자율주행버스 무인 자동차 첨단 운전자 보조 시스템

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환경미화원, 경비원 등 새벽노동자들의 출근길을 돕기 위한 서울시 ‘새벽동행 자율주행버스’가 운행된다. 서울 도봉구와 영등포구를 오가는 노선을 시작으로 내년부터 서울 전역에 10개 노선을 신설할 예정이다. 시는 도봉산광역환승센터를 출발해 영등포역까지 25.7㎞ 구간(편도 기준)을 오가는 새벽동행 자율주행버스 ‘A160’ 노선을 운행한다고 밝혔다.

서울시 새벽동행 자율주행버스 A160 노선도

 

자율주행차(self-driving car, autonomous car, AC) 또는 무인자동차(driverless car, robotaxi, robotic car, robo-car)는 운전자의 조작 없이 스스로 주행할 수 있는 자동차이다. 무인자동차는 레이더, LIDAR (light detection and ranging), GPS, 카메라로 주위의 환경을 인식하여 목적지를 지정하는 것만으로 자율적으로 주행한다.

 

이미 실용화되고 있는 무인 운행 시스템으로는 이스라엘 군에서 운용하는 순찰용 무인 차량과 국외 광산이나 건설 현장에서 운용되고 있는 덤프 트럭, 서울시에서 2023년 12월 세계 최초로 도입한 '자율 주행 버스' 등이 있다.

자율주행 테스트 중인 미니밴

단계

2020년 7월 9일, 테슬라의 일론 머스크 회장이 "올해 안에 5단계 자율주행 기본 기능을 갖게 될 것"이라 밝혔다. 김필수(대림대 교수) 전기차협회장은 "5단계 자율주행은 전문가들도 꿈으로 남겨 놓고, 4단계 기술에 집중하는 상황"이라며 "5단계를 운운하는 건 허풍이 분명하지만, 다른 완성차업체보다 자율주행 기술이 우위에 있는 것 또한 사실"이라고 말했다.

• 미국자동차공학회(SAE)에 따르면 자율주행은 레벨0에서 레벨5까지 총 6단계로 나눠진다.
• 2018년 9월 4일, 경기도가 레벨4 자율주행차 '제로셔틀'의 시범운행을 시작했다고 밝혔다.
• 메르세데스-벤츠는 2023년까지 레벨3 자율주행차 상용화를 목표로 하고 있다.
• 현대ㆍ기아차는 2016년 12월 아이오닉 자율주행차로 레벨4 수준까지 기술력을 끌어올렸지만, 레벨5 완전 자율주행은 2030년으로 경쟁사 대비 다소 늦은 감이 있다.
• 뒤늦게 뛰어든 포드는 중간 개발단계를 생략하고 2021년까지 완전자율주행차를 선보인다는 계획이다.
• 구글은 2009년 자율주행차 개발에 착수한 이후 최장 시범운행거리 기록을 보유중이다.. 일찍 시작한 만큼 궁극점인 레벨5에도 2021년까지 도달한다는 목표를 세워놓고 있다.
• BMW 역시 2021년까지 레벨5 수준의 자율주행차를 선보일 계획이다.

자율주행 테스트중 아이오닉

 

2016년 미국자동차공학회(SAE)가 6단계로 분류했다.

• 레벨0
  운전자가 모든 판단을 하고 주행에 관련된 물리적인 행동을 한다.
• 레벨1
  차량이 가속/감속 조작을 담당하며 운전자는 조향을 담당한다.
• 레벨2
  첨단운전자보조시스템(ADAS)으로 차로유지기능은 있지만 운전자가 핸들을 잡아야 한다. 2021년 현재 도로에는 2단계 자율주행에 해당하는 스마트크루즈컨트롤과 차선유지보조 기능이 들어간 자동차들이 돌아다니고 있다. 운전대를 잡지 않으면 경고음이 울리며 수동으로 전환된다.
• 레벨3
  운전의 주체가 사람에게서 컴퓨터로 바뀐다. 제한된 구간에서 운전자와 자율주행시스템(ADS) 사이에 제어권 전환이 수시로 이뤄진다.
• 레벨4
  완전한 자율주행차. 위험할 때는 사람이 수동 조작해야 한다. 주행 중 운전자가 잠을 자거나 자리를 뜰 수 있는 수준이다. 2020년 기준으로, 해외에서도 완전자율주행 단계인 레벨4 이후의 보험 문제에 대해서는 아직 논의가 이어지고 있다. 2017년 SK텔레콤이 4단계 자율주행차 시범 운행을 시작했다. 2018년 2월 2일, 현대자동차가 평창동계올림픽 개최를 앞두고 5G 네트워크 기술이 담겨진 4단계(미국 자동차공학회 기준) 수준의 자율주행차를 선보였다. 서울~평창 간 약 190km 고속도로 자율주행 시연을 성공적으로 끝마쳤다. 고속도로 톨게이트를 무난히 통과하는 기술을 최초로 선보였다. 수소전기차로 된 자율주행차는 세계 최초의 시연이다.
• 레벨5
  위험 상황에서조차 사람의 개입이 필요 없다.

장점 및 단점

장점

자율주행자동차의 가장 큰 장점은 주행속도와 교통 관리 자료가 일치하기 때문에 조절장치를 더욱 고르게 하여 반복정지를 피해 연료 효율에 도움을 준다는 것과 노인, 아동, 장애인 등 운전을 할 수 없는 이들도 이용할 수 있다는 것이다. 이외에도 장시간 운전으로 인한 피로를 해결해주고, 교통사고의 위험을 크게 줄일 수 있는 것과 도로의 교통 흐름이 빨라지고 교통 혼잡을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

단점

만약 도로 위에서 주행하고 있는 차들 중 80% 이상이 무인자동차이고, 이들이 모두 자율 주행을 하는 상황에서, 사고가 난다면 누구에게 책임을 물어야 하는지 현재 법률적으로 정해져 있지않다. 또 GPS 기반으로 주행을 하지만 인터넷 접속이 가능해진다면 해킹이 가능해져 해커들이 마음대로 조종할 수 있는 위험이 있다. 또한 모든 색상 중 백색을 잘 감지하지 못한다. 윤리적인 문제와 도덕적인 문제 또한 큰 문제중에 하나이다.

상용화

기간

지난 2010년 구글이 처음으로 무인자동차를 선보인 이후, 전세계 자동차 회사들이 무인자동차 자율주행 기술개발에 열을 올리고 있다. 2013년 벤츠는 무인자동차로 100Km 자율주행에 성공했고 아우디도 2014년에 자율주행기술을 공개했다. 더 들어가서 국내 무인 자동차의 실정을 보면 2014년에 운전자 없이 주행하고 비어있는 주차 공간을 알아서 찾아 주차하는 무인자동차 기술이 공개되었다.

 

차후에는, 신호등에서 보낸 전파를 무인자동차에서 수신하여 신호등이 적색인지 청색인지, 또 언제 신호가 바뀌는지 등의 정보에 대응할 수 있는 무인자동차 기술개발이 진행될 예정이다. 이와 같이 무인자동차 기술개발은 한창 진행 중에 있어 빠르면 2020년부터 고속도로뿐만 아니라 도심에서 주행이 가능할 것으로 보인다는 말이 있다. 하지만 설치된 센서 등 장비 가격만 1억 원에 달해 상용화까지는 시간이 더 많은 시간이 필요할 것이라는 말도 있다.

장애요인

2018년 3월 18일 미국 애리조나주 피닉스의 한 교차로에서 자율 주행 차량에 의한 첫 사망 사고가 발생했다. 미국의 우버사에서 시험 운행 중이던 차량이 자전거를 끌고 가던 여성을 치어 숨지게 했다.

대한민국 시판

한민홍 교수가 개발한 것으로 알려졌고, 1993년에 자율주행차 연구결과가 대부분 완료되었다.

중국 베이징 무인 택시 운영

2022년 베이징 동계올림픽에 맞추어 중국 베이징이 전 세계 수도중 처음으로 유료 무인자동차 운영을 실시하게 되었다. 2021년 11월 25일부터 모바일 어플을 통해 바이두/포니AI 두 기업이 운영하는 로보택시를 호출해 탑승할 수 있다.

중국 후베이성 우한에서 무인택시 뤄보콰이파오가 도로를 달리고 있다.

 

바이두는 지난 3분기까지 11만5000번 승객을 이동시켰고, 포니AI는 중국과 미국에서 총 800만㎞를 테스트해 이 기준을 통과했다. 베이징 남부 다싱구(區)경제개발구역 안 60㎢ 규모 구역에서 총 100여 대가, 매일 오전 7시~오후 10시 운행한다. 보조 운전자가 탑승하지만 주행 과정 대부분은 차량이 자율주행한다.

지능형 교통 체계

지능형 교통 체계(영어: Intelligent Transport Systems, ITS)은 V2X 통신을 활용해 자동차와 자동차, 자동차와 기반 시설이 정보를 주고 받으며 위험요소, 돌발 상황 등을 사전에 감지하도록 연결해주는 시스템이다.

헝가리 고속도로 노선도를 표시하는 도로 관리 시스템

상세

내비게이션에 사용되는 실시간 교통정보, 도로의 실시간 신호 제어, 고속도로의 하이패스와 차로 제어, 버스 정류장의 버스 정보 시스템 등 기존의 지능형 교통 시스템에 V2X 통신 기술을 포함 시켰다. 이를 통해 자동차와 자동차, 자동차와 기반 시설이 서로 정보를 주고 받게 된다.

향후

레이더와 카메라 등 센서를 이용해 주변의 상황을 파악하고 사고를 방지하는데 초점을 두고 있는 현재의 자율주행 기술에 차세대 지능형 교통 시스템 도입을 통해 안전한 자율주행이 가능해진다. 자율주행차량 간 정보를 주고 받고, 그 정보를 기반 삼아 최적의 판단을 내리는게 가능해진다.

첨단 운전자 보조 시스템

선진 운전자 지원 시스템(advanced driver-assistance systems, ADAS)은 운전자에게 도움을 주는 시스템이다. ADAS의 인간-기계 인터페이스(Human-Machine Interface) 또는 HMI는 운전자 운전 피로를 감소시키고, 안전한 운전을 도와준다.

테슬라 2017 Model X 75D

첨단 운전자 보조 시스템에는 운전자가 차량을 안전하게 운행할 수 있도록 지원하는 기술이 포함된다. ADAS는 센서, 카메라 등 자동화된 기술을 활용해 주변 장애물이나 운전자의 실수를 감지하고 그에 따라 대응한다. ADAS는 다양한 수준의 자율주행을 가능하게 할 수 있다.

 

대부분의 도로 충돌은 사람의 실수로 인해 발생하므로 ADAS는 안전과 더 나은 운전을 위해 차량 기술을 자동화, 적응 및 향상시키기 위해 개발되었다. ADAS는 인적 오류를 최소화하여 교통사고 사망자를 줄이는 것으로 입증되었다. 

 

안전 기능은 운전자에게 문제를 경고하고 안전 장치를 구현하며 필요한 경우 차량을 제어하는 기술을 제공하여 충돌과 충돌을 방지하도록 설계되었다. 적응형 기능은 조명을 자동화하고, 적응형 크루즈 컨트롤을 제공하고, 충돌 방지를 지원하고, 위성 내비게이션 및 교통 경고를 통합하고, 운전자에게 가능한 장애물에 대해 경고하고, 차선 이탈 및 차선 중심 조정을 지원하고, 스마트폰을 통해 내비게이션 지원을 제공하고, 기타 기능을 제공할 수 있다.

카날리스(Canalys)의 2021년 연구 보고서에 따르면 미국, 유럽, 일본, 중국에서 판매된 신차의 약 33%에 ADAS 기능이 탑재되어 있었다. 또한 이 회사는 2030년까지 도로를 달리는 모든 자동차의 50%가 ADAS를 지원하게 될 것이라고 예측했다.

종류

• 차량 자동 항법 장치 (In-vehicle navigation system) : 일반적으로 GPS와 TMC를 사용하여 교통 상황을 업데이트 한다.
• 적응형 순향 제어 장치 (Adaptive Cruise Control or Smart Cruise Control) : ACC는 차량 전방에 장착된 레이다를 사용하여 앞차와의 간격을 적절하게 자동 유지하는 시스템이다.
• 차선 유지 보조 시스템 (Lane Departure Warning System) : LDWS는 방향지시등을 켜지 않고 차선을 변경하는 경우를 감지하여, 해당 사항을 운전자에게 알려서 주고, 능동형 차량 안전 시스템을 동작시킨다.
• 차로 이탈방지 보조 시스템 (LKA, Lane Keeping Assist) : LDW의 확장된 개념으로 주행 중 차량이 차로를 벗어나지 않도록 도와주는 시스템이다. 시속 60km/h 이상의 속도에서 운전자가 방향지시등을 켜지 않고 차로를 이탈하려고 하면 스티어링 휠을 제어해 차로를 이탈하지 않도록 도와준다.
• 고속도로 주행 보조 (HDA, Highway Driving Assist) : 고속도로 및 자동차 전용도로 주행 시 앞차와의 거리를 유지해주는 기능이다. 운전자가 설정한 속도로 차로 중앙을 유지하며 주행한다.
• 후측방 모니터 (BVM, Blind-spot View Monitor) : 사이드 미러에서 보이지 않는 사각지대까지 클러스터 화면에 표시해주는 기능이다. 차로 변경 시 방향지시등을 작동하면 광각 카메라를 이용해 실시간으로 후측방 영상을 보여준다.
• 사각지대 경고 장치 (Lane Change Assistance or Blind Spot Detection) : 접근하는 자동차 그리고 사각지대에 위치한 자동차에 대한 정보를 운전자에게 제공하는 장치로 사각지대에 있는 자동차 등을 인지하지 못하고 차선을 변경하거나 근접하는 자동차로 인해 사고위험이 감지되는 경우 미연에 사고를 방지하기 위한 안전장치이다.
• 서라운드 뷰 모니터 (SVM, Surround View Monitor) : 주행 및 주차 시 전방, 측방, 후방에 장착된 4개의 광각 카메라에 입력된 주변 상황을 영상으로 보여주는 기능이다.
• 후측방 충돌방지 보조 (BCA, Blind-Spot Collision-Avoidance Assist) : 차로 변경 시 방향지시등을 켰을 때 후측방에 차량이 있으면 경고해주는 기능이다. 경고 후 충돌 위험이 높아지면 자동으로 차량을 제어해 충돌 회피를 돕는다.
• 원격 스마트 주차 보조 (RSPA, Remote Smart Parking Assist) : 스마트 키를 이용하여 원격으로 전진, 후진 및 후진 주차를 할 수 있는 기능이다.
• 운전자 주의 경고 (DAW, Driver Attention Warning) : 운전자의 운전 패턴을 분석해 운전자 주의가 저하되었다고 판단되면 경고해주는 기능이다.
• 지능형 전조등 제어 (Adaptive Front Light Control) : 변화하는 도로에 대해 최적의 시야를 제공하는 지능형 전조등이다.
• 로우빔 보조 시스템 (Low Beam Assist) : 야간 환경에서 전방 가시거리를 확보할 수 있도록 차량의 추가 램프 작동을 제어하고 로우빔의 방향을 조절해주는 시스템이다.
• 하이빔 보조 시스템 (High Beam Assist) : 야간 환경에서 마주오는 차량, 가로등, 주변 상가 등에서 발생하는 광원여부를 감지해서 하이빔 작동을 조절해주는 시스템이다.
• 안전 하차 보조 (SEA, Safety Exit Assist) : 하차 시 후측방에서 다가오는 차와 충돌 위험이 있는 경우 전자식 차일드 락 또는 파워 슬라이딩 도어를 누르면 뒷좌석 문의 잠금 상태를 유지하고 경고하는 기능이다. 이미 도어가 열린 이후에도 충돌 위험이 있을 경우 경고해준다.
• 지능형 속도 제한 보조 (ISLA, Intelligent Speed Limit Assist) : 주행 시 도로의 제한속도를 초과하지 않도록 도와주는 기능이다. 제한속도를 초과할 경우 경고를 하며, 수동 속도 제한 보조 또는 스마트 크루즈 컨트롤을 작동하고 있는 경우에 +/- 스위치를 조작해 제한속도에 맞춰 설정속도를 변경한다.
• 전방충돌경고 시스템 (Forward Collision Warning) / 전방 충돌방지 보조(Foward Collision-Avoidance Assist) : 앞차와의 충돌 위험을 미리 감지해 운전자에게 경고해주는 시스템이다. FCA의 경우 충돌 경고뿐만 아니라 차량의 제동과 조향까지 제어해준다. 보통 도로에서 정체가 발생하거나 돌발 상황으로 앞차가 갑자기 속도를 줄이거나 멈추는 경우 작동한다.
• 고속도로 주행 보조 시스템 (Highway Driving Assist) : 고속도로에서 오랜시간 주행해야 하는 운전자를 위한 주행편의 시스템이다. 전방의 센서와 카메라를 이용해 앞차와의 거리 및 속도를 감지하여 주행 및 조향을 제어한다.
• SCC (Smart Cruise Control) : 스마트 크루즈 컨트롤 시스템이란 전방 차량과 안전한 거리를 유지하며 운전할 수 있도록 가감속을 제어해주는 시스템이다. 주행편의성은 높이고 운전의 피로도는 낮춰준다.
• NSCC (Navigation-based Smart Cruise Control) : 내비게이션 기반 스마트 크루즈 컨트롤. 내비게이션의 ADAS 지도를 이용해 제한 속도 및 도로 곡률에 맞춰 주행속도를 제어해주는 기능이다.
• RVM (Rear View Monitor with e-Mirror) : 후방 차량이나 장애물과의 충돌을 막기 위해 운전자에게 후방의 상황을 보여주고, 룸미러보다 더 넓은 후방 영역을 보여주며 사각지대 영역을 줄여주는 주차/주행 안전시스템이다.
• RCCA (Rear Cross-Traffic Collision-Avoidance Assist) / PCA (Parking Collision-Avoidance Assist) : 후진 주차 시 후측방 레이더를 통해 다가오는 차량을 인식하고 경고음을 울리며, 충돌 위험이 높아지면 자동으로 제동한다. PCA는 광각-후방 카메라와 후방 초음파센서를 통해 차량 후방의 보행자 또는 장애물을 인식한다.
• 지능형 속도 적응 시스템 (Intelligent speed adaptation or intelligent speed advice)
• 보행자 보호 시스템 (Pedestrian Protection System)
• 자동 주차 시스템 (Automatic Parking)
• 교통 표지판 인지 시스템 (Traffic Sign Recognition)
• 운전자 졸음 방지 시스템 (Driver Drowsiness Detection)
• 차량 통신 시스템 (Vehicular Communication Systems)
• 경사로 주행 제어 (Hill Descent Control)
• 전기차 주행 경고음 (Electric Vehicle Warning Sounds used in hybrids and plug-in electric vehicles)