무인자동차 기술 및 개발동향
“향후 10년 안에 무인 로봇자동차가 우리 곁에 온다”
무인자동차(자율주행자동차)는 운전자의 조작 없이 자동차 스스로 주행환경을 인식하여 목표지점까지 운행할 수 있는 자동차이다. 로봇 및 컴퓨터공학, GPS, 정밀센서, 전자제어 등 첨단기술의 발전에 힘입어 활발히 개발 중이다. 무인자동차는 일반용뿐만 아니라 장애인을 위한 보조수단, 군사용, 화물운송을 비롯하여 상업용까지 광범위한 분야에서 사용될 전망이다. 그러나 무인자동차에 탑재되는 각종 부품들의 가격과 도로 및 관련 인프라 구축에는 장기간의 시일이 소요될 것이다. 또 아직까지는 복잡한 도심 주행과 톨게이트 결제 문제 등을 해결해야 하고, 무인자동차들끼리 의사소통 방법이 관건이기 때문에 상용화까지는 상당한 시간이 필요하다.
무인자동차 기술
- 핵심기술
무인자동차의 핵심은 현재의 위치를 cm 수준으로 정밀하게 파악하는 기술로, GPS, 레이저 스캐너, 레이더, 카메라는 기본이고, 관성항법장치 등의 첨단센서가 총동원된다. 안전이 가장 중요시되며, 특정 센서만 가지고는 무인자동차가 겪을 돌발상황을 제대로 대처하기가 어려우므로 가급적 다양한 종류의 센서를 장착하고, GPS도 오차범위가 10cm에 불과하다. 그리고 HW 센서와 각종 데이터를 모아 처리하는 SW로 구분되며, HW로는 GPS, 레이저, 레이더파, 카메라는 기본이고, IMU(Inertial Measurement Unit; 관성측정장치), INS(Inerial Navigation System; 관성항법장치) 등 첨단 센서가 장착되어 있다. IMU는 평면과 공간에서 물체가 얼마나 움직였는지 알려주며 INS는 자이로를 이용해 현재 위치를 정확히 파악할 수 있다. SW는 HW보다 더 중요한 역할을 담당하는데, 각종 센서가 보내온 데이터는 PC를 통해 계산하여 모두 네트워크로 연결한다.
핵심 기술 중 위치인식과 차량 제어는 상당한 발전을 이룩하였고, 주변 상황인식 및 회피를 위한 센서 기술도 향상되어 초기 단계이지만, 어느 정도 자율 주행능력을 갖춘 무인자동차들이 개발되고 있다. 무인자동차를 개발하는 과정에서 나오는 신기술들이 관련 분야에 적용되고 있어 자동차 산업뿐만 아니라 엔지니어링 혁신에 도움을 주고 있다. 무인자동차 핵심기술로는 <표1>과 같이 무인자동차 시스템 및 그를 위한 Actual System, 비전 및 센서를 이용한 시각정보의 입력 및 처리장치, 무인화 운행에 적합한 조향 알고리즘 개발, 통합관제 시스템과 운행감시 고장진단 체계, 지능제어 및 지능운행 장치 등 5가지가 있다.
- 적용기술
현재 적용되고 있는 무인자동차 관련기술들은 지능형 순항제어(ACC; Adaptive Cruise Control), 차선이탈방지(LDD), 주차보조(Park Assist), 자동주차(Remote Park Assist), 사각지대 정보안내(BSIS; Blind Spot Information System) 등이 있다. 지능형 순항제어는 레이더 가이드 기술에 기반을 두고, 운전자가 페달조작을 하지 않아도 스스로 속도를 조절하여 앞차 또는 장애물과의 거리를 유지시켜 주는 시스템이다. 운전자가 앞차와의 거리를 입력하면 자동차 전면에 부착된 장거리 레이더가 앞차의 위치를 탐지하여 일정속도를 유지하거나 감속, 가속하고, 필요한 경우 완전 정지하여 안개 속에서 운전할 때 매우 유용하다.
차선이탈방지는 의도하지 않은 차선 이탈 상황을 감지하여 운전자에게 알려주는 시스템으로 내부에 달린 카메라가 차선을 감지한다. 무인자동차에서는 차선을 감지하고 도보와 중앙성을 구분하여 자동차가 차선을 따라 안전하게 움직이는데 사용된다. 주차보조는 후진 일렬주차를 도와주는 시스템으로 운전자가 어시스트 버튼을 탐색한 후 후진기어를 넣고 브레이크 페달을 밟으면 자동차가 스티어링을 조절하여 후진 일렬주차를 해준다. 차량 장착형 센서뿐만 아니라, 인프라 등을 기반으로 출발지에서 주차공간까지 차량을 자동으로 유도하는 것으로 주차 시 불필요하게 소모되는 시간과 에너지를 절약함으로써 소요비용과 환경오염을 최소화하여 쾌적하고 안전하면서도 편리성을 향상시킨다. 무인자동차가 이 기술을 사용하면 길가에 스스로 일렬주차할 수 있다.
자동주차는 운전자가 주차장 앞에 차를 정지시킨 뒤 엔진을 끄고 내려 리모콘 잠금 스위치를 2회 연속으로 누르면 자동주차가 된다. 원리는 자동차에 설치된 카메라가 차고 반대편 벽에 미리 붙여놓은 반사경을 탐지하고, 적정한 접근 경로를 계산하여 스스로 주차를 하며, 무인자동차에 사용하면 스스로 정해진 주차구역에 주차가 된다. 사각지대 정보안내는 자동차 양 측면에 장착된 센서가 사이드미러로 보이지 않는 사각지대에 자동차가 있는지를 판단하여 운전자에게 경고를 해주는 시스템이다. 무인자동차에서는 복잡한 도로 상황에서 양 측면의 장애물 및 차량을 확인하여 차선을 변경하는 용도로 사용된다.
향후 전망
해외에서는 구글, GM, 벤츠, BMW, 아우디 등이 무인운전시스템, 네트워크 전기차 형태로 무인자동차를 개발하고 있으며, 대학 및 연구소에서는 DARPA가 무인로봇차, MIT와 베를린자유대 등이 무인차량을 개발중이다. 국내에서는 현대기아차가 투싼 무인자동차를 개발하였고, 자율주행자동차 경진대회를 후원해 KAIST, 국민대, 기술교육대 등 11개 대학이 참여했으며, ETRI와 KIST도 각각 무인자동차를 개발하고 있다.
