KISTI 산업정보분석실 김상국 (Tel: 02-3299-6294  e-mail: sgkim@kisti.re.kr)

보급이 본격화되고 있는 자율주행차
과거에 소개된 미래형 자동차들이 차량 내 시스템들과 스마트폰을 연결해주는 커넥티드(Connected)에 집중해온 반면, 최근 CES 2015에서는 자율주행, 스마트파킹 등 좀 더 진화된 자동차기술이 소개되었다.
특히, 이 CES에 참가한 자동차 관련 업체들은 역대 최대 규모인 470여 개였고, 10여 개의 완성차 기업들의 전시 규모도 전년 대비 17% 가량 증가한 모습을 보였으며, Forbes는 CES와 디트로이트 모터쇼 등에서 공개된 첨단 자동차 기술들 중 2020년까지 영향을 미칠 것으로 기대되는 상위 10대 기술을 선정 발표하였다. 상위 10대 기술 중 8개는 운전자에게 편의성, 안전성, 효율성, 유용성 등을 제공할 수 있는 ICT 기술에 기반하고 있어 ICT와 자동차와의 융합은 더욱 가속화 될 전망이다.

스마트카 개념 등장으로 자율주행차(Self-driving Car)의 보급이 본격화되고 있는데, 이런 자율주행자동차는 운전자의 개입 없이 자율주행이 가능한 차량을 말한다. 자율주행을 위해서는 고성능 카메라, 충돌 방지 장치 등 기술적 발전이 필요하며, 주행상황 정보를 종합 판단하여 처리하는 주행상황 인지·대응 기술이 필수적이다. 자율자동차의 최종 형태는 운전자 개입이 없는 자율주행이며, 이를 위한 기술개발과 도입은 단계적으로 이행될 것으로 전망되고 있다.

미국의 NHTSA(미국 도로교통안전국)는 자율주행차와 관련하여 다섯 단계의 자동화 레벨을 발표하였으며, 현재 대부분의 자동차 업체는 레벨 1의 자동차를 제공하고 있고 일부 업체는 주차보조, 차선이탈 방지시스템 등 레벨 2의 자동차를 제공하고 있다. 최근 큰 주목을 받고 있는 Google Car는 운전자가 항상 존재한다는 점에서 레벨 3이며, 레벨 4는 자동차 자동화의 궁극적 목표인 완전 자율주행단계를 의미한다.

자율주행을 위한 기술은 매우 복잡하며 ICT 기술이 핵심기능을 수행하고 있으며, 세부적으로 센서기술, 매핑기술, 인식/판단기술, 그리고 통신기술로 구분된다. 센서기술에는 레이더, 다중비디오카메라, 전방감시적외선센서, GPS, 라이더(Lidar), 자이로스코프 등 다양한 장비가 포함된다.

매핑기술은 거리, 출발지, 목적지, 기타 도로 상황 등을 나타내는 점과 선의 좌표로 형상화 하는 기술이다. 인식/판단기술에는 다양한 센서로부터 데이터를 융합하고, 이를 저장된 매핑과 비교하여 다른 차량, 교통제어장치, 보행자나 장애물 등에 어떻게 반응할지를 결정하는 일련의 SW 프로세스가 포함된다. 통신기술에는 차량과 차량 간 통신인 V2V 통신기술과 차량과 교통인프라 간 통신인 V2I 통신기술이 포함된다.

점차 자율주행 수준이 확대 
자율주행차의 본원적 의미를 부여할 수 있는 대상은 레벨 2~4 수준의 기능을 탑재하고 있는 자동차 시장으로 볼 수 있지만, 본 분석에서는 레벨 3~4 수준(제한 및 완전 자율기능)을 대상으로 하는 자율주행 자동차 시스템의 시장규모를 추정하고자 하였다.

현재 자율주행차 시장은 레벨 1~2 수준의 기술이 적용된 자동차가 이미 판매되고 있는 상황이며, 2013년 3분기 Navigant Research 시장보고서에서는 완성차 시장 측면에서 완전자율주행 기능을 갖는 자율주행차 정식시판이 2020년 정도가 될 것으로 전망하고 있다.

이 보고서에서는 완전자율주행차가 세계 시장의 주요 지역인 북미, 서유럽, 그리고 아시아 지역에서 2020년부터 2035년까지 연평균성장율 85%로 증가할 것으로 예측하고 있으며, 세계 자동차 시장에서 완전자율주행 기능을 갖춘 시장 점유율이 2025년에 4%, 2030년에 41%, 2035년에 75% 수준까지 이를 것으로 전망하고 있다. 또한 Frost&Sullivan 보고서에 따르면, 유럽 및 북미지역에서 2025년까지 620만 대의 자동차가 자율주행 기능(레벨 2~레벨 4 수준)을 탑재할 것으로 전망되고 있으며, 대부분의 OEM 공급사들이 2017년까지 레벨 2 수준의 기능을, 2020년까지 레벨 3 수준의 기능을 제공하는 데 집중할 것으로 전망하였다.

완전자율주행차가 세계 시장의 주요 지역인 북미, 서유럽, 그리고 아시아 지역에서 2020년부터 2035년까지 연평균성장율 85%로 증가할 것으로 예측하고 있다.

특히, 북미지역에서 완전 자율주행차는 모든 자율주행차들 중에서 단지 2% 정도의 규모를 차지할 것으로 예상되고 있다. 이외에도 벤츠와 구글은 운전자 개입이 없는 자동차를 출시하려고 하는 반면에, 다른 OEM 공급사들은 운전자 개입이 있는 자동차를 여전히 고수하고 있는 상황이다.

렉서스의 첨단안전강화차량(Advanced Active Safety Research Vehicle, AASRV)이 구글의 자율주행차와 많이 유사하게 보일수도 있겠지만, 도요타는 이 시스템을 운전자 개입이 없는 무인자동차에 탑재할 의도가 없고 단지 첨단안전강화차량으로서 이 시스템을 개발할 계획이다.

볼보는 차량 간 통신(V2V)기반의 군집 및 상호협력주행 기능을 제공할 뿐만 아니라, 자동주차 및 정보검색과 같은 첨단운전자보조시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS) 기반의 자율주행 기능을 확장하여 기존 안전 기능을 활용할 계획이다.

자율주행 기능들은 ADAS 기능들에 대해 소비자가 기꺼이 지불할 의사가 있는지에 따라 철저하게 소비자 의존적인 선택사양 시스템이 될 것으로 전망되며, 결과적으로 ADAS의 소비자 수용비율은 자동차 자동화에 대한 소비자의 지불의사에 따라 증가될 것으로 전망된다.

BMW, 벤츠, 도요타는 특정 차량 모델에서 제한 자율주행기능과 유사한 기능을 탑재하여 출시될 예정인 반면에, 아우디는 제한 자율주행 부문에서 시장 진입과 함께 관련 시장을 선도할 것으로 예상되고 있다.

아우디의 경우 레벨 4 수준의 자동화 상태에서 자동주차와 같은 첨단 기능들을 추가할 예정인 반면에, 폭스바겐은 레벨 2 수준에서 임시적인 자율주행에 첨단 기능들을 제한적으로 제공할 것으로 전망되고 있다. 2014년 이후 발표된 교통체증보조, 자체기동, 그리고 자동주차와 같은 기능들은 자율주행을 위한 초보적인 수준의 기능으로 이해된다.

볼보는 V2I(Vehicle to Infrastructure)의 기반이 완료될 때까지 완전 자율주행 부문에 대한 개발을 자제하고, 차량 자체에 모든 기능의 권한을 부여하는 대신에 주변 환경과 차량 간의 상호 통신하는 자동차를 생산할 것으로 전망되고 있다.      BMW, 벤츠, 도요타는 특정 차량 모델에서 제한 자율주행기능과 유사한 기능을 탑재하여 출시될 예정인 반면에, 아우디는 제한 자율주행 부문에서 시장 진입과 함께 관련 시장을 선도할 것으로 예상되고 있다.

주요 업체 OEM사들은 조합기능 자동(semi-automated) 시장 부분에 전체 투자규모 중 엄청난 양인 80%를 투자할 계획을 갖고 있으며, 반면에 제한 자율주행(highly-automated) 부문에서 70%의 시장 잠재력을 보유하고 있는 상위 OEM사들에 의해 훨씬 더 진화된 기능들이 확산될 것으로 전망되고 있다.

전반적으로 독일 브랜드인 아우디, BMW, 벤츠, 그리고 폭스바겐은 자율주행 부문의 전체 시장을 주도할 것으로 예상되며, 도요타와 폭스바겐은 그들 자체의 명품 브랜드인 렉서스와 아우디의 혜택으로 2025년까지 완전 자율주행(Fully-automated) 부문에서 주요 제조업체가 될 것으로 전망된다.

최근 CES 2015에서 현대기아차는 운전자의 안전성과 편의성을 높여주는 첨단주행보조시스템인 스마트 ADAS를 선보였으며, 증강현실 HUD를 처음으로 선보였는데, 운전 시 필요한 주요 주행정보를 전면 윈드쉴드 글라스에 3차원 이미지 형태로 투영해 속도계, 주변위험 및 장애물 감지, 차선이탈 및 끼어들기 감지, 내비게이션 안내 등 각종 주행 관련 정보를 운전자에게 제공해 주행 안전 및 편의성을 향상시키고 있다.

하지만 이런 완전 자율주행차량 자신이 완전하게 주행할 수 있는 능력이 있음에도 불구하고, 새로운 규제 도입 등을 통해 자동차 시장에서 운전자 개입이 없는 자동차를 허용하지 않을 수도 있을 것으로 판단된다.

국내 자율주행 기술 경쟁력의 확보 필요성
국내의 경우, 현대기아차와 같은 완성차 및 부품업체 중심의 ADAS의 개발이 진행되어 상용화 되고 있으며, ETRI, KAIST와 같은 연구소 및 학교 중심의 선행연구를 위한 실행가능성(Feasibility) 테스트가 진행 중이다.

부품 업계에서는 운전자에게 안전한 운전환경을 제공하기 위하여 미래 자율주행을 위한 핵심원천 기술인 카메라, 레이더 등 센싱시스템 개발에 집중하고 있으며, KATECH, ETRI, KETI에서는 자율주행 자동차와 관련 핵심기술 개발을 지속적으로 추진하고 있다. 이외에도 정부와 국내 상용차 기업에서 개최하는 자율주행 대회의 미션을 해결하기 위한 아이디어 실증이 많은 대학에서 활발히 연구되고 있다.
자동차 위치 및 방향을 추정하는 측위 기술은 자율주행차의 출발점이라 할 수 있는데, 현재 국내에서는 지형정보계측용 및 해양항법용 DGPS(Differential GPS)망이 운영되고 있으나, 처음부터 차량에 응용할 목적으로 만들어진 망이 아니라서 실시간성(real time) 등 이용하기에는 부적합 부분이 존재하고 있다. 향후 2020년대를 목표로 하고 있는 ITS가 상용화 되면 모든 도로에 차량용 DGPS가 구축될 예정인데, 국내에서는 이러한 수신모듈의 솔루션을 대부분 해외 업체에 의존하고 있는 실정이어서 국내 중소기업들에게 솔루션들을 제공하는 것이 필요할 것으로 예상되고 있다.

자율주행 상용화를 위해서는 제어 알고리즘을 탑재할 수 있는 제어기에 관해서 보다 신경을 써야할 것으로 예상되며, 상용화를 위해서는 보다 저렴하고 최적화된 소형 ECU로 자율주행기능이 구현되어야 할 것이다.

자율주행 시스템에는 SCC(Smart Cruise Control), LKAS(Lane Keeping Assist System), BSD(Blind Spot Detection) 등을 인지하고 제어하는 기술이 필요한데, 현재 SCC에 사용되는 레이더는 중장거리의 물체를 검지하는 데 유용하지만 금속체만 감지할 수 있고, 물체의 형상 등을 측정할 수 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 자율주행을 위해서는 추가적인 고정밀 센서가 필요하지만, 국내의 센서 원천기술은 여전히 부족한 실정이다.

여러 대학과 연구기관 등이 앞 다투어 자율주행 차량들을 개발 및 시연하고 있지만, 정작 주요한 센서들은 수입해서 사용하고 있는 상황으로, 국내 자율주행 기술의 경쟁력을 확보하기 위해서는 시스템 기술보다는 센서기술 개발에 역점이 두어져야 할 것으로 예상되고 있다.

자율주행은 결국 차량을 움직이는 기술이므로 제어기술이 필요한데, 주행해야 할 경로가 정확히 설정되고 차량의 측위 정확도가 충분하다면, 차량을 제어하는 것은 그다지 어렵지 않으며 국내 기술 수준도 해외에 비해 결코 뒤떨어지지 않는다.

자율주행 상용화를 위해서는 제어 알고리즘을 탑재할 수 있는 제어기에 관해서 보다 신경을 써야할 것으로 예상되며, 상용화를 위해서는 보다 저렴하고 최적화된 소형 ECU로 자율주행기능이 구현되어야 할 것이다. 또한 각종 센서와 방대한 데이터를 주고받기 위해서는 플렉스레이(Flexray)나 이더넷(Ethernet)같은 고속통신이 지원되어야 하고, 멀티코어 프로세서와 개방형 자동차 표준 소프트웨어 구조인 AUTOSAR 같은 표준 소프트웨어 플랫폼이 필요하며, 사람의 생명과 직결된 안정성을 확보하기 위하여 ISO26262와 같은 자동차 기능 안전성 국제표준이 획득되어야 할 것으로 예상되고 있다.