캐딜락, 메르세데스 벤츠 GLE와 같은 몇몇 레벨 2 시스템들이 자동 차선변경을 실행할 수 있지만, IIHS의 연구진들은 이 기능을 활성화하지 말 것을 권고한다.  


IIHS는 첨단 운전자 지원 시스템의 안전성 확보와 관련해 다양한 연구를 통해 사용자들이 도로에서 일어나는 일에 지속적으로 집중할 수 있도록 하는 방법에 대한 권고사항을 발표했다. 자동차선 변경, 레인 센터링, 운전자 모니터링과 관련한 모든 권고사항이 적용돼야만 안전성을 확보할 수 있을 것이라고 강조했다. 

글｜한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr

 

 

첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)에서 자동 차선변경과 추월 기능을 빼라!

3월, 미 고속도로안전보험협회(IIHS)는 부분 자율주행 시스템(레벨 2, ADAS)의 설계에 관한 연구 기반 ‘안전 권고안(Addressing driver disengagement and system misuse: human factors recommendations for Level 2 driving automation design)’을 발표했다. 핵심은 자동화된 차가 더 많은 주행 태스크를 수행하더라도 운전자가 항상 도로에 집중하고 이를 유지할 수 있도록 만들라는 것이다.

IIHS의 연구진은 레벨 2 자율주행 시스템은 여전히 운전자가 주행 태스크에 항상 관계돼야 하는 불완전한 시스템이어 운전자 참여(engagement)를 강력히 모니터링할 수 있는 방법과 운전자의 주의력이 흐트러졌을 때 이를 신속히 되돌릴 수 있는 효과적인 방법의 모색을 강조했다. 또 시스템 설계에서 ‘공유 제어’의 원칙에 기초해, 안전하지 않은 도로와 조건에서 시스템이 사용되는 것을 방지하는 ‘빌트인 리미트’를 가져야 한다고 했다.

예를 들어, 공유 제어 철학의 일환으로서, 레벨 2 ADAS 시스템은 운전자가 입력하지 않은 차선변경을 시도하거나 다른 차량을 추월해서는 안 된다. 또한 레인 센터링(lane centering) 기능이 활성화된 경우에도 운전자의 조향 입력에 반응해야만 한다.

IIHS의 데이빗 하키(David Harkey) 사장은 “불행하게도 자동화가 정교하고 신뢰할 수 있게 될수록 운전자들은 차가 하는 것에 집중하기 어렵게 된다”며 “운전자들이 적극적으로 참여하도록 시스템을 설계해야 한다”고 말했다.

불안전한 시스템

레벨 2 자율주행 시스템은 가속, 제동, 조향을 지속적으로 제어해 전방 차량으로부터 선택된 추종거리를 유지하면서 차량이 차선 중앙에서 정해진 속도로 주행하도록 한다. 테슬라의 오토파일럿이나 캐딜락의 슈퍼크루즈, 메르세데스 벤츠의 드라이브 파일럿 등이 대표적이다. 이런  시스템은 운전자에게 시스템이 처리할 수 없는 상황에 대비해 경계를 늦추지 말고 언제든 개입할 준비를 하도록 요구한다.

하지만, IIHS는 이같은 제한에도 불구하고, 일부 설계는 운전자의 적극적인 운전 참여를 보장하기 위한 강력한 방법이 결여된 상태이며, 운전자가 시스템에 지나치게 의존하는 것을 너무 쉽게 허용한고 지적했다.

이미 몇몇 카 메이커는 자동화된 차선변경 기능을 제공하고 있고, 경쟁 메이커들 또한 이런 기능을 넣겠다는 계획을 잇달아 발표하고 있다. 하지만, IIHS는 대부분의 시스템이 단지 스티어링 휠에 대한 운전자의 핸드온(hands-on) 여부로만 주의력을 판단하고 있다고 경고했다. 또 일부 시스템은 레인 센터링 지원 기능이 활성화되면 주행에서 운전자의 능동적인 제어 공유를 막는 것으로 나타났다고 덫붙였다. 

운행설계 범위(ODD)와 관련해서는, 미국에서 오직 캐딜락의 슈퍼크루즈 시스템만이 GPS를 이용해 엔지니어들이 다룰 수 있다고 믿는 특정 고속도로에 국한해 이런 기능의 사용을 허용하고 있다. 하지만 슈퍼크루즈는 운전자의 핸드온을 요구하지 않고 카메라를 이용해 운전자가 어디를 주시하고 있는지를 모니터링해 경고하는 식이어, IIHS는 슈퍼크루즈도 모든 권고사항을 충족하지 못한다며 멀티 모드를 통해 운전자 주의력을 모니터해야한다고 지적했다.

‘IIHS 권고(IIHS recommendations)’의 수석 저자인 안렉산드라 뮬러(Alexandra Mueller) 연구원은 “이런 시스템은 엔지니어링의 놀라운 업적이지만 모두가 같은 문제로 고통받고 있다”며 “운전하는 사람의 행동을 충분히 설명하지 못한다”고 잘라 말했다.

자동 차선변경 추월 빼라 
 
레벨 2 시스템에 대한 과한 신뢰도 유사한 문제다. IIHS의 조사에 따르면, 많은 소비자들이 레벨 2 시스템을 사실상의 자율주행이라고 생각하고 있다(New studies highlight driver confusion about automated systems, 2019. 6. 20). 또한, 운전자가 부분 자동화의 한계를 이해하고 의식적으로 도로에 계속 집중할 때에도 문제는 사라지지 않는다. 자동화가 정교하고 신뢰할 수 있는 수준이 될수록 운전자의 경계를 유지시키기 힘들다는 것이다.

눈 깜빡임의 빈도가 늘고 속도가 느려지면서 피로도는 높아진다. 운전자의 마음은 방황하기 쉬워진다. 운전자가 항상 도로와 시스템 동작을 감독해 완벽하게 제어해야하지만 이러한 레벨 2 시스템이 지원을 제공할 때에는 운전하는데 드는 노력이 줄 수밖에 없다. 연구 결과에 따르면 문자나 이메일 확인과 같은 다른 일을 하려는 유혹이 커진다.

최근까지 이슈가 됐던 치명적인 충돌사고는 이같은 문제가 얼마나 위험할 수 있는지를 잘 보여준다. 거의 대부분 레벨 2 시스템은 언덕이나 커브와 같은 흔한 상황에서 도로를 따라가지 못할 수 있다. 예를 들어, 테슬라의 ‘오토파일럿’ 시스템과 관련된 치명적인 사고를 살펴보면, 테슬라 모델 X는 출구 램프에서 차선을 제대로 감지하지 못하고 고속도로 분리대와 충돌했으며 숨진 운전자는 그동안 스마트폰으로 게임을 하고 있었다(2018.년 8. 7). NTSB(National Transportation Safety Board)는 오토파일럿 시스템의 한계, 운전자의 기술 과신과 주의력 결핍으로 결론내렸고, 운전자 모니터링 시스템 표준 개발 등을 요구했다.

IIHS는 이에 따라 새로운 가이드라인을 개발했다. IIHS의 연구원들은 수십 개의 학술연구를 검토해 제조업체를 대상으로 사용자들이 도로에서 일어나는 일에 지속적으로 집중할 수 있는 방법에 대한 일련의 권고사항을 개발했다. 특히, IIHS는 관련 권고사항 모두가 적용돼야 한다고 강조했다. 일부는 적용하고, 다른 일부는 적용하지 않는다면 시스템을 더 위험하게 만들 수 있다고 경고했다.

몇몇 권고들은 기술이 보통 사람이 수행하는 특정한 태스크를 수행할 수 있다고 해서 그것이 그렇게 해야 한다는 것을 의미하지는 않는다는 생각에 기초한다. 저자들은 특히, 자동 차선변경과 추월을 지적한다.

현재 BMW, 메르세데스 벤츠, 테슬라가 제공하는 레벨 2 시스템은 운전자가 방향지시등으로 기능을 작동시키면 자동으로 차선을 변경할 수 있다. 테슬라의 시스템은 더 나아가 사전에 매핑된 구역에서는 오토파일럿의 내비게이트가 운전자의 조작 결정 없이 차선을 변경하고 고속도로를 빠져나갈 수 있게 한다. 한편 캐딜락은 2021년 슈퍼크루즈를 업데이트할 때 이 시스템이 운전자의 손길 없이 자동으로 차선을 바꿀 것이라고 말하고 있다.

하지만, IIHS는 시스템이 대부분의 상황에서 이같은 기동을 안전하게 수행할 수 있다고 하더라도, 차선변경과 추월에서 운전자의 역할이 단지 레버를 튕기는 것으로 줄어든다면, 운전자는 도로에서 무슨 일이 발생하고 있는지 추적할 수 없게 될 것이라고 경고했다. 경계심이 느슨해진다는 것은, 운전자가 사용 설명서에서 지시한 대로 옆 차선이 비어 있는지 확인하지 않고 자동 절차를 개시하게 된다는 의미다.



레인 센터링 지원 시나리오와 권고: 운전자의 조향 입력, 차선이탈 위험성, 도로에 대한 운전자의 주의력에 따라 횡방향 제어 지원 정도가 달라지는 레인 센터링 기능을 통한 ‘공유 햅틱 제어’가 가능해야 한다.
 

레인 센터링과 공유 제어 
 

뮬러와 공동저자는 보다 광범위하게, 차량이 차선의 중심에 있도록 도와주는 레인 센터링 조향 시스템이 운전부주의 방지를 위한 또 다른 사전 조치로서 운전자와 제어권을 공유하도록 설계돼야 한다고 말했다.

IIHS는 현재 레벨 2 시스템 중 이같은 설계 철학을 갖고 있는 시스템이 거의 없다고 봤다. 테슬라의 오토파일럿은 운전자가 경미한 조향 조정을 할 때 차선 중심 기능을 취소함으로써 능동적인 운전자 참여를 막는다. 또 다른 시스템들은 안전 위험이 없는 경우에도 운전자의 조향 조정에 저항한다.
IIHS는 레인 센터링 시스템은 기능을 끄지 않으면서도 운전자가 조향 조정을 할 수 있도록 설계돼야 한다고 권고했다. 또 차량이 차선 내 중앙 부근의 안전한 위치에 있을 때, 스티어링 휠이 최소한의 피드백을 제공해야 하며, 차가 도로의 가장자리나 점유된 인접 차선으로 흐를 경우에는 보다 지속적인 지원을 제공해야 한다고 했다.

이러한 유형의 설계가 이뤄진다면 이차적인 이점을 가질 수 있다.
하키 사장은 “특히 운전자들은 커브 길을 가고 다른 도전적인 기동을 할 때 입력과 다투지 않는 시스템에 더 편안함을 느낀다”고 말했다.

주의력 경고 및 안전 정지까지의 절차 권고     


멀티 운전자 모니터링 
 

이런 조치와 함께 연구원들은 운전자가 주의를 기울이고 있는지 여부를 모니터링하고 집중력이 사라질 때 운전자를 재결합시키는 보다 강력한 방법을 마련해야 한다고 했다.

현재 이용 가능한 시스템들은 운전자가 스티어링 휠 위에 손을 얹고 있을 때 주의를 기울이고 있다고 가정하거나, 운전자를 보는 카메라를 이용해 머리가 도로 쪽을 향하는지 여부를 통해 판단하지만, IIHS는 모두 다 안전하지 않다고 했다. 연구진은 카메라, 스티어링 휠의 수동 조정과 같은 측정들, 운전자가 주의력 경고에 반응하는 속도 등 다양한 모니터링 방법을 동원해 측정할 것을 권고했다.

운전자 모니터링 시스템은 운전자의 주의력 저하를 감지할 때 일련의 증가하는 경고를 발동해야 한다. 첫 번째 경고는 간단한 시각적 알림이어야 한다. 그런 후 운전자가 신속하게 응답하지 않으면, 시스템은 시트 진동과 같은 촉각, 청각, 물리적 경고와 더욱 긴급한 시각 메시지를 추가해야 한다. 그런 다음에는 세 가지 유형의 경고 모두를 발동해야 한다. 이같은 절차를 통해 각 경고의 긴급성이 고조돼야만 한다. 그래도 운전자가 경고에 응답하지 않으면, 시스템은 앞 차와의 거리를 멀리하고 자동 제동을 통해 무시하기 어려운 경고를 제공해야 한다.

IIHS는 운전자가 여전히 응답하지 않는 경우엔, 시스템이 스스로 비상등을 전개하고 차를 노견으로 이동시킬 수 있는 시스템 설계를 통해 차가 정차할 때까지 안전하고 천천히 움직여 멈출 수 있어야 한다고 했다. 이 때 운전자는 스로틀이나 브레이크 페달, 스티어링 제어를 재개해 언제든지 안전 정지 절차를 중단할 수 있어야 한다. 또 정지 절차가 시작됐거나 최대 주의력 경보에 도달했을 때에는 다른 레벨 2 시스템에 액세스할 수 없게 차단돼야 한다.

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■ 운전자 이탈 및 오사용 최소화 위한 설계 철학 권고사항 
 

▶운전자 모니터링
- 운전자 모니터링은 운전자 이탈 감지를 위해, 최고의 정확도와 신뢰성을 위해 직접 및 간접적인 방법 모두를 사용해야 한다.
- 직접적인 방법은 눈의 시선(glance), 눈꺼풀, 깜박임, 머리 방향을 포함한다.
- 간접적인 방법은 스티어링 휠 입력, 차선이탈 빈도, 스타트 이후 점화 사이클 지속시간, 운전자의 경고 반응시간 등이 있다.
▶주의력 경고 및 불응 대응 절차
- 주의력 경고는 메시지의 긴급성이 점진적으로 높아져야 하고, 운전자가 응답하지 않을 때 경고에 사용되는 모달리티 수를 증가시켜야 한다.
- 시각-전용 경고는 간단한 초기 단계에서 사용해야한다. 다음 단계에는 듀얼모달 경고, 바람직하게는 시각과 시트 촉각이 포함돼야한다.
  그런 다음 트라이모달 경고(시각, 촉각, 청각)로 높여야 한다.
- 모든 非시각적 경고에는 설명을 위한 시각 메시지가 수반돼야 한다. 非시각적 경고는 각 경고 유형마다 고유해야한다.
- 지속적이거나 반복적인 불응 상태의 경우엔 펄스 브레이킹, 안전 정지, 그리고 다음의 점화 사이클까지 레벨 2 시스템을 록아웃해야 한다.
- 운전자가 주의력 경고 또는 단계적 확대 절차를 비활성화하거나 수정하도록 허용해서는 안 된다. 운전자의 참여를 유지하기 위한 사전 예방적 전략

▶운전자 참여 유지 위한 전략
- 운전자 조향 입력, 차선이탈 위험성, 도로에 대한 운전자 주의력에 따라 횡방향 제어 지원 정도를 달리하는 레인 센터링 기능 통한 공유 햅틱 제어.
- 운전자의 스티어링 입력이 스탠바이 모드 없이 레인 센터링 시스템 입력보다 앞설 수 있게 해라.
- 부분 자동화 시스템이 차선변경 및 추월 기능을 자동화하는 것을 금지하라.
▶ODD
- 레벨 2 시스템의 ODD는 명확하게 정의돼 운전자에게 전달돼야 한다.
- 운전자는 ODD 내에서만 시스템을 사용할 수 있어야 한다.

 

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