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요즘 활발하게 개발되고 이미 도입중인 자율주행 자동차의 동작 원리 및 방식을 다양한 제작사 사례를 포함하여 정리하였습니다.
🚘 자율주행 자동차의 동작 원리 및 작동 방식
1. 자율주행 자동차란?
자율주행 자동차는 운전자의 직접 조작 없이,
센서와 소프트웨어가 차량 주변 상황을 인식하고
주행을 제어하는 자동차입니다.
AI, 센서, GPS, 지도, 통신기술 등이 복합적으로 작동하여
사람처럼 도로를 읽고 주행 결정을 스스로 내립니다.
2. 자율주행 기술 단계 (SAE 기준)
국제자동차공학회(SAE)는 자율주행을 0~5단계로 구분합니다.
| 단계 | 설명 | 운전자 개입 |
| 0단계 | 자율기능 없음 | 필요 |
| 1단계 | 조향 또는 속도 하나만 자동 | 필요 |
| 2단계 | 조향+속도 모두 지원 (ADAS) | 필요 |
| 3단계 | 조건부 자율 (특정 상황 완전 자율) | 긴급 시 개입 |
| 4단계 | 고도 자율 (특정 지역/조건에서 완전 자율) | 불필요 (제한적) |
| 5단계 | 완전 자율 (어디서나 스스로 주행) | 전혀 필요 없음 |
✅ 현재 대부분의 상용차는 2~3단계이며, 일부 기업은 4단계 시범 운행 중입니다.
3. 자율주행 자동차의 동작 원리
자율주행은 크게 5가지 과정으로 나뉩니다:
① 인식 (Perception)
- 주변 사물, 차량, 사람, 도로, 신호등 등을 센서로 인식
- 사용 센서: 라이다(LiDAR), 레이다(RADAR), 카메라, 초음파, GPS
② 판단 (Decision)
- 인식된 정보를 바탕으로 상황을 해석
- 예: 보행자가 앞에 있으면 정지 판단
- AI 알고리즘과 머신러닝 기반
③ 계획 (Planning)
- 목적지까지 갈 수 있는 최적 경로를 계산
- 경로 상 예상되는 행동(가속, 감속, 회전 등)을 설정
④ 제어 (Control)
- 차량의 조향, 제동, 가속을 제어
- 전자식 제어 시스템(ECU)이 판단한 정보를 바탕으로 실제 차량을 움직임
⑤ 통신 (Connectivity)
- V2X(차량 간/도로 인프라 통신) 기술을 통해 실시간 정보 수집
- 예: 앞차와의 거리, 교차로 신호, 사고 정보 공유
4. 주요 자율주행 기업 사례
📌 1. 테슬라 (Tesla)
- 방식: 비용 절감형 카메라 기반 (비주얼 컴퓨팅)
- 센서 구성: 카메라 + 레이다 (2023년부터 레이다 제거)
- 자율 수준: 현재는 레벨 2 (FSD 베타는 레벨 3 일부 시도)
- 특징:
- 차량에서 수집된 데이터로 AI 학습
- OTA(무선 업데이트) 방식으로 기능 지속 개선
- "카메라로 사람처럼 본다"는 접근
📌 2. 구글 웨이모 (Waymo)
- 방식: 센서 조합형(고성능 라이다 중심)
- 센서 구성: 라이다 + 레이다 + 카메라 + 초음파
- 자율 수준: 레벨 4 (미국 일부 지역에서 자율택시 운영 중)
- 특징:
- 정밀 3D 지도와 고성능 라이다로 도시 인식
- 완전 자율주행 시범 서비스 운영 중
📌 3. 현대자동차 / 모비스 / 아이오닉 5 자율주행 콘셉트
- 센서 구성: 라이다 + 레이다 + 카메라
- 자율 수준: 레벨 3 상용화 준비 중
- 특징:
- 국토교통부 자율주행 인증 획득
- 고속도로 자율주행, 정체 자동 차선변경 등
📌 4. GM 크루즈 (Cruise)
- 미국 샌프란시스코 등에서 완전 자율주행 택시 시범 운영
- 라이다 중심 + 고해상도 지도 기반
- 레벨 4 수준
📌 5. 중국 바이두 Apollo
- 자율주행 플랫폼 개발
- 베이징, 상하이 등에서 자율 로보택시 운영
- AI, 5G 통신 기반 V2X와 연계
5. 자율주행 차량의 센서 비교
| 센서 | 특징 | 장점 | 단점 |
| 라이다 | 레이저 거리 측정 | 정밀 3D 지도 생성 가능 | 비, 안개에 취약, 고가 |
| 레이다 | 전파 기반 거리 측정 | 날씨에 강함, 속도 측정 우수 | 해상도 낮음 |
| 카메라 | 영상 이미지 인식 | 색상/신호등/사람 인식 우수 | 빛에 민감, 정확도 낮음 |
| GPS | 위치 정보 제공 | 전체 경로 추적 | 실내, 고층 지역에서 정확도 떨어짐 |
6. 자율주행이 직면한 과제
- ❗ 법적 책임 문제 (사고 발생 시 누구 책임?)
- ❗ 도심 환경 예외 상황 인식의 어려움
- ❗ 윤리적 판단(예: 피할 수 없는 사고 상황)
- ❗ 인프라 부족 (신호기, 고속도로 통신망 등)
- ❗ 고비용 센서 및 기술 장벽
✅ 요약
- 자율주행은 인식 → 판단 → 계획 → 제어의 반복 과정을 통해 이루어짐
- 주요 기술: AI + 센서 (LiDAR, RADAR, 카메라) + GPS + 통신(V2X)
- 대표 기업: 테슬라(카메라 중심), 웨이모(라이다 중심), 현대차(혼합형)
- 현재는 대부분 레벨 2~3, 일부 기업은 레벨 4 실증 단계
- 상용화에는 법, 인프라, 윤리, 기술적 숙제가 남아 있음
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