주행 제어, 정보통신, 센싱 기술의 통합으로 차를 바라보는 시각이 바뀌고 있다. 자동차에서 핸들과 액셀, 브레이크가 사라질 것이다. 음성으로 목적지만 알려주면 자동차 스스로 도로상황에 맞춰 안전하게 목적지까지 데려다 줄 것이다. 미래의 일반도로에서 어렵지 않게 보게 될 자율주행차(autonomous car) 얘기다. 우리는 완전한 셀프 드라이빙을 향한 긴 여정의 도상에 섰다.

2010년 구글이 자율주행차(self-driving car) 개발을 표명한 이후, 이 꿈의 기술에 대한 관심이 갈수록 뜨거워지고 있다. 비단 자동차 산업뿐만 아니라 다른 산업까지 자율주행 대열에 가세하고 있다. 소프트웨어 기업, IBM과 같은 빅데이터 기업들이 자동차 부품업체와 제휴를 맺고, 맵핑과 커넥티비티 전문업체인 노키아, 시스코 등이 경쟁 대열에 가세했다.

구글은 지금까지 토요타 프리어스와 렉서스, 아우디 TTS를 기반으로 자사의 자율주행 기술을 채용한 차를 만들어왔다. 지난 4월말에는 복잡한 시가지 교통상황에서 안전하게 주행할 수 있는 기술력을 선보이기도 했다.

이번에 발표한 구글의 2인승 모델은 인간의 개입이 전혀 필요 없다는 점에서 프리어스와 렉서스를 사용한 기존의 프로토타입과는 다르다. 이 차의 제어는 모두 온보드 컴퓨터가 맡는다. 구글이 만들고자 하는 자동차에는 스티어링 휠뿐만 아니라 가속 및 브레이크 페달도, 백미러도 없다. 출발 및 정차는 버튼으로 조작한다.

구글에 따르면, 이 프로젝트의 목표는 인간이 운전하는 차량보다 획기적으로 안전한 자율주행차를 몇 년 안에 실현하는 것이다. 구글이 개발한 셀프 드라이빙 카에 의한 총 주행거리는 2009년 개발을 시작한 이래 70만 마일(약 112만 6,500 km)을 넘어섰다. 구글은 2017년에서 2020년 사이에 자율주행차의 실용화를 목표로 하고 있다.

구글이 현재로서는 자율주행 기술의 개발과 테스트에서 가장 앞서 있지만 닛산, GM, 콘티넨탈도 2020년까지 자율주행차의 공급을 목표로 개발에 박차를 가하고 있다. 닛산은 특히 고속도로뿐만 아니라 일반도로에서도 달릴 수 있는 자율주행차를 개발하고 있다. 포드도 자율주행차의 프로토타입을 공개했다. 테슬라모터스(Tesla Motors)는 2016년까지 운전 조작의 90%를 담당하는 시스템 개발을 목표로 하고 있다. “우리는 3년 이내에 자율주행차를 보유하게 될 것이다.” 테슬라 CEO인 엘런 머스크(Elon Musk)의 말이다. 토요타는 2015년을 전후로 고속도로 자동주행에 대한 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 실용화를 목표로 개발에 몰입하고 있다.

진화의 단계

자율주행은 주변환경 인식기술과 자기위치 추정기술, 자동 유도기술 등의 다방면에 걸친 기술을 통해 자동차의 기본 성능인 달리고, 회전하고, 멈추는 것을 지원함으로써 안전하고 쾌적한 운전 환경을 제공하는데 목표가 있다.
현재 국제적인 통일 기준 및 정의가 명확하게 정해져 있는 것은 아니지만 미국 도로교통안전청(NHTSA)의 기준을 예로 들면 자동화 정도와 기술 수준에 따라 레벨 0(No-Automation: 자동화 없음)부터 레벨 1(Function-specific Automation: 특정 기능의 자동화), 레벨 2 (Combined Function Automation: 복합 기능의 자동화), 레벨 3 (Limited Self-Driving Automation: 반자율주행), 레벨 4 (Full Self-Driving Automation: 완전 자율주행)까지 총 5가지 단계로 분류하고 있다.



레벨 0 단계는 특별한 자동차 시스템 없이 사람에 의해 완벽하게 통제되고 움직이는 자동차를 의미한다.
레벨 1 단계는 특정 기능을 지원하는 자동화 시스템이 탑재된 자동차를 지칭한다. 여기서 특정 기능은 일반적으로 차제 자세제어 시스템(ESC)이나 급제동 보조장치(Pre-Charged Brake)가 차량의 움직임을 안정적으로 제어해 주는 정도를 의미한다.

구체적인 사례로는 스바루에 적용되는 일본 후지중공업의 아이사이트(EyeSight)를 들 수 있다. 아이사이트는 룸미러 상부의 스테레오 카메라를 이용한 충돌방지 시스템으로 2008년 5월 처음 도입됐다. 아이사이트는 운전자가 놓친 적색신호나 선행 차량의 정지 램프를 자동으로 인식해 제동을 걸어준다. 또한 도로 표시를 인식하면서 자동차가 차선 중앙 위치를 유지하도록 하는 차선유지 기능도 탑재하는 한편, 방향지시를 하지 않고 차선을 변경할 때 경고음이 울려 고속도로 등에서 졸음운전 사고를 예방한다.

아이사이트는 선행 차량이나 장애물과의 속도차가 시속 30 km 이하이면 충돌을 회피하고, 시속 50 km 이하이면 충돌 피해를 경감할 수 있다. 개량판인 아이사이트 2는 속도차가 시속 50 km 이하에서 충돌을 회피하고 시속 70 km 이하이면 충돌 피해를 경감할 수 있다.

또 다른 사례로는 토요타가 2003년에 신형 프리어스에 처음 도입한 지능형 주차지원 시스템(IPA)을 들 수 있다. 토요타와 아이신 세이키가 공동개발한 이 시스템은 전동 파워 스티어링과 후방 가이드 모니터 기술을 응용해 자동차가 종렬주차 및 병렬주차를 위해 후진할 때에 스티어링 조작을 자동으로 지원한다. 이 시스템은 후방 감지 카메라를 통해 후진 시 후방 상황을 보여주고, 전면과 후면에 각 2개의 센서가 장착돼 차량 근처의 장애물을 감지해 운전자에게 경고음으로 알려준다.

레벨 2 단계는 대부분의 상황에서 운전자가 자동차를 제어하지만 2개 이상의 자동화 시스템이 차량을 통제할 수 있는 수준을 뜻한다. 구체적인 사례로는 자동으로 주행속도나 선행 차와의 차간 거리를 일정하게 유지해 주는 적응형 순항제어(Adaptive Cruise Control, ACC) 기능에 주행 차선을 감지해 차선을 유지하거나 주행 차선을 변경하는 기능을 추가한 것 등이 여기에 해당한다. 최근 출시되고 있는 모델에 탑재되고 있는 기능이기도 하다.

레벨 3 단계는 본격적인 자율주행 시스템을 갖춘 수준을 의미한다. 이 단계는 레이저와 레이더 등 복합적인 센서를 활용해 주위의 교통상황을 감지하고 차선을 스스로 지키며 앞차 간 거리를 유지하며 주행할 수 있다. NHTSA는 구글의 자율주행차를 언급하고 있다.

레벨 4 단계는 완벽한 자율주행이 가능한 시스템을 갖춘 자동차를 지칭한다. 목적지만 입력되면 운전자가 없는 상황에서도 스스로 목적지까지 찾아간다. 현재 유수의 자동차 메이커들이 레벨 3 단계의 자율주행차를 실현하기 위해 역량을 집중하고 있다.



NHTSA는 2020년에 레벨 3 수준의 자동차를 구입할 수 있을 정도로 양산 시스템이 구축될 것이며, 2025년에는 레벨 4 단계의 자동차도 도로에서 쉽게 볼 수 있을 것이라고 예상했다. OEM 브랜드별 레벨 2 이상 자율주행 상용화 계획에 대한 내용은 본지 5/6월호 COVER STORY [2016, HMI 대전환]을 참고하기 바란다.

기대 효과

자율주행차에 의한 직접적인 기대효과는 교통사고 감소(자동 브레이크 등), 운전 편의성 향상(병렬주차 등 비교적 어려운 조작의 자동화 포함), 고령자 등 교통약자의 이동 지원, 정체 해소 및 완화, 환경부하의 경감(연비 향상 등) 등을 들 수 있다.

대부분의 교통사고 원인은 발견 지체나 판단 오류, 조작 실수 등의 인적 실수가 90% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다. 따라서 충돌방지 등 위기를 회피하는 기술이나 노령화로 저하된 능력을 지원하는 운전자 지원 기술이 교통사고 감소에 크게 기여하게 될 것이다.

일본 국토교통성은 고속도로에서 ACC가 장착된 차량의 비율이 30%가 되면 정체에 의한 손실 시간을 절반으로 줄일 수 있을 것으로 추산하고 있다. 미국의 비영리 단체인 이노운송센터(Eno Center for Transportation)는 미국 자동차의 10%를 자율주행으로 바꾸면 연간 교통사고 사망자 수가 1천 명 가량 감소할 것이라고 보고했다. 또 차량 간 통신이나 차량과 기반시설의 연계로 고속도로나 간선도로의 정체를 75% 이상 줄일 수 있다고 주장했다.

자동차 교통 분야에서 에너지 절약 대책을 모색하고 있는 일본 NEDO(신에너지·산업기술종합개발기구)의 에너지 ITS 추진 프로젝트는 대형 트럭 3대에 의한 테스트 과정에서 자율주행 및 근거리 대열주행 실증 실험을 실시한 결과, 실용화가 진행되면 15% 이상의 에너지 절약 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다.

한편, 올 1월 미국 시장조사 회사인 IHS Automotive는 완전 자율주행차가 2025년경부터 출시되기 시작해 그해 22만 6,000대, 2030년 420만 대, 2035년에 세계 자동차 판매대수 1억 2,900만 대의 9%인 1,180만 대가 도로 위를 달릴 것으로 예상했다.



실현을 위한 과제

운전자의 최대 관심사는 ‘안전성’이다. 따라서 운전자가 자신의 생명을 자율주행차에 완전히 맡기는 것에 대한 심리적 불안이 없을 리 없다. 그러나 각 자동차 메이커가 자율주행차의 장점으로 들고 있는 것이 ‘안전성’이다. 사실 교통사고의 90%가 인적 실수가 원인이라는 점을 상기한다면, 그런 실수를 하지 않는 인공지능을 탑재한 자율주행차가 수동운전차보다 훨씬 안전하다고 할 수 있다.

구글에 따르면, 2013년 5월까지 약 80만 km의 시험주행을 실시한 결과, 사고를 일으킨 것은 단 2회뿐이었다. 한 건은 사람이 수동으로 운전할 때 발생한 것이고, 또 한 건은 적신호에서 정차하던 중 뒤따르는 수동운전차가 추돌한 사고였다. 즉 자율주행차에 의한 사고는 없었다는 얘기다.

그러나 자율주행차가 실제 도로 위를 달리기 위해서는 해결해야할 과제가 산적해 있다. 우선 기술적으로, 어떤 상황에서도 주변 환경을 정확히 인식할 수 있는 보다 정밀한 센서 개발과 자율주행차와의 정보교환이 이뤄지는 인프라 측면의 정비가 필요하다.

자율주행 기술에는 두 가지가 있다. 자동차 스스로 주변 환경을 인식해 자율적으로 주행하는 구글이나 닛산이 지향하는 “자율형”과, 도로 인프라 설비와의 통신을 통해 자율주행을 실현하는 유럽의 SARTRE 프로젝트에서 추진하고 있는 “인프라 협조형”이 그것이다. 물론 자율형과 인프라 협조형은 상호 보완 가능한 관계에 있기 때문에, 예를 들어 교통량이 많은 교차로에서는 차량 간(C2C) 통신과 차와 인프라 간(C2I) 통신을 통해 자동차나 보행자의 정보를 주고받아 보다 부드러운 주행이 가능하다. 이를 실현하기 위해서는 사회 전체적으로 대규모 인프라 투자가 필요하지만, 그 투자비용에 상응하는 편리성과 경제적 효과 등도 검증할 필요가 있다.

관련 법 정비도 중요하다. 1971년 7월 14일 발효된 「도로교통에 관한 협약」(다자조약, 제389호, 1971.6.19) 8조에 보면, “일단위로서 운행되고 있는 차량 또는 연결 차량에는 각기 운전자가 있어야 한다.”, “운전자는 항상 차량을 조종할 수 있고 -중략- 타 도로사용자에 접근할 때에는, 운전자는 당해 타 도로사용자의 안전을 위하여 필요한 주의를 하여야 한다.” 또 10조에 보면, “차량의 운전자는 항상 차량의 속도를 조절하고 있어야 하며~”라고 규정하고 있다.

향후 법 해석을 포함해 자율주행차 도입을 위한 환경정비가 진행되더라도, 자율주행차로 인한 사고발생 시 책임 소재에 관한 문제가 남는다. 시스템의 결함, 예상치 못한 고장, 유지보수 부족, 운전자에 의한 오작동, 해킹 등 다양한 요인에 의한 사고를 어떻게 정리할지, 현재로서는 합의된 사항이 없는 실정이다. 그것을 판정하는 법률도 없을 뿐더러 규제 당국도 명쾌한 방침을 내놓지 못하고 있다.

보급 가능성

자율주행차는 천천히 그러나 너무 늦지 않게 서서히 도로를 지배해 나갈 것이다. 우선, 자동 브레이크 등으로 대표되는 안전대책으로서의 도입이 규제 대응과 함께 빠르게 진행될 것이다. 미국에서는 올 11월부터 4.5톤 이하의 모든 차량에 리어뷰 카메라의 탑재를 의무화하고, EU에서는 2013년 11월부터 모든 신형 상용차에 자동 브레이크 탑재를 의무화했다. 일본에서도 올 11월부터 12톤 이상 대형 차량의 자동 브레이크 탑재를 의무화한다. 현재 고급차 위주였던 자동 브레이크 탑재는 경차 시장으로도 확산되고 있는 추세다.

사용자 요구 측면에서 보면, 고령화 사회에서는 자동주차와 같은 기능의 요구가 높을 것이다. 앞서 언급한 지능형 주차지원 시스템(IPA)은 이미 시판 차에도 탑재되기 시작했다. 주차장 내에서 차량 센서가 빈 주차공간을 찾아서 스스로 정확히 주차해 주는 자동차가 각 사에서 시험적으로 개발되고 있으며 기술적으로 이미 실용화 단계에 들어섰다.

세 번째는 정책적 관점에서, 일반도로보다는 장애물이 적은 고속도로에서 운전의 자동화가 비교적 빨리 진행될 가능성이 높다. 일본 정부는 제도 및 기술 관련 과제를 고려해 2020년대 초까지 고속도로에서 ADAS에 의한 연속주행 실현을 목표로 하고 있다. 이것은 고속도에서 자율주행 도입으로 정체 완화, 연비 향상, 장시간의 운전부하 경감 등 직접적인 효과 외에도 수송의 효율화와 자동차 관련 산업의 경쟁력 강화가 기대되기 때문이다.

끝으로, 특정 지역에 한정해서 도입될 가능성도 있다. 즉 도로가 아닌 테마파크나 쇼핑몰, 공장 등 비교적 넓은 주차장을 갖춘 장소,  또는 도심 내 한정된 노선이나 지역에 자율주행차가 먼저 도입될 것이다. 예를 들어 영국 런던 북서부 지역의 신도시 밀턴 케인즈에서는 시내 중심가와 주요 역간의 보도 일부를 개방해 소형 자율주행차가 달릴 수 있도록 할 계획이다. 이 계획에 따르면, 2015년에 사람이 운전하는 형태의 프로토타입 자동차 20대로 먼저 테스트를 한 후, 2017년에 100대의 자율주행차를 투입할 예정이다. 사용자는 스마트폰을 이용해 자율주행차를 호출하거나 이동시킬 수 있다.

이런 추세라면, 대략 2020년경이면 어느 정도 자율주행차가 어떤 형태로든 수송의 일부를 담당하게 될 것으로 예상된다. 

자율주행차 2030년 870억 달러 기회 창출

럭스 리서치(Lux Research)가 최근 자율주행차 시장에 관한 흥미로운 전망을 내놨다.
이 회사는 자동차 제조업체와 기술개발 업체가 만들고 있는 자율주행차가 2030년에 870억 달러의 기회를 창출할 것으로 전망했다. 또 적응형 순항제어(ACC), 차선이탈 경고 시스템(LDWS), 충돌방지 브레이크 시스템(CABS)을 갖춘 레벨 2 단계의 자동차가 2030년에 자율주행차의 92%를 차지할 것으로 내다봤다. 그러나 좀 더 진화된 레벨 3 단계의 자동차는 같은 해 자율주행차의 8%에 불과하고 완전 자율주행차인 레벨 4 단계의 자동차는 시장에서 아예 찾아볼 수 없을 것이라고 예측했다. 가장 긍정적인 시나리오를 적용하더라도 레벨 4 단계의 자동차가 2030년에 25만 여대가 팔리는데 그칠 것이라고 했다.



럭스 리서치 보고서 “자율주행차의 시장 기회(Set Autopilot for Profits: Capitalizing on the $87 Billion Self-Driving Car Opportunity)”에서 주목할 만한 대목은 두 가지다. 하나는 자율주행차 시장에서 중국이 미국과 유럽을 앞지를 것이란 내용이다. 2030년에 세계 자동차 판매대수 1억 2,000만 대 중 35%를 차지하게 될 중국이 자율주행차 시장에서도 240억 달러를 기록하며 210억 달러 규모의 미국 시장과 200억 달러 규모의 유럽 시장을 앞설 것이란 전망이다.

또 한 가지는 소프트웨어가 경쟁력의 차이를 만들어낼 것이란 내용이다. 그만큼 소프트웨어 비중이 커진다는 말이다. 자율주행차에서 소프트웨어의 기회는 현재 5억 달러에서 2020년 100억 달러로, 2030년엔 250억 달러로 빠르게 성장해 구글과 IBM 같은 소프트웨어 기업들이 가장 큰 수혜자가 될 전망이다. 자동차 제조업체에게는 달라지는 소프트웨어가 중요한 안전장치뿐 아니라 주요 경쟁력의 차이를 만들어낼 것이다. 
 

AEM_Automotive Electronics Magazine