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무인특장차 개발동향

윤동호 (한국생산기술연구원 스마트모빌리티소재부품연구그룹) 2021-12-03

자율주행자동차는 판매량이 계속적으로 증가하는 추세에 있어서 2020년 0.42만대에서 2030년에는 450만대에 이를 것으로 예상되고 있는 매우 큰 시장이다.

기술의 지속적인 개발로 LV4/5에 이르는 차량의 비중이 점차적으로 증가될 것으로 예상되고 있으며 이 중에서 가장 선호도가 높은 것은 트럭을 위시한 물류에 사용되는 차량들이다.

많은 업체에서 자율주행 트럭에 집중하고 있으며 향후 구현될 무인주행시장을 대비하고자 여러가지 시스템을 개발하고 여기서 생성되는 많은 데이터들을 쌓아가고 있다.

특장차는 일반 상용차(승용차, 승합차 등)와 다르게 청소, 수거, 정보수집 등을 위해 특수장비를 장착하고 운행하는 차량을 말한다. 기존의 자율주행차량처럼 탑승객이 필요하지 않으며 정기적이고 반복적으로 특정 구간에서 작업을 수행하는 것이 가장 큰 특징이라고 할 수 있다.

이러한 특장차는 탑승자 없이 독립적으로 임무를 수행하는 무인차량의 형태를 취함으로써 작업자의 피로도를 줄이고 보다 질좋은 서비스를 제공할 수 있는 가능성을 지니고 있다. 실제 해외 여러 국가에서는 이러한 특수목적을 가진 무인차량들이 개발되어 시범운행 및 상용화를 준비하고 있으며 국내에서도 이와 같은 특장차의 무인운행이 적용된다면 최근 빈번하게 대두되는 안전사고에 대한 해결책으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 대기업 중심으로 진행되는 상용차량의 자율주행과 달리 특장차량은 중소기업들이 뛰어들어서 시장을 선점하고 부가가치를 창출할 수 있는 틈새시장이라고 할 수 있다.

중국, 독일, 영국 및 미국은 기업 주도로 무인청소차를 개발하여 시범운행을 진행중에 있다. 이와 같은 해외 기업의 시범운행을 통해 경제성 분석, 무인주행의 기술보완 등을 수행함으로써 미래시장의 경쟁력을 확보하고 새로운 산업생태계를 구축하는데 앞장서고 있다.

VIGGO社는 상해(上海)와 베이징의 서우강(首钢) 첨단산업종합서비스구에서 무인 청소차의 시범운행을 수행하고 있다. 이 차량은 고정밀 GPS(RTK 포함)와 IMU를 통해 스스로의 위치를 인식하고 LiDAR를 이용하여 경계석 등을 인식하여 청소작업 수행 시 장애물을 인식하여 충돌을 방지한다.

대학, 공장, 공원, 일반도로 등 다양한 환경에서 100여기의 무인청소차를 운영하여 다양한 주행 경험을 누적시키고 데이터를 축적시키고 있다. 또한 상하이市는 세계 최초로 무인 도로 청소차를 개발하여 2대의 차를 시범운행 후 2018년 4월부터 본격적으로 운행을 개시하였다.

Autowise.ai에서 제조한 이 무인청소차는 6m 길이의 트럭 타입과 3m 길이의 미니버스 타입 2모델이 있으며 정해진 시간에 자동으로 전원을 켜서 시속 3~10km의 속도로 주어진 경로를 돌면서 자동으로 청소한다. GPS, IMU와 위치인식 시스템 등을 이용하여 청소 후 지정된 쓰레기장 위치로 이동하여 쓰레기를 버리고 출발 위치로 돌아가는 기동 또한 탑재되어 있다.

베를린의 스타트업 회사인 ENWAY는 무인청소차를 개발하여 시내도로에서 시범운행을 수행하고 있다.

레노버는 정해진 시간에 지정된 차고로 이동하여 쓰레기를 수거하는 쓰레기 수거 트럭을 개발하여 운영중이다.

이 트럭은 볼보에서 개발하여 자율주행으로 움직이도록 개발되었으며 장애물 회피를 수행하며 전진과 후진을 반복해서 쓰레기통이 있는 차고로 진출입을 수행한다. 실제 이 차량에 탑승한 미화원은 쓰레기통을 트럭 앞으로 위치시키는 일만 수행함으로써 넓을 지역의 쓰레기통 수거를 손쉽게 수행할 수 있다.

싱가포르에서는 국립환경청과 교통부 주도로 무인도로청소차 사업을 진행중에 있으며 2개의 컨소시엄이 이를 개발하여 2020년부터 시범운행중이다.

특히 개발된 차량은 전기자동차로서 장거리 주행이 적고 교통체증이 심한 싱가포르에서는 환경오염을 줄이고 도로관리의 효율을 높일 수 있다는 점을 기대하는 것으로 알려져 있다. 전통적인 자동차 산업이 크게 발달하지 않은 싱가포르의 특성상 신기술인 자율주행과 전기차를 앞장서서 개발함으로써 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 보여진다.

광주광역시는 2019년 12월 5가지 실증특례를 부여받은 무인저속특장차 규제자유특구로 지정되었으며 광주의 4개社가 주축이 되어 3종의 특장차량을 개발하였다.

그리고 국내 최초로 무인주행차량의 실증을 하기 때문에 발생할 수 있는 다양한 문제점들을 방지하기 위해 위해 5종의 안전장치를 구성하여 안정성을 확보하였다.

인근 ITS 시스템과의 연동은 무인 주행에서 매우 중요한 요소이다. 광주 무인특장차는 카메라 센서를 통해 신호등을 인식하여 교통정보를 인지하고 CVIB로부터 교통신호 정보를 받아서 이를 비교함으로써 보다 안전한 주행을 할 수 있도록 구성하였다.

무인 차량에는 운전자가 탑승하지 않기 때문에 내부에서 자율주행에 문제가 발생했을 때 조작할 수 없다. 따라서 외부에 비상정지 버튼을 장착하여 문제가 생겼을 경우 신속하게 차량을 정지시킴으로써 안전사고를 예방하도록 하였다.

차량의 주행시스템에 문제가 생겼을 때 외부 비상정지를 통해 정지시킬 수 있다면 가장 좋지만 이 방법이 어려울 때 생긴다. 도로 중간에 주행중이거나 차량과의 거리가 멀어서 외부 정지버튼을 누르기 어려운 경우를 대비하여 근거리 원격 비상정지 장치를 구축하였다. 이를 통해 차량으로부터 가까운 외부에서 차량을 비상정지시킴으로써 즉각적인 조치를 취할 수 있는 안전장치를 마련하였다.

사람이 타지 않는 무인차량의 특성상 차량 스스로가 오류를 감지하는 것은 무엇보다도 중요하다. 광주 규제자유특구 실증에 참여하는 기업들은 자율주행 차량의 인지/판단/제어의 오류를 차량 스스로 판단하고 위험상황이 발생하기 전에 정지하는 기능인 fallback 기능을 개발하여 차량의 안정성을 높였다. 차량에서 발생할 수 있는 다양한 고장 시나리오들을 테스트하여 차량 스스로 이를 감지하는지를 확인하고 자체정지할 수 있는지를 확인하였다. 물론 실제차량에서 이를 수행하는 것은 많은 어려움이 따르기 때문에 HIL 시뮬레이터와 연동하여 다양한 사전 테스트를 수행하고 실제 차량에서 이를 적용함으로써 주행 안정성 확보하였다.

무인차량의 특성상 운전자가 탑승하지 않기 때문에 차량 자체의 문제가 발생하였을 경우 이를 제어할 수 있는 방안이 필요하다. 기존의 도로교통법에서는 이와 같이 차량이 외부에서 제어하는 것이 제한이 있었으나 광주광역시의 규제특례에서는 이를 제한적으로 허용하였다. 허용된 규제특례에 따라 한국생산기술연구원에 구축된 통합관제센터에서는 차량에 구축된 안전장치들이 동작하지 않거나 차량에서 감지할 수 있는 외부적 위험에 노출되었을 때 임의적으로 차량을 비상정지시키고 원격제어할 수 있도록 구축하였다.

AM특장이 주축이 된 무인청소차는 산업단지인 평동산단과 우치공원의 동물원을 청소하는 실증을 수행하고 있다.

공원의 경우 사람이 다니지 않는 오전시간(9시 이전)과 폐장시간(18시 이후)에 운행하고 산단의 경우 역시 출퇴근시간, 점심시간을 제외한 10시~12시와 14시~16시에 운행함으로써 안전사고의 위험을 최소화하였다.

화인특장과 아이엠알이 주축이 된 폐기물수거차는 크게 산업단지용과 주거단지용으로 구분할 수 있다. 크고 대용량의 폐기물이 나오는 산업단지를 주행하는 폐기물수거차는 3.5톤의 사용차량을 개조하여 제작되었고 비교적인 작은 용량의 폐기물이 나오는 주거단지 폐기물 수거차는 1톤 차량을 자체제작하여 실증을 수행하고 있다.