자율 주행 시스템의 경로 계획을 위한 학습 기반 매개변수로 형성되는 비용 함수

TRL 4
2025 등록

이 특허는 카메라 등 차량 센서가 수집한 주변 정보를 바탕으로, 사람이 운전할 때 중요하게 여기는 기준을 학습해 차량이 갈 경로를 정하는 기술입니다. 학습된 판단 기준에 안전·승차감·교통 규칙을 위한 별도 기준을 함께 적용해 복잡한 도시 주행 상황에서도 경로를 계속 조정하도록 하는 특허입니다.

특허 개요

본 특허는 주변 주행 장면을 분석해 사람 운전자의 판단 기준을 반영한 비용 함수로 차량 경로를 생성하는 자율주행 경로 계획 시스템입니다. 장면 인코더가 카메라·레이더·라이다·GPS 등의 센서 입력에서 객체, 지도, 이동 예측 정보를 만들고, 역최적제어(inverse optimal control) 기반 전문가 예측 네트워크가 학습 매개변수 wt, μt, Σt를 산출합니다. 이 매개변수로 전문가 비용 Cpred를 계산한 뒤, 편안함·안전성·교통 규칙 준수의 규칙 기반 비용 Crule과 결합해 초기 경로를 최적화하고 최종 경로를 생성합니다.

  • 핵심 기능

센서 입력을 장면 정보로 변환한 후, 전문가 예측 네트워크가 장면별 학습 매개변수를 예측해 인간 운전 데이터 기반의 전문가 비용을 산출합니다. 경로 생성자 모듈이 초기 경로를 만들고 경로 최적화 모듈이 안전성, 경로 부드러움, 실행 가능성에 관한 규칙 기반 비용을 함께 반영해 최종 경로를 갱신합니다.

  • 차별 강점

기존 모듈형 파이프라인은 정보 축약과 모듈 간 목표 불일치로 오류가 누적될 수 있고, 기존 엔드 투 엔드 방식은 미학습 상황에서 안전성과 교통 규칙 준수 확보에 한계가 있었습니다. 본 특허는 학습된 전문가 비용으로 인간 운전 목표를 반영하면서 규칙 기반 비용을 결합해, 데이터 기반 적응성과 명시적 주행 제약을 함께 고려하는 구조를 제시합니다.

  • 활용 범위

기술·연구 측면에서는 도시 도로 자율주행 경로 계획, 역최적제어 기반 주행 의사결정, 센서 융합 인지·예측, 교통 시뮬레이션 기반 검증 분야에 활용 가능하며, 레벨4 자율주행 및 첨단 운전자 보조 시스템 연구에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 자율주행 차량 플랫폼, 차량용 경로 계획 소프트웨어, 자율주행 테스트베드, 지능형 모빌리티 검증 솔루션으로 확장할 수 있습니다.

연구 개발 단계

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4도시 주행 데이터셋 기반의 학습·비교 평가와 복잡 주행 행동 시연으로 경로 계획 원리가 검증된 단계입니다.
현재 검증 내용

도시 주행 데이터셋 nuscenes에서 제안 역최적제어 기반 경로 계획 방법을 학습·검증하고, ST-P3·VAD·UniAD와 L2 오류, 충돌 비율, 주행 영역 위반 비율을 비교했습니다. 보행자 횡단 구역 전 정지와 정지 차량 추월을 위한 제한적 차선 이탈 행동을 제시했으나, 실제 차량 실도로에서의 장기 안전성, 다양한 환경 강건성 및 제어기 통합은 구체적으로 검증되지 않았습니다.

검증 환경

- 평가 데이터: 학습 환경에 없는 시나리오를 포함한 nuscenes 테스트 세트
- 비교 모델: ST-P3, VAD, UniAD

- 입력·평가 조건: VAD 오픈 소스 코드 기반 장면 인코더와 카메라 정보를 사용하고 L2 오류·충돌 비율·주행 영역 위반 비율 평가

현재 성과

성능·효과
경로 모방 성능(L2)0.64m

nuscenes 테스트 세트에서 제안 방법의 경로 모방 성능을 L2 오류로 평가한 결과입니다. 비교 모델인 VAD 0.78m, ST-P3 2.11m, UniAD 1.03m 대비 낮은 오류가 제시되었습니다.

검증·신뢰
도시 주행 데이터셋 기반 비교 검증

제안 방법은 nuscenes 기반 학습·검증 환경에서 ST-P3, VAD, UniAD와 비교 평가되었습니다. 카메라 정보를 처리하는 장면 인코더를 사용하고, L2 오류와 충돌 비율 및 주행 영역 위반 비율을 함께 평가했습니다.

차별성·독창성
학습 기반 전문가 비용과 규칙 기반 비용의 결합

기존 모듈형 방식의 정보 손실 및 목표 불일치, 엔드 투 엔드 방식의 미학습 상황 강건성 및 규칙 준수 한계를 해결 대상으로 설정했습니다. 장면별 학습 매개변수로 전문가 비용을 생성하고 안전·편안함·교통 규칙 비용을 결합해 경로를 최적화하는 점이 차별 요소입니다.

상용화까지 남은 부분

1

실제 차량 실도로 환경에서 장기 안전성 및 경로 계획 성능 실증

2

강우·안개 등 다양한 기상 조건과 센서 구성 변화에 대한 강건성 검증

3

실시간 연산 성능과 조향·가감속 차량 제어기 통합 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

자율 주행 시스템의 경로 계획을 위한 학습 기반 매개변수로 형성되는 비용 함수

출원번호

10-2025-0023339 (2025.02.24)

등록번호

1029062060000 (2025.12.26)

발명자

금동석 (한국과학기술원), 아비 라만 샤밀 (한국과학기술원), 이용재 (한국과학기술원)

권리자

한국과학기술원

출원인

한국과학기술원

문의

담당자이준구
이메일jg.lee@rndcircle.io
연락처010-8978-6417