음향 차량 경고 시스템(AVAS)이란 무엇입니까?

음향 차량 경고 시스템(AVAS)은 고유한 경고음을 생성하고 이를 차체에 장착된 라우드스피커를 통해 재생하여 도로 위의 다른 운전자에게 차량의 위치, 속도 및 주행 방향에 대한 정보를 제공하는 자동차 모듈입니다. 안전 전문가와 시각 장애인 권익 옹호자들의 의견에 따라 자동차 업계는 전기자동차(EV)와 하이브리드 자동차가 저속으로 주행할 때 소리가 거의 나지 않는다는 점을 고려하여 이 기술을 개발했습니다.

일반적으로 자동차는 세 곳에서 소리가 발생합니다.

• 엔진 소음: 휠에 토크를 제공하는 기계 시스템은 모두 약간의 소음을 유발하며, 내연기관 엔진의 소음 수준이 매우 높을 수 있습니다. 다양한 냉각 팬도 소리가 날 수 있지만 항상 켜져 있는 것은 아닙니다. 전기 모터는 더 빠른 속도로 윙윙거리는 소리를 내며, 연료 전지 엔진에는 엔진 소음을 유발하는 송풍기와 펌프가 있습니다.
• 전동 소음: 타이어가 도로 표면 위를 굴러갈 때 소리가 납니다. 소음 수준은 타이어 설계, 노면 및 차량 속도에 따라 달라집니다.
• 공기역학적 소음: 차량 주위를 통과하는 공기는 더 높은 속도에서 난류를 발생시킬 수 있으며, 보행자가 차량의 존재를 느낄 정도의 소리를 냅니다. 그러나 저속 주행 시에는 공기역학적 소음이 거의 없습니다.

길을 걷는 사람이나 길을 건너는 사람, 자전거를 타는 사람 또는 도로 근처의 어린이는 이러한 차량 소리를 차량이 접근하고 있다는 경고음으로 인식합니다. 이는 시각 장애가 있는 사람이나 휴대폰을 보거나 다른 사람과 이야기하면서 걷는 사람 등 다른 활동을 하느라 주의가 산만해진 사람들에게 특히 중요합니다. 전기자동차가 소음이 심한 기존 차량들과 경쟁하기 시작하면서, 저속 주행 시 소리가 나지 않는다는 점이 보행자 안전 문제로 대두되었습니다.  미국 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)의 2009년 연구에 따르면 전기 모터를 사용하는 하이브리드 전기자동차는 보행자 충돌 사고에 연루될 가능성이 2배, 자전거와 충돌할 가능성이 1.7배 더 높은 것으로 나타났습니다. 시속 20km(12.4mph) 정도의 속도에서는 도로 및 공기역학적 소음이 충분히 들리므로 더 이상 소리를 생성할 필요가 없습니다. 

자동차 제조자가 전기자동차 및 하이브리드 차량에 AVAS 모듈을 통합하는 이유는 세 가지입니다.

• 보행자 안전: AVAS가 생성하는 경고음은 보행자, 자전거 이용자 등 취약한 도로 이용자와의 충돌 위험을 줄여줍니다. 생성된 소음으로 해결되는 일반적인 상황으로는 횡단보도 안팎으로 도로를 건너는 사람이 있는 경우, 주차된 차량 주위를 걸어다니는 사람이 있는 경우, 후진하는 차량 뒤로 지나가는 사람이 있는 경우가 포함됩니다.
• 소리 브랜딩: 저속 주행 시 보행자 안전을 위한 소리 생성은 자동차 제조자에게도 기회를 제공합니다. 자동차 제조자는 AVAS 솔루션에 고유한 소리를 만들어 차량에 표준을 제공할 수 있습니다.
• 규정 준수: 저속에서 엔진 소음이 발생하지 않는 차량에 AVAS 사용을 의무화한 국가가 많습니다. 여기에는 배터리 전기자동차(BEV), 플러그인 하이브리드, 가스-전기 하이브리드 차량 및 일부 수소 연료 전지 자동차가 포함됩니다.

전기자동차 음향 경보 시스템에는 일반적으로 다음과 같은 모듈이 포함되어 있습니다.

• CAN(Controller Area Network) 버스: AVAS는 지정된 음량과 주파수 조합에서 적절한 소리를 생성하기 위해 자동차가 수행하는 작업에 대한 입력이 필요합니다. 이 정보는 차량 속도, 기어 설정, 가속 페달 및 브레이크 위치, 주변 소음 및 가속도를 측정하거나 포착하는 센서 및 장치에 연결되는 차량의 CAN 버스에서 가져옵니다.
• 처리: 시스템의 두뇌입니다. 전자 제어 장치(ECU), 사운드 엔진, 증폭기 및 CAN 버스 인터페이스로 구성됩니다.
• 출력: 처리 모듈은 센서 입력을 사용하여 시스템의 출력 모듈을 통해 소리를 생성합니다. AVAS 출력 모듈의 주요 구성 요소는 라우드스피커, 배선, 하우징 및 브래킷입니다. 일부 차량은 프론트 후드와 같은 기존 차량 패널의 능동 진동을 사용하여 소리를 생성합니다.  

내연기관 엔진 구동 차량 소음에 대한 초기 규제는 소음 공해를 줄이고 운전자의 인식을 높이는 데 중점을 두었습니다. 이제 규제 기관은 전기자동차 및 관련 차량이 안전성을 높이는 소리를 생성하도록 하는 표준을 시행하고 있습니다. 그래서 탄생한 보행자 경고 시스템 관련 규정은 두 가지 목적으로 사용됩니다.

1. 도로 이용자를 보호하기 위한 법적 수단을 제공하고 차량 엔지니어에게 일관된 지침을 제공합니다.
2. 규정에는 엔지니어가 설계할 수 있는 측정 가능한 수량이 포함됩니다.

각 국가 또는 지역마다 AVAS에 대한 자체 안전 표준이 있지만, 거의 모든 국가에서 특정 차량 속도에 대한 다음과 같은 사항을 명시합니다.

• 잘 들림: 다양한 속도에서 나는 소음 크기가 실제 상황에서 들릴 만큼 충분히 큽니다.
• 인식 가능: 자동차 근처에 있는 사람들은 소음을 자동차의 위치와 방향을 나타내는 신호로 차츰 식별할 수 있습니다.
• 관련 있음: 생성된 소리는 속도, 정지 또는 후진과 같은 추가적인 청각적 단서를 제공합니다.

일반적으로 적용되는 AVAS 규정

다음은 음향 차량 경고 시스템에 적용되는 일반적인 규정 및 지침 중 일부입니다.

유엔 규정 138호(UN r138)

이 국제 표준은 일본, 유럽 연합, 호주 및 영국을 포함한 대다수의 국가에서 인정됩니다. UN r138은 엔지니어를 위한 음량 및 주파수 정보와 테스트 정보 등 포괄적인 내용을 담고 있습니다. 적용 대상 AVAS 시스템의 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.

• 시동을 걸 때부터 시속 20km(12mph)까지 소리를 냅니다.
• 후진 시 최소 음량 이상으로 인식 가능한 후진음을 발생시킵니다.
• 차량이 정지해 있을 때는 소리가 나지 않습니다.
• 속도 범위에 따라 특정 최소 음량 수준으로 소리를 냅니다.
• 특정 범위에서 두 개 이상의 주파수를 만드는 톤을 생성합니다.
• 가속(주파수 증가) 및 감속(주파수 감소)을 나타내기 위해 생성되는 소리의 음높이를 속도가 시속 1km씩 변할 때마다 최소 0.8%의 비율로 변화시킵니다.

미국 연방 자동차 안전 표준(FMVSS) 141

미국에서 운행되는 총 차량 중량(GVWR)이 10,000파운드 이하인 하이브리드 및 전기자동차는 FMVSS 141호 "하이브리드 및 전기자동차의 최소 소음 요구 사항"을 준수해야 합니다.

적용 대상 AVAS 모듈의 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.

• 시동을 걸 때부터 시속 30km(18.64mph)까지 소리를 냅니다.
• 후진 시 최소 음량 이상으로 인식 가능한 후진음을 발생시킵니다.
• 차량에 기어를 넣고 정지한 상태에서는 소리가 납니다.
• 다양한 속도 범위 및 주파수 대역에 따라 특정 최소 음량 수준으로 소리를 냅니다.
• 가속 및 감속에 따라 시속 10km/h 변화당 3dB씩 음량이 변합니다.
• 특정 범위에서 최소 2개 및 최대 4개의 주파수를 만드는 톤을 생성합니다.
• 지정된 제조사, 모델, 연식, 차체 유형 및 트림 수준에서 동일한 소리가 납니다.

중국 GB/T 37153

중국의 표준은 대부분 UN r138을 따릅니다. 그러나 중국 도시에서는 주변 소음 수준이 높기 때문에 UN 표준보다 2dB 더 큰 음량을 요구합니다. 또한 운전자가 일시 중지 스위치를 사용하여 AVAS 모듈을 끌 수 있습니다.

SAE J2889-1 및 ISO 16254

이처럼 밀접한 관련이 있는 산업 표준은 법적 의무 사항이 아닙니다. 음향 차량 경고 시스템에서 생성되는 소리를 측정할 때 허용되는 방법을 지정합니다. 이러한 표준에는 테스트 트랙 표면, 배경 소음 보정 및 마이크 배치에 대한 지침이 포함되어 있습니다. 

AVAS 사운드 제작은 엔지니어링, 미학, 혁신, 효율성 및 안전 요구 사항을 하나의 창의적인 노력으로 결합하여 이러한 상충되는 목표를 모두 충족하는 제품을 만들어 내는 과정입니다. 그래서 자동차 제조자는 사운드 설계자의 전문 지식을 활용하여 AVAS 사운드 설계를 진행합니다.

각 팀마다 프로세스에 접근하는 방식은 다르지만, 모두 브랜딩 목표, 규정 및 추가 안전 요구 사항을 먼저 고려한 다음 다양한 사운드를 실험합니다. 샘플 사운드, 디지털 효과, 악기 또는 일상적인 물건을 사용하여 도로 안전을 강화하고, 규제 요구 사항을 충족하며, 회사의 브랜드 이미지를 구축하는 고유한 음향 조합을 탐색할 수 있습니다.

규칙에 음량 및 주파수 요구 사항을 지정할 수 있는 경우 사운드로 브랜드 이미지를 강화하는 과정을 반복합니다. 먼저 사운드 엔지니어들을 안내하기 위해 브랜드별 상징성을 브레인스토밍합니다. 이는 바람 소리나 물 소리처럼 자연스러운 소리일 수도 있고, 강렬하고 영화 같은 인상을 주는 소리일 수도 있습니다. 일부 브랜드는 자사의 전기자동차가 기존 가솔린 모델과 같은 특유의 엔진음을 유지하는 것을 선호할 수도 있습니다. 

팀이 브랜드 비전을 확정하면 다음 단계는 AVAS에서 생성되는 소리가 차량 작동음과 어떻게 상호 작용하는지 살펴보는 것입니다. 소리는 서로를 보완하거나 가릴 수 있습니다. 사운드 엔지니어가 고려하는 또 다른 주요 측면은 사운드 조합이 조화로운지 불협화음인지 여부입니다. 또한 사람들이 소리를 어떻게 인식하는지도 살펴봐야 합니다. 보행자들이 예상치 못한 반응을 보인 유명한 사례로는 재규어가 AVAS에 우주선에서 영감을 받은 소리를 사용했을 때 사람들이 하늘을 올려다보게 된 일이 있습니다.

이러한 복잡성을 설명하기 위해 사운드 설계자는 Ansys Sound 후처리 사운드 설계 소프트웨어와 같은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 다양한 사운드 설계 아이디어를 실험, 테스트, 최적화 및 검증합니다. 기본 사운드 세트로 시작한 다음 음색, 음조, 음량 등의 속성을 변화시켜 새로운 소리를 만들어 낼 수 있습니다. 그런 다음 모터 RPM, 속도, 가속도 및 토크와 같은 구동 파라미터에 따라 소리가 어떻게 변하는지 탐색할 수 있습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 파라미터를 변경한 다음 실험실, 주행 시뮬레이터 또는 차량의 AVAS 하드웨어를 통해 실시간으로 소리를 들을 수 있습니다. 엔지니어가 Ansys Sound와 같은 시뮬레이션 툴을 사용하면 몇 주가 걸릴 수도 있는 물리적 프로토타입 변경을 기다리지 않고 신속하게 반복 작업을 수행할 수 있습니다. 

음향 조정(왼쪽) 및 AVAS 규정 준수 검사를 보여주는 Ansys Sound의 스크린샷입니다.

음향 차량 경고 시스템은 전기자동차와 하이브리드 차량에서 널리 사용되는 안전 기능이지만, 전기자동차 보급이 확대됨에 따라 여러 가지 과제가 발생할 것입니다. 가장 중요한 점은 새로운 유형의 소음 공해가 발생할 가능성이 있다는 것입니다. 전기자동차가 도심 도로를 누비게 되면서, 차량에 장착된 모든 AVAS 라우드스피커에서 나오는 소음이 도시 소음 공해를 가중시킬 수 있습니다. 또한 브랜드마다 동시에 발생하는 소음이 매우 다르기 때문에, 이러한 소음들이 합쳐지면 보행자의 주의를 산만하게 할 수 있습니다. 그리고 어떤 경우에는 두 대 이상의 차량 소리가 서로 부딪혀 웅장한 심포니 오케스트라가 아닌 학교 밴드의 서툰 연주처럼 귀에 거슬릴 수 있습니다.

설계팀에서 작업 중인 개선 사항 중 일부는 다음과 같습니다.

• 학교 구역, 병원, 보행로 또는 시골과 같은 주변 환경에 따라 변화하는 적응형 사운드스케이프
• AVAS가 도시 센서 또는 보행자의 스마트폰과 상호 작용하는 스마트 시티 통합
• 다른 차량을 포함한 다른 소음원의 소리를 감지하고, 소리를 더욱 조화롭게 조절하는 기능
• 소음이 심한 환경에서 시각 신호와 AVAS를 결합한 시스템

이와 동시에 전기자동차 보급이 확대되고 기타 기술 메가트렌드가 발전하면서 기회가 생겨나고 있습니다. 자율주행 자동차는 운전자가 경적을 울리거나 잠재적 승객에게 도착을 알릴 수 없기 때문에 추가적인 경고음이 필요할 것입니다. 또한 사운드 설계자는 인공지능(AI)을 통해 훨씬 더 많은 사운드 옵션을 탐색 및 합성하고, 더 빠른 속도와 정확도로 테스트할 수 있습니다. 

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