안녕하세요 Stardusty입니다.어제는 차량 인포테인먼트에 대한 내용을 학습해봤는데 자동차 자율주행에 대한 내용도 좀 더 깊이 살펴보면 좋을 것 같아서 앞으로 화요일에는 자율주행에 대한 내용을 다루려고 합니다.관련된 pdf 파일을 찾아본 결과 알고리즘과 관련된 부분이 주를 이뤘는데 처음부터 이런 내용으로 deep하기보다는 기초 개념을 알아가는 것이 좋을 것 같아서 기초 개념을 먼저 잡으려고 합니다.이번 포스팅에서는 자율주행 단계와 기준, 그리고 자율주행이 필요한 이유에 대해 다뤄보겠습니다.
- 자율주행 필요한 이유
자율주행이란 차량을 운전 수단이 아닌 하나의 이송 수단으로 활용할 수 있도록 하는 것이 그 목적입니다.현재 자동차 기업들이 하나의 Vehicle에 집중하는 것이 아니라 이동 자체를 뜻하는 Mobility라는 단어를 강조하는 것 역시 이렇게 운전이 아닌 ‘이송’의 개념을 강조하는 것으로 봐도 무방할 것 같습니다.자율주행이 떠오른 이유는 ‘전동화’입니다.전동화는 빠른 반응 속도, 그리고 시스템 통합을 용이하게 해주기 때문에 차량에서의 운전 편의성을 향상시켜 주었습니다.운전자의 편의성을 향상시켜준 기술은 현재 우리가 자주 듣는 ADAS 기능입니다.ADAS는 Advanced Driving Assistant System의 약자로 운전을 지원하는 시스템을 말합니다.주차 보조부터 차선 인식 및 이탈 감지, 주차 보조 등의 많은 기능이 ADAS 시스템에 포함됩니다.
자율주행이 필요한 이유는 크게 다섯 가지 ‘안전’, ‘속도’, ‘교통체증 감소’, ‘인프라 비용 감소’, ‘친환경’이라고 할 수 있습니다.우선 안전 측면에서 사람의 실수로 인한 사고를 줄임으로써 인명을 보호하는데 자율주행은 강점이 있습니다.미국에서는 매년 37,000명, 전 세계에서는 250,000명이 매년 교통사고로 사망하지만 사고의 90%는 운전 중 인간의 실수나 부주의로 인해 발생합니다. 이를 자율주행으로 대체하면 안전에 대한 효율을 높일 수 있는 것입니다.자율주행을 선호하는 두 번째 이유는 빠른 속도입니다.전자제어시스템을 사용하여 Tracking하는 방식을 활용해 안전거리를 유지하지 않고도 안전이 보장되고, 이를 활용해 차량과 차량 사이의 가까운 배치, 동시 출발 등을 활용해 교통체증을 발생시키는 원인을 최소화시킬 수 있다는 것입니다.그리고 서로의 경로를 Network를 통해 공유함으로써 교통 체증을 줄이고 기다리며 발생하는 에너지 소모를 줄일 수 있습니다.마지막으로 자율주행은 공유경제와 잘 맞는 System이라는 점에서 그 장점이 있습니다.자율주행과 공유경제, 즉 자동차산업 CASE가 실현되면 더 적은 차량의 운행으로 탄소배출량이 감소할 수 있고 도시의 고민이었던 주차공간과 같은 인프라 투자비용이 절감될 수 있어 경제적일 수 있다는 것입니다.하지만 인간의 생명과 직접적인 관계가 있는 기술인 만큼 작은 실수 또는 적은 확률의 오차라도 큰 사고로 인명 피해를 발생시킬 수 있어 완벽한 자율주행에는 시간이 걸린다는 게 전문가들의 입장입니다.
2. 자율주행 단계별 구분
뉴스 보도자료 혹은 TV를 보신 분들 중 자율주행 단계에 익숙한 분들이 계신 것 같습니다 현재 자율주행으로 유명한 구글의 웨이모와 아마존 줌스, 메르세데스-벤츠 등 많은 기업들의 이자율 주행 Lv.4 수준에 도달한 것을 알고 있습니다. 이러한 자율주행은 두 가지 분류에 따릅니다.두 기준은 SAE(Society of Automotive Engineers)와 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)인데 국내에서 자주 사용하는 기준은 SAE 기준에 의거하여 발표하는 것으로 알고 있습니다.
암튼 우리에게 익숙한 SAE기준으로 위의 표를 설명하고 보면인이 직접 운전해야 할 Lv.0(No Automation), 운전을 돕는 시스템이 존재하는 Lv.1(Driver Assistance)부분적으로 자동화가 이루어진 Lv.2(Partial Automation)조건적 자동화가 가능한 Lv.3(Conditional Automation), 많은 부분이 자율 주행에 대체된 Lv.4(High Automation), 완전 자율 주행이 가능한 Lv.5(Full Automation)로 구분할 수 있습니다 자동차의 기초적인 제어 즉 조향 및 가속, 브레이크 기능은 Lv.0~Lv.1까지는 사람이 직접 해야 하지만 Lv.2~Lv.5까지는 시스템이 조건적으로 개입하거나 혹은 완전제어를 이루고 있습니다.여기서 System이라는 단어는 시스템이 조향을 완전히 제어할 수 없는 권한이 생길 정도로 생각해주시면 될 것 같습니다. 시스템을 감시하는 역할도 Lv.2까지는 사람이 하지만 Lv.3부터는 시스템이 어느 정도 직접 감시가 가능합니다.현재 상용화가 다수 이뤄진 자율주행 Lv.3까지는 사람이 운전대에 손을 잡고 항상 주의를 기울여야 하지만 Lv.4 이상이 된다면 어떤 특정 상황 외에는 시스템이 알고 처리할 수 있기 때문에 시스템이 이를 담당하는 것을 볼 수 있습니다.마지막으로 Lv.4 이전까지 악천후나 험난한 땅 등을 만나 자율주행이 Dataset에 없는 환경을 주행한다면 조건적으로 사람이 개입하지만 완전자율주행이 가능한 Lv.5단계는 모든 과정이 사람 없이 이뤄지고 있음을 위 표에서 확인할 수 있습니다 각 단계별 주행 시스템에 대한 설명을 좀 더 자세하게는 다음과 같이 말할 수 있는 자율주행 Lv.5는 우리가 상상하는 것처럼 모든 기능이 자율적으로 수행 가능한 것이기 때문에 별도로 설명하지 않습니다.
2-1> 자율주행 Lv.0 자율주행 Lv.0은 많은 사람들이 자율주행 기능이 지원되지 않는 기능이라고 생각할 수 있지만, 이 단계는 자율주행이나 운전 보조 기능인 ADAS처럼 운전에 시스템이 직접 개입할 수 없는 단계를 의미합니다.이러한 자율주행 Lv.0의 예로는 사각지대를 감시하는 BSM(Blind Spot Detection System) HUD(Heads Up Display), 헤드라이트를 회전시키는 Adaptive High Beams 기능을 말할 수 있습니다.이러한 시스템의 공통점은 충돌 방지와 같은 경고나 운전 정보를 잘 보이도록 배치시키는 등의 운전자의 피로를 줄이는 데 도움을 주는 기능으로 직접적인 제어가 들어가지 않아 자율주행 Lv.0에 속하게 됩니다.
2-2> 자율주행 Lv.1 자율주행 Lv.1은 시스템이 운전의 일부 과정에서 스티어링/속도 제어를 할 수 있는 단계를 의미합니다.이런 상황에서 시스템은 운전자의 직접 운전에 개입하지 않지만 운전자가 원한다면 직접 개입할 수 있는 단계입니다.예를 들어, Electric Stability Control 및 주차 지원 프로그램이 Lv.1에 속합니다.여기서 말하는 주차 지원 프로그램은 현대차 Superball 광고에 나오는 자동 주차 기능이 아닌 후진과 회전까지 담당해 브레이크만 운전자가 직접 조작할 수 있는 수준의 주차 보조 기능을 의미합니다.
2-3 > 자율주행 Lv.2 자율주행 Lv.2는 시스템이 자동차 제어를 일부 수행할 수 있는 단계를 의미합니다.자율주행 Lv.2는 고속도로와 같은 특정 상황에서 시스템이 완전히 차량을 제어할 수 있음을 의미합니다.하지만 고속도로가 끝나거나 장애물이 나타나는 비상시에 운전자의 개입이 필요한 단계이기 때문에 일부 기능을 보조하게 됩니다.특히 CAN(Controller Area Network)과 전자식 스티어링/가속 시스템이 도입되어 이러한 기능을 원활하게 수행할 수 있게 되었습니다.현재 자율주행 Lv.2는 스마트 크루즈 컨트롤과 마찬가지로 옵션 등에서 많은 기능이 적용되고 있는데, 그 예는 다음과 같습니다.먼저 BSM 시스템과 브레이크를 연동해 운전자가 인식하지 못한 장애물로 인한 사고를 방지할 수 있도록 자동으로 브레이크를 잡거나 차선이탈을 경고하는 LDW(Lane Departure Warning)에서 발전한 LKA(Lane Keeping Assist)와 같은 차선유지 시스템, 충돌방지 시스템이 적용된 자율주행이나 고속도로에서 앞 차량을 추적하며 운전을 돕는 스마트 크루즈 컨트롤, 그리고 교통체증 상황에서 차량을 제어해 피로를 줄이는 Traffic Jam Assistant 기능 등이 자율주행 Lv.2단계에 해당합니다.이러한 기능은 부분적으로 운전자의 주행을 보완해 주지만 곡선 도로나 나쁜 기상에서는 운전자가 직접 개입해야 하기 때문에 경고 또는 시스템을 통해 운전자에게 알려줌으로써 이러한 문제점을 보완하려고 완성차 업체들이 노력하고 있다고 합니다.
2-4 > 자율주행 Lv.3 현재 자율주행 기술을 선도하는 테슬라가 출시한 Autopilot 기능과 현재 시판 중인 최신 기술은 자율주행 Lv.3에 해당합니다.자율주행 Lv.3는 제한된 조건이면 시스템이 완전히 차체를 제어하고 운전할 수 있지만 Lv.2와 차이가 있다면 일정 상태에서는 자율주행을 계속할 수 있을 뿐만 아니라 변화를 깨닫고 운전자에게 경고가 가능하다고 합니다.하지만 많은 운전자가 이를 완전자율주행이 가능한 것으로 착각해 운전에 집중하지 못하고 다른 일을 하거나 주의집중 부족으로 사고가 발생하는 경우가 많기 때문에 주의를 요하는 단계이기도 합니다.이런 이유로 구글(웨이모), 포드 같은 기업들은 자율주행 3단계를 건너뛰는 선택을 보이기도 했습니다.
2-5>자율주행 Lv.4 이제 뉴스 보도를 통해서 나오는 최신 자율주행 기술이 Lv.4 정도에 해당한다고 볼 수 있을 것 같습니다.독일에서 메르세데스-벤츠와 아이오닉 로보택시 등이 이런 자율주행 Lv. 4레벨에 해당합니다.Lv.4부터는 우리가 생각하는 자율주행에 거의 근접한 단계라고 봐도 될 것 같습니다.악천후/위험지와 같은 특정 상황에서는 아직 운전자의 개입이 필요하지만 대부분의 상황을 해결할 수 있고 Lv.3에서는 여전히 운전자의 집중을 요구했던 것과 달리 Lv.4부터는 운전자가 원하는 행동(업무, 엔터테인먼트)을 할 수 있습니다.이런 이유로 운전자가 스티어링 장치, 즉 핸들에 손을 대지 않아도 되기 때문에 현대모비스의 M.Vision과 같은 PBV에서는 이러한 개념을 적용해 자율주행 시 핸들을 넣는 기술을 보여주기도 했습니다.많은 IT, 그리고 자동차 기업들이 각각 Lv.4 실증 테스트를 진행하고 있는데 대표적으로 국내는 Motional(Ioniq5 모델 이용), 구글 웨이모와 애플(Lexus Suv 이용), 리프트(BMW 차량 이용), 우버(Volvo 차량 이용), GM(Volt 모델 이용) 등이 있습니다.
자율주행 수준이 높아질수록 인간의 감각과 비슷한 능력을 요구합니다.이러한 대표적인 역량은 인지(Perception), 측위(Localization), 경로설정(Navigation), 의사결정(Decision Making), 그리고 마지막으로 차체제어(Vehicle Control)라는 다섯 가지 요소를 가리킬 수 있다고 합니다.이를 위해 많은 센서와 Neural Network를 활용한 AI가 활용되는데, 이러한 내용은 다음 게시물에서 알아보겠습니다.
이번 포스팅에서는 자율주행의 개념과 필요성, 그리고 단계별(수준별) 특징에 대해 알아보았습니다.다음 게시물에서는 자율주행에서 중요한 인지(Perception) 기능, 그리고 이에 활용되는 센서에 대해 알아보도록 하겠습니다.긴 글 읽어주셔서 감사합니다.:)