도쿄 공공도로서 첫 레벨 4 자율주행 버스 시험 운행

도쿄 공공도로서 첫 레벨 4 자율주행 버스 시험 운행

도쿄대학교 연구팀이 화요일 도쿄도 내 공공도로에서 레벨 4 자율주행 버스 시험 운행을 처음으로 시작했다. 운전자 부족과 인구구조 문제에 대응할 혁신적 해법을 모색하는 일본의 자율주행 교통 개발에서 중요한 이정표로 평가된다.

이번 시험은 같은 노선에서 진행된 이전 시험보다 한 단계 발전한 것이다. 해당 노선에서는 부분 자동화 주행 방식인 레벨 2 자율주행 버스가 2019년 말부터 운행돼 왔다. 노선은 도쿄대학교 가시와 캠퍼스와 가시와노하 캠퍼스역을 잇고, 총길이는 약 2.6km다. 이 가운데 공공도로 구간은 2.3km, 캠퍼스 구간은 0.3km다.

도쿄대학교 생산기술연구소 교수이자 가시와 ITS 추진협의회 회장인 스다 요시히로 교수는 이번 진전의 의미를 다음과 같이 설명했다.

레벨 2에서 레벨 4 자율주행으로의 전환은 교통에 접근하는 방식의 근본적인 변화를 뜻합니다. 레벨 4에서는 차량이 정해진 운행 영역 안에서 예기치 못한 상황에 대응하는 것을 포함해 모든 주행 과정을 처리할 수 있습니다. 이를 통해 인간 운전자에 의존하지 않는 대중교통의 새로운 가능성이 열리고, 일본의 심각한 운전자 부족 문제에도 대응할 수 있습니다.

이 사업은 도쿄대학교와 정부 기관, 민간 기업, 여러 단체가 폭넓게 협력해 추진해 왔다. 일본 국토교통성이 스마트시티 사업 및 선진 모델 사업으로 선정한 가시와노하 스마트시티 컨소시엄의 일환으로 진행되고 있다.

자율주행 단계 알아보기

자동화 수준은 1단계부터 5단계까지 구분되며, 단계가 높아질수록 차량의 자율성이 커진다. 1단계는 적응형 크루즈 컨트롤처럼 운전자를 보조하는 기술을 말하고, 5단계는 모든 조건에서 완전 자동화를 구현하는 수준이다.

이전 버스에 적용된 레벨 2 자동화는 제한된 영역에서 시스템이 종방향(가속·제동)과 횡방향(조향) 차량 움직임을 모두 제어하지만, 사람의 감독이 여전히 필요한 단계다. 반면 이번 시험의 대상인 레벨 4 자동화는 기술적으로 크게 도약한 수준이다. 제한된 영역에서 시스템이 모든 주행 작업을 수행하고, 운행 중 발생하는 어려움에도 사람의 개입 없이 대응한다.

2009년 12월부터 사업을 조율해 온 가시와 ITS 추진협의회는 각 단계를 명확히 정의하고 있다. 레벨 1 시스템은 제한된 영역에서 종방향 또는 횡방향 중 한쪽의 차량 움직임 제어 작업을 수행한다. 레벨 2 시스템은 종방향과 횡방향의 차량 동역학 제어 작업을 모두 수행한다. 레벨 3 시스템은 제한된 영역에서 모든 동적 주행 작업을 수행하지만, 어려움이 생기면 운전자에게 개입을 요청한다. 레벨 4 시스템은 제한된 영역에서 모든 동적 운행 작업을 수행하고 발생하는 어려움에도 대응한다. 마지막으로 레벨 5 시스템은 아무런 제한 없이 모든 동적 주행 작업을 수행한다.

가시와 자율주행 버스 사업의 발전

가시와 자율주행 버스 사업은 시작 이후 크게 발전해 왔다. 첫 단계는 2019년 11월 레벨 2 자율주행 버스 시험 운행으로 시작해 2020년 3월까지 이어졌다. 초기 시험에는 어드밴스드 스마트 모빌리티(Advanced Smart Mobility Co., Ltd.)가 개발한 자율주행 시스템을 장착하고 도부버스 이스트(TOBU BUS EAST CO., LTD.)가 운행한 상용 버스가 사용됐다. 차량은 히노자동차의 리에세 모델을 기반으로 했으며, 승객 정원은 17명이었다.

초기 시험은 자율주행 버스를 장기간 운행할 때의 실질적인 과제를 파악하기 위한 핵심 연구로 추진됐다. 기존 자율주행 시험은 대부분 단기간에 진행됐기 때문에, 5개월간 진행된 이번 사업은 실제 노선과 운행, 점검 및 정비를 장기간 수행하는 운행 방식을 검증하는 데 목적을 뒀다.

2021년 1월에는 시연에 새로운 차량이 투입됐다. 이 자율주행 버스는 이스즈 엘가미오 모델을 기반으로 했으며, 승객 정원은 56명(좌석 28석)으로 늘었다. 다만 코로나19 예방 조치에 따라 안전상의 이유로 실제 탑승 인원은 15명으로 제한됐다. 새 차량에는 개선된 자율주행 시스템과 향상된 감지 기능이 적용됐으며, 가속과 감속 시 승차감도 개선됐다.

2019년부터 시작된 시연 시험에서 얻은 지식을 바탕으로 어드밴스드 모빌리티(Advanced Mobility Corporation)는 감지 기능을 강화하고, 가속·감속 시 승차감을 개선하며, 차량 크기를 키워 자동주행 시스템을 개선했다. 이번 단계에서 버스는 레벨 2 자율주행으로 운행하고, 지속적인 평가 결과에 따라 궁극적으로 레벨 4로 전환할 계획이다.

자율주행 버스의 기반 기술

레벨 4 자율주행 버스에는 사람의 개입 없이 안전하게 주행할 수 있도록 하는 첨단 기술이 적용됐다. 차로 유지 제어, GNSS(GPS) 위치 측정, 정밀한 위치 파악을 위한 자기 마커 센서, 가속기와 브레이크를 자동화한 속도 유지 제어 등이 포함된다.

차량에는 모든 속도에서 거리를 제어하는 SRA 기능과 신호등 연동 기능 등 특수 안전 장치도 탑재됐다. 신호등 연동 기능은 카메라가 신호등 색상을 인식해 적절히 대응하도록 한다. 버스 정류장 도착 및 출발을 자동 제어하는 시스템도 갖췄다.

새로운 레벨 4 시험에서 버스는 BOLDLY사가 개발한 Dispatcher라는 자동주행 운행 관리 플랫폼에 연결된다. 이 플랫폼은 원격 상태 모니터링, 주행 지시, 긴급 대응, 운행 가능 여부 판단, 주행 기록 및 오류 기록 관리 기능을 제공한다.

이들 기술은 종합적인 안전·운행 관리 시스템을 이루며, 버스가 자율주행하는 동안 원격 관제센터와 지속적으로 통신하고 필요한 경우 관제센터가 개입할 수 있게 한다. Dispatcher 플랫폼에는 주행 기록, 오류 기록, 상태 모니터링, 주행 지시, 긴급 대응, 주행 가능 여부 및 불가피한 상황에 대한 판단 등 원격으로 수행할 수 있는 기능이 추가됐다.

차량은 센서와 인식 시스템을 결합해 지정된 노선에서 안전하게 주행한다. 차로 유지 제어 시스템은 도로 위 버스의 위치를 유지하도록 돕고, 자기 마커 센서는 노선을 따라 정밀한 위치를 파악한다. 속도 유지 제어 시스템은 가속과 제동을 관리해 안정적인 운행을 지원한다.

일본의 교통 문제 해결

이번 자율주행 버스 시험은 시급한 교통 문제에 대응하려는 일본의 광범위한 전략의 일부다. 일본은 고령화와 출생률 저하, 심각한 운전자 부족 등 중대한 인구구조 변화를 겪고 있다. 이로 인해 외곽 지역의 철도와 버스 서비스가 축소되면서 주민들의 이동에 어려움이 생겼다.

일본 각지의 지방자치단체는 이러한 문제의 해법으로 자율주행 기술에 점점 더 주목하고 있다. 2023년 4월부터 일본 공공도로에서는 정해진 조건 아래 운전자 없이 레벨 4 자율주행 차량을 운행할 수 있게 돼, 더 폭넓은 도입을 위한 제도적 기반이 마련됐다.

BOLDLY의 사지 유키 대표이사 사장은 이러한 발전의 중요성을 다음과 같이 강조했다.

고령화와 출생률 저하, 운전자 부족 등 인구구조 변화로 일본의 교통 기반시설은 어려움을 겪고 있습니다. 외곽 지역에서 철도와 버스 서비스가 축소되고 있기 때문입니다. 이러한 이동 문제를 해결하기 위해 일본의 지방자치단체들은 자율주행 기술을 해법으로 점점 더 주목하고 있습니다.

가시와 사업은 레벨 4 자율주행을 염두에 두고 도로 주행 성능과 안전성을 평가하는 것을 목표로 한다. 시험 결과를 바탕으로 새 자율주행 버스를 개발하고 운행 범위를 확대할 계획이다. 궁극적으로는 가시와노하 지역 개발 사업과 협력해 주민들에게 안전하고 쾌적하며 편리한 서비스를 제공하는 것이 목표다.

이 사업은 국토교통성이 스마트시티 사업 및 선진 모델 사업으로 선정한 가시와노하 스마트시티 컨소시엄과 연계된 사업으로 자리매김했다. 시험 결과를 바탕으로 레벨 4 이상의 자율주행을 염두에 두고 버스의 도로 주행 성능과 안전성을 평가한다. 새로운 자율주행 버스를 개발하고 시험 운행을 이어가며, 이번 시험 이후 새 차량을 투입할 예정이다.

도쿄대학교의 폭넓은 자율주행차 연구

도쿄대학교는 자율주행차의 주행 기술을 넘어서는 연구를 진행하며 자율주행차 연구를 선도해 왔다. 한 혁신적인 연구에서는 안전을 높이기 위해 자율주행차가 보행자와 소통하는 방법을 탐구했다.

도쿄대학교 정보과학기술대학원의 이가라시 다케오 교수는 자율주행차에 로봇 눈을 달아 보행자를 바라보며 존재를 인식하거나, 보행자를 감지하지 못하면 시선을 돌리도록 하는 연구를 이끌었다. 연구 결과, 이러한 시각적 신호는 보행자의 행동에 큰 영향을 미쳐 더 안전하고 효율적으로 횡단 여부를 결정하는 데 도움이 되는 것으로 나타났다.

이가라시 교수는 다음과 같이 설명했다.

자율주행차와 보행자 등 주변 사람들의 상호작용에 대한 연구가 충분하지 않습니다. 자율주행차와 관련해 사회의 안전과 안심을 확보하려면 이러한 상호작용에 대한 연구와 노력이 더 필요합니다.

연구에서는 보행자가 로봇 눈에 반응하는 방식에서 흥미로운 성별 차이도 확인됐다. 차량의 눈이 자신을 바라볼 때 남성 참가자는 위험한 횡단 결정을 덜 내렸고, 여성 참가자는 같은 조건에서 비효율적인 결정, 즉 안전하게 건널 수 있는데도 건너지 않는 선택을 덜 했다.

결과적으로 실험에서는 로봇 눈이 모두에게 더 원활하거나 안전한 횡단을 유도하는 것으로 나타났다. 연구팀은 한 가지 상황을 소수의 참가자에게만 적용했다는 한계를 인정하면서도 결과가 유망하다고 평가했다. 수동 운전에서 자동 운전으로의 전환은 큰 변화인 만큼, 눈이 실제로 안전에 기여하고 교통사고를 줄일 수 있다면 도입을 진지하게 검토해야 한다는 것이 연구진의 판단이다.

앞으로 연구팀은 로봇 눈을 수동으로 조작하는 대신 자율주행 인공지능과 연동해 자동 제어하는 방식을 개발하고자 한다. 이를 통해 다양한 상황에 대응하고 보행자와 차량 간 소통을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

사업 참여 기관과 협력 단체

자율주행 버스 사업의 성공은 학술기관과 정부 기관, 민간 기업 간 폭넓은 협력에 달려 있다. 가시와 ITS 추진협의회에는 이 기술을 현실화하기 위해 함께 일하는 여러 단체가 참여하고 있다.

자동운전 버스 시연에 참여하는 기관과 단체는 도쿄대학교 모빌리티 혁신 공동연구기구, 도쿄대학교 생산기술연구소, 도쿄대학교 신영역창성과학연구과, 가시와시, 어드밴스드 스마트 모빌리티(Advanced Smart Mobility Co., Ltd.), 도부버스 이스트(TOBU BUS EAST CO., LTD.), 미쓰이부동산(Mitsui Fudosan Co., Ltd.), SB 드라이브(SB Drive Corp.), 어반디자인센터 가시와노하(Urban Design Center Kashiwanoha, UDCK), 퍼시픽 컨설턴츠(Pacific Consultants Co., Ltd.), 솜포재팬 닛폰코아 보험(Sompo Japan Nipponkoa Insurance Inc.), 미쓰비시 오토 리스(Mitsubishi Auto Leasing Corporation) 등이다.

이처럼 다양한 협력체계는 교통 기술과 도시 계획, 보험, 부동산 개발 분야의 전문성을 결집해 실제 도시 환경에서 자율주행 교통을 도입하는 종합적인 접근을 가능하게 한다. 협의회는 도쿄대학교와 행정기관, 민간 기업, 여러 단체 및 개인 간 협력과 조율을 위한 장으로 2009년 12월 설립됐다. 다양한 연구개발 활동을 촉진하고 이를 사업화·실용화하는 데 기여하는 것이 목적이다.

가시와 ITS 추진협의회는 2019년 11월 1일부터 쓰쿠바 익스프레스 가시와노하 캠퍼스역과 도쿄대학교 가시와 캠퍼스 사이 2.6km 구간에서 자동운전 버스를 활용한 상용 운행 실증 실험을 진행해 왔다. 협의회는 장기간의 실용 운행을 염두에 두고 운행 방식과 운행, 점검 및 정비를 검증하는 한편, 새로운 자동운전 버스 개발과 가시와노하 도시 개발에 연계한 연구도 진행하고 있다.

일본 대중교통 자율주행의 미래

가시와의 레벨 4 자율주행 버스 시험은 일본이 추진하는 야심 찬 대중교통 자율주행 계획의 한 부분에 불과하다. 다른 사업으로는 BOLDLY가 에스토니아 기업 아우베 테크(Auve Tech)가 개발한 자율주행 셔틀 ‘MiCa’를 도입하는 계획이 있으며, 일본 도로에서 2023년 시험 운행을 시작할 예정이다.

BOLDLY는 아우베 테크가 개발한 레벨 4 자율주행 셔틀 ‘MiCa’를 구매한 세계 최초의 기업이다. 일본에서 MiCa를 운행하기 위해 BOLDLY는 시연 운행을 준비하고 관계 정부기관의 필요한 허가를 받으며, 2023년 여름부터 공공도로 시험을 시작하기 위한 기반을 마련하고 있다. 일본형 MiCa에는 BOLDLY의 운행 관리 플랫폼 ‘Dispatcher’와 호환되는 장치와 카메라가 적용됐다. 또 일본 도로 환경에 맞춰 에스토니아형과 달리 차량 왼쪽에 문을 설치했다. 에스토니아형의 문은 오른쪽에 있다.

2020년 BOLDLY의 자율주행 시스템을 지방자치단체 가운데 처음 도입한 이바라키현 사카이정은 MiCa 자율주행 셔틀 구매를 위해 이미 BOLDLY와 계약을 체결했다. 사카이정은 올해 안에 셔틀을 도로에 투입할 계획이다. BOLDLY는 전국적으로 이번 회계연도에 MiCa 차량 약 10대를 일본에 도입하는 것을 목표로 하고 있다.

일본이 자율주행 교통 기반시설을 계속 개발하는 가운데, 이러한 사업은 운행 방식과 정비 요건, 승객 수용성에 관한 귀중한 데이터를 제공한다. 특히 가시와 시험은 레벨 4 자율주행을 염두에 두고 도로 주행 성능과 안전성을 평가하며, 그 결과를 바탕으로 새 자율주행 버스를 개발하고 운행 범위를 확대하는 것을 목표로 한다.

앞으로는 가시와노하 지역 개발 사업과 협력해 주민들에게 안전하고 쾌적하며 편리한 서비스를 제공하는 것이 목표다. 이는 첨단 교통 시스템과 지속 가능한 도시 개발을 통합한 스마트시티를 조성하려는 일본의 더 큰 구상과도 맞닿아 있다.

주요 내용

• 도쿄대학교가 화요일 도쿄 공공도로에서 레벨 4 자율주행 버스 시험 운행을 시작했다
• 시험은 가시와노하 캠퍼스역과 도쿄대학교 가시와 캠퍼스를 잇는 2.6km 노선에서 진행된다
• 레벨 4 자동화는 제한된 영역에서 차량이 사람의 개입 없이 모든 주행 작업을 수행하는 단계다
• 같은 노선에서는 2019년 말부터 레벨 2 자율주행 버스 시험이 진행돼 왔다
• 이번 사업은 일본의 운전자 부족과 인구구조 문제 해결을 목표로 한다
• 자율주행 버스에는 차로 유지, GPS 위치 측정, 신호등 인식 등 첨단 기술이 적용됐다
• 일본에서는 2023년 4월부터 정해진 조건 아래 레벨 4 자율주행 차량의 공공도로 운행이 허용됐다
• 이번 사업은 일본 국토교통성이 선정한 가시와노하 스마트시티 컨소시엄의 일부다
• 대학 부서와 정부 기관, 민간 기업 등 여러 단체가 사업에 협력하고 있다
• 향후 시험 결과를 바탕으로 새 자율주행 버스를 개발하고 운행 범위를 확대할 계획이다