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by 김민형 CFA Jan 15. 2023

[자율주행 1편] 자율주행 정의와 기술 수준 구분

자율주행의 정의와 기술 기준에 따른 구분을 이해 보자

안녕하세요 :)

모네 브런치에 오신 분들 환영합니다. 저는 모네를 운영하고 있는 김민형입니다. 제 브런치는 크게 3가지 카테고리 이야기를 하고 있습니다. 첫 번째는 모빌리티 주제로 관련 산업과 기업의 다양한 이야기입니다. 두 번째로 비즈니스를 하기 위해 알고 있어야 할 내용으로 비즈니스 모델, 사업기획 등에 다룹니다. 세 번째로 커리어 관련하여 업무와 직무, 이직에 대한 이야기를 합니다.

이번 주부터 기고할 내용은 자율주행 시리즈로 자율주행에 대한 다양한 이야기를 해 보려고 합니다. 모네 모빌리티 지도에도 자율주행을 하나의 산업으로 구분하였는데요 앞으로 총 5편에 걸쳐 자율주행에 대해 살펴보고자 합니다.

1편) 자율주행 정의와 기술 수준 구분

2편) 자율주행의 기술 및 동작 원래 이해

3편) 자율주행의 주요 기업과 성과

4편) 자율주행의 방향 - 라이다와 카메라

5편) 국내 자율주행의 방향

1편) 자율주행 정의와 기술 수준에 대한 이야기로 자율주행에 대한 기초적인 이야기를 해보려고 합니다. 이번 1편 글의 목차는 다음과 같습니다.

1. 자율주행이란?

2. 자율주행 단계 구분

3. 자율주행자동차란

4. 자율 주행 자동차 도입 이유

1. 자율주행이란?

자율주행은 운전자가 직접 조작하지 않아도 주행 환경을 인식해 위험을 판단하고 최적의 주행 경로를 계획해 스스로 주행하는 것을 말합니다. 주요 요소로 감지시스템, 중앙제어장치, 액추에이터 등으로 구성되며, 로봇 및 컴퓨터공학, GPS, 정밀센서, 전자제어 등 첨단 기술을 필요로 합니다. 자율주행차량에 적용되는 기술을 통틀어 ‘운전자 보조 시스템(ADAS, Advanced Driver Assistant System)’이라고 부르는데 크게 인지, 판단, 제어 분야로 구성합니다. ADAS를 사람에 적용시켜 보면, 인지는 눈에, 판단은 뇌에, 제어는 혈관·근육·신경계에 해당합니다.

자율 주행은 흔히 ‘self-driving’과 ‘autonomous driving’으로 불리고 있습니다. OEM 혹은 자율주행 기술을 개발하고 있는 회사마다 조금씩 다르게 사용하고 있습니다. 예를 들어 구글의 웨이모 경우 'autonomous driving'으로 사용하고 있으며, 테슬라의 경우 ‘self-driving’으로 표현하고 있다. 회사들 마다 자사의 기술을 다른 회사와 구분 혹은 차별화하기 위해 다른 용어를 쓰고 있는 것으로 보입니다.

자율주행은 좁게는 자율주행 자동차를 언급하는 것으로 이해할 수 있지만, 스스로 움직인다는 개념으로 보면 로봇, 드론등에 광범위하게 적용되는 기술 혹은 용어로 볼 수 있습니다.

또한 “자율주행시스템”이은 운전자 또는 승객의 조작 없이 주변 상황과 도로 정보 등을 스스로 인지하고 판단하여 자동차를 운행할 수 있게 하는 자동화 장비, 소프트웨어 및 이와 관련한 일체의 장치를 말합니다. 이에 적용되는 디바이스에 따라 적용되는 시스템에도 차이가 일부 있을 수 있지만, 스스로 인지, 판단, 운행(제어)한다는 큰 틀에서는 동일합니다.

그리고 용어적인 구분에서 자동과 자율은 종종 같은 의미로 사용되지만 기술 수준에서 이야기할 때는 그 의미가 약간 다릅니다.

* 자율: 차량이 혼자 운전할 뿐만 아니라 실제 스스로 선택을 할 수 있습니다. 예를 들어, 목적지까지 데려다 달라고 요청했다가 응급 상황이 발생하면 별도의 요청 없이도 치료를 받을 수 있는 곳으로 데려갈 수 있습니다.

* 자동: 자동 차량은 작업(이 경우 주행)을 자동화할 수 있지만 항상 앞에 놓인 작업을 완료하려고 합니다. 예를 들어, 자동 차량에 고속도로 주행을 지시할 수 있지만 운전자가 길을 잃으면 경로를 자동으로 수정할 수 없습니다.

이러한 이유로 SAE에서는 자율 주행의 수준을 '자율'이 아닌 '자동'으로 표현합니다

2. 자율주행 단계 구분

자율주행에 대한 단계 구분을 여러 방식이 있지만, SAE(국제자동차기술자협회)에 정의한 내용을 기준으로 이야기하고자 합니다. 간략하게 SAE (SAE International)에 대해 소개드리면 은 항공우주, 자동차 및 상용차 업계에서 종사하는 128,000명 이상의 엔지니어와 관련 기술 전문가로 구성된 글로벌 협회입니다

1) SAE에 따른 자율주행 단계 구분

Level 0: No Driving Automation

Level 1: Driver Assistance

Level 2: Partial Driving Automation

Level 3: Conditional Driving Automation

Level 4: High Driving Automation

Level 5: Full Driving Automation

자율 주행 기술 구분 By SAE

자율주행 0-2 단계 운전자가 주행을 주도하며 운전자의 통제가 항상 필요한 단계

0 단계 : No Driving Automation (모든 주행을 운전자가 수행)
경고 및 간헐적 보조 기능 제공하나 운전자의 통제가 항상 필요함

1 단계 : Driver Assistance (운전자 보조 단계)
방향제어 또는 가속/감속을 시스템이 일부 보조 시스템이 작동할 수 있는 영역이 규정되어 있음 (차선이 명확하게 그려진 고속도로 등)

2 단계 : Partial Driving Automation (부분 자동화 단계)
"자동화"라고 불리는 첫 번째 단계 방향제어와 함께 가속/감속 등의 제어가 가능하나 시스템 작동 영역은 여전히 규정되어 있음 현대/기아 HDA 2, 테슬라 오토파일럿 등이 여기에 해당

자율주행 3-5 단계 운전자보다 자동차 역할이 우선 되며 시스템이 차량 통제권을 가짐

3 단계 : Conditional Driving Automation (조건부 자동화 단계)
주행 시 운전자의 개입을 요구하지 않으나 주행 불능 상태 시 제어권 전환 요청이 이뤄짐 제어권 전환 오류로 사고가 난 경우 책임에 대한 법적 문제 이슈가 존재하며, 제조사는 오류 방지를 위해 제어권 전환 요청과 관련해 고도의 UX 설계가 필요함

4 단계 : High Driving Automation (고도의 자동화 단계)
운전자의 개입이 전혀 필요 없으며 비상상황에서도 시스템이 대응함 단, 주행 가능 구역이 정의되어 있음 (ex. 대학교 캠퍼스 내 자율주행 버스)

5 단계 : Full Driving Automation (완전 자동화 단계)
모든 구역에서 운전자가 불필요하며, 주행 가능 조건 관점에서 0단계와 동일한 수준

2) 우리나라 자율주행 시스템 구분

우리나라의 「자동차 및 자동차부품의 성능과 기준에 관한 규칙」 제111조에 따라 자율주행시스템을 다음과 같이 구분합니다.

(1) 부분 자율주행시스템 : 지정된 조건에서 자동차를 운행하되 작동한계상황 등 필요한 경우 운전자의 개입을 요구하는 자율주행 시스템

(2) 조건부 완전자율주행시스템 : 지정된 조건에서 운전자의 개입 없이 자동차를 운행하는 자율주행시스템

(3) 완전 자율주행시스템 : 모든 영역에서 운전자의 개입 없이 자동차를 운행하는 자율주행시스템

3. 자율주행자동차란

자율주행에 언급한 내용에서 가장 많이 활용되고 있는 자율주행 자동차에 대해 알아보고자 합니다. '자동차관리법'에 따르면 “자율주행자동차”란 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차"를 말합니다. 즉 자율주행을 위해 자동차에 IT·센서 등 첨단 기술을 융합하여 스스로 주변 환경을 인식, 위험을 판단하고 주행 경로를 계획하여 운전자 또는 승객의 조작 없이 안전한 운행이 가능하도록 한 자동차를 자율주행자동차라고 합니다.

자율 주행자동차 개념 기술 / 출처 국토교통부

자율주행차는 다양한 이름으로 불리며, 자율주행차(self-driving car), 무인자동차(driverless car), 스마트 카(smart car), 커넥티드 카(connected car), 로봇 자동차(robot car) 등 쓰이고 있습니다.

또한 자율주행 자동차에는 자유 주행 단계에 따라 다양한 기술들이 적용되며 현재 적용된 자율 주행 기술을 살펴보면 다음과 같다.

(1) 전방 충돌방지 보조 (Forward Collision-Avoidance Assist, FCA)
선행 차량이 갑자기 속도를 줄이거나 전방에 정지한 차량, 보행자, 자전거 탑승자와의 충돌 위험을 감지하면 경고를 합니다. 경고 후에도 충돌 위험이 높아지면 자동으로 제동을 도와줍니다.

(2) 차로 이탈방지 보조(Lane Keeping Assist, LKA)
주행 시 방향지시등 스위치의 움직임 없이 차로 이탈을 감지하면 경고를 해주고, 차로를 이탈하지 않도록 자동으로 조향을 도와줍니다.

(3) 후측방 충돌방지 보조(Blind-Spot Collision-Avoidance Assist, BCA)
차로변경 시 후측방 차량과의 충돌 위험을 감지하면 자동으로 제동을 도와줍니다. 평행 주차상태에서 전진 출차 시 후측방 차량과의 충돌 위험을 감지하면 자동으로 차량을 제어해 충돌 회피를 도와줍니다.

(4) 안전 하차 경고(Safe Exit Warning, SEW)
정차 시 탑승자가 하차를 위해 도어를 열 때, 후측방에서 접근하는 차량과의 충돌 위험을 감지하면 경고를 합니다.

(5) 안전 하차 보조 (Safe Exit Assist, SEA)
정차 시 후석 탑승자의 하차를 위해 전자식 차일드 락 버튼을 누를 때, 후측방에서 접근하는 차량과의 충돌 위험을 감지하면 자동으로 전자식 차일드 락을 잠김 상태로 유지하고 경고를 합니다.

(6) 스마트 크루즈 컨트롤 (Smart Cruise Control, SCC)
주행 시 앞 차와의 거리를 유지하며 운전자가 설정한 속도로 주행하도록 도와줍니다. 차간거리를 1~4 단계로 선택할 수 있으며, 자동으로 차간거리 및 설정속도를 유지하면서 주행합니다

(7) 내비게이션 기반 스마트 크루즈 컨트롤 (Navigation-based Smart Cruise Control, NSCC)
고속도로 및 자동차 전용도로 주행 시 도로 상황에 맞춰 안전한 속도로 주행하도록 도와줍니다. 안전속도 구간 진입 전에 자동으로 감속하고, 안전속도 구간을 지나면 자동으로 기존에 설정한 속도로 복귀합니다. 기능 작동 시 운전자가 현재 고속도로/자동차 전용도로의 제한속도로 설정속도를 맞추면, 제한속도가 바뀔 때마다 자동으로 설정속도를 제한속도로 변경합니다

(8) 차로 유지 보조(Lane Following Assist, LFA)
주행 시 차로 중앙을 유지하며 주행하도록 도와줍니다. 전방 카메라로 차로를 인식해 조향을 도와줍니다. 또, 차로 미인식 시 전방의 차량을 인식해 일정 시간 동안 조향을 도와줍니다.

위 기술은 현재 자동차에 적용될 기술로 운전을 하시는 분들이라면 알 수 있는 내용을 생각됩니다. 과거에 비해 운전 시 피로도가 해당 기술만으로도 많이 줄어들고, 교통사고의 위험도 많이 줄어든 것으로 보입니다.

안전기준 및 자동차안전도평가 항목 / 출처 : 범부처기획자료

이에 따라 보험사도 첨단안전장치 기술이 적용된 차량에 대해 보험료를 일부 할인해 주고 있다. 궁극적으로 자율주행 기술이 확대됨에 따라 이러한 보험비용은 점차 감소할 것으로 예측된다.

4. 자율 주행 자동차 도입의 이유

지금까지 자율주행의 정의와 기술 구분 및 자율주행 자동차에 대해 살펴보았습니다. 그러면 이러한 자율주행 자동차를 여러 기업들이 기술을 개발하고 도입하려는 이유는 무엇일까요?

인터넷을 찾아보면 그 이유를 크게 4가지 정도로 이야기하고 있습니다. 편리성, 안전성, 시간 절약, 친환경이다.

첫 번째 편리성은 말 그대로 자율주행 자동차가 스스로 알아서 운전 및 주차를 해 주기 때문에, 사람이 직접 운전할 필요가 없어 매우 편리합니다. 이는 장애인이나 노약자들이 스스로 운전하는 것보다 더욱 안전한 이동을 보장해 주어 이동 기회를 확대시켜 줍니다. 두 번째로 안전성으로 자동차 사고는 주로 운전자들의 실수에서 비롯됩니다. 사람은 졸음, 시력, 반응 시간 등 육체적 한계를 지니고 있지만, 무인 자동차는 360도 시야를 가지고 있으며 레이더와 같은 특수 장비로 밤에도 시야를 잘 볼 수 있는 등 인간의 육체적 한계를 뛰어넘는 능력을 가지고 있어 사고가 날 확률을 줄여 줍니다. 따라서 정확한 자율주행 시스템이 도입되면, 교통사고의 확률이 감소하고, 결론적으로 사망률까지도 낮출 수 있습니다. 또한 신체적 위험이 발생하였을 경우 긴급하게 차량을 안전구역으로 자동으로 이동하며, 의료지원을 받을 수 있도록 할 수 있어 안정성이 높아집니다. 네 번째 시간 절약입니다. 무인 자동차는 교통 혼잡을 해소해 운전할 필요가 없는 시간을 늘려줍니다. 이에 더해 무인 자동차는 주차 장소를 찾아주는 시간과 주차하는 시간을 줄여줍니다. 또한 주행 시 운전자가 휴식을 취하거나 다른 업무를 처리하거나 게임, 영화 등 엔터테인먼트를 즐기는 등 시간을 보다 효율적이게 사용할 수 있습니다.

마지막으로 친환경입니다. 자율주행 차량은 다른 자동차의 존재를 더 잘 감지한다. 이는 다른 차량과 더 가깝게 유지하며 주행하는 것을 가능하게 만들어 공기저항을 줄여준다. 공기저항을 줄임으로 인해 연료 소비량 또한 줄여주는 이점을 가집니다. 흔히 군집 주행 일컫는 이 기술은 장거리를 이동하는 트럭의 경우 군집으로 함께 이동을 하게 될 경우 연료비 절감을 줄여 줍니다.

언급한 위 내용은 바탕에는 결국 경제성이라는 키워드가 존재합니다. 자율 주행 자동차는 이동의 경제성을 올려주는 주요 기술로 교통비 절감, 자동차를 기반으로 한 산업의 매출 향상등을 가능하게 합니다. 모빌리티 산업은 크게 3가지로 구분이 가능합니다. 제조산업, 서비스산업, 플랫폼 산업입니다. 각 단계별 산업은 긴밀한 관계를 가지며, 자율 주행 기술은 자동차에 적용되며, 제품 기술 혁신으로 고객에게 제공하며, 다양한 서비스에 이용됩니다. 즉 자율주행이 가 가져다주는 부가가치는 물류, 여객 등 다양하 모빌리티 서비스에 적용가능하며 이는 경제적 혁명을 가져다줄 것으로 예상됩니다. 이에 많은 기업들이 이 기술에 수천억 단위의 투자를 집행하고 있기도 합니다.

다만 완전한 자율주행 기술을 실 생활에 적용하기 위해서는 아직도 가야 할 길이 멀기 때문에 단계별 발전에 따른 부가가치 창출과 중간 단계 서비스를 사회에 선보이고, 적용하는 것이 무엇보다 중요하다고 봅니다. 즉 투자와 이를 통해 실 생활에 적용됨에는 시차가 발생하기에 그 사이를 어떻게 메꾸고 나누어서 적용하는 것이 무엇보다 중요한 시점으로 보입니다.

오늘은 여기까지 작성합니다. 읽어주셔서 감사드리고, 잊지 마시고 “좋아요” 혹은 “추천” 그리고 브런치 "구독" 부탁드립니다.

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