자율주행차량의 기초

전기차에 대한 관심이 높아지면서 자율주행 또한 우리의 삶에 친근하고 가깝게 다가오고 있습니다. 특히나 테슬라 자율주행에 관해 관심이 높아지면서 머지않은 미래에는 운전자가 없는 자동차들이 우리의 삶에 깊숙이 들어와 있을지도 모르겠습니다. 미래의 일처럼 보이지만 이미 많은 단계까지 진행이 되어있고, 완성차 업체들 역시 많은 준비를 하고 있습니다. 자율주행에 관해 알아보고 어떤 기업들이 준비를 하고 있는지 알아보고 다가오는 미래에 조금 친숙하게 다가갈 수 있는 기회가 되길 바랍니다.

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자율주행차량이란?

일반적인 자동차의 운전자는 출발지와 목적지에 관하여 인지하고 있으며, 익숙한 곳에서의 운전은 기억에 의존합니다. 새로운 곳의 경우 지도나 내비게이션을 참고하여 운행하게 됩니다. 주행하는 동안 눈으로 정보를 수집하고 손에는 핸들 발에는 브레이크와 엑셀을 조작합니다.
자율주행차량(Autonomous driving Vehicle, AV)은 인간이 운전을 하기 위해 진행하는 모든 동작에 대하여 기계적, 전자적으로 처리하는 것을 말합니다. 인간의 동작과 동일한 방식으로 주행을 하게 됩니다. 센서의 좌표를 이용하여 자신의 위치와 사물의 위치를 파악하고 이를 바탕으로 연산하여 주행을 계획합니다. 이에 맞춰 각 장치들에게 명령하여 가속과 감속을 하게 됩니다. 정보를 수집하고 난 뒤 정보를 인식하여 이를 바탕으로 계획을 수립하고 각 장치들을 제어하는 4가지의 단계를 거쳐서 자율 주행이 이루어진다고 볼 수 있습니다.

자율주행의 기술발전

1. 정보수집 - 자율 주행차량은 제일 먼저 정보수집을 하게 됩니다. 이는 인간의 청각과 시각의 역할을 뜻한다고 볼 수 있습니다. 주변의 사물과 자신의 현재 위치를 파악하고 정보수집을 위해서는 센서가 필요합니다. 센서는 수동형과 능동형으로 구분되어집니다. 수동형의 센서는 빛을 받아들이는 역할을 하는데 카메라가 이에 해당한다고 볼 수 있습니다. 능동형 센서의 경우 직접 음파나 적외선을 발사하여 사물에 부딪혀 신호가 돌아오는 시간을 거리로 측정하게 됩니다. 센서 외에도 정보수집을 위하여 레이더, 라이다, 초음파 센서 등을 사용합니다.

2. 인식 - 2~3가지의 정보수집한 결과들은 반드시 통합된 정보로 정제되어야 합니다. 인식은 크게 두 가지로 구분됩니다. 바로 Detection과 Localization입니다.

• Detection의 경우 도로, 표지판, 신호, 보행자 등을 파악하는 것을 의미합니다. 보행자나 운전자의 생명과 직결되는 부분이기에 매우 높은 수준의 안정성을 요구합니다. 그래서 높은 수준의 인공지능 소프트웨어가 필요합니다. 각각의 형태, 색, 텍스쳐, 모서리 등을 구분하여 단계별로 분별하여 최종적으로 사물을 판별하여 파악한다고 할 수 있습니다. 이러한 판단의 단계가 세분화될수록 더욱더 복잡한 사물을 처리할 수 있게 됩니다. 많은 양의 정보를 처리하기 때문에 높은 반도체의 성능이 요구됩니다.
• Localization의 경우 현재 자신의 위치를 정확하게 파악하는 것을 의미합니다. 대표적인 Localization은 내비게이션이라 할 수 있습니다. 내비게이션의 경우 인공위성으로 위치를 파악하는 방식이라 속도 지연과 더불어 터널과 같은 곳에서 한계가 있다는 단점이 있습니다. 이를 보완하기 위해서 등장한 것이 HD MAP과 SLAM방식입니다. HD MAP은 지도상의 거점을 센서를 이용하여 인식한 정보와 비교하면서 정확한 위치를 찾아내는 방법입니다. 이와 반대로 SLAM방식은 지도 없이 차량이 움직이면서 지도를 만들어나가면서 찾아나가는 방식입니다. 로봇청소기가 청소를 하는 방식이 바로 SLAM방식입니다. 또한 테슬라의 FSD방식 역시 SLAM방식의 알고리즘을 이용하고 있습니다.

3. 계획 그리고 제어 - 정보를 수집하고 인식의 과정을 거치면 그 결과를 바탕으로 자율주행차량은 경로를 계획하고 출발합니다. 출발한 이후에도 지속적으로 수정하여 동작을 수행합니다. 차량을 추월하기도 하고 정지 및 가속 등의 동작을 수행하게 됩니다. 이렇게 자율주행 시스템은 4가지의 과정을 거쳐서 이루어지게 됩니다.

 

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자율주행의 단계

SAE(국제 자동차 기술협회)에서 자율주행에 관한 등급을 크게 6단계로 나누었습니다. 현재 국제 기준으로 통용되어 사용되고 있습니다. 각 단계는 어떻게 나뉘어 지는지 알아보도록 하겠습니다.

• Level 0 - 자율 주행이 없는 일반 차량을 말합니다.
• Level 1 - 운전자 보조 장치가 탑재된 차량을 말합니다. ADAS의 기능을 탑재한 차량으로 대부분의 신차들에 적용되어 지고 있는 부분입니다. (ADAS : 차선이탈 경보, 자동 브레이크, 속도 조절 등이 해당)
• Level 2 - 자율주행이라고 부를 수 있는 수준으로 올라온 단계입니다. 부분자율 주행이라 할 수 있으며 고속도로 및 자동차 전용도로 주행 시 차선 인식 및 앞차와 간격을 유지하며 스스로 속도와 방향을 제어합니다.
• Level 3 - 조건부 자율주행으로 일정구간을 운전자의 개입 없이도 앞차를 추월하거나 스스로 장애물을 피할 수 있습니다.
• Level 4 - 운전자가 없이도 주행이 가능한 수준으로 주행에 관하여 모두 제어하고 비상상황 대처까지 가능한 수준을 말합니다.
• Level 5 - 운전석이 비어있어도 주행이 가능한 단계로 목적지까지 알아서 이동합니다.

현재 자율주행은 어디까지 왔을까?

자율주행과 관련하여 가장 먼저 사용화 될 것으로 전망되는 것은 일정구간을 운행하는 셔틀로 대중교통을 대체할 수도 있으며, 농장이나 물류 창고 등에서도 폭넓게 이용될 수 있습니다. 22년 서울 자율주행 시범사업이 진행되어 특정 구간 HD 맵을 기반을 주행을 시작하였습니다.
셔틀뿐 아니라 물류 부문에서 라스트마일 사업으로 자율주행이 이용될 전망입니다. 라스트 마일 이란 원래 사형수가 집행장까지 걸어가는 마지막 거리를 뜻합니다. 하지만 유통, 운송, 통신업계에서는 제품이나 서비스가 소비자와 만나는 최종 단계를 뜻하는 용어로 사용되고 있습니다. 이러한 라스트 마일 서비스에 자율주행이 로봇과 함께 사용되면서 상용화를 위한 실증단계를 거치고 있습니다.

출처 : 뉴빌리티 배달로봇 뉴비

자율주행 차량의 경우 현재 3단계 기술이 적용된 차량들이 출시되고 있습니다. 현대차는 4분기 중 Level 3단계가 적용된 제네시스G90을 출시할 예정입니다. 하지만 국제적으로 자율주행 제한속도를 최대 60Km로 제한하고 있어 제네시스 역시 속도 제한이 불가피할 것으로 보여지고 있습니다. 벤츠 역시 지난해 말 Level 3단계 자율주행 기술인 '드라이브 파일럿'이 탑재된 S클래스 모델이 출시되었습니다. 다음 편에는 자율주행에 필요한 기술과 장비 등 더욱 세부적인 부분들을 함께 알아보도록 하겠습니다.