자율주행 기술의 단계에 대해서 알아봤다. 지금은 어느 단계에 와 있을까?

업계는 2020~2022년 레벨 3 자율주행 자동차가 상용화 될 것으로 보고 있다

자동차는 점점 더 영리해지고 있다. 주행 중 위험을 피하고 운전자의 스트레스를 줄이기 위해 개발된 여러 기술이 발전을 거듭해, 어느새 운전의 많은 부분을 차에게 맡길 수 있는 단계에 이르렀다. 이제는 자율주행이라는 표현을 자주 접할 수 있고 머지 않아 현실로 다가올 것처럼 여겨지고 있다.

그렇다면 지금의 기술은 완전한 자율주행으로 나아가는 과정에서 어느 단계에 있을까? 자동차 업계에서 자율주행 기술이 어느 정도로 구현되었는지를 나타낼 때에는 주로 미국자동차공학회(SAE)가 정의한 표준을 인용한다. 2014년에 처음 정리된 J3016 표준이 그것으로, 2016년과 2018년에 개정되어 지금에 이르고 있다. 이 표준은 자율주행 기술을 자동차 자체와 자동차의 운행이라는 맥락에서 분류하고 정의한 것으로, 핵심은 누가 주행 중 주변 상황을 파악해 판단하고 자동차의 주행에 관한 기능을 통제하느냐에 있다. 즉 주행에 필요한 판단과 운전의 주체를 자율주행의 기준으로 삼은 것이다.

자율주행 기술 단계는 운전자 또는 시스템의 개입 정도에 따라 총 6단계로 나뉜다

SAE 표준에서는 자율주행 기술의 단계를 모두 여섯 개로 나눈다. 운전자가 주변을 살피고, 장애물 또는 급작스런 상황에 적절하게 대응하는 것을 레벨0~2, 시스템이 이런 임무를 수행 하는 것을 레벨 3~5로 구분한다. 즉 운전자 지원 기능에서는 주로 사람이 운전을 하고 여러 기술이 운전을 돕는 보조적 역할에 그치는 반면, 자율주행 기능에서는 주로 차가 스스로 운전을 하고 사람은 필요할 때 보조적 역할을 하거나 운전에 신경 쓰지 않아도 된다.

현재 소비자가 살 수 있는 차들에 구현된 기술은 대부분 레벨 0~2에 속한다. 요즘 한창 자동차 업체들이 적극적으로 알리는 여러 기술의 이름이 ADAS, 즉 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System)인 이유가 거기에 있다. 이들 시스템은 운전자의 특정한 주행 관련 조작에 개입해, 운전의 안전성을 높이고 운전에 대한 부담을 줄이는 것이 목적이다.

자율주행 레벨0~2는 주행과 관련된 모든 책임이 온전히 운전자에게 있다

레벨 0은 자동차에 설치된 시스템이 주행에 영향을 주지 않고, 모든 상황 판단과 운전 조작을 운전자가 맡아서 하는 것이다. SAE 표준은 초기에 운전자 보조 시스템이 전혀 없는 것을 레벨 0으로 분류했다. 하지만 최신 표준은 운전자의 역할에 초점을 맞추면서 경고 기능만 있는 시스템이나 긴급 제동 등 일시 개입하는 시스템도 레벨 0으로 분류한다. 전방 충돌방지 보조(FCA), 차로 이탈방지 보조(LKA), 후측방 충돌 경고(BCW), 운전자 주의 경고(DAW) 등의 주행 안전 시스템이 대표적이다. 물론, 차간 거리나, 차로 유지와 같은 통제의 역할은 운전자가 전부 부담해야 한다.

레벨 1은 전반적인 운전은 운전자가 직접 하지만, 특정한 경우에 주행에 관한 일부 기능을 차에게 맡길 수 있는 것이다. 차로 유지 보조 시스템처럼 조향 조작에 개입하거나 스마트 크루즈 컨트롤 시스템처럼 앞 차와의 안전거리 확보를 위해 속도를 능동적으로 조절하는 기능을 들 수 있다. 이처럼 자동 조향 기능과 속도조절 기능 중 어느 하나만이라도 갖추고 있다면 레벨 1에 해당한다.

현대자동차그룹의 고속도로 주행 보조 시스템은 자율주행 레벨2에 해당된다

레벨 2 역시 전반적인 운전을 운전자가 직접 해야 한다. 다만 ADAS 시스템이 운전자를 돕는 범위가 조금 더 넓어져, 부분적으로는 운전자가 스티어링 휠과 액셀러레이터, 브레이크 페달을 모두 조작하지 않을 수 있다. 즉 차로 유지 보조와 스마트 크루즈 컨트롤이 함께 작동하는 기능을 갖추고 있다면 레벨 2에 해당한다. 이와 같은 기능을 갖추고 있다면, 고속도로처럼 교통 흐름이 일반 도로보다 상대적으로 단순한 곳에서는 일정 조건 내에서 ADAS 시스템에게 운전을 맡길 수 있다. 현대자동차와 기아자동차, 제네시스에 들어가는 고속도로 주행 보조(HDA)가 좋은 예다. 

참고로 현재 현대자동차그룹의 대부분의 차는 레벨 2다. 현대차 코나, 아이오닉, 기아차 셀토스 등 컴팩트 모델까지 전부 고속도로 주행 보조 시스템이 옵션으로 들어간다. 이정도의 시스템은 이제 편의장비로 보고 있기 때문이다. 고속도로 주행 보조는 조건 내에서 속도 또는 차간거리, 차선 등을 스스로 유지한다.

레벨3는 자동차가 종합적인 판단이 가능한 정도의 지능을 갖지만, 필요시 언제든지 운전자가 개입할 수 있어야 한다

레벨 0에서 레벨 2 사이에 해당하는 주행 보조 단계에서는 아무리 ADAS 기능이 작동하고 있다고 해도 필요할 때에는 운전자가 즉시 운전에 개입해야 한다. 주변 상황을 판단하고 차를 통제하는 권한은 운전자의 몫이기 때문이다. 달리 말하면, 운전자 지원 단계에서는 주행에 영향을 주는 기능은 자동차에게 맡길 수 있어도, 그런 기능을 종합적으로 통제하는 것은 사람이다. 

반면, 레벨 3에서 레벨 5 사이의 자율주행 단계에서는 자동차가 말 그대로 지능을 갖는 단계다. 각종 센서로 파악한 정보를 종합적으로 판단하고 적당한 행동으로 옮기는 모든 과정을 자동차 스스로 하는 것이다. 물론 이 수준에서도 단계별로 차이는 있다. 즉 레벨 3부터 레벨 5를 구분하는 기준은 자동차의 지능화가 어느 정도에 이르렀으며 사람이 얼마나 운전에 신경을 써야 하느냐에 있다.

레벨 3은 자동차가 대부분의 경우 스스로 주행하며 해야 할 일을 판단해 행동한다. 그래서, 레벨 3인 차에 타고 있는 사람은 고속도로와 같은 일부 조건에서는 자동차에게 운전을 맡겨두어도 된다. 그러나 운전자는 언제든 차가 요청할 때 알맞게 대응할 수 있도록 준비를 하고 있어야 한다. 차가 운전자에게 도움을 요청한다는 것은 '지금 상황에서는 안전을 보장할 수 없다'는 뜻이므로, 운전자는 차가 요청할 때에는 즉시 그리고 반드시 직접 운전을 맡아야 한다. 

자율주행 레벨4부터 운전자는 운전 중 다른 행위를 할 수 있다

레벨 4는 제한된 조건 아래에서 주행과 관련된 모든 판단과 행동을 자동차가 알아서 하는 수준이다. 만약을 위해 운전자가 차의 주행을 통제할 수 있는 장치, 즉 스티어링 휠과 액셀러레이터 및 브레이크 페달은 달려 있지만 실제로는 대부분 그런 장치들은 그냥 내버려 둬도 된다. 그러나 레벨 4의 자율주행 시스템은 일반적인 주행 조건이 아닌 경우, 예를 들어 오프로드와 같은 극한 조건까지 모두 스스로 처리하지는 못한다. 따라서 그런 상황에서는 운전자가 차의 움직임을 통제해야 한다.

레벨 5는 언제 어디서나 자동차 스스로 판단하고 행동하는 단계다. 이 수준이 되면 차에 타고 있는 모든 사람이 탑승자가 된다. 즉 사람이 주행에 전혀 관여하지 않으므로 스티어링 휠과 각종 페달을 제거할 수 있고, 운전자라는 개념이 사라져 흔히 이야기하는 '운전자 없이 움직이는(driverless operation) 자동차'가 되는 것이다. 공상과학 영화에 종종 등장하는 로봇 택시가 실제로 구현되려면 자율주행 시스템이 이 수준에 이르러야 한다.

레벨5 완전자율주행차의 실내는 주행과 전혀 상관없는 공간으로 탈바꿈한다

이해를 돕기 위해, 특별히 개조한 차를 사용하는 운전교습을 가정해 보자. 세계 여러 나라에서 초보운전자의 운전교습을 위해 동반석에도 스티어링 휠과 액셀러레이터 및 브레이크 페달을 설치한 차를 쓰는 경우를 종종 볼 수 있다. 이런 차에서 초보운전자가 자율주행 차의 인공지능, 동반석에 앉은 운전 교관이 자율주행 차에 탄 운전자라고 생각해 보자. 

아직 운전이 익숙하지 않은 상태의 초보운전자가 위험한 상황에 미숙하게 대응하면, 운전 교관이 즉시 개입해 사고로 이어지지 않도록 차의 움직임을 통제한다. 특정한 상황에서만 운전 교관이 개입할 뿐, 전반적인 차의 주행을 통제하는 주체는 초보운전자이므로 이 단계를 자율주행 레벨 3이라고 할 수 있다. 

운전면허 교육 시 함께 탑승하는 인스터럭터의 개입 정도를 생각하면 자율주행의 레벨에 대한 이해가 쉽다

초보운전자가 운전 실력이 늘어 대부분의 상황을 스스로 해결할 수 있다면, 운전 교관은 그냥 지켜보기만 하면 된다. 스티어링 휠과 페달들은 만약의 경우에 대비해 교관이 개입할 수 있는 최소한의 장치로 남아 있는 셈이다. 이를 자율주행 레벨 4에 비유할 수 있다. 나아가 초보운전자의 운전 실력이 충분히 능숙해져 스스로 모든 상황에 알맞게 차를 다룰 수 있다면, 굳이 운전 교관이 개입하지 않아도 되므로 보조 스티어링 휠과 페달은 더 이상 필요 없다. 이 단계가 되면 교관은 운전에 신경 쓰지 않는 단순한 탑승자에 지나지 않는다. 즉 레벨 5 완전 자율주행 단계에 이른 것이다.

현대차그룹이 지난해 선보인 ‘자동 발레 파킹 시스템(Auto Valet Parking System)’ 콘셉트

운전자가 주행 중 거의 손발을 쓰지 않아도 될 만큼 ADAS 시스템을 충분히 갖췄다고 해도, 그런 차가 완벽한 자율주행 단계에 이르렀다고 하기는 어렵다. 자동차의 주행환경은 무척 복잡하고 작용하는 변수도 많아, 현재의 기술로는 완전히 차 스스로 주변 상황을 판단해 움직일 수 있는 조건이 제한적이기 때문이다.

외부의 다양한 변수에도 능동적으로 판단 및 대응해야 완전 자율주행차라고 할 수 있다

특히 도로는 자동차 뿐 아니라 모터사이클, 자전거, 사람도 함께 사용하고, 경우에 따라서는 동물이 나타나기도 한다. 게다가 갑작스러운 도로공사와 같은 인위적 요소는 물론, 집중호우로 도로가 침수되거나 폭풍에 나무가 쓰러지는 등 예상치 못한 자연적 환경 변화도 얼마든지 있을 수 있다. 이와 같은 변수들에도 자연스럽고 적극적으로 대응할 수 있어야 레벨 3과 레벨 4를 넘어 완전 자율주행 단계인 레벨 5로 발전할 수 있다.

결국 완전 자율주행이 실현되려면 인공지능(AI) 기술이 높은 수준에 이르러야 한다. 자동차가 사람처럼 생각하고 판단해 행동할 수 있는 인공지능 로봇이 되어야 한다는 뜻이다. 물론 차 안에 있는 시스템을 그처럼 높은 수준으로 끌어올리는 데에는 한계가 있다. 지능화된 시스템이 차값을 크게 올려 소비자에게 설득력을 잃을 수 있고, 주어진 상황을 판단할 근거가 될 정보를 수집할 수 있는 범위가 제한되어 있기 때문이다. 

5G 기술 기반으로 자동차가 모든 사물과 연결되는 때가 진정한 자율주행 시대라고 할 수 있다

자율주행 기술 구현에서 다른 차들이나 사람을 포함한 이동매체, 교통인프라 등과의 통신을 뜻하는 V2X가 중요하게 여겨지는 이유다. V2X를 통해 차에서 수집하지 못하는 다양한 정보를 외부와 주고받아 보완하면 차 스스로 판단하고 행동할 수 있는 폭이 더욱 넓어질 수 있다. 내비게이션 시스템이나 교통표지 및 신호체계와 연동한 스마트 크루즈 컨트롤 시스템 등이 V2X의 초기 단계라고 할 수 있다. 이런 시스템은 자동차의 지능화와 함께 발전해 완전 자율주행의 실현을 도울 것이다.

무엇보다도 자율주행의 궁극적인 목적은 안전한 이동이다. 이를 위해서는 자율주행에 쓰이는 여러 시스템의 수준도 높아져야 하지만, 시스템의 안정성과 보안, 네트워크를 통한 상호작용의 수준도 함께 높아져야 한다. 어린아이가 성장해 부모의 품을 떠나 독립하려면 부모의 보살핌 속에서 많은 시간과 노력이 뒷받침 되어야 한다. 마찬가지로, 자동차가 사람의 통제에서 완전히 벗어나 스스로 움직일 수 있으려면 적잖은 시간이 필요하다. 그러나 다양한 분야에서 수많은 기술자들이 자동차의 홀로서기를 위해 힘을 쏟고 있으므로, 머지 않은 미래에는 완전한 자율주행 시대가 열릴 수 있을 것이다.