학습 개요
- 각 자동차 제조사는 인포테인먼트, 자율 주행, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 드응 특정 기능을 차량에 접ㅈ목하고 있으며, 궁극적인 스마트 자동차는 이런 모든 기능을 갖춘 형태로 발전하고 있음
- 음석 인식 기술도 애플의 시리(Siri)처럼 대화형 방식으로 발전함에 따라 운전자와 자동차가 더욱 자연스럽게 상호 소통이 가능하게 됨
- 자율 주행은 첨단 운전자 보조 시스템의 발전을 통해 안정성을 높여 가고 있음
- 자동차-IT 기술 융합의 주요 경향은 연결성, 운전자의 안정성 및 편의성 향상, 친환경, 자율 주행, 차량용 앱과 자체 앱스토어, 자동차 운영 체제 기술 등으로 요약할 수 있음
- 스마트 자동차의 개념과 주요 기술에 대해 살펴 봄
학습 목표
- 고도의 안전과 편의를 제공하는 스마트 자동차의 개념을 이해 함
- 운전자의 안전성과 편의성을 위한 기술과 조작성과 접근성을 높이는 자율 주행 기술을 이해함
강의록
스마트 자동차
스마트 자동차의 정의
- 스마트 자동차(Smart Car)의 사전적 의미
- 첨단 컴퓨터 · 통신 · 측정 기능 등을 이용하여 자동으로 운행할 수 있는 차량
- 기계 중심의 자동차에 전기, 전자, 정보통신, 제어 기술을 적용하여 높은 수준의 안전과 편의 기능을 제공할 수 있는 자동차
- 자동차의 내 · 외부 상황을 실시간으로 인식하여 도로 위의 위험에 대처할 수 있는 안전성과 탑승자의 만족을 극대화하는 편의 기능을 갖춘 인간 친화적인 이동수단
스마트 자동차의 개념
- 차량에서 외부 통신을 기반으로 차량 내 정보를 통합 관리하고 운전자에게 필요한 정보를 제공하거나, 오락, 영화 등 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있음
- 스마트폰과 같은 모바일 기기와 이동통신 기술을 이용하여 텔레매틱스(Telematics)나 인포테인먼트(Infotainment)로 필요에 따라 고객의 편의를 높일 수 있음
- 지리 정보 데이터베이스에 축적된 경로 정보뿐만 아니라 해당 지역의 역사나 특산품, 호텔이나 식당과 같은 주변 정보, 운전자 개인의 성향을 고려한 맞춤형 부가 정보도 제공할 수 있음
- 주변 상황을 인지하는 차량용 센서와 차량 · 사물 통신(V2X: Vehicle to Everything Communication) 등을 활용하여 운전자에게 실시간 경로 정보와 교통 상황을 알려 줄 수도 있음
- 사고 위험을 줄이기 위해 신호등이나 도로 인프라와 상호 통신하면서 능동적인 안전 운전을 지원함
- 자동차 내부 상태 정보나 도로 상황 정보를 사전에 인식하여 차량 결함, 충돌, 돌발 상황과 같은 위험 요소로부터 사고 발생 확률을 줄여 탑승자의 안전을 향상 시킬 수 있음
스마트 자동차 개념도
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- 자동차 내에 다양한 센서, 디스플레이 장치, 통신 모듈 등이 추가되면서 자동차는 새로운 IT 플랫폼으로 부상하고 있음
- 다양한 콘텐츠를 소비하는 새로운 스마트 기기로서 스마트 자동차의 역할도 점차 커지고 있음
- 스마트 자동차의 궁극적인 목표: 자율 주행이 가능한 무인 자동차
- 다양한 첨단 기술이 적용된 전장 부품과 소프트웨어는 자율 주행을 실현하기 위한 핵심 기술임
스마트 자동차 전형
- 스마트 자동차
- 통신을 통한 연결성을 강조한 커넥티드 카와 운전자의 조작 없이 스스로 주행하는 무인 자동차의 특성을 모두 갖춘 자동차를 의미함
- 커넥티드 카
- 자동차 내부의 각종 기기와 외부의 시스템이 무선 통신을 통해 연결 되어 차량 자체를 정보 기기처럼 활용할 수 있는 자동차를 말함
스마트 자동차의 유사 용어
- 커넥티드 카 (Connected Car)
- 자동차에 통신 기능을 탑재하여 외부 인프라와 연동(예: 클라우드)하고 운행 정보를 주변의 차량(V2V: Vehicle to Vehicle communication) 및 도로 인프라(V2I: Vehicle to Infrastructure communication)와 공유하여 사고 예방 및 안전 운전을 도모하고 편의성을 향상 시킨 차
- ex) 스마트폰과 자동차 연결
- 자율 주행차 (Self-driving Car, Autonomous Car)
- 사람이 탑승한 상태에서 사람의 개입(제어) 없이 자동차 스스로 목적지까지 주행할 수 있는 자동차
- 스마트 자동차 (Smart Car)
- 전기 · 전자 · 통신 기술을 융합해 고도의 안전·편의를 제공하는 자동차로, 통신망에 상시 연결된 커넥티드 카를 의미(협의의 의미)
- 커넥티드 카뿐만 아니라 자율 주행 자동차의 의미까지 포함(광의의 의미)
- 무인 자동차 (Unmanned Vehicle, Driverless Car)
- 사람이 탑승하지 않았거나 운전석에서 운전하지 않은 상태에서 특정 목적을 달성하는 차량
자동차의 자동화 단계
- 미국의 도로 교통 안전국(NHTSA)의 자율 주행 자동차에 대한 5단계의 자동화 정의
자동차의 자동화 단계 - 자율 주행 자동차의 자동화 5단계
| 자동화 단계 | 정의 | 개요 |
|---|---|---|
| 레벨 0 | 비자동화 (No Automation) | 자율 주행 시스템의 작동 없이 오로지 운전자에 의해 통제되는 자동차 |
| 브레이크, 속도 조절, 조향 등 안전에 민감한 기능을 운전자가 항상 제어하고 교통 모니터링 및 안전 조작도 책임 | ||
| 레벨 1 | 특정 기능 자동화 (Function-specific Automation) | 특정 기능을 지원하는 자동화 시스템이 1개 이상 탑재된 자동차로 현재 운행되는 대다수 차량 |
| 일부 기능을 제외하면, 정상적인 주행 혹은 사고나 충돌 임박 상황에서 자동차 제어권을 운전자가 소유 | ||
| ex) 적응형 순항 제어 장치, 전자식 차체 자세 제어 장치, 자동 긴급 제동 시스템 | ||
| 레벨 2 | 조합 기능 자동화 (Combined Function Automation) | 대부분의 상황에서 운전자가 자동차를 운전하지만, 2개 이상의 자동화 시스템이 탑재되어 차량을 통제하는 수준의 자동차 |
| 특정 주행 환경에서 2개 이상의 제어 기능이 조화롭게 작동 (단, 운전자가 여전히 모니터링 및 안전에 책임을 지고 자동차 제어권을 소유) | ||
| ex) 적응형 순항 제어 장치 및 차선 중앙 유지[Lane Centering], 핸들 및 페달 미제어 | ||
| 레벨 3 | 제한된 자율 주행 (Limited Self-Driving Automation) | 본격적인 자율 주행 시스템을 갖춘 자동차 |
| 특정 교통 환경에서 자동차가 모든 안전 기능을 제어 | ||
| 자동차가 모니터링 권한을 갖되 운전자 제어가 필요한 경우 경고 신호 제공 | ||
| 운전자는 간헐적으로 제어 | ||
| ex) 구글 웨이모, 메르세데스-벤츠 S클래스, 현대자동차 제네시스 G90, 혼다 레전드 등 | ||
| 레벨 4 | 완전 자율 주행 (Full Self-Driving Automation) | 완벽한 자율 주행이 가능한 차량으로 운전자 없이도 스스로 움직이는 자동차 |
| 자동차가 모든 안전 기능을 제어하고 상태 모니터링 가능 | ||
| 운전자는 목적지나 기능 설정만 함 | ||
| 안전운행에 대한 책임은 자율주행 시스템에 있음 |
자동차의 자동화 단계 - 자율 주행 자동차에 대한 총 5단계
- 현재 대부분의 자동차 업체는 레벨 2의 자동화 기능을 제공하고 있음
- 주차 보조, 차선 이탈 방지 시스템 등의 기능을 제공하고 있음
- 구글 웨이모는 운전자가 항상 존재한다는 점에서 레벨 3라 할 수 있음
- 레벨 4는 자동차 자동화의 궁극적 목표인 완전 자율 주행 단계임
자동차의 자동화 단계
- 2023년에 레벨 3의 차량 양산 시스템이 구축되어 본격적으로 생산되고, 2025년에는 레벨 4의 자동차도 볼 수 있을 것으로 예상 됨
- 완전 자율 주행하는 스마트 자동차의 도입은 운전 미숙, 과속, 음주 운전 등 운전자의 과실에 의해 발생하는 교통사고를 감소 시키고 관련 비용을 절감 시킬 수 있음
- 운전이 어려운 고령자, 장애인, 면허 미소지자 등에게 차량 이동성을 지원함
- 일반인들에게는 운전 부담을 줄여 운전자 스트레스를 감소 시킴으로써 생산성을 향상 시킬 수 있음
- 원활한 교통 흐름을 통한 연료 효율성 향상과 이로 인한 오염 물질 배출을 감소 시킬 수 있음
스마트 자동차의 주요 기술
개요
- 스마트 자동차 관련 기술은 크게 운전자의 안전성을 위한 기술과 편의성을 위한 기술, 조작성과 접근성을 높이는 자율 주행 기술로 나눌 수 있음
- 안전성 기술
- 차량 결함, 사고 예방 및 회피, 충돌 등의 위험 상황으로부터 운전자 및 탑승자를 보호하고 교통사고로 인한 피해를 경감하는 기술
- 편의성 기술
- 자동차에 흥미를 부여하고 운전자 편의를 극대화하여, 자동차를 가정, 사무실에 이은 제 3의 주거 공간으로 활용하는 기술
- 자율 주행 기술
- 차량에 설치된 센서, 카메라 등으로 교통 신호, 차선, 장애물 등에 대한 정보를 수집하고 이를 이용하여 차량에 내장된 컴퓨터가 주변 상황에 맞게 차량을 스스로 운행하는 기술
- 스마트 자동차 관련 주요 기술
- 자동차 센서 기술
- 자동차 안전 기술
- 자율 주행 시스템 기술
- 자동차 편의 기술
자동차 센서 기술의 발전 배경
- 야노 경제 연구소 (Yano Research Institute)
- 2015년에는 자동차 1대당 약 200개의 센서가 사용되었는데, 2020년에는 약 300개로 늘어났으며, 센서의 개수는 지속적으로 증가하고 있음
- 소비자의 경제력이 향상되면서 비용이 다소 증가하더라도 자동차의 품질, 신뢰성, 편의성 및 안전성에 대한 요구가 증대되어 왔음
- 센서 및 전기/전자, 정보 통신, 소프트웨어 기술의 발전으로 고성능 저비용 시스템 개발이 가능해졌음
- 환경 오염 방지를 위한 자동차 배기 가스 감축, 연료 경제성 제고 및 안전 등에 대한 법적인 규제가 강화되고 있음
자동차 센서
스마트 자동차 구동을 위한 부품과 센서
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- 스마트 자동차에 적용되는 센서는 동력 제어, 안전 제어, 편의 제어, 정보통신 기술 연동 목적으로 구분할 수 있음
- 초기에는 자동차 엔진 제어를 위해 센서가 주로 사용되기 시작함
- 이후에는 차체 제어를 위한 브레이크 잠김 방지 시스템(ABS), 전자식 주행 안정 프로그램(ESP) 센서
- 에어백과 공조 제어, 조명 제어 등으로 센서의 활용이 늘어났음
- 압력 센서와 회전 및 위치 파악을 위한 자기 센서도 많이 사용되고 있음
- 충돌 방지 목적으로 전후방 물체를 인식하기 위한 초음파 센서, 카메라 기반 센서, 레이더 센서, 레이저 레이더 센서 등도 사용이 증가하고 있음
- 스마트 자동차용 센서는 미세 전기 기계 시스템 기술의 발전을 견인하고 있음
- 압력 센서, 가속도 센서, 각속도 센서 등은 자동차의 안정성과 편의성 향상에 중요한 역할을 하고 있음
자동차 안전 기술
- 자동차 안전 기술은 자동차가 도로, 기상 여건, 장애물 등의 주변 상황을 인식하면서 자동차를 능동적으로 제어하여 안전도를 높이는 기술을 의미
- 동작은 단계 순서로 이루어짐
- 외부 주행 환경 인식
- 주행 상황 판단
- 운전자 경보/표시
- 차량 제어
- 안전 기술 작동 영역
- 교통사고 발생 전 예방을 위한 능동적 안전성
- 사고 후 피해를 줄이고 확대를 방지하는 수동적 안전성
- 능동적 안전성
- 주행 시 운전을 지원함
- 위험 상황이 발생하면 미리 사고를 예방함
- 충돌 직전까지 사고를 회피하도록 지원함
- 다양한 차량 통신(V2V, V2I, V2N) 기술을 함께 활용한다면 교통사고 확률을 더 감소 시킬 수 있음
- 차량 내에서 수집한 정보 뿐만 아니라 외부에서 운행하는 다른 자동차와 도로 인프라가 수집한 정보도 함께 활용할 수 있기 때문임
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스마트 자동차 안전 제품군의 분류
분류 정의 대표적인 스마트 안전 시스템 운전 지원 차량의 일반적인 주행 상황에서 편리한 운전 조작으로 안전 운전을 지원하는 주행 지원 기술 적응형 순항 제어 장치, 차선 유지 보조 시스템, 주차 보조 시스템, 차량용 전방 표시 장치, 인공지능 전조등 시스템, 야간 시야 시스템, 어라운드뷰 모니터링 시스템 등 사고 예방 위험 상황과 운전자 상태를 감지하여 사고 발생 가능성이 있는 경우, 경고하여 사고를 미연에 방지하는 기술 타이어 압력 모니터링 시스템, 차선 이탈 경보 시스템, 전방 차량 충돌 경고 장치, 사각 지대 경고 장치 등 사고 회피 차량 상태의 위험 상황과 운전자 상태를 감지하여 사고 발생 가능성이 있는 경우, 사고를 회피시키는 차량 제어 기술 브레이크 잠김 방지 시스템, 전자식 자세 제어 장치, 차량 자세 제어 장치 등 구동 제어 장치 사고 피해 경감 사고 발생이 불가피한 경우, 사고 피해를 최소화 또는 경감할 수 있는 안전 기술 액티브 헤드레스트, 능동 안전벨트(Pre-safe Seatbelt), 스마트 에어백 등
자율 주행 시스템 기술
- 스마트 자동차의 자율 주행 기술
- 운전자의 조작 없이 자동차 스스로 주행 환경을 인식하면서 목표 지점까지 운행하여 운전자의 부주의로 인한 교통사고를 미연에 방지하고 편리한 운전 환경을 제공함
- (반)자율 주행 시스템
- 개별 능동 안전 시스템을 통합하여 자동차 스스로 자율 주행이 가능함
- 자동 대리 주차, 전용 도로 자율 또는 군집 주행 등 일종의 자율 주행 기술임
- 자율 주행 자동차는 크게 센서, 프로세서, 알고리즘, 구동기 등으로 구성됨
- 자율 주행
- 센서를 통해 차량 주변의 환경에 대한 데이터를 수집한 후, 프로세서가 미리 정의된 알고리즘을 통해 데이터 처리 결과를 해석하여 주행에 관한 의사 결정을 내린 후 구동기를 통해 실행함
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- 일련의 과정 중 중요한 것은 센서를 통해 수집 된 대량의 데이터를 바탕으로 조향, 속도, 운행에 관한 의사 결정을 내리는 소프트웨어 알고리즘임
- 자율 주행 기술은 스스로 인식할 수 있는 범위 내에서 수집한 데이터를 기반으로 독자적인 판단을 하지만, 시야 한계 너머에서 일어나는 도로 교통 정보를 사전에 파악하여 이를 활용하는 방향으로 발전하고 있음
자동차 편의 기술
- 자동차 전장화의 진전과 모바일 기술의 발달로 자동차가 이동 통신, 무선 인터넷, GPS 등 외부 통신 인프라와 연결되어 정보 검색, 내비게이션, 텔레매틱스, 인포테인먼트 등 다양한 서비스를 이용할 수 있는 정보 통신 자동차로 탈바꿈하면서 탑승자의 편의성이 증대되고 있음
- 텔레매틱스
- 텔레커뮤니케이션과 인포매틱스의 합성어
- 유무선 통신으로 자동차 안의 단말기를 통해 자동차와 운전자에게 다양한 종류의 정보 서비스를 제공해 주는 기술
- 자동차에 위치 측정 시스템(GPS)과 지리 정보 시스템을 장착하여 운전자와 탑승자에게 교통 정보 제공, 응급 상황 대처, 원격 차량 진단, 인터넷 이용 등 각종 모바일 서비스 제공
- 카오디오, TV 모니터, 내비게이션, 핸즈프리 휴대 전화 기능이 모두 통합되고, 음성 인식, 문자 음성 변환(TTS: Text-To-Speech) 등의 기능을 위한 마이크와 스피커, 액정 디스플레이, 키보드, 터치스크린 등의 특별한 입출력 장치가 설치됨
- 플래시 메모리나 개인용 디지털 단말기, 노트북 컴퓨터 등을 이용하여 외부와 데이터 전송 가능
- 자동차에 내장되거나 스마트폰과 연동되어 인터넷에 접속하여 각종 정보를 주고받거나, 클라우드에 저장된 정보 또는 클라우드가 수집한 개인 맞춤형 정보의 제공 가능
- 자동차 관리 서비스 회사의 서버가 자동차의 주요 부품의 상태를 원격 모니터링하거나, 교통사고가 발생했을 때 자동으로 응급 신호를 보내는 등의 서비스 제공
- 인터넷과 클라우드를 통해 정보 연결성과 데이터 접근성으로 개인 정보 뿐만 아니라 자동차 제어 시스템에도 접근할 수 있어 보안과 안전 측면의 고려 필요
- 차량용 인포테인먼트
- 자동차 안에 설치된 여러 정보 기술 기기들이 정보와 재미, 즉 인포테인먼트 서비스를 제공하는 것
- 자동차 내비게이션에서 맛집과 같은 정보 제공이나 오락 기능의 제공
- 고객의 차량 구매에서 인포테인먼트 기능이 중요한 기준이 되고 있음
- 안전 부문과 달리 논란의 소지가 적고 제품 수명 주기가 짧아 교체 수요가 많은 것도 특징임
- 교통 정보와 위치 정보를 분석해 내비게이션 서비스를 제공하는 증강 현실 내비게이션 서비스와 차량 위치에 따라 주변 정보를 실시간으로 감지하여 맞춤형 정보를 제공하는 인포모티브(Informotive) 서비스도 인포테인먼트 서비스 중 하나임
- 탑재된 태블릿 PC나 스마트폰을 통해 영화, 음악, 게임 등을 이용하는 엔터테인먼트가 가능함
- 교차로 위반 통제, 전자 지불, 원격 자동차 진단 및 자가 수리 등도 가능함
- 자동차에 다양한 소프트웨어가 설치되고 사용됨에 따라 애플의 ‘앱 스토어’와 같은 개방형 생태계가 자동차 산업에도 도입되고 있음
- 스마트 자동차의 핵심 기능인 지능화뿐만 아니라 부가적인 스마트 기능도 시현되어 새로운 가치 창출이 가능해지고 있음
- 자동차 안에 설치된 여러 정보 기술 기기들이 정보와 재미, 즉 인포테인먼트 서비스를 제공하는 것
정리 하기
- 스마트 자동차는 첨단 컴퓨터 · 통신 · 측정 기술 등을 이용하여 자동으로 운행할 수 있는 차량이다.
- 스마트 자동차 관련 기술은 크게 운전자의 안전성과 편의성을 위한 기술과 조작성 및 접근성을 높이는 자율 주행 기술로 나눌 수 있다.
연습 문제
일부 기능을 제외하면 정상적인 주행 혹은 사고나 충돌 임박 상황에서 자동차 제어권을 운전자가 소유하는 자동차의 자동화 단계는 무엇인가?
a. 특정 기능 자동화
차량 상태의 위험 상황과 운전자 상태를 감지하여 사고 발생 가능성이 있는 경우, 사고를 회피 시키는 차량 제어 기술은 무엇인가?
a. 사고 회피
차량과 주변 인프라 망이 유무선 통신에 의해 접속 되는 단말과 서버 간에 이루어지는 무선 통신 차량에 인터넷 프로토콜(IP) 기반의 교통 정보 및 안전 운행 정보를 내려 받을 수 있는 서비스는 무엇인가?
a. 차량 인프라 간 통신(V2I; Vehicle to Infrastructure communication)
정리 하기
- 스마트 자동차(Smart Car)
- 첨단 컴퓨터 · 통신 · 측정 기술 등을 이용하여 자동으로 운행할 수 있는 챠랑임
- 즉, 자동차의 내 외부 상황을 실시간 인식하여 도로 위의 위험에 대처할 수 있는 안정성과 탑승자의 만족을 극대화시키는 편의 기능을 갖춘 인간 친화적인 자동차임
- 안정성 기술
- 차량 결함, 사고 예방 및 회피, 충돌 등 위험 상황으로부터 운전자 및 탑승자를 보호하고 교통사고로 인한 피해를 경감하는 기술
- 편의성 기술은 자동차에 흥미를 부여하고 운전자 편의를 극대화하여 자동차를 가정, 사무실에 이은 제3의 주거 공간으로 활용하는 기술임
- 자율 주행 기술
- 운전자의 조작 없이 자동차 스스로 주행 환경을 인식하면서 목표 지점까지 운행하여, 운전자의 부주의로 인한 교통 사고를 미연에 방지하고 편리한 운전 환경을 제공 함