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이번에는 자율주행차의 과거와 현재, 그리고 미래에 관해 두 번에 걸쳐 정리해 보겠습니다. 자율주행차는 영어권에서는 Automous vehicle, Automated vehicle, Pilotcar, Self Driving, Driverlesscar 등이 사용됩니다. 일본에서는 자율주행차라는 표현을 자주 사용합니다. 한국에서는 초기에는 무인자동차라고 했지만 지금은 자율주행차로 통일되었습니다. 자율주행차는 Automous Vehicle을 한국어로 번역한 것입니다.
우선 자율주행차를 위한 시도에 대한 역사적 사실을 정리하고, 둘째, 교통사고에 대한 새로운 데이터가 등장해 완전 자율주행차 구현이 어렵다는 이야기까지 나눠보겠습니다.
처음으로 이 개념이 등장한 것은 1926년 미국 위스콘신주 밀워키에서 개최된 스스로 달리는 자동차 시연회였습니다. 하지만 사실 당시 등장한 시험 모델은 자율주행이라기보다는 원격 조정에 가까웠습니다.
그것이 보다 구체화된 것은 1939년 미국 뉴욕에서 개최된 박람회에서 보여준 GM의 퓨처라마(Futurama)부터였습니다. GM은 손발이 자유로운 1960년대 고속도로를 보여주었습니다. 하지만 당시에는 말 그대로 상상이었을 뿐이었습니다. 차량이 정확히 어떻게 운행되는지에 대한 설명은 없었습니다. 물론 1960년대에 그런 고속도로는 실현되지 않았습니다.
세상 모든 것이 그렇듯 새로운 기술은 어느 날 갑자기 등장한 것은 아닙니다. 상상하기 시작하고 그에 대한 수많은 시행착오가 반복됩니다. 그리고 실용화를 위한 주변 기술이 등장하고 규모화되는 과정을 거칩니다. 처음에는 그 기술을 실현할 조건이 되지 않고 시간을 기다리는 것이 보통입니다. 예를 들어 헬리콥터는 1493년에 레오나르도 다빈치가 발명했는데 20세기가 되어서야 현대적인 형태로 발전했습니다. 가벼운 몸통과 동력이 없었기 때문입니다.
미국에서 자율주행차 사상이 싹트기 시작한 1930년대는 경제 대공황으로 세계가 혼돈의 연속일 때였습니다. 댄스 마라톤 붐이 일면서 과로와 수면 부족으로 참가자들이 죽자 1933년 뉴욕주지사는 쉬지 않고 계속 춤을 추는데 합리적인 시간을 8시간으로 규정하고 이를 어길 경우 형사처벌을 할 수 있도록 하는 법을 만들었습니다. 1939년에는 하버드 대학에서 금붕어 삼키기 열풍이라는 엽기적인 유행이 일어나기도 했습니다. 사회 분위기가 정상이 아닌 상황에서 자율주행이라는 아이디어가 거대 자동차 업체를 통해 등장한 겁니다.
자율주행 자동차는 20세기 말 한국에서도 시도가 있었습니다. 쌍용자동차가 코란도를 개조한 ‘무인자동차 시험주행’을 한 적이 있었던 겁니다. 이동한다는 것만으로 자율주행차 기술이 어려운 것은 아닙니다. 다만 GPS나 센서, 카메라 등을 이용하기 때문에 생길 수밖에 없는 유격이 실용화의 걸림돌입니다. 더욱이 법적으로 만일 자율주행자동차로 인한 사고 발생 시 책임소재에 대한 합의가 없는 것도 상용화를 위한 중요한 장애물입니다.
자율주행자동차 개발 경쟁에 불을 지핀 것은 21세기 들어 빠르게 발전하고 있는 센서와 정보처리 기술입니다. 그래서 자동차 회사들이 CES 등 가전쇼에 자율주행 자동차를 선보이기 시작했습니다.
하지만 2010년까지는 자동차 업계에서는 자율주행 자동차를 ‘양날의 칼’로 여겼습니다. 교통사고를 크게 줄인다는 점에서는 높이 평가할 수 있지만 한편으로는 실현되면 자동차 산업을 뿌리부터 흔들 수도 있다는 점에서였습니다.미국 국방기술이 자율주행기술 지원도 자율주행기술이라는 개념도 사실 미국이라는 환경이 가능해졌다고 해도 무방할 것입니다. 미국 방위 고등 연구 계획국(DARPA: Defence Advanced Research Projects Agency 미국 방위 고등 연구 계획국)이 주최하는 자율주행 자동차 경기가 있었습니다. DARPA는 기존의 무기나 군사 관련 기술보다 뛰어난 것을 개발하는 임무를 가지고 있습니다. 상업적 성격을 가지고 있지 않기 때문에 연구가 실패로 끝나더라도 다양한 실험적 도전을 많이 시도합니다. 특히 군사 분야의 인공지능(AI) 무기와 통신 시스템에 관한 연구를 주로 진행하고 있는 것으로 많이 알려져 있습니다.
DARPA에서 2003년 시작해 2007년까지 5년간 3차례 자율주행차 경기를 치렀습니다. DARPA가 이 경기를 개최하는 목적은 물론 군사 용도였습니다. 따라서 외형은 민간용으로 사용되는 기술개발과는 관계가 없을 것 같습니다.
하지만 실제로는 많은 민간기업이 대리경쟁을 했습니다. 이 경기에 참가하는 팀은 대학과 연구기관 위주였는데, 자동차 업체를 중심으로 하는 기업이 각 팀에 자금뿐만 아니라 인력과 기술개발에도 협력했습니다.
세 번의 경기 중 2007년 세 번째 경기 이후 개발 경쟁이 가속화되기 시작했습니다. 캘리포니아 북동부 조지 공군기지를 무대로 실시한 어번 챌린지(Urban Challenge)라는 이 경기에서는 미국 일반도로와 상당히 가까운 환경이 만들어졌습니다.
결승에 진출한 차량은 출발 지점 직전에 알려준 지점을 통과하면서 골 지점으로 가게 됩니다. 코스는 신호와 표지판, 교차로 등을 배치해 캘리포니아 주의 교통 규칙을 지켜야 합니다. 이곳에는 사람이 운전하는 자동차도 함께 달렸어요.
자율주행 기술을 개발하는 데 가장 난이도가 높은 것이 주행 환경이 복잡한 일반 도로를 달리는 것입니다. 어반 챌린지에서 결승에 진출한 것은 11개 팀. 그중 여섯 팀이 완주했어요.
이어 어반 챌린지 참가팀 중 자율주행 기술 개발 경쟁에 큰 영향을 준 곳은 스탠퍼드대와 카네기멜란대 팀이었습니다. 이들 대학은 이후 구글사와 미국 GM사의 자율주행 자동차 기술 개발에 깊이 관여했습니다. 구글사가 개발하는 자율주행 기술은 두 대학의 연구 성과를 바탕으로 했습니다.
한편 GM은 아-밴 챌린지에서 카네기 멜론 대학과 공동으로 자동 운전 자동차를 개발했습니다. 그 경험을 살려서 개발에 힘을 쏟고 있습니다. GM은 2012년 4월 고속 도로에 한정된 자동 운전 기술을 채용한 차량을 2017년까지 캐딜락 브랜드로 개발했습니다. 한정된 형태이긴 하지만 자동차 회사가 자동 운전 자동차의 실용화 시기를 명시하고 발표한 것은 GM이 가장 먼저 했다.
한정되었다는 것은 자동 운전 범위가 고속 도로 본선 뿐이니까요. 나들목 및 톨게이트 등에서 사람들이 운전할 필요가 있었습니다. 이런 곳에 대응하는 자동 운전 기능을 실용화하려면 차의 위치 추정 기술과 표지판 인식 기술 등에 관한 연구가 필요하다는 얘기입니다.
그것까지는 자동 운전 자동차에 필요한 기술은 차선을 일탈하지 않도록 제어하는 차선 유지 지원(LKS;LaneKeepSupport)과 전방 주행 자동차와의 차간 거리를 유지하는 적응형 정속 행 장치(ACC;ActiveCruiseControle)등의 기존 기술에 자동으로 차선을 변경하는 자동 조종 기능을 더한 것 등이었습니다. 차의 위치 추정에는 지도 정보를 사용합니다. 고속 도로라서 주로 흰 실선을 보고 지도 정보와 연동하며 차의 위치를 추정합니다. 캐딜락 SRX를 베이스로 한 시작 차를 쓰고 애리조나 주 등의 일반 도로에서 실험했습니다.
구글과 GM이 자동 운전 기술 개발에 가장 먼저 뛰어든 배경에는 제도 면에서 미국의 큰 도움이 있었습니다. 미국 내의 복수의 주에서 일반 도로를 포함한 공도의 실험을 허가하는 면허를 내고 있는 것이 크다는 것입니다.2000년대 초부터 시작된 BMW의 자동 운전 기술 개발
2000년대 초부터 자율주행 자동차 기술개발의 장을 만들어온 BMW는 2007년 트럭 트레이너(Track Trainer)를 소개하며 본격적으로 뛰어들었습니다. 자동으로 레이싱 트랙을 주행하고 제동과 가속, 핸들링을 학습하는 것입니다. 2009년에는 독일의 뉘르부르크링에서 「고도 자동화된 주행」시험 주행을 했습니다. 2011년에는 미국 캘리포니아주의 라구나세카(LagunaSeca) 트럭에서 시험 주행을 하기도 했습니다.
같은 해 6월16일에는 독일 뮌헨에서 잉골슈타트까지 약 65km의 아우토반을 완전 자율주행하는 데 성공했습니다. 이 주행에서 32회의 차선 변경이 이루어졌으며 속도는 130km/h까지 도달했습니다. BMW는 5시리즈를 기반으로 개조한 이 실험차로 아우토반에서 이미 1만km 이상의 시험주행을 진행해왔습니다. 실험차는 자동 조타 기능을 갖춰 차선을 바꾸면서 전방 차량의 추월 등을 실현하고 있습니다.
BMW는 고도의 자동화된 주행에 대해 독일 연방 고속도로 연구소의 정의에 따르고 있습니다. 운전자가 계속 모니터를 주시하면서 자동차를 제어할지, 모니터를 보지 않고 다른 것에 집중할 수 있는지에 따라 고도의 자동차화된 주행 기준이 달라집니다.
BMW는 운전자 개입에 따라 3단계로 구분했습니다. 저속의 단조로운 상황에서의 완전 자동화가 첫 번째입니다. 속도가 높지 않기 때문에 안전에 대한 스트레스는 없지만 미세한 작동을 하지 않아도 되는 단계를 말합니다. 적어도 ABS부터 ECS, TCS, BAS, COC, 비상정지, 앞차와의 차간거리유지기능(ACC) 등이 여기에 속합니다. 다른 표현으로 말하자면 전자 제어 기술로 운전자의 개입 없이 자동차를 제어한다는 것이군요. 그러나 여전히 자동차는 운전자가 전적으로 주행을 통제합니다.
고도의 자동화된 주행(Highly Automated Driving)은 완전 자율주행 전 단계로 운전자가 모니터를 계속 주시하지 않아도 되는 단계를 말합니다. 이것이 완전 자율주행과 다른 점은 인간의 장점을 사용한다는 것입니다. 예측할 수 있고 도덕적인 결정을 할 수 있는 인간의 의지가 일부 개입된다는 것입니다.
BMW의 비상정지 기능은 운전자가 갑자기 몸에 이상이 발생했을 때, 즉 자동차를 통제할 수 없게 됐을 때 자동으로 자동차를 갓길로 이동해 콜센터에 연결해 줍니다. 이미 실용화되어 사용되고 있는 핫라인으로 가능합니다. 운전자의 개입이 전혀 없어요.
고도의 자동화된 주행은 차선 유지부터 추월, 교통 체증 대응, 교통 법규 준수, 일정 속도 커버(0-130km/h), 그리고 적절한 상황에서 운전자의 개입 없이 자동차가 모든 작동을 제어하는 것 등이 포함됩니다. 그러기 위해서는 주변 환경을 인식할 수 있고 자차 위치 추적이 가능한 디지털 맵 기술, 추월할지에 대한 주행 전략, 그리고 전반적인 제어 기술 등이 완벽하게 구현돼야 합니다. 이것이 완전히 실현되었을 때, 우선 고속도로에서의 자율 주행이 가능하게 됩니다.
자동차 업체들이 우선 고속도로 자율주행에 포인트를 두고 있는 것은 교통상황 예측이 용이한 것이 우선입니다. 그리고 대부분 장거리 운전이기 때문에 운전자가 피로를 느낄 수 있고, 이때 자율주행 기술의 필요성이 대두된다는 겁니다. 이미 ACC 등에서 기술적인 문제는 없습니다. 물론 그로부터 많은 시간이 흘렀지만 여전히 중앙분리대가 있는 고속도로에서만 가능하고 차선 확인이 명확해야 한다는 전제도 바뀌지 않는 등 극복해야 할 문제가 많습니다.
다음 단계는 인터체인지와 요금소 등을 포함하여 고속도로 전체를 커버하는 것입니다. 그리고 최종형이 주차장부터 일반 도로를 포함한 거의 모든 환경에 대응하는 자율주행 기술입니다. 그래서 고속에서는 가능하지만 저속에서는 아직 기술적으로 해결해야 할 문제가 많다는 것이다. 도로 위의 차선 상태 등도 포함됩니다. BMW는 2013년에 이미 이런 로드맵을 구축해 공개했고 실제 아우토반에서 시승회를 개최하기도 했습니다.
특히 BMW는 CES 2014에 2시리즈 쿠페와 6시리즈 그란쿠페 자율주행 기술을 최초로 공개했습니다. BMW 커넥티드 드라이브 이름을 붙인 테스트 버전으로 자동으로 드리프트 주행까지 가능한 센세이셔널한 것이었습니다.
두 대의 테스트카에는 여러 개의 첨단 카메라와 차량 주변 360도를 감지하는 고도의 레이더 시스템이 적용됐습니다. 차량 내 컴퓨터가 주행 상태를 판단하고 스티어링 타각과 가속 페달과 브레이크를 자동으로 제어합니다. 서킷 등 폐쇄된 공간에서는 주위 안전이 확보된 조건에서 자동으로 드리프트 주행까지 가능하다는 것은 당시로서는 놀라웠습니다.
지금까지는 그동안 자율주행을 위한 아이디어의 등장과 이를 실현하기 위한 다양한 시도에 대한 내용입니다. 다음으로 오늘날 자율주행 단계는 어떻게 구분되고 있으며 그것이 의미하는 것은 무엇인지, 그리고 과연 완전 자율주행차가 구현될 수 있는지를 살펴보겠습니다.
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