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[오토저널] 자율주행차량의 양산 이슈

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-11-22 06:57:50

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최근 자동차 관련 뉴스에 가장 빈번하게 거론되는 키워드는 ‘자율주행’이다. 이제 자동차를 운전하지 않는 사람들도 자율주행차량이 무엇인지 알 수 있을 정도로 대중화된 단어이다. 실제로 필자가 자율주행 관련된 연구를 한다는 것을 알고 언제쯤 자율주행 차량을 살 수 있느냐며 묻는 이들도 많다. 최근 양산되는 자동차에 ‘반자율주행’ ‘Level 3 자율주행 기능’ 등 다양한 표현으로 자율주행 관련 기능을 홍보하고 있다. 과연 이러한 기능들이 일반인들이 생각하는 자율주행 차량과 동일할까? 로봇 기술처럼 아직 우리 눈높이에 맞는 자율주행기술이 시장에 나오지 않았다면 그 이유는 무엇일까?

 

본 고에서는 자율주행 차량의 현재 기술 수준을 점검하고 앞으로 출시될 자율주행 차량의 양산을 위한 다양한 이슈들을 짚어보고자 한다.

 


자율주행 차량의 현재 수준


자율주행차량 기술은 2004년 DARPA대회를 시점으로 급격하게 발전하였다. 2004년도 대회의 수준은 240km 거리의 사막을 운전자 없이 차량 스스로 주행하는 것이었다. 당해년도 대회에서는 완주한 차량이 단 한 대도 없었지만 다음해인 2005년 대회에서는 5대의 차량이 7시간 이내의 성적으로 완주하며 자율주행 차량 기술 시대를 알렸다. 이후 2007년에는 교차로, 터널 등 도심 환경에서 자율주행 차량들이 사고 없이 주행 가능한지 겨루는 대회가 열렸다. 자율주행차량 프로그램에 교통 법규를 입력하여 마치 사람처럼 무사히 주행하는데 성공하였다. 그러나 그 당시의 차량들은 값비싼 센서들로 무장한 차량이었다. 당연히 일반 차량과는 매우 다른 모습이었으며 차량 가격보다 센서들의 가격이 10배 더 비싼 경우가 대부분이었다.

 

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이후 2009년 구글에서는 도심을 주행하는 자율주행 차량을 선보였으며 벤츠, 아우디, 도요타, GM 등도 자사의 자율주행 차량 기술을 데모 시연하고 언론 매체를 통해 홍보하였다.

 

자율주행 차량의 수준을 논하기 위해서는 먼저, 자율주행 차량의 레벨에 대한 정의가 필요하다. 미국, 유럽 등에서 제안한 다양한 기준이 존재하지만 최근에는 SAE에서 정의한 자율주행 레벨을 주로 사용한다. SAE 자율주행 레벨은 0~5까지 6단계로 이루어지며 0단계는 자율주행 기능이 전혀 없는 수준이고 5단계는 사람이 필요 없는 완전 자율주행 수준을 의미한다.

 

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현재 시장에 판매되고 있는 부분 자율주행 기능들은 대부분 레벨2 단계의 수준이다. 레벨 2단계란 자율주행 기능들이 2가지 이상 통합된 단계로 현대자동차의 HDA Highway Driving Assist) 기능이 이에 해당한다. HDA는 고속도로에서 사용 가능하며 자동으로 차간 거리를 유지해주고 차선 가운데로 주행하도록 스티어링 휠을 제어해 준다. 즉, 고속도로에서 차선 변경을 하지 않는 한, 차량이 스스로 운전 가능하다는 것이다. 그러나 레벨2 기능은 최종 제어의 주체는 항상 인간이며 시스템은 언제든지 오작동/미작동 가능성이 있다. 따라서, 운전자는 실제 운전을 하지 않더라도 항상 전방을 주시하고 스티어링 휠에 손을 올려놓아야 한다. 즉, 언제든지 본인이 운전 제어권을 차량으로부터 받아올 수 있는 준비를 해야 한다. 이를 전문용어로 Take-over라고 한다. 레벨3는 조건부 자동화로서 정해진 조건에서만 일시적으로 자율주행이 가능하다.

 

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레벨3까지는 최종 제어의 주체가 인간이며 레벨 4부터 실제 차량이 모든 것을 제어하게 된다. 따라서, 레벨3과 레벨4는 한 단계 차이이지만, 실제로 기술 격차는 매우 크다. 즉, 우리가 일반적으로 생각하는 자율주행 차량은 레벨4부터라고 볼 수 있는 것이다. 레벨4부터 자율주행 중에 운전자가 잠을 자거나 장기간 다른 행동을 하는 것이 허용되기 때문이다. 최근 OEM과 레벨3의 Take-over 시간을 논의하는 회의에서 4초라는 시간이 이슈가 되었다. 법률을 제정하는 쪽에서는 Take-over 시간을 늘리기를 원하고 차량 제조사는 시간을 줄이기를 원했기 때문이다.

 

정리하자면, 현재 마켓에 나와있는 자율주행 기능들은 대부분 레벨2 수준에 있다고 판단할 수 있다. 2017년 10월에 양산된 AUDI A8의 Traffic Jam Pilot 기능이 세계 최초 레벨3 단계 기능이라고 홍보하고 있는데 실제 테스트 결과와 기능 제약 사항들을 면밀히 확인해 볼 필요가 있다. 레벨에 따라서 운전자가 취해야 할 행동의 차이가 명확하고 이는 곧 안전과 직결되는 문제이기 때문이다. 다만, 세계 최초로 다채널 Lidar 센서를 전방 범퍼에 매립하여 양산했기 때문에 귀추가 주목된다. 최근 우버, Ford, GM, 현대자동차 등이 실도로 자율주행 데모 시연을 보여주고 있으며 레벨4를 목표로 기술 개발을 활발히 진행하고 있다. 대부분 OEM에서 레벨4 기준으로 고속도로 환경은 2020년 초중반, 도심 환경은 2030년 초중반을 양산 타겟으로 개발하고 있는 상황이다.

 

 

양산을 위한 핵심 이슈


자율주행 차량의 대량 생산을 위해서는 가장 먼저 해결되어야 할 것이 Lidar 센서의 가격 하락이다. 물론, 벤츠와 테슬라와 같이 Lidar 센서를 배제하고서 자율주행을 개발하고 있는 회사도 있으나 대부분의 자율주행 개발회사에서 가장 중요한 센서로 꼽는 것이 바로 Lidar 센서이다. 주행 시, 수평/수직으로 매우 조밀하게 레이저 빔을 쏘고 받아 물체와의 거리를 정밀하게 출력해주기 때문이다. 또한 물체의 형상 정보까지 받을 수 있어 자율주행 개발에 광범위하게 사용되고 있다. Lidar센서 세계 최고 점유율을 가진 벨로다인사의 회전형 센서들은 내구성에 문제가 있다고 여겨지거나 차량 루프 위에 장착할 시 디자인을 해치기 때문에 차량 OEM들에서는 기피하고 있는 실정이다. 대신 범퍼에 장착 가능한 Lidar 센서가 주목을 받고 있다. 최근 AUDI A8 차량이 전세계 최초로 Lidar 센서를 전방 범퍼에 장착한 상태로 양산하여 큰 기대를 받고 있다. 기존 Lidar 센서는 개발용 샘플이 수천만원을 넘어서고 있는 실정이며 대량 생산을 위해서는 수십만원 이하로 가격이 감소해야 양산성이 나올 전망이다. 또한 회전형 모터를 내/외부에 장착해야 하는 구조로는 내구성을 담보할 수 없기에 Radar 센서처럼 회전체가 없는 Solid state lidar의 개발도 주목을 받고 있다.

 

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양산을 위해 아무리 강조되어도 지나치지 않는 것은 바로 Fail/Safe 기능이다. 즉, 고장시 또는 자율주행 차량이 정상작동하지 않는 순간에 차량이 어떻게 대처할 것이냐 하는 사항이다. 테슬라 Autopilot를 사용하던 운전자가 사망하는 사고가 일어나고 최근에는 우버의 자율주행 차량이 도심에서 보행자와 충돌 사망사고를 일으키는 등 인명 사고가 자율주행 차량에 의해 일어나고 있다. 현재 양산되고 있는 레벨2 정도의 시스템들은 매우 단순한 Fail/Safe 기능을 가지고 있다. 현대자동차 제네시스 G80 모델에 장착된 HDA 기능을 예로 들면 자율주행기능이 수행되는 도중에 차선이 인식되지 않는 상태가 지속되면 차량은 운전자에게 시스템이 이상인 것을 시각 및 청각 경보로 알리고 시스템을 자동으로 해제시킨다. 즉, 운전자에게 앞으로의 상황 대처를 전적으로 맡기는 것이다. 실제로 시스템을 사용하다보면 해당 시스템이 자동으로 꺼졌을 때 운전자가 명확히 인지하지 못하는 경우도 있기에 매우 위험한 상황이 발생 가능하다.

 

양산된 모델중에 가장 적극적인 Fail/Safe 기능을 장착한 것이 벤츠의 모델 S이다. 이 모델에서는 자율주행기능을 사용 중에 운전자가 핸들을 일정 시간 이상 잡고 있지 않으면 처음에는 HDA와 마찬가지로 시각, 청각 경보를 사용하여 운전자에게 알람을 준다. 그러나 운전자가 반응하지 않으면 차량 스스로 운전자에게 문제가 있다고 판단하여 차선을 유지한채로 서서히 감속하여 최종적으로 현재 차로에서 완전 정차한다. 그 이후로 e-call을 통해 응급구조대에 연락까지 가능하다.

 

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현재 각국의 정책에서 자율주행 기능 양산을 위해 제조사에서 MRM(Minimum Risk Management)기능 추가를 권고하고 있다. 특히, 레벨4부터는 최종 제어 책임이 차량에게 있기 때문에 센서 및 엑추에이터 고장 시, 어떠한 Fail/Safe 전략을 가져갈 지가 매우 중요한 이슈가 되고 있다.

 

자율주행 차량은 카메라, Lidar 센서 등 많은 수의 센서들이 외부 환경에 노출되어 있다. 즉, 이 센서들은 앞이 가로막혀 있으면 바로 앞에 있는 정보외에는 출력이 불가능한 것이다. 현재 개발하고 있는 자율주행 차량들은 도심 환경의 경우 적어도 카메라 4개 이상, Lidar 2개 이상을 장착하고 있기에 센서의 클리닝 문제가 이슈화되고 있다. Lidar 센서의 경우 외부에 노출되어 있는 면적이 매우 넓기 때문에 오염에 대한 가능성도 매우 높다. 따라서, 최근에는 카메라 및 Lidar 센서의 표면 세척에 대한 연구 및 제품들이 많이 소개되고 있다. 일시적인 세척은 가능하지만 벌레가 센서 표면에 붙어서 잘 떨어지지 않거나 겨울철 주행 시 센서 표면에 성애가 발생할 위험성이 있기 때문이다. 현재까지 이러한 문제에 대한 명쾌한 해결책은 없다.

 

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얼마전 기사에는 자율주행차량이 자동 세차에 매우 취약할 것이라는 기사가 개제되어 큰 관심을 불러일으킨 적이 있다. 자동 세차시에 범퍼나 차량 외부에 장착된 센서들에 영향을 주게 되어 자율주행이 불가능해 질 수도 있다는 우려섞인 기사였다. 이러한 센서 돌출에 대해서는 폭스바겐의 경우 자율주행시에만 Lidar 센서가 돌출되도록 하는 컨셉 차량을 CES에 전시하였으며 매우 좋은 반응을 얻었다.

 

 

향후 전망


자율주행차량은 우리의 삶과 매우 밀접한 기술이기에 많은 언론과 다양한 분야에서 관심을 받고 있다. 인간을 운전이라는 노동에서 해방시켜줄 수 있는 자율주행은 최근 매우 급속한 속도로 발전하고 있으며 2030년 경에는 완전 자율주행 기능이 시장에 나올 것으로 기대하고 있다.

 

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본 고에서 지적한 바와 같이 현재의 자율주행 제품은 레벨 2~3사이에 위치해 있고 양산을 위해서는 센서 가격의 하락, Fail/Safe 문제, 센서 돌출 문제 등의 다양한 장벽이 있다. 본 고에서 지면상 언급하지 못한 정밀 지도 관리의 문제, 기존 차량과의 혼합주행 문제, 법적, 윤리적 이슈 등 많은 문제들이 산재해 있다. 그러나 이러한 장벽들이 있다고 두 손 놓고 누군가 해결해주길 기다릴 수는 없다. 각국마다 자율주행 기술 선점에 사활을 걸고 모든 정책, 예산 등을 집중하고 있기 때문이다. 다행이 우리나라에서도 여러 분야에서 자율주행 기술에 관심을 가지고 다양한 논의가 이루어지고 있다.

 

최근에는 실도로 시연이 많아지면서 실제 환경에서의 다양한 문제들이 이슈화되고 있다. 앞으로는 소수의 차량보다는 수십~수백대 규모의 시범 주행을 통해 양산을 위한 문제점과 그에 따른 대비책을 확인해야 하며 각 분야의 전문가들과 함께 사회 전반적인 논의가 필요하다. 교통사고의 위험과 피곤한 장거리, 시내운전에서 사람들을 자유롭게 해줄 자율주행 양산 대중화 시대가 하루빨리 오기를 기대한다.

 

글 / 유병용 (경일대학교)
출처 / 오토저널 18년 5월호 (http://www.ksae.org) 
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