스스로 주행하는 미래자동차

최근 자동차 산업에서 가장 이슈가 되고 있는 것은 단연 자율주행자동차(Self-driving car)이다. 무인자동차라고도 불리는 이것은 ICT기술의 급속한 발달에 따라 제안된 자동차 산업의 새로운 동력과도 같다. 
구글이 2010년 처음으로 일명 ‘구글카(Google car)’로 불린 무인 자동차를 발표했을 당시에 전 세계가 놀랬다. 사실 구글 맵스(Google Maps), 빅데이터 분석, 인공지능처리 등의 소프트웨어와 서비스를 활용할 수 있는 기반 기술을 보유하고 있었던 구글에게는 그리 어려운 일도 아니었을 듯싶다. 물론 기존의 도요타를 개조한 차원이었지만, 당시 자동차 업계는 말 그대로 ‘충격’이었다. 이후 미국, 유럽, 일본은 자율주행기술 개발에 박차를 가하기 시작했으며, 경쟁적으로 ‘상용화’ 발표를 하고 있는 상황이 되었다.

자율주행자동차의 핵심 기술 중 하나가 바로 센서이다. 사실 자율주행자동차가 일반인으로까지 보급은 자율주행자동차에 적용되는 센서장치의 가격의 상용화 수준에 따라 좌우될 것이라는게 전문가들의 중론이다.
기술적으로는 이미 자율주행자동차가 먼 미래가 아닌 이미 실현가능한 수준이지만, 실제 사업화되기까지는 자동차 업계와 전장부품 업계, 그리고 관련 SW 업계가 시장을 어떻게 주도하며 대중화를 이끌지가 관건이다.

센서로 무장한 똑똑한 자동차

경로 계획-주행환경인식 및 판단-경로 추종을 핵심으로 한 첨단기술의 집합체
센서 중심의 운전자지원시스템(ADAS)를 중심으로 빠르게 확산 중

빠르게 진행되는 고령화 사회, 교통약자들에 대한 이동성 보장 문제 등이 사회적 문제로 대두되면서 이를 기술로 해결하고자 하는 시도 중 하나가 바로 ‘자율주행자동차’이다. ICT 기술 혹은 센서를 비롯한 전장부품의 비중이 높아지면서 자동차 산업에 엄청난 변화를 몰고 올 것으로 예상되고 있으며, 실제로 글로벌 자동차 브랜드들의 위상을 위협할 만큼 시장에 큰 변화를 일으키고 있다.

전 세계적으로 ‘융합(Convergence)’이란 단어가 전 산업을 휩쓸었다. 여기에는 ICT기술이 발달이 한 몫 했다. ICT기술의 특성상 여러 산업과 융합하며 새로운 영역이 탄생했다. 자동차 산업도 예외는 아니었다. 자동차·ICT 융합에 대해 본격적으로 논의되면서 등장하게 된 ‘자율주행자동차’는 단연 자동차 업계의 최대 이슈이다.

상대적으로 운전이 미숙한 여성운전자의 증가도 무시할 수 없다. 여성의 경제·사회 활동의 비중 증가와 싱글맘 증대 등의 사회구조 변화에 따라 여성운전자 비율이 97년 13.4%에서 2010년 27.6%로 2배 증가, 2013년 8만여 명에 달하였다. 특히 여성 운전자는 주차 미숙, 주차장에서의 높은 범죄율과 차량도난에 특히 노출되어 있어 주차장 보안 안전 시스템, 주차운전 미숙으로 인한 접촉사고 예방을 통한 사회적 비용 절감이 필요한 상황이다.
이러한 사회적 문제를 자동차의 기능으로 해결하겠다는 것이 ‘자율주행자동차’의 생각이다.

자동차 시장에 등장한 IT 기업

사실상 자동차산업은 세계 산업을 주도해왔다. 자동차산업은 그 당시의 기술 트렌드를 가장 잘 보여주고 있다고 해도 과언이 아니다. 그런 자동차 산업이 1990년대 즈음부터 환경규제라는 도전에 직면하게 되었다. 연비를 비롯한 환경규제의 강화, 최근의 안전규제 강화는 전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 수소자동차 등 새로운 개념의 자동차의 등장을 이끌었다.
쉽사리 엔진자동차 시대가 저물지 않을 것이라는 전망에도 불구하고, 새로운 자동차 시장에 대한 요구가 끊임없이 높아지면서 자동차 시장에 재미있는 현상이 일어나고 있다.

Apple 역시 2013년 6월, 개발자 회의에서 차량용 플랫폼으로 ‘Apple in the Car’를 발표하면서 눈길을 끈바 있다. 이처럼 글로벌 IT 기업들이 자동차 분야로의 진출을 본격화하면서 자동차 업계에서는 자동차 시장에서의 주도권을 잃지 않기 위해서라도 자율주행자동차 부문에 눈을 돌리고 있다.
자율주행자동차 핵심 기술

경로 계획 기술
자율주행자동차가 초기 위치에서 최종 목적지로 이동함에 있어서 가장 기초가 되는 자료로서, 정밀한 도로맵의 구축과 이를 기반한 위치인식(Localization)기술로서, GPS 응용 차량 항법장치가 핵심 역할을 하고 있다. 여기에 더해 터널이나 고가, 빌딩 숲, 지하주차장 등과 같은 음영지역에서도 정확하고 정밀한 경로 계획을 위해 측위기술이 개발되고 있는데, GPS를 기본으로 비전, 무선측위의 WLAN, UWB, 적외선, 초음파, RFID 등과 융합하여 일부 상용화되고 있다.

경로 계획 기술에서 매우 중요한 것 중 하나가 바로 정확한 순간순간의 이동위치를 확인하는 것이다. 최종의 목적지를 찾아가기 위한 경로를 실시간으로 계획하고, 그 계획된 경로대로 정확히 추종하기 위하여 필요한 것이다. 이를 위해 차량이 생성된 경로를 따라 이동할 때마다 다양한 측위 센서를 통해 현 위치와 방위정보를 수신하게 되고, 이를 이용하여 제어를 위한 변수를 생성하게 된다.

주행환경인식 및 판단 기술
이 기술은 자율주행자동차의 주행에 있어서 운전자의 시각과 판단하는 머리와 같은 역할을 대행하고, 주행 중 자동차 주변에 존재하는 여러 장애물과 전·후방의 상황을 인식하여 결과를 제어시스템에 최종적으로 제공하는 기술이다. 첨단운전자지원시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance System)이라고도 명명되는 이 기술은 주행환경을 인지하기 위해 카메라, 초음파, 적외선, 레이더, 라이다 등의 다양한 센서가 활용되며, 이를 보다 빠르고 정확하게, 자주 측정하기 위한 데이터처리 알고리즘 및 시스템에 대한 융·복합 연구가 활발하게 진행되고 있다.

카메라 센서에 비해 비교적 환경 특성에 강한 인식력을 보이는 레이저 스캐너는 Laser Radar 원리를 이용한 비접촉식 거리를 측정하는 센서로서, 레이더는 전파의 방사에 의하여 생긴 반사파를 이용하여 물체의 위치를 탐지하고, 전파의 도플러효과를 이용하는 적용될 수 있다. 자동차 주변의 근거리 장애물과의 충돌을 감지하기 위해 주로 적용된다.

경로 추종 기술
경로추종기술은 생성된 경로를 기반으로 목적지까지 도달하기 위해 행동(behaviour)하는 것과 데이터베이스로부터 동작(maneuver) 계획 및 제어하고 종횡 방향으로 운동하는 모든 것을 아우른다.
자율주행 실현의 시작, ADAS 기술

물론 아직은 연구단계이다. 현재는 기존 자동차의 성능을 전장부품을 통해 보완하는 수준에서 ‘지능형자동차’ 단계정도에 있다고 볼 수 있겠다. 첨단운전자지원시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance System)이 그 핵심이 되고 있으며, 각종 카메라, 센서, 레이더 등의 장치를 통해 운전자, 특히 교통약자의 부족한 운전능력을 보완해준다. 특히 최근에는 선진국들을 중심으로 각국 정부가 ADAS 장착을 의무화하고, 신차안전도평가(NCAP)의 주요 척도로 삼으면서 시장이 급성장하고 있는 상황이다.

한편, 이후 ADAS를 잇는 기술로 V2V(Vehicle to Vehicle)와 V2I(Vehicle to Infrastructure)가 꼽히고 있다. 이는 자동차 간 혹은 자동차와 교통 시설 간 무선통신을 통해 서로의 위치와 상태를 파악하고 이를 활용해 사고를 미연에 방지하는 시스템으로서, 도로-차량-인간이 유기적으로 연계될 수 있는 지능형 교통 체계 및 IT 융합 스마트 차량 구현을 위한 정보, 통신, 건설/토목, 자동차의 융·복합 기술이라 할 수 있다. 차량 입장에서는 ‘커넥티드 카(Connected Car)’로도 언급되기도 하기도 하며, 대부분의 글로벌 자동차 브랜드에서는 이를 위한 통신 플랫폼 개발에 주력하고 있다.

세계 ADAS 시장동향

일본 ADAS 메이커 동향
‘부딪치지 않는 차량’이란 슬로건으로 ‘Eye sight’ ADAS(후지중공업)를 탑재한 차가 판매되고 있다. 후지중공업에 의하면, 탑재차의 일본 국내 판매 대수가 15만대를 초과하는 기염을 토했다. Eye sight는 스테레오 카메라로 검사물과의 거리를 측정 인식하는 시스템으로, 자동차뿐만 아니라 보행자, 자전거, 오토바이, 차선도 인식 제어하는 ADAS의 대표적인 센싱 시스템이다. 자동 브레이크에 의해서 차량을 감속 및 정지시키는 ‘Pre-Crash Break’등을 탑재하면서도 10만 엔이라는 가격을 실현하여 안전 지향의 운전자의 마음을 사로잡았다는 평이다. 후지중공업에서는 새로이 적신호나 Break lamp의 점등 등도 인식하는 기능을 갖는 차세대 Eye sight 기술을 확립하여, 2014년에 판매하는 신차부터 순차로 탑재하고 있는 상황.

이와 같은 급성장은 ‘EU-NACP’ 각국 정부에 의한 법규제의 움직임이 빠르게 진행되고 있기 때문이다. EU-NACP에서는 2013년부터 제한속도의 인식 등의 규제가 실시되었으며, 사이드 미러 대체 카메라의 국제규격(ISO)은 2014년 후반에도 발행될 예정이다. 결국 빠르면 2015년부터 사이드미러를 대체하는 카메라 탑재가 이루어질 듯하다. 특히 2016년 이후는 AEBS(Advanced Emergency Brake System)이나 PD(보행자 인식)로의 규제나 우대 조치에 의해 악천후에도 장애물 인식을 정확히 할 수 있는 밀리파 Radar나 사람이나 표식 등의 물체 인식 성능이 우월한 카메라를 조합한 퓨전시스템이 앞으로의 주된 흐름이 될 것이라는 전망도 있다.

삼성전기 ADAS 부품사업 참여
삼성전기도 차재용 전장장치에 본격 진입할 예정이다. 자동차에 채용 가능한 부품의 발굴과 영업확대를 목표로 중장기 로드맵 작성을 계획하고 있다. 즉 스마트폰이나 PC, TV를 잇는 새로운 성장동력으로 삼는다는 방침이다. 카메라 센서를 융합한 부품 등으로 강점을 나타낼 것으로 예상되며, 특히 적층 세라믹 콘덴서나 카메라 모듈, 통신용 모듈 등 ‘커넥티드 카’ 용의 WiFi나 블루투스 모듈에서 두각을 나타낼 것으로 보인다.

자료출처 및 제공 | ●KEIT <자동차/IT 융합 시스템으로서의 자율주행자동차> 보고서
현대자동차 <스마트카 대중소기업 상생 협력전략> 보고서
MDS 테크놀로지(www.mdstec.com)

GM, 2016년부터 자동운전 기능 상용화
향후 GPS 지도 소프트웨어, 비전시스템, 위치파악기술 등에 큰 파급효과

2014년 2월부터 자동차 점화장치(Ignition Switch) 결함 때문에 약 3000만 대를 리콜한 GM이 기업 이미지에 큰 타격을 받은 이후, 이미지 쇄신을 위한 새로운 돌파구로 ‘자동운전기능 상용화’ 카드를 꺼내 들었다.

현재, GM뿐만 아니라 벤츠(Mercedes-Benz), 아큐라(Acura), 닛산(Nissan), 도요타(Toyota) 등도 제한적이지만 일부 차량에 자동운전기능을 탑재하기 시작했다. 벤츠와 아큐라는 차량이 차선을 벗어날 경우 즉시 차선을 유지시키면서 5~10초 후에는 운전자가 운전대를 다시 통제하도록 하는 기능과 크루즈 컨트롤 시스템 실행 시 센서를 통해 도로상황에 따라 속도를 조절하고 앞 차량과의 거리를 조정하는 기능도 적용하고 있다. 한편 닛산은 2016년 말까지 교통체증 상황에서 차량이 자율적으로 운전하는 기능을 도입할 예정이며, 2018년에는 자동으로 위험물에 대처하고 차선을 변경하는 기능을 도입한다는 계획이다. 도요타 역시 2017년까지 충돌방지 기술을 도요타 및 렉서스 차량에 도입할 것이라고 발표했다.

대표적인 첨단운전자지원시스템(ADAS)

●차선이탈경보시스템(LDWS, Lane Departure Warning System)
   : ●●실시간 영상처리기술을 기반으로 주행 중인 도로의 차선을 인식하여 갑작스런 차선 이탈시 운전자에게 경보를 보내어 사고를 예방하는 시스템.

●차선유지보조시스템(LKAS, Lane Keeping Assistance System)
   : ●●LDWS에 차량 횡방향 제어를 추가하여 차선 이탈시 차량 스스로 주행을 제어하는 시스템으로서, 차량 전면부 센서가 차선의 위치를 검출하여 조향장치와 연동·제어하는 방식으로 작동.

●차간거리제어시스템(SCC, Smart Cruise Control)
   : ●●운전자가 설정한 속도로 자동 주행하며 앞차와의 거리를 자동 유지하는 시스템으로서, 차량 전면부에 설치된 레이더 센서에 의해 조정된다.

●스마트주차지원시스템(SPAS, Smart Parking Assistance System)
   : ●●차량 후면부에 부착된 초음파 센서가 주차공간을 감지하여 자동으로 조향장치를 제어하는 시스템이다.

●차체자세제어장치(ESC, Electronic Stability Control)
   : ●●주행상황에 따라 차체균형이 깨지면서 미끄러짐, 전복 등의 사고위험에 노출되는 것을 방지하는 시스템이다. 차량 곳곳에 장착된 센서를 통해 차체의 속도, 조향각, 제동력, 기울기 등을 감지하여 운전자가 별도 조작하지 않아도 브레이크와 엔진 출력을 제어하게 한다.
이 외에도 타이어공기압모니터링시스템(TPMS), 타이어제어시스템(TCS), 전자제어식서스펜션(ECS), 경사로밀림방지장치(HSA), 전복장비시스템(RSC), 사전충돌방지시스템(PCS), 자동긴급제동시스템(AEB) 등이 있다.
※ 이미지 : 현대자동차

자율주행자동차 관련 법규 논의 시급

자율주행자동차가 현실화될 수 있을 만한 기술적인 요건은 상당부분 달성한 듯하다. 문제는 시장의 확대를 뒷받침할만한 정책 및 관련 법규에 대한 논의가 시급하다는 시장의 반응이다.
이와 관련, 현대자동차는 보고서를 통해 “자율주행자동차 개발을 위해 정부의 장기적인 연구개발 계획 수립 및 적극적인 지원이 필요하다”고 말하고, “현재 자율주행자동차에 대한 법규가 전무한 만큼 정부가 주도적으로 법제화에 나서야 한다”고 주문한 바 있다.

자율주행자동차와 관련된 법규로는 자율주행자동차의 검증 방법, 자율주행자동차 개발을 위한 테스트 라이센스, 자율주행 관련 기술 표준화 및 기술 적용범위 정의, 주차/출차 시 무인 차량제어에 대한 법규, 사고 시 책임소재에 대한 법규 등이 논의 대상으로 꼽히고 있다.
이와 함께 자율주행자동차와 관련된 자동차 및 IT 융복합 핵심 인재의 양성도 시급하다. 일례로, 미 국방성 연구기관인 DARPA에서 2004, 2005년에 개최한 무인자동차경주대회(DARPA Grand Challenge)는 전 세계 무인자동차 개발을 본격화했으며, 자율주행자동차 연구개발의 큰 동인이 되었다. 국내에서는 현대기아자동차그룹을 비롯해 학계를 중심으로 크고 작게 무인자동차경주대회가 개최되었다.

교통의 무법자도 자동으로 잡는다

Basler의 Pilot 카메라, 중국 교통 관제 시스템에 투입

도로 위에서의 교통 단속은 때로 손을 댈 수 없는 상황이 많다. 특히 과속하는 차량은 같이 과속하며 쫓아가지 않는 한 절대 쉽지 않다. 교통량이 매우 많은 중국에서는 교통신호를 지키지 않고 달리는 위반 차량의 단속을 위한 자동화 시스템이 절실했다.

1868년은 영국 런던의 국회의사당 밖에 최초의 교통 신호등이 설치된 해이다. 오랜 시간이 지난 지금, 그 후 교통 여건은 상당히 바뀌었으며 도로 교통을 이용하는 사람들의 수도 크게 증가하였다.
2008년 교통안전에 대한 세계은행 보고서에 따르면, 중국의 차량 운전자 숫자는 2001년과 2006년 사이 대략 8200만 명에서 1억 5천만 명으로 두 배 가까이 증가하는 기록을 세웠다. 당시 중국에서는 도로에서의 안전 주행 개선을 위한 운전자 교육이 중요한 정부 대책 중 하나였다. 운전자 교육의 질을 보장한다는 것이 주된 내용이었지만, 교통안전 문제에 대한 대중의 의식을 높이기 위한 도로 안전 개선 사업에서 ‘안전 단속’도 중요한 요소로 남아 있었다.
그 일환으로 2004년에 처음 제정된 도로 교통 안전법은 중국에서의 교통안전 개선을 향한 중요한 첫걸음이었다 할 수 있겠다. 안전법은 도심에서의 사고예방, 운전자와 차량 주행 단속, 그리고 교통 관리에 대한 책임을 담당하는 교통경찰의 업무 집행을 명확하게 했다.

문제는 보행자, 자전거 이용자 및 오토바이 이용자 등 교통 약자에 대한 양보를 제대로 하지 않는 자동차와 같은 우세한 도로 사용자를 대상으로 이를 적용하는 것이었다. 예를 들어, 제한 속도 초과 및 교통 신호 위반은 전체 운전자 위법 행위 중 거의 20%를 차지한다. 하지만 이러한 위법 행위에 대한 법 집행은 쉽지 않았다. 그 이전에 중국의 문화적 변화가 필요했던 것이다. 그러함에도 불구하고 교통경찰의 지속적인 법규 집행은 효과적인 교육 도구였다.

높은 교통사고 치사율, 중국 사회 문제로 대두

매년 중국 도로 위에서 생기는 사고로 인해 50만~100만 명에 이르는 사람들이 사망이나 영구적 장애에 해당하는 피해를 입고 있으며 수백 만 명 이상의 사람들이 병원 치료를 받고 있는 것으로 조사되고 있다. 중국 인구 중 25세부터 60세 사이 인구가 52%에 해당하는 점을 감안하면 교통문제는 한 개인의 건강 문제를 떠나 사회문제가 된다고 아니할 수 없다.
이처럼 도로 교통사고는 중국에서 재해사망의 가장 큰 원인이 되고 있으며, 특히, 과속 운전은 취약한 도로 안전 설계와 낮은 수준의 법규 집행뿐 아니라 양보 운전 불이행 및 교통 신호 위반과 함께 수많은 교통 관련 상해의 중요한 근본 원인으로 지목되고 있다.

바슬러의 ‘전자 경찰’이 나섰다

가장 흔한 교통 위반 중 하나가 교차로에서의 적색 교통 신호 위반이다. 신호를 위반하고 내달리는 차량을 효과적으로 추적하기 위한 자동화 솔루션이 필요했다. 자동화로 인해 교통 경찰은 자동화되지 않은 다른 법규 집행 활동에 더욱 효과적으로 집중할 수 있다는 점에서 더욱 그러했다.
이렇게 해서 세워지게 된 ‘전자 경찰’은 교차로 도로 위에 설치된 카메라 감시 시스템이다. 이 시스템은 적색 교통 신호등이 켜졌을 때 멈추지 않는 차량을 감시 및 탐지하도록 설계되어 있다. 표시되어 있는 정지선에 차량이 완전히 정차하지 않을 경우 바닥에 매설된 센서가 움직임을 감지하고 위에 설치된 카메라는 차량 사진과 뒤쪽 번호판을 3장 촬영한다.
이미지데이터는 번호판 자동 판독을 위한 ANPR(ANPR= Automatic Number Plate Recognition) 알고리즘을 실행하는 컴퓨터로 전송된다. 결과는 담당 경찰 부서로 전송되며 때로는 수상한 차량이 포함된 블랙리스트 데이터베이스와 대조도 한다.

정확한 색 표현과 유연성

여기에 사용되는 Basler의 pilot 카메라에는 이미지에서 적색이 오렌지색으로 표시되는 심각한 문제를 해결하는 맞춤형 필터와 특수 펌웨어가 설치되어 있다. 내장되어 있는 연속 화이트 밸런스 기능은 황혼이나 어둠 속에서 이미지를 촬영할 때 정확한 색상을 표현해준다. 카메라의 GigE 인터페이스는 최대 100m의 케이블 길이와 최대 100MB/s의 데이터 전송 속도를 허용하며, 대역폭, 케이블 길이 및 다중 카메라 기능의 기술적 유연성을 충분히 갖추고 있다.
이와 관련, Basler 관계자는 “특별한 장비를 위한 최고의 인터페이스로 만들었다”며, “이 교통 감시 솔루션은 심각한 부상을 유발하는 교통사고로 이어질 수 있는 가능성이 가장 큰 위험한 상황을 피해 생명을 보호하는 데 도움을 주는 만큼, ‘전자 경찰’ 프로젝트에 참여하게 된 것을 자랑스럽게 생각한다”고 밝혔다.

자료제공 | ●●바슬러 컴포넌트(www.baslerweb.com)

간단 설치로 사용하는 ADAS

모본, ADAS-블랙박스-통합단말기를 결합한
MDAS-20/MDAS-3 출시

ADAS는 운전자가 스스로 설치하기 어려운데다가 고가여서 아직은 고급 세단에서나 누릴 수 있는 것으로 여겨지고 있는 것이 사실. 이러한 가운데, 국내 자동차 전문 IT기업이 손쉽게 운전자가 설치할 수 있는 블랙박스형 ADAS 시스템을 선보여 눈길을 끌고 있다.

국내 자동차 전문 IT 기업 모본(대표 송상희, www.mdas.co.kr)이 안전 운전을 위한 차량용 영상인식 카메라 신제품 MDAS-20 및 MDAS-3 2종을 지난 9월 1일에 출시했다.
두 제품은 졸음운전 등 교통사고를 사전에 예방해 주는 기능을 두루 갖춘 차세대 블랙박스로, 올해 초 출시되어 화제가 되었던 MDAS-10을 업그레이드한 신제품이다.

MDAS-3은 셀프 간편 장착(DIY)이 지원되는 제품으로, 차량 내부 결선과 같은 전문적인 설치 없이 OBD(On-Board Diagnostic, 자기진단장치)-II 단자에 연결만 하면 차선이탈경보가 활성화되는, 간편하고 실용적인 안전운전 보조제품이다. 이와 관련 모본 배명원 이사는 “예전에는 안전운전보조시스템이 장착의 번거로움, 비용의 부담으로 인해 고급세단의 옵션 정도로 생각됐으나 MDAS-3의 출시로 일반 소비자도 쓸 수 있게 됐다”고 말하고, “앞으로 CIT 사업부에서는 야간 운전을 위한 상향등 자동점멸 시스템 및 졸음운전 방지를 위한 알고리즘 등도 개발하고, 실버시장 및 전기차 시장에 맞는 영상인식 플랫폼 및 알고리즘도 선보일 계획”이라고 밝혔다.

자료제공 | 모본(주)(www.movon.co.kr)