자율주행 자동차의 전망

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자율주행 자동차의 인공지능(정석우, 심현철)

 

㉠ 서론

자율주행 자동차는 주행환경을 인식하여 운전을 보조하거나 스스로 주행함으로써 주행 안전성 및 편의성을 향상시키는 차세대지능형 자동차를 말한다. 인간 친화적인 자동차의 줄임말인 HFV기술의 개발목적은 자율주행자동차의 실현이며 IT기술을 통해 자동차기술이 발전함으로써 실현이 가속화 되고 있다.

자율주행 자동차의 핵심기술은 주행환경 인식기술과 자율주행기술이 있는데 주행환경 인식기술은 여러 가지 센서를 통해 차량, 차선, 장애물 등을 인식하는 기술이고, 자율주행기술은 차량이 목적지까지 안전을 주행할 수 있도록 차량을 지능화하는 기술이다.

이 기술을 바탕으로 차량을 안정적으로 제어하기 위해서는 제어알고리즘 설계와 네트워크 기반 구동, 제동, 조향 전자제어시스템의 도입이 필요하다. 이 연구에서 개발된 자율주행 자동차의 명칭은 AI이다.

 

㉡ 본론

1)시스템 및 소프트웨어 구조

AI의 자율주행 시스템의 소프트웨어는 센서 인터페이스, 인식부, 제어부, 차량 인터페이스 로 구성된다. 센서 인터페이스는 인지 기능구현에 필요한 각종 센서들로부터 데이터를 취득하고 인식부에 서 이용할 수 있는 정보로 가공하게 된다.

인식부에서는 센서 인터페이스로부터 취득된 데이터를 바탕으로 차량의 위치, 장애물, 도로경계, 차선등의 자율주행에 필요한 정보로 변환하게 된다. 제어부에서는 인식부에서 생성된 경로를 정확하게 추종할 수 있도록 차량의 거동을 제어함으로써 차량의 안전성을 확보한다. 차량 인터페이스에서는 차량의 거동을 제어하기 위하여 차량의 액추에이터를 이용하여 차량의 조향, 가속, 제동을 제어한다.

 

2) 인식

①차량 자세 및 위치 추정

자율주행자동차의 위치측정시스템은 위성항법장치에만 기초를 한 경우가 많기 떄문에 위성신호의 누락, 가섭과 전파방해, 다중경로오차 등에 의해 많은 문제점이 야기된다. AI의 위치측정시스템은 위성항법장치의 위치정보와 차량 내 센서 정보를 다중모델필터를 통해 융합함으로써 차량의 위치를 추정하는 방법을 개발 및 적용하였다.

다양한 운전 환경에 적응하기 위해 두 가지 다중차량모델이 정보융합에 사용되었다. 일단 기하학적 차량모델은 차량의 속도가 낮고 차량의슬립이 적은 운전환경에서 정확한 추정 성능을 나타내며, 동역학적 차량모델은 차량의 속도가 높고 차량의 슬립이 큰 운전환경에서 보다 정확한 추정성능을 나타낸다.

 

②장애물 및 도로 경계 인식

차량 범퍼 전면에 지면과 수평으로 장착된 3개의 레이저 레이더 센서와 차량 지붕 위에 지면과 비스듬히 장착된 2개의 센서를통해 차량의 전방 및 측면에 위치한 장애물 및 도로경계를 인식하였다.

차량 전면 양쪽에 장착된 2개의 센서로부터 나온 장애물의 거리를 지도상에 나타내었으며, 차량 전면 중앙과 지붕 위 3개의 센서는 차량의 피치, 롤을 고려하여 차량 전방의장애물 및 도로경계를 추출하여 지도에 표현하였다.차량의 피치, 롤은 센설르 이용해 도로굥계를 검출, 추적한 뒤 도로 지면과의 상대적인 피치, 롤 각으로 추정하여 차량의 피치, 롤 및 도로의 경사로 인한 장애물의 오검출을 제거하였다.

 

③차선 및 횡단보도 인식

AI는 카메라를 이용한 영상처리 방법을 사용하였다. 영상은 에너지 검출 및 Hough 변환을 통해 차선 인식을 수행하였다. 레이저 레이더에서 도로경계를 검출하고 이를 기반으로 카메라에서 영상처리된 차선을 이용하여 차량의 횡방향 좌표를 계산하였다. 횡단보도 인식은 횡방향 패턴을 이용한 spatial filter(공간필터)를 적용하여 에너지를 검출하는 방법을 사용하였다.

 

3) 경로 생성 및 추종

①경로생성

자율주행자동차가 안전한 경로를 따라 주행하기 위해서는 전체적인 경로를 대략적으로 나타내는 경유점들이 필요하다. 장애물을 피하기 위해 장애물 같은 도로조건과 차량을 고려하여 여러 개의 후보경로를 생성한다. 최적의 경로선택을 위하여 경로와 장애물간의 거리, 경로의 최대 곡률, 이전 단계에서 생성된 경로와의 차이를 고려하여 경로 선택 비용을 계산하고, 최소비용을 갖는 경로를 선택하게 된다.

 

②경로추정

경로 추종제어는 가감속을 제어하는 종방향 제어와 조향장치를 제어하는 횡방향 제어 두 부분으로 구성된다.

종방향 제어는 생성된 경로에서 목포 속도가 주어지면 상위제어기에서 목표속도와 현재 차량의 속도와의 차이를 구하여 요구 가속도를 구한다. 이후 하위제어기에서는 엔진제어장치(EMS)에 신호를 보내거나 브레이크 페달을 조절하여 차량의 감가속을 제어한다.

횡방향 제어는 현재 차량과 진행방향의 위치오라츷 통해 상위 제어기에서 목표조향각을 생성하게 된다. 이 각은 차량 네트워클르 통하여 하위제어기에 전달되고 하위 제어기는 목표 조향각과 현재 조향각의 오차를 이용하여 조향각을 제어하게 된다.