V2X 기반 운전자 보조 시스템 테스트

V2X 애플리케이션의 개발 및 테스트는 테스트 절차가 차량 자체의 전기/전자 시스템뿐만 아니라 V2X 네트워크와 관련한 요소에 대해서도 해결해야 하므로 자동차 OEM과 공급업체에 완전히 새로운 도전을 제시한다. 이 글에서는 어떻게 엔지니어들이 적절한 툴을 사용하여 복잡한 V2X 시나리오의 테스트 및 검증을 효과적으로 구현할 수 있을지 설명할 것이다.

차량 간(V2V = 차량 대 차량)의 정보 공유와 트래픽 인프라(V2I = 차량 대 인프라)로부터 공유되는 정보는 미래의 모빌리티 발전에서 가장 중요한 요인 중 하나다. 이런 발전은 성능을 개선하고 기능 범위를 확장함으로써 이미 시장에 나와 있는 기존의 운전자 보조 시스템에 도움이 될 것이다.

오늘날의 운전자 보조 시스템의 한계

교통량이 많은 도로에서 운전할 때 앞에 있는 자동차가 고장 나는 경우 (하지만 곡선 도로여서 잘 보이지 않는 경우) 뒤따르는 차량의 운전자가 상황을 너무 늦게 인지하거나 전혀 감지하지 못해 충돌이 발생할 위험이 있다. 고급 레이더 기반 ADAS(Advanced Driving Assistance Systems)를 갖춘 차량이어도 감지 범위를 벗어난다면 교통사고에 대한 정보에 접근할 수 없어 이와 같은 상황에서 한계에 봉착하게 된다. 그러나 V2X가 장착된 차량은 주변의 모든 교통 사용자들이 시기적절하게 반응하도록 무선 메시지를 통해 알릴 수 있다.

V2X는 현재 ADAS 컴포넌트의 다른 한계들도 극복할 수 있다. 예를 들어 오늘날의 도로 표지판과 교통 신호등은 이미 카메라로 감지될 수 있다. 그러나 안개나 폭우에 의해 감지가 제한될 수 있다. 또한 오늘날의 운전자 보조 시스템은 이미 일어난 상황에 대해서만 반응할 수 있다. 예를 들어, 신호등이 언제 바뀔지 "예측" 하지 못한다. 반면에 무선 기반 V2X 시스템은 예측 지원 기능을 제공한다. V2X 시스템은 보조 시스템이 모퉁이 주변과 건물을 관통하여 "감지"할 수 있게 해주고, 반응해야 하는지와 반응해야 한다면 언제 반응해야 하는지를 더 빨리 안다. 그럼에도 불구하고 V2X "센서"의 추가 정보는 운전자 보조 시스템의 복잡성과 테스트에 요구되는 노력을 증가시킨다. 다음 섹션에서는 테스트 엔지니어가 V2X 기반 운전자 보조 시스템을 테스트할 때 효율적이며 재현 가능하도록 하는 방법과 테스트 툴에 대하여 추가된 요구 사항들을 설명한다.

V2X 메시지 및 내용 처리

1세대 V2X ECU에는 송수신기, V2X 통신 스택, V2X 기반 운전자 보조 기능이 포함되어 있다. 블랙박스 테스트 시 외부에서 접근 가능한 ECU의 인터페이스를 통해 이런 기능을 테스트하기 위해 테스트 툴은 V2X 메시지를 송신 및 수신할 수 있어야 한다. 이를 위해 테스트 시스템에는 통신 동작의 쉬운 구성과 테스트 툴의 Tx/Rx 기능과 같은 물리적인 파라미터들을 표시 가능하게 해주는 인터페이스 장비가 있어야 한다. 또한 상위 계층의 통신 프로토콜이 명확하고 이해할 방법으로 지원되고 해석돼야 한다. 테스트 툴에 대한 또 다른 요구 사항은 차량 위치 및 센서 정보와 같은 실제 정보를 전달하는 애플리케이션 전용 메시지를 해석할 수 있어야 한다는 것이다.

위치 추적 - 테스터가 포괄적인 관점을 갖는 방법

운전자 보조 시스템의 작동 모드를 자세히 들여다보면 개별 차량 운전자가 서로 지리적 위치 추적을 통해 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 브레이크 보조 장치는 앞 차량과의 거리와 자체 제동 감속도가 정의된 범위 내에 있을 때만 활성화된다. ECU의 기능은 동일한 방향으로 운전하고 있든 반대 방향으로 운전하고 있든, 충돌 위험이 있든 없든, 특정한 시간 지점에서 차량 간 거리를 계산한다.

그런 복잡한 운전 시나리오의 개요를 유지하기 위해서는 위치, 운전 방향, 지도에서 각 개체의 상태를 시각화하는 것이 좋다. 그러면 개발 및 테스트 엔지니어는 연관성이 올바른지(예: 차량 간 거리), V2X 메시지의 위치 매개 변수가 올바르게 설정되었는지를 한눈에 알 수 있다. 또한 이벤트 특정 메시지를 ECU가 전송한 시간의 위치를 시각화할 수도 있다. 교통 신호등과 같은 인프라 장비에서 도착하는 V2X 메시지도 마찬가지이다. 그래픽 재현이 없으면 차량이 교차로에 도착하는 순간 교차로의 배치 또는 특정 신호등의 신호 상태를 이해하기가 매우 어렵다(그림 1).

[그림 1: 루트비히스부르크의 V2X 지원 신호등 장치의 차량, 이벤트 및 교차로 정보의 CANoe .Car2x 화면]

보안 지원

유효한 V2X 통신은 통신에 속한 모든 ECU가 V2X 메시지를 수신할 때 달성된다. V2X 메시지가 동일한 공공 키 인프라(Public Key Infrastructure, PKI)에 기반하여 표시되는 경우가 바로 이런 경우이다. 제어 장치는 유효한 서명이 없는 V2X 메시지를 차단하고 애플리케이션 계층으로 라우팅하지 않는다. 이 작업은 "Virtual stone thrower"와 같은 권한 없는 발신자가 메시지 전송을 통해 보조 시스템을 방해하지 못하게 한다.

ECU를 시뮬레이션하기 위해서는 테스트 툴의 V2X 메시지가 PKI 인증서에 따라 표시되어야 한다. 따라서 테스트 툴은 인증서를 처리할 수 있고, 관련된 암호화 알고리즘을 지원하며 V2X 패키지의 관련 보안 헤더를 생성할 수 있어야 한다. 인증서 전환에 대한 표준이 제공되기 때문에, 테스트 툴 역시 애플리케이션 테스트 기간 동안 유효하거나 유효하지 않은 인증서 간 전환 옵션을 제공해야 한다. 이로 인해 ECU에서 수신한 유효하지 않은 메시지가 실제로 거부되는지 테스트할 수도 있다. 인증서 생성 기능이 있는 테스트 툴은 추가적인 장점이 있다. 이런 인증서는 테스트 단계 동안 사용될 수 있다. 나중에 생산된 차량에서는 이런 인증서를 사용하여 표시된 V2X 메시지가 테스트 루트에 기반하여 무시될 수 있다.

루트 인증서뿐만 아니라 중간 및 익명 인증서(인증 티켓)를 관리하고 표시하는 것도 유용하다. 인증서 검증을 위한 보안 관련 알고리즘은 유효한 서명을 위해 들어오는 메시지의 즉각적인 확인을 허용하고, 필요한 경우 테스트 보고서에 결과 기록이 가능하다.

V2X - 운전자 보조 시스템을 위한 추가 데이터 소스

오늘날의 운전자 보조 시스템은 카메라 데이터와 레이더 및 광선 레이더 센서의 데이터에 기반한 환경 지도(환경 모델)를 계산한다. 이 데이터 자료는 센서 융합 알고리즘으로 알려진 것에 대한 토대로 사용된다. 즉, 개별 센서에서 감지한 개체는 상호 관련되고, 가중되고, 마침내 환경 모델로 매핑된다. 이 환경 모델은 환경의 전반적인 지도를 재현하고 안전 기능의 데이터 기반이 된다.

센서로부터 발생한 데이터는 Ethernet, CAN(FD) 및 FlexRay 네트워크를 통해 공급된다. V2X 기술이 사용될 때, 환경에 대한 보완 정보의 다른 소스가 추가된다. 이 데이터는 센서 융합 알고리즘으로 통합되기도 하고, 그다음 애플리케이션으로 전달된다. 따라서, V2X 테스트 툴은 다양한 네트워크에서 전달되는 광범위한 데이터를 처리할 수 있어야 한다. ADAS 기능의 시뮬레이션 역시 동시에 생성하는 기능, 즉 ADAS ECU에서 사용하는 모든 네트워크에 대해 전체 데이터 트래픽을 생성하는 기능이 필요하다.

V2X 테스트 시스템의 또 다른 과제는 계측 인터페이스에서 수신하는 데이터의 타임스탬프를 다양한 데이터가 서로를 평가할 수 있도록 모든 네트워크에 대해 동기화하는 것이다. 이것은 정의된 시간 지점에서 다양한 센서가 감지하는 개체들의 위치를 분석하고 그에 따라 융합 알고리즘이 위치 결과를 계산할 때 특히 중요하다.

애플리케이션 테스트 생성 및 실행

V2X 기반 애플리케이션을 테스트할 때 커다란 난점은 재현 가능한 시나리오와 테스트 매개 변수를 제공하는 적합한 V2X 환경을 생성하는 것이다. 교통체증에 대한 사전 경고, (전방의) 느린 차량에 대한 경고 또는 비상 전자 제동(브레이크 경고) 등과 같은 안전 기능을 테스트하기 위해서는, ECU에서 애플리케이션을 시뮬레이션하는 V2X 통신이 생성돼야 한다. 더 중요한 사항은 다음과 같다. 생성된 시나리오에 실제 운전 상황의 어떠한 측면도 결여되어서는 안 된다. 차량 간 거리, 속도, 가속도 및 감속도, 애플리케이션 메시지의 내용은 매우 정확해야 한다. 차량을 상호 관련시키고 시간이 지나면서 시나리오의 동작을 매개 변수화할 수 있는 툴이 이 지점에서 매우 유용하다. 벡터의 CANoe.Car2x 테스트 툴에 포함된 Car2x 시나리오 에디터는 그와 같은 편집 툴이고, 그래픽 유저 인터페이스를 통해 테스트 시나리오를 생성하는 옵션을 제공한다. 에디터는 경유 지점 설정으로 정의한 경로 생성을 도와준다. 차량 및 고정 송신기는 이런 경로상에 위치할 수 있고, 차량은 이동할 수 있다. 경로를 따르는 속도와 다른 차량과의 관계, 시간 및 장소의 기능으로서 V2X 이벤트의 전송, 방향 지시 신호 또는 가속 페달의 활성화 여부 등 차량의 동작을 구성할 수도 있다.

이후에 CANoe.Car2x 테스트 툴은 사용자가 생성된 테스트 시나리오를 로드하게 해주고 유효한 V2X 통신을 생성한다. 이렇게 되면 애플리케이션 테스트를 쉽고 빠르게 생성하고 실행할 수 있다(그림 2).