우리나라는 오는 2027년 완전 자율주행차량(레벨4) 출시를 추진하고 올해 세계에서 세 번째로 부분 자율주행차량(레벨3) 상용화를 추진하고 있습니다. 지난 17일 서울에서 열린 사물인터넷(IoT) 기술&비즈니스 포럼에서는 국내 한 전자회사가 운전자의 개입없이 자동차가 스스로 운행하는 자율주행 4단계 수준의 테스트에 성공했다고 밝혀 화제가 됐습니다.
기아는 앞서 열린 2023 서울모터쇼에서 국내 최초로 자율주행 3단계 기술인 고속도로 자율주행 기능(HDP, Highway Driving Pilot)을 탑재한 순수 전기 SUV를 공개했습니다. 우리나라도 이제 본격적인 자율주행 3단계 시스템 상용화 시대가 열리고 있습니다.
미국자동차공학회(SAE)는 자율주행기술(SAE 자율주행 레벨)을 크게 5단계로 구분합니다. 자율주행 1단계는 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC)이나 차선이탈경고(LDW) 및 차선유지보조(LKA), 자동긴급제동(EBA)과 같이 특정한 조건에서 운전자를 보조하는 기능을 탑재한 차량을 의미합니다.
자율주행 2단계는 1단계보다 진화한 운전자보조시스템(ADAS)을 탑재해 부분적으로 자율주행이 가능한 차량, 3단계는 운전자 개입없이 자동차전용도로 또는 고속도로 등과 같이 제한적인 곳에서 자율주행이 가능한 단계, 4단계는 목적지만 설정하면 자동차가 알아서 가고, 5단계는 어느 도로에서나 조건없이 주행이 가능하게 됩니다.
고도의 기술을 요구하는 자율주행차는 따라서 첨단 장비와 센서로 무장하게 됩니다. 그리고 고도로 정밀화한 프로그램에 맞춰 각자의 역할을 하게 되지요. 우선 자율주행 기능을 구현하기 위해서는 라이다(Lidar)와 카메라 등과 같은 수십여가지의 센서와 통합제어기, 고정밀지도, 자율주행 알고리즘, 커넥티비티, 안전장치 및 인간-기계 인터페이스(HMI) 등 다양하고 복잡한 첨단시스템을 갖춰야 합니다.
자율주행시스템은 최근 출시되고 있는 차에 이미 적용되고 있는 카메라와 라이다, 전자식 스티어링 시스템, 첨단운전자보조시스템 및 통합제어기, 커넥티비티(연결성) 등 4가지 시스템이 핵심이라고 할 수 있습니다.
1) 카메라와 라이다=우선 자율주행차는 차량 전방을 비롯한 주변 환경을 모니터링하기 위해 수십여 가지의 센서를 탑재하고 있습니다. 센서의 정확도와 신뢰성은 차량이 주변환경을 이해하고 이에 대응하는 능력에 직접적인 영향을 미칩니다.
센서는 전방 카메라를 비롯해 라이다와 레이더, 초음파센서가 대표적입니다. 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)는 주행차량 전방에 있는 선행차량 또는 보행자와 같은 장애물을 감지하고 이들과의 거리와 상대속도 등을 측정함으로써 어댑티브 크루즈 컨트롤이나 스톱&고, 전방충돌방지보조 및 자동긴급제동장치 등과 같은 첨단운전자보조시스템이 원활하게 작동할 수 있도록 해 줍니다.
고해상도의 모노카메라 또는 스테레오카메라는 앞 차와의 거리나 상대속도 등을 측정하는 레이더나 라이다와 달리 차선이나 보행자, 자전거, 노면상태 등을 인식함으로써 보다 정밀한 능동안전시스템을 구현해 주는 것이 특징입니다.
이러한 카메라는 주로 차선이탈경고(LDWS)나 차선이탈방지 및 차선유지보조(LKAS), 전방추돌경고시스템(FCW) 등에 적용되며, 어댑티브 크루즈컨트롤과 함께 스티어링 휠을 작동하지 않아도 일정구간 차선을 이탈하지 않고 스스로 주행할 수 있는 반자율주행이 가능한 것이 특징입니다.
또한 선행 차량이 완전히 멈췄다 다시 주행하는 경우 브레이크를 작동해 스스로 멈췄다가 다시 출발하는 스톱&고와 고속도로 드라이빙 파일럿(HDP) 기능까지 구현할 수 있습니다. 이 외에도 스테레오 카메라를 통해 도로 상황을 미리 스캔하고 이를 실시간으로 분석해 차량속도 및 노면상태에 따라 차고를 자동으로 높이거나 낮춰주는 등 서스펜션을 능동적으로 제어해 주기도 합니다.
2) 전자식 파워스티어링 시스템=스티어링 샤프트 또는 랙&피니어에 전기모터를 탑재한 전자식 파워스티어링 시스템(EPS)은 운전자가 스티어링 핸들을 잡고 있지 않더라도 차량이 주행중 차선을 이탈하는 것을 방지해 주거나 차선을 유지할 수 있도록 스티어링 휠을 자동으로 제어해 줌으로써 부분 및 완전 자율주행을 가능케 해 주지요.
3) 어댑티브 크루즈 컨트롤=스마트 크루즈 컨트롤로 불리는 이 시스템은 도심주행과 같은 저속에서 스스로 브레이크를 작동시켜 전방차량과의 추돌을 예방해 줌은 물론 고속주행 때 전방 차량과의 거리와 상대속도 등에 따라 차량속도와 차간거리를 일정하게 유지시켜 주고 상황에 따라 차량을 정차시킨 후 재출발시켜 주는 등 가속페달과 브레이크를 자동으로 제어해 줌으로써 자율주행 기능을 구현할 수 있습니다.
4) 커넥트티비티=자율주행 차량은 다른 차량(V2V) 및 인프라(V2I)와 통신을 주고받아 도로상황이나 교통 혼잡, 잠재적 위험 등과 관련한 다양한 정보를 교환해야 합니다. 또한 실시간 데이터에 액세스하고 차량 성능을 개선하기 위한 커넥티비티(연결성) 성능이 필수적이라 할 수 있습니다.
이처럼 차량내부와 외부를 연결하는 장치를 게이트웨이(Gateway)라고 하는데, 최근 출시되고 있는 차량은 이러한 게이트웨이를 포함한 이더넷(Ethernet)과 통합 안테나 모듈 등을 적용해 무선 업데이트(OTA) 등을 통해 네비게이션 및 차량 전장시스템의 펌웨어를 업그레이드하고 있을 뿐 아니라 특정 차량기능까지 설정할 수 있는 FoD(Function on Demand) 기능까지 적용되고 있습니다.