시간이 지나면서 우리 기술이 빠르게 발전하고 있고 자율주행 자동차도 출시됐습니다. 아직 운전자가 전혀 개입하지 않아도 운행이 가능한 완전자율주행차는 없지만 반자율주행차가 증가하는 속도를 보면 완전자율주행차와 함께하는 시대가 올 것도 머지않은 것 같습니다. 오늘 포스팅에서는 자율주행 자동차의 원리와 기술에 대해 소개합니다.자율주행차란?
자율주행자동차는 운전자의 개입 없이 자동차가 스스로 도로 상황과 주변 환경을 인식하고 판단해 차량을 제어하는 것으로 운전자가 브레이크, 핸들, 가속 페달 등을 제어하지 않고도 스스로 주어진 목적지까지 주행하는 자동차를 의미합니다. 전자식 사각지대 지원, 충돌 회피, 비상 브레이크, 러너 지원, 크루즈 컨트롤(Cruice Control), 차로 이탈 지원 및 경고, 차량 정체 및 대기 지원 등의 자동 시스템과 운전자 지원 시스템이 활성화된 모터 자동차입니다. 최근 출시된 자율주행자동차가 실제 교통사고를 줄여 교통 효율성을 높이고 연료비를 절감해 운전자 편의를 증대시킬 수 있는 미래 개인 교통수단으로도 주목받고 있는 자동차입니다.자율주행 자동차의 원리
자율주행자동차는 운전자 조작 없이도 카메라와 센서, GPS 정보 등을 이용해 인공지능(AI) 기반으로 스스로 주위 환경을 인식하기 때문에 목적지까지 편하게 이동할 수 있다. 구동원리는 총 3단계를 거쳐 이루어지는데 인지단계, 판단단계, 제어단계로 구성되어 있습니다.
스텝 1:: 인지(카메라, 레이더, 레이저, GPS) 자율주행 자동차에 탑재된 카메라, 레이더, 레이저, GPS 등을 활용해 주변 사물을 인지하고 다양한 정보를 축적하는 단계입니다. 여기서 카메라는 시각적인 데이터를 통해 360도의 넓은 시야를 확보할 수 있지만 비나 안개 등의 이유로 기상 악화 시 취약해져 낮은 위치에 물건을 감지되지 않기 때문에 이를 보완하기 위해 있는 것이 레이더입니다. 이를 통해 시인성의 한계를 극복할 수 있습니다. 레이더에도 다른 차량의 유형을 구별할 수 없고 보완하기 위해 필요한 것이 레이저입니다. 앞의 레이더처럼 거리를 재는 데 필요한 광전자 기술입니다. 레이더 펄스를 통해 반사된 펄스의 시간을 계산하고 거리를 측정하는 데 레이더가 3D 정보를 제공합니다. 이를 통해 보다 정확한 차량의 형태와 위치 데이터가 확보되는 원리입니다. GPS는 자신의 위치를 기반으로 구축된 데이터와 다른 차량에 설치된 GPS로 실시간 교통 상황과 정보가 확보되는 것입니다.
2단계: 판단단계(인공지능, 딥러닝 기술) 1단계로 축적된 정보를 기반으로 주행전략을 결정하는 단계입니다. 이때 역할을 수행하는 것이 자동차에 탑재된 인공지능(AI)입니다. 인공지능은 사람처럼 학습하고 생각할 수 있는 컴퓨터 시스템입니다. 인공지능은 크게 세 가지로 나뉘는데 약인공지능(WeakAI), 강인공지능(StrongAI), 초인공지능(SuperAI) 등이 있어 약한 인공지능이 자율주행 자동차에 탑재되어 있는 인공지능입니다. 약한 인공지능은 미리 정의된 규칙에 따라 인지능력을 필요로 하지 않는 정도의 특정 영역의 문제를 푸는 기술입니다. ‘스스로 학습하는 컴퓨터’라고 불리는 딥러닝은 컴퓨터가 사람처럼 생각하고 배울 수 있도록 하는 기술입니다. 또한 인공신경망의 한계를 극복하기 위해 제안된 기계학습법입니다. 사람이 뇌라고 생각하고 판단하고 정보를 받아들이도록 여러 뉴런이 연결되어 복잡한 연산을 수행하는데, 이러한 사람의 두뇌 정보 처리 과정을 모방하여 만든 알고리즘이라고 할 수 있습니다.
3단계: 제어단계(지능제어시스템,지능운행장치) 3단계는 주행방향과 엔진 구동방식 등을 결정하면서 자율주행이 시작되는 단계입니다. 자율주행 자동차에는 차량 운행을 감지하고 수시로 바뀌는 상황에 따라 적절한 명령을 내리는 운행 감시 시스템이 구축돼 있습니다. 따라서 통합 관제 시스템을 통해 다양한 상황을 분석하고 시스템의 고장 여부를 진단하고 오퍼레이터에 대한 적절한 정보를 제공하거나 경보를 알려주는 기능을 수행할 수 있습니다. 이 과정에서 필요한 지능형 순항 제어 시스템(ACC: Adaptive Cruise Control)은 실제 차량 모델을 이용하여 분석한 수학적 해석을 기반으로 제어 명령을 생성합니다. 현재 무인자동차에 적용된 무인운행 기법입니다. 차선이탈방지시스템(LKAS:Lane Keeping Assistance System)은 내부에 부착된 카메라를 통해 차선을 감지하고 의도하지 않은 이탈현상을 운전자에게 알려주는 기술입니다. 주차보조시스템(PAS: Park Assistance System)은 운전자가 어시스트 버튼을 탐색한 후 후진 기어를 넣고 브레이크 페달을 밟으면 자동차가 스티어링 장치를 조절해 후진 일렬 주차를 돕는 시스템입니다.
자율주행에 필요한 핵심 기술
- 무인제어기술 자율주행자동차는 가속기(엑셀), 감속기(브레이크), 조향장치(핸들) 등을 무인화 운행에 맞춰 구현했습니다. 자동차에 컴퓨터, 소프트웨어, 하드웨어를 설치하고 이를 이용하여 자동차를 제어하는 기술입니다.
- – 시각정보처리기술자 자율주행자동차는 비전, 센서를 이용해 시각정보를 입력받아 처리하는 시스템을 갖추고 있습니다. 카메라를 이용해 외부의 영상 정보를 받아들여 이 영상 속에서 필요한 정보를 추출하는 기술을 갖추고 있습니다. 또 초음파 세너와 레인지 필터 등의 센서를 사용해 거리와 주행에 필요한 정보를 융합해 분석, 처리합니다. 장애 회피나 돌발적인 상황 대처에 주로 사용되는 기술입니다.
- – 통합 관제 시스템 자율주행 자동차는 차량의 운행을 감지하고 수시로 바뀐 상황에 따라 적절한 명령을 내리는 운행 감시 시스템을 구축하고 있습니다. 개별 프로세서와 센서에서 발생하는 다양한 상황을 분석하고 시스템을 고장 진단하여 오퍼레이터에 대한 적절한 정보를 제공하거나 경보를 알려주는 기능을 수행할 수 있는 기술입니다.지금까지 자율주행 자동차가 작동하는 원리에 대해 알아봤습니다. 미래가 어느 정도 예상되지만, 앞서 말씀드린 것처럼 너무 자율주행 기능에 의존하지 않는 것도 좋다고 생각합니다. 자동차에 탑재된 각종 장치와 기술 및 시스템으로 운행되기 때문에 기술이 더 발전하면 운전자 없는 자동차 주행도 가능하지 않을까 예상합니다. 다음 포스팅에서는 자율주행 자동차의 수준과 장단점에 대해 알아보도록 하겠습니다.
