자율주행자동차와 프로세스 및 자율주행자동차 기술 단계 (SAE J3016)

<자율주행 자동차공학 - 정승환 저, 2023년 01월 10일 발행> 책을 기반으로 작성된 글입니다.

자율주행자동차 (Autonomous Vehicle)

차량에 탑승한 사람의 인지나 별도의 행위없이 차량이 스스로 ‘인지-판단-제어’의 3단계 절차를 수행하는 자동차

자율주행자동차의 핵심 3단계 프로세스

인지 과정

차량이 인지해야 하는 물체는 크게 두 종류가 있다.

1. 이동형 물체
   • 차량, 보행자 및 자전거 등의 이동형 물체
2. 고정형 물체
   • 차로, 차선, 신호등 등의 고정형 물체

판단 과정

인지 과정을 통해 차량이 현재 놓인 주행 상황을 판단하는 과정으로 이를 통해 차량의 주행 전략을 결정하고 최적의 주행 경로를 생성한다.

제어 과정

요구 감가속도, 요구 속도와 요구 조향각 또는 요구 조향 토크를 차량의 파워트레인 시스템, 제동 시스템 및 조향 시스템의 기계적 특성에 맞게 정밀 제어한다.

자율주행기술단계 6단계

‘인지-판단-제어’ 3단계 프로세스에서 운전자의 개입 정도에 따라 6단계로 나뉜다.

자율주행 기술단계	자율주행 정의	제어 주체	인지 주체	긴급 상황 대처	자율 운전
Lv.0 (비자율)	모든 운전을 운전자가 직접 수행 (자율 주행 없음)	사람	사람	사람	사람
Lv.1 (운전자보조)	운전자가 차량을 운전하지만, 일부 시스템으로 운전자 보조 지원	사람/시스템	사람	사람	사람/시스템
Lv.2 (부분자율)	일부 특정 구간에서 자율주행 지원하지만, 운전자가 모든 상황 통제	시스템	사람	사람	사람/시스템
Lv.3 (조건부자율)	운전자가 탑승한 상황에서 자율주행 지원 하지만 긴급 상황 발생시 운전자가 대처	시스템	시스템	사람	사람/시스템
Lv.4 (고도자율)	특정 조건에서 자율주행 가능하며, 운전자에게 제어권 선택적 부여	시스템	시스템	시스템	사람/시스템
Lv.5 (완전자율)	모든 조건에서 자율주행 가능하며, 무인 운송 시스템의 형태	시스템	시스템	시스템	시스템

Lv.1~2

구성 시스템 일부가 자율주행을 수행할 수 있으며, 운전자가 3단계 프로세스를 모두 통제해야 한다.

• Lv.1
  • 운전자에게 주행 편의와 운전 부주의를 지원
  • 종방향 제어 시스템 : SCC(Smart Cruise Control), AEB(Autonomous Emergency Braking)
  • 횡방향 제어 시스템 : LKAS(Lane Keeping Assist System)
• Lv.2
  • 한정된 도로, 한정된 주행 조건에서 종방향 제어 시스템과 횡방향 제어 시스템이 통합된 혀태로 나타남

Lv.3~5

자율주행 시스템이 3단계 프로세스를 전체를 수행하고 운전자의 개입은 불필요해진다.

• Lv.3
  • 인지의 역할 모두가 자율주행 시스템에서 진행되고 책임지는 단계
  • 긴급 상황에 대해서는 운전자가 대처해야 한다.
• Lv.4
  • 긴급 상황도 자율주행 시스템이 대처
• Lv.5
  • 운전자가 모든 운전의 제어권을 자율주행 시스템에 양도해 무인 시스템으로 운영될 수 있는 형태

OEDR (Object and Event Detection and Response)

객체 및 사고상황 인지와 반응에 대한 책임이 자율주행 Lv.3부터는 시스템에 있다.

그만큼 고도화된 인지 기능과 다양한 객체 인지 시 충돌이 발생하지 않도록 제어할 수 있어야 한다.

ODD (Operational Design Domain)

자율주행 Lv.2~4 단계에서는 운행 설계 범위(ODD)로서 도로 형태, 지리적 조건, 속도 및 기타 환경적 조건에서 자율주행 운행 모드로의 진입과 자율주행의 유지 상태에 제약이 있다.

하지만 자율주행 Lv.5단계에서는 자율주행 모드의 진입과 유지 어떠한 제약 조건도 없어야 한다.