[류경진의 미래자동차 이야기] 자율주행주행차는 어떻게 발전했나

주파수로 컨트롤 100년 만에 '알아서 쌩쌩'
무인차 꿈, 20세기 초 미국에서 시작…초기에는 중앙선 넘지 않는 수준
레벨 3 상용화, 벤츠 다음은 현대차…국내선 1990년대 후반부터 연구
독일·일본 신기술과 격차 좁혀가…운전자 개입 없이 달릴 단계 눈앞

자동차가 완전 자율주행이 도래하면 대구에서 운행을 시작한 운전자는 도착지인 서울까지 영화 "아바타"를 감상하면서 편하게 갈 수 있는 미래를 상상한다. 미래공상영화에서 봤듯이 운전자는 운전대를 놓고 전화통화나 인터넷 서핑, 영화보기, 휴식 등을 자유롭게 즐길 수 있게 된다.

'4차 산업혁명'이라는 용어가 등장하면서 이러한 혁명의 흐름은 빠르게 우리 사회로 확산되고 있다. 이로 인해 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등 매우 광범위한 분야에서 많은 변화가 발생하고 있으며, 특히 인공지능 분야에 대한 발전은 모든 산업의 문화와 가치관을 통째로 흔들고 있다.

4차 산업혁명의 선두격인 자율주행자동차의 기술수준 향상을 위해 세계는 연구와 개발에 박차를 가하고 있다. 운전자 또는 승객의 조작 없이 자동차 스스로 운행이 가능한 자율주행자동차의 역사와 미래의 발전방향에 대해 알아본다.

출처 Daimler AG(1957년에 미래의 모습을 그린 광고), H. Miller.

◆자율주행자동차 역사

자율주행차의 역사는 20세기 초 미국에서 시작되었다. 1920~1930년에 미국에서 교통사고로 사망한 사람은 대략 20만 명이었는데, 사고 원인은 주로 운전자 과실이었다. 비행기의 균형을 자동으로 잡아주는 제어 시스템 개발이 한창 진행 중일 때 무선으로 조종할 수 있는 차가 처음 개발되었다. 이런 기술적 발전은 곧 무인자동차가 나와 운전자가 필요 없어지리라는 희망을 품게 했다.

자율주행의 개념은 1960년대에 독일 자동차 회사인 벤츠를 중심으로 제안되었고, 1970년대 중후반부터 초보적인 수준의 연구가 시작되었다. 초기에는 아무런 장애 요소가 없는 시험 주행장에서 중앙선이나 차선을 넘지 않는 수준이었으나, 1990년대 들어 컴퓨터의 판단 기술 분야가 크게 발전하면서 장애물이 개입되는 자율주행 분야가 본격적으로 연구되기 시작했다.

한국에서도 1990년대 후반부터 본격적인 연구에 돌입했다. 잘 알려져 있지 않지만 2000년대 초반 이미 경기도 고양시와 파주시의 자유로에서의 자율주행 기술을 상당 수준으로 완성하는 데 성공했다. 이 시스템은 교통연구원에서 개발한 것인데, 현재의 자율주행 시스템처럼 임의의 경로로 다닐 수 있는 것이 아니고 자유로 내에서 정해진 진출입로를 오가는 시스템이었다.

그렇지만 뭐니뭐니해도 구글이 자율주행 자동차의 연구에 돌입한 게 큰 획을 그은 것은 사실이다.

◆라디오 주파수로 작동되는 자율주행 자동차

1920년대는 라디오 주파수로 작동되는 자율주행 자동차가 등장하다. 1925년에 Houdina Radio Control에서 라디오로 제어되는 American Wonder라는 제품을 시연하였다. 이 차량은 송신 안테나에 의해 다른 차량에 탑승한 사람이 라디오 임펄스 신호를 보내서 다른 차량의 움직임을 지시하는 소형 전기 모터에 신호를 전달하는 방식이다.

밀워키 주변 자동차 유통 업체인 Achen Motor에서도 Phantom Auto라는 이름의 프로젝트가 나와 거리에서 시연을 하였다.

1939년 제너럴 모터스사가 후원한 뉴욕세계박람회에서 도로에 내장된 회로의 전기 기장을 통해서 무선으로 제어되는 전기 자동차를 선보였다.1953년 RAC Labs에서는 바닥에 그려진 패턴의 전선에 의해 의도되는 자동차 시스템을 성공적으로 만들었다.이후 실제 고속도로에서 실험으로 진행했으며 1976년 성공적으로 증명되었다.

고속도로에서 포장도로에 묻혀있는 탐지기 회로에 의해 차량과의 존재와 속도를 체크하는 임펄스를 따라 진행하는 방식이다.트랙에 그려진 주행 라인을 일정한 속도로 주행하는 기초적인 수준었지만 미래의 생길 고속도로에서 사용할 완전 자율 주행 콘셉트인 전자두뇌를 탑재했고, 이 시점을 시작으로 완전 자율 주행 기술을 개발이 꾸준히 발전되고 있다.

◆도로와 상호작용하는 자율주행 자동차

1960년대에는 도로와 상호작용하는 자율주행 자동차를 만들었다. 오하이오 주립대학의 통신 및 제어 시스템 연구소는 도로에 내장된 전자 장치로 활성화되는 무인 자동차 프로젝트를 개시했다. 도로에 내장된 자기 케이블과 상호 작용하는 무인 Citroen DS를 테스트하였다. 기상 조건에 영향받지 않고 속도와 방향의 편차 없이 시속 80마일로 테스트 트랙을 주행하였고, 사람이 제어하는 것보다 훨씬 효과적인 주행으로 기록되었다.

실제로 현재 자율주행 자동차와 가장 비슷한 자율주행 자동차가 나타난 것은 1977년 일본이다. 일본 쓰쿠바 기계공학 연구소는 차량 전면에 장착된 카메라 2개가 미리 도로에 그려 놓은 흰색의 표시를 인식하여 따라가도록 설계하였으며, 최고 시속 30km로 주행하는데 성공하였다.

1986년 독일인 교수인 에른스트 딕만스 교수는 도로에 방향유도 장치를 따라 주행하는 자율주행 기술이 아닌 카메라와 센서를 장착해 실시간 이미지 시퀀스 기반 명령으로 스티어링 휠과 스로틀, 브레이크를 제어하는 자율주행 자동차를 연구했다. 에른스트 딕만스는 이렇게 개발한 장치를 벤츠의 벤에 장착했고 최고 시속 96km/h까지 주행하는 데 성공했다.

구글은 2009년 처음 자율주행 자동차에 관련된 연구를 시작했다. 구글의 미래사업조직인 '구글X'에서 세바스찬 스론을 소장으로 연구를 시작했고, 2016년에는 '웨이모'를 독립 법인으로 설립하여 본격적으로 사업화하기 시작했다.

2015년 10월 테슬라에서 세계 최초로 반자율주행인 '오토파일럿' 기능을 장착한 자동차 모델 S를 출시했다. 오토파일럿은 주위 자동차 속도에 맞춰 주행 속도와 차선을 유지하는 '오토 스티어' 기능과 방향 지시등을 켜면 자동으로 차선을 변경해 주는 '오토 레인 체인지' 기능이 포함되어 있다. 현재는 많은 자동차 완성차 업체에서 전방을 주시하지 않아도 되는 자율주행 자동차의 상용화를 위한 기술 개발 및 테스트가 전 세계적으로 진행 중이다.

◆운전자 개입 없이 자율주행

자율주행의 레벨 3는 '조건부 자율주행'으로 고속도로와 같은 제한된 구간에서 운전자 개입 없이 스스로 달릴 수 있는 단계를 말한다. 해당 구간에서는 자율주행 중에 발생한 사고의 책임은 '사례에 따라' 제조사 몫이며, 제조사에서는 상당한 자신감이 없으면 레벨 3로 넘어갈 수 없다.

벤츠 자율주행 시스템 드라이브 파일럿(DRIVE PILOT)은 '특정 도로에서 시속 64km/h 미만의 속력'으로 운전자의 간섭 없이 주변 상황을 인지해 차량 스스로 주행 가능하며, 벤츠 드라이브 파일럿은 라이다(LiDAR)와 고정밀 지도와 카메라, 긴급 차량을 감지하는 마이크, 휠 하우스의 습기를 감지하는 다양한 센서를 통해 주행 상황을 파악한다. 다만, 돌발 상황에 대비해 운전자가 언제든 개입할 수 있어야 한다.

우리나라에서도 레벨 3 자율주행이 진행중이다. 올해 말 레벨3 자율주행기술 상용화할 예정이다. 독일 경쟁사에 이어 세계 두 번째다.

장웅준 현대차 자율주행사업부 전무는 "과거에는 독일·일본 경쟁사 대비 신기술 양산적용 시점이 5~6년 정도 늦었으나, 현재는 이를 1년 이내로 줄였으며, 최근에는 급부상 중인 테슬라나 중국 전기차 업체들을 관심있게 살펴보고 있다"고 밝혔다.