자율주행 자동차 정의, 자율주행의 5가지 단계, 자율주행의 구성요소와 기능, FSD와 오토파일럿의 차이점

자율주행 자동차 정의, 자율주행의 5가지 단계, 자율주행의 구성요소와 기능, FSD와 오토파일럿의 차이점

자율주행 자동차 정의

자율주행차라고도 불리는 자율주행차는 대부분의 여정 동안 사람의 개입 없이 스스로 항해하고 
작동할 수 있는 차량입니다. 센서, 카메라, 레이더, 라이다, 인공지능 알고리즘과 같은 다양한 첨단 기술을 활용하여 환경을 인식하고, 결정을 내리고, 움직임을 제어합니다.

자율 주행 자동차의 주요 목표는 인간의 운전 행동을 복제하고 다양한 도로 조건, 교통 상황 및 장애물에 적절하게 대응하는 것입니다. 이러한 차량은 주변의 감각 데이터를 분석하고 해석하여 교통 신호, 도로 표지판, 보행자, 기타 차량 및 잠재적 위험을 식별하고 이해할 수 있습니다.

자율 주행 자동차는 일반적으로 복잡한 알고리즘과 매핑 시스템을 사용하여 경로를 계획 및 실행하고, 교통을 통해 기동하고, 차선을 변경하고, 필요에 따라 병합, 가속 및 제동을 수행합니다. 그들은 환경에 대한 실시간 정보를 수집하기 위해 3D 매핑을 위한 레이더, 물체 감지를 위한 레이더 및 시각적 인식을 위한 카메라와 같은 센서 입력의 조합에 의존합니다.

자율주행차의 궁극적인 목표는 도로 안전을 강화하고, 사람의 실수로 인한 사고를 줄이고, 교통 흐름과 효율성을 개선하고, 운전할 수 없거나 원하지 않는 개인에게 더 많은 이동성 옵션을 제공하는 것입니다. 그러나 기술은 여전히 진화하고 있으며, 현재 단계에서 자율주행차는 특히 복잡하고 예측할 수 없는 상황에서 때때로 사람의 개입이나 감독이 필요할 수 있습니다.

테슬라 오토파일럿 개념

자율주행차의 5단계

미국 자동차 공학회(SAE(Society of Automotive Engineers))는 자율주행차를 자율성의 정도에 따라 5단계로 분류하는 널리 인정되는 분류 시스템을 정의했습니다. 여기서 처음 네 가지 수준을 설명하겠습니다:

레벨 1: 운전자 지원
이 레벨에서 차량은 어댑티브 크루즈 컨트롤 또는 차선 유지 지원과 같은 특정 운전자 지원 기능을 제공합니다. 이러한 기능은 차량 작동의 특정 측면을 제어할 수 있지만, 운전자는 스티어링, 가속 및 제동을 포함한 대부분의 주행 작업을 책임집니다. 이 자동차는 운전자를 보조하지만 자율 기능이 없습니다.

레벨 2: 부분 자동화
레벨 2는 부분 자동화를 의미하며, 여기서 자동차는 조향 및 가속 또는 제동과 같은 여러 가지 주행 작업을 동시에 제어할 수 있지만 운전자는 항상 운전 환경을 모니터링해야 합니다. 운전자는 필요할 때 차량을 제어할 준비가 되어 있어야 합니다. 레벨 2 기능의 예로는 테슬라의 오토파일럿과 특정 고급 운전자 보조 시스템(ADAS)이 있습니다.

레벨 3: 조건부 자동화
레벨 3에서는 특정 조건과 특정 주행 모드에서 차량이 주행 작업을 완전히 제어할 수 있습니다. 운전자가 운전 환경을 지속적으로 모니터링할 필요는 없지만 시스템의 메시지가 표시될 때 개입할 준비가 되어 있어야 합니다. 자동차가 감당할 수 없는 상황에 부딪히면 운전자에게 인계를 요청합니다. 레벨 3 자동화는 종종 고속도로나 통제된 접근 도로와 같은 특정 운영 도메인으로 제한됩니다. Audi의 트래픽 잼 파일럿은 레벨 3 자동화의 한 예입니다.

레벨 4: 높은 자동화
레벨 4는 운전자의 개입 없이 특정 작동 영역 또는 지오펜스 영역 내에서 모든 주행 작업을 수행할 수 있는 높은 자동화 수준을 나타냅니다. 차량은 자율적으로 작동할 수 있으며, 사람의 입력 없이도 다양한 도로 조건과 시나리오를 처리할 수 있습니다. 그러나 레벨 4 차량은 여전히 한계가 있으며 극한 기후 조건이나 복잡한 도시 환경과 같은 특정 상황에서 인간 운전자가 제어해야 할 수 있습니다. 웨이모의 자율주행차는 레벨 4 자동화의 한 예입니다.

레벨 5: 완전 자동화
레벨 5는 모든 조건과 도로 또는 지형에서 모든 주행 작업을 수행할 수 있는 완전한 자동화를 나타냅니다. 레벨 5 차량에는 사람의 개입이나 운전자가 필요하지 않습니다. 복잡한 도심 도로, 시골 지역 및 오프로드 환경을 포함한 모든 주행 시나리오에서 자율적으로 작동할 수 있습니다. 레벨 5 자율성은 완전히 자율 주행하고 사람의 개입이 필요 없는 차량을 제공하는 것을 목표로 합니다.

중요한 점은 레벨 5가 가장 높은 수준의 자율성을 나타내지만, 모든 주행 시나리오와 글로벌 위치에서 이를 달성하는 것은 복잡하고 지속적인 과제라는 점입니다. 현재 상용화된 대부분의 자율주행차는 레벨 1~3 범위에 속하며 레벨 4가 현재 개발 및 적용의 초점이 되고 있습니다.

각 레벨은 증가하는 자율성을 나타내며, 레벨 4는 특정 조건에서 차량이 독립적으로 작동할 수 있는 완전 자율성을 향한 중요한 단계입니다. 레벨 5는 최고 수준의 자율성을 나타내며, 여기서 자동차는 사람의 개입 없이 모든 조건에서 모든 주행 작업을 수행할 수 있습니다.

자율주행차 주요 센서 및 위치

자율주행차의 주요 구성 요소와 기능

자율 주행 자동차는 각각 특정 기능을 가진 여러 주요 구성 요소로 구성됩니다. 자율 주행 차량의 주요 구성 요소 및 기능은 다음과 같습니다:

센서: 자율주행차에는 카메라, 레이더, 라이다, 초음파 센서, 그리고 GPS를 포함한 다양한 센서가 장착되어 있습니다. 이 센서는 다른 차량의 위치, 보행자, 도로 표지판 및 장애물과 같은 차량 주변에 대한 데이터를 수집합니다. 그들은 인식 및 의사 결정 시스템에 중요한 정보를 제공합니다.

인식 시스템: 인식 시스템은 환경을 이해하기 위해 센서가 수집한 데이터를 처리합니다. 그것은 컴퓨터 비전과 기계 학습 알고리즘을 사용하여 물체를 식별하고 분류하고, 물체의 행동을 예측하고, 주변 환경에 대한 자세한 인식을 만듭니다. 이 정보는 차량이 정보에 입각한 의사 결정을 내리는 데 필수적입니다.

의사 결정 시스템: 의사결정 시스템은 인식 데이터를 분석하고 적절한 조치를 결정하기 위해 고급 알고리즘을 사용합니다. 그것은 교통 규칙, 도로 상황, 차량의 목표, 그리고 다른 도로 사용자들의 행동과 같은 요소들을 고려합니다. 의사 결정 시스템은 속도, 가속 및 제동을 포함하여 차량의 궤적에 대한 계획을 생성합니다.

제어 시스템: 제어 시스템은 계획된 작업을 실행할 책임이 있습니다. 그것은 계획된 궤도를 따르도록 차량의 조향, 가속 및 제동 메커니즘을 제어합니다. 제어 시스템은 실시간 센서 데이터 및 피드백을 기반으로 차량의 움직임을 지속적으로 조정하여 계획된 조치가 정확하고 안전하게 실행되도록 보장합니다.

매핑 및 현지화: 자율 주행 자동차는 위치를 이해하고 정확하게 탐색하기 위해 매핑 및 현지화에 의존합니다. 고화질 지도는 차선 표시, 교통 표지판 및 교통 흐름을 포함하여 도로 네트워크에 대한 자세한 정보를 제공합니다. 현지화 알고리즘은 센서 데이터를 사용하여 매핑된 환경 내에서 차량의 정확한 위치를 결정합니다.

연결: 연결은 자율주행차에서 중요한 역할을 합니다. 차량은 서로 통신(V2V 통신)하고 인프라(V2I 통신)와 함께 도로 상태, 교통 및 잠재적 위험에 대한 정보를 교환할 수 있습니다. 이 연결을 통해 도로의 안전, 효율성 및 조정 기능이 향상됩니다.

휴먼-머신 인터페이스(HMI): HMI는 차량과 탑승자 간의 상호 작용을 제공합니다. 여기에는 승객이 목적지를 입력하고, 차량 상태를 모니터링하며, 자율 시스템에 피드백 또는 지시를 제공할 수 있는 디스플레이, 음성 인식 및 기타 입력 방법이 포함됩니다. HMI는 탑승자에게 원활하고 사용하기 쉬운 환경을 제공합니다.

이중화 및 안전 시스템: 자율주행차는 중복 시스템과 안전 조치를 통합하여 신뢰성을 높이고 잠재적인 고장을 완화합니다. 여기에는 중복 센서, 컴퓨팅 시스템, 전원 시스템 및 백업 메커니즘이 포함되어 구성 요소 오류 또는 예상치 못한 상황 발생 시 안전한 작동을 보장합니다.

이러한 구성 요소는 자율 주행 자동차가 환경을 인식하고, 결정을 내리고, 궤적을 계획하고, 움직임을 제어하고, 정확하게 탐색하고, 주변과 소통하고, 안전을 우선시할 수 있도록 함께 작동합니다. 이러한 요소들 간의 통합과 시너지는 자율주행차의 성공적인 운영을 위해 필수적입니다.

테슬라 자율주행( 출처:테슬라)

테슬라 모델의 구성 요소와 기능

모델 S, 모델 3, 모델 X 및 모델 Y를 포함한 테슬라 차량은 몇 가지 주요 구성 요소와 기능을 통합합니다. 개요는 다음과 같습니다:

배터리 팩: 테슬라 차량은 일반적으로 수천 개의 리튬 이온 배터리 셀로 구성된 대용량 배터리 팩으로 구동됩니다. 이러한 배터리 팩은 차량을 전진시키고 다양한 시스템을 작동하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.

전기 모터: 테슬라 차량은 추진을 위해 하나 이상의 전기 모터를 사용합니다. 이러한 모터는 배터리에서 나오는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 휠을 구동합니다. 테슬라의 전기 모터는 효율성, 동력 및 순간 토크 전달로 유명합니다.

자동 조종 및 완전 자율 주행(FSD) 하드웨어: 테슬라 모델에는 카메라, 초음파 센서, 레이더 및 강력한 탑재 컴퓨터를 포함한 고급 하드웨어가 장착되어 있습니다. 이 하드웨어는 고급 크루즈 컨트롤, 차선 유지 지원 및 자동 주차 기능을 제공하는 오토파일럿과 같은 운전자 지원 기능을 가능하게 합니다. FSD(Full Self-Driving) 패키지는 Navigate on Autopilot, Autosteer 및 고급 소환 기능과 같은 추가 기능을 제공합니다.

터치스크린 디스플레이: Tesla 차량은 일반적으로 센터 콘솔에 위치하는 대형 터치 스크린 디스플레이를 갖추고 있습니다. 이 디스플레이는 미디어, 내비게이션, 실내 온도 조절 시스템 및 오토파일럿 설정을 포함한 다양한 차량 기능을 제어하는 기본 인터페이스 역할을 합니다. 또한 차량 설정, 소프트웨어 업데이트 및 Tesla의 엔터테인먼트 기능에 액세스할 수 있습니다.

공중파(OTA) 업데이트: Tesla 차량은 무선으로 새로운 기능, 개선 사항 및 버그 수정 사항을 수신할 수 있는 무선 소프트웨어 업데이트로 유명합니다. 이러한 업데이트는 차량의 성능을 향상시키고, 새로운 기능을 소개하며, 차량의 소프트웨어를 최신 기술로 최신 상태로 유지합니다.

슈퍼차저 네트워크(Super Charger Network): Tesla는 전 세계적으로 광범위한 슈퍼차저 스테이션 네트워크를 개발했습니다. 이러한 스테이션은 Tesla 차량에 고속 충전을 제공하여 장거리 이동이 가능하고 충전 시간이 단축됩니다. 슈퍼차저 네트워크는 전기차 채택을 촉진하고 범위 불안을 해결하는 데 중요한 역할을 합니다.

회생 제동: 테슬라 모델은 감속 또는 제동 중에 차량의 운동 에너지 일부를 전기 에너지로 다시 변환하는 기능인 회생 제동을 사용합니다. 그러면 이 에너지가 배터리를 충전하는 데 사용되어 전체 효율이 향상되고 차량의 주행 범위가 확장됩니다.

안전 기능: Tesla 차량에는 충돌 회피 시스템, 자동 비상 제동, 어댑티브 크루즈 컨트롤, 사각지대 모니터링 및 차선 유지 지원을 포함한 다양한 안전 기능이 통합되어 있습니다. 이러한 기능은 사고 위험을 완화하고 적극적인 안전 개입을 제공함으로써 운전자와 승객의 안전을 강화하는 데 도움이 됩니다.

첨단 운전자 보조 시스템(ADAS): Tesla의 차량은 센서 데이터, 컴퓨터 비전 및 기계 학습 알고리즘을 결합하여 반자동 운전 경험을 제공하는 첨단 운전자 지원 시스템을 활용합니다. 이러한 시스템은 차선 유지, 어댑티브 크루즈 컨트롤, 자동 차선 변경 및 셀프 주차 기능을 지원합니다.

Tesla의 기술과 기능은 소프트웨어 업데이트를 통해 새로운 기능과 향상된 기능을 도입하면서 시간이 지남에 따라 발전한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 Tesla 모델과 해당 소프트웨어 버전에 따라 특정 구성 요소 및 기능이 달라질 수 있습니다.

자율 주행 자동차 테슬라(출처:테슬라)

FSD와 오토파일럿의 차이점

완전 자율 주행(FSD)과 오토파일럿의 차이점은 각각의 기능과 자동화 수준에 있습니다. 다음은 각 항목을 요약한 것입니다.

오토파일럿(Autopilot)

오토파일럿은 테슬라의 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)입니다. 여기에는 특정 운전 작업에서 운전자를 보조하기 위해 설계된 기능이 포함되어 있지만, 여전히 운전자의 감독과 개입이 필요합니다. 오토파일럿 기능은 일반적으로 다음과 같습니다:

트래픽 인식 크루즈 컨트롤: 이 기능은 전방 차량과의 설정된 속도와 거리를 유지하여 차량의 속도를 자동으로 조정하여 교통 흐름에 맞게 조정합니다.

자동 조향 장치: 자동 스티어링은 차선 내에서 스티어링을 보조합니다. 이 시스템은 차선 중심을 유지하고 도로의 완만한 곡선을 탐색할 수 있도록 도와줍니다. 하지만, 운전자는 운전대에 손을 얹고 언제든지 조종할 준비를 해야 합니다.

자동 차선 변경: 운전자가 자동 차선 변경을 활성화하면 운전자가 차선 변경 신호를 시작하고 안전성을 확인한 후 차량이 자동으로 차선을 변경할 수 있습니다.

자동 주차: 자동 주차 기능은 차량을 주차 위치로 자동 조향하여 평행 및 직각 주차를 지원합니다. 운전자는 차량 속도를 제어하고 주변을 모니터링할 책임이 있습니다.

완전 자율 주행(FSD)

자율 주행 5단계(출처:인터넷)

완전 자율 주행은 테슬라가 목표로 하는 높은 수준의 자율성을 나타냅니다. FSD는 오토파일럿이 제공하는 기능을 넘어서는 고급 자율 주행 기능을 포함하는 선택적 소프트웨어 패키지입니다. 이름이 완전한 자율성을 의미하지만 FSD는 여전히 개발 중이며 일부 지역에서 규제 승인이 필요할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. FSD의 현재 기능은 다양할 수 있지만 일부 기능은 다음과 같습니다:

오토파일럿에서 탐색: 이 기능을 통해 차량은 지원되는 도로에서 차선 변경, 고속도로 출구 및 인터체인지를 자동으로 처리할 수 있습니다. 운전자는 여전히 제안된 모든 기동을 감독하고 확인할 책임이 있습니다.

자동 소환: 자동 소환 기능을 사용하면 주차장이나 차도와 같은 짧은 거리를 주행하여 운전자의 위치를 맞출 수 있습니다. 운전자는 Tesla 모바일 앱을 사용하여 원격으로 이 기능을 시작하고 감독합니다.

신호등 및 정지 신호 제어: 이 기능을 통해 차량은 신호등과 정지 신호를 감지하고 응답할 수 있습니다. 그것은 교통 신호를 기반으로 속도를 줄이고, 멈추고, 운전을 재개할 수 있습니다. 운전자는 여전히 주의를 기울이고 필요한 경우 인계받을 준비가 되어 있어야 합니다.

FSD를 사용하더라도 테슬라 차량은 운전자의 감독과 개입이 필요하다는 점을 강조해야 합니다. 운전자는 운전대를 잡고 손을 스티어링 휠에 대고 필요할 때 제어할 준비를 해야 합니다. Tesla는 지속적으로 소프트웨어를 업데이트하고 향상시키기 때문에 오토파일럿과 FSD의 기능은 기술 발전과 규제 승인에 따라 시간이 지남에 따라 발전할 수 있습니다.

★ 전기 자동차에 대한 자세한 내용은 아래 참조 바랍니다!

전기차(electric car)의 구성 및 주요 부품

 

전기 자동차 전지의 종류와 요구 특성

 

전기 자동차용 2차 전지의 조건 및 개발 현황