자율주행기술은 AI(인공지능)와 다양한 센서를 활용해 차량이 운전자 개입 없이 스스로 주행할 수 있도록 하는 기술입니다. 카메라, 라이다(LiDAR), 레이더, GPS, IMU(관성 측정 장치) 등을 이용해 주변 환경을 인식하고, 실시간으로 주행 전략을 결정합니다.
자율 주행의 핵심 요소
Essential Point
환경 인식 (Perception)
환경 인식 (Perception): 주변 도로 상황, 교통 흐름, 장애물 등을 정확하게 파악하는 단계입니다. AI는 차량에 장착된 다양한 센서(카메라, 라이다(LiDAR), 레이더, 초음파 센서 등)로부터 데이터를 수집하고 분석합니다.
카메라: 이미지 데이터를 통해 차선, 신호등, 표지판, 보행자, 차량 등을 인식합니다. 딥러닝 기반의 이미지 인식 기술이 활용됩니다.
라이다 (LiDAR): 레이저를 발사하여 주변 물체와의 거리, 형태 등을 3차원적으로 정밀하게 측정합니다. 악천후에 약하다는 단점이 있지만, 높은 정확도로 주변 환경을 파악하는 데 중요한 역할을 합니다.
레이더: 전파를 이용하여 물체의 거리, 속도 등을 측정합니다. 날씨 변화에 비교적 강하며, 먼 거리의 물체를 감지하는 데 유리합니다.
초음파 센서: 주로 근거리의 장애물을 감지하는 데 사용되며, 주차 보조 시스템 등에 활용됩니다.
센서 융합 (Sensor Fusion): 각 센서의 장단점을 보완하기 위해 AI는 여러 센서로부터 얻은 데이터를 통합적으로 분석하여 더욱 정확하고 신뢰성 있는 환경 정보를 구축합니다.
상황 판단
(Decision-Making)
상황 판단 (Decision-Making): 인식된 환경 정보를 바탕으로 주행 전략을 결정하고 행동을 계획하는 단계입니다. AI는 교통 법규, 안전 규칙, 주행 목표 등을 고려하여 최적의 판단을 내립니다.
경로 계획 (Path Planning): 목적지까지의 최적 경로를 탐색하고, 장애물을 회피하며 안전하게 주행할 수 있는 경로를 생성합니다. A*, Dijkstra 알고리즘 등이 활용될 수 있습니다.
행동 결정 (Behavioral Planning): 차선 변경, 가속, 감속, 정지, 회전 등 다양한 운전 행동을 결정합니다. 이때 주변 차량의 움직임, 신호등 상태, 도로 상황 등을 종합적으로 고려합니다. 강화 학습, 행동 복제 (Behavioral Cloning), 규칙 기반 시스템 등이 사용될 수 있습니다.
예측 (Prediction): 주변 차량이나 보행자의 움직임을 예측하여 잠재적인 위험 상황에 미리 대비합니다.
차량 제어 (Control)
차량 제어 (Control): 판단된 결과를 바탕으로 차량의 움직임을 실제로 제어하는 단계입니다. AI는 전자 제어 장치(ECU)를 통해 스티어링 휠, 액셀러레이터, 브레이크 등을 정밀하게 조작합니다.
조향 제어 (Steering Control): 차량이 계획된 경로를 따라 움직이도록 스티어링 휠을 조작합니다.
가/감속 제어 (Throttle/Brake Control): 안전 거리를 유지하고 교통 흐름에 맞춰 속도를 조절합니다.
차량 안정성 제어 (Vehicle Stability Control): 미끄럼 방지 등 차량의 안정적인 주행을 위한 제어를 수행합니다.
자율주행자동차의 시스템과 기반기술
LiDAR
LiDAR는 빛을 이용해 물체까지의 거리를 측정하는 기술입니다.
총 네 단계에 걸쳐서 진행되는데 레이저 빛을 쏘고, 그 빛이 물체에 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 물체까지의 정확한 거리와 위치를 계산합니다.
레이저 발사
수천 개의 레이저 펄스를 쏩니다.
반사 시간 측정
레이저가 물체에 반사되어 돌아오면, 그 반사 시간을 측정합니다.
거리 계산
빛의 속도와 시간을 이용해 물체까지의 정확한 거리를 계산합니다.
거리 = (빛의 속도 × 왕복 시간) / 2
3D 포인트 클라우드 생성
이렇게 수집된 수많은 거리 데이터로, 차량 주변의 입체적인 3차원 포인트 클라우드(3차원 좌표를 나타내는 데이터)를 생성합니다.
학습형 제어시스템
학습형 제어 시스템은 이전의 경험이나 반복 수행을 통해 성능을 점점 향상시키는 제어 시스템입니다.
전통적인 제어 시스템이 고정된 수학 모델에 기반해 동작하는 반면, 학습형 제어는 시스템이 스스로 환경을 학습하고, 최적의 제어 전략을 찾아나가는 능동적 시스템입니다.
동작 순서
입력 → 시스템 동작 → 결과 관찰 → 피드백 → 제어 규칙 수정 → 성능 향상
학습형 제어 시스템의 접근 방식들
동일한 작업을 반복 수행하는 시스템에서, 반복할수록 제어 성능을 향상시킵니다.
예: 로봇 팔이 똑같은 경로를 수백 번 따라하면서 점점 정확해집니다.
시스템이 시행착오를 통해 보상을 최대화하는 행동을 학습합니다.
예: 자율주행 차량이 여러 시나리오에서 안전하고 효율적인 주행법을 익힙니다.
복잡한 시스템을 수학적으로 모델링하지 않고도 제어 전략을 최적화할 수 있습니다.
특히 모델을 알 수 없을 때 효과적입니다.
자율주행에 도전하는 기업들
Tesla(테슬라)
주요 기술: 비전 기반 자율주행 (Tesla Vision)
카메라 중심의 자율주행 시스템을 개발 중이며, 라이다나 레이더를 사용하지 않고 8대의 외부 카메라와 딥러닝 기반 신경망으로 주행을 수행합니다.
FSD(Full Self-Driving)은 자율주행 보조 기능으로, 도시 내 자율주행을 목표로 하고 있습니다.
자체 개발한 Dojo 슈퍼컴퓨터로 AI 모델을 학습시켜 자율주행 알고리즘을 지속 개선하고 있습니다.
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주요 기술: 센서 융합 기반 자율주행
라이다(LiDAR), 레이더(Radar), 카메라 등 다양한 센서를 센서 융합으로 통합해 정밀한 환경 인식을 구현합니다.
Waymo Driver라는 자율주행 소프트웨어 플랫폼을 사용하여 실제 로보택시 서비스를 미국 일부 지역에서 운영 중입니다.
고정밀 지도(HD Map)를 활용하여 도시 구조를 정확히 인식하고 주행합니다.
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주요 기술: 자율주행 트럭에 특화
전 구글, 테슬라, 우버 출신의 엔지니어들이 설립한 회사로, 특히 장거리 트럭 자율주행에 집중합니다.
Aurora Driver라는 범용 자율주행 플랫폼을 개발 중이며, Volvo 및 Paccar 등과 파트너십을 맺고 있습니다.
고속도로 위주의 환경에서의 고정밀 위치 추정 기술과 센서 데이터 처리 최적화 기술이 뛰어납니다.
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