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선우명호 교수 (미래자동차공학과)-자율주행자동차를 위한 네트워크 기반 전자제어시스템 개발

 

자율주행자동차는 우리가 핸들을 잡지 않아도 컴퓨터 시스템을 이용해 주행에 필요한 모든 과정을 수행한다. 자동차의 현재 위치와 도로환경을 파악하고, 가감속 결정과 조향장치, 경로설정에 이르는 모든 개별 시스템을 원활하게 운용하기 위해서는 자동차 전체를 아우르는 제어 시스템의 역할이 그 무엇보다도 중요하다. 자율주행자동차의 제어 시스템은 사람의 두뇌와 같다. 우리가 감각기관을 통해 인식한 정보를 바탕으로 의사결정을 내리듯자율주행자동차의 제어 시스템도 카메라나 GPS, 그 밖의 다양한 센서 등을 통해 얻은 데이터를 기반으로 자동차를 움직인다. 컴퓨터 제어 시스템 기술이 자율주행자동차의 성패를 결정한다고 해도 과언이 아니다.

 

 


연산장치 분산을 통한 처리 능력 향상


자율주행자동차에는 네 가지 핵심 기술이 필요하다. 차량의 현재 위치정보를 제공하는위치정보 인지기술’, 도로 상황과 주변 환경을 인식하는주변 환경 인지기술’, 목적지로 운행하는 최적의 경로를 설정하는주행경로 생성기술’, 마지막으로 인지한 정보를 바탕으로 차량의 움직임을 제어하는자동차 제어기술이 바로 그것이다. 이처럼 한 대의 자율주행자동차가 안정적으로 주행하기 위해서는 위험을 감지한 찰나의 순간에도 이 네 가지 핵심 기술이 모두 유기적으로 작동해야만 한다.



현재 자율주행자동차를 연구하는 기업이나 학계에서는 이 핵심 기술들을 중앙집중 연산장치(centralized architecture)의 형태로 설계하고 있다. 하지만 이러한 기존 시스템은 연산 용량 극대화를 위해 연산장치의 대형화가 필수적이고, 연산장치 구동을 위한 별도의 배터리가 필요하다는 태생적 한계를 지닌다. 게다가 하나뿐인 연산장치에 오류가 발생할 때 차량의 안전성을 담보할 수 있는 보조 백업장치가 필요하다는 점도 빼놓을 수 없다.


 


 


주요연구 선우호명 교수 사진.jpg

 

선우명호교수의 ACE Lab에서개발한자율주행자동차 A1 4세대


 


이러한 문제를 해결하기 위해 선우명호 교수는 분산형 제어 시스템을 개발함과 동시에 실제 차량에 맞게 설계·적용했다. 이는 하나의 커다란 연산장치가 수행하던 연산을 여러 대의 작은 연산장치로 나누어 처리하는 것을 의미한다. 다시 말해 6개의 독립된 연산장치가 위치확인, 주변인식, 경로생성, 차량제어 등 서로 다른 기능을 수행한다. 이 연산장치들을 고속네트워크로 연결해 초당 100회 이상의 정보처리가 가능한 분산형 제어 시스템이 구축되면 정보의 유기적인 공유와 활용이 가능해진다. 이를 통해 연산장치의 소형화와 제어 시스템의 고도화를 동시에 달성한 것이다.


 

스스로 발전하는 인공지능 시스템

 

 

분산형 제어 시스템은 중앙집중 방식 제어 시스템보다 관련 정보를 훨씬 빠르게 습득하고 처리하며, 오류가 발생해도 쉽게 진단하고 대처할 수 있다. 하드웨어 제작비용도 중앙집중 제어 방식에 비해 획기적으로 낮출 수 있으며, 유지관리비용도 절감돼 자율주행자동차의 효율성이 비약적으로 향상된다. 또 일부 연산장치가 작동하지 않아도 나머지 연산장치가 그 역할을 분담할 수 있어 더욱 안전한 주행이 가능해진다. 분산형 제어 시스템의 성능에 힘입어, 현재 자율주행자동차는 시속 170km 이상의 고속주행 시에도 안정적으로 제 성능을 발휘하는 수준까지 발전했다.

 

 

  


분산형 제어 시스템을 구성하는 연산장치는 각각의 목적에 맞게 개발된다. 따라서 일부 연산 장치에

과부하가 걸리지 않도록 정보처리량을 분배하고(task allocation), 필요한 시점에 적절한 연산이 이뤄지도록

정보처리 시간을 분석하는 것(timing analysis) 분산형 제어 시스템 설계의 핵심 기술이라고 할 수 있다.

이를 통해 분산형 제어 시스템은 주행과정을 스스로 피드백하고, 각각의 연산장치가 최고의 성능을 낼 수

있도록 알고리즘을 스스로 발전시킨다

실제 주행 환경에서는 예기치 못한 상황을 자주 만나게된다. 기상상태에 의해 시야가 확보되지 않는 경우나

고가도로 밑이나 터널 안에서 GPS가 작동되지 않는 경우, 가변차로가 적용되거나 신호등이 고장 난 경우처럼

기계적인 알고리즘만으로는 대처할 수 없는 상황이 도로 위에서는 수시로 발생한다. 이러한 돌발적인 상황을

빠르게 인지하고 능동적으로 대응하는 데 필수적인 분산형 제어 시스템 기반 자율주행자동차는, 향후 운전자의

안전과 편의를 극대화함과 동시에 인간친화적 자동차의 대중화에도 크게 기여할 것이다.


 

 

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