KR102268860B1 - 자율 주행 자동차 - Google Patents

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Abstract

외부서버와 통신하는 통신모듈; 주행환경을 감지하는 센싱모듈; 상기 외부서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하는 경로 결정모듈; 상기한 구성을 제어하며, 상기 경로 결정모듈을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 자동차를 제공한다.

Description

자율 주행 자동차{AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명은 자율주행 자동차에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신호등 체계를 제공받아 목적지에 도달하는 최소시간을 계산하여, 최소시간이 반영된 최적경로로 주행하는 자율 주행 자동차에 관한 것이다.
자동차는 운전자에게 보다 편안하고 안전한 주행환경을 제공하기 위해 개발되어왔다. 하지만, 인구 증가와 함께 자동차 밀도의 급진적인 증가로 인해 일부 시간대 및 특정 지역에서의 극심한 교통정체가 유발되었고, 이 과정에서 운전자의 자동차 운행시간은 점차 늘어나게 됨에 따라, 일부 운전자는 자동차 운행시간을 단축하기 위하여 과속, 무리한 차선변경 등을 행하기에 이르렀다. 이러한 일부 운전자의 위험한 운전방식으로 인해 교통사고 위험성은 나날이 증가하고 있는 실정이다.
최근, 운전자에게 안전한 주행환경을 제공하면서도, 편의를 향상시키는 기술의 일환으로, 운전자가 직접 조작하지 않아도 자동차가 주행환경을 인식해 위험을 판단하고, 주행경로를 계획해 자율적으로 운행하는 자율 주행 자동차가 제시된 바 있다.
이러한 자율주행 자동차는 GPS를 이용한 차량항법 시스템이 적용되어, 목적지가 지정되면, 그에 대응하는 주행경로를 탐색하여 위성으로부터 차량의 현재위치, 진행방향 등을 파악하고, 주행궤적을 추적하며 목적지까지 자율주행으로 도달할 수 있다.
이때, 출발지부터 목적지까지 도달하는 주행경로는 다수개가 존재할 수 있으며, 자율 주행 자동차는 목적지까지의 도로사정을 파악하여 정체 구간이나 혼잡한 지역을 우회하거나 피할 수 있도록 최소 주행시간이 반영된 최적경로를 생성하고, 해당 경로로 주행하는 것이 바람직하다.
자율주행 자동차의 경로 설정에 관한 기술은 대한민국 공개 특허공보 제10-2018-0053142(출원일 : 2016. 11 .11., 공개일 2018. 05. 21., 이하, ‘종래기술’이라 칭함.)에 제시된 바 있으며, 종래기술은 레이저센서, 비전센서 등으로부터 획득되는 도로형태정보와 장애물정보에 기초하여 안전한 영역으로 이루어진 자율주행 경로에 높은 가중치를 부여함으로써 자율주행 자동차가 주행할 최적경로를 선정하고 있다.
그러나, 자율주행 자동차의 주행경로에는 다수개의 신호등이 존재하며, 신호등 체계로 인해 자율주행 자동차의 주행시간이 좌우될 수 있으므로, 자율주행 자동차가 종래기술로부터 선정된 최적경로로 주행한다 하더라도 그 주행시간이 다수개의 경로들 중 최소 시간으로 주행하는 것은 아니다.
즉, 자율주행 자동차가 최소시간 주행할 수 있도록 최적경로를 결정하는데 있어, 주행경로에 위치한 신호등 체계가 고려될 필요성이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 도로 교통정보를 반영한 최적경로를 선정하여, 최소 주행시간으로 목적지에 도달할 수 있는 자율 주행 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 자동차는 외부서버와 통신하는 통신모듈; 주행환경을 감지하는 센싱모듈; 상기 외부서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하는 경로 결정모듈; 상기한 구성을 제어하며, 상기 경로 결정모듈을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어하는 구동모듈; 을 포함하며, 상기 교통정보는 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경로 결정모듈은, 정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된 저장부; 상기 저장부에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출하는 경로 추출부; 상기 경로 추출부에서 추출된 주행경로에 위치하는 신호등 정보를 분석하여, 주행시간을 연산하는 연산부; 상기 연산부에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정하는 최적경로 결정부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연산부는, 상기 자율주행 자동차가 상기 최적경로에 위치하는 신호등 중 어느 하나의 신호등에 도달한 경우에 상기 신호등 신호의 색 및 종류, 상기 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 해당 위치에서의 정지여부를 포함하는 주행정보에 대해 예측하고, 해당 위치를 지나가는 동안 소요되는 시간을 고려하여 주행경로에 대한 주행시간을 연산하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 센싱모듈이 주행 중 신호등을 감지할 경우, 상기 제어모듈은 해당 구간에서 상기 센싱모듈이 감지한 신호등 정보와 상기 연산부의 연산과정 중 고려된 신호등 정보를 비교 분석하고, 상기 센싱모듈을 통해 감지된 신호등 정보와 상기 연산부에서 고려된 신호등 정보가 상이할 경우, 상기 제어모듈은 상기 센싱모듈을 통해 감지된 신호등 정보에 따라 상기 구동모듈로 전달한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 자율주행 자동차는 출발점부터 도착점까지 이르는 다수개의 주행경로 중 주행경로 상에 위치한 신호등 정보를 연산하여 최소시간 주행 가능한 주행경로로 주행할 수 있다.
둘째, 도로 환경정보뿐 아니라 도로 교통정보가 반영된 최적경로를 따라 주행하는 자율주행 자동차는 최소 주행시간으로 목적지에 도달하면서도, 안전한 자율 주행을 수행할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차를 통한 최소시간 주행 시스템을 도시한 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차를 통한 최소시간 주행 시스템(이하, ‘자율주행 시스템’이라 칭함)을 도시한 개략도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차를 도시한 블록도이다.
자율주행 자동차(100)에 관한 설명에 앞서, 도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템(10)은 자율주행 자동차(100) 및 외부서버(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
자율 주행 시스템(10)에서 자율주행 자동차(100)는 무선통신망을 통해 외부서버(200)와 통신하며, 외부서버(200)로부터 자율주행 자동차(100)를 운행하기 위한 각종 정보를 제공받을 수 있다. 일예로, 교통정보를 제공받을 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 자율주행 자동차(100)가 주행 가능한 도로에 위치한 신호등체계를 제공받을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 외부서버(200)는 통신사서버 및 교통 관제서버 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 만약, 외부서버(200)가 통신사서버인 경우, 교통 관제서버로부터 교통정보를 제공받은 통신사서버가 해당 정보를 자율주행 자동차(100)에 제공하는 방식으로 자율주행 시스템(10)이 운용될 수 있다. 또한, 외부서버(200)가 교통 관제서버로 마련되어, 자율주행 자동차(100)가 직접 교통정보를 수신함으로써, 해당 정보에 따른 자율주행 자동차의 운행이 이루어지는 방식으로 자율주행 시스템(10)이 운용될 수 있다.
참고로, 외부서버(200)는 네비게이션 기능을 제공하는 애플리케이션 형태로 마련되어, 자율주행 자동차(100)의 사용자 인터페이스(160)를 통해 주행경로가 사용자에게 출력되는 형태를 취할 수 있다.
즉, 자율주행 자동차(100)는 무선통신망을 통해 외부서버(200)로부터 신호등 체계를 제공받아 출발지부터 목적지까지 주행경로에 대한 주행시간을 연산하고, 이때 최소 주행시간이 연산된 주행경로를 최적경로로 결정하여 자율 주행을 수행할 수 있다.
이하에서는, 자율주행 자동차에 관하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차(100)는 통신모듈(110), 센싱모듈(120), 경로 결정모듈(130), 제어모듈(140), 구동모듈(150) 및 사용자 인터페이스(160)를 포함하여 구성된다.
통신모듈(110)은 외부서버(200)와 통신한다. 여기서, 통신모둘(110)이 통신하는 대상은 외부서버(200)에 한정되는 것은 아니며, 스마트폰과 같이 휴대 가능한 단말기, 타 차량 등의 외부장치가 통신모듈(100)과 통신하는 대상이 될 수 있다.
이때, 통신모듈(110)은 외부서버(200) 혹은 또 다른 통신대상과 무선 통신할 수 있으며, 이때, 무선 통신은 4G, 5G와 같은 이동통신망 또는 RF 등과 같은 무선 데이터 통신을 통해 이루어질 수 있다. 일예로, 기존 4G 대비 획기적으로 빠른 무선속도를 제공하는 5G 무선통신망을 통해 통신모듈(110)과 통신대상간의 데이터 교환이 이루어질 수 있다.
센싱모듈(120)은 주행환경을 감지한다. 이때, 센싱모듈(120)은 카메라, 레이다, 라이다, 초음파 센서, 적외선 센서 등 각종 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 센싱모듈(120)은 내부환경 감지부(121) 및 외부환경 감지부(122)를 포함할 수 있다.
내부환경 감지부(121)는 자율주행 자동차 내부에 탑승한 사용자의 안전벨트 착용여부와 같은 사용자의 상태 및 자율주행 자동차 내부에 탑재된 각종 장비들의 상태를 감지할 수 있다.
외부환경 감지부(122)는 자율주행 자동차(100) 외부에 위치하는 물체를 감지하며, 물체의 존재 유/무, 물체의 위치 및 거리 등을 감지할 수 있다. 이때, 물체는 도로형태, 차선, 보행자, 교통신호, 표지판, 이륜 혹은 사륜차, 구조물 등일 수 있다.
경로 결정모듈(130)은 외부서버(200)로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정한다. 이때, 교통정보는 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함할 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 주행경로 상 존재하는 모든 신호등의 위치 및 체계를 포함하는 신호등 정보일 수 있다. 이외에도, 교통정보는 교통 혼잡구간, 사고발생 구간, 공사구간 등을 포함하는 정보일 수 있다.
참고로, 신호등 체계는 녹색, 황색, 적색, 좌/우 화살표 등의 신호의 지속시간, 변동 타이밍 등을 포함하는 것으로, 일정시간마다 규칙적으로 변동되는 신호등 신호의 변동체계를 의미한다.
여기서, 경로 결정모듈(130)은 저장부(131), 경로 추출부(132), 연산부(133), 최적경로 결정부(134) 및 주행 예측부(135)를 포함하여 구성된다.
저장부(131)는 정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된다. 이때, 정밀지도 정보는 자율 주행 자동차 운행이 가능한 경로가 포함될 수 있으며, 인프라 정보에는 교통정보, 날씨, 통행자 등이 포함될 수 있다. 또한, 저장부(131)에는 센서모듈(120)을 통해 감지된 주행환경 정보가 추가적으로 저장될 수 있다. 이때, 저장부(131)에 저장된 정보들 중 일부는 기 저장되어 있을 수 있으며, 기 저장된 일부 정보뿐 아니라 추가적인 정보는 외부서버(200)로부터 제공받아 실시간 업데이트되며 저장될 수 있다.
경로 추출부(132)는 저장부(131)에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출한다. 이때, 주행경로는 현재 자율주행 자동차(100)의 위치에서 목적지까지 도달하는 경로 즉, 출발 지점부터 도착 지점까지의 경로를 의미한다.
연산부(133)는 경로 추출부(132)에서 추출된 주행경로에 위치하는 신호등 체계를 분석하여, 주행시간을 연산한다.
이때, 연산부(133)는 모든 주행경로에 대한 연산을 수행할 수 있으나, 기 설정된 경로추출정보에 우선순위를 두어 주행경로를 추출하고, 우선순위 위주로 일부 주행경로에 대한 연산과정을 수행할 수 있다. 여기서, 기 설정된 경로추출정보는 무료도로, 고속도로, 최단거리 등 사용자가 지정한 우선순위 항목일 수 있다.
연산부(133)의 연산 수행에 관하여 하나의 예를 들어 설명하면, 연산부(133)는 경로 추출부(132)에서 추출된 주행경로에 위치하는 모든 신호등 체계정보를 제공받아 자율주행 자동차(100)의 예상 운행속도에 따른 위치를 분석할 수 있다. 이때, 연산부(133)는 자율주행 자동차(100)가 최적경로에 위치하는 신호등 중 어느 하나의 신호등에 도달한 경우에 신호등 신호의 색 및 종류, 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 해당 위치에서의 정지여부를 포함하는 주행정보에 대해 예측하고, 해당 위치를 지나가는 동안 소요되는 시간을 고려하여 주행시간을 연산한다.
이때, 자율주행 자동차(100)의 예상 운행속도는 도로 형태, 도로별 제한속도, 시간대별 통행량 등에 따라 상이하게 고려될 수 있다.
최적경로 결정부(134)는 연산부(133)에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정한다. 이때, 결정된 최적경로는 도로 교통정보뿐 아니라 도로형태, 인프라 등의 도로 환경정보가 포함될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차(100)로부터 연산된 최적경로는 자율주행 자동차(100)가 운행하기 안전하면서도, 주행시간을 최소로 단축시키며 빠르게 목적지에 도달할 수 있도록 한다.
주행 예측부(135)는 연산부(133)가 주행경로 별 자율주행 자동차(100)의 주행시간을 산출하는 연산과정 수행 중 최적경로 결정부(134)에서 결정된 최적경로에 대해 예측된 주행정보가 저장될 수 있다. 이에, 후술할 제어모듈(150)은 주행 예측부(135)에 저장된 최적경로를 추종하기 위해 예측된 주행정보에 맞게 각 구성을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 이때, 주행정보는 자율주행 자동차(100)의 주행속도, 정지 혹은 주행 구간, 차선변경 등 최적경로 주행 시 자율주행 자동차(100)가 취할 동작에 대한 전반적인 사항을 포함할 수 있다.
그리고, 주행 예측부(135)에는 주행환경에 따라 학습된 자율주행 자동차(100)의 주행정보에 대한 판단이 기 저장되어 있을 수 있다. 이에, 자율주행 자동차(100)의 운행 중 예측된 주행정보와 다른 조건으로 운행되어야 할 경우, 센싱모듈(120)을 통해 감지된 주행환경을 분석하여, 주행 예측부(135)에 기 저장된 판단을 통해 안전하게 운행이 지속될 수 있다.
제어모듈(140)은 상기한 구성을 제어하며, 경로 결정모듈(130)을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성한다. 이때, 제어모듈(140)이 각 구성을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는데 있어서, 통신모듈(110)을 통해 외부서버(200)로부터 제공받는 정보, 센싱모듈(120)로부터 감지된 주행환경이 반영될 수 있다.
이때, 제어모듈(140)은 센싱모듈(120)을 통해 감지된 주행환경이 주행 예측부(135)에 저장된 주행정보와 상이할 경우, 센싱모듈(120)로부터 감지된 정보를 기반으로 후술할 구동모듈(150)의 구동을 제어할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 센싱모듈(120)은 자율주행 자동차(100)가 최적경로를 주행하는 중 주변에 위치한 신호등 정보를 감지할 수 있으며, 이때, 감지된 신호등의 불빛색이 최적경로를 결정하며 적용된 신호등 체계와 다를 경우에 해당 구간에 한해 센싱모듈(120)로부터 감지된 정보대로 자율주행 자동차(100)의 주행을 제어할 수 있다. 이후, 다른 구간이 지속적으로 발생할 경우, 제어모듈(140)은 최적경로를 재결정하도록 각 구성을 제어할 수 있다.
또한, 제어모듈(140)은 통신모듈(110)로부터 제공된 실시간 교통정보 및 인프라 정보 등을 최적경로에 반영하여, 실시간으로 변화하는 교통상황에 따른 최적경로 및 최적경로 주행정보를 업데이트할 수 있도록 각 구성을 제어할 수 있다.
구동모듈(150)은 제어모듈(140)로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어한다. 이때, 구동모듈(150)에 포함된 조향 및 속도 조정장치는 스티어링 휠, 엔진, 브레이크, 기어 등 자율주행 자동차(100)를 운행하기 위해 차량에 탑재된 장치들을 포함한다.
사용자 인터페이스(160)는 입력부(미도시)와 출력부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있으며, 입력부를 통해 사용자로부터 목적지가 입력될 수 있다. 이외에도, 조향, 속도, 브레이크, 도어/윈도우, 램프, 안전장치 등 차량 내 탑재된 각종 장치 구동에 대한 입력이 이루어질 수 있다. 그리고, 출력부는 음향 및 영상 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 통해 사용자에게 차량 상태, 차량 운행경로 및 운행시간 등 자율주행 자동차(100) 운행에 대한 전반적인 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 자동차(100)는 상기한 구성요소 외에 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있으며, 설명되는 구성요소 중 일부를 포함하지 않을 수도 있다.
참고로, 자율주행 자동차(100)에 탑재된 센싱모듈(120)을 통해 주변 차량, 보행자 등의 장애물을 인식하고, 정밀지도와 융합하여 주행상황을 판단한 뒤에 당 상황에 맞는 차선유지, 차선변경 등을 수행하고, 통신모듈(110)을 통해 타 차량과 정보 공유하는 등의 사항은 자율주행 차량에 일반적으로 고려되는 사항이기에, 이에 대한 내용이 본 명세서에 자세히 기술하지 않았지만 본 발명에 포함된 구성에 의해 상술한 사항이 충분히 실시될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.
10 : 자율 주행 시스템
100 : 자율 주행 자동차
110 : 통신모듈
120 : 센싱모듈
121 : 내부환경 감지부
122 : 외부환경 감지부
130 : 경로 결정모듈
131 : 저장부
132 : 경로 추출부
133 : 연산부
134 : 최적경로 결정부
135 : 주행 예측부
140 : 제어모듈
150 : 구동모듈
160 : 사용자 인터페이스
200 : 외부서버

Claims (4)

  1. 자율주행 자동차로서,
    외부서버와 통신하는 통신모듈;
    주행환경을 감지하는 센싱모듈;
    상기 외부서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하는 경로 결정모듈;
    상기한 구성을 제어하며, 상기 경로 결정모듈을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성하는 제어모듈; 및
    상기 제어모듈로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어하는 구동모듈;을 포함하며,
    상기 교통정보는 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함하고,
    상기 경로 결정모듈은,
    정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된 저장부;
    상기 저장부에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출하는 경로 추출부;
    상기 경로 추출부에서 추출된 주행경로에 위치하는 신호등 정보를 분석하여, 주행시간을 연산하는 연산부;
    상기 연산부에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정하는 최적경로 결정부; 를 포함하며,
    상기 연산부는, 상기 자율주행 자동차가 상기 최적경로에 위치하는 신호등 중 어느 하나의 신호등에 도달한 경우에 상기 신호등 신호의 색 및 종류, 상기 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 해당 위치에서의 정지여부를 포함하는 주행정보에 대해 예측하고, 해당 위치를 지나가는 동안 소요되는 시간을 고려하여 주행경로에 대한 주행시간을 연산하고,
    상기 센싱모듈이 주행 중 신호등을 감지할 경우, 상기 제어모듈은 해당 구간에서 상기 센싱모듈이 감지한 신호등 정보와 상기 연산부의 연산과정 중 고려된 신호등 정보를 비교 분석하고,
    상기 센싱모듈을 통해 감지된 신호등 정보와 상기 연산부에서 고려된 신호등 정보가 상이할 경우, 상기 제어모듈은 상기 센싱모듈을 통해 감지된 신호등 정보에 따라 상기 구동모듈로 전달한 제어신호를 생성하고,
    상기 센싱모듈을 통해 감지된 신호등 정보와 상기 연산부에서 고려된 신호등 정보가 상이함이 지속적으로 발생할 경우, 상기 제어모듈은 최적경로를 재결정하도록 상기 통신모듈, 상기 센싱모듈, 상기 경로 결정모듈 각각을 제어하는
    자율주행 자동차.
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