[연재]자율주행차 "자율주행모드랑 뭐가 달라?"
[연재]자율주행차 "자율주행모드랑 뭐가 달라?"
  • 함예솔
  • 승인 2019.11.04 06:30
  • 조회수 3057
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자율주행차는 아주 가까운 미래입니다. 자율주행차에 관한 대중적 관심 또한 높아졌지만 평소 자동차에 큰 관심이 없었던 사람이나 비전공자의 경우 자율주행차에 관한 궁금증을 쉽게 풀기 어려운 경우가 적지 않습니다. 이에 자율주행차 관련 정보를 '몽땅정리' 해보는 시간을 마련했습니다. 이 연재는 협찬 등 스폰서 없이 제작된 기획물임을 밝힙니다. 

[연재순서]

자율주행차- 움직이는 컴퓨터

자율주행차- 도로를 장악하는 핵심 기술

자율주행차- 사고나면 책임은 누구에게?

플라잉카 - 하늘을 나는 자동차 시대

주말에 여행 갔다가 꽉 막힌 도로에 갇혔을 때, 완벽히 준비를 마치지 못한 채 장거리 출장을 가야할 때, 강남 구경 나왔다가 주차할 곳을 찾지 못해 빙빙 돌며 방황할 때, 혹은 고속도로에서 출구 램프로 빠지지 못해 하염없이 직진할 때, 우리는 상상합니다. '차가 알아서 운전하고 주차까지 해주면 얼마나 좋을까?'

차 막힐땐 정말 짜증나죠... 주차할 곳이 없어도.. 괴롭습니다..출처: AdobeStock
운전대를 놓고 싶은 순간. 출처: AdobeStock

최근 몇 년 사이 '자율주행차'를 향한 관심이 뜨겁습니다. 자율주행차는 운전자의 개입 없이 원하는 목적지까지 승객을 이동시켜주는 자동차입니다. 현대기〮아자동차, 테슬라, BMW, 아우디, 메르세데스-벤츠 같은 기존의 자동차 제조업체 뿐 아니라 아마존 같은 의외의 기업들도 자율주행기술에 투자하고 있습니다. 미국의 최대 IT 전문지 온라인 매체인 테크크런치닷컴에 따르면 현재 미국 36개 주에서 80개 이상의 회사들이 1,400개가 넘는 자율주행차량을 시범 운행하고 있다고 합니다.

 

자율주행차와 관련한 거의 모든 연구보고서를 보면 2030년을 자율주행의 상용화 시기로 특정합니다. 자율주행차가 보급되면, 우리 생활은 어떻게 달라지게 될까요? 그 안에서 사람들이 가장 하고 싶어하는 활동은 무엇일까요? 


 
자율주행차에서 뭐 할래요?

 

아우디는 독일 뮌헨의 하이브(Hyve) 및 스위스 장크트갈렌대학교와 함께 미국인, 중국인, 독일인 780명을 대상으로 실증연구를 시행했습니다. 연구에 참여한 사람들은 가계소득이 비교적 높고, 이 중 약 30%는 2000년 이후 운전면허를 취득했습니다. 세대 관점으로 보면 소위 '디지털 네이티브(digital native)' 즉, 디지털 기술이 널리 보급된 세상에서 성장한 세대인데요. 응답자 중 약 34%는 신흥 소비자(emergent consumer)로 생각이 혁신적이고 제품을 새롭게 활용할 방식을 찾는 데 관심이 많았습니다.

디지털 네이티브는 어린 시절부터 디지털 환경에서 성장한 세대를 뜻하는 말입니다. 출처: AdobeStock
디지털 네이티브는 어린 시절부터 디지털 환경에서 성장한 세대를 뜻하는 말입니다. 출처: AdobeStock

연구에 따르면 그들이 자율주행차 안에서 가장 하고 싶은 활동은 휴식, 오락, 일이었습니다. 독일인이나 미국인은 차 안의 휴식 시간에 인터넷 서핑을 선호했고 중국인은 타인과의 대화, 또는 온라인 채팅을 하고 싶다고 응답했습니다. 오락 부분에서도 차이를 보였는데요. 독일인과 미국인은 TV나 동영상에 관심을 보인 반면 게임에는 크게 관심을 보이지 않았습니다. 반면 중국인은 이동 중 게임하는 모습을 상상했습니다.

 

일과 관련해서는 이메일 확인하기, 날짜 조율하기, 전화하기, 문서작업 등을 꼽았습니다. 또한 다른 사람의 방해를 받지 않고 개인적인 관심사나 걱정거리 등을 깊이 있게 생각할 수 있는 공간으로 여기기도 했습니다.

이런 날이 곧 옵니다. 출처: AdobeStock
이런 날이 곧 옵니다. 출처: AdobeStock

심지어 한 연구에서는 심신의 건강, 아름다움, 몸매 관리 등이 자율주행을 이용하는 사람들의 관심사가 될 것으로 예측하는데요. 2016년 프라운호퍼연구소는 호르바트사(Horvath&Partner)와 공동으로 독일, 미국, 일본에서 실증적 연구를 수행했습니다. 이 연구에 따르면 자율주행차에서 사람들은 명상을 하거나 몸 관리를 하고 의사나 코치, 건강 상담사와 통화하는 동시에 아령 운동을 할 거라는 분석입니다. 이렇게 운전자는 곧 승객이 되고, 자동차가 나만의 공간이 되는 세상은 그리 멀지 않았습니다.

 

자율주행차는 '움직이는 컴퓨터'

 

탑승자가 자율주행차에서 운전 외의 다양한 활동을 하는 할 수 있는 건 자동차가 더 이상 자동차로만이 아닌, 움직이는 컴퓨터로 기능하기 때문입니다. 

 

자율주행차는 수 많은 센서와 이를 컨트롤하는 운영 시스템의 복합체입니다. 자율주행차의 핵심은 자동차를 기계적인 요소와 전자적인 요소의 통합으로 이뤄진 가상의 물리시스템으로 발전시키는 겁니다. 즉, 컴퓨터 프로그램으로 이뤄진 가상 세계와 실제로 존재하는 물리적 세계를 통합하려는 시도인 거죠. 

자율주행차는 컴퓨터 프로그램으로 이뤄진 가상 세계와 실제로 존재하는 물리적 세계를 통합하려는 시도. 출처: AdobeStock
컴퓨터 프로그램으로 이뤄진 가상 세계와 실제로 존재하는 물리적 세계를 통합하려는 시도. 출처: AdobeStock

자율주행자동차 시스템은 인지, 판단, 제어의 3대 시스템 기술이 반드시 필요한데요. 자율주행차는 주행하는 자동차는 외부 환경을 스스로 인식해야 합니다. 그리고 인식한 주변 환경 정보를 기반으로 판단을 할 수 있어야 합니다. 그리고 이 판단 대로 차량을 제어할 수 있는 기술도 중요합니다. 안전하고 신속하게 목적지에 도착하려면 운전자는 항상 다른 운전자나 보행자의 행동에 주의를 기울이거나 혹은 상황에 맞는 결정을 내려야 하는데요. '뒤 차가 너무 바짝 접근하지 않나?', '앞 차를 추월할 만한 상황인가?' 등을 판단해야 합니다. 

 

자율주행차는 이 판단을 사람이 아닌 차량 시스템이 대신 합니다. 이때 올바른 판단을 내리는 핵심 요소는 '첫째, 컴퓨터 모델이 정확한 데이터를 수집할 수 있는가', '둘째 추론 시스템이 올바른 결론을 도출하는가'입니다. 이를 위해 센서가 자동차 주변 환경, 다른 차량의 운전 행태, 날씨 등 다양한 데이터를 수집해야 합니다. 컴퓨터 모델이 발전할수록 더 많은 데이터를 수집할 수 있고 발생할 수 있는 변수도 더 많이 확보할 수 있습니다. 그럼 자연스럽게 최적의 판단을 내립니다.

 

따라서 자율주행차의 하드웨어와 소프트웨어는 주변 기반 시설과 데이터를 교환해야 하고, 처리장치는 자동차를 감시하며 제어해야 합니다. 이를 통해 모든 자동차는 신호등, 표지판, 교통관제센터 등의 기반 시설과 정보를 주고받으며 자동차 처리장치는 차량의 흐름이 원활한지, 주차 공간이 있는지, 최적의 경로는 어디인지, 적절한 속도는 얼마인지 등을 결정합니다. 심지어 자동차끼리는 차량-차량 통신(Vehicle to Vehicle communication)을 통해 다른 자동차와 정보를 주고받습니다. 

 

자율주행모드와 자율주행차, 차이는?

 

엄청난 양의 데이터를 이용해야 운행이 가능한 자율주행차는 데이터 과학, 인공지능, 로봇공학, 5G 기술 등 신기술의 총 집합체라고 해도 과언이 아닙니다. 자율주행차가 사람들에게 알려지기 시작한 건 구글이 무인자동차를 공개하고 테슬러가 자율주행차 모드를 서비스하기 시작하면서 부터인데요. 이미 자동차에는 운전자를 도와주는 자율주행 기능이 존재합니다. 

 

대표적으로 현대자동차의 '어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC, Advanced Smart Cruise Control)'을 꼽을 수 있죠. 앞 차와 거리를 설정해 놓으면 자동차가 스스로 주행하는 기능입니다. 이밖에도 주행 중 차선을 넘으면 운전자에게 경고해주는 '차선이탈경보장치(LDWS, Lane Departure Warning System)', 앞차와 충돌 위험이 있다고 판단하면 자동으로 브레이크를 잡아주는 '자동긴급제동장치(AEB, Autonomous Emergency Brake)'가 사용되고 있습니다. 이러한 장치를 '첨단 운전자 지원 시스템(ADAS: Advanced Driver Assistance Systems)'이라고 하죠.

ADAS는 자율주행으로 향하는 첫 발걸음입니다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널
ADAS는 자율주행으로 향하는 첫 발걸음입니다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널

그렇다면 자율주행차와 자율주행모드는 뭐가 다를까요? 자율주행 모드를 가진 차도 자율주행차라고 할 수 있는 걸까요? 

 

이를 알아보려면 우선 자동차 업계에서 사용하는 용어에 대해 살펴볼 필요가 있습니다. 업계에서는 '자율주행(autonomous driving)'이란 용어보다는 '자동화된 주행(automated driving)'이란 용어를 더 많이 씁니다. '자동화된 주행(automated driving)'이 더 포괄적이기 때문입니다. '자율주행(autonomous driving)'은 업계에서 '자동차 혼자 힘으로 주행이 가능한 상태'를 가리킵니다. 자동차 시스템이 자율적으로 운전 방향을 조종하고, 가속과 감속을 제어하는 등 자동차의 모든 조작을 도맡아 수행할 수 있을 때 쓰는 용어입니다. 

 

사실, 자동화된 주행의 시작은 운전자의 보조 시스템 개발에서부터 시작됐습니다. 최근 몇 년 사이 자동화된 주행에 관한 정의가 다양하게 등장하면서 미국 자동차공학회(Society of Automotive Engineers, SAE)는 자동차의 자동화 단계를 0단계부터 5단계로 나눠 제시했습니다. 

자율주행 기술 단계는 운전자 또는 시스템의 개입 정도에 따라 총 6단계로 나뉜다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널
자율주행 기술 단계는 운전자 또는 시스템의 개입 정도에 따라 총 6단계로 나뉜다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널

0단계는 자동화된 주행 기능이 전혀 없습니다. 운전자는 자동차 속도를 조절하고 브레이크를 밟고, 방향을 바꿉니다. 이때 경고 시스템 외에 어떤 시스템도 개입하지 않습니다. 1단계에서는 운전자가 앞과 뒤, 좌우의 이동을 통제하고 시스템은 나머지 기능을 수행합니다. 하지만 운전자는 지속해서 시스템을 감시해야 하고 어떤 운전 상황이든 언제나 자동차의 완전한 통제권을 운전자가 가지고 있어야 합니다. 운전자가 운전대과 가속, 감속 패달을 조작합니다. 

 

2단계에서는 일정한 시간 동안 특정한 상황에서 앞과 뒤, 좌우의 이동 통제권을 시스템이 대신 행합니다. 하지만 운전자는 계속해서 교통 상황과 시스템을 체크해야 합니다. 이 단계의 예로는 고속도로 주행 지원 시스템이 있는데요. 이 시스템은 정해진 최고 속도 내에서만 자동으로 가속과 감속, 방향 전환이 가능해 속도, 차 간 거리, 차선을 스스로 유지할 수 있다고 합니다. 현대자동차그룹은 이 주행 편의 시스템인 고속도로 주행보조(HAD, Highway Driving Assist)를 이미 2015년부터 양산해 판매 중입니다. 현재 현대자동차그룹의 대부분의 차가 레벨2에 해당한다고 합니다.  

현대자동차그룹의 고속도로 주행 보조 시스템은 자율주행 레벨2에 해당된다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널
현대자동차그룹의 고속도로 주행 보조 시스템은 자율주행 레벨2에 해당한다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널

3단계에서는 시스템이 운전자를 대신해 일정 시간 동안 자동차의 앞과 뒤, 좌우의 이동을 통제할 뿐만 아니라 스스로 자신의 한계를 인식할 수 있습니다. 이에 운전자는 시스템을 지속해서 감시할 필요는 없습니다. 하지만 시스템이 요청하면 언제든 자동차 통제권을 이어받을 준비가 돼 있어야 합니다. 자동화된 주행에 적합하지 않은 상황이 되면 시스템은 운전자에게 준비 시간을 주며 모든 운전 기능을 넘겨 받으라고 요청합니다. 이 단계의 예로는 '고속도로 자율주행 시스템(Highway chauffeur)'을 들 수 있습니다. 

4단계가 되면 운전자는 모든 운전 업무를 시스템에 맡길 수 있는데요. 더 이상 시스템을 감시할 필요도 없습니다. 사전에 지정된 운전 환경에서 정상적으로 주행하고 있다면 시스템이 운전자에게 통제권을 넘기는 일은 발생하지 않습니다. 심지어 차량과 차량 사이의 통신 단계가 높아지면 상황에 따라 차량 여러 대가 대열을 이뤄 군집주행도 가능하다고 합니다. 지난 2018년 국토교통부는 대형 트랙터나 트레일러 기반의 화물 운송용 대형트럭의 자율 주행을 임시 허가했습니다. 이는 차량 여러대 간 네트워크 연결을 이룬 상태에서 자율 주행하는 군집주행을 실현하는 신호탄으로 평가받습니다.

 

이 단계의 예로는 '고속도로 파일럿(highway pilot)' 시스템을 들 수 있습니다. 이 단계에서는 운전자가 통제권을 넘겨 받으라는 신호에 반응하지 않으면 자동차가 속도를 줄여 스스로 주차 공간을 찾아 주차한다고 합니다. 

 

지난해 2월 현대자동차그룹에서는 4단계 주행 기술을 갖춘 자율주행차 3대와 제네시스 G80자율주행차 2대로 경부 고속도로와 영동 고속도로에서 수십만km에 달하는 시험 주행을 진행했습니다. 이를 통해 데이터베이스를 축적, 자율주행차 성능을 개선했다고 합니다. 이를 기존의 '고속도로 주행보조(Highway Driving Assist)'보다 성능이 뛰어난 'HDP'로 정한 것으로 알려졌는데요. HDP는 바로 'Highway Driving Pilot(하이웨이 드라이빙 파일럿)'의 약자입니다. 운전자가 고속도로나 간선도로를 주행할 때 운전대에서 손을 떼도 차량이 알아서 주행을 할 수 있게 되는 거죠. 이는 2021년 본격적으로 적용될 예정이라고 합니다. 

 

5단계는 자동화의 가장 마지막 단계입니다. 이 단계에 도달해야 비로소 자율주행차입니다. 언제 어디서나 자동차가 스스로 판단하고 행동하는 단계인거죠. 이 단계에선 운전자가 더 이상 운전자가 아닌 탑승자로서 지위를 가지게 됩니다. 영화 속에 등장하는 진정한 자율주행차의 모습인거죠. 

 

정리하자면 0단계와 1단계는 '내가 운전하는 단계', 2단계와 3단계는 '우리가 운전하는 단계'입니다. 그리고 4단계가 되면 '네가 운전하는 단계'가 되고 5단계가 되면 '기계가 운전하는 단계'가 되는 겁니다. 

운전자와 운전 시스템 간의 역할 구분. 단계별로.
운전자와 운전 시스템 간의 역할 구분. 단계별로.

 그렇다면 지금의 기술은 완전한 자율주행으로 나아가는 과정 중 어디까지 와 있을까요.

 

곧 기술은 레벨 3

업계는 2020~2022년 레벨 3 자율주행 자동차가 상용화 될 것으로 보고 있다. 출처: 현대자동차
업계는 2020~2022년 레벨 3 자율주행 자동차가 상용화될 것으로 보고 있다. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널

현재 업계에서는 2020~2022년 레벨 3의 자율주행 자동차가 상용화 될 것으로 전망하고 있습니다. 국내 업계에서는 2021년 고속도로를 자율주행하는 레벨3의 부분자율주행차를 사용화할 계획이라고 하는데요. 그때까지 자동차는 점점 더 많은 운전자 보조 시스템이 장착되고 그 시스템은 갈수록 복잡한 교통 상황에 대한 테스트를 받게 될 겁니다. 2035년이면 자동화 레벨 4, 5 수준의 자동차 2,000~3,000만대가 도로에서 주행하고 있을 거라고 합니다. 현재 레벨 3 수준의 자율주행차 테스트는 주행이 공개되고 있으나 실제 상용화를 위한 기술 수준은 아직 부족하다고 하는데요. 우버나 테슬라의 자율주행차가 레벨 3에 해당합니다. 

 

현대자동차그룹에서는 2017년 레벨 4 수준의 아이오닉 자율주행차를 출시하고 도로 시승에도 성공했습니다. 2024년에는 시내 도로에서 자율주행이 가능한 레벨4의 완전자율차도 출시할 계획이라고 하는데요. 현대자동차그룹은 2021년까지 스마트시티 내 레벨 4 수준의 도심형 자율주행시스템 상용화를 추진 중이라고 밝혔습니다. 물론 이를 위해서는 자율주행차 운행과 관련한 법이 개정돼야 하고 도로도 기반 시설 설치가 필수입니다.

 

업계의 최종 목표는 당연히 스스로 주변 상황을 판단해 움직일 수 있는 5단계의 자율주행차입니다. 하지만 자동차의 자동화가 0단계부터 5단계까지 가는 과정은 시작과 끝의 경계가 모호할 겁니다. 만약 자동차 자동화가 5단계에 이르렀는데도 도로에 갑작스럽게 동물이 나타난다면? 집중호우로 도로가 침수된다면? 돌발상황에서도 사람처럼 자연스럽게 대응이 가능해야 합니다. 결국 완전한 자율주행차가 탄생하기 위해서는 인공지능(AI) 기술이 매우 높아져야 합니다. 그래야 안전한 판단이 가능해집니다. 이밖에도 5G, 로봇공학, 도로와 도시 건설, loT와 칩 센서 등 많은 기술들이 요구됩니다. 

 

지난 10월에 발표된 산업통상자원부의 '미래자동차 산업 발전 전략'을 보면 2024년까지 전국 주요 도로에 자율주행 인프라가 완비될 거라는 전망이 담겼습니다. 완전자율주행을 위해서는 통신과 정밀지도, 교통관제, 도로 등의 기반 시설이 필요합니다. 같은 해에 자율주행차 제작과 운행 기준, 성능검증 체계, 보험, 사업화 지원 등의 자율주행과 관련한 제도적인 기반도 마련될 예정입니다. 이를 바탕으로 2027년, 세계 최초로 자율주행차를 상용화할 계획이라고 합니다.

 

하지만 충북대학교 스마트카연구센터 기석철 교수는 <이웃집과학자>와의 인터뷰에서 "궁극적인 자율주행 단계인 레벨 5는 기술적, 제도적으로 해결해야 할 문제가 많다"며 "2030년 양산도 장담할 수 없다는 것이 전문가들의 중론"이라고 전했습니다. 

 

왜 꼭 전기차가?

 

그나저나 자율주행차는 왜 기존의 내연기관차가 아닌 전기차에서 구현되는 걸까요? 가장 큰 이유는 자율주행차가 '움직이는 컴퓨터' 이기 때문입니다. 전력을 엄청나게 소비합니다. 기존의 내연기관은 석유를 태워 동력과 전기를 얻습니다. 이 때문에 중간에 열에너지로 대부분의 에너지가 낭비되는데요. 연료탱크에서 바퀴까지(TTW, Tank-To-Wheel) 에너지가 전달되는 단계를 보면, 내연기관은 약 70~80%의 에너지 손실이 발생한다고 합니다. 반면 전기모터는 에너지 손실이 20~30%수준이라고 합니다. 참고로 전기차는 전기를 동력으로 하는 자동차인데요. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜 구동 에너지를 얻습니다. 따라서 같은 거리를 주행했을 때 전기차의 충전 비용은 내연기관의 연료비보다 훨씬 경제적이라고 합니다. 

 

전기차는 내연기관에 비해 차량 제어가 쉽고 진단이 용이하다고 하는데요. 모터의 회전을 제어해야 하는 전기차는 엔진을 제어해야 하는 내연기관차에 비해 통제가 쉽습니다. 또한 자율주행차는 차량의 설계도 복잡하지 않은데요. 부품 수가 훨씬 적기 때문입니다.

전기차 뜯어보면 이런모습~ 미니카 같아..출처: 현대자동차그룹/HMG 저널
전기차 뜯어보면 이런 모습. 출처: 현대자동차그룹/HMG 저널

실제로 전기차의 모습을 보면 어릴적 가지고 놀던 미니카가 생각납니다. 전기차는 진동도 적기 때문에 자율주행 차량 내에서 책을 보거나 컴퓨터 작업을 하기에도 훨씬 유리하다고 합니다. 

 

이와 관련해 기석철 교수는 "전기차는 여러측면에서 내연기관차와 차량 내부 부품구성(배터리, 모터, 인버터, 클러스터, 공조기기 등)이 바뀌게 될 것이다"며 "그렇게 되면 내연기관차에 새로운 자율차용 부품을 장착하는 것보다 새로운 전기차 내부 구조에 자율차 부품을 장착하는게 기술적으로 더 용이하다"고 전했습니다. 

 

기석철 교수에 따르면 기술적 측면에서 내연기관차에 자율주행기술을 구현하면 안되는 이유는 없다고 하는데요. 기석철 교수는 "다만, 미래자동차는 내연기관이 사라지고 전기차나 수소차와 같은 친환경차로 전환될 예정이다"며 "따라서 미래자동차에 구현될 자율주행차 기술이 전기차를 목표로 하는건 당연하다"고 전했습니다. 

 

산업통상자원부의 '미래자동차 산업 발전 전략'에 따르면 전기차의 경우 성능도 개선해 2025년까지는 한 번 충전으로 운행 가능한 거리를 400km에서 600km로 확대할 계획이라고 하는데요. 충전 속도도 현재보다 3배가량 끌어올릴 거라고 하네요. 5년 후, 우리 세상은 어떻게 바뀌어 있을까요?  

 


##참고자료##

 


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