자율주행자동차 원리 및 단계(레벨)별 특징

 

 

 

자율주행자동차

 

 

 

 

자율주행자동차

사전적 의미 : 운전자가 차량을 조작하지 않아도 스스로 움직이는 자동차 

자동차가 스스로 움직이기 위해서는 다양한 기술이 필요합니다. 특히 주변 사물을 인식할 수 있는 첨단 센서와 성능 높은 그래픽 처리 장치의 도움이 필요합니다. 첨단 센서는 사람처럼 사물과 사물의 거리를 측정하고 위험을 감지하여 사각지대(보이지 않는 곳) 없이 모든 지역을 볼 수 있도록 도와줍니다. 그래픽 처리 장치는 여러 대의 카메라를 통해 자동차의 주변 환경을 파악하고 그 이미지를 분석해서 자동차가 안전하게 갈 수 있도록 도와줍니다. 여러 안전 표지판의 의미를 파악한다거나, 앞의 자동차가 급정거를 하지 않는지, 갑자기 사람이나 동물이 도로에 뛰어드는 것은 아닌지 등을 파악할 수 있게 만들어 줍니다. 

 

전 세계는 지금 자율주행 자동차 개발 경쟁이 뜨겁습니다. 지금까지 자동차 기술은 자동차 제조업체에서 주도했지만, 자율주행 자동차만큼은 정보기술 업체에서 더 활발하게 연구 중입니다. 검색엔진으로 출발한 IT기업 구글과 그래픽기술 전문업체 엔비디아가 대표 사례입니다. 이들은 주변 사물을 인식할 수 있도록 돕는 첨단 센서와 높은 성능을 내는 그래픽 처리 장치 (GPU)의 도움을 받아 기술업체다운 자율주행 자동차를 개발하고 있습니다. 기존 자동차 제조업체도 이에 질세라 자동차의 심장을 배터리로 바꾸고, 기술업체가 이룩한 가종 스마트 기능을 자동차에 적용하는 중입니다. 스마트폰이나 스마트워치 같은 모바일 기기와 자동차를 엮으려는 시도가 대표적입니다. 

 

자율 주행 자동차의 원리 

 

먼저 여러가지 센서로 자동차의 주변 환경을 살펴봅니다. 동시에 카메라 센서는 영상 이미지를 얻고 , 레이더 센서로 주변 물체의 형태를 인식하고 거리를 정교하게 측정합니다. GPS와 IMU(관성 측정 장치)는 자율주행차가 어느 위치에서 어느 정도 속도로 달리고 있는지 측정합니다. 이렇게 얻은 정보를 차량에 탑재되어있는 차량용 컴퓨터 시스템이 분석하게 되고 , 그 결과를 토대로 어느 방향으로 어느 정도의 속도로 달릴지를 계산한 뒤 방향을 조절하는 조향 장치와 속력을 조절하는 구동 장치를 시스템이 스스로 움직여 운전하게 됩니다. 

 

1. GPS  : 차량의 경로와 위치 판단

2. 라이다(Lidar) : 주변환경 360도 인식 

3. 레이더 : 차량의 전후방 인식

4. 카메라 : 차량, 보행자, 신호등 등을 분별 

5. 컴퓨터 시스템 : 운전 시 데이터를 분석해 차량의 움직임 제어 

6. 초음파 센서 : 근접차량 인식

 

1) 인지단계 (카메라 , 레이더, 레이저, GPS)

자율주행 자동차의 첫번째 단계는 인지단계입니다. 이 단계에서는 다양한 센서와 기술을 사용하여 주변 환경을 인식하게 됩니다. 이러한 센서들은 다양한 정보를 수집하며 , 카메라는 시각적 데이터를 제공하고 , 레이더는 전파를 사용하여 사물과의 거리를 측정하며 , 레이저는 3D정보를 제공합니다. GPS는 차량의 위치와 실시간 교통 정보를 제공하여 인지단계를 완벽하게 지원합니다. 

 

2) 판단단계 (인공지능, 딥러닝 기술)

판단단계에서는 인지단계에서 수집한 정보를 기반으로 주행 전략을 결정합니다. 소프트웨어라고 볼 수 있습니다. 이 역할을 수행하는 것이 인공지능(AI)입니다. AI는 컴퓨터 시스템을 사용하여 다양한 상황을 분석하고 운전 전략을 수집합니다. 이 과정에서 딥러닝 기술이 활용되며, 머신러닝 알고리즘을 통해 컴퓨터가 스스로 학습하고 판단합니다. 이를 통해 자율주행 자동차는 다양한 도로 상황을 인식하고 대응할 수 있습니다. 

 

3) 제어단계 (지능제어 시스템, 지능운행 장치) 

제어단계는 자율주행 자동차가 주행을 실제로 수행하는 단계입니다. 이 단계에서는 자율주행 자동차는 조향, 가속, 감속, 제동 등의 주행 조작을 스스로 수행합니다. 여기에는 다양한 자율주행 시스템과 운전자 보조 시스템이 사용됩니다. 예를 들어 스마트 크루즈 컨트롤, 차선 유지 보조 시스템, 주차 보조 시스템 등이 있습니다. 

 

 

자율주행 자동차 레벨 

자율 주행 기술은 레벨 0부터 5까지로 나뉩니다. 각 레벨은 자율주행 능력의 정도를 나타냅니다. 

 

레벨0 : 자동화가 전혀 없는 단계 

 

레벨 1 : 차량이 가속과 감속을 담당하고 운전자가 조향을 담당

크루즈 컨트롤, 차선이탈 경보 등 (LDWS), 후측방 경보 장치 (BSD) 장착된 차량을 말합니다.

 

레벨 2 : 조향과 가속/감속을 조합적으로 자동화할 수 있는 단계 

자동차 스스로 감속을 하고 거리를 유지하거나(ASCC 어드밴스 스마트 크루즈 컨트롤) 방향을 조향 하여 (ADAS:차선이탈 충동 회피) 차선을 유지하고 (LDWS : 차선이탈 복귀) 때론 긴급 제동(AEB 자동 긴급제동장치)을 하기도 합니다. 

 

레벨 3 : 운전자와 자율주행 시스템 사이에 제어 권한을 주고받는 단계 

특정 상황이나 위급 상황에서만 개입하는 것이 아니고 , 정해진 조건 하에 일상적인 주행을 합니다. 도로가 정체될 경우 스스로 추월을 하기도 하며 , 장애물을 피하고 감속과 과속을 자유자재로 컨트롤합니다. 

 

레벨 4 : 대부분의 주행 상황에서 운전자 개입이 필요하지 않는 단계 

레벨 3단계를 보완하며 불완전한 요소들을 극복한 단계입니다. 고속도로뿐만 아니라 도심에서도 완전 자율주행이 가능하나 , 운전자가 탑승하여 핸들을 잡고 있어야 되는 것은 동일합니다. 

 

레벨 5 : 완전 자율주행으로 운전자 개입이 전혀 필요하지 않는 단계 

자율주행 자동차의 수준이 인간의 능력을 초월한 단계입니다. 

 

 

 

 

 

 

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