미래 유망 산업 중에서도 내가 가장 관심이 많은 산업은 전기차. 그 중에서도 자율주행이다. 전기차가 불가피한 시대의 흐름이라면 자율주행은 전기차가 제 가치를 얻기 위한 필수불가결한 요소기술이다.
전기차의 핵심인 자율주행에 대해 심도 있게 공부해 나갈 예정이다.
[1] 왜 전기차인가?[2] 자율주행 기술적 이슈는 왜 전기차인가?미래차는 전기차가 될 수밖에 없다.파리 기후협약으로 온실가스 감축을 위한 정책이 구체화되고 2050년에는 이산화탄소 배출량과 흡수 능력이 균형을 이루는 탄소 중립, 넷제로(NetZero)를 달성할 것을 선언했다.
또 유럽과 미국 등은 자동차의 이산화탄소 배출에 대한 강력한 규제화와 법제화를 통해 이산화탄소 배출 목표치를 매년 감소시키고 친환경차에 대한 적극적인 지원을 실시하고 있다.
초기 친환경차 후보군으로 클린디젤(유럽), 하이브리드(일본) 차량이 가장 현실적인 방안으로 다뤄졌으나 2015년 폭스바겐 디젤게이트로 대전환이 이뤄졌다.
넷제로를 달성하는 차량으로 수소차도 급부상했지만 수소는 만들기 매우 어려워 생산 및 저장, 운송(CCUS) 비용이 많이 든다. 또 수소를 만들 때 발생하는 탄소로 인해 완전한 네트 제로를 달성하는 데 무리가 있다. (블루수소,그레이수소)
100% 친환경 물을 전기분해해 얻는 녹색수소는 에너지 변환 효율 면에서 전기차보다 매우 낮다.
일례로 현대차에서 만든 전기차 코나와 수소차 넥쏘의 에너지 변환 효율을 비교해 보면 2배 이상 전기차가 높다.
수소차 넥쏘(왼쪽)와 전기차 코나(오른쪽)
개인적인 시각으로는 수소차가 순수 전기차를 추월하기는 쉽지 않아 보인다.
결국 수소나 전기나 충전이 핵심이지만 수소충전 인프라는 비용이 매우 많이 들어 확충이 어렵다.
현대차가 수소차의 선두주자라고는 하지만 세계적으로 수소차보다는 전기차를 집중 공략하고 있는 점도 앞으로 수소차가 과연 친환경차 시장을 장악할 수 있을까 하는 의문이 든다.
따라서 가장 현실적이고 이상적인 미래차는 순수전기차(BEV)일 수밖에 없다.
친환경 장점 외에도 전기차가 가진 장점은 대표적으로 다음과 같다.1) 엔진을 없애면서 부품이 1/3가량 줄고 공간이 매우 넓어져 공간 활용도가 좋다.2) 모터는 엔진과 달리 시동 즉시 최대 토크를 만들 수 있어 가속 성능이 극대화된다.3) 소음 없는 보행자 안전 문제로 일정 수준의 소음을 의무화하는 것까지 한다.4) 차량 하부에 배터리가 탑재되는 특성으로 낮은 무게 중심을 갖게 되어 승차감이 좋고 조정 안정성이 큼 5) 다양한 모빌리티 응용(MaaS; Mobility as a Service) 지원 가능
단, 전기자동차가 언급될 때마다 거론되는 문제는 1) 주행거리, 2) 가격, 3) 충전시간, 4) 충전 인프라이다.
주행거리는 배터리 기술이 발생해 1~2년 내 500km 이상으로 늘어날 것으로 보이며 충전시간도 급속충전 기술이 발전해 150km 정도의 거리는 15분 안에 충전할 수 있을 것으로 보인다. 또 전기차 점유율이 높아져 규모의 경제에 들어가면 가격도 내연차 수준이 되고 충전 인프라는 정부 차원의 확충이 이뤄질 것이다.
현재 전 세계적으로 전 차량에서 전기차가 차지하는 비중은 5% 안팎이며 2030년에는 10%를 넘어설 것으로 보고 있으며 2050년에는 전기차로 완전 전환을 예상하고 있다. 국내 기준으로 2025년에는 100만대, 2030년에는 400만대가 보급될 전망이다.
전기차는 단순한 이동수단을 넘어 여러 차량이 서로 망에 연결돼 다양한 활동을 영위할 수 있는 커넥티드카 역할을 하며 움직이는 큰 컴퓨터로 미래 모빌리티 패러다임을 바꿀 것이다.전기차 기술의 핵심은?배터리, 그리고 자율주행은 배터리와 함께 전기차의 핵심이다. 자율주행은 총 5단계로 구분된다.
1단계 : 사람의 발이 개입하지 않는 단계 2단계 : 사람의 팔이 개입하지 않는 단계 3단계 : 사람의 눈이 개입하지 않는 단계 4단계 : 사람의 의지가 개입하지 않는 단계 5단계 : 사람 없는 단계 자율주행 5단계
5단계를 완전자율주행(FSD; Full Self Driving)이라고 한다. 현재는 2.5~3단계 정도로 보고 있으며 2020년대 말까지는 FSD를 달성할 것으로 보고 있다.
FSD가 진정한 의미의 자율주행이지만 FSD에는 제도적, 법적으로뿐만 아니라 기술적으로도 넘어야 할 문제가 있다.
- 완전자율주행으로 나아가기 위한 2가지 기술요소 ① 센서기반 환경인식 ② 통신기능으로 정보인식
- 첫째, 자율주행을 하기 위해서는 카메라 등 센서로 획득한 환경의 정보를 인공지능으로 해석해 운전자의 개입 없이도 사람인지 사물인지 도로인지를 판단하는 능력이 필요하다.
- 이러한 인공지능을 구현하기 위해서는 다양한 상황에서 주행 중 획득한 데이터를 통해 학습이 필요하다. 그러나 가장 큰 문제는 대부분의 데이터가 정상적인 주행 중 획득한 데이터이기 때문에 극한 상황이나 사고 시 자동차가 겪는 데이터는 부족해 학습에 어려움을 겪고 있다.
- 데이터를 수천만장~수억장 획득한다고 해도 데이터량이 어마어마해 학습 데이터에서 정답을 지정하는 레이블링이라는 수작업이 필요하다. 자율주행을 위한 환경인식 인공지능 구현에 가장 큰 걸림돌이다.
둘째, GPS나 무선통신망 등 차량 외부에서 오는 정보를 활용하는 기술이다.
자율주행에서 최적 경로를 판단할 수 있고 자동차 간 상호통신에서 충돌방지 역할도 할 수 있다. 그러나 이 역시 완전한 기술 실현을 위해서는 차량과 사물 간 통신기술이 전제돼야 한다.
모든 자동차 업체의 차량 통신 방식이 표준화돼야 하고 보안에 취약한 문제도 해결돼야 한다.
진정한 의미의 전기차 자율주행 달성을 위한 이슈를 요약해보면 다음과 같다.향후 각 이슈를 자세히 살펴볼 예정.
- 기술의 핵심은 하드웨어에서 소프트웨어로 이동
- 2) 자동차의 ‘뇌’ 역할을 하는 ECU 전기 전자 설계 기술
- 3) 차량용 반도체: 현재 200~300개 → 미래 2,000개 이상 필요
- 4) 센서 기반 주변 환경 인식: 충분한 양의 데이터 필요
- 5) 차량 – 사물간 통신 : 통신방식 표준화 필요
- 6) 사용자중심 UI제공 : 스마트폰과 연계(인포테인먼트)
- [참고자료] 이우정 <게임 체인저 미래차가 온다> 행키 샤프리 <자율주행차 기술입문>