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BMW를 통해서 본 자율주행 기술의 진화

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2017-08-22 16:35:32

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2003년부터 자율주행자동차 기술 개발의 터를 닦아 온 BMW는 2007년 트랙트레이너(Track Trainer)를 소개하며 본격적으로 뛰어 들었다. 자동으로 레이싱 트랙을 주행하며 제동과 가속, 핸들링을 학습하는 것을 말한다. 2009년에는 독일의 뉘르부르크링에서 '고도의 자동화된 주행' 시험 주행을 했다. 2011년에는 미국 캘리포니아에 있는 라구나 세카(Laguna Seca) 트랙에서 시험 주행을 하기도 했다.

 

같은 해 6월 16일에는 독일 뮌헨에서 잉골슈타트까지 약 65km의 아우토반을 완전 자동 주행하는데 성공하기도 했다. 이 주행에서 32회의 차선 변경이 이루어졌으며 속도는 130km/h까지 도달했었다. BMW는 5시리즈를 베이스로 개조한 이 실험차로 아우토반에서 이미 1만 km 이상의 시험 주행을 진행해 왔다. 실험차는 자동 조타기능을 갖추고 차선을 바꾸면서 전방 차량의 추월 등을 실현했다.

 

이런 과정을 거쳐 BMW가 자율주행자동차에 대한 기술을 미디어에 처음 공개한 것은 2013년이었다. 당시 BMW는 '고도의 자동화된 주행(Highly Automated Driving)'이라는 용어를 사용했다. 그때 BMW 는 자율주행차가 실용화되는 데 15년에서 30년 정도가 걸릴 것이라고 했다. 주차장에서 일반도로, 시내주행, 고속도로까지 모두 커버하는데 그 정도의 시간이 필요하다는 얘기이다. 그런 기술적인 문제와 사회적인 합의까지 필요하기 때문이기도 하다.

 

당시 아우토반에서 동승해 본 BMW5시리즈를 베이스로 한 자율주행 시험차는 차선 변경을 비롯해, 앞 차와의 간격 유지, 정체로 인한 감속까지 운전자가 직접 하는 것보다 부드럽게 작동이 됐다. 물론 인터체인지와 톨게이트 등에서는 사람이 운전해야 했다. 이런 장소에 대응하는 자율주행 기능을 실용화하는 데에는 자차 위치의 추정 기술과 표지의 인식 기술 등에 관한 연구가 필요하다.

 

BMW는 자신들만의 자율주행의 로드맵을 분명히 하고 있다. 2021년 출시할 iNext에서는 레벨3를 실용화한다. BMW는 레벨3는 고속도로처럼 일방 통행의 교통환경 아래에서 완전한 자율주행을 실현하고 운전의 책임을 운전자와 분담하는 것이 가능한 기술이라고 정의한다.

 

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자율주행 기술의 단계 구분은 미국의 NHTSA의 5단계보다는 SAE의 6단계를 주로 인용하는 추세다. 레벨0은 운전자가 주행에 필요한 모든 조작을 직접 하는 단계, 레벨1은 한가지 이상의 운행 자동화 (전자식 주행 안정화 컨트롤-Electronic Stability Control 등), 레벨2는 두 가지 이상의 운행 자동화 기능의 결합 (Adapted Cruise Control과 차선 제어 기능의 결합), 레벨3는 특정 조건의 도로에서 차량이 기능을 스스로 제어함, 레벨4는 사람이 탑승하고 있어야 하는 자율주행차, 레벨5는 사람이 탑승하지 않아도 되는 단계를 말한다.

 

이를 좀 더 쉽게 설명하면 레벨1은 가속페달과 브레이크 페달에서 발을 뗄 수 있는 단계를 말한다. 레벨2는 스티어링 휠에서 손을 떼고 레벨3는 전방 주시를 하지 않아도 되며 레벨4는 운전에 전혀 관여를 하지 않으며 레벨5는 운전석에 운전자가 없어도 되는 것을 말한다.

 

지금은 레벨2까지 와 있다는 것이 일반적인 주장이다. 액티브 크루즈 컨트롤과 자동 브레이크, 능동적 차선유지 기능 들을 조합해 손과 발에 의한 조작이 자동화된 상태인 레벨2와 레벨3의 사이에는 기계가 운전을 담당하는 시간이 길고 짧은 차이밖에 없다. 하지만 레벨3에 요구되는 기술적인 요건은 레벨2와 비교할 수 없을 정도로 고도화된다. 예를 들어 센서는 레이더와 카메라, 초음파 센서에 더해 대상물과의 거리를 정확히 계측할 수 있는 레이저 스캐너(LiDAR)가 반드시 필요하다. 레벨3에서는 그런 센서를 조합해 자동차 주의 360도를 빈틈없이 감시해야 한다.

 

자동차 조작계통에 문제가 발생했을 경우에도 정확히 제어할 수 있어야 하기 때문에 브레이크와 스티어링 휠, 전기계통 등은 백업용 명령계통을 확보해 만일의 사태에 대비해야 한다. 레벨2에 필요한 기술은 액티브 크루즈컨트롤과 자동 브레이크 등인데 운전자는 항상 스티어링 휠을 잡고 교통상황을 파악하고 있어야 한다. 요소기술로는 초음파 센서와 서라운드뷰 카메라, 전방 카메라, 레이더, 360도 환경 해석 등이다.

 

레벨3에서는 초음파 센서와 서라운드뷰 카메라, 전방 카메라, 레이더, 레이저 스캐너 등의 센서를 조합해 자동차의 주면 360도를 빈틈없이 감시해야 한다. 또 도로의 구조, 차선, 목표가 되는 건물, 도로표지 등의 정보를 포함한 고정밀 디지털 지도 데이터가 필수다. BMW는 이 지도 데이터를 메르세데스 벤츠 및 아우디와 공동으로 인수한 HERE로부 만들어 낸다.

 

고정밀 디지털 지도 데이터는 이런 기능이 원활하게 이루어지기 위해 필수 조건이다. 레벨3에서는 이 지도 데이터와 GPS신호를 조합하면서 전방의 도로를 파악하고 원활한 자율주행을 실현한다. 여기까지를 정적 지도라 한다. 또 도로 상황은 공사와 정체 등에 따라 시시각각 변하기 때문에 업데이트가 지속적으로 이루어져야만 한다. 운행 중 자동차로부터 만들어지는 빅 데이터를 분석해 갱신한다. 이는 동적 지도다.

 

세계 카 내비게이션용 지도 사업은 HERE와 톰톰(TomTom)에 의한 독과점 상태였다. 최근에는 구글과 우버 등이 거액을 투자하고 있다. 그 중 HERE는 유럽과 미국 자동차의 카 내비게이션 지도 80%를 차지할 정도로 점유율이 높다. HERE가 지도를 공급하지 않으면 글로벌 자동차회사들은 내비게이션을 탑재한 차를 판매할 수가 없다. 특히 HERE의 지도를 많이 사용하고 있는 독일 메이커들은 더욱 그렇다.
 
최근 선보이고 있는 ADAS는 GPS와도 연동이 되고 있다. 그리고 자율주행 시스템의 상용화에 GPS를 빼놓을 수 없다. 보다 정밀한 GPS 및 맵 데이터가 자율주행 상용화의 핵심이라는 의견도 많다. 현재의 GPS 정밀도는 충분치 않다. 자동차 회사들은 자율주행 시스템의 상용화를 위해서는 GPS 오차가 cm 단위까지 좁혀져야 한다고 밝히고 있다. 맥킨지 & Co.는 2020년이 되면 자동차용 맵 데이터 시장이 1,800억 유로까지 늘어날 것으로 전망했다. 이는 현재의 6배에 해당하는 것이다.

 

고정밀 디지털 지도를 활용하기 위해서는 자동차와 데이터를 집적하는 센터간에 고속통신을 하게 되는데 이는 SK텔레콤이 BMW와 자율주행차 개발을 위한 협업 발표를 통해 소개된 5G로 대응이 가능하다고 한다. 5G 기술에 대해서는 일본의 NTT도코모가 실증실험을 하는 등 많은 업체들이 뛰어 들고 있다. 5G가 만능이 될지 아니면 오늘날처럼 버그가 발생할 지에 대해서는 아직까지 실증 데이터는 없지만 통신업계는 5G시스템의 실용화를 위해 많은 공을 들이고 있다.

 

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BMW는 2021년 출시를 목표로 iNext의 전 단계로 7시리즈를 베이스로 하는 레벨3의 자율주행기술을 지난 6월 미디어에 공개했다.

 

지금 단계에서는 예를 들어 추월을 하고자 하면 운전자가 방향지시등을 조작하면 작동하는 수준이다. 이런 기술은 BMW 5시리즈와 메르세데스 벤츠 E클래스 등에도 채용되어 있다. 운전자가 방향지시등을 조작하지 않아도 목적지를 설정하면 자동차가 스스로 차선을 변경할 수 있는 기능도 곧 완성될 것이라고 한다. 폐쇄된 공간에서는 레벨4의 주행도 가능하다고 한다.

 

2013년에도 아우토반에서 실험주행을 했고 지금도 하고 있지만 그 때와 지금의 차이는 고도화 또는 세밀화 수준이라고 할 수 있다. 여전히 고도의 자동화된 기능 단계이지만 실행 능력이 크게 발전했다고 할 수 있다.

 

BMW가 말하는 고도의 자동화된 주행(Highly Automated Driving) 은 완전 자동 주행의 전 단계를 말하는 것으로 운전자가 모니터를 지속적으로 주시하지 않아도 되는 단계다. 이것이 완전 자동주행과 다른 점은 인간의 장점을 사용한다는 것이다. 예측 가능하고 도적적인 결정을 할 수 있는 인간의 의지가 일부 개입한다는 것이다.

BMW의 비상 정지 기능은 운전자가 갑작스럽게 몸에 이상이 발생했을 때, 다시 말해 자동차를 통제할 수 없게 됐을 때 자동으로 자동차를 갓길로 이동하고 콜 센터에 연결해 준다. 이미 실용화되어 사용되고 있는 핫 라인을 통해 가능하다. 운전자의 개입이 전혀 없다.

 

고도의 자동화된 주행은 차선 유지부터, 추월, 교통체증에의 대응, 교통법규 준수, 일정속도 커버(0-130km/h), 그리고 적절한 상황에서 운전자의 개입없이 자동차가 모든 작동을 제어하는 것 등이 포함된다. 이를 위해서는 주변 환경을 인식할 수 있어야 하고 자차 위치의 추적이 가능한 디지털 맵 기술, 추월을 할 것인지에 대한 주행 전략, 그리고 전반적인 제어 기술등이 완벽하게 구현되어야 한다. 이것이 완전히 구현됐을 때 우선 고속도로에서의 자율 주행이 가능해진다.

 

자동차업체들이 우선 고속도로에서의 자율 주행에 포인트를 두고 있는 것은 교통 상황 예측이 쉽다는 점이 우선이다. 그리고 대부분 장거리 운전이기 때문에 운전자들이 피로를 느낄 수 있고 그 때 자율주행 기술의 필요성이 대두된다는 것이다. 이미 ACC 등으로 기술적인 문제는 없다. 물론 중앙분리대가 있는 고속도로에서만 가능하다. 차선 확인이 분명해야 한다는 전제도 포함된다.

 

다음 단계는 인터체인지와 톨게이트 등을 포함해 고속도로 전체를 커버하는 것이다. 그리고 최종형이 주차장부터 일반도로를 포함한 거의 모든 환경에 대응하는 자율주행기술이다. 그러니까 고속에서는 가능하지만 저속에서는 아직까지 기술적으로 해결해야 할 문제가 많다는 것이다. 도로 상의 차선의 상태 등도 포함된다. 

 

글 : 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

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