신기술동향 - 자율주행 자동차 상용화 및 기술현황

[能田]

신기술동향

자율주행 자동차 상용화 및 기술현황

서울공대지 2019 Autumn No.114

이경수 교수 ·서울대학교 기계항공공학부 기계공학전공

운전자의 주행 업무 (Dynamic Driving Tasks)를 대신하는 자율주행 자동차는 대중들의 관심이 집중되고 있는 4차 산업혁명의 핵심 분야이다. 현재는 자율주행 자동차의 개념이 알려지기 시작하던 시기를 지나 간단한 인터넷 검색만으로도 스스로 운전하는 자동차 영상을 어렵지 않게 찾아볼 수 있는 시대가 되었다. 자율주행 자동차가 어떤 시기에, 어떠한 형태로 우리 삶 속에 녹아들 지를 더욱 구체적으로 구상하는 논의들이 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

자율주행 자동차의 보급은 양산형 ADAS(운전자 지원 시스템)의 통합 및 고도화를 통하여 단계적으로 자율주행 자동차 양산에 접근하는 자동차 완성차 기업들과 단계적인 기술 성숙과정 없이 한 번에 완전자율주행(SAE Lv. 5) 기술 구현에 도전하는 ICT 기업들로 나뉘어 진행되고 있다.

양산형 ADAS를 개발하는 대부분의 전통적인 차량 제조회사들의 경우, 차량을 구매하는 운전자가 주 수요층인 반면, Waymo, GM Cruise와 같은 완전자율주행 기술개발회사들의 주 수요층은 공유교통서비스 제공 회사들이 될 것으로 보인다.

기술 신뢰성이 확보된 완전자율주행 기술이 본격적으로 도입되면, ‘소유’에서 ‘공유’로 차량 패러다임의 변화가 예상되며, 차량 공유 서비스 제공 회사와 자율주행기술 개발 회사 간의 잇따른 협력 제휴 발표는 이를 뒷받침하는 선제적 움직임으로 볼 수 있다.

전 세계의 이목이 쏠려있는 자율주행 분야 첫 번째 질문은 상용화 가능 시기이며, 미국 컨설팅회사 NAVIGANT Research에서는 이를 보다 체계적으로 판단할 수 있도록 매년 자율주행차 분야의 Leader를 선정해 발표해오고 있다. NAVIGANT Research는 개발 회사의 역량을 실행력과 전략 수립 2가지 관점에서 평가하고 있다. 실행력을 평가하는 세부 지표는 영업, 마케팅, 유통, 기능, 안전성 등이 있고, 회사의 전략을 평가하는 세부 지표로는 비전, 시장 진출 전략, 파트너십이 있다.

2019년 1분기에 NAVIGANT Research에서 발표한 주요 자율주행 자동차 개발사들의 순위를 살펴보면 Waymo가 1위 GM Cruise가 2위로 집계되었다. 2018년도 발표에서는 LEADERS, CONTENDERS, CHALLENGERS 그룹에 속한 기업의 분포가 고른 편이었다면, 2019년도에 LEADERS 그룹으로 분류된 기업은 Waymo, GM Cruise, Ford Autonomous Vehicles 단 3곳이었고, 대부분 회사가 CONTENDERS로 분류되었다. 이는 시장을 주도하는 선두 그룹이 후발 그룹과 유의미한 차이를 내기 시작했으며, 후발 그룹 간의 기술 평준화가 이루어지고 있음을 시사한다고 볼 수 있다.

2018년과 비교할 때, PSA, Jaguar Land Rover, Honda는 2019년 집계에서 제외되었으며, Zoox, May Mobility, Voyage 등의 순수 자율주행 솔루션 개발사들이 순위권에 포함되었다. 이는 미래 자율주행차의 양산 및 상용화가 전통적인 제조 양산 분야와 소프트웨어 제공 분야로 역할이 구분될 수 있음을 시사한다.

그림 1. 2019년 자율주행 기술개발 회사 순위 (출처: NAVIGANT Research)

	2018	2019
01	GM	Waymo
02	Waymo	GM Cruise
03	Daimler-Bosch	Ford Autonomous Vehicle
04	Ford	Aptiv
05	Volkswagen(VW) Group	Intel-Mobileye
06	BMW-Intel-FCA	Volkswagen Group
07	Aptiv	Daimler-Bosch
08	Renault-Nissan Alliance	Baidu
09	Volvo-Veoneer-Ericsson-Zenuity	Toyota
10	PSA	Renault-Nissan-Mitsubishi Alliance
11	Jaguar Land Rover	BWM-Intel-FCA
12	Toyata	Volvo-Veoneer-Ericsson-Zenuity
13	NAVYA	Zoox
14	Baidu-BAIC	May Mobility
15	Hyundai Motor Group	Hyundai Motor Group
16	Honda	Uber
17	Uber	NAVYA
18	Apple	Voyage
19	Tesla	Tesla
20	-	Apple

표 1. 2018년↔2019년 자율주행 기술개발 회사 순위 비교 (출처: NAVIGANT Research

가장 진보된 완전자율주행 기술을 보유한 것으로 알려진 Waymo는 2017년 04월부터 자율차 공개 테스트(“Early Ride Program”)를 진행했으며, 이후 2018년 12월에는 세계 최초의 유료 로보택시 서비스인 “Waymo ONE”을 런칭했다. 핸드폰 어플리케이션과 연동하여, 사용자의 현재 위치 및 이동 서비스 주문을 접수하고, 탑승한 사용자를 목적지까지 자율주행으로 이동시키는 형태의 서비스를 제공한다.

완전자율주행 로보택시 서비스를 런칭 했음에도 불구하고 여전히 안전운전자는 운전석에 탑승하고 있으며, 현재까지 전 세계적으로 안전운전자 없이 완전한 무인으로 운행되는 상시 자율주행 서비스는 시행되지 않고 있다.

그림 2. 승차 고객용 HMI 화면: Waymo Robotaxi Service – ONE (출처: Waymo)

미국의 기술 전문 미디어지 The Verge의 시승기에 따르면, 약 3마일의 거리를 약 7분간 운행하는데 지불한 비용은 약 $7인 것으로 알려졌다. 서울시 택시 운임 체계 적용 시, 같은 거리에 대한 예상 운임이 약 6천원인 것을 고려할 때, Waymo ONE이 제공하는 가격 정책은 현재 택시요금 체계와 유사해 사용자가 느끼는 경제적 이질감은 없을 것으로 보인다.

그림 3. Google(Waymo) 완전자율주행자동차 (Fiat-Chrysler Pacifica model)

2017년 10월 Waymo가 공개한 “Safety Report” 백서에 따르면, Waymo의 Pacifica 자율주행차 모델에는 LiDAR가 5개, Radar가 4개, All-around Vision System 1세트, GPS 및 오디오 감지 센서 등 기타 센서 센트가 장착되는데, 현재 자율주행용 센서의 평균적인 가격을 고려해봤을 때, Waymo ONE이 제공하는 운임 체계는 수익성보다는 시장 선점을 위한 전략적 결정인 것으로 보인다.

Waymo는 이후 2019년 4월말 디트로이트에 일반 자동차를 레벨4 자율주행차로 개조하는 양산 공장의 설립 계획을 발표했다. Waymo는 재규어 랜드로버와 피아트 크라이슬러를 포함해 여러 일반 차량에 자율주행 기술을 접목할 계획이다.

Waymo는 대규모 라이드 헤일링 서비스를 위해 미국 최대 자동차 딜러 회사인 오토네이션사와 차량 정비 및 관리 서비스를 위한 파트너십도 체결했는데, 이는 이전에 없던 새로운 자동차 파생시장의 개척이라 볼 수 있다.

기본 차량정비업을 포함해, 별도로 장착한 차량 외부 자율주행 센서의 유지관리, 상태 점검 등 새로운 정비 기술을 요구할 것으로 보이며, 차량 내 승객 탑승 여부 판단, 차량 내 청소 관리 등 자율주행으로부터 파생하는 새로운 형태의 자율주행 차량 유지관리 서비스업이 등장할 것으로 예상한다.

Waymo와 GM Cruise는 서비스사업 추진과 더불어 자율주행 기술 공개 영상을 꾸준히 업데이트하며 개발기술의 자신감을 보이고 있다. 핸들이 자동으로 작동하는 차량 운행 영상은 우리나라를 포함해 전 세계적으로도 어렵지 않게 찾아볼 수 있는 시대가 되었으나, 대응 가능한 주행시나리오의 난이도는 Waymo와 GM Cruise가 크게 앞서있는 것이 사실이다.

특히 Waymo는 미국 미시건주에서 지속적인 주행시험을 진행해왔으며, 기상 가혹조건에 대한 자율주행 시스템의 강건성을 높이고 있다. 또한, 주택가 도로에서 공이나 사람이 갑작스럽게 튀어나오는 경우, 교통 법규를 지키지 않는 차량에 대한 방어 운전 등 비정형적인 시나리오에 대한 차량의 대응 기능을 공개하고 있다.

그림 4. Waymo 비정형 시나리오 주행시험 영상공개 – 1 (출처: Waymo)

그림 5. Waymo 비정형 시나리오 주행시험 영상공개 – 2 (출처: Waymo)

GM Cruise도 공식적인 자율주행 택시 서비스를 런칭하진 않았지만, 영상공개의 형태로 구글과 유사한 주문형 승차 서비스를 선보이고 있으며, 야간 운전, 이중 주차 및 비정형적인 상황이 발생하는 주택가 주행 등 난이도 높은 상황에 대응하는 영상을 공개하고 있다.

주목할 부분은 Waymo와 GM Cruise 모두 특정한 시연 이벤트 영상을 공개하기보다 주/야간을 가리지 않고 매일 이루어지는 주행시험에서 실제 발생한 사례들을 공개한다는 점이다. 이는 사회가 단순히 핸들과 페달 조작의 단순 자동화 이상을 요구하고 있다고 볼 수 있으며, Waymo와 GM Cruise는 이러한 요구에 대응할 수 있는 상당한 수준의 기술 축적이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.

이처럼 공유교통 서비스로의 파생을 전제하는 완전자율주행 기술은 다수의 이용자가 한 대의 차량을 공유하므로, 자가용과 달리 24시간 운행을 가정하여 신뢰성 및 안전성이 확보되어야 한다. 만약 단위시간당 사고 발생 확률을 운전능력 평가지표로 삼는다면, 운행 시간이 증가하는 만큼 안전운전 능력이 고도화된 완전자율주행 기술이 도입되어야 안전을 신뢰할 수 있기 때문이다.

그뿐만 아니라, 완전자율주행 기술은 운전자의 차량 제어를 배제하므로 기술개발 주체는 사고 발생 시의 책임 소재 규명 결과에 따라 산업적, 경제적 측면에서 막대한 영향 아래 놓일 수 있다.

Waymo와 GM Cruise의 사례와 같이 실생활에 적용 가능한 자율주행 기술은 현실에서 불특정하게 일어나는 다양한 주행상황 대응능력을 전제하고 있다. 지금부터는 다수의 자율차량이 동시에 실제 도로환경으로 나와야 그 성능을 인정받는 시기가 시작되었다고 볼 수 있다.

각 개발 주체는 이를 위해 동일성능이 보장되는 자율주행 자동차 양산시스템을 보유하고 있어야 하며, 주/야간을 구분하지 않고 반복적인 주행테스트를 수행해 데이터 및 노하우를 축적해야 한다. 또한, 실시간으로 축적되는 데이터로부터 발생하는 자율주행 솔루션의 업데이트를 전 차량에 동시 적용할 수 있는 체계도 갖추어야 한다.

이러한 성능 안정화 과정은 비용과 인력이 천문학적으로 요구되며, 기술개발 노하우 축적 또한, 짧은 시간 안에 이루어질 수 없으므로, LEADERS 그룹과 CONTENDERS 그룹의 격차는 꾸준히 벌어질 것으로 예상한다.

서울대학교에서는 Waymo와 GM Cruise의 사례로 미루어, 다차량 동시 자율주행 시험이 가지는 의미와 중요성을 인지하고, 시흥스마트캠퍼스에 미래 모빌리티 기술센터와 테스트트랙를 구축하고 있으며, 현대자동차가 연구 협력관계로 지원하는 아이오닉 10대를 자율주행차로 개조해 실증 테스트에 나선다. 또한, 제한된 테스트베드 환경에서의 성능 안정성이 확보되면 이후 배곧신도시로 영역을 확대해 Waymo와 같이 실생활권 내에서 이루어지는 자율주행 서비스 실증을 준비하고 있다.

현재 국내/외 산업계의 실제 자율주행기술 수준이 베일에 가려져 있지만, 신뢰성이 확보된 자율주행 기술이 공개될 경우, 세계적 규모의 기술 및 서비스 관련 파생 신시장이 급속하게 확대될 것으로 예상한다. 우리나라가 그러한 혁신의 파도에서 고유의 영역을 구축하고, 자율주행 자동차 및 관련 모빌리티 서비스 산업의 경쟁력을 확보하기 위해서는 국내 산업을 보호 육성하는 방파제 역할과 안전성능 기준을 제공하는 고유 자율주행 안전 기준이 마련되는 것도 중요하다.

정부는 자율주행 기술개발에 대한 세계적인 요구에 대응하고, 국내환경에 맞는 안전한 자율주행 기술의 개발 및 서비스 실증을 지원하고자 많은 노력을 기울이고 있다. 특히, 국토교통부에서는 “자율주행차 임시운행허가”제도를 시행하고 있으며, 자율주행 기능 시험 및 심사를 통과한 자율주행차에 한정하여 공로주행을 허용하고 있다. 이에 다양한 회사들과 대학들이 임시운행허가를 취득하여 자율주행 연구에 매진하고 있다.

그림 6. 서울대학교 시흥스마트캠퍼스 미래모빌리티 기술센터 자율주행 테스트 트랙 설계안

그림 7. 서울대학교 시흥스마트캠퍼스 미래모빌리티 실증 서비스 확장 로드맵

하지만 연구 목적 위주의 임시운행허가 취득을 넘어 실생활에서 발생하는 악의 조건 시나리오를 발굴하고 축적해 성능평가 요소를 객관화하는 것이 자율주행 기술의 국내 상용화 견인에 있어 중요하다고 할 수 있다.

자율주행 상용화의 또 다른 중요요소는 국가 행정주체의 정책적 추진 의지와 사용자 수용성이라고 볼 수 있다. 최근 테슬라와 우버 등 전 세계적으로 발생하는 자율주행 사고 사례들로부터 자율주행 기술에 대한 신뢰성에 의문을 제기하는 인식이 생기고 있으며, 이는 기술 수용 저항의 요인으로 작용할 수 있다.

사회적 수용성 확대 및 실증사업을 통한 검증은 자율주행 자동차 기반 모빌리티 서비스 사업화의 핵심이라 할 수 있다. 미래 수익성 예측에 기반한 요금 정책을 채택한 Waymo의 유료서비스 런칭은 실질적이고 단계적인 경험축적을 통한 미래 자율주행 스마트모빌리티 서비스의 사업화를 위해 중요하고 큰 첫걸음으로 보인다.