R&E FOR YOU(vol.06) - 차세대 모빌리티, 자율주행기술

자율주행 기술의 이해

자율주행 자동차란 운전자 또는 승객의 조작 없이 스스로 운행이 가능한 자동차를 의미한다. 인지(sense), 판단(think), 제어(act) 등의 3가지 핵심요소로 구성되며, 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크, 플랫폼 등 다양한 요소기술이 활용된다. 미국 자동차공학회는 이들의 기술 구현 수준에 따라 자율주행 단계를 구분하고 있다.

자율주행 3대 핵심요소

1. 1 인지(사람의 눈과 같은 역할)

   주변 차량, 보행자, 교통시설물(차선, 교통신호 등), 장애물 등의 주변 상황, 차량 상태(위치, 속도, 바퀴 등)와 같이 주행에 필요한 데이터 수집

2. 2 판단(사람의 두뇌와 같은 역할)

   차량에서 수집된 데이터와 지도, 교통량, 도로 상황 등 환경 데이터를 종합하여 최적의 주행경로와 속도 결정

3. 3 제어(사람의 팔/다리 같은 역할)

   엔진, 브레이크 등 자동차의 각 부분을 제어하여 실제 움직임 구현

자율주행 기술 단계

미국 자동차공학회는 자율주행 단계를 기술 수준에 따라 0~5단계까지 여섯 단계로 분류하고 있다. 0단계는 자율주행 기술이 탑재되지 않은 비자율주행차이며, 1단계는 자율주행 시스템이 운전자의 운전 속도나 조향 등을 보조하는 수준이다. 2단계는 고속도로 등 비교적 장애물이 적은 곳에서 운전자를 대신해 시스템이 보조 주행하는 수준으로 부분 자율주행 단계이며, 3단계는 특정한 조건 아래 자율주행이 가능하지만 운전자가 도로 상황을 예의주시해야 하는 단계다. 4단계는 시스템에 입력된 조건 아래 운전자의 개입 없이 자율주행이 가능한 수준이고 마지막으로 5단계는 완전 자율주행 단계로 모든 상황에서 운전자의 개입이 필요 없는 단계다.

완전자율주행을 위한 필수 기술

자율주행 레벨이 높아질수록 인지와 판단의 범위, 정확도, 처리속도 등이 향상되어야 한다. 즉, 보다 정확한 객체의 인식과 상황의 인식이 필요하며 사고를 회피할 수 있는 기술과 오류에 대응이 가능한 기술이 필수적이다.

완전 자율주행을 위한 기술은 다양한 분야의 기술이 융합되어야 하며 다음과 같은 핵심 기술이 필요하다.

1. 1 자율주행 차량 플랫폼

   자율주행 기술의 주인공은 자율주행 자동차로 운전석이 있는 자동차 또는 운전석이 없는 자동차의 조향, 엑셀, 브레이크 등 전자신호에 의해 제어가 가능한 차량 플랫폼 기술이 필요하다.

2. 2 자율주행 센서

   자율주행의 입력 데이터는 센서 데이터로 주변 환경에 대한 정보를 수집하기 위한 카메라, 라이다, 레이더가 핵심 센서이며, 각 센서의 단점을 보완하기 위해 다중 센서의 융합은 필수적이다.

3. 3 자율주행 컴퓨터

   방대한 센서 데이터 입력에 따른 인지/판단/제어를 실시간으로 처리하기 위한 고성능 반도체가 탑재된 컴퓨터와 차량의 전력 한계를 극복하기 위한 저전력 컴퓨터가 필요하다.

4. 4 인공지능(AI)

   완전자율주행을 실현하기 위한 인공지능 기술은 가장 중요하다. 다양한 자율주행 기능을 인공지능으로 구현하기 위한 모델과 이를 학습하기 위한 방대한 양의 학습 데이터 셋이 필요하다.

5. 5 자율주행 소프트웨어(SW)

   목적지까지 안전한 자율주행을 위하여 인지/판단/제어 소프트웨어 기술이 필요하다. 자율주행 자동차의 위치, 주변 동적·정적객체 및 상황을 인공지능으로 인식하기 위한 인지 소프트웨어, 목적지까지 충돌없이 주행하기 위한 행동 결정과 최적경로를 생성하는 판단 소프트웨어, 해당 경로를 정확하게 추종하기 위한 종/횡 제어 소프트웨어 등이 해당된다.

6. 6 고정밀 맵(HD Map) 데이터

   자율주행에 가장 기본이 되는 데이터는 고정밀 맵 데이터이다. 기존 차량 네비게이션에 사용되는 맵 데이터는 도로 기준이나, 고정밀 맵 데이터는 차로 기준의 차선, 노면 마커 등이 포함되어 있어 자율주행 위치 인식, 자율주행 판단 등에서 필수로 활용된다. 기술 고도화를 위해 상시로 변화하는 도로의 맵 데이터를 실시간 갱신하는 방법이 주요 이슈 중 하나이다.

7. 7 오류, 한계상황 대응

   자율주행 자동차의 오류, 기능과 성능의 한계상황에 운전자가 아닌 자율주행 시스템이 대응하기 위한 기술이 필요하다. 오류 및 한계상황이 발생했을 때 안전지대 또는 갓길로 이동하여 추가 사고 발생을 방지하기 위한 능동적이고 선제적인 대처 기술이 갖춰져야 한다.

8. 8 자율주행 서비스 솔루션

   자율주행 오류 및 한계상황의 데이터를 수집하고 재학습하여 최신 인지/판단/제어 소프트웨어를 원격에서 업데이트하고, 자율주행 자동차의 상황을 항시 모니터링하여 비상 상황 발생시 원격에서 지원할 수 있는 서비스 솔루션이 필요하다.

9. 9 실시간 통신에 의한 협력 주행, 통신 보안

   단독 자율주행 자동차의 한계를 극복하기 위하여 실시간 통신기술을 이용하여 인프라 또는 커넥티드카와 정보를 공유함으로써 더욱 안전한 자율주행을 위한 인프라 및 차량간 협력 자율주행 기술이 필요하다. 또한 내외부 해킹 등을 방지할 수 있는 통신 보안 기술 또한 중요한 이슈이다.

10. 10 자율주행 기술 평가/검증

    자율주행 자동차의 하드웨어, 소프트웨어의 기능과 성능, 안전성을 평가할 수 있는 표준화, 프로세스, 시스템 등의 기반 기술이 필요하다.