트럭 군집 주행의 미래, 적재와 하역 자동화까지

  • 2019-06-07
  • 글 / 마크 패트릭(Mark Patrick), 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)




군집 주행은 트럭 설계와 작동에만 영향을 미치는 것이 아니다.
군집 주행은 물류 분야로 중대한 변화들을 가져올 것이다. 군집 주행을 위해서는 레이더와 주행 제어 시스템, 보안 무선 링크, 신뢰할 수 있는 제어 시스템을 비롯해서 많은 것들을 고려해야 한다.


최신 레이더와 무선 기술을 사용해서 트럭 운전으로 혁신이 일어나고 있다. 자동차 주행 제어 용으로 개발된 기술을 사용해서 트럭들을 연결하고 한 명의 운전사가 4~5대의 트럭을 편리하고도 안전하게 제어할 수 있게 되었다. 이러한 트럭 “군집 주행”이 세계 여러 나라에서 시험에 들어가고 있다. 트럭군집 주행을 통해서 상품을 더 경제적이고 에너지 효율적으로 운송할 수 있다.

군집 주행을 위해서는 여러 가지 기술들이 사용된다. 레이더 센서를 사용해서 앞서 가는 트럭과 거리를 감지하고 이것을 스티어링과 쓰로틀로 전달해서 안전 거리를 유지할 수 있다.

그러기 위해서는 또 선행 트럭에서 다른 트럭들로 무선 링크가 필요하다. 이를 통해서 선행 트럭으로부터의 데이터를 무리를 이루는 다른 모든 트럭들로 빠르게 전달할 수 있다. 그럼으로써 제동이나 가속에 대해서 빠르게 의사결정을 할 수 있다.

5.9GHz로 실행되는 DSRC

이 데이터를 얼마나 빠르게 전달할 수 있고 또 그러기 위해서 어떤 기술을 사용할지에 대해서 지난 몇 년에 걸쳐서 집중적인 연구가 이루어져 왔다. 이러한 한 가지 기술이 DSRC(근거리 전용 통신)라고 하는 것이다. DSRC는 미국에서 V2V(vehicle-to-vehicle) 링크 용으로 5.9GHz로 실행된다. 또 다른 가능한 기술은 와이파이의 변형으로서 802.11p이다. 이 기술 역시 5.9GHz 대역으로 실행된다. 끝으로, 차세대 5G 셀룰러 시스템을 사용할 수 있다.

이러한 모든 기술들을 센서, 안테나, 컨트롤러와 연결하고 트럭과 트럭 간에 그리고 또 관제 센터와 보안적인 네트워크를 형성해야 한다. 관제 센터에서 트럭들의 동작과 상태를 모니터링할 수 있다.

스카니아(Scania)는 폭스바겐(Volkswagen) 그룹의 한 부문으로서, 세계 최초로 본격적인 자율 트럭 군집 주행 시스템을 개발하고 있다. 싱가포르에서 공공 도로에서 4개 트럭을 군집 주행을 해서 항구 터미널 간에 컨테이너를 운송할 계획이다. 맨 앞 트럭은 사람이 운전하고 나머지 세 대의 트럭은 전적으로 자율 주행으로 따라간다.

이 기술은 “Companion European” 연구 프로젝트를 통해서 개발된 것이다. 이 연구는 스카니아와 에릭슨(Ericsson)이 공동으로 진행한 것으로서, 선행 트럭으로는 저지연 5G 셀룰러 링크를 사용하고 군집을 이루는 트럭들 간에는 802.11p 무선 링크를 사용하는 것을 연구했다. 스카니아는 스웨덴의 자사 연구 센터에 3개의 5G 무선 기지국을 설치하고 있다.

스카니아의 도시 자동화 프로젝트 책임자인 Anders Sta¨llberg는 다음과 같이 말한다.


"이 테스트 네트워크는 5G 시스템을 사용함으로써 낮은 지연시간과 높은 대역폭으로
고품질의 모바일 네트워크 서비스가 가능하다.
대량의 복잡한 데이터를 아주 빠르고 신뢰하게 전송할 수 있다.
그렇기 때문에 군집 주행 같은 프로젝트 용으로 ‘우선적 통신 레인’을 제공할 수 있다."


3ms 미만의 낮은 지연시간이 가능하므로 5G를 사용해서 자동차들이 서로 제동이나 조향 정보를 전송할 수 있다. 또한 트럭 군집 주행으로 두 대 이상의 트럭 사이에 정보를 주고받는 신뢰성과 속도를 높일 수 있다. 트럭 군집 주행에 사용될 수 있는 상용 5G 서비스는 2018년부터 본격적으로 시작되었다.

본격 시작한 트럭 군집 주행

이 트럭 군집 주행 시험은 2단계로 이루어진다. 1단계는 트럭 군집 주행 기술을 설계하고, 테스트하고, 현지 조건에 맞게 개선하는 작업을 한다. 이 시험은 스카니아와 도요타(Toyota)가 각각 스웨덴과 일본에 있는 자사 연구 센터에서 실시한다. 2단계는 싱가포르에서 실제 조건으로 시험과 기술 향상을 하는 것으로 이루어진다.

싱가포르 자율 도로 운송 위원회(CARTS)의 팽 킨 콩(Pang Kin Keong)은 다음과 같이 밝혔다.

"오늘날 트럭 운송은 매우 노동 집약적인 업종이다.
트럭 운전 인력이 점점 귀해지고 있다.
이러한 상황에서 트럭 군집 주행 기술은 항구나 운송 업계가 생산성을 끌어올리도록 기여할 것이다.
또 트럭 운전사들은 플리트 오퍼레이터 같이 좀더 숙련된 직무로 옮겨갈 수 있을 것”이라고 말했다"




군집 주행 트럭들을 연결하기 위해서 사용할 수 있는 또 다른 기술은 V2X 무선이다. 이것은 자동차와 자동차(V2V)를 연결하고 자동차와 인프라(V2I)를 연결하기 위한 무선 기술에서 한 단계 더 나아간 것이다. 이와 관련해서 코다 와이어리스(Cohda Wireless)가 오토톡스(Autotalks)와 손을 잡았다. 오토톡스는 이러한 애플리케이션 용으로 자동차급 V2X 통신 프로세서 및 RF 트랜시버를 제공하는 회사이다.

코다 와이어리스의 CEO인 폴 그레이(Paul Gray)는 말한다.

"고속도로에서 군집 주행 트럭 같은 커넥티드 자율 자동차(CAV)를
위해서는 성숙한 V2X 통신 기술과 매우 낮은 신호 지연이 필요하다"


그래서 이 회사는 저지연시간 V2X 하드웨어 보안 모듈(eHSM)을 적용한 오토톡스의 V2X 통신 칩셋을 사용한다.

미국에서는 스타트업 회사인 펠로톤(Peloton)이 트럭 용으로 플래그쉽 군집 주행 제품을 내놓고 있다. 이 기술은 V2V 링크를 사용해서 0.1s 이내에 트럭들 간에 제동과 가속을 동기화할 수 있다. NACFE(북미 화물 효율 위원회)에서 시험한 결과에 의하면, 이렇게 함으로써 2대의 트럭으로 이루어진 군집 주행의 경우에 선행 트럭으로 4.5퍼센트 및 뒤따르는 트럭으로 10퍼센트의 연료 절감이 가능하다고 한다.

이 기술은 트럭에서 멈추지 않는다. 펠로톤의 군집 주행은 클라우드 기반 네트워크 운영 센터에서 지속적으로 관리된다. 보안적인 셀룰러와 와이파이 통신을 통해서 이 센터에서 트럭들로 연결이 이루어진다. 그럼으로써 군집 주행을 특정 경로들로 제한하고 안전하게 주행하도록 한다.

자사 트럭에 펠로톤 기술을 사용하고 있는 옴니트랙스(Omnitracs)의 CEO인 존 그레이엄(John Graham)은 설명한다.

"펠로톤이 개발한 기술은 ADAS와 자동화 운전에 있어서 최첨단에 서 있다.
트럭 안전성과 연비를 향상시키기 위해서 무엇보다도 중요한 것이 공간에 대한 인식이다"


폭스바겐의 또 다른 트럭 제조 자회사인 만(MAN)은 군집 주행과 관련해서 독일 물류 회사인 DB 쉥커(DB Schenker)와 손을 잡았다. 두 회사는 내년에 뮌헨과 뉘른베르크를 잇는 A9 고속도로에서 장기간에 걸쳐서 실제 조건으로 군집 주행을 시험한다. 그런데 한 가지 걸림돌은 이 시험을 하기 위해서 법규가 아직 미비하다는 것이다.

"도로 상에서 상품을 좀더 효율적으로 운송하기 위해서는 이러한 파일럿 프로젝트를 실시할 수 있어야 한다.
군집 주행은 환경에도 유익하고, 교통 흐름을 향상시키고, 도로 안전성을 높일 수 있다.
공공 도로에서 군집 주행을 할 수 있도록 관련 법규를 마련하는 것이 필요하다"

-안드레아스 렌쉴러(Andreas Renschler), 폭스바겐 트럭 & 버스의 최고 경영 책임자




"군집 주행은 연비 측면에서 확실히 유리하며 사고 위험성을 낮출 수 있다.
시험 결과에서도 이를 확인할 수 있다.
이제 DB 쉥커와 손잡고 실제 조건으로 군집 주행으로 무엇을 할 수 있는지 보여주려고 한다"

-요아킴 드리스(Joachim Drees), 만 트럭 & 버스 회장

유럽에서 군집 주행은 기술적으로 2020년쯤 가능해질 것으로 보인다. 하지만 그렇게 되기 위해서는 EU 국가들에서 그에 맞게 관련 법규를 수정해야 할 것이다.

이 문제를 피해갈 수 있는 한 가지 방법은 시험을 자체 부지 내에서 하는 것이다. 볼보(Volvo)는 올해 가을에 스웨덴 북부의 크리스티네베르크에 있는 볼리덴(Boliden) 광산에서 자사의 적응식 주행 제어 기술을 확대해서 자율 운전 트럭에 적용하는 것을 개발하고 있다. 이 광산에서 3대의 트럭을 운영할 계획이다. 볼보 트럭의 사장인 클라스 닐슨(Claes Nilsson)은 “볼리덴과 협력해서 자율 트럭이 한 차원 도약하게 되었다. 사상 처음으로 지하에서 광산 업무에 자율 주행 트럭을 시험하게 되었다”고 말했다. 이 FMX 트럭은 자율 운전 트럭 및 군집 주행에 관한 R&D 프로젝트의 산물이다.

이 트럭은 광산 지형을 이해하고 트럭이 취할 경로를 설정하기 위해서 더 많은 센서 시스템을 사용한다. 센서들을 사용해서 정확한 스티어링, 기어 변경, 속도 제어를 할 수 있다. 한 번 주행을 할 때마다 모델의 정확도가 향상된다. 이 트럭들은 멈춤 없이 주행하며 정확한 경로 설정과 일정한 속도로 정체를 방지한다. 뿐만 아니라 적재하고 하역하는 시간을 단축할 수 있다. 광산에서는 수시로 폭발 작업을 하는데, 그럴 때는 갱도가 어느 정도 환기가 될 때까지 운전사가 기다려야 한다. 하지만 자율 주행 트럭은 그럴 필요가 없기 때문이다.

군집 주행이 가져다줄 변화

군집 주행은 트럭 설계와 작동에만 영향을 미치는 것이 아니다. 스카니아는 싱가포르에서 화물을 정확하게 적재 및 하역하는 프로세스 또한 완벽하게 자동화하고 있다. 그러려면 트럭을 정확한 위치에 정차하고 자동으로 윈치를 걸고 래치를 원격으로 해제하기 위해서 다양한 센서들을 사용한다. 이러한 모든 것들이 관제 센터에서 소프트웨어로 신뢰하게 처리되어야 한다.

군집 주행은 물류 분야로 중대한 변화들을 가져올 것이다. 군집 주행을 위해서는 레이더와 주행 제어 시스템, 보안 무선 링크, 신뢰할 수 있는 제어 시스템을 비롯해서 많은 것들을 고려해야 한다. 올해 하반기부터 세계 여러 곳에서 군집 주행 트럭들이 상업적으로 운행되는 것을 보게 될 것이다. 더 나아가서 적재와 하역 작업까지 자동화하려면 아직은 갈 길이 멀어 보인다.
 

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