본문내용
1. 자율주행자동차 개념 및 기술
1.1. 자율주행자동차의 정의
자율주행자동차란 간단히 말해 스스로 목적지까지 찾아가는 자동차이다. 자동차 내부의 GPS, 레이저 스캐너, 라이다, 영상 센서를 통해 주변 환경에 대한 정보를 수집하고, 탑재된 인공지능이 이를 분석하여 차량을 제어함으로써 운전자의 조작 없이도 스스로 주행할 수 있다. 이러한 자율주행 기술은 전통적인 자동차 제조사뿐만 아니라 세계 유수의 IT 기업들도 적극적으로 개발에 참여할 만큼 미래 모빌리티 기술의 핵심으로 여겨지고 있다. [1,2,3]
자율주행자동차는 기본적으로 도로 위의 사물의 유무를 판단하고, 더 나아가 단순 장애물인지 사람인지까지 식별할 수 있다. 인간이 오감을 통해 주변 환경을 인식하고 사고하여 행동하듯이, 자율주행차 역시 센서를 통해 감지한 정보를 토대로 스스로 판단하고 운행한다. 차량 내부에는 각종 센서와 중앙통제장치가 갖추어져 있어 교통신호 인식, 차선 환경 파악, 주변 교통흐름 감지 등을 통해 운전자의 도움 없이도 자율적으로 주행할 수 있다. [1,2]
자율주행 기술은 비자동 단계를 제외하면 총 5단계로 나뉜다. 1단계 운전자 지원 단계는 자동차가 조명 지원, 가속/감속 등 기본적인 기능만을 수행하는 단계이고, 2단계 부분 자동화 단계는 운전자가 여전히 조향과 가·감속을 담당하나 안전운전 책임이 운전자에게 있다. 3단계 조건부 자동화 단계는 시스템이 운전을 전적으로 제어하지만 운전자 개입이 필요한 경우가 존재하며, 4단계 고도 자동화 단계는 시스템이 모든 주행을 담당하되 운전자가 개입할 수 있다. 마지막으로 5단계 완전 자동화 단계는 모든 도로 상황에서 시스템이 항상 주행을 담당하여 운전자의 개입이 전혀 필요하지 않다. [1,2]
이처럼 자율주행자동차는 운전자의 조작 없이도 스스로 주변 환경을 인식하고 판단하여 안전하게 주행할 수 있는 첨단 모빌리티 기술이다. 자율주행 기술은 자동차 산업을 넘어 IT, 통신, 인공지능 등 다양한 분야와 융합되면서 지속적으로 발전하고 있으며, 향후 인간 중심의 운전이 더욱 편리하고 안전한 자율 주행 시대로 이어질 것으로 전망된다. [1,2,3]
1.2. 자율주행기술의 핵심요소
자율주행기술의 핵심요소는 다음과 같다.
차량용 센서 기술이 첫 번째 핵심요소이다. 센서 정보 수집, 처리, 가공 기술의 단계별로 다양한 센서 종류의 기술과 각 센서의 신호처리 및 제어기술, 센싱 정보의 가공기술 등이 포함된다. 환경인식 기술과 위치인식 및 맵핑 기술로 크게 나눌 수 있으며, 정적 장애물, 동적 장애물, 도로표식, 신호등 등을 인식할 수 있다. 또한 기존 ITS에서 널리 활용된 지점 검지 기술과 구간 검지 기술도 활용된다.
두 번째 핵심요소는 자동차 제어 기술이다. 차내망 통신 기술을 이용하여 차내의 각종 구성요소로 제어명령을 전달하며, 주어진 경로를 추종하기 위해 조향, 가감속, 엔진토크, 기어 등 액츄에이터를 제어하는 기계적인 제어기술과 전자식 제어기술이 활용된다.
세 번째 핵심요소는 주행 판단 기술이다. 목적지까지의 경로계획, 장애물 회피경로 계획, 주행 상황별 행동 판단 등의 기술이 포함된다.
마지막으로 네 번째 핵심요소는 차량 통신 기술이다. 다수의 차량에 대하여 무선통신을 이용하여 차량과 차량(V2V), 차량과 도로상의 기지국(V2I) 간의 양방향 네트워킹 기술이 활용된다.
이처럼 자율주행자동차를 위한 센서 기술, 자동차 제어 기술, 주행 판단 기술, 차량 통신 기술 등이 핵심적인 기술요소라고 할 수 있다.
1.3. 자율주행기술의 발전단계
자율주행기술은 총 5단계로 나뉘어 발전하고 있다. 0단계는 비자동화 단계로 운전자가 전적으로 차량을 운전하는 단계이다. 1단계는 운전자 보조 단계로 운전자가 차량을 운전하지만 자동차가 일부 기능을 보조하는 수준이다. 2단계는 부분 자동화 단계로 운전자가 여전히 차량 운전을 담당하지만 자동차가 더 많은 기능을 제어하는 단계이다. 3단계는 조건부 자동화 단계로 시스템이 운전을 전담하지만 운전자의 개입이 필요한 경우 운전자가 제어할 수 있는 단계이다. 4단계는 고도 자동화 단계로 시스템이 모든 주행을 담당하지만 운전자가 개입할 수 있는 단계이다. 마지막으로 5단계는 완전 자동화 단계로 모든 도로 환경에서 시스템이 완전히 자율주행을 담당하는 단계이다. 이처럼 자율주행기술은 단계적으로 발전하면서 운전자의 개입이 점점 줄어들고 있다.
2. 자율주행자동차의 작동원리
2.1. 센서 기술
자율주행자동차의 센서 기술은 자율주행 시스템 작동의 핵심 요소이다. 자율주행자동차는 차량 내 설치된 다양한 센서들을 통해 주변 환경을 인식한다. 센서는 크게 카메라, 레이더, 라이다로 구분되며, 각 센서의 역할과 특성이 다르다.
카메라 센서는 사람, 차량, 사물 등을 식별하는 데 사용된다. 하지만 어두운 환경이나 악천후 상황에서는 정확한 인식이 어렵다. 반면 레이더 센서는 장애물의 거리와 속도를 감지하는 데 효과적이다. 라이다 센서는 3차원 공간 정보를 정밀하게 수집할 수 있어 주변 환경을 입체적으로 인식할 수 있다.
이처럼 각 센서는 서로 다른 장단점을 가지고 있기 때문에, 자율주행 시스템은 이들 센서의 정보를 종합적으로 활용하여 주변 상황을 정확히 인식하고 판단하게 된다. 또한 차량 내부 통신망과 외부 통신 기술을 활용하여 실시간으로 주행 상황을 모니터링하고 관제한다. 이를 통해 자율주행자동차는 안전하고 효율적인 주행이 가능하다.
2.2. 자동차 제어 기술
자율주행자동차의 핵심 기술 중 하나는 자동차 제어 기술이다. 차량 내 각종 센서와 중앙통제장치가 갖추어져 있어 차량의 주요 부품들을 실시간으로 제어하게 된다. 우선 차내망 통신 기술을 이용하여 차내의 각종 구성요소로 센서 정보와 제어 명령을 전달한다. 그리고 주어진 경로를 안전하게 추종하기 위해 조향, 가감속, 엔진토크, 기어 등의 액츄에이터를 정밀하게 제어한다. 이때 기계적인 제어기술과 전자식 제어기술이 복합적으로 활용된다. 또한 차량이 돌발 상황에서 안전하게 대응할 수 있도록 제어 기술이 설계되고, 특히 충돌 회피를 위한 비상제동 기술이 핵심적인 역할을 담당한다. 이처럼 자율주행자동차는 차량 내부의 첨단 제어 기...
