자율주행 개발사의 단기목표인, 화물차량의 군집 자율주행

“자율주행차”라고 하면 일반 승용차에 대해 적용되는 형태를 많이 생각한다. 그러나 일정한 경로를 왕복함에 따라 주행구간이 단조롭고 반복적인 버스나 장거리 운송을 위해 고속도로 중심으로 이동하는 화물차량과 달리, 일반 승용차량은 자율주행으로 구현하기 위해 운행과정에서 너무나도 많은 변수들에 대처하여야 한다. 즉, 다양한 목적의 자동차 중에서 일반 승용 차량이 탑승한 운전자가 일부 상황을 제외하고는 운전에 개입하지 않아도 되는 4단계와 운전자가 없어도 되는 5단계의 구현에 가장 많은 노력과 시간이 필요할 것으로 예상된다.

<자율주행 화물차량을 단기목표로 개발 중인 오로라(Aurora)>

이러한 이유로 여러 자율주행 개발기업들이 화물차량을 단기 개발목표로 설정했다. 예를 들어, 최근 우버의 자율주행 부문을 인수한 “오로라”는 승객을 실어 나르는 자율주행 택시가 장기 목표로 설정하고 단기 목표로 자율주행 화물차(대형트럭)에 주력하고 있으며, 아마존도 물류 시스템 전체를 자동화하는 것을 목표로 오로라에 투자한 바 있다.

화물차량은 자율주행을 적용할 필요성도 높으며 자율주행을 적용하기에도 용이하다. 화물차 운전기사들은 밤새워 장거리 운전을 하다보니 사고 발생 가능성이 높은 편이어서 자율주행 적용의 필요성이 높다. 또한, 화물운전자의 고령화, 노동력 부족, 인건비 상승, 주행시간 규제, 교통사고 증가 등에 의해, 각국 정부와 화물 운송 기업에서도 대안으로 자율주행 화물차의 도입을 검토할 수 밖에 없는 환경이다. 그리고, 화물차량은 이동경로가 어느 정도 정해져 있으며 장거리 주행에 의해 돌발변수 발생이 적은 고속도로를 주로 주행하기 때문에 자율주행 구현이 용이한 편이다.

<현대자동차 엑시언트(XCIENT)의 3대 군집 주행사진>

최근 화물차량 자율주행은 ‘군집주행’ 측면으로 개발이 진행되고 있다. ‘군집주행'은 대형 화물차 여러 대가 무리를 지어 자율협력주행기술로 이동하는 기술이다. 운전을 담당하는 선두 차량을 중심으로 다른 차량들이 합류해서, 서로 통신하며 자율주행으로 이동하는 방식이다. 이 때, 군집에 합류한 추종 차량은 레벨 3 수준(운전자가 전방에서 눈을 때고 운전해도 되는 수준)의 자율주행으로 운행되게 된다. 즉, 군집 자율주행은, V2X 범주 내에서 V2V(차량 간 통신)을 활용해, 뒤따르는 화물차 운전자가 핸들과 페달에서 손과 발을 떼고 앞 차를 따라 속도와 방향을 조정하며 주행한다.

자율주행 기반 군집 대열 운행을 하면, 공기저항이 감소해 차량 연비를 개선할 수 있고, 화물차 운전자의 피로도를 줄여 사고 위험을 낮출 수 있으며, 도로 정체도 해소할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 기업 입장에서는 적은 비용으로 신속히 운송할 수 있게 된다.

현대자동차는 2019년 11월에 국내 최초로 고속도로 내 대형트럭 군집주행(Platooning) 시연에 성공한 바 있다. 현대자동차는 화물차량의 군집주행에 대한 다수 특허출원을 보유하고 있다. 자율주행 자체를 위한 센싱과 제어 기술은 군집주행에서도 동일하게 적용(특히, 선두 차량의 영상, 레이더 및 라이다 데이터 분석을 통한 자율주행은 일반 승용차량과 동일한 기술이 적용)되고, 군집주행에 특화된 복수 차량 간 커뮤니케이션 및 제어 기술이 부가적으로 필요하다. 현대자동차는 이러한 기술에 대한 출원을 여러 건 진행해 둔 상태이다.

<군집주행을 하기 위해 자동차가 갖춰야 할 시스템 구성 - 현대자동차 홈페이지>

아래와 같이, 현대자동차는 군집 주행 과정에서 전방에 발생하는 변수에 따라 후행차량을 제어하거나, 군집 주행 그룹 중간에 차량이 끼여들 때에 대한 대응 제어, 신규 외부차량이 군집 주행 그룹에 합류하기 위한 제어, 군집 주행 그룹 간 추월을 위한 속도 제어 등의 다양한 상황 대처를 위한 아이디어를 2017년부터 국내 특허출원을 통해 선점하였다.

그리고, 군집 자율 주행이 실제 시장환경에 효과적으로 활용되기 위해서는 화물 차량이 적절한 군집 주행 그룹을 찾아서 합류할 수 있는 서비스 플랫폼이 필요하다. 이러한 “화물차량들이 군집 자율 주행에 참여할 수 있는 서비스플랫폼” 개발을 카카오모빌리티에서 개발 중이다. 카카오모빌리티도 군집 자율주행 연계를 위한 플랫폼을 개발하여 2020년 11월에 시범 운행한 바 있고, 이 플랫폼과 관련된 특허도 확보하였다.

구체적으로, 카카오모빌리티는 한국특허 10-2221017을 통해

1) 운전자로부터 목적지를 입력받으면, 현재 참여 가능한 군집의 공통 경로 길이와 구간별 특징을 바탕으로 타겟 그룹을 결정해서 합류 위치 안내 및 합류를 위한 적정 속도를 안내하고, 

2) 참여 가능한 타겟 그룹이 없으면 신규 군집을 형성하면서 신규그룹에 포함된 차량들의 예상출발 지점 및 출발시각 정보를 안내

하는 프로세스에 대해 특허를 확보하였다.

<카카오모빌리티에서 제시한 군집 주행 플랫폼 사용시나리오>

카카오모빌리티의 “군집 자율 주행을 위한 서비스플랫폼”이 실제로 상용화된다면, 어떤한 방식으로 과금이 이루어질지 정확하지 않지만 추측해본다면, 화물차량이 군집 내에 후행차량으로 참여하는 것에 대해 연료 비용 절감 및 운전자의 편의성 등을 고려하여 과금 금액을 결정하여 청구하고, 선행차량에는 약간의 혜택(Benefit)을 제공하는 방식으로 구현될 수 있지 않을까 생각된다. 그러나 국내 기준으로 전체 차량에서 대형 화물차량의 비율이 높지 않다보니 이 서비스 자체로 국내에서 얻을 수 있는 수익은 높지 않을 것으로 판단되고, 대형 화물차량의 주행을 통해 얻는 데이터를 활용하는 비즈니스 모델을 고려하고 있을 것으로 생각된다.

<2019년 국내 차종별 비중 - 화물차 비중은 15% 정도에 불과하며 대형 화물차는 이중에서도 일부>

운전자가 탑승하지 않아도 되는 완전 자율주행(자율주행 5단계)에는 상당한 시간이 걸릴 것이며, 자율주행차량을 개발하는 회사 뿐만 아니라 국가별 인프라도 지원되어야 한다. 자율주행차 회사들은 자율주행 3단계도 다양한 돌발변수에 의해 아직 상용화를 조심스럽게 접근하고 있다. 따라서, 빠른 시일 내에 적용 가능한 군집 자율주행(특히, 돌발변수가 적은 고속도로 상의 군집 자율주행) 세부기술과 플랫폼이 우선적으로 상용화되어, 대형 화물차량에 의한 대형사고나 교통체증 등의 문제부터 빠르게 해결해갈 수 있었으면 한다.

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