 승객의 키와 몸무게 차이는 크지 않은 것으로 파 악되었다. 안전벨트 착용과 에어백 전개의 사고 수가 다소 많았으나 남성 승객의 경우 에어백이 전개되지 않은 사고 건수도 적지 않은 것으로 파악되어 승객상해 저감을 위해 Far-Side 실사고 분석과 승객거동해석 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 79 Table 2 Number of fatality accidents according to injury body regions and restraint systems Body regionsHeadNeckChestEtc. Airbag & Belted526 Airbag & Unbelted2216 Belted21 Total cases92412 Table 3 Analysis of head injury cases Cases1-18-2017-0541-20-2018-105 OccupantFemale (44 yrs)Male (25 yrs) RestraintBeltedAirbag & Belted Serious injury Brain stem transection Brain stem compression Injury pattern Delta V*69 / 23 / -6465 / -22 / -62 Scene Vehicle photos * Total, longitudinal and lateral velocities (km/h) 기존 에어백의 전개가 큰 영향을 미치지 않음이 파악되었 다. 한편 사상자의 상해 부위와 구속장치와의 연관성을 Table 2에 나타내었고 KIDAS의 연구결과와 유사하게 대 부분 머리와 가슴 부위의 상해로 사망에 이른 것으로 분석 되었다. 안전벨트의 착용 또는 에어백의 전개에 따른 상해 부위와 상해 기전과의 연관성은 파악되지 않았다. 2.2. Far-side 실사고 상세조사 결과 2016~2020 CISS의 Far-side 충돌 실사고 데이터 분 석으로 머리와 가슴 부위의 상해로 사망에 이른 경우가 대 부분인 것으로 분석되었으며 총 9 건의 머리 상해 중 2 건과 총 4 건의 흉부 상해 중 2 건을 상세 분석하여 Table 3과 Table 4에 나타내었다. Case No. 1-18-2017-054의 사고는 44세 여성 운 전자의 사고로 에어백은 미전개 되었고 안전벨트는 착용 한 경우로 머리 상해(Brain stem transection, Vascular injury)와 흉복부 상해(Aorta laceration, Liver laceration, Diaphragm rupture) 등이 주요 사망원인으로 조사되었다. Total Delta V는 69km/h 이며 충돌 시 23km/h(Longi- tudinal direction) 및 -64km/h(Lateral direction)의 방 향별 속도가 보고되었다. 차량 좌표계 기준으로 약 -20 deg. Oblique Far-side 충돌로 계산된다. 충돌사고로 조 수석 부위의 침입이 크게 발생하여 운전자의 머리부위가 자동차의 오른쪽 구조물(도어 또는 B-pillar)과 접촉했을 것으로 추정된다. 한편 Case No. 1-20-2018-105의 사고는 25세 남성 운전자의 사고로 에어백은 전개 되었고 안전벨트는 착용 한 경우로 머리 상해(Brain stem compression, Cerebrum brain edema)와 흉부 상해(Long contusion, Ribcage fracture) 등이 조사되었다. Total Delta V는 65km/h 이며, -22km/h(Longitudinal direction) 및 -62km/h(Lateral direction)의 방향별 속도가 조사되었다. 차량 좌표계 기 준으로 약 +20 deg. Oblique Far-side 충돌로 분석된다. 충돌사고로 조수석 부위의 침입이 크게 발생하여 운전자 의 머리부위가 자동차의 오른쪽 구조물(도어 또는 B-pillar) 과 접촉했을 것으로 추정된다. 머리 상해로 사망한 두 가 지 경우에서 매우 유사한 크기의 Delta V가 보고되었고 충돌 시 경사 각도는 차이가 있었다. 흉부 상해로 승객이 사망한 사고, Case No. 1-10- 2020-048의 사고는 51세 여성 운전자의 사고로 에어백은 전개 되었고 안전벨트는 미착용한 경우로 흉부 상해(Aorta 신재호·백창민 80 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 Table 4 Analysis of chest injury cases Cases1-10-2020-0481-21-2020-100 OccupantFemale (51 yrs)Male (52 yrs) RestraintAirbag & UnbeltedBelted Serious injury Thoracic laceration (Aorta) Thoracic cavity injury Injury pattern Delta V*Unknown36 / -12 / -34 Scene Vehicle photos * Total, longitudinal and lateral velocities (km/h) Fig. 1 Occupant-seat FE model for far-side impact simulation laceration, Ribcage fracture, Hemopneumothorax)와 머리 상해 및 골반과 대퇴부 골절 등이 주요 상해로 조사 되었다. 안전벨트 미착용으로 충돌사고 시 운전자가 시트 에 구속되지 않고 차실 내 움직임이 상대적으로 커지면서 변형된 조수석 부위(도어, B-pillar, Roof side rail)와 접 촉했을 것으로 추정된다. Case No. 1-21-2020-100의 사고는 52세 남성 운전 자의 사고로 에어백은 미전개 되었고 안전벨트는 착용한 경우로 흉부 상해(Hemopneumothorax, Sternum fracture) 등이 조사되었다. Total Delta V는 36km/h 이며, -12km/h (Longitudinal direction) 및 -34km/h(Lateral direction) 의 방향별 속도가 조사되었다. 차량 좌표계 기준으로 약 -20 deg. Oblique Far-side 충돌로 계산된다. 충돌 시 운 전자는 자동차의 오른쪽 구조물(도어 또는 B-pillar)과 접촉했을 것으로 추정되며 상대적으로 작은 Total Delta V에 비해 과도한 침입량이 사고 사진을 통해서 확인되 었다. 3. Far-side 측면충돌 해석 3.1. Far-side 측면충돌 해석모델 구성 본 연구에서는 승객-시트 유한요소모델에 Oblique Far- side 충돌조건을 적용하여 충돌해석을 수행하고 측면충 돌 각도에 따른 승객 거동 및 상해 분석을 연구하였다. 승객모델은 University of Virginia, Center for Applied Biomechanics에서 제공하는 NHTSA THOR(Test Device for Human Occupant Restraint) FE(Finite Element) model(version 2.7, released September 2019)을 사용 하였고 시트 모델은 NHTSA에서 제공하는 중형 승용차 (Accord) 모델의 시트를 사용하였다. 한경희 등 (15) 이 적 용한 특성값의 프리텐셔너와 로드리미터 기능이 구현된 안전벨트 모델을 적용하여 Oblique Far-side 충돌해석을 위한 승객-시트 유한요소모델(총 요소 수: 603,867)을 Fig. 1과 같이 구성하였다. Forman 등 (9) 이 보고한 충돌 각도(±30 deg.)와 충돌 심도(14g)를 반영하여 Far-side 경사충돌 속도조건을 Fig. 2(a)와 같이 구성하여 시트 레 일 모델에 적용하였다. 한편 Forman 등 (9) 이 제안한 충돌 심도는 Delta V로 환산하면 약 34km/h로 보고되었다.Far-Side 실사고 분석과 승객거동해석 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 81 (a) Impact configuration(b) Oblique 30 deg. (c) Oblique 0 deg.(d) Oblique -30 deg. Fig. 2 Occupant behaviors @ 200 msec (a) Oblique 30 deg. (100 & 150 msec) (b) Oblique 0 deg. (100 & 150 msec) (c) Oblique –30 deg. (100 & 150 msec) Fig. 3 Occupant behaviors during far-side impact simulations Fig. 4 Body region (Head, T1, T12 and Pelvis) trajectories Fig. 5 Head acceleration-time histories 3.2. Far-side 측면충돌 해석결과 미국의 Far-side 충돌 실사고 데이터 분석으로 머리와 가슴 부위의 심각한 상해로 운전자가 사망한 경우가 대부 분인 것으로 나타났고, 총 4 건의 사고를 상세 분석하여 충돌 각도는 약 -20~+20 deg. 의 Oblique Far-side 충 돌 조건인 것으로 분석되었다. 이러한 Oblique Far-side 충돌 조건은 Forman 등 (9) 의 선행연구 결과(±30 deg.)와 도 유사하며 본 연구에서 구성한 Far-side 충돌해석 모델 로 충돌각도에 따른 승객거동과 상해치를 계산하였다. Fig. 2는 충돌 후 200 msec 이 지난 시점의 승객거동을 X-Y 평면에서 보여주고 있다. 경사 30 deg. 충돌속도 모델 (Fig. 2(b))과 Y 방향 충돌속도만 적용된 모델(Fig. 2(c)) 의 흉부와 상지의 거동은 유사한 것으로 나타났으나 경사 -30 deg. 충돌속도 모델(Fig. 2(d))의 흉부는 Z 방향 회 전량이 많고 시트와의 접촉으로 시트의 편심된 변형이 계 산되었다. 한편 Y-Z 평면의 승객거동은 Fig. 3에서 보여 주고 있고 충돌 경사에 따른 승객거동의 차이점 및 과도한 머리와 흉부의 움직임이 경사 -30 deg. 충돌속도 모델에 서 나타났다. 경사 충돌속도에 따른 머리, 흉부 및 골반의 움직임은 Fig. 4와 같다. 경사 -30 deg. 충돌속도 모델의 머리와 흉부의 움직임이 다른 두 모델의 결과와 차이가 있고 특히 머리의 Z 방향의 변위가 약 112mm 증가하는 것으로 계산되었다. Fig. 5의 머리 가속도-시간 그래프에 서도 경사 -30 deg. 충돌속도 모델의 가속도 결과가 다른 신재호·백창민 82 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 (a) Head trajectories (b) T1 trajectories (c) T12 trajectories (d) Pelvis trajectories Fig. 6 Body region trajectories Table 5 HIC and max. chest acceleration comparison ModelsHIC36Max. Chest G Oblique 30 deg.182.830.7 Oblique 0 deg.139.271.1 Oblique -10 deg.179.366.1 Oblique -20 deg.193.553.5 Oblique -30 deg.290.596.4 두 모델의 결과와 차이가 있음을 알 수 있다. 또한 경사 충돌각도의 민감도를 확인하고자 -10 deg. 와 -20 deg.의 Oblique Far-side 충돌해석을 수행하였 고 신체 부위별(머리, T1, T12, 골반) 움직임을 Fig. 6에 나타내었다. 전체적으로 경사 충돌각도 -20 deg. 모델과 -30 deg. 모델 간의 신체부위별 움직임의 차이가 가장 큰 것으로 계산되어 경사 충돌각도에 따른 승객거동의 민감 도를 확인하였다. 총 다섯 충돌해석 모델의 승객 상해치를 계산하여 Table 5에 나타내었다. 충돌 경사각도 -20 deg.~30 deg.의 충 돌해석 모델에 비해 승객 거동 정도가 크게 계산된 충돌 경사각도 -30 deg. 모델의 상해치는 경사각도가 없는 모 델(Oblique 0 deg.)의 상해치에 비해 약 209%(HIC36)와 136%(최대 흉부가속도) 수준인 것으로 계산되었다. 4. 결 론 본 연구에서는 Far-side 충돌 시 승객 안전도를 파악 하기 위해 Far-side 실사고의 사고유형, 상해부위, 상해 기전 등을 상세하게 분석하였고, 실차 모델 조건의 승객- 시트 유한요소모델로 Oblique Far-side 충돌해석을 수행 하여 충돌 경사각도에 따른 승객의 움직임과 상해치를 계 산하였다. Far-side 충돌사고 시 차실 내 오른쪽 구조물의 침 입으로 운전자의 머리와 흉부가 접촉하여 중대한 상해 가 발생한 것으로 파악되어 머리와 흉부의 상해 감소를 위한 센터사이드 에어백 등의 적용 및 검증 연구가 요 구된다. 또한 Far-side 경사충돌 해석결과 분석으로 승객의 움 직임과 상해치가 큰 변화를 보이는 임계 충돌 경사각도가 도출되어, 본 연구 내용은 Far-side 충돌 경사각도를 고 려한 승객 보호장치 및 시트 개선설계 연구에 기본 자료로 활용될 수 있다.Far-Side 실사고 분석과 승객거동해석 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 83 후 기 본 연구는 경일대학교 2021학년도 교원연구년제에 의 하여 지원되었음. 참고문헌 (1)Augenstein J, Perdeck E, Stratton J., 2003, “Characteristics of Crashes that Increase the Risk of Serious Injuries”, Annual Proceedings Association for the Advancement Automotive Medicine, Vol. 47, pp. 561~576. (2)Brumbelow ML, Mueller BC, Arbelaez RA. 2015, “Occurrence of Serious Injury in Real-world Side Impacts of Vehicles with Good Side-impact Pro- tection Ratings”, Traffic Injury Prevention, Vol. 16, pp. 125~132, DOI:10.1080/15389588. 2015. 1020112. (3)Hostetler ZS, Hsu F-C, Barnard R, Jones DA, Davis ML, Weaver AA, Gayzik FS., 2020, “Injury Risk Curves in Far-side Lateral Motor Vehicle Crashes by AIS Level, Body Region and Injury Code”, Traffic Injury Prevention, Vol. 21, pp. 112-117, DOI:10.1080/15389588.2021.188000 6. (4)Karan Devane, Fang-Chi Hsu, Bharath Koya, Matthew Davis, Ashely A. Weaver, F. Scott Gayzik, Berkan Guleyupoglu, 2022, “Comparison of Head Injury Risk Prediction Methods to Field Data in Far-side Impacts”, Traffic Injury Prevention, DOI:10.1080/15389588.2022.2124809. (5)김동섭, 2018, “측면충돌 시 Far side 승객 보호장치 비교연구”, 한국기술교육대학교 대학원 석사학위 논문. (6)한국교통안전공단, 2018, “첨단안전자동차 안전성 평가기술 개발”, 교통물류연구사업 최종 보고서, 국 토교통부, 국토교통과학기술진흥원. (7)Pipkorn, B., Larsson, K., Rapela, D.P., Markusic, C., Whitcomb, B., Ayyagari, M., and Sunnevång, C., 2018, “Occupant Protection in Far-side Impacts”, IRCOBI Conference Proceedings, pp. 76~105. (8)Perez-Rapela, D., Markusic, C., Whitcomb, B., Pipkorn, B., Forman, J., Donlon, J.-P., Montesinos- Acosta, S., Crandall, J., 2018, “Comparison of WorldSID to PMHS Kinematics in Far-side Impact”, IRCOBI Conference Proceedings, pp. 630~654. (9)Forman, J.L., Lopez-Valdes, F., Lessley, D.J., Riley, P., Sochor, M., Seacrist, T., Arbogast, K.B., Tanji, H., and Higuchi, K., 2013, “Occupant Kinematics and Shoulder Belt Retention in Far-side Lateral and Oblique Collisions: a Parametric Study”, Stapp Car Crash Journal, Vol. 57, pp. 343~385. (10)Perez, 2019, “PMHS and WorldSID Kinematic and Injury Response in Far-Side Events in a Vehicle-Based Test Environment”, Stapp Car Crash Journal, Vol. 63, pp. 83~126. (11)문건웅, 이효배, 조금호, 김배영, 2018, “측면 파사 이드 충돌 대응 에어백 양산 대응 연구”, 2018한국 자동차공학회 추계학술대회 및 전시회, 18AKSAE_ E031, pp. 899~900. (12)김동섭, 윤영한, 박지양, 오명진, 정경진, 곽영찬, 손 창기, 신재곤, 이은덕, 2017, “Far-side 충돌 시 센 터에어백 유무에 따른 인체상해 분석”, 2017 한국자 동차공학회 춘계학술대회, KSAE17-S0341. pp. 792. (13)박지양, 윤영한, 김민용, 김인배, 신재곤, 이은덕, 이 장규, 2017, “승객더미모델에 따른 Far side 충돌해 석에서 상해비교분석”, 자동차안전학회지, 제9권, 제1호, pp. 32~36. (14)박지양, 윤영한, 김동섭, 정경진, 오명진, 곽영찬, 손 창기, 신재곤, 이은덕, 2017, “벨트 유형에 따른 Far Side 승객 거동 및 상해 분석”, 2017 한국자동차공 학회 춘계학술대회, KSAE17-S0368. pp. 848. (15)한경희, 신재호, 김경진, 소영명, 김시우, 2021, “자 동차 승객보호를 위한 안전장치 해석모델 및 승객 거동 연구”, 자동차안전학회지, 제13권, 제4호, pp. 92~98.84 ◎ 논 문 http://dx.doi.org/10.22680/kasa2022.14.4.084 고속도로 주행 시 선행차량의 전방 긴급 장애물 회피에 따른 Car-to-Car Cut-out 시나리오 기반 AES 성능평가 방법 연구 김진석 * ·이동훈 ** A Study on AES Performance Assessment Protocol based on Car-to-car cut-out Scenario According to front Emergency Obstacle Avoidance of Preceding Vehicle during Highway Driving Jinseok Kim * , Donghun Lee ** Key Words: Autonomous Emergency Steering(자동긴급조향), Autonomous Emergency Braking(자동긴급제동), Collision avoidance(충돌 회피), Active safety(능동안전), Euro NCAP(유럽 신차평가프로그램), KNCAP(한국 신 차평가프로그램) ABSTRACT With the popularization of autonomous driving technology, safety has emerged as a more important criterion. However, there are no assessment protocol or methods for AES (Autonomous Emergency Steering). So, this study proposes AES assessment protocol and scenario corresponding to collision avoidance Car-to-Car scenario of Euro NCAP in order to prepare for obstacles that appear after the emergency steering of LV (Leading Vehicle) avoiding obstacles in front of. Autoware-based autonomous driving stack is developed to test and simulate scenario in CARLA. Using developed stack, it is confirmed that obstacle avoidance is successfully performed in CARLA, and the AES performance of VUT (Vehicle Under Test) is evaluated by applying the proposed assessment protocol and scenario. * 숭실대학교 기계공학과, 석사과정 ** 숭실대학교 기계공학과, 교수 E-mail: jinseok.kim970@gmail.com 1. 서 론 최근 자율주행 기술이 발달함에 따라 운전자의 개입이 나 수동 조작이 필요하지 않은 완전자율주행을 위한 차 량이 개발되고 있으며, 안전한 주행을 위한 여러 ADAS (Advanced Driver Assistance System)들 또한 함께 개 발 및 고도화되어 양산차에 적용되고 있다. 관련하여 Shin 은 차량간(V2V, vehicle to vehicle) 통신을 이용하여 충 돌 위험성을 낮추는 방법을 제안하였고, (1) G Li는 새로운 위험 평가 기반의 충돌 회피 의사결정 알고리즘을 제안 (2) 하는 등 충돌 회피와 안전한 주행을 위한 연구도 활발히 진 행되고 있다. 이에 IIHS(Insurance Institute for Highway Safety)와 Euro NCAP(European New Car Assessment Program)등에서는 AEB(Autonomous Emergency Braking), LSS(Lane Support System)등 양산차에 적용되는 충돌 회 피 기술을 포함해 다양한 안전 보조 기능의 성능평가 프로 토콜을 제시하고 있다. (3,4) IIHS에서 실시한 FCW(Forward Collision Warning)와 AEB의 효과에 관한 연구를 보면, AEB와 FCW가 모두 장착된 차량의 경우 그렇지 않은 차 자동차안전학회지: 제14권, 제4호, pp. 84∼90, 2022 논문접수일: 2022.6.27, 논문수정일: 2022.12.9, 게재확정일: 2022.12.9고속도로 주행 시 선행차량의 전방 긴급 장애물 회피에 따른 Car-to-Car Cut-out 시나리오 기반 AES 성능평가 방법 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 85 Fig. 1 Euro NCAP CNPC-50 scenario 량에 비해 후방 추돌사고율이 50% 감소하였고, 모든 차량 에 FCW와 AEB가 설치될 경우 연간 미국 내 백만 건 이상 의 사고가 줄어들 것으로 예상하였다. (5) Euro NCAP 또한 AEB가 장착된 차량은 후방 추돌사고를 38% 감소시키는 효과가 있는 것으로 (6) 발표하여 AEB와 같은 ADAS 기술 이 교통안전에 크게 기여하고 있음을 알 수 있다. (7) Euro NCAP의 CPNC-50(Car-to-Pedestrian Nearside Child) 시나리오와 같이 시야가 제한된 영역에서 비교적 저속으로 이동하거나 정지된 장애물의 출현 시, 시험 차량 의 전방 장애물 인식 시점이 last point to brake 지점 이전 이라면 AEB로 감속하여 충돌을 회피할 수 있지만, 그렇지 않고 Fig. 1과 같이 last point to brake와 last point to steer 사이를 지나고 있는 경우, 종 방향 속도만을 제어하는 AEB만으로는 장애물과의 충돌을 피할 수 없게 된다. (8,9,10) 이와 같은 상황에서는 조향각 조절을 통해 차량의 횡 방향 거동을 제어하는 AES(Autonomous Emergency Steering) 가 장애물과의 충돌 회피에 기여할 수 있을 것이다. 하지 만, 이미 국내를 포함한 유럽 및 미국 등의 해외 여러 나라 에서 점진적으로 장착이 의무화되고 있는 AEB와는 달리, AES에 대한 요구 성능 규정 및 관련법률 제정의 추진 등 은 상당히 미진한 상황이라 할 수 있다. Euro NCAP에서 2025 Roadmap을 통해 2020년 AES safety rating을 공 개하고 2022년까지 적용을 완료할 계획임을 밝혔지만, (11) 2022년 현재까지도 차대차(Car-to-Car) 또는 VRU(Vulner- able Road User) 시나리오의 AEB, ACC(Adaptive Cruise Control) 평가 프로토콜만이 제정 및 시행되고 있으며, 계 획했던 AES 성능 시험 및 평가와 관련된 프로토콜 수립에 대한 공식적인 진행사항들은 아직 찾아볼 수 없다. 따라 서, 전술한 AEB만으로 회피할 수 없는 긴급 상황에서 AES의 성능을 효과적으로 평가할 수 있는 평가 프로토콜 에 관한 다면적인 연구 수행이 시급하다. 이에 새롭게 논의 및 제안하고자 하는 AES 시험 및 평가 프로토콜의 기존 타 프로토콜과의 방법론적 일관 성 유지를 위해 AES의 핵심 목표인 충돌 회피(collision avoidance) 평가항목이 Euro NCAP 평가 프로토콜 내에 서 어떠한 범주에 속하는지부터 분석한다. Euro NCAP에 서는 통상적으로 차량에 옵션 사항으로 제공되고 있는 고 속도로 주행 보조 시스템(highway assist systems)의 성 능 시험 및 평가에 대한 프로토콜을 크게 지원 능력(assistance competence) 및 안전 백업(safety-backup)의 두 개 항 목으로 구분하고 있다. 지원 능력 항목은 차량이 제공하는 운전지원(vehicle assistance) 수준과 운전자의 대응(driver engagement) 수준 사이의 적절성을 평가하며, 안전 백업 은 운전자가 중요한 이벤트에 대응하지 못한 경우 시스 템의 안전(fail-safe)한 정도와 이러한 비상 상황에서 어 떻게 대응하는지를 평가하는 항목이다. 지원 능력 항목 중 차량의 운전지원에 대한 평가항목은 속도 보조(speed assistance), 적응형 순향 제어 성능(adaptive cruise control performance) 및 조향 보조(steering assistance)로 세분 되고, 운전자 대응에 대한 평가항목은 소비자 정보 제공 (consumer information), 시스템 상태(system status), 운전자 모니터링(driver monitoring) 및 혐력 운전(driving collaboration)으로 세분된다. 그리고 안전 백업 항목은 시스템 오류(system failure), 무응답 운전자에 대한 개입 (unresponsive driver intervention) 및 충돌 회피로 세분 된다. 이중 속도 보조, 운전자 대응 시험 프로토콜(driver engagement test protocol), 시스템 오류 및 무응답 운전 자에 대한 개입 항목들과는 달리 적응형 순향 제어와 충돌 회피 항목들은 시험의 특성상 차대차 시나리오만을 평가 하도록 규정하고 있으며, 이는 다시 선행 차량(LV, leading vehicle)과 목표 차량(GVT, global vehicle target)의 시 나리오에 따라 CCRs(stationary target, stationary target in a curve), CCRm(moving target), CCRb(braking target), Cut-in 및 Cut-out 시나리오들로 세분된다. 여기서, 본 연구의 핵심 주제라고 할 수 있는 안전 백업의 충돌 회피 항목은 ACC와 같은 보조 운전 시스템(assisted driving system) 및 AEB와 같은 긴급 시스템(emergency system) 모두를 통합하여 시험 차량의 충돌 회피 성능을 평가하도 록 하고 있다. 따라서, AES의 성능평가 역시 안전 백업 내 충돌 회피 항목에 해당하므로, Euro NCAP의 고속도로 주행 보조 시 스템 시험 평가 프로토콜 중 안전 백업 항목 내 충돌 회피 시험 평가 프로토콜에 대하여 우선분석한 후, 이를 토대로 본 논문에서 제안하는 LV의 전방 긴급 장애물 회피에 따 른 차대차 Cut-out 시나리오 기반 AES 성능평가 방법의 방법론적 적절성을 OpenSCENARIO 기반의CARLA 시뮬김진석·이동훈 86 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 Fig. 2 Euro NCAP Cut-out test scenario Table 1 Comparison of significant parameters in ACC, AEB and AES assessment protocols Type TTC [s] Max. distance between LV and VUT [m] VUT speed [kph] LV speed [kph] Lane change maneuver of LV Lateral accel. [m/s 2 ] Distance to GVT [m] Radius of turning segments (1) [m] ACC3.0- 7050 1.5 41.67130 907058.32250 AEB2.0- 705041.67130 907058.32250 AES 1.5 23705020.83130 40907029.17250 611109037.50415 1.0 23705013.89130 40907019.44250 611109025.11415 레이션을 통해 논하고자 한다. 이에 본 논문에서는 2장에 서 현재 Euro NCAP에서 시행되고 있는 프로토콜과 제안 하는 프로토콜에 대해서 기술하고, 3장에서는 시뮬레이션 환경과 방법에 대해서 기술한다. 4장에서는 ROS 기반의 오픈소스 자율주행 stack인 Autoware 및 CARLA를 사용 하여 제안하는 차대차 Cut-out 시나리오 기반 AES 성능 평가 방법을 Toyota Prius에 시험 적용하고 그 결과에 대 해서 분석한다. 2. 시험 및 평가 시나리오 2.1. Euro NCAP의 Test Protocol 서론에서 언급한 Euro NCAP의 프로토콜 중 적응형 순 향 제어와 충돌 회피에 각각 ACC와 AEB의 성능을 평가 하는 시나리오가 기술되어 있다. 두 항목에 기술된 차대차 Cut-out 시나리오는 Fig. 1과 같이 LV, GVT, VUT (Vehicle Under Test) 총 3대의 차량으로 구성되며, LV 와 VUT는 실제 차량, GVT의 경우 충돌 시 안전을 위해 실제 차량을 모사한 구조물을 사용한다. 시험은 GVT, LV, VUT 모두 같은 차선으로 주행하는 상황에서 시행되며, 주행 중인 LV와 정지해 있는 GVT 사이의 거리가 시나리 오의 TTC(Time to Collision)에 해당하는 거리에 도달하 게 되면, LV는 지정된 횡 가속도, 차선변경 길이, 곡률반 경을 가지는 Cut-out을 횡 방향으로 3.5m 떨어진 인접 차선의 중심부까지 한다. 후행하고 있는 차량인 VUT는 주행 차선에서 벗어난 LV 대신 정지해 있는 GVT로 인해 충돌 위험 상황에 처하게 되며, Euro NCAP은 해당 상황 에서 VUT의 ACC와 AEB 성능을 시험, 평가한다. 2.2. Cut-out 기반 AES Test Protocol 제안 전술한 ACC와 AEB 시나리오를 구분하는 차이는 Table 1에서 볼 수 있듯이 LV의 Cut-out시 TTC이다. ACC 시 나리오의 경우 LV의 Cut-out 시 TTC는 3초이지만, AEB 의 경우 2초이다. TTC가 짧아질수록 VUT는 정지해 있는 GVT를 보다 더 늦게 인지하고, 가까이 있는 상황이 되며, 긴급한 조작을 요구하기 때문에 TTC가 2초인 AEB 시나고속도로 주행 시 선행차량의 전방 긴급 장애물 회피에 따른 Car-to-Car Cut-out 시나리오 기반 AES 성능평가 방법 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 87 리오가 보다 더 위급한 상황으로 볼 수 있다. 그러나, 2초 의 TTC가 적용된 경우에도 브레이크만을 통해 정지한 GVT를 회피할 수 있는 충분한 거리가 확보되어 AES의 개입 없이 AEB만으로 장애물을 회피할 수 있다. 이는 AES 평가에 적합하지 않으므로, LV의 Cut-out TTC를 1.5초와 1.0초로 기존 2.0초에서 각 0.5초, 1.0초 더 줄이 고, 2.1절의 Euro NCAP 시나리오에서는 언급되지 않은 LV의 cut-out 시 LV와 VUT 간의 거리 또한 Table 1의 Max. distance between LV and VUT 항목에서 지정한 값을 넘지 않도록 제한함으로써 기존보다 더 위급한 상황 을 조성하였다. 이를 통해, AES를 통한 스티어링 휠의 조 작 없이, 브레이크에 의한 감속만으로는 GVT를 회피할 수 없도록 하였다. 이외에도, LV의 속도가 90kph인 경우 를 추가하여 브레이크보다 스티어링 휠을 통한 회피가 더 효과적인 고속의 주행 환경에서 시험을 진행할 수 있도록 하였다. 2.3. 제안 시나리오의 VUT 평가방법 Euro NCAP의 프로토콜에서는 차량 보조 평가(vehicle assistance assessment)의 ACC performance 항목과 안 전 백업 평가(safety backup assessment)의 충돌 회피 항목에서 각각 VUT의 ACC와 AEB의 성능을 평가한다. 두 항목 모두 공통으로 GVT와의 충돌 회피 시 1점, 충돌 시, 충돌 전 5kph 이상 속도를 감속하는 경우 0.5점, 그렇 지 않다면 0점을 충돌 회피 점수로 부여하며, 이와 별도로 충돌 회피 항목은 충돌을 회피하지 못한 경우라도, TTC 가 1.5초 이상인 거리에서 FCW가 작동하였다면 0.25점 을 부여한다. 그러나 앞서 언급한 평가 요소들은 단순히 GVT와의 충돌 및 감속 여부, FCW의 작동 여부로만 점수 를 부여하기 때문에, AES를 통한 충돌 회피 시, 회피 성공 여부와 회피 후 안정성에 중대한 영향을 미치는 스티어링 휠의 조작과 횡 방향 제어가 회피 성공 여부와 회피 후 안 정성에 중대한 영향을 미치나, 이를 평가할 수 있는 항목 이 없다. 이를 보완하기 위해 충돌 시의 횡 방향 오버랩 (lateral overlap)과 변경한 차선에서의 차선 유지 항목을 평가에 추가한다. 횡 방향 오버랩은 Fig. 3과 같이 GVT와 겹치는 VUT 폭의 백분율로 정의되며, 이에 대한 배점은 두 차량이 충돌할 때의 횡 방향 버랩을 측정하여 정면충돌 을 의미하는 100%는 0점, 100%에서 25%가 줄어들 때마 다 0.25점씩 점수를 부여해 완전한 회피인 0%는 1점으로 총 5가지 상황으로 구분한다. 차선 유지에 대한 배점은, VUT의 AES 활성화 후 충돌 회피를 위한 차선변경 시, 변경한 차선을 유지하는 정도로 나누었다. 변경한 차선을 유지하면 1점, 차량의 일부 바퀴가 바깥쪽 차선을 밟으면 0.5점, 4바퀴가 모두 밟으면 0점을 부여한다. 추가된 평가 항목을 통해 각 시나리오 당 완전한 충돌 회피 시 충돌 회 피 점수로 1점, 오버랩 점수로 1점, 차선 유지 점수로 1점 을 받아, 총 3점을 획득할 수 있다. Fig. 3 Description of lateral overlap 3. 시뮬레이션 3.1. 환경 구성 Fig. 4 CARLA Town04 map 2장에서 제안한 시나리오의 시뮬레이션을 위한 환경 구축에 CARLA 0.9.13 시뮬레이터와 Autoware.AI 기반 으로 개발된 자율주행 stack을 사용하였고, 둘을 CARLA- ROS bridge로 연결해 실험 환경을 구성하였다. 구성된 환경에서 2.2절에서 제안한 시나리오를 구현하기 위해, CARLA scenario runner가 지원하는 ASAM OpenSCENARIO 포맷의 xosc 파일로 시나리오를 작성하였으며, CARLA 에서 제공하는 지도 중 약 260m의 가장 긴 직선주로를 가지고 있는 Fig. 4의 Town04를 사용하였다. 또한, 고속 도로 환경의 시험임을 고려해 AES 기능 활성화 지점이 고속도로와 유사한 환경이 되도록 지도 중앙부의 직선 경 로에 GVT를, GVT와 충분히 먼 거리에 LV과 VUT를 배Next >