Challenges To Promote Level 2 And Improve Safety
레벨 2 운전자 지원, 어찌하오리까?
ADAS 평가 시스템 개발 위한 IIHS 고민

테슬라의 ‘오토파일럿(AutoPilot)’ 같은 레벨 2 시스템은 선진국을 중심으로 대중화되기 시작했지만 이 기능들은 아직 완벽하지 않다. 운전자들이 이해하거나 적응하기 어려운 한계가 있다. 그만큼 시스템의 보급을 위한, 안전한 사용을 위한, 시스템의 성능 개선을 위한 평가의 제도화 중요성이 높아지고 있다. IIHS가 이를 위한 연구를 지속 중이다.

글│한상민 기자 _ han@autoelectronics.co.kr

자동차의 주행 자동화는 자동 긴급제동 시스템의 보급화를 넘어 갈수록 심화되고 있다. 예를 들어, 많은 차들은 그들이 현재 위치한 차선 내 중앙에 위치하면서 주행하거나, 정해진 속도에서 앞차와 일정한 거리를 유지하면서 달릴 수 있다. 테슬라의 ‘오토파일럿(AutoPilot)’과 같은 이런 시스템은 이미 선진국을 중심으로 보급이 늘고 있지만 부분 자동화 기능들은 아직 완벽하지 않고 사용률도 떨어진다. 운전자들이 이해하거나 적응하기 어려운 한계가 있다. 때문에 시스템의 광범위한 보급, 안전한 사용, 시스템 성능 개선을 통한 도로교통 안전성 향상을 위한 제도화가 더욱 중요해졌다.

시스템의 향후 차량 안전도 평가제도 반영에 대한 문의에, 미 고속도로안전보험협회(IIHS)의 러스 레이더(Russ Rader) 부사장은 “오토모티브 일렉트로닉스의 몇 가지 질문에 답할 수 있는 연구들이 진행되고 있고, 지금까지 우리가 수행한 레벨 2 시스템에 대한 작업들이 최근의 보고서에 자세히 설명되고 있습니다. 그러나 IIHS가 기술에 대한 평가 시스템을 고려하고는 있지만 이의 결정을 내리기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 올해 말에 다시 문의해주시면 감사하겠습니다”라고 답했다.

전 세계적으로 판매되는 차량 모델에서 차주가 사용할 수 있는 자동 기능은 운전자의 전방주시 하에 한 가지 이상의 운전 태스크를 수행할 수 있는 레벨 1, 레벨 2 시스템들이다. 횡방향 제어가 자동화돼 차선 내 중앙에서 주행을 가능하게 해주는 차선유지 지원(LKA or LC) 시스템이나 차량의 속도 및 앞차와의 간격 조종 등 종방향 제어를 자동화해 주는 적응형 순항제어(ACC) 시스템이 각각 독립적으로 작동하면 레벨 1 시스템에 해당된다. 또 이 기능들이 함께 수행되면 레벨 2 시스템이다. 이런 시스템들은 운전자가 전방을 주시하지 않아도 되는, 말 그대로 자율주행에 해당되는 레벨 3 이상 자율주행 시스템과는 완전히 다르다.

자동차의 부분 자동화 기능이 가장 널리 보급된 미국에서 IIHS의 최근 연구들은 이들 시스템에 대한 운전자 인식과 이해, 카 메이커 기술의 한계를 잘 말해준다. 예를 들어, 최근 연구는 카 메이커가 이같은 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 ‘네이밍’에 얼마나 신중해야하는지, LKA가 얼마나 불안정한지, 운전자들이 시스템을 얼마나 오용하고 있는지, ADAS 관련 콕핏 디스플레이가 전달하는 중요 정보가 운전자에게 완벽하게 이해되고 있지 못하고 있음을 말하고 있다.

IIHS의 데이빗 하키(David Harkey) 사장은 “현재 수준의 자동화는 잠재적으로 안전을 향상시킬 수는 있지만 운전자가 어느 정도의 지식과 이해를 가지고 있지 않는 한, 오히려 또 다른 위험을 발생시킬 잠재력도 갖고 있습니다”라고 말했다.

늘 강조되는 ADAS 네이밍





“우리는 운전자가 카 메이커가 기술에 부여한 마케팅 이름을 기반으로 레벨 2 시스템의 기능을 과대평가할 수 있다고 우려합니다.” 레이더 부사장이 말했다.
현재 레벨 2 주행 지원 기능의 한계에도 불구하고 몇몇 메이커들의 기능 브랜딩은 마치 운전자가 도로로부터 주의를 돌릴 수 있어도 되는 것과 같은 약속처럼 들린다. IIHS는 특히 ‘오토파일럿’이라는 이름이 운전자에게 자신의 생각과 눈을 다른 곳으로 돌릴 수 있다는 신호를 보내는 것처럼 조사됐다고 밝혔다.

지난해 IIHS는 미국의 2,005명의 운전자를 대상으로 전화 설문조사를 실시했다. 운전자들에게 가용한 테슬라의 오토파일럿, 아우디와 혼다 어큐라의 트래픽 잼 어시스트(Traffic Jam Assist), 캐딜락의 수퍼크루즈(Super Cruise), BWM의 드라이빙 어시스턴트 플러스(Driving Assistant Plus), 닛산의 프로파일럿 어시스트(ProPilot Assist) 등 5가지 레벨 2 시스템에 대한 일반적인 질문과 그들 소유 차량에 대한 경험에 대해 물었다. IIHS는 참가자에게 시스템 명칭은 밝혔지만, 이와 관련된 차량 브랜드나 시스템에 대한 다른 정보는 제공하지 않았고, 무작위로 5개 시스템 중 2개에 대해 문의했다. 특히, 그들이 기술을 사용하는 동안 특정 행동이 안전한지에 대해 물었다.

오토파일럿에 대해 기술을 이용하는 동안 휠을 잡지 않았을 때 안전했냐는 질문에 응답자의 33%, 또 그 밖의 다른 시스템과 비교했을 때 48%가 그렇게 생각한다고 답했다. 테슬라의 오토파일럿은 심지어 주변 풍경을 보거나 책을 읽고, 스마트폰으로 통화하거나 문자를 보내는 데 있어서도 안전하다고 생각한 응답자의 비율이 다른 시스템에 비해 훨씬 높게 나왔다. 심각하게는, 6%의 응답자는 오토파일럿을 사용하는 동안 낮잠을 자는 것이 괜찮다고 생각했다. 이는 다른 시스템에서는 3%였다.

IIHS는 적어도 소수의 테슬라 소유주들이 실제 이런 식으로 오토파일럿을 잘못 사용해왔고 치명적인 결과로 이어졌다고 전했다. 올 3월 테슬라의 한 운전자는 플로리다에서 트랙터 트레일러 측면에 충돌했다.

모델 3는 트럭 아래로 완전히 들어가 지붕이 벗겨졌고 운전자는 사망했다. 미국교통안전위원회(NTSB)의 조사결과, 사고 당시 오토파일럿 기능이 활성화 돼 있었고 휠에서는 운전자의 손이 감지되지 않았었다. 지난해 캘리포니아에서 발생한 모델 X 사고도 마찬가지였으며, 악명 높은 2016년 플로리다에서 발생한 모델 S 사고 또한 그랬다.

하키 사장은 “테슬라의 매뉴얼은 분명하게 오토파일럿의 스티어링 기능은 핸드온 기능이라고 말하고 있지만, 이 메시지는 모두에게 제대로 전달되지 못했습니다. 카 메이커는 시스템의 명칭이 사람들에게 보내는 메시지를 고려해야만 합니다”라고 말했다.

잦은 탈선

시스템 네이밍에 대한 조사 이전에, 지난해 8월 7일 IIHS는 2017년형 BMW 5시리즈 드라이빙 어시스턴트 플러스, 메르세데스 벤츠 E클래스의 드라이브 파일럿, 2018년형 테슬라 모델 3와 2016년형 모델 S(소프트웨어 버전 8.1과 7.1)의 오토파일럿, 볼보 S90의 파일럿 어시스트(Pilot Assist)의 LKA, ACC 기능에 대한 안전성 연구 결과를 발표했었다. IIHS는 이에 대해 “시스템들 중 어느 것도 모든 상황에서 차선유지와 속도제어를 신뢰할 수 있도록 제어하지 못했다”고 했다.

해당 시스템들은 주행 중 운전자들이 주의력을 유지하도록 요구한다. 주의력에 대한 감지는, 모든 시스템이 스티어링 휠에서 운전자의 손이 감지되지 않으면 운전자에게 경고를 하는 형태다(조사에서 빠져 있는 GM의 수퍼크루즈는 카메라를 이용해 운전자의 시선을 감시하고 경고를 보낸다).
IIHS의 엔지니어들은 LKA와 관련해 다른 차량이 없는 도로 테스트에서 커브, 언덕 구간의 두 가지 상황에 초점을 맞췄다. 또 교통체증 상황에서 시스템이 어떻게 작동하는지 관찰했다. 5가지 시스템 모두는 기본적으로 차선이 명확할 때 차를 차선 중앙에 위치시키는 스티어링 어시스트를 제공하고, 저속으로 주행하거나 앞선 차가 전방 차선 표시에 대한 시스템 시야를 방해할 때에는 선두 차량을 가이드로 사용한다.

커브 테스트를 위해 엔지니어들은 400~600미터 범위의 반지름을 가진 3개의 도로 구간에서 차당 6번의 시험을 실시했다. 결과는 테슬라 모델 3만이 18번의 주행(데이터 소실은 제외) 모두에서 차선 내에 머물렀다. 모델 S도 비슷한 결과를 보였지만, 단 한 번의 테스트에서 과잉보정을 하면서 안쪽 차선을 침범했다.

반면 다른 시스템들은 일정하게 차선 내에 머물 수 있을 만큼 충분한 조향을 제공하지 못했고, 운전자가 커브를 성공적으로 통과하기 위해 추가적인 조향을 하도록 만들었다. 메르세데스 벤츠 E클래스는 17번의 주행 중 9차례 차선 내에 머물렀고 5번은 차선을 벗어났다. 이 시스템은 한 차례 기능이 해제됐는데 이 때에 2개의 선을 넘었다.

BMW 5시리즈는 16번의 시도 중 겨우 3번 차선을 유지했다. 5시리즈는 차선 밖으로 조향하는 것보다 오히려 시스템이 풀릴 가능성이 컸다. S90은 17번 주행 중 9번의 주행에서 차선 내에 머물렀고, 8번 주행에서 차선을 넘어갔다.

언덕과 함께 사라지다

엔지니어들은 도로 표시 감지에 의존해 차선유지를 하는 ADAS가 때때로 언덕에 올라가면 기능이 작동되지 않는다고 말했다. 이에 대한 주행 테스트를 위해 엔지니어들은 각기 다른 슬로프를 가진 3개의 언덕이 포함된 코스를 설계했다. 운전자들은 각 언덕에서 6번의 시운전을 했다.

그 결과, E클래스는 18번의 시험 중 15번 차선 내에 머물렀다. 한 번의 시험에서는 차선이 보이지 않을 때에도 불규칙한 움직임 없이 조향 지원을 지속적으로 제공했다. 모델 3도 한 차례를 제외하고는 모두 차선 내에 머물렀지만 한 차례 차선을 밟았다.
이에 반해, BMW 5시리즈, 테슬라 모델 S, 볼보 S90 등의 결과는 형편없었다. 5시리즈는 주기적으로 차선 쪽으로 또는 차선을 가로질러 주행해 운전자들이 스티어링 휠을 직접 잡고 다시 정상 궤도에 오르도록 만들었다. 또 매우 자주 차 스스로 LKA를 해제했다. 이 차는 14번의 유효 시험 모두에서 차선 내에 머무르지 못했다.

모델 S는 18번의 시험 중 5차례 차선 내에 머물렀다. 언덕에서 모델 S는 차선에서 정확한 위치를 결정할 때까지 좌우로 방향을 바꿔 테스트 드라이버들을 크게 놀라게 했다. 시스템이 스스로 차선 내 중심을 잡으려 했기 때문에 제어권 반환에 대한 경고도 거의 하지 않았다. 차는 주기적으로 인접 차선이나 턱 쪽으로 방향을 틀었다. 운전자들이 잠재적 문제를 피하기 위해 개입했을 때에야 비로서 LKA 시스템을 해제했다. 또 스티어링 어시스트는 운전자가 오토파일럿을 다시 활성화시킨 후에만 재개됐다.
S90은 16번의 시도 중 9번 시도에서 차선 내에 머물렀다. 차는 2번의 시험에서 차선을 넘었고 4번의 시험에서 언덕을 오를 때 조향 지원이 해제됐지만 시스템이 다시 한 번 차선을 감지했을 때엔 기능이 자동으로 활성화됐다.

교통체증 상황에서 일부 차량의 테스트 드라이버들이 지적한 문제는 느리게 움직이는 트래픽에서 운전자가 코스를 유지하려고 했음에도 불구하고 차가 선두 차량을 따라 출구 차선으로 진입하려는 경향이 있었다는 것이었다. 이는 차가 너무 느리게 주행해 차선을 추적할 수 없을 때 LKA가 앞차를 가이드로 활용하기 때문으로, 앞차가 빠져나가면 후행차도 빠져나갈 수 있다고 판단한 것이었다.

정지된 차에 둔감

IIHS의 엔지니어들은 ACC 시스템과 관련해 4가지 트랙 테스트에서 정지된 앞차, 앞차가 차선을 빠져 나갈 때 시스템이 어떻게 가, 감속하는지를 살펴봤다. 첫 테스트는 자동제동 성능을 평가하기 위해 ACC를 끄고 자동제동을 켠 상태에서 시속 50 km(31 mph)의 속도로 정지된 차를 향해 주행하는 것이었다. 이 시험에서는 단 두 대의 테슬라 차량이 정지된 표적에 충돌했다. 또 유사 테스트가 ACC가 활성화된 상태에서 가까운 거리, 중간 거리 및 먼 거리로 앞 차를 따라가는 설정에서 반복됐다. BMW 5 시리즈, 메르세데스 벤츠 E클래스, 모델 3과 모델 S는 타깃과의 충돌을 피하면서 긴급제동과 비교해 더 부드럽고 더 일찍 제동을 전개했다. 차는 0.2~0.3 gs의 비교적 완만한 감속으로 느려졌는데, 이는 거리 설정과 관계없이 동일한 방식으로 작동했다. S90은 자동제동과 유사하게 ACC가 활성화된 다른 모델보다 더 갑작스런 제동을 했다. ACC 테스트에서 S90은 충돌 1.1초 전에 1.1 g의 강력한 제동을 걸었다. 세 번째는 주행 속도가 느려지며 정차하는 앞 차를 따라가다가 다시 가속하는 시나리오였다. 이 테스트에서 모든 ACC 시스템은 부드럽게 감속했다.

4번째 시나리오는 앞 차가 차선을 빠져나간 직후 충돌시간이 4.3초 정도인 고정식팽창 타깃을 만났을 경우였는데 이 때에도 모든 차들이 충돌을 피했다. 다른 ACC 테스트와 유사하게 다른 모델들의 제동은 S90보다 일찍 전개되고 부드러웠다. 이처럼 트랙 테스트에서 5시리즈, E클래스, 테슬라 등은 타깃 차량과의 충돌을 피하기 위해 제동을 했다.
차주의 매뉴얼에는 마주하는 차량이 센서 범위에 들어왔을 때 이미 정지한 상태라면 ACC가 제대로 제동하지 않을 수 있다는 경고가 있었고 이는 사실이었다. 엔지니어들은 모델 3를 제외하고 각 차량들이 전방의 정지된 차량에 응답하지 못한 실제 교통에서의 사례들을 지적했다.

IIHS의 선임연구원 제시카 저마키안(Jessica Jermakian)은 IIHS-HLDI 차량연구센터 인근 U.S. 33 도로에서 있었던 E클래스에 대한 경험을 말했다. 선두 차량이 없는 상태에서 시속 90 km로 ACC와 LKA 기능을 활성화하고 주행하는 도중 E클래스의 시스템이 신호등에 걸린 픽업트럭을 잠깐 감지했지만 곧 이를 잃고 그녀가 브레이크를 밟을 때까지 속도를 유지했다.
저마키안은 “우리는 경고가 없어도 개입할 것을 지시받았지만 다른 실제 운전자들은 경계를 하지 않을 수도 있습니다. ACC 시스템은 운전자가 차량이 항상 하고 있는 것에 주의를 기울이고 수동으로 브레이크를 밟을 준비를 할 것을 요구합니다”라고 말했다.

IIHS의 엔지니어들은 모델 3의 불필요하거나 지나치게 신중한 제동도 지적했다. 290 km를 주행하는 동안 모델 3는 예기치 않게 12번 속도를 늦췄는데, 그 중 7번은 도로의 나무 그림자와 일치했다. 나머지는 다른 차선에서 다가오는 차량 혹은 멀리서 도로를 가로지르는 차 때문이었다.

그녀는 “IIHS가 관찰한 제동 이벤트들은 감속이 부드럽고 짧았기 때문에 차량이 너무 느려지지 않아 위험한 주행상황을 초래하지는 않았지만, 불필요한 제동은 교통량이 많은 경우 충돌 위험을 야기할 수 있고, 이 때문에 기능을 운전자가 사용하지 않게 돼 도로안전성을 향상시킬 기회를 놓칠 수도 있습니다”라고 말했다.

잘못된 사용

현재 차에서 사용할 수 있는 레벨 2 시스템은 특정 유형의 도로에서만 사용하도록 설계됐다. 특정 유형이란 주간 고속도로(interstate)와 프리웨이(freeway)처럼 교차로나 신호등이 없고 보행자로부터 자유로운 도로를 말한다. 이들 시스템은 신호등이나 교차로에 대응하지 못하는데다 ACC 테스트가 지적한 것처럼 정지 차량에 취약하다.

그러나 IIHS와 MIT 에이지랩(AgeLab)의 6월 보고에 따르면, 일부 운전자들은 허락되지 않은 도로에서 이 시스템을 사용하고 있는 것으로 드러났다. 연구는 2016년 8월부터 2018년 1월까지 47명의 지원자를 대상으로 했다. 이중 22명은 ACC가 장착된 랜지로버 이보크를, 25명은 ACC와 LKA를 함께 이용하는 레벨 2 파일럿 어시스트(Pilot Assist) 기능이 장착된 볼보 S90 차를 4주간 몰았다(2017년 5월, S90은 소프트웨어 업그레이드를 받았다).

이보크 운전자의 40%는 고속도로에서 ACC를 사용했다. 소프트웨어 업데이트 전의 S90은 고속도로 마일리지 중 11%를 어댑티브 크루즈 컨트롤만으로 구동했고, 나머지 11%는 레벨 2 파일럿 어시스트 시스템으로 구동했다. 업데이트 후의 수치는 8%와 20%였다.

주목할 사항은 낮은 사용률도 문제지만, 고속도로가 아닌 도로에서의 자동주행 마일리지가 포함된 사실이다. 이보크의 7%, 업그레이드 후 S90의 11%의 마일리지가 비고속도로(non-freeway) 주행에서 이뤄졌다. 운전자마다 차이가 크지만, 심각하게는 일부 이보크 운전자는 주요 간선도로 주행의 41%를 ACC를 켜고 주행했고, 또 다른 S90(업데이트된)의 운전자는 이런 도로의 30%에서 파일럿 어시스트를 사용했다.

IIHS에 따르면, 차량의 매뉴얼은 이들 시스템을 어디서 사용해야 하는지에 대해 모호한 지침을 제공하는 경우가 대부분이다. 일부는 “하이웨이에서 사용(highway use)”이라고만 언급하기도 한다. 이것은 명확하지 않다. 예를 들어 간선도로는 대체로 제한속도가 높고 교차로나 신호등이 없는 흐름이기 때문에 레벨 1, 2 시스템 사용에 적합하지만, 이중 많은 도로들이 교차로나 신호등을 포함하고 있다.

유령 경보

운전자가 자동주행 시스템을 접하는 주요 경험에는 인스트루먼트 패널이 포함된다. 특히 이 디스플레이는 해당 시스템이 교통상황에서 어떻게 반응하는지, 시스템이 일시적으로 비활성화된 때와 같은 정보를 운전자에게 알려주기 때문에 운전자의 기능 사용에 있어 상당히 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 전방 차량이 언덕을 오를 때 차가 레이더에 감지되지 않아 디스플레이에서 사라질 수 있다. 또 도로의 차선 표시가 시스템 카메라에 감지되지 않을 경우 차선이 디스플레이서 사라질 수 있다.

IIHS는 최근 2017년형 메르세데스 벤츠 E클래스와 드라이브 파일럿(Drive Pilot) 시스템의 디스플레이를 통해 운전자들이 이러한 정보를 잘 이해하고 있는지의 여부를 조사했다. E클래스의 디스플레이는 카 메이커의 전형적인 ADAS 디스플레이다.
80명의 지원자들은 E클래스의 운전석에서 운전자의 시각에서 녹화된 비디오를 봤고, ACC와 LKA의 기능 작동상태에 대한 질문을 받았다. 기능이 비활성화된 경우, 참가자들은 왜 그런지 설명하도록 요청받았다. 참가자의 절반은 먼저 이 시스템과 관련된 인스트루먼트 아이콘에 대해 간단히 오리엔테이션 형식으로 훈련을 받았다.

연구에서 많은 참가자들은 특정 핵심 정보를 놓쳤다. 거의 모든 사람들이 ACC가 차량 속도를 조정했거나 또 다른 차량을 감지한 때를 알았지만, 훈련을 받았는지의 여부와 관계없이 대부분 참가자는 애초에 감지 범위 밖에 있었기 때문에 시스템이 전방 차량을 감지하지 못한 경우에 대해서는 어떤 상황이 발생했는지 설명하지 못했다.

훈련을 받지 못한 대부분의 사람들 역시 LKA 기능이 비활성일 때를 판단하기 위해 애썼다. 훈련된 그룹에서는 많은 사람들이 그것을 알아챘지만, 이 그룹에서도 지원자들은 종종 그 시스템이 일시적으로 비활성화된 이유를 설명하지 못했다.
하키 사장은 “만약 레벨 2 시스템이 언덕이나 커브 때문에 전방 차량을 감지하지 못한다면 운전자는 브레이크를 밟을 준비가 돼 있어야 합니다. 마찬가지로 LKA 기능이 차선 문제로 작동하지 않을 때에 스티어링 휠을 제어할 준비를 해야 합니다. 만약 사람들이 이러한 실수가 언제 일어났는지 이해하지 못한다면 카 메이커들은 그들에게 경고하는 더 나은 방법을 찾아야 할 것입니
다”라고 말했다.

일부 시스템은 시각 신호 외에 청각 경보를 사용한다. 그런데 이것은 도움이 될 수도 있지만 운전자들의 짜증을 유발하기도 한다. 다른 옵션이 있다면, 관련 시각 신호를 보다 명확하고 이해하기 쉽게 만드는 것일 것이다. 시스템 자체가 이상적으로 직관적이어야 하겠지만, 딜러의 오리엔테이션도 큰 도움이 될 수 있다. 연구에 따르면 인터페이스별 교육을 통해 운전자는 차선유지에 있어 다양한 변화를 알 수 있고 아이콘을 통해 시스템 상태를 확인할 수 있다.

개선의 여지

IIHS는 ADAS에 대한 평가 시스템을 개발하면서 런트랙, 온로드 테스트를 지속하고 있다.
레이더 부사장은 “IIHS는 기술에 대한 평가 시스템을 고려하고 있지만 결정을 내리기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 고려해야 할 많은 요소 중 하나는 운전자가 모두 확인하지 않고도 얼마나 많은 운전 과제를 안전하게 시스템에게 넘겨줄 수 있는가에 대한 것입니다”라고 말했다.

이 말은 현재 어떤 브랜드의 레벨 2 시스템이 가장 안전하게 구현됐는지 말할 수 있는 단계가 아니라는 것, 어떤 차량도 그 자체로 안전하게 주행할 수 없다는 점을 유의해야 한다는 것, 더욱 심리스한 시스템이 될 수 있도록 개선이 요구된다는 것이다.
데이빗 주비(David Zuby) 수석은 “ADAS 디자이너들은 자동 지원 시스템에 내재된 절충안에 있어 어려움을 겪고 있습니다. 기능을 제한하면 시스템이 너무 초보적이라는 반발이 있을 수 있고, 시스템 능력이 너무 뛰어나면 운전자가 주의를 기울이지 않을 수 있습니다”라고 말했다.