완전자율주행 레벨4 속속 등장 … 자율주행차 경쟁 불붙었다
구글과 애플 등 IT기업은 물론이고, 볼보도 일찌감치 자율주행차량의 주행테스트를 시작했다. 또 최근에는 아우디, 벤츠, 렉서스도 자율주행 레벨 3~4 단계의 뛰어난 성능을 자랑하는 자율주행차를 선보이고 있다. 이러한 추세라면 앞으로 10년, 아니 5년 내에 가정에서도 자율주행차를 만나볼 수 있을 것으로 전망된다.
인기리에 종영한 ‘태양의 후예’ 14화에서는 극중 인물인 서대영(진구) 상사와 윤명주(김지원) 중위가 드라이브 데이트를 즐기는 모습이 시청자의 시선을 사로잡았다.
이 장면에서 진구가 운전 중 버튼 하나를 누른 후, 조수석에 앉아 있는 김지원과 키스를 나눈다. 자칫 ‘사고라도 나면 어쩌나’하는 생각이 들 수 있겠지만, 차는 차선을 넘지 않고 스스로 안전하게 주행을 한다. 어떻게 가능했던 것일까?
태양의 후예에 등장한 자율주행차 제조사인 현대기아차 관계자는 “‘태양의 후예’에 등장한 제네시스 모델에는 자율주행 기술 중 하나인 차선유지 지원 시스템(LKAS)이 탑재되어 있었기 때문에 가능했던 것”이라고 말했다.
LKAS는 차선이탈 경보, 차선유지 보조, 능동 조향보조 등 세 단계로 나뉘는데, 이 중 능동 조향보조는 방향 지시등을 켜지 않고 차선을 이탈하면 조향장치가 자동으로 조절돼 차선으로 자동 복귀시켜 준다. 스티어링 휠에서 일정 시간 이상 손을 떼면, 기능이 해제되지만 초보적인 자율주행 시스템을 경험할 수 있다.
하지만, 이 기술은 아직 기술적인 한계가 존재한다. 자동조향을 돕는 시간이 고작 20초 정도라는 것이다. 만약 20초가 넘어가게 되면 경보음이 울리고 LKAS 기능이 해제된다. 아직은 초보적인 자율주행을 도와줄 뿐 운전자가 경보음을 무시하고 전방을 주시하지 않으면 사고로 이어질 수 있다.
이처럼 아직 자율주행차가 가야할 길은 멀다. 물론 앞서 설명한 LKAS 기술만으로 가능한 것은 더더욱 아니다. 차간 거리 자동 유지 기술(HDA), 차선이탈 경보 시스템(LDWS), 후측방 경보 시스템(BSD), 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC), 자동 긴급제동 시스템(AEB) 등이 융합되어 상호작용해 사용자 안전을 확보해야 자율주행차가 상용화될 수 있다.
하지만, 수십 년이 걸릴 정도로 오래 걸릴 것으로 보이진 않는다. 최근 글로벌 자동차 업계와 구글, 바이두, 우버 등 IT 업계, 그리고 이를 가능케 하는 핵심 부품인 반도체 및 센서 업계가 속속들이 자율주행차의 상용화를 앞당길 수 있는 기술들을 선보이고 있기 때문이다.
물론 이미 간단한 자율주행 테스트를 성공리에 마친 기업도 존재한다.
앞서 언급한 HDA, LDWS, BSD, LKAS와 같은 기술이 상용화되면, 영화에서나 보던 생활이 가능해질 것으로 보인다. 일례로 ‘킹스맨’에서 자동차에 탑승하지 않고 원격조종만으로 사용자가 있는 곳으로 자동차를 호출하거나 원하는 위치로 이동시키는 것들이 그것이다.
자동차 업계 전문가들은 자율주행기술은 자동차 업계에서 살아남기 위한 필수 항목이 될 것으로 보고 있다. 이경수 서울대 기계항공공학부 교수는 “에어백이 점차 널리 퍼지면서 지금은 사실상 대부분 차에 기본적으로 설치돼 있듯이 자율주행기술도 결국엔 자동차의 기본 기술이 될 것”이라고 말했다.
그렇다면, 영화에서나 보던 완벽한 자율주행차의 상용화는 언제쯤 가능할까? 글로벌 시장조사기관인 IHS는 완전한 자율주행차 단계인 레벨 4와 레벨 5 수준의 자율주행차는 2020년을 기점으로 판매가 활성화될 것으로 전망했다.
미국 도로교통안전국(NHTSA)은 자율주행의 단계를 레벨0~4 등 총 다섯 가지로 나누어 제시한 바 있다(표 1). 또 글로벌 시장조사기관인 IHS는 여기에 레벨 5를 추가해 운전자가 승차하지 않고, 즉 아무 개입 없이 자율주행하는 단계라 설명했다.
▲ 표 1. 미국 도로교통안전국이 레벨0~4 등 총 다섯 가지로 나눈 자율주행 단계.
IHS의 애질 줄리우센 (Egil Juliussen)박사는 “완전한 자율주행차는 크게 혼자 주행할 수 있는(Self-driving car) 단계인 레벨 4와 운전자 개입이 전혀 없는(Driverless car) 단계인 레벨 5로 나누어 진다”며, “실질적인 자율주행차 판매는 2020년을 기점으로 발생할 것이며, 2035년에는 약 700만대의 레벨 4 자율주행차가 판매될 것으로 전망된다”고 말했다(그림 1).
▲ 그림 1. 완전 자율주행차 상용화는 언제쯤일까?
지금부터 자율주행차 시장 동향과 상용화를 위한 선결과제는 무엇인지를 알아본다.
자율주행차, 그리고 핵심기술 현황
자율주행차는 Auto Driving Car 혹은 Self-Driving Car라고 불리며, 차량을 운전자가 직접 운전하지 않고 차량 스스로 도로에서 달리는 것을 뜻한다. 더 나아가 자동차를 이용해 사람이 목적지로 이동하고 짐을 실어 나르는 것에서 한 단계 더 발전하여 ‘스스로 운전하는 자동차’로 인식이 변화하고 있다.
즉, 운전자 없이 센서, 카메라와 같은 ‘장애물 인식장치’와 GPS 모듈과 같은 ‘자동 항법 장치’를 기반으로 조향, 변속, 가속, 브레이크를 도로환경에 맞춰 스스로 제어해 목적지까지 스스로 주행하는 기술을 말하는 것이다.
그렇다면, 자율주행은 어떻게 가능할까? 자율주행차가 실현되기 위해서는 센서(인지), 매핑(비교), 인식판단(해석), 통신(명령) 등과 같은 스마트 기술들의 결합이 필요하다.
이 중 센서가 자율주행차의 핵심 기술로 꼽힌다. 센서를 통해 수집된 데이터를 해석해 차량의 주행과 관련된 의사결정을 빠르고 정확하게 실행해야 하기 때문이다. 최근 이를 구현하기 위해 완성차 및 부품업체 뿐만 아니라 IT업체까지 첨단운전지원시스템(ADAS) 개발에 주력하고 있으며, 미국 NCAP, 유로 NCAP 등 교통인명사고를 줄이려는 자동차 주요 소비국의 안전규제가 강화됨에 따라, 다양한 외부 환경을 인지해야 하는 센서 시스템은 보다 중요한 핵심 사업으로 부상하고 있다.
1. 자율주행차의 핵심, 센서시장 전망은?
최근 스마트카 시장 성장으로 인해 자동차 전장화가 빠르게 진행되면서 이미 자동차 1대에 적용되는 센서는 약 160개에 이르고 있다. 이러한 자동차용 센서 시장은 연평균 7.0% 성장률을 보이며, 2017년 286억 달러에 규모에 이를 것으로 전망되고 있다.
센서별로는 카메라가 시장이 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 2020년 카메라 센서 시장규모는 1억 4천만 개 규모로 증가하여 ADAS용 센서 시장의 69%를 차지하게 될 것으로 전망된다.
자동차용 카메라는 물체 판독 기능뿐만 아니라 다양한 기능 제공이 가능하며 최근에는 해상도도 날로 높아지고 있고, 가격적인 측면에서도 레이더(RADAR), 라이다(LiDAR)에 비해 유리하기 때문에 완성차업체는 카메라 센서를 적용한 시스템을 선호하고 있다.
또한 카메라를 보완하는 역할을 하는 레이더 센서는 어두운 밤이나 악천후 상황 속에서도 사용이 가능하고 측정거리가 길다는 장점이 있으며, 2020년에는 4,420만 개로 연평균 29% 성장률을 보일 것으로 전망된다. 실제로 레이더 센서는 능동형 크루즈컨트롤, 전후방충돌경보, 충돌방지시스템 등 ADAS 시스템에 많이 활용되고 있으나, 가격이 매우 높다는 단점이 있다.
라이다는 이전부터 항공, 지질 분야에서 3차원 지도 제작에 사용되면서 기본적인 측정 기술은 개발이 완료된 상태이며, 자동차에도 적용되고 있다. 최근 이슈가 되고 있는 구글의 자율주행차에 사용되는 라이다 센서는 64개의 레이저 광원을 모터로 회전시켜 360도 범위를 세밀하게 탐지하지만, 이는 특수한 목적으로 제작되어 가격이 8만 달러에 이르고 사이즈가 커서 양산차에 적용되기 어려운 것으로 알려지고 있다. 이에 최근 부품업체들은 라이다 센서의 사양을 낮춰 저가화, 소형화에 집중하고 있다.
한편, 대부분의 센서 모듈은 소수의 선진 부품업체가 독과점하고 있다. 이는 센서의 핵심요소인 센싱 기술과 신호처리 기술의 기술장벽이 높기 때문이다.
카메라 분야는 이스라엘의 모빌아이가 우수한 영상신호처리 능력을 기반으로 전체 시장의 80% 이상을 점유하고 있는 것으로 알려져 있다.
레이더 센서 부문에서도 글로벌 대형 부품업체가 모듈에서 시스템 영역까지 직접 개발하면서 시장지배력을 강화하고 있으며, 라이다 센서는 일부 레이저 모듈 생산업체와 글로벌 부품업체가 시장 선점을 위해 양산화 기술을 개발 중에 있다.
반면, 국내 ADAS와 자율주행 시스템의 근간을 이루는 각종 센서 수입 의존도는 심각한 것으로 평가되고 있다. 현대모비스, 만도 등 Tier 1 부품업체 시스템 통합 기술은 어느 정도 완성됐지만, 레이더 및 초음파, 영상 센서는 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.
최근에는 글로벌 부품업체들이 규모의 경쟁력을 바탕으로 저가 공세를 펴고 있어 국산 부품업체들은 더욱 위축되고 있는 실정이다.
자율주행차의 상용화를 위해 필요한, 그 이외의 것들
지금까지 완성차 및 IT 업계의 자율자동차 기술 동향에 대해 알아봤다. 아무리 좋은 성능의 자동차, 그리고 이를 뒷받침해줄 수 있는 기술이 개발되더라도 기초 인프라가 확립되지 않으면, ‘말짱 도루묵’이 될 수 있다. 이번에는 자율주행차가 상용화되기까지 필요한 인프라, 즉 기술 외의 부분에 대해 알아본다.
1. IT 기술 접목된 자율주행차, 보안 문제 해결이 필수
자율주행차는 IT 기술이 접목된 자동차이기 때문에 인터넷과 같은 네트워크와 연결되어 있다. 따라서 외부로부터의 해킹에 취약할 수 있다. 자율주행차의 핵심은 소프트웨어를 통한 차량의 제어 기술에 있는데, 만에 하나 해킹이 발생한다면 커다란 사고가 일어나거나 걷잡을 수 없는 문제가 발생할 수도 있다.
자율주행차가 대중화되면 사용자의 각종 개인 정보를 이용하게 되는데 이는 해커들의 공격목표가 되어 각종 범죄를 일으키고 악용될 수 있다.
자율주행차는 클라우드 기반의 커넥티드 카 형태로도 나타날 수 있는데, 이때 클라우드에 저장된 사용자의 금융정보나 각종 개인 정보가 해커들에 의해 탈취되어 사용자의 개인 정보를 도용한 금융 범죄가 발생할 수 있다. 또한, 원격으로 타인의 자동차를 제어해 특정 인물이나 건물을 들이받는 테러 공격을 가할 수도 있다.
이를 막기 위해서는 지금보다 훨씬 높은 체계의 보안 시스템이 필요하고 이를 개발하고 운용할 전문 인력도 많이 필요하게 될 전망이다.
자율주행차를 위협하는 또 다른 요인으로는 기술적으로 해결하기 힘든 복잡한 상황에 대한 인지능력 및 판단 관련 문제를 생각해 볼 수 있다. 이는 구글의 무인 자동차 실험에서도 나타난 문제점을 예로 들 수 있다.
교통경찰이나 교통관리 인원의 수신호를 제대로 인식하지 못하거나, 갑작스럽게 도로로 뛰어드는 이른바 ‘로드킬’ 상황 발생 시 동물을 빠르게 알아차리고 적절한 판단을 내려 안전 운행을 하는 기술, 눈이나 비가 올 때 도로상의 사물을 정확하게 인식하지 못하는 문제 등이 있고 이 밖에도 돌발적으로 도로상에서 발생하는 다양한 주행 환경 등이 고려되어야 한다.
실제 도로상에는 예측할 수 없는 수많은 위험 요인들이 도사리고 있는데 인간은 그러한 것들을 보는 즉시 어떻게 대처해야 하는지 순간적인 판단이 가능하다. 그러나 자율주행차는 미리 프로그램 되고 입력된 가상의 위험 요인들에는 빠르고 정확하게 대처가 가능하지만, 데이터에 존재하지 않는 돌발 상황에는 대처하지 못할 가능성이 매우 높다.
만약 돌발 상황에 제대로 대처하지 못해 사고가 발생한다면 자율주행차에 탑승한 승객의 안전은 보장할 수 없게 되며 이는 자율주행차의 상용화에 있어 매우 커다란 걸림돌이 될 수밖에 없다. 그렇기 때문에 구글을 비롯한 수많은 자율주행차 개발업체들은 이러한 문제를 막기 위해 수년째 시험주행을 거듭하고 있는 것이다.
2. 각종 규제 완화 및 법률 조정 불가피
자율주행차 상용화를 위해 확인해야 할 또 다른 조건으로는 법률 및 보험 관련 사항들이 있다. 자율주행 차량이 운행 중 사고를 일으켰을 경우 책임 소재가 자동차 제조사에게 있는지 아니면 사용자에게 있는지에 대한 법률적인 근거가 명확하게 준비되어 있어야 한다.
사고의 내용에 따라 달라질 수 있겠지만, 자율주행차의 제조사가 법률적인 책임을 져야 하는 경우가 많이 생길 가능성이 있다면 자율주행차를 제조하는 기업 입장에서는 이를 피하고자 상용화 추진에 소극적이 될 가능성이 있다. 사고가 일어날 가능성을 줄이기 위해 연구 개발 및 테스트 기간이 늘어나게 될 것이고 이는 자율주행차 상용화 시기가 늦추어지게 될 것이다.
하지만, 반대로 사용자 측에 책임을 묻는 경우가 많다면 소비자들이 자율주행 차량의 구매를 꺼리게 될 것이고 상용화가 되더라도 자율주행차의 대중화는 쉽지 않게 된다. 또한, 사고가 발생했을 경우 사용자 측이 져야 하는 책임이 커질수록 자동차 보험회사의 보험 급여 지급액이 커지게 되고 이는 결과적으로 사용자의 보험료 상승으로 이어진다. 그렇게 되면 사용자로서는 많은 돈을 들여 자율주행 차량을 구입할 필요성을 느끼지 못하게 되고 자율주행차의 대중화는 요원한 일이 될 것이다.
안전을 위해 스쿨존이나 사고 위험지역 등에서는 강제로 속도를 낮춰 주행을 하도록 하거나 특정 시간, 특정 지역에는 자율주행 차량의 운행을 금지하는 등 수많은 관련 법률이 검토되고 제정되어야 하고 이를 위해서는 적지 않은 시간과 인력, 비용이 소요될 것이다.
(1) 각종 규제 완화 및 법률 조정 일례
규제 완화 및 법률 관련 일화는 해외를 중심으로 다양하게 이루어지고 있다.
■ 미국 네바다주의 자율주행차 시험면허 발급
자율주행차 또한 일반 자동차처럼 면허가 필요한데, 네바다주에서는 2012년 5월에 첫 시험면허를 발급했다. 하지만 모든 조건을 허용한 것은 아니다.
네바다주에서 자율주행차를 시험 운행할 때는 반드시 사람 2명이 함께 탑승해야 한다. 그 이유는 차량 내부에 설치한 모니터로 상황을 주시하고, 문제가 발생하면 차량을 조작해 사고를 예방해야 하기 때문이다. 최근에는 플로리다주도 자율주행차를 허용했다.
■ 미국 캘리포니아주의 자율주행차 안전 표준 법안 승인
캘리포니아주에서는 좀 더 극적인 법안 마련 행사가 열리기도 했다. 2012년 10월 제리 브라운(Jerry Brown) 캘리포니아 주지사가 캘리포니아 마운틴 뷰에 있는 구글 캠퍼스에 직접 방문해 자율주행차 안전 표준 법안에 서명한 것이다. 캘리포니아주 이후 미시간주까지 2013년 12월 자율주행차의 실험을 승인했다. 미국에서는 4개 주에서 합법적으로 운행하는 자율주행차를 만날 수 있다.
■ 영국 교통부의 자율주행차 운행 허용 계획 발표
영국 교통부도 지난 2014년 여름 자율주행차 운행 허용 계획을 발표한 바 있다. 3개 이상의 도시를 선정해 자율주행차의 실험 무대로 활용한다는 계획이었다.
도시와 주행 실험에 지원할 예산도 174억 원 규모로 투입하기로 했다. 영국에서는 2015년 2월부터 실제 자율주행차의 시험 주행이 시작됐다. 런던 그리니치와 밀턴 케인스, 코번트리 등 지역에서 자율주행차 운행이 우선 허락됐다. 그리니치 지정구역에서는 보행자 감지 기능이 적용된 무인 셔틀도 운행할 예정이다.
■ 국내 자율주행차 ‘규제프리존’ 도입
정부가 자율주행차 개발 지원을 위해 규제를 대폭 풀었다. 사실상 개발을 위한 규제는 없다는 게 정부 입장이다. 실제로 대구를 자율주행차 규제프리존으로 지정하고 1개 고속도로를 비롯해 6개 구간의 시범운행단지를 지정했다.
규제프리존은 현행 제도 안에선 시험이나 실증이 어려운 신기술·시제품을 만들어 시험·실증해볼 수 있도록 허용하는 ‘규제 예외지역’을 말한다. 여기에는 자율주행차 운행확대를 위한 ▲정밀 GPS ▲정밀수치전자지도 ▲RFID 도로 신호 ▲차량 간 통신시스템 등을 시범적으로 설치하고 자율주행 부품과 시스템 기술 실증을 위한 시험도로 측정 장비를 설치한다.
또 고속도로 1개 구간(서울-신갈-호법 41㎞)과 ▲수원, 화성, 평택 61km ▲수원, 용인 40km ▲용인, 안성 88km ▲고양, 파주 85km ▲광주, 용인, 성남 45km 등 국도 5개 구간 총 319km가 자율주행차를 위한 시험운행구역으로 지정됐다.
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자율주행차의 상용화를 위해서는 오랜 기간 수많은 테스트와 연구개발이 필요하다. 또한, 각종 센서 및 통신 네트워크 장비, 각종 인프라 구축에 많은 시간과 비용이 투자되어야 하며, 해킹 및 돌발 상황 시 발생할 수 있는 보안 및 안전 방지 시스템을 완벽하게 갖추어야 한다.
자율주행차가 보편화될 미래 사회에는 모든 사람들이 운전면허증 없이도 차를 타고 편안하게 원하는 목적지로 갈 수 있을 것이며, 부모를 동반하지 않고 아이들끼리 차량을 타고 등하교하는 모습, 그리고 출근을 하면서 책을 읽는 상황도 예상해 볼 수 있다.
차량 스스로 운행하고 연료를 채우거나 충전을 하고 운행을 하지 않는 시간을 이용해 스스로 정비소까지 이동해 정비까지 할 수 있으며, 세차까지 스스로 하는 말 그대로 스마트 자동차 시대가 머지않았다.
이를 위해서는 이 글에 언급된 사항들과 미처 언급하지 못한 수많은 관련 사항들에 대해 잘 준비해 나가야 할 것이다. 또한 자율주행차가 상용화되면 각종 보안 시스템을 책임지고 관리하는 사업도 점점 더 규모가 커지게 되고 지금은 미처 생각하지 못했던 새로운 사업분야도 나타나게 될 것이다.
이에 대비해 관련 분야에 대한 투자와 연구개발을 미리 선행해 둔다면 짧게는 몇 년, 길게는 10년 이후 상용화될 것으로 보이는 자율주행차 시대에 앞서 나갈 수 있을 것이다.
자동차 산업은 국내 최대 규모의 산업으로 대규모 설비투자가 필요하고 및 연구, 생산, 정비 등 다양한 분야에 걸쳐 고용창출 효과가 큰 기간산업이다. 때문에 미래 자동차의 핵심으로 자리 잡을 자율주행차 기술의 선도적인 개발은 미래 먹거리를 확보하는데 있어서도 매우 중요하다고 할 수 있다.
임재덕 기자 (eled@hellot.net)
