모빌리티(Mobility)에 관한 여러 의미 중 근본적인 의미는 ‘A공간에서 B공간으로 이동하기 위한 수단’이다.전통적 모빌리티는 ‘이동성’이라는 용어로 사용되고 있으며 일반적으로 물리적 이동 과정의 용이성, 편의성 정도를 의미한다.여기서 이동이란 주로 사람들의 물리적 이동을 의미하며, 정보나 화물의 이동은 전송 또는 운송 등의 용어로 구분하여 사용한다.물리적 이동 욕구를 만족시키는 다양한 이동 수단들은 예로부터 인류의 역사와 함께 했으며 근대와 현대에 들어와 이전에는 상상도 할 수 없을 정도의 혁신과 발전을 이뤄냈다.말소 등 동물을 이용한 마차, 차처럼 근거리 이동이 가능한 이동수단으로 단기간에 수천㎞의 물리적 공간이동을 가능하게 하는 비행기, 기차까지 다양한 모빌리티가 인류와 함께하고 있다.인류와 함께한 많은 모빌리티 속에서 자동차는 150년 정도라는 짧은 역사에도 불구하고 대중성을 무기로 큰 변화가 있었다.자동차라는 이동수단을 통해 인류의 활동범위는 매우 넓어지고 재화, 사람, 문화의 이동이 쉽고 빨라짐에 따라 더 많은 혁신과 변화가 인간사회 곳곳에 스며들었다고 할 수 있다.현재 자동차는 내연기관을 갖춘 물리적 이동수단이 아닌 변화를 가져온 확산자로 경제적, 사회적, 문화적 가치를 지닌 대상이기도 하며 사람들과 긴밀한 관계를 형성하고 있는 단순한 기계 이상의 존재가 됐다.자동차 산업은 지난 150년간 지속적인 성장을 이어왔다.산업혁명 이후 대량생산 시스템을 적용해 대공황, 세계대전, 석유파동 등 다양한 환경에서 수요를 새롭게 만들고 기술개발을 통해 새로운 가치를 만들어 왔다.이런 자동차 산업계에서 최근에는 기존과는 다른 새로운 변화를 요구하는 요인이 등장하고 있다.첫째, 자동차 사고의 예방 요구다.교통사고 피해는 인명 문제뿐만 아니라 경제적 피해로도 이어지는데 세계보건기구(World Health Organization, WHO)가 ‘2018 도로안전 세계현황보고서’를 통해 세계 교통사고 사망자가 2016년 135만명을 넘어섰다고 밝혔다.둘째, 자동차에 대한 안전 요구가 높아졌다.KPMG 조사에 따르면 소비자의 자동차 구매 결정 요소 중 안전 요소가 크게 높아지는 추세라고 밝혔다.또 평균수명 증가와 출산율 감소로 2050년 OECD 인구의 절반이 고령자가 되고 60세 이상 인구가 22%에 이를 것이라는 전망도 자동차 안전 측면을 더욱 강화해야 하는 이유 중 하나로 꼽힌다.현재 자동차 산업이 직면한 변수는 특정 지역이나 단기적인 문제가 아닌 세계디하고 지속적인 관점에서 다뤄야 할 요인이다.자동차 산업이 국가적 산업의 근간이자 핵심적 지위를 유지하기 위해 기존의 변화 양상과 전혀 다른 패러다임이 필요한 시기가 된 것이다.이 같은 변화 요인에 맞춰 자동차 업계는 미래 자동차에 대해 3가지 영역에 집중하고 있다.첫째, 운전자를 대체할 자율주행 시스템 기술로 자율주행 자동차 기술 개발이다.둘째, 기존 화석연료 기반인 내연기관 자동차에서 수소연료차, 전기차 등 친환경 자동차로의 전환이다.셋째, ICT 기반 기술 융합을 통해 연결성이 강화돼 유용성과 편의성이 확대된 자동차다.변화의 방향성은 이미 각 자동차 산업 분야에서 이뤄졌고 최근 응축된 변수들로 인해 더 이상 미룰 수 없는 상황이 됐다.SF소설이나 영화에 등장하는 장애물을 피해 스스로 주행하며 제멋대로 멈춰 서 있는 자동화 자동차는 사람들이 꿈꿔온 미래형 자동차의 표본이다.자동화 시스템이 주행의 주체가 돼 모든 제어를 담당하고 기존 운전자는 운전 대신 탑승자로서 휴식을 취하는 등의 자유를 누릴 수 있는 미래형 자동차의 모습은 사람들의 상상 속에서 등장하는 미래형 모빌리티의 궁극적인 목표일 것이다.자율주행자동차로 불리는 미래 모빌리티의 가치는 단순히 개인의 상상을 만족시키는 데 그치지 않는다.19세기 후반부터 현대까지 함께 발전해온 대중적인 모빌리티와 자동차는 사회, 경제, 문화적으로 많은 긍정적 영향을 끼쳐왔다.그러나 자동차가 가진 부정적 요소나 단점들도 있다.단점 중 큰 문제는 교통사고다.교통사고로 인한 부상, 사망 등의 문제는 자동차의 발전, 도로환경 개선 등으로 점차 개선되고 있지만 자동차로 인한 교통사고를 혁신적으로 줄이는 것은 한계가 있다.이 관점에서 자동차에 장착된 센서, 자동차 간 무선 커뮤니케이션, 안전 시스템 판단, 인지, 제어를 수행하는 자동화 주행 시스템을 근간으로 하는 자율주행 자동차는 자동차와 관련된 사고를 줄일 수 있는 미래 자동차의 가치로 가치가 있다.즉 자율주행차가 미래형 모빌리티의 새로운 패러다임이라 할 수 있다.
자율주행 정의, 자율주행자동차는 ‘스마트폰 자동차’, ‘커넥티두 자동차’, ‘지능형 자동차’ 등에서 혼재되어 사용되고 있으며 다양한 의미와 표현으로 사용되고 있다.’자율주행 자동차 안전운행 요건 및 시험운행 규정’에 따르면 ‘자율주행 시스템은 운전자의 적극적 제어 없이 도주병 상황 및 도로정보를 자체적으로 인지하고 판단해 자동차의 가속, 감속, 브레이크, 조향장치를 제어하는 기능 및 장치’로 정의돼 있다.간혹 자율주행자동차나 무인자동차(Driverless Car, Unmanned Vehicle)가 혼재돼 사용되기도 하지만 자율주행자동차는 운전자 탑승보다는 자동차가 자체적으로 주변 환경정보 수집 및 분석한 뒤 자동차 경로나 위험상황 등에 대해 대처해 주행하는 차량을 의미해 커넥티드 강 구분될 수 있다.커넥티두는 인터넷 연결이 가능한 통신 기능을 탑재해 엔터테인먼트를 제공하는 등 자동차 연결성을 강조한다.자율주행자동차는 일반적으로 자동차 인프라 요소를 유기적으로 연결하고 자율주행 기술을 바탕으로 사람의 특별한 조작 없이도 스스로 주변 환경을 인식해 위험을 판단하고 경로를 계획하는 등의 운행이 가능한 자동차로 정의된다.미국 도로교통안전국은 ‘자율주행 자동차는 운전자의 직접적인 조향, 가속, 감속 없는 주행이 가능하며 자율주행 상태에서 운항 시 운전자가 도로 상황에 대해 지속적인 모니터링이 불필요하게 적용된 자동차’라고 정의하고 있다.국내 자동차관리법 제2조제1의3호에서는 ‘운전자 또는 승객 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자동차’라고 기술하고 있다.자율주행자동차나 무인자동차 혼동과 관련해 자율주행자동차(Self-Driving Car, Automous Vehicle)는 ‘운전자가 직접 조작하지 않아도 자동차가 자율적으로 주행환경을 인식하고 위험 판단하여 경로를 계획하고 안전운행이 가능한 인간친화적인 자동차로 정의할 수 있다.자율주행차를 무인자동차와 혼용해 사용하는 것도 만약 만국의 방에서는 사람이 탑승하지 않은 상황인 무인과 임무 달성하는 차량을 무인자동차라고 부르며 일반 승용차처럼 항상 사람이 탑승한 상태에서 목적지까지 주행하는 차량을 자율주행자동차와 구별한다.도로교통공단에 따르면 외부 요인보다는 운전자 과실로 인한 교통사고가 대부분일 수 있다.교통사고 위험요소 제거를 위한 방안으로 ICT를 자동차에 접목해 주변 차량을 인지하고 실시간으로 기지국과 소통해 안전성을 높이는 방향으로 기술이 개발될 필요성이 생긴 것이다.단계의 정의 내용 Level 0No Automation운전자가 자동차를 완전히 제어해야 할 수준 Level 1Driver Assistance운전자가 도움 받는 수준 Level 2Partial Automation고속 도로 주행 시, 차선, 차량 간의 간격 인식 Level 3Conditional Automation운전자가 주변 상황을 주시하며 돌발 상황에 대비한 특정 도로 조건에서 모든 안전 제어가 가능한 수준 Level 4Full Automation드라이버의 개입 없이 목적지까지 모든 기능이 완전 자동화되는 수준, 미국 도로 교통 안전국(National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA)의 이자율의 주행에 대해서 내린 정의를 보면 자율 주행은 Level 0에서 Level4까지 구분할 수 있다.Level 0은 자율주행 관련 시스템이나 기능이 포함되지 않은 일반적인 자동차로 자동화 영역이 제로 수준으로 자동차의 모든 동작을 운전자가 직접 다뤄야 한다.Level1은 초보 운전작업 자동화로 자동긴급정지, 차선유지보조시스템, 적응형 정속주행시스템(Adaptive Cruise Control) 등이 포함된 기초 주행보조장치가 포함된 기술 수준이다.Level2는 둘 이상의 초보적인 작업 자동화로 운전자가 직접 운전을 감시하고 돌발 상황이 발생하면 운전을 직접 컨트롤하는 수준에 해당한다.최근 고속도로에서 자율주행을 설정하고 시험주행하는 수준에 해당한다.Level3는 주변 상황을 모두 감시하는 자동화로 운전자 조작 없이도 부분 자율주행이 가능하며 횡단보도나 행인, 교차로 신호 등을 인식해 차량 자동제어가 가능한 수준이다.Level4는 운전자가 없어도 차량이 스스로 출발지부터 목적지까지 직접 운행을 관리, 제어하는 수준이다.많은 자동차 제조사에서 Level2 수준의 기술을 상용화하고 있으며 Level3 수준의 기술은 현재 개발을 계속하고 있다.Level4는 조만간 상용화될 것으로 기대된다.
자율주행 프로세스 운전자의 주행 프로세스는 기본적으로 전방 주시하고 주행 상황과 환경에 대해 인지 단계, 인지된 환경에 따라 대응하기 위한 판단 단계, 그리고 자동차 제어 단계로 구성된다.자율주행 프로세스도 이러한 운전자에 의한 주행 단계와 동일하게 구성된다.자율주행 프로세스는 센서와의 무선통신을 통해 주행환경을 인지 및 분석(Sense & Analyze)하는 단계, 인지정보 기반 회피, 방향전환, 대응 등 판단하는 단계, 그리고 가속, 감속, 조향 등을 실행하는 제어단계로 구성된다.운전자의 눈, 귀 역할을 하는 인지 단계에서는 디지털 지도 정보를 기반으로 하는 경로를 탐색한다.한편 무선통신 기반의 자동차 정보, 도로 정보, 교통 정보와 같은 교통 인프라 정보 등 외부 자료를 수집하고 자율주행 자동차에 장착된 카메라, 레이더, 라이더 등의 센서를 통해 물체 인식 정보가 수집된다.상기 3가지 방식을 통해 차선, 차선, 고가, 터널 등 고정된 지형지물을 인식하고 주행경로 탐색이 이루어지는 동시에 자동차, 신호등, 사고자동차, 보행자 등 변화하는 지형지물과 이동물체를 인식한다.판단 단계에서는 차선변경, 추월, 정차, 좌회전, 우회전 등의 상황에 관한 판단을 하고 주행전략을 결정한다.판단 상황에서 속도와 목표 궤적 등 주행 경로가 형성되고 생성 정보를 통해 속도 스티어링, 가속 및 감속 등 자동차 제어가 이뤄진다.이처럼 인간 운전자와 유사한 자율주행 프로세스는 크게 5가지 기술적 요소를 기반으로 한다.주행 환경 인식 기술에는 센서를 사용해 장애물, 교통 신호, 도로 표지판 등을 인식하며 관련 장치로 카메라 센서, 라이더 센서, 레이더 센서 등이 있다.자율주행 시스템에서 자동차 센서는 매우 중요한 기술적 요소로 환경, 인식 범위, 인식 오차에 따른 인식률 수준 등 자율주행 시스템의 완결성을 보장하는 기준이다.주행하는 자동차 안팎으로 변화하면서 발생하는 환경에 대한 다양한 정보는 주행 안전을 위해 운전자에게 끊임없는 인지와 관찰을 요구한다.자동차 내에 생성되는 다양한 정보는 운전자에게 자동차의 상태, 제어, 조작, 주행 등의 안전을 유지하고 주행 목적을 달성하기 위한 중요 정보이자 판단 근거가 된다.초기에 자동차 정보는 운전자에게 자동차 상태에 대한 작은 정보만을 제공하는 수준이었으나 기술 발달로 최근 자동차는 운전자가 인지하지 못하는 영역까지 먼저 파악하고 제공 여부 정보를 통해 인간 운전자 대신 제어와 통제하고 있다.자동차 안전기술 중 대표기술인 지능형 주행보조시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)은 주변 상황을 인식하고 운전자 판단을 돕고 대처하는 능력을 높이는 자동차 지능화를 위해 적용된 장치를 의미한다.차선 이탈 경고, 스마트 크루즈, 차선 유지 등산 자율주행(Highly Automous, Partially Automous) 또는 능동 안전(Active Safety) 기술을 활용한 서비스는 이미 다양한 업체에서 적용됐으며 해당 서비스에 대한 정보 시스템도 운전자에게 제공되고 있다.ADAS를 적용한 볼보(Volvo) 업체 자동차의 경우 제어, 센싱 기술을 통해 클러스터(Cluster) 내 운전자 지원 시스템 사용에 대한 정보, 상태 정보, 사각지대 차량 여부, 차간거리 유지 정보 등을 표시한다.또한 주차 시 센싱 시스템과 카메라를 이용하여 자동차 인근 상태 정보를 제공하고 자체 주차가 가능하도록 하는 가이드 정보를 제공한다.이밖에 센싱 시스템을 통해 보행자와 탑승자 인식 정보, 내비게이션 및 위치 정보를 제공하고 자동차 상태를 모니터링하는 시스템은 연비 정보, 타이어 공기압 등 주행 중인 자동차 상태를 진단해 차량 고장 정보를 제공한다.외부 통신망과의 연계를 통해 IoT 서비스 정보를 제공한다.
국내외 자율주행기술 개발현황 GM은 2008년 자동차에 장착된 15개 센서를 통해 주변 주행상황을 인식하고 지정목적지에서 주행할 수 있는 BOSS를 공개한 이후 자율주행기술 개발에 더 많은 투자를 하고 있다.CES 2011에서는 통신 네트워크를 장착한 전기차를 선보이고 2013년에는 고속도로 주행을 위한 반자율 무인운전 기술, 슈퍼크루즈를 공개해 2022년 상용화를 목표로 했다.슈퍼크루즈는 개발 완료 단계에서 ChevroletVolt 기술이 탑재됐으며 카메라, GPS 등의 센서를 통해 도로 외부 환경을 인지하고 차간 거리를 유지하거나 장애물을 회피해 주행하는 기능이 포함돼 있다.GM은 Cadillac CTS에 전방위 지능형 크루즈 컨트롤, 지능형 브레이크 보조 시스템, 차선이탈 경보 시스템 등의 기술을 적용해 상용화했다.
델피는 2015년 프랑크푸르트 국제모터쇼에서 audiSQ5 기반의 자율주행 프로토타입을 공개했으며 이를 기반으로 뉴욕과 샌프란시스코 간 거리(5,500km) 대부분을 자율주행하는 데 성공했다.델피의 자율주행 기술은 주로 표면 모델링과 디지털 매핑 등의 기능이 내장된 고성능 라이더(Lidar), 초음파 센서, 레이더, 카메라 센서 등을 통해 구현됐다.
자율주행 기술이 ICT 기술 기반으로 추진되면서 IT 업체의 비약적인 발전이 두드러지고 있는데 대표적인 기업이 애플이다.애플은 2014년 스위스 제네바에서 Carplay 기능을 장착한 운영체제를 공개했다.이 기술은 운전 중 운전자가 음성명령을 내리면 문자를 읽거나 음악을 재생시킬 수 있고 목적지를 말하면 내비게이션을 통해 목적지까지 안내해주는 기술로 2014년 벤즈, 볼보 등에서 이 운영체계를 적용했다.또 애플워치는 BMW i앱과 연동할 수도 있다.
애플과 달리 구글은 2010년부터 차량용 OS를 개발해 빠르게 자율주행 경쟁에 뛰어든 상태다.구글은 2010년 Toyota 프리우스 차량을 개조한 자율주행 자동차를 공개했다.선루프에 벨로디네의 리다 센서를 장착한 이 자동차는 캘리포니아 공도를 주행하며 자율주행 시대가 다가왔음을 알렸다.2014년에는 자율주행자동차가 70만 마일 무사고로 운행을 기록했다.2015년에는 가속페달, 감속페달, 조향장치가 없는 컨셉트카를 만들어 회사 내에서 자율주행 테스트를 진행하고 있다.구글은 매년 주행한 자율주행 자동차 시험보고서를 DMV(Department of Motor Vehicles)에 매우 구체적으로 기술해 제출하고 있는데 그만큼 개발 상황을 투명하게 공개하는 것이다.구글은 자율주행차 운행을 하면서 도시 정보 수집을 목표로 하고 있는데, 이것이 다른 기업과의 차이다.자율주행 자동차를 통해 빅데이터 가치와 저력을 끊임없이 확보하려는 구글의 야심이 엿보인다.
벤즈는 ADAS 신기술을 세계적으로 최초로 차량에 장착했다.옵션으로 장착할 distronicplus는 교통혼잡 상황 시 일시적으로 자율주행을 지원하는 TJA(Traffic Jam Assist) 기능도 최초로 양산했다.다른 회사가 리다 센서에 의존해 센서 가격이 라다 센서 정도로 떨어지기를 기다릴 때 벤즈는 과감하게 리다 센서를 이용하지 않는 자율주행 시스템을 개발했는데, 이 기술은 자체적으로 개발한 라다 센서와 스테레오 카메라를 기반으로 정밀 지도와 융합해 구현했다.양산성을 보면 벤즈의 자율주행 시스템이 현실성이 있는 것으로 보이며 벤즈가 1970년대부터 자체 스테레오 카메라를 개발해 2000년대 독보적인 기술을 보유하고 이를 자율주행에 접목한 사례는 다른 자동차 업체에 많은 시사점을 주고 있다.벤즈는 화물차량에 자율주행을 접목한 첫 번째 회사로 물류운송으로 자율주행이 빠르게 상용화될 것으로 예상하고 준비하고 있다.
우버는 카셰어링 서비스 업체로 전 세계적으로 서비스를 넓히고 있지만 한국에서는 불법으로 판결이 나와 운행이 중지되기도 했다.우버 영업이익의 대부분은 운전자 인건비로 지출돼 자율주행 기술에 급진적인 회사 중 하나라고 할 수 있다.이른 시간 내에 도로를 자율주행하는 자동차를 개발하기 위해 인력을 영입했고 구글에서 나와 창업한 자율주행 트럭 회사인 ‘오토’를 인수하기도 했다.따라서 우버의 자율주행 서비스 전략은 매우 현실적이다.우버는 사용자가 많이 이용하는 노선을 전략적인 자율주행 코스로 개발 중이며 포드 차량을 개조해 자율주행 택시를 시범 운영하기도 했다.테슬라는 Autopilot이라는 서비스 명칭으로 자율주행 기술을 양산·제공하고 있다.서비스 이용 요금이 비싼 금액(약 2,500달러)이지만 많은 사용자가 세계적으로 AutoPilot 기능을 사용하고 있다.이 서비스는 기능적으로 양산된 자율주행 관련 기능 중 진보된 것으로 평가할 수 있다.
Tesla 자율주행자동차는 차간거리 유지, 차로 유지 기능, 방향지시등 조작 시 자동차로 변경도 한다.테슬라도 벤즈처럼 리다를 사용하지 않는 자율주행 자동차를 개발하고 있다.향후 테슬라의 오토피로트가 자율주행 시장을 주도할지 귀추가 주목된다.
국내 회사인 현대·기아차는 2016년까지 자율주행 기술과 관련해 외부에 당사 기술을 시연하거나 홍보하지 않았다.따라서 대부분의 매체들은 자율주행 관련 OEM을 분류할 때 현대·기아차를 상대적으로 낮게 평가하고 있었다.그러나 2016년 CES에서 기아차가 DriveWise라는 슬로건으로 캘리포니아 모하비 시험장에서 유럽 유명 블로거를 대상으로 쏘울 전기차 자율주행을 시연했고 2017년 CES에서는 세계 60여 기자를 대상으로 아이오닉(Ioniq) 전기차 기반의 자율주행 시승회를 실시했다.라스베이거스 컨벤션센터 주변 4.3km를 교통규제 없이 주행에 성공해 기존 미디어 평가보다 높은 기술력에 CNET, 포브스 등으로부터 호평을 받았다.현대·기아차의 특징은 선루프에 리다를 장착하는 대신 전방 범퍼에 4layer 리다 센서를 설치해 양산차와 비슷한 디자인을 보여줬다는 점이다.
※ 출처 : ‘빅데이터 분석을 통한 자율주행자동차 발전방향 연구'(2021), 이민희(조선대학교)