자율주행의 완성도를 나타내는 레벨 구분 - 현대차, 테슬라는 어디쯤?

가깝게 다가온 미래 기술 중 하나인 자율주행 강국 미국에서는 자율 주행의 성숙도를 나타내는 단계를 대략적으로 구분해 놓고 있다. 미국 도로교통 안전국(NHTSA)에서 정한 레벨 0~4까지 5단계로 구분되는 것이 그것인데, 어느 정도의 성능으로 구분되는지 살펴 보도록 하자.

아래의 그림을 참고하자.

이미지 출처 : 구글링

NHTSA에서 공개한 자료에 따르면 각 레벨별 자동화 성능은 다음과 같다.

No-Automation (Level 0): The driver is in complete and sole control of the primary vehicle controls – brake, steering, throttle, and motive power – at all times.

운전자는 자동차를 제어하기 위한 완전하고도 유일한 제어 수단 - 브레이크, 조향, 연료조절, 동력 등 모든 부분에 있어서 - 이어야 한다.

Function-specific Automation (Level 1): Automation at this level involves one or more specific control functions. Examples include electronic stability control or pre-charged brakes, where the vehicle automatically assists with braking to enable the driver to regain control of the vehicle or stop faster than possible by acting alone.

이 레벨에서는 하나 이상의 자동 제어 기능이 포함되어 있어야 한다. 예를 들어 ESC(Electronic Stability Control, 전자 자세 제어) 기능이나 pre-charged brakes 등 운전자 혼자서 조작하는 것 보다 더 빠른 제어나 제동을 가능하게 하는 자동 보조 시스템이 포함된다.

현재 도로위를 달리고 있는 많은 자동차들이 이 레벨에 속한다.

Combined Function Automation (Level 2): This level involves automation of at least two primary control functions designed to work in unison to relieve the driver of control of those functions. An example of combined functions enabling a Level 2 system is adaptive cruise control in combination with lane centering.

이 레벨은 최소한 두 가지 이상의 주요 제어 기능이 결합되는 사양을 말한다. 이런 결합된 기능에는 차선 이탈 방지 기능이 결합된 Adaptive Cruise Control과 같은 시스템이 이에 속한다.

최근 출시되고 있는 고급 차량에서 이 기능을 탑재하고 있다. 테슬라의 오토파일럿과 같은 선구적인 시스템도 아직은 이 정도의 레벨로 볼 수 있다.

Limited Self-Driving Automation (Level 3): Vehicles at this level of automation enable the driver to cede full control of all safety-critical functions under certain traffic or environmental conditions and in those conditions to rely heavily on the vehicle to monitor for changes in those conditions requiring transition back to driver control. The driver is expected to be available for occasional control, but with sufficiently comfortable transition time. The Google car is an example of limited self-driving automation.

이 레벨의 차량은 확실한 교통 또는 환경적인 조건에 놓여있을 때 모든 안전에 관한 기능들을 자동화 시스템이 완전하게 제어하도록 운전자가 맡길 수 있어야 하며, 이러한 조건 속에서 어떤 변화가 감지되었을 때 운전자에게 제어권을 반환하도록 하는 기능을 통해 안정성에서 깊이 신뢰할 수 있어야 한다. 운전자는 자율 주행 모드에 있을지라도 때때로 스스로 운전할 수 있는 경우가 발생할 수 있음을 예상해야 하지만 제어권 반환에 걸리는 시간은 불편함이 느껴지지 않도록 충분해야 한다. 구글의 제한된 자율주행 기술이 이 레벨에 속한다.

상용차 업체 중에서는 이 레벨을 구현한 회사는 단 한곳도 없다. 다만, 구글이 이 레벨에 가장 가깝다고 판단되지만 구글은 완벽한 자율 주행 기술이 될 때까지 상요화 시키지는 않을 것 같다.

Full Self-Driving Automation (Level 4): The vehicle is designed to perform all safety-critical driving functions and monitor roadway conditions for an entire trip. Such a design anticipates that the driver will provide destination or navigation input, but is not expected to be available for control at any time during the trip. This includes both occupied and unoccupied vehicles.

이 레벨의 자동차는 이동하려는 구간 전체를 모니터링하고 모든 안전 제반 기능들을 완벽하게 수행할 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 설계는 운전자가 출발 전 목적지나 이동 경로를 입력하면 되는 것으로 예상되나 이동 중에 아무 때나 입력할 수 있을 거라고는 기대되지 않는다. 실제 사람이 탑승하거나 탑승하지 않았더라도 이러한 기능은 문제 없이 수행되어야 한다.

이를 위해서는 차량 제어 기술 뿐만 아니라 네비게이션 시스템과 연동되어 주행 경로에 대한 실시간 업데이트가 이루어져야 한다.

원문 출처 : http://www.nhtsa.gov/About+NHTSA/Press+Releases/U.S.+Department+of+Transportation+Releases+Policy+on+Automated+Vehicle+Development

현대차의 자율주행 레벨

물론 우리나라에서도 자율주행에 대한 관심이 높다. 현대차에서도 최근 몇 년 사이 자율주행 관련 연구개발 경력자를 대거 채용하는 등 자율 주행 기술 개발에 노력을 기울이고 있기는 하지만 경쟁사 대비 기술 수준이 한참 뒤쳐저 있는 상태이다. 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC; Adaptive Cruise Control)과 같은 기술은 제어공학 관점에서 봤을 때 어려울 게 없는 기술이며, 자동추자 기능 같은 경우는 사용자 후기를 보면 필요한 센서의 부족으로 구색만 갖추고 있는 듯 보인다. 위의 NHTSA 레벨로 구분하면 레벨 2정도에 해당한다고 볼 수 있다.

자동차 분야의 대기업에 근무하는 지인의 말에 따르면 최근 테슬라와 결별한 이스라엘의 비전 기반의 ADAS 회사인 모빌아이에 계속 구애를 한 끝에 같이 자율주행 관련 기능을 개발하기로 계약을 했다고 한다. 모빌아이는 비전 기반 자율주행에 관한 세계적인 기술을 보유한 업체로 전체 자동차 시장에서 관련 기술로 80~90%에 달하는 압도적인 시장 점유율을 가지고 있는 기업이다. 그런 업체와 최근에야 기술 협력을 하기로 했다는 것은 그 만큼 현대차의 자율 주행관련 기술 개발의 속도가 더디다는 것을 의미한다.

과연 현대차가 완전 자율주행을 위한 기술 로드맵이 있는 것인지, 명확한 비전을 가지고 관련 R&D 인력을 제대로 채용하여 운용할 수 있을지 조금은 우려스럽다. 더욱이 시장에 선보였을 때 다양한 사고 케이스 등 리스크나 터지면 책임감 있게 대응을 할 수 있을지도 걱정스러운 부분이다.

테슬라의 자율주행 레벨

전기차 대중화로 유명할 뿐만 아니라 자율주행을 가장 적극적으로 도입하는 회사 중 하나로 유명한 테슬라가 최근 자사의 자율주행 소프트웨어인 오토파일럿에 대한 명확한 비전을 제시 했다. 더욱이 최근에 현대차의 구애 끝에 협력하기로 한, 비전 관련 자율주행 기술로 세계 시장을 석권하고 있는 모빌아이와 결별한 이후에 이루어진 발표라서 비중있게 봐야할 항목이다.

주요 내용은 2017년까지 NHTSA 레벨 4에 해당하는 완전 자율 주행 기술을 선보이겠다는 내용으로 "차량에 탑재한 8개의 서라운드 카메라가 최대 250미터 범위까지 360도 시야를 제공할 것이며, 업데이트 된 12개의 울트라소닉 센서들이 기존보다 두 배 이상 넘는 거리에 위치한 사물을 감지할 수 있게 됐다"다고 전했다.

테슬라, 모든 차에 완전자율주행 장치 탑재

일론 머스크 “테슬라 완전 자율차, 2017년 도로 달리게 하겠다”

이것은 그 동안의 오토파일럿 운영 등으로 수집된 빅데이터를 통해 발표한 하드웨어 사양이면 더 이상의 추가적인 하드웨어 없이도 완전 자율주행을 할 수 있다는 것으로 해석될 수 있다.

구글이 충분한 실험을 통해 신뢰성있는 데이터를 수집하는데 공을 들이는 동안 테슬라는 이미 시장에 출시된 수 천 수 만대의 테슬라 모델S, 모델X를 통해 오토파일럿의 자율 주행 빅데이터를 수집하여 관련 기술을 빠르게 개발하고 있는 것으로 추정해 볼 수 있다. 구글에 비해서 꽤나 터프하게 연구하고 있다는 느낌이다.

위의 자율 주행 레벨 4에서 알 수 있듯이 완전 자율 주행 기술의 핵심은 출발지와 목적지 간의 적절한 이동 경로의 분석과 센서 데이터를 바탕으로 차량을 주어진 목적 이동 경로에 맞게 제어하는 기술이다. 이를 놓고 볼 때 테슬라는 이미 어느 정도 수준의 레벨 4에 해당하는 기술을 이미 개발한것으로 보이는데, 다음의 영상을 통해 확인해 볼 수 있다.

위의 영상은 테슬라 직원으로 추정되는 운전자가 집에서 출발하면서 부터 운전대에서 손을 놓고 목적지인 회사까지 완전 자율주행으로 출근하는 모습이다. 이미 미래는 어느정도 다가와 있는 것 같다.

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