TOYOTA GUARDIAN
토요타 가디언, 인간과 기계의 조화
고도화되는 첨단 운전자 지원 시스템

토요타는 미국에서 판매되는 모든 차량에 대해 자동 긴급제동 시스템(AEB) 장착을 표준화하는 등 안전기술 보급에 적극적이다. 그들의 안전 철학은 인간과 기계의 조화로운 제어로 요약된다. 토요타 자율주행 시스템은 그들의 첨단 운전자 지원 시스템인 가디언과 ‘벨트와 멜빵’의 관계에 있다. CES에서 TRI의 길 프랫 CEO는 가디언의 발전상을 소개했다.
 
글│윤범진 기자 _ bjyun@autoelectronics.co.kr

CES에서 길 프랫(Gill Pratt) TRI(Toyota Research Institute) CEO는 청중에게 미국 고속도로서 발생한 3중 추돌사고 블랙 박스 영상을 공개했다. 사고 당시 가장 왼쪽 차선을 주행 중이 던 렉서스 자율주행 테스트 차량은 인식 기능만 작동하는 수동 모드 상태였다. 이 테스트 차량은 샌프란시스코 베이 에어리어(San Francisco Bay Area)의 많은 터널과 교량에서 매핑과 주행 데이터를 수집 중이었다. 사고는 심했지만 다행히 부상자는 없었다.

“우리가 이 사고를 잘 알고 있는 이유는 그 현장에 있었기 때문입니다. TRI의 엔지니어들은 센서와 카메라를 사용해 신뢰할 수 있는 다양한 데이터를 수집함으로써 지난 여름 일어난 사고를 생생하게 재현할 수 있었습니다. 이 사고 장면을 보여 드린 이유는 사고 발생 시 사용했던 우리의 기술에 놀랐기 때문이 아니라, 사고가 일어난 바로 그 날 우리가 자문했던 것들을 공유하고 싶었기 때문입니다. 과연 우리가 개발하고 있는 ‘토요타 가디언(Toyota Guardian, 첨단 운전자 지원시스템)’이 이같은 사고를 예방하거나 완화할 수 있을까요? 그 대답은 ‘예스’입니다.”




MaaS에 통합되는 가디언

가디언은 토요타의 ADAS 브랜드 네임이다. 프랫은 가디언이 운전자의 능력을 대체하는 것이 아니라 말 그대로 운전자 지 원을 통해 안전을 증대시키는 것이라고 소개했다. 예를 들어, 고령의 운전자가 운전을 더 잘 할 수 있도록 지원하고, 자동차 사고로 목숨을 잃는 인구의 30%를 차지하는 10대 운전자들의 생명을 더 많이 구하는 것이다. 사람의 실수와 약점을 보 완하고 이전에는 불가능했던 일을 가능케 하는 것이다. 토요타와 TRI는 설립 초기부터 자율주행 기술에 대해 두 가지 접근방식을 채택하고 있다.

토요타는 ‘가디언’, 그리고 ‘쇼퍼(Toyota Chauffeur)’ 라고 부르는 레벨 4/5 자율주행 기술을 동시에 개발하고 있다. 쇼퍼는 자율주행 기술로, 특히 기계가 인간 운전자를 대체하는 기술이다.

“레벨 5 자율주행은 언제 어디서나 어떤 환경에서도 운전자의 개입 없이 자율주행이 가능한 단계로 정의됩니다. 이는 놀라운 목표이지만 언젠가는 달성될 것입니다. 그러나 이러한 자율주행 시스템이 안고 있는 기술적, 사회적인 문제를 과소평가 해서는 안 됩니다. 예를 들어, 끊임없이 바뀌는 환경에서 일반 운전자와 동등하거 나 혹은 더 뛰어난 운전을 하는 데 필요한 사회 적응력을 어떻게 시스템에 가르쳐야 할까요? 언제 보행자가 길을 건널 지 혹은 교차로에서 신호가 파란색인데도 경찰이 ‘정지’ 신호를 보낼 때 경찰의 지시를 어떻게 시스템에 가르쳐야 할까요? 게다가 자율주행 차량에서도 발생하게 될 불가피한 사고와 사망을 사회가 받아들이는 데 얼마나 긴 시간이 걸릴까요? 이를 명심해야 합니다.”

프랫 CEO는 자동차 업계, IT 업계 어 디에서도 이러한 질문에 완벽하게 답할 수 있는 사람이 없을 것이지만, 그럼에도 불구하고 자율주행 기술을 적용해 가능한 빨리 많은 생명을 구해야할 도덕적 의무가 있다고 했다. 이것이 TRI가 지난해 듀얼 콕핏 테스트 차량을 투입해 가디언 연구개발에 집중한 이유이기도 하다.



“가디언은 주행 중 일어날 수 있는 사고를 예측해 운전자에게 경고하고 운전자를 보조해 안전한 운전을 돕습니다. 가디언은 인간과 기계의 강점을 결합하고 조정합니 다. 실제로 지난해 가디언의 가장 두드러진 진보 중 하나는 인간과 기계 사이의 ‘조화된 차량 제어’를 구현했다는 것입니다.”

토요타 가디언에 힌트가 된 것은 전투 기의 비행제어 방법이다. 조종사가 조종간을 잡고 조종을 하지만 실제로 조종사가 직접 전투기 조정을 하는 것은 아니다. 대신에 조종사의 의도가 초당 수천 회 단위로 비행제어 시스템에 의해 변환되어 기체를 안정시키고 전투기를 특정 안전 영역에서 벗어나지 않게 한다. 그렇다면 그토록 토요타가 강조하는 인간과 기계가 조화된 차량 제어를 한다는 의미는 무엇일까? 대부분의 경우 운전자는 차량을 완벽하게 제어한다고 생각한다. 그러나 차량이 안전 범위를 벗어나려 하면, 차량 시스템이 운전자를 지원해 운전자를 안전한 곳으로 돌려놓는다.

“여기서 우리가 강조하고 싶은 것은 인간과 자율주행 시스템 사이에 온/오프 스위치 같은 것이 없다는 것입니다. 이것은 인간과 자율주행 시스템이 한 팀으로 서로의 능력을 최대한 끌어내는 원활하고 조화로운 운전 시스템입니다.”

토요타 가디언은 토요타나 다른 회사가 제공하는 미래의 자율주행 쇼퍼 시스템을 감시하는 수단으로 추가될 예정이다. 이 것은 가디언의 핵심 기능 중 하나다. 지난해 CES에서 발표한 것처럼 토요타는 가디언을 MaaS(Mobility as a Service)용으로 개발하고 있는 e-팔레트(e-Palette)에 표준 장비로 통합할 예정이다. 그럼으로써 MaaS 회사는 어떤 자율주행 시스템을 사용하든 토요타 가디언을 일종의 안전장치, 즉 쇼퍼형 자율주행 시스템에 대한 이중화 시스템으로 적용할 수 있다.

“가디언은 토요타에게 있어서 이른바 ‘벨트와 멜빵’의 관계로 표현할 수 있습니 다. 우리는 가디언이 시간이 지남에 따라 기술적인 신뢰를 쌓아 대중에게도 받아들여질 것으로 기대합니다. 우리는 토요타 자동차뿐만 아니라 도로의 모든 자동차에서 가디언 을 볼 수 있기를 희망합니다. 다른 말로 모두를 위한 가디언이 되기를 바랍니다.”


ADAS의 고도화

프랫 CEO는 가디언이 어떻게 개발되고 작동하는지 소개했다. 가디언 개발에 있어서 가장 중요한 도구 중 하나는 시뮬레이션이다. 다른 회사들과 마찬가지로 토요타 자율주행 소프트웨어는 실차 또는 시뮬레이터에서 완벽하게 반복 테스트되고 양자를 지속적으로 통합 및 테스트할 수 있다. 엔지니어의 책상에서 자동차가 도로에서 어떻게 반응하는지를 반영하면서 소프트웨어 코드를 시뮬레이션을 통해 검증한다. 또 이를 확장해 수많은 인스턴스(Instance)를 클라우드에서 실행해 수십억 마일의 학습 데이터와 테스트 데이터를 동시에 생성할 수 있다. 그러나 시뮬레이션만으로 충분하지 않다.

“가디언이 학습을 거듭하며 더 똑똑 해지기 위해서는 일반도로에서 직면하게 되는 변화무쌍한 시나리오에 대응하지 않으 면 안 됩니다. 이것이 미시간 주 오타와 레이크(Ottawa Lake)의 미시간 기술자원 공원(Michigan Technical Resource Park, MITRP)에 전용 테스트 코스를 만든 이유 중 하나입니다. 이 곳은 미시간 주에 있는 우리의 앤아버 연구시설과 멀지 않습니다. 또한 미시간 주의 ACM(American Center for Mobility)과 함께 TRI 앤아버, 매사추세츠, 캘리포니아의 각 거점에 가까운 코스도 활용하고 있습니다. 이와 함께 폐쇄형 코스에서는 가디언의 지능과 기능을 보다 향상시키고 더 가혹한 조건에서 시험할 수 있는 테스트 시나리오를 만들어낼 수 있습니다.”

지속적인 개선을 통해서 가디언은 다가 오는 위험한 시나리오를 탐색하고 대응하는 최선의 방법을 학습한다. 예를 들어, 길게 평행주차해 있는 자동차 뒤에서 갑자기 차가 튀어나오는 시나리오에서는 해당 차선에서 브레이크만으로 충돌을 피하기에 시간이 부족할 수 있다. 옆 차선이 비어 있지만 공간이 조금 밖에 없는 경우, 가디언은 먼저 시각과 음성으로 다가오는 위험을 운전자에게 경고하고 튀어나오는 차를 피하기 위해 비어 있는 차선으로 약간 이동한 다음 앞으로 튀어나오는 장애물을 피해 원래 차선으로 돌아간다.

“먼저 소개한 I-80 고속도로에서의 추돌사고는 우리에게 학습의 기회를 제공한 긍정적인 사례가 돼 가디언의 발전에 기여했습니다. 우리의 눈과 센서, 카메라 앞에서 3대의 차량이 고속도로에서 일으킨 위험한 상황은 우연히 발생한 ‘예상치 못한 시나리오’였습니다. 수집된 실제 사고 데이터로부터 매우 정확한 시뮬레이션을 개발한 후, 가디언이 초 단위로 인식, 예측, 충돌 회피의 선택을 이끌어내기 위한 학습 도구로 전환했습니다. 그런 다음 테스트 과정은 실차와 부드러운 소재로 된 더미 차량을 활용해 상황을 재현했습니다. 이 경우 가디언이 할 수 있는 최선의 선택은 안전하게 가속해 튀어나오는 차량과의 충돌을 피하는 것이었습니다.”

가디언은 튀어나오는 차의 진로를 방해하지 않도록 가속함으로써 두 차량의 충돌을 막을 수 있는 공간을 확보했다. “일종의 이타적인 가디언(Altruistic Guardian)이라고 할 수 있습니다. 정말 멋진 아이디어 아닌가요?”





TRI-P4

“우리 인간은 자유롭게 이동하려는 기본적인 욕구가 있습니다. 아이가 처음으로 엄마나 아빠의 도움 없이 혼자 서서 방안을 웃으면서 돌아다니는 모습을 상상해 봅시다. 또 아이가 보조 바퀴를 뗀 자전거를 처음 탈 때의 성취감은 어떻습니까. 그리고 테스트 코스 위에 원뿔 모양의 표지(콘)를 늘어놓은 슬라럼 코스와 비슷한 구불구불한 길에서 운전하는 장면을 떠올려봅시다.”

가디언을 끄면, 드라이버는 콘을 튕겨 버릴 수 있다. 반면, 가디언이 활성화되면 테스트 차를 자신의 몸이 연장된 것처럼 제어할 수 있다. 가디언은 운전자에게 운전을 가르치고, 필요하면 운전자를 따라잡는다. 운전자가 어떤 입력을 하든 관계없이 언더스티어나 오버스티어가 발생하지 않으며 콘을 튕겨내지도 않는다. 운전의 즐거움은 가디언의 목적이다. 토요타는 가디언이 생명을 구할 뿐만 아니라 운전을 더욱 즐겁게 만들 것이라고 믿는다. 토요타는 이같은 이유에서 2019 북미 국제 오토쇼(NAIAS)에서 단종 모델인 수프라(All-new Supra)를 새롭게 공개했다. 

마지막으로 프랫 CEO는 최신 가디언 및 쇼퍼 테스트 차량인 TRI-P4를 소개했다. Lexus LS500h를 기반으로 한 P4는 기존의 테스트 차량보다 더 똑똑하고 민첩하며 반응 속도가 더 빠른 테스트 차량이다. 소개에 따르면, P4 시스템은 센서 정보를 더 빠르게 처리해 기존 P3 테스트 차량보다 주변 환경에 보다 빠르게 반응한다. TRI-P4는 기존 P3 시스템 대비 측면 카메라 2개를 보완하고, 고성능 컴퓨터 패키징을 새롭게 했다.



TRI-P4 시스템이 적용된 렉서스 LS500h 차량은 8개 라이더, 10개 레이더, 12개 카메라가 장착돼 360도를 센싱한다. 레벨 4까지 소화할 수 있다. P4 테스트 차량은 올 봄 기존 테스트 차량과 함께 주행 테스트를 시작해 쇼퍼와 가디언 모두의 기술 개발을 가속화할 예정이다.

“자율주행의 가장 중요한 이점은 자동차의 자동화에 대한 것이 아니라 사람이 자유롭게 이동하는 것에 관한 것입니다. 자율주행은 많은 생명을 구할 수 있을 뿐만 아니라 보다 즐거운 운전 경험과 함께 운전을 더 안전하게 합니다.”

다른 카 메이커들과 마찬가지로 토요타 역시 안전기술 보급에 노력해왔다. 구체적인 예로, 토요타는 미국에서 판매되는 모 든 차량에 대해 자동 긴급제동 시스템(AEB) 장착을 표준화시켰다. 

“캘리포니아 고속도로에서의 사고는 가디언 기술을 사용해 피해를 줄이거나 피할 수 있었다고 믿습니다. 이 경험과 다른 테스트 연구 성과를 바탕으로, 우리는 가디언을 개발하고 있습니다. 우리는 이것을 업계에 제공하겠다고 발표했습니다. 이것이 모두를 위한 가디언(Guardian for all)이라는 철학입니다.”