SAE Lv.3 자율주행부터는 운전자가 주행 외 다른 작업에 집중할 수 있기 때문에 더 낮은 단계와 분명히 구분된다. 운전자가 때때로 제어권을 전환해야 하지만, 사고가 발생했을 때 운전자가 아닌 자동차 제조사와 공급업체가 책임을 부담할 가능성이 있다. 제도적으로 Lv.3 운행 승인을 받은 차량은 소수에 불과하다. 현재로서는 Honda와 Drive Pilot 기능을 탑재한 M-Benz 《S-Class》 및 《EQS》 세단, BMW가 최근 출시한 《7 Series》가 Lv.3 자율 주행을 제공한다.

L3 기술을 탑재한 차량이 증가하고 자율주행 기능이 추가로 개발되면서, SAE는 이 기술 분야의 핵심 기업들을 확인하고 ADAS와 자율주행 센서의 모범 사례에 관한 업계의 최신 의견을 듣고자 한다.

◆ 더욱 정확한 3D 개체 감지

일본 리츠메이칸대학 연구자들은 3D LiDAR와 2D 이미지 데이터를 결합하여 로봇과 자율주행차의 3D 개체 감지 성능을 개선할 수 있는 혁신적인 네트워크 DPPFA-Net을 개발했다. Hiroyuki Tomiyama 교수가 이끄는 연구팀은 작은 개체를 정확하게 감지하고 특히 악천후 조건에서 2D와 3D 데이터를 정렬하는 문제를 해결했다.

DPPFA-Net은 세 가지 핵심 모듈을 포함한다.

메모리 기반 포인트 픽셀 융합(Memory-based Point-Pixel Fusion, MPPF): 2D 이미지를 메모리 뱅크로 사용하여 3D 포인트 클라우드 노이즈에 대한 강건성 개선

변형 가능한 포인트 픽셀 융합(Deformable Point-Pixel Fusion, DPPF): 핵심 픽셀 위치에 집중하여 고해상도 기능 융합 효율성 달성

의미론적 정렬 평가 장치(Semantic Alignment Evaluator, SAE): 융합 중 데이터 표현(data representation) 간 의미론적 정렬 확보

이 네트워크는 KITTI Vision Benchmark에서 여러 노이즈 조건에 대한 평균 정밀도가 7.18% 높아지는 등 기존 모델을 능가했다. 또한 강우 시뮬레이션이 포함된 새로운 데이터세트에서도 우수한 성능을 입증했다.

리츠메이칸 대학 연구자들은 이러한 발전이 자율주행차와 로보틱스 분야에 중요한 시사점을 나타낸다고 말했다. 이러한 성과는 사고 감소, 교통 흐름과 안전성 개선, 여러 용도에서 로봇의 기능 개선으로 이어질 수 있다. 3D 개체 감지가 개선되면서 수송 안전성 강화와 로봇 기능 향상, 자율주행 시스템 발전의 가속화에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

◆ Aeva

Aeva는 양산용 차량 용도로 설계된 첫 4D LiDAR 센서 Atlas를 도입했다. Atlas는 차량 등급 요구사항에 부합하는 첨단운전자보조시스템(ADAS) 및 자율주행 향상을 목표로 한다.

Aeva의 센서는 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 기술을 이용하여 모든 핵심 LiDAR 요소를 작은 패키지에 통합한 4세대 LiDAR 온 칩(lidar-on-chip) 모듈 Aeva CoreVision과 데이터 획득, 포인트 클라우드 처리, 스캔 시스템, 애플리케이션 소프트웨어를 통합한 신규 시스템 온 칩(SoC) LiDAR 프로세서 Aeva X1이라는 두 가지 핵심 혁신을 바탕으로 한다.

이러한 혁신 덕분에 Atlas 시스템은 Aeva의 이전 세대 시스템보다 크기를 70% 줄이고 전력 효율은 4배 높였으며 액티브 쿨링 없이 여러 통합 옵션을 실현한다. Atlas는 주파수 변조 연속파(FMCW) 4D LiDAR 기술을 사용한다. 이 기술은 객체 감지 거리와 간섭에 대한 내성(immunity)을 개선한다. 또한 반사율(reflectivity)이 낮은 대상의 감지 거리를 25% 연장하고 최대 감지 거리 500미터를 확보한다.

Atlas는 Aeva의 인식 소프트웨어를 사용한다. 이 소프트웨어는 첨단 머신러닝 기반 분류, 감지, 추적 알고리즘을 활용하며, 속도 데이터 차원을 추가하여 기존의 비행 시간 측정(time-of-flight) 방식의 3D LiDAR 센서에 비해 고유한 장점을 제공한다. 

Atlas는 2025년부터 양산차에 사용될 것으로 예상되며, 일부 고객에게 초기 샘플이 제공된다. Aeva의 공동 창립자 겸 CTO Mina Rezk는 Altas를 이용하면 자동차 제조사들이 고속 주행을 지원하는 첨단 안전성 및 자율주행 기능을 차량에 탑재하고 기존 방식으로는 불가능한 문제를 해결할 수 있을 것이라고 말했다. Rezk는 Atlas가 업계의 주파수 변조 연속파 4D LiDAR 기술 전환을 촉진할 것으로 예상한다. 이 기술은 인식 기능을 개선하고 즉각적인 속도 데이터를 제공하며 점차 LiDAR의 최종 상태로 간주되고 있다.

◆ Luminar

글로벌 자율주행 기술 기업 Luminar는 지난 몇 달 간의 재정적 어려움과 5년 동안의 개발 기간을 거쳐 풀스택(full-stack) 소프트웨어 Sentinel을 출시한다. Sentinel을 이용하면 자동차 제조사들이 3D 매핑, 시뮬레이션, 동적 LiDAR 기능 등 첨단 안전성 및 자율주행 기능을 더욱 빠르게 도입할 수 있다. 스위스 리 보험연구소(Swiss Re Institute) 연구에 따르면 Luminar LiDAR와 Sentinel 소프트웨어를 탑재한 차량은 사고 심각도가 최대 40% 감소한 것으로 나타났다.

Scale AI, Applied Intuition 및 Luminar가 2022년 인수한 Civil Maps 등 파트너사의 지원에 따라 대부분 자체 개발한 Sentinel은 Luminar의 LiDAR 하드웨어와 AI 소프트웨어 기술을 활용한다.

CEO 겸 창립자 Austin Russell은 Luminar가 2017년부터 차세대 AI 안전성 및 자율주행 소프트웨어를 개발하고 있다고 말했다. 그는 “대부분의 주요 자동차 제조사들이 차세대 ADAS 및 자율주행 시스템에 사용할 소프트웨어 솔루션을 보유하지 않은 상황”이라고 말했다. 또한 “NHTSA 규정이 2029년까지 미국에서 생산되는 모든 차량에 차세대 안전성을 요구하는 시기에 이번 소프트웨어가 출시되었으며, 현 시점에서 이 규정을 모두 충족하는 솔루션은 Sentinel 밖에 없다”고 설명했다.

◆ Mobileye

Mobileye는 주요 서방 자동차 제조사가 2026년 및 이후에 출시하는 차량 17종에 자사의 설계를 적용하기로 했다. 이 계약은 Mobileye의 SuperVision, Chauffer, Drive 플랫폼을 포함하며, 전방 주시가 요구되는 핸즈프리 주행부터 완전 자율 로보택시에 이르기까지 여러 단계의 자율주행 기능을 제공한다.

모든 시스템이 Mobileye의 EyeQ 6H 반도체를 사용하여 센서 감지와 매핑, 주행 정책을 통합한다. 해당 계약에는 브랜드에 특화된 경험을 유지하도록 사용자 정의 가능한 소프트웨어가 포함된다.

CEO Amnon Shashua는 이를 자율주행의 ‘역사적인 성과’라고 말하며, Mobileye 기술의 확장성을 강조했다. 그는 SuperVision이 일반 차량과 모빌리티 서비스에서 전방 주시 의무가 없는 시스템으로 나아가는 다리 역할을 한다고 말했다.

Mobileye는 2026년 최초 무인 배치를 진행할 예정이다.

◆ BMW

BMW의 신규 《7 Series》는 세계 최초로 동일한 차량을 이용해 레벨2/Lv.3 시스템의 통합 승인을 받았다. 이러한 성과는 운전자들에게 두 시스템의 고유한 장점을 모두 제공한다.

BMW의 레벨2 Highway Assistant 시스템은 차선이 분리된 고속도로에서 최대 130km/h까지 지원하며 장거리 주행의 쾌적성을 높인다. 운전자는 이 시스템을 이용해 전방을 주시하면서 오랜 시간 핸들에서 손을 뗄 수 있으며, 시스템이 자동 또는 운전자의 결정에 따라 차선을 변경할 수 있다.

Lv.3 BMW Personal Pilot 시스템은 고속도로 교통 정체 등 특정 조건에서 최대 60km/h까지 고도의 자율주행을 지원한다. 운전자들은 일시적으로 전방을 주시하지 않아도 되지만 경고 시 제어권을 다시 전환해야 한다.

두 가지 시스템은 종합적인 기능을 제공하여 단거리 및 장거리 주행에서 더욱 편안하고 안락한 주행 경험을 선사한다. BMW Personal Pilot L3은 두 가지 시스템을 모두 포함하며 독일에서만 약 6,500달러에 판매된다. 현재 BMW 차량 소유자들은 해당되는 경우 8월 24일부터 L2 Highway Assistant 시스템을 무료로 추가할 수 있다.

◆ M-Benz

M-Benz의 획기적인 Lv.3 자율주행 시스템 Drive Pilot은 《S-Class》와 《EQS》 세단에 제공된다. 이 시스템을 이용하면 승인된 고속도로의 특정 환경에서 64km/h 이하로 주행하는 교통 정체 등 특정 조건이 적용될 때 운전자가 주행에 관여하지 않아도 된다. 이 시스템은 레이더와 LiDAR, 초음파, 카메라 등 첨단 센서를 이용하여 주행과 의사 결정을 수행한다.

Drive Pilot이 활성화되면 운전자가 중앙 화면의 엔터테인먼트 기능을 사용할 수 있다. 하지만 항상 주의를 기울이고 요청 시 제어권을 전환해야 한다. Drive Pilot은 아래와 같은 조건에서 작동한다.

승인된 고속도로에 분명한 차선 표시가 있는 경우

64km/h 이하 속도로 주행하는 보통-정체 상황

주간 광량 및 맑은 날씨

운전자 화면 위에 위치한 카메라로 상황 확인 가능

공사 구간이 아닌 경우

Drive Pilot은 도로와 주변 상황을 표시하는 고정밀 3D 맵을 이용한다. 현재 캘리포니아 전역과 네바다 일부 지역의 주요 고속도로에서 사용하도록 승인 받았다.

◆ NPS

Neural Propulsion System(NPS)은 CES 2024에서 차량용 시각 센서 감지를 위한 초고해상도 영상 레이더를 시연했다. 이 기술은 비용이 높은 LiDAR 센서나 날씨와 관련된 제약 없이 레이더의 정밀도를 크게 개선한다.

NPS CEO Behrooz Rezvan은 이러한 개선을 차량의 시력이 1.0에서 2.0보다 높아진 것에 비유한다. 이 소프트웨어를 이용하면 기존 센서로 레이더 빔폭(beam-width)의 1/3까지 분해할 수 있어 포인트 클라우드의 밀도가 10배 높아지고 위양성(false positive) 사례를 10배 이상 줄일 수 있다고 말한다.

이번 시연에서는 Texas Instruments의 77GHz 칩셋으로 NPS 기술 사용 여부에 따른 성능을 비교했다. GM R&D 부사장 및 Waymo 고문을 역임한 Lawrence Burns는 자동차 제조사들이 NPS 기술을 이용하면 기존 하드웨어로 운전자 보조 기능의 안전성과 성능, 비용 효과성을 개선할 수 있다고 언급했다.

NPS의 알고리즘은 자기 공명 영상 기술에 뿌리를 둔 Atomic Norm 프레임워크를 기초로 한다. 이 소프트웨어를 여러 센서 감지 플랫폼에 배치하여 신경망 기능이 있는 프로세서에서 실행할 수 있다. 넓은 개구(aperture) 다중 대역 레이더를 적용하는 NPS 소프트웨어의 첨단 애플리케이션은 관목이나 나무, 건물 등 물리적 장벽은 물론 코너도 관통할 수 있다. 자동차 제조사들이 이 기술을 이용하면 NHTSA가 미국 도로에서 보행자와 자전거 사고 치사율을 줄이기 위해 제안한 엄격한 자동 긴급 제동 기준에 부합할 수 있을 것으로 예상된다.