자율주행 레벨3 자동차 상용화 현황

 

자율주행 레벨3 상용화 현황

자율주행 레벨3 뜻과 의미

'조건부 자동화'는 자율주행 차량의 개발 단계 중 하나로, 이 단계에서 차량은 특정 조건 하에서 스스로 운전을 할 수 있지만, 운전자는 필요한 경우 개입할 준비가 되어 있어야 하는 상황을 말합니다. 레벨 3의 자율성 수준은 자동차가 대부분의 운전 작업을 스스로 수행할 수 있는 단계로 예를 들어 고속도로 주행 시 특정 지리적 영역 내에서 제한적으로 적용이 됩니다.  레벨 3 자율주행이 기술적으로 진보했음을 나타내지만 여전히 사람이 직접 운전자 역할과 주의가 중요한 단계임을 의미합니다. 

1. 자율성 수준: 레벨 3은 자동차가 대부분의 운전 작업을 스스로 수행할 수 있는 단계입니다. 이는 특정 조건, 예를 들어 고속도로 주행 시나 특정 지리적 영역 내에서 제한적으로 적용됩니다.
2. 운전자의 역할 및 개입정도 : 운전자는 차량이 자율 모드에 있을 때 핸들에서 손을 떼고 다른 활동을 할 수 있습니다. 이러한 것은 운전자가 항상 주의를 기울여야 함을 의미합니다. 즉 레벨 3에서 차량은 특정 조건에서 전적으로 운전을 제어할 수 있습니다. 그러나, 시스템이 어떤 상황을 처리할 수 없을 때 운전자에게 제어를 요청할 수 있습니다. 이는 운전자가 주행 중에도 상시 대기 상태를 유지해야 한다는 것을 의미합니다.
3. 인공지능 AI 역할 및 한계 : 레벨 3 자율주행에서는 인공지능(AI) 시스템이 중요한 역할을 합니다. AI는 수집된 데이터를 기반으로 복잡한 주행 결정을 내리며, 때로는 운전자의 개입 없이도 예상치 못한 상황을 처리할 수 있습니다. 또한 자신의 한계를 인식하고, 해당 한계에 도달했을 때 운전자에게 주행 제어를 반환하는 능력을 가져야 합니다. 이는 운전자가 상시 대기 상태를 유지해야 하는 이유입니다.
4. 기술 요소: 레벨 3 차량은 센서, 카메라, 레이더, 인공지능을 포함한 고급 기술을 사용하여 주변 환경을 인식하고, 이 정보를 바탕으로 주행 결정을 내립니다. 특히  레벨 3 차량은 복잡한 센서 시스템을 사용하여 주변 환경을 감지합니다. 이 시스템은 카메라, 레이더, 라이다, 초음파 센서 및 GPS를 포함할 수 있으며, 이를 통해 차량은 주변 환경을 상세하게 인식하고, 이에 따라 항로 조정, 속도 조절 및 기타 운전 결정을 내릴 수 있습니다.
5. 시스템의 한계: 이 단계의 자율주행 차량은 여전히 복잡한 도로 상황이나 예상치 못한 상황에서는 인간 운전자의 개입을 요구할 수 있습니다.
6. 안전 및 법적 고려 사항: 레벨 3 자율주행 차량의 안전성은 여전히 중요한 고려 사항입니다. 법적으로도, 이 기술의 통합과 관련하여 차량이 운전을 제어하는 동안 발생하는 사고의 책임 소재, 운전자의 주의 의무 등이 여전히 해결해야 할 문제들이 많습니다.
7. 시장 도입: 현재 몇몇 자동차 제조사들은 레벨 3 자율주행 기능을 탑재한 차량을 시장에 출시하거나 출시를 준비하고 있습니다. 그러나 이 기술의 전면적인 도입은 여러 법적, 기술적, 인식적 장벽으로 인해 아직 진행 중입니다.

 

현재 자율주행 상용화 수준

완성차의 자율주행은 레벨 2에서 레벨 3로 넘어가는 과도기에 있습니다. 자율주행 레벨 2 시스템은 차량이 일정 범위 내에서 차량의 가로세로 방향 제어를 담당하지만, 운전자는 지속해서 차량과 주변 환경을 모니터링해야 합니다. 레벨 3부터는 자율주행 시스템이 담당하는 운행 영역이 훨씬 더 넓어지며 특정 운전 부분 영역 내에서 운전자가 지속해서 차량 및 주 변환 경을 모니터링할 필요 없이 자율주행이 가능한 수준입니다. 다만 긴급 상황 발생 시 운행을 제어할 수 있는 부분은 시스템에서 운전자로 넘어가게 되며 운전자는 즉시 차량을 제어해야 합니다.

현재 자율주행 상용화 수준

자율주행 레벨3 : 고속도로 주행 기능 위주 상용화

자율주행 레벨 3은 B2C 차량의 고속도로 주행 기능 위주로 상용화된 후 도심 내 자율주행으로 확대가 될 전망입니다. 자율주행 레벨 4는 정해진 노선을 운행하는 셔틀버스, 물류물류, 택시 등의 시장에서 개화될 것으로 전망이 됩니다. 자동차 기업 중 자율주행 레벨 3 수준을 장착하여 차량을 출시한 기업은 대표적으로 혼다, 벤츠, BMW이며, 2021년 혼다가 완성차 기업 최초로 고속도로 전용 자율주행 레벨 3 기능이 탑재된 세단 ‘레전드’를 공개했습니다. 2023년에는 벤츠와 BMW도 고속도로 전용 자율주행 레벨 3 기능을 공개했습니다. 다만 날씨, 시속 약 60km 내 속도 제한과 고속도로에서만 기능 구현이 가능한 상황입니다. 도시속 도심은 고속도로보다 복잡한 상황들의 객체들로 구성되어 있기에 V2X, 객체 인식 센서, 차량 제어 분야의 발전과 함께 고속도로 대비 더 넓은 범위의 ODD(Operational Domain Design) 확보 후 도심 내 자율주행 레벨 3 승용차가 확산할 것으로 전망이 됩니다.

자율주행 레벨3 : 고속도로 주행 기능 위주 상용화

 

현대차그룹 자율주행 상용화 단계

현대차그룹은 2023년 하반기 자율주행 레벨 3 수준의 HDP(Highway Driving Pilot) 차량 출시를 목표로 하였으며 현재 자율주행 관련 기술 관련 출시 일정을 잠정 연기한 상황입니다. 현대차 HDP는 고속도로에서 일정 속도 이하로 앞 차와의 안전 거리와 차로를 유지하며 주행하는 부분 자율주행 기술입니다. 혼다와 벤츠에서 출시한 자율주행 레벨 3 기능은 고속도로에서 시속 약 60km로 주행 가능하여 현대차는 보다 높은 시속 80km를 목표하고 있습니다. 하지만 실제 도로 환경에서 시나리오별 검증 데이터 축적과 지속적인 테스트가 필요한 상황입니다.

현대차그룹 자율주행 시스템(출처, 현대차그룹)

 

 

자율주행 레벨별 센서 배치 수준

자율주행 레벨 1,2 수준의 ADAS는 일반적으로 크루즈 컨트롤이나 자동 비상 제동, 차선이탈 경고 및 보조를 위해 전면에 장거리 레이더와 카메라가 1개씩 적용되며 후방엔 2개의 중거리 레이더 센서를 탑재해 사각지대 감지 용도로 활용됩니다. 주차 보조 기능 구현을 위해 최대 4개의 추가 카메라와 초음파 센서 12개를 사용하게 됩니다.

출처 : W aymo, KIST (자율주행차량 레벨별 센서 배치도)

레벨 3 자율주행 차량의 경우 레벨 2 차량의 센서 이중화와 함께 1개 이상의 장거리 라이다가 전면에 탑재될 것으로 보이며 자율주행 레벨 4 이상 차량 은 주변 전체 영역에서 센서 단점 보완을 위해 약 5~10개의 카메라, 8~12개의 레이더, 5~12개의 라이더가 장착될 것으로 전망됩니다. 초음파 센서가 추가적으로 탑재된다면 약 40~50개의 센서가 차량에 탑재될 수 있습니다. 또한, 자율주행 레벨 3 이상부터 자율주행 시스템의 운행 범위가 넓어지며 특정 상황에선 시스템이 운전자에게 운행 제어권 반환을 위해 운전자 모니터링 시스템(DMS)을 위한 카메라가 적용될 것으로 예상됩니다.

 

레벨 3부터 라이다(LiDAR) 필수

혼다, 벤츠, BMW, 볼보 등 글로벌 완성차 기업들은 자율주행 레벨 3 차량 출시를 위해 기존 카메라와 레이더 기반의 ADAS에다가 라이다(LiDAR)를 추가하는 센서 퓨전 형식으로 차량을 출시하고 있습니다. 대표적으로 로봇택시 운영 기업인 웨이모 또한 센서 퓨전을 통해 자율주행 택시를 운영 중입니다. 라이다는 레이저 펄스 기반으로 거리 정확도의 오차 범위는 센티미터에 불과하고 높은 공간 분해 능력으로 차량 주변의 객체에 대한 3D 구현이 가능합니다.

라이다(LiDAR) 활용 범위

자율주행 레벨 3으로 넘어가는 단계에서는 자율주행 시스템이 담당하는 주행 범위가 넓어지며 차량 사고 시 제조사의 책임 전가가 불가피합니다. 고속도로를 포함한 일반 도로에서 레벨 3 수준의 주행을 위해 LiDAR 센서를 포함한 센서 퓨전 형태로 차량에 탑재하고 있습니다.

 

국내 자율주행차 레벨3에서 레벨4로 도입 준비.

국토부는 2022년 발표한 모빌리티 혁신 로드맵에서 2027년 자율주행 레벨 4 글로벌 첫 상용화를 목표로 하고 있으며 이러한 계획을 조금 더 앞당기고 있습니다. 임시 운행 허가를 받은 레벨 4 자율주행차량에 한해서 성능 인증 제도를 통해 2024년부터 B2B로 차량 판매 허가를 계획하고 있어 여객, 물류, 순찰 등 자율주행 레벨 4 기능이 탑재된 PBV 시장이 성장할 것으로 전망됩니다.

국토교통부 모빌리티 혁신 로드맵 22.09)

 

자율주행 레벨 1~5 비교

레벨	수준 이름	레벨 주요 내용	운전자의 역할	시스템 기능	환경 모니터링	운전자 참여	운영 설계 영역 (ODD)
Level 1	Driver Assistance	차량은 조향 또는 가속/감속 중 하나만 제어합니다. 운전자는 항상 운전 작업에 참여하고 환경을 모니터링해야 합니다.	적극적인 운전 및 모니터링	기본 크루즈 컨트롤 또는 차선 유지 보조	운전자에 의한 전체	지속적으로 (적극적인 운전 작업)	없음 (시스템이 운전자를 보조)
Level 2	Partial Automation	차량은 조향과 가속/감속을 동시에 제어합니다. 운전자는 운전 작업에 참여하고 환경을 모니터링해야 합니다.	적극적인 모니터링, 제한된 제어	적응형 크루즈 컨트롤 및 차선 유지 보조 기능 결합	주로 운전자에 의해, 시스템에 의해 보조됨	지속적으로 (모니터링 및 제어 준비)	제한적 (예: 고속도로, 특정 속도)
Level 3	Conditional Automation	차량은 특정 조건에서 모든 운전 작업을 수행할 수 있습니다. 운전자는 요청 시 제어를 인수할 수 있어야 합니다.	제한된 제어, 개입 준비 필요	특정 조건에서의 자동 주행 (예: 고속도로 주행), 운전자 대체 가능	시스템에 의해, 운전자 대체 가능	간헐적으로 (개입 준비 필요)	확대 (다양한 환경, 제한 있음)
Level 4	High Automation	차량은 특정 조건에서 모든 운전 작업을 인간 개입 없이 수행할 수 있지만, 특정 지역이나 환경에 한정될 수 있습니다.	특정 조건에서 개입 없음	지정된 지역에서의 완전 자동 주행 (예: 지리적으로 제한된 도심 지역), 운전자 불필요	특정 조건에서 시스템에 의해 전체	특정 조건에서 필요 없음	특정, 정의된 영역에서 인간 개입 없음
Level 5	Full Automation	차량은 모든 조건에서 모든 운전 작업을 수행할 수 있습니다. 인간 탑승자는 단순한 승객이며 운전에 관여할 필요가 없습니다.	개입 필요 없음	모든 환경 및 조건에서의 완전 자동 주행	모든 조건에서 시스템에 의해 전체	전혀 필요 없음	무제한 (모든 운전 환경)

 

 

자율주행 레벨 4 : 즉 "고도의 자동화"는 자율주행 기술 발전에서 중요한 단계로, 이 단계에서는 차량이 특정 조건이나 환경에서 운전자의 개입 없이 모든 운전 작업을 수행할 수 있습니다. 더 자세한 현황은 아래 글을 참고하세요.

자율주행 자동차 단계 레벨4 현황