자동화 차량(automated vehicles, AVs)은 차량이 운전자의 조종이 없거나 제한적인 상태로 운행될 수 있도록 하는 기술과 센서의 결합으로, 과학 소설에서 나오던 이야기에서 실제적인 적용으로 신속하게 이동하고 있음. 낮은 수준의 기능을 가진 AV 기술은 이미 현재의 신규 차량에서 사용 가능하며, 높은 수준의 AVs는 가까운 미래에 있음. 도로 상에서 차량의 테스트 수행이 일부 주에서 합법적이며 진행 중에 있고, 일부 산업계 전문가들은 높은 수준의 AVs가 2020년에는 가능할 것으로 예상함.

기술적 진보가 인상적이기 하지만, AVs의 폭넓은 확산에는 알려져 있지 않은 것이 많이 있음. 우리는 어떻게 공공 도로에서 AVs를 안전하게 테스트할 수 있을까? 소비자들은 쉽게 자동화를 받아들일 것인가? 우리는 차량과 도로 사이에 전송되는 데이터의 보안을 어떻게 담보할 수 있는가? 소비자나 차량 제조업체들은 AV 사고의 책임을 감내할 수 있을 것인가? 도로의 인프라에 대한 함의는 무엇인가? AVs를 실행하는 사회적 비용과 편익은 무엇인가(예를 들어, 인프라 업그레이드 비용 대비 향상된 안전으로 인한 비용 절감)? 이러한 질문들은 텍사스 A&M 교통 연구소(Texas A&M Transportation Institute, TTI)의 연구원들이 이 연구에서 가지고 있는 질문들 중 일부임.

AV의 확산이 일어날 것인가는 더 이상 문제가 아니고, 언제 일어날 지가 문제임. 낮은 수준의 자동화 속성(예를 들어, 적응형 크루즈 컨트롤이나 전자 안정성 컨트롤)은 이미 기존의 차량 모델에서 사용 가능함. 이들이 신뢰성 있고 비용 대비 효과적으로 증명함에 따라, 자동화 기술은 더 높은 수준의 시장 침투를 보여줄 것임. 높은 수준의 자동화에 대한 낙관적인 추정에 의하면, AV는 2020년에 가능할 것임.

AVs는 안전도 향상, 이동성 증대, 그리고 혼잡의 감소가 가능한 미래가 오는데 도움이 될 수 있음. 예를 들어, AVs는 사각 지대를 확인하지 못하거나 운전 중 메시지를 보내는 것과 같은 일상적인 인간의 실수를 보완하기 때문에 사고건수를 줄이는데 도움이 될 수 있음. 높은 수준의 AVs는 운전에 어려움을 겪는 계층들(예를 들어, 노인들, 장애인들)에게 이동성의 향상을 가져올 수 있음. 도로에서의 효율적인 차량 관리로 인해 혼잡이 감소할 수 있고, 이는 운전의 질을 향상시키고 교통혼잡으로 인해 손실된 시간과 돈을 최소화할 수 있음.

그러나, 높은 수준의 AV가 폭넓게 확산되는 것은 실제로 멀리 떨어져 있음. 구글(Google)의 혁신적이고 많이 알려진 자기 주행차(self-driving car)를 고려하더라도, 높은 수준의 AVs는 아직 상업적으로 가용하지 않음. 이들이 가용해지면, 차량이 일반화되는 데에는 수년이 걸릴 것임. 민간 부문이 AVs의 개발을 맡고 있지만, 공공기관은 인간의 운전자를 위해 설계된 도로 환경에서 AVs가 안전하게 기능할 수 있도록 담보해야 함. 

그러나, 주 및 지역의 교통기관들은 자동화를 어떻게 준비해야 할 지 확신하지 못하고 있음. AVs에 대한 많은 질문들이 아직까지 해결되지 않았기 때문에, 교통기관의 담당자들은 종종 자동화의 유망함에 대해 흥분하긴 하지만 어떻게 준비하고 적응해야 할지에 대해서는 확신하지 못하고 있음. 연방 정부는 신중한 태도를 취하고 있는데, 아직 자동화를 규제하지 않고 규제를 고려하는 주들에 대해 제안사항을 제공하고 있음. 네 개의 주와 DC는 이미 AVs를 규제하는 법률을 통과시켰는데, 이는 대부분 공공 도로에서 차량을 테스트하는 것에 관한 것임.

AVs가 안전하고 최적으로 기능하기 위해서, 교통 인프라는 변화하거나, 현재의 기준이 요구하는 것보다 더 높은 수준으로 유지될 필요가 있을 수 있음. 이러한 변화는 주와 지역 정부들에게 상당한 비용을 부담하게 할 수 있음. 현재의 교통 시스템에 대한 수요 증가를 충족하기에 기관들은 제한적인 자원을 가지고 있음. 이러한 맥락에서, 인프라에 대한 근본적인 개선 계획을 수립하는 것은 사치로 여겨질 수 있음. 그러나, 높은 수준의 자동화는 점점 다가오고 있음.

차량의 자동화와 그 영향에 대해 여전히 많은 것이 알려져 있지 않음. 높은 수준의 AVs가 가용하게 됨에 따라, 인간이 자동화에 어떻게 반응하고 행동하는지에 대한 이해도가 향상될 것임. 추가적인 연구는 우리로 하여금 조금 더 안전하고 덜 혼잡하며 더 걱정이 없는 운전 환경에 대한 계획을 세우고 적응하는데 도움이 될 것임.

AVs를 실행하는 것인 복잡한 임무임. AV 산업은 차세대 자동화 차량을 개발하고 있고, 공공 부문은 국가의 교통 인프라를 유지관리하고 운전자의 안전을 담보하는 책임을 가지고 있음. AV의 실행이 여전히 초창기에 있기 때문에, 차량의 자동화를 둘러싼 이슈들을 더 잘 이해하는 것이 AVs의 채택에 관한 결정을 내리는데 필수적임. 

AV는 운전자와 독립적으로(부분적으로 또는 완전히) 운영됨. 차량 자동화는 유망 기술로, 시장 침투가 현재 제한적임. 현재 도로에서 일부 차량은 자동화 기능(예를 들어, 가변형 크루즈 컨트롤, 주차 지원, 교통 혼잡 지원)을 가지고 있음. 이러한 기능은 대부분 고가의 차량에 국한되어 있고, 운전자에 의한 지속적인 모니터링을 여전히 필요로 함. 자동화 기술이 진보함에 따라, 이러한 차량이 결국 운전 임무를 완벽하게 제어할 것임. 높은 수준의 자동화는 가까운 미래에 미국의 시장에서 상당히 침투하기는 어려울 것임.

다양한 센서는 AV로 하여금 주변의 세상을 탐지하고 반응할 수 있도록 함. 컴퓨터는 센서 정보를 수신하고 해석하여, 도로 환경에 반응하도록 전자 차량 제어를 명령함. 이러한 절차는 차량으로 하여금 동적인 운전 환경에서 가속하고 정지하며 조종할 수 있도록 함. AVs에서 일반적으로 사용되는 센서의 일부는 다음과 같음:

- 레이다(radar): 범위 및 물체 탐지에 사용됨

- 라이다(lidar): 레이저 기반의 범위 확인 및 이미징 시스템으로, 기능적으로는 레이다와 비슷함

- 컴퓨터 영상 처리(computer imaging): 컴퓨터가 세상의 영상을 해석하는 절차, 예를 들어, 도로의 표지나 교통 신호를 탐지함

- 글로벌 위치확인 시스템(global positioning systems, GPS): 위성 기반의 경로 설정 도우미

- 초음파 센서(ultrasonic sensors): 기능적으로 레이다와 유사하지만, 더 짧은 거리에서 사용됨

- 단거리 전용 통신(dedicated short-range communications, DSRC): 차량의 위치, 이동 및 일반적인 도로 환경에 대한 정보를 공유하기 위해 차량, 인프라 및 다른 통신 모드(예를 들어, 보행자, 자전거 등) 간의 라디오 통신을 가능하게 함.

이러한 기술들은 현재의 자동화 기능(예를 들어, 전자 안정성 컨트롤, 가변형 크루즈 컨트롤, 주차 도우미, 그리고 충돌 방지 시스템)을 가능하게 함.

자동화는 이진 기술(binary technology)이 아님. 이는 일련의 기술 수준으로 존재함. AVs에 적용될 때, 자동화는 기술 지원의 여러 다른 단계를 의미할 수 있음. 국립고속도로 교통안전청(National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA)은 AVs를 분류하기 위한 기준을 개발하였는데, 여기에는 다섯 가지의 자동화 단계가 포함됨.

- 0단계(자동화가 전혀 없음): 차량이 어떤 자동화 없이 기능함.

- 1단계(구체적 기능): 차량 기능의 하나가 자동화되어 있으나, 운전자는 지속적으로 차량을 모니터링해야 함.

- 2단계(결합된 기능): 여러 기능이 동시에 자동화되어 있으나, 운전자는 지속적으로 차량을 모니터링해야 함.

- 3단계(제한적인 자기 주행): 차량이 충분히 자동화되어 있어 운전자의 지속적인 모니터링 없이 운행할 수 있으나, 운전자는 아주 가끔 관여할 필요가 있음.

- 4단계(완전한 자기 주행): 차량은 인간 운전자 없이 스스로 운전할 수 있음.

예를 들어, 시장에 나와 있는 일부 차량 모델은 가변형 크루즈 컨트롤을 갖추고 있음. 이 기능은 차량으로 하여금 미리 정해진 속도로 운전할 수 있도록 하지만, 앞에 있는 차량의 뒤에서 안전 거리를 유지하기 위해 차량의 속도를 동적으로 조정할 수 있음. 이는 차량의 기능 하나만(가속)이 자동화되어 있기 때문에, 1단계 기술의 사례임.

차량이 차선 안에서 그 위치를 유지할 수 있다면 이는 2단계 AV로 분류될 것임. 왜냐하면, 가속과 조종 기능 둘 다가 동시에 자동화되기 때문임. 3단계 자동화 기술에 도달하기 위해서, 차량은 특정 교통 또는 환경 상황 하에서 안전에 중요한 모든 기능을 제어할 필요가 있음. 이는 또한 운전자로 하여금 적극적으로 도로를 모니터링하지 않아도 될 만큼 충분히 견고해야 할 것임.

TTI 연구원들은 이 질문을 AV 제조업체, 개발자 및 공급자들에게 제기하였음. 그들의 의견은 모두 달랐지만, 특정 단계의 AVs가 시장에 나올 시간대에 대한 산업계의 기대는 아래와 같음:

- 1단계(구체적 기능): 현재 가용함

- 2단계(결합된 기능): 지금으로부터 3년 이내

- 3단계(제한적인 자기 주행): 지금으로부터 3년-10년 후

- 4단계(완전한 자기 주행): 지금으로부터 7년-12년 후

낮은 단계의 자동화 기능(예를 들어, 가변형 크루즈 컨트롤)은 이미 일부 차량에서 가용함. 더 높은 수준의 AV 개발과 확산도 확실히 가능할 것을 보임. 가장 당면한 질문은 자기 주행 차량이 언제 가능하게 될 것인가임.

AVs를 시장에 도입하는 것에 대해 상대적으로 짧은 시간대에도 불구하고, AVs가 자동차 시장에서 상당한 부분을 차지하기 까지는 많은 시간이 필요할 것임. 이는 부분적으로 민간 차량에 대한 긴 전환 기간(미국 차량의 평균 연수는 11.4년임) 때문임. 이러한 사실이 제안하는 바는, 자동화 기능이 없거나 낮은 수준의 AVs는 높은 수준의 AVs가 도입된 후에도 오랫동안 미국의 차량 시장에서 우세할 것임.