[논문]자동차 기능 안전, 자율주행자동차 그리고 LIDAR

김건정; 엄정숙; 박용완

자동차 기능 안전, 자율주행자동차 그리고 LIDAR

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.34 no.5, 2017년, pp.27 - 35

초록
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자율 주행 자동차에 있어서 기능 안전을 위해서 필요한 다양한 고려 사항과 필수 센서인 모바일 라이다 센서에 대하여 분석한다. ISO 26262는 인간이 운전할 경우 기능적인 안전을 보장할 수 있는 신뢰를 제공하는 기능 안전 표준으로서, 자율 주행 자동차가 운전자의 개입없이 주변의 상황을 파악하고 인지한 후 스스로 판단하여 동작하는 경우 정확하게 수행되었다는 것을 판단하기가 어렵다. 자율 주행 자동차는 주변 환경 센싱, 처리 및 판단, 동작 수행의 과정을 거쳐서 자율 주행을 수행한다. 이 중에서 주변 환경 센싱과 동작 수행의 경우 기존의 자동차 기능 안전을 개선하여 적용이 가능할 것이다. 본고에서는 자율 주행 자동차에 대한 기능 안전의 상관성과 자율 주행 자동차가 주변 환경 센싱에 필수적으로 사용하는 모바일 라이다가 사용하는 다양한 기술들에 대하여 알아본다.

AI 본문요약
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문제 정의

자율 주행 자동차의 경우 주변 환경 센싱, 처리 및 판단, 동작 수행의 과정을 거쳐서 운전자의 개입없이 스스로 판단하여 동작하므로 정확하게 수행되었다는 것을 판단하기가 매우 어렵다. 본고에서는 ISO 26262에서 제정한 자동차 기능 안전 표준이 자율 주행 자동차를 위해 부족하고 필요한 사항들은 무엇이 있는지, 그리고 자율 주행 자동차의 주변 환경 센싱 단계에서 기능 안전 확보를 위한 필수 센서로 사용되고 있는 라이다(Light Detect and Ranging, LIDAR)에 대해서 알아 본다.
본고에서는 자율 주행 자동차에 있어서 기능 안전을 위해서 필요한 다양한 고려 사항과 필수 센서인 모바일 라이다 센서에 대하여 분석하였다. 현재의 자동차 기능 안전은 운전자의 지시를 정확하게 수행하는 것을 목표로 만들어져서, 운전자가 없는 자율 주행 자동차에 적용하기에 부족함이 많은 상황이다.

제안 방법

하나의 측정 방향에 대하여 64개, 32개, 16개의 측정점을 동시에 측정 가능하고, 송수신부가 고정된 헤드 유닛이 360°회전하면서 전방위에 대하여 최대 200m까지 거리를 초당 15프레임 측정하여 3차원 거리 영상을 생성한다.

성능/효과

<그림 18>, <그림 19>, <그림 20>에 나타나듯이 HDL-64e의 경우 16개의 레이저 송출부 2개와 1개의 레이저 수신부가 송수신부 한 쌍을 이루고 있으며, 2개의 송수신부 쌍이 상호 독립적인 2개 방향으로 나누어서 레이저를 송수신하면서 거리를 측정한다. 상용 라이다 중에서 가장 뛰어난 성능을 보유하였고, 인지도도 가장 높고 가격도 가장 비싸다. 플래그쉽 모델인 HDL-64e를 비롯하여 동시 측정 채널 수와 크기를 줄인 저가형 제품을 지속적으로 출시하여 시장을 주도하고 있다.

후속연구

외국 상용 제품에 비하여 완성도와 기술력이 뒤쳐져 있지만, 다양한 아이디어를 바탕으로 독창적인 기술을 확보하고 있다. 우리의 기술을 바탕으로 자율 주행 자동차에 탑재할 수 있는 라이다의 대량 생산이 가능하다면 세계적인 경쟁력도 충분히 확보할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	운전보조장치는 무엇인가?	자동차 기능 안전에 대한 표준을 제정한 ISO 26262는 차량에 장착되는 전기 및 전자 시스템의 오류를 줄이기 위하여 국내외 완성차 업체와 부품 업체의 노력으로 제정된 것이다. 최근 출시되는 차량에는 운전자의 안정성과 편의성을 위하여 많은 수의 전기전자 시스템으로 이루어진 운전보조장치(Advanced Driver Assistance System, ADAS)들이 장착되고 있다[1][2][3]. 운전보조장치의 개수와 복잡도는 날이 갈수록 증가하고 있는데 반하여, 완성차 업체들은 개발 기간 단축에 많은 노력을 기울이고 있어서 충분한 안정성과 신뢰성을 확보하기 어려운 상황이다.
	차량용 전기전자 시스템의 안정성을 보장하기 위한 현재 최선의 방법은 무엇인가?	차량용 전기전자 시스템이 안전하다는 것을 보장하는 현재까지 가장 최선의 방법은 ISO 26262과 같은 기능 안전에 관련된 표준에 대한 준수 여부이다. ISO 26262와 같은 기능 안전 표준들은 인간이 운전할 경우 기능적인 안전을 보장할 수 있는 신뢰를 제공하는 것이다.
	라이다의 기술적 방식은 무엇이 있는가?	라이다는 레이저를 송출한 후 목표물에서 반사한 신호를 수신할 때까지 비행 시간(Time-of-Flight, ToF)을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 목표물까지 거리를 계산한다. 비행 시간을 측정하는 방법에 따라 펄스 방식, AMCW(AmplitudeModulated Continuous Wave) 방식, FMCW(FrequencyModulated Continuous Wave) 방식이 있다[13]. <그림 6>과 <수식 1>의 두번째 변처럼 펄스 방식의 라이다는 송신부에서 10ns 미만의 펄스 폭을 가지는 단일 레이저 펄스를 송출한 후 유휴 대기(Idle Listening)하다가, 수신부에서 반사파를 검출하면 송출 시간과 반사파 검출 시간 차이를 비행 시간으로 사용한다.

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