안녕하세요 Stardusty입니다.어제는 차량 인포테인먼트에 관한 내용을 배웠는데 자동차 자율주행과 관련된 내용도 좀 더 깊이 알아보면 좋을 것 같습니다.지금부터 화요일에는 자율주행에 관한 내용을 다루려고 합니다.관련된 pdf 파일을 찾아본 결과 알고리즘과 관련된 부분이 주를 이뤘는데 시작부터 이런 내용으로 deep를 하는 것이 아니라 기초 개념을 알아두는 것이 좋겠습니다.이번 포스팅에서는 자율주행의 단계와 기준, 그리고 자율주행이 필요한 이유에 대해 다룹니다.
- 자율주행이 필요한 이유
자율주행이란 차량을 운전의 수단이 아닌 하나의 이송수단으로 활용할 수 있도록 하는 것이 그 목적입니다.현재 자동차 기업이 하나의 Vehicle에 집중하는 것이 아니라 이동 그 자체를 의미하는 Mobility라고 하는 단어를 강조하는 것도 이와 같이 운전이 아닌 이송 개념을 강조하는 것으로 보면 될 것 같습니다.자율주행이라는 말이 떠오르는 이유는 전동화 입니다.전동화는 빠른 반응속도와 시스템 통합을 용이하게 해주어 차량 운전편의성을 향상시켜줍니다.운전자의 편의를 향상시킨 기술은 현재 우리가 흔히 듣는 ADAS 기능입니다.ADAS는 Advanced Driving Assistant System의 약자로 운전을 돕는 시스템을 말합니다.주차보조에서 차선인식 및 이탈감지, 주차보조 등 많은 기능이 ADAS시스템에 포함됩니다.
자율주행이 필요한 이유는 크게 ‘안전’, ‘속도’, ‘교통 체증 감소’, ‘인프라 비용 절감’, ‘친환경’입니다.먼저안전측면에서사람의실수로인한사고를줄임으로써인명을보호하기위해자율주행은장점이있습니다.미국에서는매년37,000명,전세계에서는250,000명이매년교통사고로죽지만사고의90%는운전중인간의실수나부주의로인해발생합니다. 이를 자율주행으로 바꾸면 안전에 대한 효율을 높일 수 있어요.자율주행이 선호되는 두 번째 이유는 빠른 속도입니다.전자제어시스템을사용하여Tracking하는방식을활용하여안전거리를유지하지않아도안전이보장되고이를활용하여차량과차량사이의가까운배치,동시출발등을활용하여교통체증을발생시키는원인을최소화할수있다고합니다.그리고 서로의 경로를 네트워크를 통해 공유함으로써 교통 체증을 감소시키고, 기다리며 발생하는 에너지 소모를 줄일 수 있습니다.마지막으로 자율주행은 공유경제와 잘 맞는 System이라는 점에서 장점이 있습니다.자율주행과 공유경제, 즉 자동차산업의 카스가 이뤄지면 보다 적은 차량의 운행으로 탄소배출량이 감소하고 도시의 고민이었던 주차공간과 같은 인프라 투자비용을 절감할 수 있어 경제적이라는 것입니다.하지만 인간의 생명과 직접 관련된 기술인 만큼 작은 실수 또는 적은 확률의 오차라도 큰 사고로 인명 피해가 생길 수 있기 때문에 완벽한 주행에는 시간이 걸린다는 게 전문가들의 견해입니다.
2. 자율주행의 단계별 구분
뉴스 보도 자료 혹은 T V를 본 분들 가운데 자주 주행 단계에 익숙해진 분들이 계신 것 같습니다 현재, 자립 주행으로 유명한 Google의 Waymo나 Amazon Zoox, 메르세데스·벤츠등의 많은 기업의 이자율 주행 Lv.4 수준에 도달한 것을 알고 있습니다. 이와 같은 자율주행은 두 가지로 분류합니다.두 기준은 SAE(Society of Automotive Engineers)와 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)이지만, 국내에서 자주 사용하는 기준은 SAE 기준에 따라 발표하는 것으로 알고 있습니다.
암튼 우리에게 익숙한 SAE기준으로 위의 표를 설명하고 보면인이 직접 운전해야 할 Lv.0(No Automation), 운전을 돕는 시스템이 존재하는 Lv.1(Driver Assistance)부분적으로 자동화가 이루어진 Lv.2(Partial Automation)조건적 자동화가 가능한 Lv.3(Conditional Automation), 많은 부분이 자율 주행에 대체된 Lv.4(High Automation), 완전 자율 주행이 가능한 Lv.5(Full Automation)로 구분할 수 있습니다 자동차의 기초적인 제어 즉 조향 및 가속, 브레이크 기능은 Lv.0~Lv.1까지는 사람이 직접 해야 하지만 Lv.2~Lv.5까지는 시스템이 조건적으로 개입하거나 혹은 완전제어력을 갖추고 있습니다.여기서 System이라고 하는 단어는 시스템이 조향을 완전히 제어할 수 없는 권한이 생길 정도로 생각하시면 될 것 같습니다. 시스템을 감시하는 역할도 Lv.2까지는 사람이 하지만 Lv.3부터는 시스템이 어느 정도 직접 감시가 가능합니다.현재 상용화가 다수 이루어진 자율주행 Lv.3까지는 사람이 운전대에 손을 잡고 항상 주의를 기울여야 하지만 Lv.4 이상이 된다면 어떤 특정 상황 이외에는 시스템을 알고 처리할 수 있기 때문에 System이 이를 담당하는 것을 볼 수 있습니다.마지막으로 Lv.4 이전까지 악천후나 험한 땅 등을 만나 자율주행이 Dataset에 없는 환경을 주행한다면 조건적으로 사람이 개입하지만 완전 자율주행이 가능한 Lv.5단계는 모든 과정이 사람 없이 이루어지고 있는 것을 위 표에서 확인할 수 있는 각 단계별 주행시스템에 대한 설명을 조금 더 자세히 한다면 다음과 같이 말할 수 있는 자율주행 Lv.5는 우리가 상상하고 있습니다.
2-1> 자율주행 Lv.제로주행 Lv.0은 많은 사람들이 자율주행 기능이 지원되지 않는 기능이라고 생각할 수도 있지만, 이 단계는 자율주행이나 운전보조기능 ADAS와 같이 운전에 시스템이 직접 개입할 수 없는 단계를 의미합니다.이런 자율주행 Lv. 0의 예로는 사각지대를 감시하는 BSM(Blind Spot Detection System) HUD(Heads Up Display), 헤드라이트를 회전시켜주는 Adaptive High Beams 기능을 들 수 있습니다.이러한 시스템의 공통점은 충돌방지 같은 경고나 운전정보를 잘 볼 수 있도록 배치하는 등 운전자의 피로를 줄이는데 도움이 되는 기능으로 직접적인 제어가 들어가지 않아 자율주행 Lv.0에 속하게 됩니다.
2-2> 자동운전 Lv.오토매틱드라이브 Lv.1은 시스템이 운전의 일부 과정에서 조향/속도제어가 가능한 단계를 의미합니다.이런 상황에서 시스템은 운전자의 직접 운전에 개입하지 않지만 운전자가 원한다면 직접 개입할 수 있는 단계입니다.예를 들어, Electric Stability Control이나 주차 지원 프로그램이 Lv.1에 속합니다.여기서 말하는 주차지원 프로그램은 현대자동차의 Superball 광고에 나와있는 자율주차기능이 아니라 후진과 회전까지 담당하며 브레이크만 운전자가 직접 조작할 수 있는 수준의 주차보조기능을 의미합니다.
자동운전 Lv.2 자주 Lv.2는 시스템이 자동차 제어의 일부분을 수행하는 단계를 의미합니다.자율주행 Lv.2는 고속도로와 같은 특정 상황에서 시스템이 완전히 차량을 제어할 수 있다는 것을 의미합니다.하지만, 고속도로가 멈추거나 장애물이 나오거나 하는 비상사태로, 운전자의 개입이 필요한 단계이므로, 일부 기능을 보조하게 됩니다.특히 CAN (Controller Area Network) 및 전자식 조향가속시스템이 도입되어 이러한 기능을 원활하게 수행할 수 있게 되었습니다.현재 자동운전 Lv.2는 스마트 크루즈 컨트롤과 비슷한 옵션 등으로 많은 기능이 적용되고 있는데, 그 예는 다음과 같습니다.우선 BSM 시스템과 브레이크를 연동시켜 운전자가 미처 인지하지 못한 장애물에 의한 사고를 방지할 수 있도록 자동으로 브레이크를 잡거나 차선 이탈을 경고하는 LDW(Lane Departure Warning)에서 발전한 LKA(Lane Keeping Assist)와 같은 차선 유지 시스템, 충돌 방지 시스템이 적용된 자동 브레이크와 고속도로에서 발전된 차량 추적을 도와준다.2단계에 해당합니다.이러한 기능은 부분적으로 운전자의 주행을 보완해 주지만 커브나 기상에서는 운전자가 직접 개입해야 하기 때문에 경고 또는 시스템을 통해 운전자에게 알려줌으로써 이러한 문제점을 보완하고자 완성차 업체들이 노력하고 있다고 합니다.
자율주행 Lv.3 현재 자율주행기술을 선도하는 테슬라가 출시한 Autopilot 기능과 현재 시장에 나와있는 최신 기술은 자율주행 Lv.3에 해당합니다 자율주행 Lv.3은 제한된 조건이라면 시스템이 완전히 차체를 제어하여 운전할 수 있지만 Lv.2와 차이가 있다면 일정한 상태에서는 자율주행할 수 있을 뿐만 아니라 변화를 깨닫고 운전수 있습니다하지만 많은 운전자들이 이를 완전 자율주행이 가능하다고 착각해서 운전에 집중하지 못하고 다른 일을 하거나 또는 집중 부족으로 사고가 발생하는 경우가 많기 때문에 주의를 요하는 단계이기도 합니다.이런 이유로 구글이나 포드 같은 기업은 자율주행 3단계를 넘는 선택을 제시하기도 했습니다.
2-5> 자율주행 Lv. 이제는 뉴스보도에 나오는 최신 자율주행 기술이 Lv.4 정도에 해당한다고 볼 수 있을 것입니다.독일에서 메르세데스벤츠 아이오닉 로보 택시 등이 이러한 자율주행 Lv. 4 수준에 해당합니다.Lv.4부터는 저희가 생각하는 자율주행에 거의 가까워진 단계라고 봐도 될 것 같아요.악천후/위험지와 같은 특정 상황에서는 아직까지도 운전자의 개입이 필요하지만 대부분의 상황을 해결할 수 있어 Lv.3에서는 여전히 운전자의 집중을 요구하고 있던 것과 달리 Lv.4부터는 운전자가 원하는 행동(업무, 엔터테인먼트)을 할 수 있습니다.이러한 이유로 운전자들이 조향장치, 즉 핸들에 손을 대지 않아도 되기 때문에 현대모비스의 M.Vision과 같은 PBV에서는 이러한 개념을 적용하여 자율주행시 핸들을 꺾는 기술을 선보였습니다.많은 IT, 자동차 기업들이 각각 Lv.4 실증 테스트를 하고 있는데, 대표적인 것으로는 Motional (Ioniq 5 모델 이용), 구글 웨이모, 애플 (Lexus Suv 이용), 리프트 (BMW 차량 이용), 우버 (Volvo 차량 이용), GM (Volt 모델 이용) 등이 있습니다.
자율주행의 수준이 높아질수록 인간의 감각과 비슷한 능력을 요구합니다.이러한 대표적인 역량은 인지(Perception), 측위(Localization), 경로 설정(Navigation), 의사결정(Decision Making), 그리고 마지막으로 차체 제어(Vehicle Control)라는 다섯 가지 요소를 말할 수 있다고 합니다.이를 위해 많은 센서와 Neural Network를 활용한 A.I가 활용되는데, 이 내용은 다음 포스팅에서 살펴보겠습니다.
이번 포스팅에서는 자율주행의 개념과 필요성, 그리고 단계별(수준별) 특징에 대해 알아보았습니다.다음 포스팅에서는 자율주행에서 중요한 인지(Perception) 기능, 그리고 이에 활용되는 센서에 대해 알아보겠습니다.긴 글 읽어주셔서 감사합니다.:)