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자율주행이란?
자율주행(Autonomous Driving)이란 "자율"과 "주행"의 합성어입니다. 이를 각각 해석해보면 그 뜻을 명확하게 알 수 있습니다. "자율 주행"이라는 합성어도 그 의미가 국어사전에 등재되어있죠.
"자율" : 남의 지배나 구속을 받지 아니하고 자기 스스로의 원칙에 따라 어떤 일을 하는 일. 또는 자기 스스로 자신을 통제하여 절제하는 일.
"주행" : 주로 동력으로 움직이는 자동차나 열차 따위가 달림.
"자율 주행" : 운전자가 직접 운전하지 않고, 차량 스스로 도로에서 달리게 하는 일.
(출처 : 네이버 국어사전)
자율주행의 의미는 사실 명확합니다. 지금 우리가 살아가는 환경에서는 사람이 직접 출발지에서 도착지까지 도달하기까지 핸들을 잡고, 브레이크와 엑셀을 조작하며, 자동차의 행동을 모두 결정해줘야 하죠. 하지만 자율주행은 이 모든 과정을 차량이 스스로 환경을 인지하고, 주행 경로를 결정하여 목적지까지 자동차의 제어 시스템을 직접 조작하여 목적지까지 도달하도록 만드는 기술입니다. 따라서 자율주행은 사람이 차량을 주행하면서 행동하는 모든 작업을 수행할 수 있어야 합니다. 이러한 작업은 크게 세 가지, 인지기술, 판단기술, 제어기술로 구분할 수 있습니다.
인지기술
인지기술은 Sensing과 Perception, 두 과정을 거쳐 이루어집니다.
1. Sensing
먼저, 차량이 주변 환경을 인식하기 위해서 여러 센서를 이용해 정보를 수집해야 합니다. 보편적으로 사용되는 Camera, Radar, LiDAR, 초음파 GPS 등이 이에 해당됩니다.
2. Perception
센서를 통해 얻은 정보를 의미있는 정보로 변환할 필요가 있습니다. Perception 단계에서는 Sensing 과정으로부터 얻은 정보 이외에도 HD Map이나 V2X 통신 등으로부터 얻은 결과도 함께 활용하게 됩니다. Perception 단계에서는 다음과 같은 기술이 활용됩니다.
Localization : 현재 차량의 위치를 파악하는 기술
Detection : 물체를 탐지하고 인식하는 기술
판단기술
판단기술은 시점에 따라 구분할 수 있습니다.
넓은 시점에서의 판단기술은 차량이 출발지에서 도착지까지 도달하는 최적의 경로를 계산하는 Global Path Planning입니다. 이는 내비게이션 시스템에서 출발지와 도착지를 입력하면 그 경로를 찾아주는 방법과 유사하며, Mission Planning으로 생각할 수 있습니다.
좁은 시점에서의 판단기술은 큰 경로를 따라 주행 중에 마주할 수 있는 다른 차량이나 신호등, 보행자, 오토바이 등을 고려하여 실시간으로 세밀하게 주행 경로를 판단하는 Local Path Planning입니다. 차량 주행 시간을 작은 단위(Time stamp)로 나누어 Time stamp마다의 행동을 결정하기 때문에 Motion Planning으로 생각할 수 있습니다.
주행 상황에 대한 판단에 대한 연구는 Rule-based Decision Making으로 먼저 시작되었습니다. 이는 각각의 상황에 대하여 규칙을 미리 정하고, 그 규칙에 맞게 차량의 동작을 결정해주는 방법론입니다. 하지만 이 방법은 규칙에 명시되지 않은 다양한 주행 상황을 대처하지 못합니다.
규칙에 포함되지 않는 상황을 대처하지 못하는 Rule-based Decision Making을 보완하기 위해 연구된 방법론이 AI-based Decision Making입니다. AI-based Decision Making은 인공지능이 다양한 주행 상황 시나리오를 학습하여 이를 바탕으로 판단하는 방법론입니다. 아직 연구 개발 중인 해당 방법론은 많은 학습 데이터가 요구되고, 오류 및 안전성 검증이 취약하다는 단점을 가지고 있습니다.
제어기술
제어기술은 판단기술을 통해 얻은 정보를 바탕으로 실제 차량의 동작을 제어하는 단계입니다. 크게 종방향 제어, 횡방향 제어를 포함하여 다음과 같은 다양한 제어기술을 포함합니다.
- 조향 제어
- 엔진 제어
- 변속기 제어
- 제동 제어
- 운전자 경고
