자율 주행 자동차

자율 주행 자동차

자율 주행 자동차란 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차를 말한다. 

자율 주행의 개념은 1960년대에 벤츠를 중심으로 제안되었고 1970년대 중후반부터 초보적인 수준의 연구가 시작되었다. 초기에는 아무런 장애 요소가 없는 시험 주행장에서 중앙선이나 차선을 넘지 않는 수준이었으나, 1990년대에 들어 컴퓨터의 판단 기술 분야가 크게 발전하면서 장애물이 개입되는 자율주행 분야가 본격적으로 연구되기 시작하였다.

 

한국에서도 1990년대 후반부터 국책 교통연구 기관과 고려대학교 한민홍 연구팀을 중심으로 본격적인 연구에 돌입했으며, 잘 알려 있지는 않지만 2000년대 초반 이미 경기도 고양시와 파주시의 자유로에서의 자율 주행 기술을 상당 수준으로 완성하는 데 성공했다. 이 시스템은 교통연구원에서 개발한 것인데 현재의 자율주행 시스템처럼 임의의 경로로 다닐 수 있는 것이 아니고 자유로 내에서 정해진 진출입로를 오가는 시스템이었다. 이 시스템은 2대의 컴퓨터를 활용하는데 한대는 교통 환경에 대한 정보를 수집, 판단해 주행을 통제하고 다른 한 대는 주행에 대한 정보를 받아 차량의 운행을 통제하는 것이었다.

 

2010년대에는 딥러닝을 이용한 자율주행 기술 연구가 급진전되어 상용차에 제한적으로 탑재되고 있다. 2012년 발표된 IEEE의 보고서에 의하면 2040년에는 전 세계의 차량의 약 75%가 자율 주행 자동차로 전환될 것으로 예상된다.

자율 주행 기술 6단계

 -> 0 ~ 2단계 : 사람이 주행환경을 모니터링 함

- Level 0

특징 : 비 자동 (No Automation)

운전자가 전적으로 모든 조작을 제어하고 모든 동적 주행을 조장하는 단계

 

- Level 1

특징 : 운정자 지원 (Driver Assistance)

자동차가 조향 지원 시스템 또는 가속/감속 지원 시스템에 의해 실행되지만 사람이 자동차의 동적 주행에 대한 모든 기능을 수행하는 단계

 

- Level 2

특징 : 부분 자동화 (Partial Automation)

자동차가 조향 지원 시스템 또는 가속/감속 지원 시스템에 의해 실행되지만 주행 환경의 모니터링은 사람이 하며 안전 운전 책임도 운전자가 부담

 

-> 3 ~ 5 단계 : 자율 주행 시스템이 주행환경을 모니터링함

 

- Level 3

특징 : 조건부 자동화 (Conditional Automation)

시스템이 운전 조작의 모든 측면을 제어하지만, 시스템이 운전자의 개입을 요청하면 운전자가 적절하게 자동차를 제어해야 하며 그에 따른 책임도 운전자가 보유

 

- Level 4

특징 : 고동 자동화 (High Automation)

주행에 대한 핵심제어, 주행환경 모니터링 및 비상시의 대처 등을 모두 시스템이 수행하지만 시스템이 전적으로 항상 제어하는 것은 아님

 

- Level 5

특징 : 완전 자동화 (Full Automation)

모든 도로조건과 환경에서 시스템이 항상 주행을 담당

상용후 예상되는 변화

 상용 후에는 전체 교통사고의 95%가량을 차지하는 운전자 부주의에 의한 교통사고와 보복운전을 줄일 수 있다고 기대된다. 또한 운전자를 완전히 대체하게 되면 교통 정체의 감소를 가져오고 교통경찰과 자동차 보험이 필요 없어질 것으로 예상된다. 또한 아래와 같은 변화가 예상되는 바이다.

 

- 교통사고 감소

현재도 전 세계 적으로 약 100만 명의 사람이 운전자에 의해 죽고 있다. 이러한 부분을 해소할 수 있다고 예상하고 있다.

 

- 자동차와 연관된 범죄 변화

자동차 운행의 투명성이 높아지고 자동차를 운전하는 일일 줄어들게 되면서 자동차 절도, 음주운전, 난폭 운전, 뻉소니, 보복운전, 대포차와 같은 교통사고와 관련된 범죄는 감소할 것이라고 예상되며, 반면에 자율주행 자동차 해킹 등 교통 체계에 대한 사이버 공격이 증가할 것이다.

 

- 긴급 서비스 향상

경찰차와 구급차 그리고 소방차도 자율 주행으로 전환이 되면 구급대원은 도로 상황과 운전에 신경 쓸 필요 없이 혼자 응급처치에만 신경 쓸 수 있을 것이며, 출동 시 자른 자율 주행 자량들은 긴급 자동차 접근 전 미리 자동으로 양보하게 제어되고 교통 신호도 긴급 차량을 위해 신호가 자동으로 바뀌도록 프로그래밍되면 출동 시간도 대폭 단축될 것이다.

 

- 자동차 소유 구조 변화

자동차를 구매하여 운전하는 현재 자동차 운전 체계가 아닌 스마트 모빌리티 쪽으로 편입시켜서 지금까지의 인프라를 유지하는 것이 아닌 현재 스마트폰처럼 플랫폼 사용료를 내면서 임대 혹은 구독, 단기 소유의 형태로 변경될 수 있다.

 

- 기술적 실업

자율 주행이 본격적으로 도입되면 운수 업계의 택시, 버스, 택배, 화물차 운전기사 등의 여러 운전직 일자리의 수요가 상당량 감소되거나 심지어 아예 완전히 사라질 것으로 보는 보고서들이 많다

 

- 운전 소외 집단의 차량 허용

지금까지 차량은 운전면허를 가지고 있고 운전이 가능한 사람만 주행할 수 있었다. 즉 개인 사정으로 차량 운전이 절실히 필요해도 운전면허를 가지고 있지 않으면 개인 차량 운전이 불가능하다. 하지만 자율 주행 차량이 보급되면 이들도 개인 차량을 혼자 이용할 수 있게 된다.

 

- 교통 자원의 효율성 증가

운전자가 직접 운전할 경우, 교차로에서 대기시간 등으로 인한 지연이 발생되나, 자율 운전이 일반화되면 교차로에서 정차 없이 자동으로 교차하는 기술이 가능해진다. 또한 자동차의 비활용시간이 공유 시스템을 통하여 대폭 줄어듦으로써 자동차의 활용 시간이 늘어 자원의 효율적 사용이 증가한다. 개인이 관리하는 자동차보다는 큰 기업이 자동차를 시스템으로 관리하는 것이 훨씬 효율적이므로 자동차 및 교통 자원의 사용이 훨씬 효율적으로 진화되어 사회 전반적인 교통 자원의 효율성이 증가될 것으로 예측된다.

 

3. 현재 기술 요소 상황

- 속도 유지 (Cruise Control)

해당 기술은 1900년대 영국 자동차 회사인 윌슨 필처 (Wilson-Pilcher)가 처음으로 사용하였다.

 

- 적응 속도 유지 (Adaptive Cruise Control)

레벨 1 자율 주행에 속하는 기능으로서 앞선 자동차의 속도 등에 따라서 설정된 속도 이하로 감속하는 기능이다. 2010년대 초에는 많은 고급차들의 추가 옵션이었으며, 2015년부터는 상당수 차량의 기본 옵션이거나 선택 가능한 옵션으로 변경되었다.

 

- 차로 유지 (Lane Keep)

 -> 1단계 : 차로 유지 경고 (Lane Departure Warning)

      2000년 메르세데스 트럭과 닛산에서 개발되었다.

 -> 2단계 : 차로 유지 보조 (Lane Keep Assist)

      2010년대 중반부터 많은 프리미엄 자동차와 2010년대 후반에는 일반 자동차에서도 해당 기능이 제공되었다.

 -> 3단계 : 차로 중앙 보조 (Lane Centering Assist)

      2020년경부터 많은 일반 자동차에서 옵션 사항으로 선택 가능하다.

 

- 진로 변경 (Lane Change)

차로로 유지 기능을 넘어서 옆 차로로 자동으로 조향 하여 차로를 변경하는 기능이다.

 

 -> 1단계 : 차로를 변경하나 다른 차가 있는지 운전자가 확인하여야 한다

     - 2014년 테슬라 오토파일럿 기능 초기버전

 -> 2단계 : 운전자가 지시할 때 다른 자동차의 유무를 스스로 확인하여 차로를 변경 조향 하는 기능

    - 2017년 테슬라 기능

    - 2020년 캐딜락 슈퍼크루즈 기능

    - 2021년 기아 K8 기능

 -> 3단계 : 고속도로 또는 자동차 전용도로에서 차로 변경 판단을 스스로 하는 기능

    - 2018년 테슬라 오토파일럿 기능

    - 캐딜락 슈퍼크루즈 2.0 기능

 -> 4단계 : 시내 일반 도로에서 차로 변경 판단을 스스로 하는 기능. 3단계의 차로 변경이 예외상황이 적은 고속도로에서 예외 상황이 많은 시내 일반 주행으로 확장되는 단계

 

- 앞지르기 (Overtaking)

왕복 2차로 도로에서나 타 도로에서 화물차, 중장비, 농기계, 자전거등 선행 저속차량을 추월하는 기능이다.

 

- 고속도로 자동 주행

2020년 시점 차선 변경 판단까지 하는 기능보다 어려운 기능들은 테슬라 오토파일럿에서만 출시하였다.

 

- 교차로 통과

2020년 시점에서 교차로의 신호를 확인하여 통과하는 기능을 제공하는 회사는 없다.

 

 -> 1단계 : 차선 유지하던 중 교차로를 통과하여 계속 차선 유지 (앞차와의 간격 유지, 교통 신호 표지 무시)

    - 2017년 테슬라 오토파일럿이 앞차와의 간격을 유지하여 녹색 신호인 상태에서 교차로를 통과하여 계속 차선을 유지하는 기능을 제공했다.

 

 -> 2단계 : 정지신호, 일시정지 표지에 따라 자율 정지

   - 2019년 테슬라에서 정지신호/일시정지를 무시하면 경고하는 기능을 출시

   - 2020년 4월 테슬라에서 자율 정지하는 기능 출시

 

-> 3단계 : 선행 차량이 있는 경우 교차로에서 녹색 신호인 경우 정지 없이 교차로 통과

  - 2020년 6월 테슬라는 선행 차량이 있는 조건에서 녹색신호임을 확인하여 교차로를 통과한다.

 

-> 4단계 : 자율 정지 후 선행차량이 없는 조건에서 녹색 신호로 변경 시 출발, 선행 차량 유무에 따른 녹색신호 우회전, 적신호 우회전, 녹색신호 좌회전, 비보호 좌회전, 회전 교차로 같은 곳에서 자율적으로 운행하는 기능이다.

  - 2020년 10월에 테슬라가 비보호 우회전, 비보호 좌회전, 회전 교차로 통과 기능을 포함한 FSD 베타 버전을 일부 차량에 배포하였다.

 

- 스쿨버스 인지 후 일시정지

버스(스쿨버스) 인지 후 일시 정지하는 기능이다. 아직 해당 기능을 제공하는 회사는 없으며 테슬라에서 개발 후 테스트를 진행 중이다.

 

- 긴급자동차 피양

자율 주행 자동차가 경찰차, 구급차, 소방차 등 긴급자동차를 스스로 인식하여 신호등이나 표지판, 노면표시를 무시하고 진로를 변경하거나 교차로의 전후에서 도로 가측으로 정지하는 기능을 말한다.

 

- 자동 주차 (Auto Park)

자동으로 주차하는 기능으로써, 2003년 도요타가 프리우스에서 자동 주차 기능을 선보였으며, 이후 많은 자동차 회사들이 고급 옵션으로 자동 평행 주차 기능을 제공하고 있다, 2014년 지프가 처음으로 수직 주차 기능을 제공하였으며, 테슬라도 수직, 평행 주차 기능을 모두 제공하고 있다.

 

 - 주차장 무인 이동 (Summon)

주차장 무인 이동 혹인 차량 호출 기능은 공도가 아닌 사유지 등 주차장 안에서 저속으로 운전자 없이 이동하는 기능이다.

 

 -> 1단계 : 주차 상태에서 무인으로 앞, 뒤로 전진하는 기능

   - 테슬라와 2015년 BMW 7 시리즈 G11모델부터 시작하여 각 신차 모델에 제공 중이며 현대는 2018년 넥쏘 모델부터 시작하여 각 차에 해당 기능을 제공하고 있다.

 

 -> 2단계 : 주차장에서 차주가 있는 곳까지 무인으로 운전하여 도달하는 기능

   - 2020년에는 오직 테슬라에서만 해당 기능을 제공하였다. 

 

- 공사 구간 통과

2021년 현재 관련 기능을 출시한 곳은 테슬라이다. 교통콘, 교통 드럼 등을 인식하여 교통콘으로 인해 차선이 줄어드는 상황에 차선을 변경하는 등의 기능을 제공하고 있다.