관리번호

2023-자율주행차-일반-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

□ 원천기술   ■ 혁신제품

자동차/철도차량

-

융합유형

■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업창출형  □ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  □ 탄소중립  □ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

■ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

과제명

자동차 안전 및 편의성 향상을 위한 복합센서 내장형 스마트 타이어 기술 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

4

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1. 개념 및 정의

ㅇ 타이어 불량으로 인한 교통사고가 빈번하게 발생하고 있으며, 국내 교통사고 중 타이어 상태로 인한 교통사고 치사율이 선진국 대비 높은 수준으로 타이어 관련 장치의 의무화와 기술의 발전이 대두되고 있음

- 미국에서는 4.5ton 이하 차량에 대해 TPMS* 장착 의무화를 2007년부터 시행 중이며, 우리나라는 2015년부터 3.5 ton 이하 모든 차량에 장착 의무화를 시행중임

* TPMS(Tire Pressure Monitoring System) : 타이어 공기압 경보장치

- 자율주행 차량 기술 개발 및 다양한 모빌리티 서비스가 본격화 되면서 적극적으로 타이어 상태를 추정하는 기술 및 시스템 개발에 대한 요구가 높아지고 있음

ㅇ 자동차 주행의 안전 및 편의성 향상을 위해 타이어 내부 부착형 복합센서를 적용한 스마트 타이어 기술 개발

- 타이어 트레드 내부 이너라이너에 부착되어 공기압, 온도, 수직하중, 마모 상태 등의 정보 측정 및 추정이 가능한 스마트 복합센서 개발

- 상기 스마트 센서와 차량 온보드 센서를 융합하여 Hydroplaning* 감지 및 제동 성능 추정, 노면 위험 감지(빙판, 포트홀 등) 기술을 개발하여 운전자와 차량 제어기(ECU)에 주행 상태 정보 공유 및 자율주행 시 차량 제어에 필요한 정보

* Hydroplaning(수막현상) : 차량의 타이어와 노면 사이에 수막이 생겨 타이어가 노면 접지력을 상실하는 현상

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 자동차 안전 및 편의성 향상을 위한 내부 부착형 복합센서 적용 스마트 타이어 기술 개발

- 타이어 내부 부착형 복합 센서 적용 스마트 타이어 개발

- 스마트 타이어 적용 자동차 안전 향상 및 도로 위험 감지 시스템 개발

- 스마트 타이어 기술 평가 및 실증

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	스마트 복합센서 정확도 (하중 / 휠속)	%	90 / 95 이상	없음	- / 95 (미국, Cerebrum)
2	타이어 트래드 마모 추정 정확도	mm	±1 이내	없음	2 (프랑스, 미쉐린)
3	타이어 마모수준별 제동성능 예측 정확도	%	90 이상	없음	적용 사례 없음
4	타이어 부착형 연속 데이터 수집형 복합 센서 전력 공급 기술 (1차 전지 제외)	mW	10 mW	없음	10 mW (이스라엘, 에너바이브)
5	노면 특성1) 판단 정확도	%	90 이상	없음	적용 사례 없음

1) 노면 특성 : 포트홀, 결빙, 수막, 크랙 상태 등

□  개발 내용

ㅇ 내부 부착형 스마트 복합 센서 적용 스마트 타이어 기술 개발

- 스마트 복합 센서 총 2종 (이산 데이터 수집형*, 연속데이터 수집형**) 개발

* 이산 데이터 수집형 : 센서 측에서 신호처리 후 파라미터 전송(온도, 압력, 휠속도, 노면/타이어 접지율)

** 연속 데이터 수집형 : 연속적인 진동, 변형특성을 측정햐여 raw data 전송(노면상태 및 타이어 건전성 추정), 에너지 하베스팅 기술 또는 무선 충전 등의 전원 공급 기술 개발 및 센서 모듈 통합 필요

- 스마트 복합센서와 타이어 내부 바닥면 부착(융착) 기술 개발

- 복합센서 정보 이용 각 바퀴 당 수직하중 및 트래드 마모량 추정 기술 개발

ㅇ 스마트 타이어 적용 자동차 안전성 향상 및 도로 특성 감지기술개발

- 타이어 마모 단계 별 제동 성능 예측 기술개발

- 복합 센서 및 차량 탑재 센서를 이용한 수막, 빙판, 포트홀 등의 노면특성 실시간 감지기술 개발

ㅇ 스마트 타이어 기술 평가 및 실증

- 타이어 부착형 복합 센서 성능 및 타이어 상태(하중/마모) 추정 기술 신뢰성 평가

- 스마트 타이어 적용 자동차 주행 안정성 기술 성능 및 신뢰성 평가

- 도로 위험 요소 감지 기술 신뢰성 평가 및 도로인프라(노면) 건강상태 관제 실증평가

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	타이어 내부 부착형 스마트 복합센서	7	시제품, 성적서	시험실, 주행시험장
2	스마트 타이어	7	시제품, 성적서	주행시험장

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 타이어 공기압 경고장치(TPMS) 법규 및 기술 동향

- 미국에서는 타이어 공기압 경고장치(TPMS) 의무화를 2007년부터 시행 중임

- 우리나라는 2013년 승용차와 3.5톤 이하 차량에 대해서 타이어공기압모니터링시스템(TPMS) 장착 의무화를, 2015년부터 모든 차량에 장착 의무화를 시행 중임

- 독일 콘티넨탈社는 현재 타이어 공기압 주입구 일체형의 타이어공기압센서와 TPMS ECU를 이용한 차량용 타이어공기압모니터링시스템(TPMS) 생산 중

ㅇ 스마트 타이어 기술 동향

- 최근 미쉐린, 콘티넨탈, 브리지스톤 등 선진 타이어 기업들은 기존 타이어 공기압 주입구 일체형의 타이어공기압센서 대신 타이어 내부 바닥면 부착형 스마트 복합 센서를 적용한 스마트 타이어와 실시간 타이어 건강상태(SOH) 관제 시스템 등을 개발 중

- 스타트업 중에는 미국의 Revvo, Cerebrum社에서 스마트 타이어 기반의 Fleet Management Solution, 스마트폰 연동 타이어 모니터링 솔루션을 출시하였으나, 마모 수준 등의 타이어 상태 예측 정도가 낮으며, 배터리 전력 운용의 한계로 타이어 건강상태 및 노면 추정 등의 차세대 기술은 미출시 중

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 2016년 영국에서는 타이어 관련 사고로 인해 8명 사망, 120명 중상자 발생 등 자동차 주행 중 타이어 펑크는 매우 위험하며, 미국에서는 2020년 한 해 동안 664명이 타이어 관련 사고로 사망

ㅇ 최근 일부 선진 타이어 업체들(미쉐린, 콘티넨탈, 스미토모 등)이 타이어 내부 바닥면 부착형 스마트 복합 센서와 이를 이용한 타이어-차량의 건강상태(SOH) 관제 시스템 개발 중

ㅇ 스마트 타이어를 자동차에 적용 시, 자동차의 타이어 펑크 사고 예방 및 안전성 향상, 내구성·승차감·제동력 향상, 연비 향상, 온실가스(CO2)의 배출량 감소, 노면 상태 추정, 타이어 마모량 추정 및 교체 예정일 운전자 제공 등 가능

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 세계 타이어 공기압 모니터링 시스템(TPMS) 시장 규모는 2020년 81억 달러에서 2026년까지 150억 달러로 성장할 것으로 예상되며, 일부 업체가 시장을 독점하고 있는 상황

ㅇ 글로벌 선진 기업들의 기술확보를 통해 높은 기술경쟁력으로 시장 선점을 하고 있으며, 향후 국내 타이어 및 센서 기업들의 시장 진출과 점유율 확대를 위해 기술개발 지원 필요

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 우리나라는 2013년 승용차와 3.5톤 이하 차량에 대해서 타이어 공기압 경고장치(TPMS)를 의무 적용하고 있고, 2015년부터 모든 차량에 의무화를 시행하고 있어 정부 규제에 따른 기술지원 필요

ㅇ 차세대 TPMS인 스마트 타이어 기술에 대한 글로벌 경쟁력을 조기에 확보하여 글로벌 OEM 업체들의 자율주행차 및 전기차 등 미래차의 확대 적용을 위해 정책적 지원 필요

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 스마트 타이어 기반 운전자 서비스 제공

- 타이어 교체 시기 알람, 공기압 모니터링 및 적정 공기압 제시, 과적 알람

ㅇ 타이어/노면 상태 반영 차량 주행 안전성 향상

- 타이어 마모 수준 및 노면 상태 고려 차량 제어 로직 최적화

ㅇ 도로 노면 상태 모니터링 기반 관제 서비스 및 위험 요소 알람 서비스

□ 기술적 기대효과

ㅇ 이러한 기술 개발을 위해서는 기존 TPMS 대비 진화된 타이어 부착형 센서 및 타이어 상태 추정 알고리즘 개발이 필요하며, 주로 해외의 글로벌 타이어 업체 및 실리콘 밸리의 스타트업들에 의해 주도 되고 있는 상황

ㅇ 해외 기업들의 스마트 타이어 대비 차별화되고 진보된 기술을 개발하면 국내 관련 기업 (타이어 및 센서 회사)의 글로벌 기술 경쟁력 확보 기대

□ 경제적 기대효과

ㅇ 해외 일부 업체가 독점적으로 공급하는 현 밸브 타입 TPMS에서 타이어 부착형 타입의 스마트 복합 센서로 대체 공급할 경우 국내 타이어와 센서 업체의 조합으로 TPMS　시장 진출 기대

* 현재 국내 업체에 의해 생산되어 공급하는 모든 타이어에 대해 센서 부착 시, 약 14억 달러의 연간 매출 기대

ㅇ 전 세계적으로 Fleet Management Service (F.M.S) 시장은 CAGR 15.5% 로 성장 중이며, 2027년에는 524억 달러 규모에 이를 것으로 예측되며 타이어 관련 비용은  Fleet의 Total Cost Ownership (TCO) 의 상당 부분 (약 15~20%)을 차지하기 때문에 FMS를 위한 스마트 타이어에 대한 수요도 가파르게 증가 예상

□ 사회적 기대효과

ㅇ 타이어 상태 모니터링을 통한 타이어 관리 시 타이어 파손 방지, 연비 향상, 온실가스 배출량 감소 등 공공의 이익을 증진할 수 있으며 나아가 도로 노면 정보 예측을 통한 도로사고의 위험(포트홀)을 사전에 차단하여 운전자 및 도로 인프라의 안전을 확보 할 수 있음

ㅇ‘16~18년도 기준 지난 3년간 도로 파손 중 전국 포트홀은 총 66만개가 발생했으며 피해 보상액으로 46억, 도로 보수비용 1조원이상, 교통사고 654건 등 발생하였으며, 복합센서 및 온보드 센서를 활용한 포트홀 감지 기술은 이러한 도로 파손에 대한 조기 발견 및 대응으로 안전성 및 비용 측면에서 이점 확보

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 16억원 이내(총 정부출연금 64억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 영리기관 (중소·중견 기업 또는 대기업)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수