한국전자통신연구원(ETRI)은 지난해 12월 13일부터 15일까지 싱가포르 마리나 베이 샌즈에서 개최된 제어시스템 분야 최고 권위의 국제 학술대회인 2023 IEEE 판단 및 제어 학술대회(Conference on Decision and Control. CDC 2023)의 자율주행 제어 벤치마크 경진대회(Autonomous Driving Control Benchmark Challenge)에서 은상을 수상했다고 12일 밝혔다.

경진대회에서는 4개의 인휠 모터(IWM)를 탑재한 전기자동차(EV)의 차체 제어 및 에너지 소비 최적화에 대한 벤치마크 문제가 제시되었으며, 도전자들은 제공된 전체 4-IWM 전기자동차의 시뮬레이터와 제어기 설계를 위한 인터페이스로 직접 제어기를 설계해야 한다.

자율주행 제어 경진대회에서는 거칠고 미끄러운 도로에서의 가속 및 제동과 이중 차선 변경의 두 가지 과제를 해결해야 한다. 차체의 주행 궤적과 원하는 움직임을 제어하면서도 동시에 에너지 소비량을 최소화하는 제어기를 설계하는 것이 목표다.

경진대회 문제에서 주어지는 도로의 거친 환경은 도전자들에게 알려지지 않으며, 최종 평가는 주최 측에서 제공하는 다양한 도로에 대한 기복 패턴을 사용하여 수행된다.

ETRI 연구진은 ‘모델 예측 제어와 신경망 통합을 이용한 열악한 주행조건에서의 차량 안정화 향상’이라는 제목으로 챌린지 결과를 발표했다. ETRI 팀은 주어진 과제를 해결하기 위해 차량의 휠과 노면의 미끄러짐을 일정한 비율로 유지하는 미끄러짐 비율(Slip Ratio) 제어기를 적용하여 미끄러운 도로에서의 주행 성능을 확보했다.

아울러, 국제표준화기구(ISO) 기준의 이중 차선 변경을 위해 모델 예측 제어(Model Predictive Control) 기술을 도입했다. 특히, 주행 에너지를 절약하기 위해 코너링 저항 개념을 적용해 조향 시 발생하는 저항을 줄이도록 설계했다.

또한, 차량의 이중 차선 변경할 때 주행 에너지 최소화와 안정성 향상을 위해 조향각과 차량의 회전방향 모멘트(Yaw Moment)를 적절히 조정하도록 했다. 개발된 주행 제어 기술은 경진대회의 전기자동차 시뮬레이터에 성공적으로 적용되었다.

이번 대회에서 진행한 결과를 현재 ETRI에서 자체적으로 개발 중인 테스트용 차량에 적용할 계획으로 신경망 알고리즘과도 결합해 기존보다 향상된 제어 기술을 계속 개발해 나갈 계획이다.

ETRI에서 자체 개발 중인 본 테스트 플랫폼은 조향(Steering)-구동(Driving)-현가(Suspension) 장치가 하나의 모듈로 결합된 통합 구동모듈을 기반으로 4륜 독립 구동 및 독립 조향이 가능하다.

ETRI 로봇·모빌리티연구실 최정현 박사는 “자율주행 제어 기술을 모빌리티 및 전기자동차 관련 기업에 적용토록 고도화할 예정이다. 특히, 모델예측제어와 인공신경망이 결합한 형태의 알고리즘을 저가형 임베디드 시스템에서도 실시간으로 동작할 수 있도록 구현하는 것이 앞으로의 과제다”라고 말했다.

ETRI 변우진 대경권연구센터장도 “본 기술은 향후 ‘모빌리티 시스템의 안정적이고 에너지 효율적인 자율주행’분야로 기술이전이 가능해 국내 산업체의 기술력 제고에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

ETRI 로봇·모빌리티연구실에서는 차량의 자율주행 연구 이외에도 이동로봇의 환경인지 및 사람추종 등 로봇 분야의 다양한 연구를 수행하고 있다.

이번 경진대회에는 미국, 중국, 일본, 포르투갈 등 전 세계에서 총 22개 팀이 참가했고, 본선에 진출한 팀들이 학술대회 포스터 세션 발표에서 자율주행 기술을 선보였다.

이번 대회에 도전한 ETRI 대경권연구센터 로봇·모빌리티연구실 연구팀은 최정현 박사, 진용식 박사, 강동엽 박사 그리고 김충근 인턴 연구원으로 구성되었으며, 이번 경진대회에서 개발한 기술은 언맨드 시스템즈(Unmanned Systems) 국제 학술지에 게재될 예정이다.

본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원(KIAT)의 “스마트 이송물류 자율주행로봇 플랫폼 구축사업”의 지원으로 수행되었다.