ADAS_자율주행

자율주행 자동차 개요 및 장점

= 자율주행 자동차는 운전자가 직접 조작하지 않아도 스스로 움직이는 차량으로, 4차 산업혁명의 핵심 기술입니다.

• 최초 개발: 생각보다 이른 1926년에 미국 뉴욕의 전파 기술자 프랜시스 후디나가 전파 송신기를 이용해 무인 차량을 움직이면서 개념이 처음 등장했습니다.
• 주요 장점:
  1. 사고 확률 감소: 사람이 직접 운전하지 않아 교통사고 확률을 줄일 수 있습니다.
  2. 시간 효율성 증대: 운전자가 주행 중에 다른 일을 할 수 있어 시간을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
  3. 교통 에너지 낭비 감소: 공유 모빌리티 확대와 함께 전체 교통 에너지 낭비를 줄일 수 있습니다.
  4. 이동 기회 확대: 장애인, 노약자 등 취약층의 이동 접근성을 높일 수 있습니다.
• 남은 과제: 상용화를 위해서는 사고 시 법적 책임 문제, 소프트웨어 오류 등 신뢰도 문제, 해킹과 같은 보안 문제 등이 해결되어야 합니다.

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자율주행 자동차의 작동 원리 (인지 - 판단 - 제어)

자율주행 자동차는 크게 인지, 판단, 제어의 세 단계를 통해 작동합니다.

 

1. 인지 (Perception)

차량 주변의 주행 환경을 인식하는 단계입니다.

• 센서 기술: 라이다(LiDAR), 레이더(Radar), 스테레오 카메라, 초음파 센서 등을 이용해 정보를 수집합니다.
• 주요 기능: 주행 경로 탐색, 차로/터널 등 지형 및 고정 장애물 인식, 주변 차량/보행자 등 이동 물체 인식, 신호등 정보 수집.
• 필요 기술: 센서 기술, GPS 및 고해상도 지도 등의 정밀 지도 및 측위 기술, V2X 통신 등의 통신 기반 기술.

2. 판단 (Decision)

인지 단계에서 수집된 정보를 바탕으로 차량을 어떻게 주행할지 전략을 수립하는 단계입니다.

• 주요 기능: 출발지부터 목적지까지의 경로 계획, 주행 중 차로 변경, 장애물 회피 등 돌발 상황에 대한 주행 전략 수립.
• 필요 기술: 인간 수준의 판단 및 운전 방법 학습이 가능한 AI(인공지능) 및 딥러닝 알고리즘 등을 활용한 판단 알고리즘 개발.

3. 제어 (Control)

인지 및 판단 과정을 거쳐 결정된 차량의 움직임을 실제 구현하는 단계입니다.

• 구현 방법: 차량의 가속/브레이크, 스티어링 등의 액츄에이터를 통해 움직임을 구현합니다.
• 제어 종류:
  • 종방향 제어: 차량의 직선 방향 움직임 제어.
  • 횡방향 제어: 차량의 조향(방향) 제어.
• 특징: 인지/판단 단계에 비해 완성도가 높으며, 전자 제어 방식으로 효율적인 차량 제어가 가능합니다.

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자율주행 기술 레벨 (SAE 기준)

자율주행 기술의 기능과 안전을 평가하기 위해 일반적으로 미국자동차공학회(SAE)에서 제안한 레벨 0부터 5까지 총 6단계로 분류합니다.

🚗 레벨 0: 비자동화 (No Automation)

• 운전 주체: 인간
• 시스템 역할: 없음
• 운전자의 역할: 모든 운전을 담당합니다.
• 현재 수준: 자율주행 기술이 적용되지 않은 차량입니다.

🚗 레벨 1: 운전자 지원 (Driver Assistance)

• 운전 주체: 인간
• 시스템 역할: 개별적인 주행 기능 (예: 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC))을 보조합니다.
• 운전자의 역할: 운전자가 대부분의 제어를 맡습니다.
• 현재 수준: 일부 보조 기능이 적용된 차량입니다.

🚗 레벨 2: 부분 자동화 (Partial Automation)

• 운전 주체: 인간
• 시스템 역할: 횡방향 (조향)과 종방향 (가속/감속) 제어를 동시에 보조합니다.
• 운전자의 역할: 운전자는 여전히 주변 상황을 주시하며 주행에 개입할 준비를 해야 합니다.
• 현재 수준: 현재 양산차의 일반적인 수준입니다.

🚗 레벨 3: 조건부 자율 주행 (Conditional Automation)

• 운전 주체: 시스템
• 시스템 역할: 특정 조건 (예: 고속도로)에서 주행을 담당합니다. 주행 환경 모니터링도 시스템이 수행합니다.
• 운전자의 역할: 시스템이 주행을 담당하지만, 환경이 복잡해지거나 시스템이 요청할 경우 운전자가 즉시 대응해야 합니다.
• 현재 수준: 실용화 단계에 도달하지 못했습니다.

🚗 레벨 4: 고도 자율 주행 (High Automation)

• 운전 주체: 시스템
• 시스템 역할: 대부분의 도로에서 주행 제어와 책임을 온전히 담당하며, 비상 상황에도 차량 시스템이 대응합니다.
• 운전자의 역할: 특정 구간에서는 완전 자동화되어 운전자의 개입이 필요 없습니다.
• 현재 수준: 개발 중인 단계입니다.

🚗 레벨 5: 완전 자율 주행 (Full Automation)

• 운전 주체: 시스템
• 시스템 역할: 모든 경우와 조건에서 차량이 완전 자동화되어 스스로 주행합니다.
• 운전자의 역할: 운전자의 개입이 전혀 불필요합니다. (차량에 운전대나 페달이 필요 없을 수도 있습니다.)
• 현재 수준: 상용화된 차량은 없습니다.

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ADAS (첨단 운전자 보조 시스템)

ADAS (Advanced Driver Assistance System)는 운전 중 차량 스스로 주행 환경을 인식하고 판단하여 운전자를 도와 편리한 주행을 가능하게 하는 모든 기술을 의미합니다. 자율주행의 선행 기술로 볼 수 있습니다.

 

[주요 ADAS 기능]

전방 충돌 경고 (FCW)

: 전방 차량이나 보행자 인지 시 충돌 위험을 운전자에게 미리 경고

전방 충돌 방지 보조 (FCA)

: 경고뿐만 아니라 차량의 제동까지 직접 보조 (일부 회피 조향 보조 기능 추가)

차로 이탈 방지 보조 (LKA)

: 차량이 차로를 벗어나지 않도록 경고 및 스티어링 휠 직접 제어 보조

차선 유지 보조 (LFA)

: 현재 주행 중인 차선을 인식하여 차량이 차로 중앙을 유지하도록 조향 보조

스마트 크루즈 컨트롤 (SCC)

: 전방 차량과의 안전 거리를 유지하며 차량을 자동으로 가감속하고 정차 후 재출발까지 지원

내비게이션 기반 SCC (NSCC)

: 내비게이션 정보를 활용하여 제한 속도, 도로 곡률에 따라 주행 속도를 조절

고속도로 주행 보조 (HDA)

: 고속도로 주행 시 앞차 거리 유지 및 설정 속도로 차로 중앙 유지하며 주행 보조

후측방 충돌 방지 보조

: 사각지대 차량 인지 및 방향지시등 작동 시 경고 (안전 하차 보조 기능 포함)

서라운드 뷰 모니터

: 주행/주차 시 전방, 측방, 후방 영상을 제공

하이빔 보조 시스템

: 야간 주행 시 광원 인식으로 상향등 제어

 

자율주행 기술은 인지-판단-제어의 원리를 바탕으로 SAE 레벨 2를 넘어 더 높은 단계로 나아가기 위해 지속적으로 발전하고 있습니다.