모빌리티 경진대회용 소형 자율주행 차량 개발
연구책임자
노민균 교수
01과업의 개요
배경 및 필요성
- 기존 소형 자율주행 경진대회 차량은 상용 RC 부품에 의존하는 경우가 많아, 차량별 하드웨어 구성에 따라 주행 성능에 차이가 발생하고 기능 확장에도 제약이 있음.
- 모빌리티 경진대회에서는 차량이 도로 인프라 및 다른 차량과 정보를 교환하며 협력주행을 수행하므로, 다양한 대회 시나리오에 대응할 수 있는 고성능 차량 플랫폼이 필요함.
- 참가팀이 인지, 판단, 경로계획 및 협력주행 알고리즘 개발에 집중할 수 있도록 공통 차량과 표준화된 소프트웨어 개발환경을 구축할 필요가 있음.
목적
정밀한 주행과 조향이 가능하고, 소프트웨어를 통해 차량 기능을 유연하게 제어할 수 있는 모빌리티 경진대회용 소형 자율주행 차량 플랫폼을 개발.
개발 범위
- 차량 프레임, 구동장치, 조향장치, 전원 시스템 및 차량 제어장치를 개발하고, 자율주행 알고리즘의 주행 명령을 차량이 안정적으로 실행할 수 있는 제어 구조를 구축.
- 차량 제어 소프트웨어나 개발 환경, 차량 상태 확인 및 설정 기능을 제공하고, 차량을 운용하며 문제를 해결할 수 있도록 관련 기술문서를 작성.
02소형 자율주행 차량 플랫폼 개발 내용
차량 플랫폼 통합 설계
- 소형 차체에 구동장치, 조향장치, 전원 시스템과 모터 및 차량 제어장치를 통합하여 경진대회용 자율주행 차량 플랫폼을 개발.
- 좌우 후륜과 앞바퀴 조향을 각각 제어할 수 있고, 참가팀이 상위 컴퓨터에서 구현한 알고리즘을 정밀하게 수행할 수 있는 플랫폼을 구현.
소프트웨어 기반 차량 제어
- 상위 컴퓨터(Jetson)는 자율 주행 판단과 V2X 협력주행 기능을 담당하고, 차량 제어장치는 전달받은 명령에 따라 구동장치와 조향장치를 제어할 수 있도록 기능을 구현.
- 하드웨어를 공통 제어 인터페이스로 연결하여 참가팀이 차량의 세부적인 제어 구조를 직접 개발하지 않고도 자율주행 기능을 구현할 수 있도록 함.
차량 개발 및 운용환경 구축
- 차량 제어 개발 소프트웨어를 개발하고, 차량의 설정, 주행 시험과 상태 확인이 가능한 Dashboard 및 통신 프로토콜 구축.
- 차량의 하드웨어 구성, 소프트웨어 사용법 등을 정리한 공개 기술문서를 작성하여 참가자가 차량을 쉽게 설정하고 운용할 수 있도록 지원.
03주요 개발성과 및 경진대회 적용
KAIST 모빌리티 경진대회 차량 플랫폼 구현
- 차량 하드웨어, 저수준 차량 제어장치와 상위 컴퓨터를 하나의 시스템으로 연계한 대회용 차량 플랫폼을 구현함.
대회 참가팀 공통 개발환경 제공
- 참가팀에 동일한 차량과 제어 소프트웨어를 제공하여, 차량 제작과 반복적인 하드웨어 조정에 필요한 부담을 줄임.
- C++ 기반 SDK, ROS2 연동 기능과 차량 상태 확인 등 개발도구를 제공하여 참가팀이 협력주행 알고리즘 개발에 집중할 수 있도록 함.
경진대회 현장 적용
- 개발된 차량 플랫폼은 제1회 KAIST 모빌리티 챌린지 본선에 적용되어, 참가팀이 V2V와 V2I 기반 협력 자율주행 기술을 구현하고 검증하는 데 활용됨.
- 본선에서는 소형 차량을 이용하여 회전교차로 진입, 합류구간 주행, 경로 생성 및 추종, 차량 회피 등의 협력주행 과제를 수행함.
04활용방안
1경진대회 운영 및 고도화
- 개발된 플랫폼을 향후 대회의 차량으로 활용하여, 새로운 주행 과제와 평가 시나리오를 추가하여 대회의 기술적 범위를 확대할 수 있음.
- 동일한 차량과 제어환경을 활용함으로써 참가팀간 하드웨어 조건을 통일하고, 알고리즘 중심의 평가환경을 운영할 수 있음.
- 인지 판단과 같은 상위 제어기뿐만 아니라 조향, 모터 구동 등 로우 레벨 차량 제어까지 참가팀의 구현범위를 넓혀 대회를 고도화할 수 있음.
2자율 주행 및 협력주행 연구
- 차량 제어, 경로계획, 장애물 회피, 다중 차량 협력과 차량 및 인프라 간 정보 연계 기술을 시험하는 소형 연구 플랫폼으로 활용할 수 있음.
- 실제 차량을 축소한 환경에서 알고리즘을 반복적으로 시험할 수 있어 초기 기술 검증과 자율주행 시스템 개발에 활용 가능함.
3교육
- 공개된 차량 소프트웨어와 기술문서를 활용하여 자율주행 차량의 구성, 제어 및 소프트웨어 연동 과정을 학습하는 실습형 교육에 활용할 수 있음.
05결론
- 본 연구를 통해 정밀한 주행과 조향이 가능한 소형 자율주행 차량과 소프트웨어 개발환경을 통합한 KMC 표준 차량 플랫폼을 구현함.
- 개발된 플랫폼은 제1회 KAIST 모빌리티 챌린지에 실제 적용되어 참가팀의 V2V 및 V2I 기반 협력 자율주행 기술 개발과 검증을 지원함.
- 상위 소프트웨어와 차량 제어 기능을 분리하고 공통 인터페이스로 연결함으로써, SDV의 핵심 설계 원칙 일부를 소형 경진대회 차량에 적용하였으며, 향후 경진대회, 자율주행 연구와 실습 교육에 지속적으로 활용할 수 있는 기반을 마련함.