자동차 자율주행 기술 교과서 - 지적생활자를 위한 교과서 시리즈

이정원

저자:이정원
서울대학교에서기계공학을전공하고,내연기관연구로석사학위를받았다.2003년에르노삼성자동차(現르노코리아자동차)에입사해십여년동안가솔린·LPG·디젤엔진을개발했으며,여러프로젝트업무를수행했다.2018년에는중국조인트벤처에합류해전기차개발프로젝트를지휘하기도했다.2020년국내복귀이후에2024년4월까지르노코리아탄소중립프로젝트를이끌었으며,지금은자동차산업동향플랫폼‘아우토바인’에서전문위원으로활동하고있다.
2020년부터자동차와관련해서다양한정보를일반대중에게전달하는글쓰기를시작했다.브런치·아우토바인·아웃스탠딩같은여러매체에기고중이며,국민대·경북대·10월의하늘(한국도서관협회행사)등에서강연을진행했다.자동차산업현장에서쌓은지식과안목을대중과나누고픈열망이있다.앞으로도정확한정보와명쾌한표현을목표로글쓰기를꾸준히해나갈예정이다.저서로는《자동차연비구조교과서》《전기차는정말친환경적일까요?》가있다.

머리말이동수단에서생활공간으로미래를몰고올자율주행혁명

PART1스스로주행하는자동차가온다
01-01미래자동차의조건,C.A.S.E
01-02소유에서이동수단으로MaaS
01-03운전에서해방되면누릴수있는것들
01-04자율주행기능의수준을정하는기준,SAE5단계
01-05자율주행기술개발의역사
01-06기본이되는ADAS기능
01-07AEBS,안전을위한최후의보루
01-08SCC,알아서조절되는속도
01-09LFA,차로유지보조기능
01-10ParkingAssistanceSystem,자동주차기능
01-11자율주행시스템의구성
01-12사람처럼인지하고판단하고조작하는자동차
01-13서로가필요한자율주행과전기차
Column자율주행과테슬라

PART2스스로가고멈추고도는자율주행차량의기본
02-01자율주행에도승차감이중요한이유
02-02타이어를이용해노면을박차고움직이는자동차
02-03ON-OFF제어/PID제어
02-04정밀한PWM제어/VFM제어
02-05피드백제어와모델기반복합제어
02-06복잡한상황을제어하는데쓰는상태공간방정식
02-07사람의애매한판단을수치화한퍼지제어
02-08인공지능신경망제어
02-09달리기제어에더적합한전기모터
02-10안전하게멈추기위한브레이크제어
02-11자동차방향을전환하는스티어링제어
02-12ECU가모두관장하는By-Wire전자식제어
ColumnADAS기능이필수가된시대

PART3사람처럼주변을인지하고판단하는기술
03-01사람을대신해서주변을인지하는센서들
03-02물체를감지하고속도를인식하는레이더
03-03장점은살리고단점은대수로보완하는레이더
03-04눈처럼영상으로주변을인식하는카메라
03-05영상에서공간을읽는기술
03-06경계면을찾아내는방법
03-07자동차가가야할차선을인식하는허프변환
03-08교통표지판과신호도영상으로읽는기술
03-09픽셀단위로매칭을찾아내는비전인식기술
03-10좌우카메라로거리를계산하는기술
03-11카메라가하나여도거리계산이가능하다
03-12먼거리에있는물체를인식하는라이다센서
03-13라이다센서의개발현황
03-14여러센서의정보를통합분석하는시스템
03-15보행자를인식하는화상처리기술
03-16신경망을이용해이미지를인식하는CNN학습법
Column라이다센서없이완전자율주행이가능할까?

PART4위성항법을이용한인지판단기술
04-01위성으로내차의위치를측정하는GPS
04-02지역한정위성항법시스템,RNSS
04-03차량주행거리측정을이용한GPS보정
04-04자동차의움직임을직접측정하는가속도센서
04-05자동차가어디로향하는지알려주는자이로센서
04-06단점을서로상쇄하는추측항법
04-07GPS신호로지도상의진짜위치를찾아가는맵매칭
04-08이동거리학습을활용한확률적자기위치찾기
04-09SLAM,실시간위치추정및지도재구축시스템
04-10고정밀3차원지도
04-11다익스트라알고리즘을이용한최단거리탐색
04-12지도상에없는경로를찾아가는Q학습로직
04-13심층강화학습으로사람을닮아가는자율주행
04-14병렬계산으로수많은신호를처리하는GPU
Column내비게이션,단순한길안내에서벗어나다

PART5자율주행중에사용되는운전자인터페이스기술
05-01운전자와소통하는기술의중요성
05-02안전을지키는모니터링시스템
05-03운전자의의도를파악하는시선감지
05-04운전자말을자연스럽게이해하는음식인식기술
05-05자율주행시스템의결정을운전자에게설명하기
05-06다른운전자나보행자와소통하는기술
Column자율주행시대에발맞추는새로운법들

PART6자율주행기술의미래
06-01V2X기술과자율주행
06-02많은데이터를정확하고빠르게전송하는5G기술
06-03우주를매개로어디서든연결되는테슬라와스타링크
06-04자율주행자동차를보호하는사이버보안기술
06-05자율주행을활용한자동차안전기술의혁신
06-06고장나도안전하게관리하는ASIL
06-07어떤상황에서도안전함을증명하는SOTIF표준
06-08자율주행의최소안전을정한SaFAD
06-09디지털트윈을이용한자율주행안정성평가
Column자율주행기술이가져다줄자동차이외의것들

PART7국내자율주행스타트업의주요기술
07-01자율주행시대를개척하는대한민국의회사들
07-02자동차에비전AI라는눈을달아준스트라드비전
07-03인프라에눈을돌려새로운길을찾는서울로보틱스
07-04개발자를위해현실같은가상공간을마련한모라이
07-05이동과연결을중시한자율주행을연구하는카카오모빌리티
07-06차량이아닌로봇을만드는네이버랩스
07-07소프트웨어가중심인차를만드는포티투닷
07-08화물차자율주행운전에집중한마스오토
Column자율주행과인공지능그리고반도체전쟁

참고문헌·참고사이트
찾아보기

자율주행메커니즘의시작과끝
센싱·인지판단·제어3대요소를이해하라

자율주행기술은생각보다빨리시작됐다.이기술개념은1939년뉴욕박람회에서GM이처음소개했으며,지난수십년간이어진컴퓨터와액추에이터기술의놀라운발전에힘입어알게모르게성장해왔다.그러다인공지능을활용한비전AI와인지/판단시스템이발전하면서한차례전환점을마련했다.
여러회사가기술적한계보다는사회적법률적제약때문에자율주행을주저하는사이,전기차업체인테슬라가‘오토파일럿’이라는자율주행기술을탑재해사람들에게강렬한인상을남긴것이다.현재오토파일럿은제한된조건과지역에서실행되지만,많은이에게완전자율주행의미래를미리맛보여주고있다.
자율주행의본질을알려면,다음세가지기술요소를살피면된다.첫째,사람의눈처럼주변환경을인지하는센서(센싱)를알아야한다.카메라는영상정보를수집하고,라이다와레이더는레이저와전자기파를이용해주변사물의거리와속도정보를수집한다.둘째,수집된정보를바탕으로주행상황을인지판단하는컨트롤러(ECU)도중요하다.ECU는자동차의두뇌역할을하며,센서정보를분석하고액추에이터를제어해차량움직임을제어한다.셋째,컨트롤러의명령에따라실제로차량을움직이는액추에이터는자동차제어의핵심이다.핸들,브레이크,가속페달등이액추에이터에의해제어된다.이책에서는세가지요소와관련해서다양한기술과원리를소개하며독자의이해도를높여준다.

인공지능시대에나타난첨단기술
AI가안전하고정확하게운전하는방법

저자는무엇보다인공지능기술이자율주행시대를앞당기는핵심동력이라고말한다.앞서살펴본3대요소중센서와액추에이터(제어)관련기술은이미완성단계라고봐도무방하지만,인지판단영역에속하는인공지능기술은지금보다더욱발전해야하기때문이다.비전AI는차선,표지판,사람,차량등여러대상을식별하는인공지능기술의통칭으로,CNN덕분에그간크게발전했다.CNN은사람의시각정보처리방식을모방해이미지를분석하는기술인데,이밖에도책에서는카메라와라이다를활용한여러비전기술을소개한다.예를들어미분필터링을이용해도로경계면을찾는기술이나HOG기법으로보행자의움직임을예측하는기술등을설명한다.
테슬라를위시한많은업체가인공지능기술중하나인딥러닝(심층학습)을이용해자율주행시스템의성능을높이려고힘을쏟고있다.인공지능성능이발전하는정도에따라자율주행도그에비례해발전할것이다.

국내스타트업들의기술수준과
그들이그리는자율주행의미래

전문가집단과언론들은인공지능이점점중요해지는시점에서자율주행시스템이해킹당할가능성도커질것이라고경고한다.저자도이에크게동감하며,사이버보안기술의중요성과여러보안규제를책에서설명한다.그러면서자연스레자율주행기술의미래를그려보는데까지나아간다.저자가대표적으로꼽은미래기술은V2X통신이다.
자동차와네트워크를클라우드기술로묶는V2X를활용하면각차량이정보를교환하는것만으로사각지대사고를예방하고,차량흐름을원활하게할수있다.물론자율주행을실현하는데있어핵심기술임은당연하다.자율주행에필요한데이터처리는그양이방대해서서버에서진행해야여러모로유리하다.서버와차량을빠르게연결하는기술이필수가된것이다.이분야에서선두주자인테슬라도사물인식과판단을서버에맡기고있다.
저자는국내자율주행업계의기술현황과전략을소개하기도한다.디지털트윈전략을구사하는모라이,로봇에초점을둔네이버랩스,자율주행서비스를연구하는카카오모빌리티,소프트웨어중심형전기차를개발하는포티투닷,실도로주행이아닌인프라자율주행에서길을찾은서울로보틱스,화물차라는틈새시장을노리는마스오토등끊임없이발전하는국내자율주행업계의활약상을이책에서확인할수있다.

자율주행메커니즘을
가장빠르게이해하는길

자율주행은자동차업계가반드시성취해야할기술이다.단순히운전자를대체하는기술이아니기때문이다.자율주행이가져올사회적경제적여파는실로광범위하며엄청난변화를일으킬것이다.물류산업의효율성을높이고,고령자나장애인같은이들에게이동할수있는자유를제공하며,자동차를이동수단에서삶을즐기는새로운공간으로변신시킨다.이책에서언급한온갖기술과사례를보고있자면,자율주행기술이자동차업계가결국나가야할길이며,절대실현불가능한기술또한아니라는사실을분명하게이해할수있을것이다.
이책의목표는독자들이‘자동차자율주행기술’을올바르게이해하는데있다.자율주행기술의현주소는물론,미래사회에미칠영향까지폭넓게다루면서독자들이깊이있는통찰력을얻는데필요한실마리를제공하려고노력했다.저자는이책을계기로독자들이자율주행시대라는새로운변화를능동적으로준비했으면하는바람이있다고말한다.