3에 대한 좀 더 깊은 이야기 [Special Edition] 자율주행차 Level

Mercedes-Bengs에 들어가면 우리가 자율주행에 관한 뉴스나 광고를 접할 때 흔히 볼 수 있는 단어들이 있습니다. 레벨(Level)’입니다. 물론 쉽게 ‘자율주행’이라는 용어로 한꺼번에 설명하는 경우도 많습니다. 하지만 단순히 자율주행이라는 하나의 표현으로 삼기에는 기술의 정의 범위가 넓은 편입니다. 이런 애매한 부분을 좀 명확하게 구분하기 위해 많이 인용되는 것이 SAE에서 소개하고 있는 자동차 자동화(Driving Automation)에 대한 분류 단계입니다.

이런 분류에서 요즘 많이 접할 수 있는 단계가 아마 ‘Level 3’가 아닐까 싶습니다. 몇몇 매체에서는 Level 3(L3)에서 핸들에서 손을 뗄 수 있는 자율주행 단계라는 표현을 하고 있습니다. 뭐 틀린 표현은 아니에요. 하지만 그런 L3 기능 뒤에는 숨겨져 있는 제약사항에 대한 소개는 별로 없는 것도 사실입니다. 그러나 이미 자동차 회사들은 L3 자동차를 시장에 소개하겠다고 공개한 바 있습니다. 저도 2022년으로 예상되는 자율주행 산업계의 움직임에 Level 3 자동차의 시장 등장을 얘기했습니다.

이번 글에서는 완전 자율주행 기술 구현의 중간 단계라 할 수 있는 Level 3에 대한 이해를 조금이나마 돕기 위해 조금 더 깊은 이야기를 나눠보도록 하겠습니다. Level 3라는 용어가 SAEJ3016부터 시작되었기 때문에 J3016을 중심으로 소개하겠습니다. 그 밖에 Level 3와 관련된 다른 분야의 내용도 소개해 드리도록 하겠습니다. 조금 기술적인 용어가 등장하지만 가능한 한 간단하게 정리해서 전해드리려고 합니다. 그리고 몇몇 글과 그림은 J3016의 원문 그대로 영문판으로 소개하겠습니다.

회 1. SAE J3016, 자동차 자동화의 분류에 대한 이해 2. Level3, 이해를 위한 용어 정리 3. Level3, UN의 규제 R157-ALKS 5. Level3, 우리나라의 준비 6. Level3, 준비하는 기업 1. SAE J3016, 자동차 자동화의 분류에 대한 이해, 현재 자동차 자동화에 관한 분류의 표준처럼 소개되어 있는 SAE J3016은 자동차 자동화 기술이 등장하여 혼란을 줄이기 위한 목적으로 2014년에 처음 소개되었습니다. 이후 2016년, 2018년, 2021년 세 차례의 수정 업데이트를 통해 현재 202104 버전이 최종 버전입니다.

SAE J3016에서는 자동차의 자동화 단계를 6단계로 나누고 있습니다. 운전자 지원(Driver Support) 단계인 Level 0~2와 자율주행(Automated Driving) 단계인 Level 3~5가 그것입니다. 현재 우리가 판매되고 있는 수많은 차량 자동화 기능은 운전자 지원에 포함되는 Level2 수준입니다. 즉 현재 판매되고 있는 자동차의 자동화 기술에 ‘자율주행’이라는 표현을 사용해서는 안 됩니다. 물론 기업마다 Level2를 웃도는 기능을 가지고 있다고 Level2+, Level2+ 등의 표현을 사용하기도 합니다. 그러나 J3016에서는 Level2 이외의 표현을 허용하지 않습니다. 물론 테슬라는 Full Self Driving(FSD)이라는 용어를 사용해 혼란을 주고 있지만 테슬라도 자신들의 기술을 Level2 수준의 기술이라고 인정했습니다.

물론 SAE의 분류가 절대적이라고 할 수는 없지만 널리 사용되는 분류 방법이기 때문에 각 단계에 대한 이해는 한 번 정도 정리하는 것이 필요합니다. Level 3의 조금 깊은 이야기를 나누기 전에 SAE 자동차 자동화의 분류를 간략히 소개해 드리도록 하겠습니다.

>> Driver Support《Level 0: 인간 운전자 (No Driving Automation) Level 1: 운전자 보조 (Driver Assistance) Level 2: 부분 자동화 (Partial Driving Automation)

>> Automated Driving << Level 3 : 조건부 자동화 (Conditional Driving Automation) Level 4 : 고도 자동화 (High Driving Automation) Level 5 : 완전 자동화 (Full Driving Automation)

2. Level 3, 이해를 위한 용어 정리 SAE J3016은 문서 제목은 “Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles”입니다. 뭐, 번역을 하면 “도로 위의 자동차를 위한 운전자동화 시스템과 관련된 용어의 분류나 정의” 정도가 아닐까 싶습니다.

J3016은 자동차 자동화에 관한 용어를 정리하여 사용자들에게 혼란을 줄이기 위한 목적을 가지고 있다는 것을 알 수 있습니다. 처음으로 J3016은 일반 소비자용으로 등장한 문서가 아니라 개발자용으로 만들어진 문서입니다. 이후 일반인을 대상으로 너무 많이 소개됐고, SAE도 일반인의 이해를 돕기 위한 다양한 방법을 소개하기도 했습니다.

SAEInternation al이번 글은 Level3에 대해서 더 깊게 이야기를 하기 위한 것이므로 이해를 돕기 위한 여러 기술적 용어를 정리하고 싶습니다. 조금 어려운 내용이 포함되어 있습니다. ^^J3016은 용어를 정리한 문서이므로 용어 설명 때문에 해당 용어의 나중에 설명하는 용어를 먼저 사용할 수도 있습니다. 이것이 처음 문서에 대할 때 느끼는 어려움은 아닐까 생각합니다.

※내가 각 용어에 대한 번역을 간단하게 소개합니다만, 참고로서 원문도 함께 정리합니다. 요약 정리한 것이므로, 더 자세한 내용은 J3016을 보세요.

▶ AutomatedDrivingSystem(ADS)-특정 ODD에 한하는 것에 관계 없이 지속적으로 DDT를 집합적으로 수행할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어;이 용어는 특히 Level3,4또는 5운전 자동화 시스템을 설명하는 데 사용.

The hardware and software that are collectively capable of performing the entire DDT on a sustained basis, regardless of whether it is limited to a specific operational design domain (ODD); this term is used specifically to describe a Level 3, 4, or 5 driving automation system. (3.2)

▶ DynamicDrivingTask(DDT)-도로 교통 상황에서 차량을 운용하는 데 필요한 모든 실시간 운영 및 전술 기능, 이동 일정 및 목적지 및 경유지 선택 같은 전략적 기능을 제외하고 몇가지 하위 작업은 제한 없이 포함된다.

All of the real-time operational and tactical functions required to operate a vehicle in on-road traffic, excluding the strategic functions such as trip scheduling and selection of destinations and waypoints, and including, without limitation, the following subtasks (3.10)1. Lateral vehicle motion control via steering (operational).2. Longitudinal vehicle motion control via acceleration and deceleration (operational).3. Monitoring the driving environment via object and event detection, recognition, classification, and response preparation (operational and tactical).4. Object and event response execution (operational and tactical).5. Maneuver planning (tactical).6. Enhancing conspicuity via lighting, sounding the horn, signaling, gesturing, etc. (tactical).

▶[DDT]Fallback-ADSL이 장착된 차량을 다음 중 하나에 따라서 경로 통제된 정지 지점에 자동적으로 들여오도록 설계된 차량 기능(ADSL기능이 아니다):(1)Level3ADSL기능의 fallbackready-user가 ADSL이 개입 요청을 실행된 뒤 fallback을 수행할 수 없는 긴 시간 실패 또는(2)fallback을 수행하기 위해서 더 이상 차량 행동 통제를 수행할 수 없는 ADSL을 무력화시키는 시스템 장애 또는 외부 이벤트 발생.

A vehicle function (not an ADS function) designed to automatically bring an ADS-equipped vehicle to a controlled stop in path following either: (1) prolonged failure of the fallback-ready user of a Level 3 ADS feature to perform the fallback after the ADS has issued a request to intervene, or (2) occurrence of a system failure or external event so catastrophic that it incapacitates the ADS, which can no longer perform vehicle motion control in order to perform the fallback and achieve a minimal risk condition. (3.12)

▶ MinimalRiskCondition(MRC) 주어진 이동을 계속하지 못하거나 계속해서는 안 된다면 충돌 위험을 줄이기 위해DDTfallback를 실행한 뒤 사용자 또는 ADSL이 차량을 가져오는 안정된 정지 상태.

A stable, stopped condition to which a user or an ADS may bring a vehicle after performing the DDT fallback in order to reduce the risk of a crash when a given trip cannot or should not be continued. (3.16)

▶[DDTPerformance-Relevant]SystemFailure-완전한 DDT를 포함한 운전 자동화 시스템이 DDT의 일부를 지속적으로 안정적으로 열리지 않도록 하는 운전 자동화 시스템 및/또는 기타 차량 시스템의 오작동이다.

A malfunction in a driving automation system and/or other vehicle system that prevents the driving automation system from reliably performing its portion of the DDT on a sustained basis, including the complete DDT, that it would otherwise perform. (3.17)

▶ ObjectandEventDetectionandResponse(OEDR)-주행 환경 모니터링을 포함한 DDT의 하위 작업(오브젝트 및 이벤트 감지 인지 및 분류 및 필요 시 대응 준비)및 그러한 오브젝트 및 이벤트에 대한 적절한 응답을 실행(즉, DDT및/또는 DDTfallback을 완료하는 데 필요한 경우).

The subtasks of the DDT that include monitoring the driving environment (detecting, recognizing, and classifying objects and events and preparing to respond asneed) and executing an appropriate response to such objects and events (i.e., asneed detecting objects and events and preparing to res)

▶ Operational Design Domain(ODD) – 주어진 운전 자동화 시스템 또는 그 기능이 작동하도록 특별히 설계된 운영 조건(환경, 지리적 및 시간 제한을 포함하지만 이에 국한되지 않음) 및/또는 특정 교통 또는 도로 특성의 필수 존재 또는 부재.

Operating conditions under which agiven driving automation system or feature there of is specifically designed to function, including, but not limited to, environmental, geographical, and time-of-day restrictions, and / or the requisite presence of certained to, roadway characteristics. (3.21)

▶ Request to Intervene-DDT fallback을 즉시 수행해야 함을 나타내는 fallback ready-user에게 level 3 ADSL이 제공하는 경고, 이는 차량의 수동 조작 재개(즉, 다시 운전자가 됨)를 수반하거나 차량이 작동하지 못할 경우 MRC를 달성하는 것을 수반한다.

Analert provided by a Level 3 ADS to a fallback – ready user indicating thats/he should promptly perform the DDT fallback, which may entail resuming manual operation of the vehicle (ie., becoming a driver again), orachieving a minimal risk condition if the verable. (3.25)

▶ UsageSpecification – 특정 OD 범위에서 특정 단계의 운전 자동화.

A particular level of driving automation with in a particular ODD. (3.30)

▶ [DDT] Fallback-Ready User-Level 3 ADSL 기능이 장착된 차량 사용자는 적절한 자격을 가지고 차량을 운전할 수 있으며, ADSL이 발생시킨 개입 요청을 받아들여 차량의 DDT Performance-Relvant] System Failure를 확인하여 DDTfallback 수행.

The user of avehicle equipped with an engaged Level 3 ADS feature who is properly qualified and able to operate the

DDT 부분을 나타내는 운전작업 개략도/SAEJ3061_202104

3. Level3, 조금 깊은 이야기 Level3의 핵심은 운전자 보조와 완전 자율주행의 중간 단계라고 할 수 있습니다. 다시 말해 사람과 로봇의 운전 제어권 경계의 중간에 놓여 있다고 볼 수 있습니다. 이러한 이유로 Level 3에 대한 설명은 다른 단계보다 길어지고 있습니다. 쉽게 말해서 복잡하다는 얘기죠.

J3016은 기본적으로 자동차 자동화 단계를 나눌 때 아래 내용을 기반으로 분류하고 있습니다.

a. 운전자동화 시스템이 DDT의 종방향 또는 횡방향 차량모션 제어 하위작업을 수행하는지 여부. b. 운전자동화 시스템이 DDT의 종방향 및 횡방향 차량모션 제어 하위작업을 동시에 수행하는지 여부. c. 운전자동화 시스템이 DDT의 OEDR 하위작업도 수행하는지 여부.d. 운전자동화 시스템이 DDTFallback도 수행하는지 여부.e. 운전자동화 시스템이 ODD에 의해 제한되는지 여부.

다음은 위의 기준으로 Level3를 정의한 표입니다.

자동차 자동화 분류를 위해서는 운전제어권을 누가 갖느냐가 중요합니다. Level3에 있어서의 유저와 ADSL의 역할은 이하와 같습니다.

ADSL이 자율주행 중에 DDT Fallback이 진행되는 몇 가지 경우를 소개합니다.

Level 3의 ADSL 작동 및 지속적인 DDT 성능을 방해하는 차량 시스템 오류 발생 상황에서 사용자는 fallback을 수행하여 최소한의 위험 조건(MRC)을 달성합니다.

지속적인 DDT 성능을 방해하지 않는 ADSL 활성 및 ADSL 시스템 오류 발생을 나타내는 Level 3 상황에서 사용자가 fallback을 실행하여 DDT 성능을 재개합니다.

지속적인 DDT 성능을 방해하지 않는 ADSL 활성 및 ODD 종료 발생을 나타내는 Level 3 상황에서 사용자가 fallback을 실행하여 DDT 성능을 재개합니다.

ADSL 활성, 실패 또는 ODD 외 조건, fallback을 수행하는 fallbackready-user를 나타내는 Level 3 상황 또는 fallbackready-user가 그렇지 않을 경우 차선 정지(top-in-lane)와 같은 장애 완화 전략(참고: 점선은 장애 완화 전략)

전술한 바와 같이 ADSL과 사용자 사이에 DDT와 DDTfallback의 역할 정의로 자동차 자동화 단계를 구분하고 있습니다. 그리고 각 단계의 기능은 기능을 구현하는 제조사가 각 단계별 기능 요구사항, ODD 등이 포함된 운영 특성을 정의하여 사용하도록 하고 있습니다. 그리고 J3016에서는 Level 3 ADSL 적용 사례로 저속, 교통체증(stop-and-go) 고속도로를 소개하고 있습니다.

4. Level3, UN 규제 R157-ALKS 자동차 제조사 중 Level3 기능의 허가를 받아 자동차를 판매하겠다고 공개한 기업은 2021년 3월 Honda가 있습니다. Honda의 경우는 일본 국내에서만 운행할 수 있는 허가였습니다. 그리고 2021년 12월, Mercedes-Benz는 세계 최초로 Level 3 운행이 가능한 국제적 승인을 받았다는 소식을 전했습니다. 그렇다면 Mercedes-Benz는 어떤 허가를 받아 국제적으로 운행할 수 있는 Level 3 기능이 탑재된 차량을 판매한다는 것입니까? UNECE에서 공개한 R157 규정 테스트를 통과한 것입니다. ‘자동 차선 유지 시스템(Automated Lane Keeping Systems)’, ALKS라고 부르는 규정입니다. ALKS는 2020년 6월에 공개되었으며 2021년 1월부터 세계 54개국에 의한 규정입니다. 점점 자동차 자동화에 대한 기술 발전과 함께 자율주행 기술에 대해 국제적 합의가 필요한 시점에 UNECE 차원에서 공개한 규정입니다. J3016이 자동차 자동화에 대한 정의라면 ALKS는 실질적으로 자동차 운행에 필요한 여러 조건에 대한 내용을 담고 있습니다.

먼저 ALKS는 ‘운전자에 의해 활성화되며 추가적인 운전자 입력 없이 장시간 차량의 좌우 이동을 제어하고 60km/h 이하의 주행속도로 차량을 제어하는 저속 운영을 위한 시스템’으로 정의돼 있습니다.

또한 이러한 ALKS를 활성화하기 위해 필요한 기준을 정의하고 드라이버의 DDTfallback에 대응할 수 있는 상태 확인을 위한 운전자 인식 시스템과 ADSL 활성화 후 상황을 기록하는 데이터 저장 시스템(DataStorage System for Automated Driving, DSSAD)의 장착을 의무화하고 있습니다. 또한 ALKS와 함께 공개된 사이버 보안 및 소프트웨어 업데이트에 대한 규정도 준수해야 합니다.

또한 ALKS 기능이 장착된 차량을 판매하기 위한 기업은 이 규정을 채택한 국가에서는 성능 기준 요건을 충족해야 판매할 수 있기 때문에 테스트와 관련된 내용도 규정에 포함되어 있습니다. 참고로 ISO, SAE, KS와 같은 표준(Standard)은 강제성을 가지고 있지 않지만 규정(Regulation)은 강제성을 가지고 있기 때문에 기업에는 영향력이 크다고 할 수 있습니다. 물론 UNECE에서 공개한 ALKS를 기반으로 각국은 독자적인 추가 요구사항을 담을 수 있습니다. 일례로 60km/h로 정해져 있는 속도를 100km/h로 높이기 위한 별도의 노력이 진행되고 있습니다.

최근 UNECE는 기존 승용차(M1)에만 적용되던 ALKS를 트럭, 장거리 버스에도 적용하는 수정안을 발표했습니다. 이번 글에서는 ALKS에 대해 간단한 소개만 했습니다. 자세한 내용은 ALKS 원문을 참조하시기 바랍니다. Level 3 기능의 구체적인 구현에 대한 내용을 확인할 수 있습니다.

5. Level 3, 한국의 준비, 한국은 Level 3를 위해서 어떤 준비를 하고 있을까요? 한국은 Level 3에 대해 국가 차원에서 안전기준을 제시한 최초의 국가입니다. 2020년 1월 Level3 기능을 탑재한 자동차를 위한 안전기준을 정하고 2020년 7월부터 판매할 수 있습니다. 앞서 소개한 ALKS보다 먼저 소개되었지만 기본적으로 ALKS의 본연의 자세를 준수하고 있습니다.

기본적인 Level3가 갖춰야 할 운전 여부, 자율주행 안전 요구사항, 운전 주체 전환 요구, 긴급 상황 대처, 시스템 고장 대응 등의 기준을 제시하고 있습니다. 다른 나라에 비해 일찍 공개했지만 현실적으로는 아직 Level 3차가 판매되지 않아 큰 의미가 없어 보입니다. 하지만 분명한 것은 2022년부터 많은 자동차 회사들이 Level3 기능을 장착한 자동차를 소개할 예정이어서 한국의 독자 기준과 검사 역량 확보를 위한 준비가 돼 있다는 점은 중요하다고 할 수 있습니다.

6. Level 3, 준비하는 기업들 앞에 Level 3에 대해서 조금 더 깊은 내용으로 용어 설명과 현재의 국제, 국내 규정에 대해서 설명을 했습니다. 그렇다면 실질적으로 이런 기능을 구현해야 하는 자동차 회사는 어떤 상황인지 살펴보겠습니다.

현재 판매되고 있는 자동차의 자동화 기술은 ADAS 기술로 Level2 이하의 기능이라고 할 수 있습니다. 즉, 인간 운전자가 있는 자동차에 운전자에게 필요한 보조 기능입니다. 그렇다고 자동차 회사들은 완전 자율주행차 등장에 대한 막연한 기대감으로 기다릴 수는 없습니다. Level 3로 인한 기술적 한계를 극복해야 하는 상황이라고 할 수 있습니다.

현재 기업은 이미 Honda, Mercedes-Benz처럼 Level 3 관련 허가를 받아 기술을 공개한 기업도 있고 ADAS 기술에 Level 2+ 등의 명확하지 않은 이름으로 기능을 소개하는 기업도 있습니다. 참고로 J3016에서 Level의 숫자는 기술적 발전단계와 같은 의미로 정의하고 있지 않다고 합니다. 한마디로 Level 4가 Level 3보다 ‘좋다’는 의미를 가지고 있지 않습니다. 이러한 구분은 유저와 ADSL의 역할에 대한 명확성을 저하시킬 가능성이 있다고 설명하고 있습니다. (J3016/8.3)

어쨌든 자동차 제조사들은 자동차 자동화 기술을 위해 고유한 이름을 사용하고 있으며, 간단히 정리하면 아래와 같습니다.

Level 3 공개 예정 기업 ● Honda-Traffic JamPilot ● Mercedes-DrivePilot ● Hyundai-Highway Driving Pilot (2022년 하반기 공개 예정) ● Volvo-Ride Pilot (CES 2022년 공개 예정) ● Stellantis (2024년 공개 예정)

ADAS 기능이지만 Level3와 그 이상을 준비하는 기업 ● GM-SuperCruise, UltraCruise ● Ford-BlueCrusie ● Nissan-ProPILOT 2.0 ● Tesla-Autopilot, FSD(Beta)

Tesla에 대해서 알고 싶으신 분들도 계실 겁니다. 많은 비판에도 불구하고 오랫동안 Tesla는 ADAS 기술을 Full Self-Driving(FSD)이라고 소개했습니다. 이미 Tesla는 자신들의 기술을 ADAS, Level 2 기술이라고 인정하고 있습니다. 하지만 Tesla는 현재 사용하고 있는 FSD명과 같이 SAE 구분과는 상관없이 자신들의 기술을 구현하고 있다고 할 수 있습니다. 한마디로 기술개발은 하지만 기존의 구분 방식과는 다른 방향으로 나아가고 있다고 할 수 있습니다. 나의 길(My Way)을 가고 있다고 할 수 있습니다.나오는 보통 Level 3부터 자율주행이라고 부릅니다. 뭐, 완전히 틀린 표현은 아니에요. 하지만 ‘완전 자율주행’이라는 표현은 사용할 수 없습니다. 앞서 말했듯이 Level 3는 완전 자율주행이라는 표현을 사용하기에는 많은 조건을 가지고 있습니다. 가장 중요한 운전의 주체가 로봇뿐만 아니라 사람이 포함돼 있다는 것입니다. 이게 중요한 부분이에요.

우리는 곧 만나게 될 Level 3 기능의 자동차에 대한 명확한 한계를 알고 잘못된 사용을 해서는 안 됩니다. 그리고 이러한 한계에 대한 소개와 기능 제약을 위한 기술개발은 반드시 자동차회사에서 진행되어야 합니다. 현재 이것이 기술개발의 어려움 중 하나입니다. 물론 기술적인 부분뿐만 아니라 사회적, 법적 문제의 어려움이기도 합니다. 그리고 기업의 잘못된 마케팅 전략은 사용자를 잘못된 사용으로 이끌 수도 있기 때문에 기능에 대한 소개와 교육은 중요합니다.

다시 한 번 강조합니다.Level 3는 정해진 구역에서 언제든지 사람이 운전할 수 있는 준비를 한 상황에서 활성화되어야 합니다.

이번에 소개한 Level3에 대한 깊은 이야기는 제가 꾸준히 소개해 온 Level3 자동차의 등장에 조금이나마 이해를 돕기 위해 준비한 글입니다. 물론 이번 글이 일반 사용자들에게는 큰 의미가 없다고 생각합니다. 하지만 나름 관심 있는 분들에게 조금이나마 도움이 되길 바랍니다. ^^

어쨌든 자동차 제조사들은 자동차 자동화 기술을 위해 고유한 이름을 사용하고 있으며, 간단히 정리하면 아래와 같습니다.

ADAS 기능이지만 Level3와 그 이상을 준비하는 기업 ● GM-SuperCruise, UltraCruise ● Ford-BlueCrusie ● Nissan-ProPILOT 2.0 ● Tesla-Autopilot, FSD(Beta)

다시 한 번 강조합니다.Level 3는 정해진 구역에서 언제든지 사람이 운전할 수 있는 준비를 한 상황에서 활성화되어야 합니다.

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Over the Vehicle!!!

참고자료 SAEJ3016_202104 UNECER 157 ALKS 국토교통부 발표 Level 3 안전기준