5G 기술로 기대되는 자율주행 자동차

자율주행(Self-driving)은 운전자가 조작하지 않아도 스스로 목적지까지 찾아가는 기술을 말한다.

운전자가 브레이크, 핸들, 가속 페달 등을 제어하지 않아도 도로의  상황을 파악해 자동으로 주행하는 자동차이다. 사람의 도움 없이 많은 정보를 스스로 처리하고 움직여야 하는 5G의 힘이 꼭 필요한 분야이다. 5G는 4G보다 20배 빠른 속도를 자랑한다. 4G로는 자율주행을 실현하기에는 부족해 보였는데 그 이유 중 하나가 브레이크 작동 시간차가 존재하기 때문이다.  통신이 0.1초라도 끊기게 되면 굉장히 위험한 상황에 빠진다. 사람의 생명과 관련된 일들을 통신이 지원하기 때문에 통신 시스템의 성능이 과거와는 달리 엄청나게 향상돼야 하는 것이다. 5G는 이런 기술적 한계를 극복해 자율주행을 가능하게 해준다.

 

 

행선지를 알리면 자동차가 움직이기 시작해 목적지까지 데려다준다. 사람을 대신해 자동차가 운전하는 자율주행 기술이 현실감을 띠고 있다. 전 세계의 자동차 제조 업체가 자동차에 부착된 카메라로 신호와 마주오는 자동차 등을 인식하는 기술이나 도로를 따라 운전하는 기술의 개발을 추진하고 있다.

 

 

미국 자동차 기술학회(SAE)는 자율주행 자동차의 발달 수준을 레벨 0부터  
레벨 5까지 6단계로 나눴다. 

0 단계- 자율주행 기능 없는 일반차량 
1단계- 자동 브레이크, 자동 속도조절 등 운전 보조기능 
2단계-부분 자율주행, 운전자의 상시 감독 필요 
3단계-조건부 자율주행, 자동차가 안전기능 제어, 탑승자 제어가 필요한 경우 신호 
4단계 -고도 자율주행, 주변 환경 관계없이 운전자 제어 불필요 
5단계-완전 자율주행, 사람이 타지 않고도 움직이는 무인 주행차

 

현재 판매 중인 자율주행 자동차는 2단계 정도이다. 이 수준에서는 운전대 조작과 가속과 감속을 지원할 수 있다.

2018년에는 고속도로 등의 한정된 장소에서만 모든 조작을 자동으로 하는 3단계의 자율주행 자동차 'Audi A8'이 일본에서 판매되었다. 3단계 자동화 수준은 지금까지 보다 상당히 높다. 그러나 긴급 상황에서는 운전자가 조작해야 하며, 운전석에는 반드시 운전자가 앉아 있어야 한다.

 

이 3단계를 더욱 넘어서 한정된 장소에서만 운전자의 부재가 가능한 것이 4단계, 그리고 모든 조건에서 운전자의 부재가 가능한 5단계의 자율주행 자동차의 개발이 진행된다. 2017년 6월에는 일본에서 운전자 부재의 자율주행 자동차를 도로에서 주행 실험할 수 있게 되었다. 2017년 12월에는 처음으로 아이치현의 도로에서 운전자 부재의 자율주행 자동차가 원격 조작으로 주행하는 실험이 이루어졌다. 그리고 수년간 테슬라와 우버도 수많은 실험을 했다.

 

 

운전의 3요소는 인식, 판단, 조작이다.

자동차를 마치 인간처럼 운전시키려면 먼저 인간이 어떻게 운전하는지를 알아야 한다. 사람은 인식, 판단, 조작이라는 세 가지 행위를 되풀이해서 자동차를 운전한다.

예컨대 운전 중에 어린이가 자동차 앞으로 뛰어들어 급제동을 하는 경우를 생각해 보자. 먼저 운전자는 도로의 어린이를 발견하고(인식), 그다음에 이대로 가면 충돌하니까 급브레이크를 밟자 라고 결정한다(판단). 그리고 급브레이크를 밟아 어린이 앞에서 자동차를 정차시킨다(조작).

자율주행 자동차의 경우는 전방에 탑재된 카메라나 레이더를 사용해 전방에 입체물이 있음을 인식하고 입체물까지의 거리를 측정한다(인식). 그다음에 입체물까지의 거리와 자동차 속도에 근거해 브레이크를 밟을지를 정하고(판단), 브레이크를 밟는다(조작). 자율주행 자동차는 사람이 운전하는 경우와 마찬가지로 인식, 판단, 조작을 되풀이하면서 주행하는 것이다.

 

이러한 인식, 판단, 조작을 하는 자율주행 자동차가 실현되기 위해선 수십 가지의 기술이 필요하다. 그중 핵심 기술은 7가지다.

1. 자동차 간 거리를 자동으로 유지해 주는 기술(HDA)

 

2. 차선이탈 경보 시스템(LDWS) 

 

3. 차선 유지 지원 시스템(LKAS) 

방향 지시등 없이 차선을 벗어나는 것을 보완하는 기술

4. 후측방 경보 시스템(BSD) 

후진 중 주변 차량을 감지, 경보를 울리는 기술

 

5. 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC) 

설정된 속도로 차 간 거리를 유지하며 정속 주행하는 기술

 

6. 자동 긴급 제동 시스템(AEB) 

앞차를 인식하지 못할 시 제동 장치를 가동하는 기술

 

7. 혼잡 구간 주행 지원 시스템(TJA)

 

 

자동차가 주위를 인식하는 방식은 두 가지

첫째, 자율주행 자동차에 설치된 카메라 등을 이용해 자율주행 자동차 스스로 인지하는 '자율형'과

둘째, 주위 차량이나 보행자와 통신함으로써 서로의 위치나 속도를 인지하는 '협조 인프라형'이다.

협조 인프라형의 기술은 자동차끼리 통신하는 경우는 '차차 간 통신', 보행자와 자동차의 경우는 '보차 간 통신', 신호등 같이 도로에 있는 설비와 자동차의 경우는 '노차간 통신'이라고 불린다. 그동안 차와 통신 시스템 간의 간격을 우려했지만 5G 기술로 인해 통신에 대한 문제는 없을 것으로 보인다. 미국의 테슬라, 우버, 그리고 일본의 자동차 제조사는 자율형 기술과 협조 인프라형 기술을 복합한 자율주행 자동차 개발을 진행하고 있다.

 

 

자율주행은 이상적인 환경에서는 가능하다.

자율형 환경 인식 기술의 일부는 시판되는 자동차에 이미 도입되어 있다. 장애물을 인식하고 브레이크를 밟는 '충돌 예방 브레이크(Pre-Crash Brakes)'나 앞차를 뒤쫓아 가는 '적응식 정속 주행 시스템(Adaptive Cruise Control)'은 그러한 사례이다. 또 선행 차량의 추월이나 교차로에서의 판단 등, 보다 복잡한 기술 개발도 진행하고 있다. 

그러나 실제 주행에서 이상적인 조건이 갖추어져 있다고는 할 수 없다. 비가 오거나 눈으로 차선이 보이지 않거나 큰 트럭이 시야를 가리거나, 사람이 갑자기 나타나는 등, 자율주행 자동차는 무수한 변수에 대처해야 한다. 자율주행 자동차는 여러 종류의 도로에서 주행 시험을 되풀이해, 어떤 상황이 문제인가를 조사하는 '실천 단계'를 시행하는 중이다.

 

 

자율형을 보조하고, 자동차를 더 편리하게 하는 협조 인프라형

협조 인프라형의 기술은 자칫 환경 조건에 좌우되기 쉬운 자율형 기술의 결점을 보충할 수 있다고 기대된다.

예를 들면 많은 자동차와 사람이 왕래하는 큰 교차로 등에서는 스테레오 카메라 영상을 분석하는 것보다, 통신 기능을 이용해 자동차와 보행자 위치를 알아내는 편이 간단하게 상황을 인지할 수 있다. 어떤 날씨나 시각에도 통신이 가능하기 때문에 인지 능력이 안정되어 있는 것도 장점이다. 또 시야의 사각에 있는 차량과 보행자를 인지하는 것은, 빛과 전파를 이용해 물체를 찾는 자율형 기술로는 불가능하므로 협조 인프라형 기술에 의지해야 한다.

 

 단, 협조 인프라형 기술은 통신 기능을 가진 자동차가 어느 정도 보급되기 전까지는 차차 간 통신으로 정보를 주고받는 기회가 좀처럼 생기지 않는다는 문제가 있다. 하지만 이 문제점은 앞으로 5G 기술로 충분히 해결해 나갈 수 있는 길이 열렸다. 

 협조 인프라형 기술로 가능한 것은 주위 환경 인지만으로 그치지 않는다. 장래에 협조 인프라형 기술을 가진 자율주행 자동차가 보급된다면, 자율주행 자동차는 주위를 인지할 뿐만 아니라 사고 정보와 정체, 날씨 등, 도로상의 모든 정보를 주고받을 수 있게 된다. 수많은 자율주행 자동차가 통신함으로써 모든 도로의 빅 데이터가 탄생한다.

 통신 인프라형 기술은 단지 주위를 인지할 뿐만 아니라 한 대 한 대의 자동차를 센서로 정보 교환함으로써, 멀리 있는 도로 정보를 서로 제공할 수도 있게 된다.

 

 

아직 해결하지 못한 문제점들

 자율주행 자동차가 보급되면 사고 감소와 고령자 운전 보조 등 여러 가지 혜택을 기대할 수 있다. 실용화를 향한 개발 움직임도 진행되고 있으며, 앞에서 소개한 것처럼 이미 운전자 부재의 자율주행 자동차가 도로를 실험적으로 주행하게 되었다. 또 자가용 자동차뿐 아니라 버스, 택시, 상품 배송 등 여러 가지 용도로 자율주행 기술이 도입될 것이다.

그러나 실용화가 다가옴에 따라 여러 가지 문제도 떠오르고 있다. 예컨대 현재 운전 과실에 의한 교통사고는 운전자의 책임이지만, 만약 자율주행 중에 사고가 일어나면 그것은 누구의 책임일까?

실제로 2018년 3월 18일 미국 애리조나주의 우버 테크놀로지스(Uber Technologies)의 자율주행 자동차가 도로를 시험 주행하는 중에 여성이 치여 사망하는 일이 생겼다. 그 직후인 23일에는 미국 캘리포니아주의 고속도로에서 테슬라(Tesla)의 자율주행 자동차가 중앙 분리대와 충돌해 운전자가 사망하는 등, 자율주행 자동차를 실용화하려면 기술 문제 이외에도 법률의 개정을 염두에 두면서 여러 가지 과제를 검토해야 한다.