자율주행기술은 운전자들이 목적지만 지정하면 자동차를 최적의 경로로 스스로 운전할 수 있는 아주 유용한 기술이라고 할 수 있습니다. 이 기술을 신속하게 실생활에 적용하기 위해 세계 여러 기업들이 개발을 진행하고 있으며 개발된 기술의 정상 작동 여부를 확인하기 위해 시뮬레이션 검증, 실차 검증 등의 다양한 검증 방법을 사용하고 있습니다. 이번 블로그에서는 검증 방법으로 자율 주행 시뮬레이션 검증에 대해 알아 봅시다.
- 자율주행 시뮬레이션 검증의 개요
- 자율주행 시뮬레이션이란 실제 차량이나 센서를 이용하지 않고 가상의 차량, 센서, 주행환경 등을 이용하여 자율주행을 하는 것을 말하며 이 시뮬레이션 기술에 의해 개발된 자율주행 SW의 정상동작 유무에 대해 검증할 수 있습니다. 즉, 현실 자율주행을 대신해 가상 자율주행을 통해 검증을 수행할 수 있음을 의미합니다.
<그림1> 현실 자율주행과 가상 자율주행의 구성
2. 자율주행 시뮬레이션 검증의 필요성
그럼 왜 실제 차량에 자율 주행 SW를 탑재하고 검증을 실시하지 않고 시뮬레이션으로 검증을 실시하는 것일까요?
첫 번째 이유는 안전을 위해서입니다. 개발된 자율주행기술이 오작동이나 오류를 일으킬 경우 즉시 인적, 물적 사고로 직결되는 문제이므로 차량을 이용한 직접 테스트는 불가능합니다.
두 번째 이유는 도로에서 발생 가능한 환경적 변화, 기상 변수를 현실에서 모두 테스트할 수 없다 라는 거예요. 다양한 조건을 통제하고 테스트하는 환경을 만드는 것도 어려울 뿐 아니라 동일한 조건의 반복 테스트를 수행하기가 더욱 힘들어지기 때문입니다.
세 번째 이유는 검증 시간과 비용의 효율성 때문입니다. 도요타자동차의 도요다 아키오 사장은 파리 모터쇼에서 자율주행차를 충분히 검증하려면 142억㎞ 정도의 주행시험이 필요하다고 말했습니다. 이 거리를 실제로 차량으로 직접 검증한다면 막대한 인력/시간/공간/비용이 소모되게 될 것이며 검증을 완료하는 것은 불가능에 가깝다고 할 수 있습니다.
따라서 자율주행기술은 개발되었다고 해서 차량에 탑재하여 직접 테스트하는 것보다 가상시뮬레이션이라는 기술을 통한 안전하고 효율적인 검증이 먼저 이루어져야 합니다.
3. 자율주행 시뮬레이션 구성요소
그럼 자율 주행 시뮬레이션을 실시하려면 어떤 요소가 필요한 것입니까? 대표적인 것으로 가상 센서, 가상 차량, 가상 주행 환경, 시나리오 및 개발된 자율 주행 SW가 필요합니다. 차근차근살펴보도록하겠습니다.
(1) 가상센서의 실제 자율주행에 필요한 레이더, 라이더, 카메라, GPS등의 센서를 가상으로 구현하여 자율주행에 필요한 데이터를 실제로 유사하게 생성하여야 합니다. 이 센서 데이터에 기초하여 자동주행 SW는 인지/판단을 할 수 있게 됩니다.구성요소설명레이더(RADAR) 물체의 거리, 속도, 각도를 측정하기 위하여 전자기파 사용라이더(LIDAR) 빛을 이용하여 근거리를 스캔하는 용도로 사용카메라(Camera) 광학계를 통해 데이터를 영상으로 감지하는 센서 GPSGPS 위성과 GPS수신기와의 거리를 통해 위치를 측정 <표1> 가상센서의 종류 및 설명
(2) 가상차량 자율주행을 하는 차량을 유사하게 모의하게 되는데, 특히 속도, 조향제어가 가능하며 실제 차량의 동일 특성 등이 반영된 가상차량이 있어야 정확한 검증을 수행할 수 있습니다.
(3) 가상주행환경 · 가상주행환경은 현실환경을 모사하기 위한 컴퓨터상의 가상주행환경을 의미하며 도로변 환경과 날씨 등을 모두 포함합니다.
구분종류 도로차선, 신호등, 안내판, 바닥표시등 도로주변건물, 가로등, 나무, 펜스 등 주간효과 낮, 밤 등 날씨효과 눈, 비, 안개등 타보행자, 장애물, 주변차량 등 <표2> 주행환경구분에 따른 상세종류
(4) 시나리오 자율주행 환경을 조성하기 위하여 자율주행차, 주변환경, 주변차의 움직임 및 위치를 설정하는 것을 말합니다.
(5) 자율주행 SW실제차에 탑재되는 인지, 판단, 제어 알고리즘이 포함된 SW를 의미합니다.
구성요소 설명 인지 레이더, 라이더, 카메라 등 센서 데이터 식별 판단 목적지까지의 경로 계획/장애물 회피경로 계획 상황별 주행 판단(차선변경/유지, 좌우회전, 추월, 비상정지 등) 제어된 경로를 주행하기 위한 조향, 가감속 등 제어를 한다 <표 3> 자율주행 SW 구성 및 설명
지금까지 자율주행 시뮬레이션 검증의 개요/필요성/구성요소에 대해 간략하게 알아봤습니다. 다음 포스팅에서는 자율주행 SW개발 단계에 의한 시뮬레이션 검증 기법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
[출처] ‘도요타자동차의 도요다 아키오 사장… 142 km “‘ : KAMA Web Journal 2016, http://www.kama.or.kr/jsp/webzine/201611/pages/trend_01.jsp