9.1 Level 4 자율주행의 정의와 범위
1. SAE J3016에 따른 Level 4의 정의
SAE International의 J3016 표준(2021년 개정판)에 따르면, Level 4(High Driving Automation, 고도 자동화)는 자동화 시스템(Automated Driving System, ADS)이 정의된 운행 설계 영역(Operational Design Domain, ODD) 내에서 모든 동적 주행 과업(Dynamic Driving Task, DDT)을 지속적으로 수행하는 수준이다. Level 4의 핵심적 특성은 다음과 같다(SAE, 2021).
DDT 전체 수행: ADS가 인지(perception), 판단(planning), 제어(control)를 포함하는 DDT의 모든 하위 과업을 수행한다. 인간 운전자는 DDT에 관여하지 않는다.
DDT 대체 전략(DDT Fallback)의 시스템 수행: Level 4에서는 시스템이 정상 동작을 계속할 수 없는 상황(시스템 고장, ODD 이탈 등)이 발생하더라도, 시스템 자체가 DDT 대체 전략을 수행하여 최소 위험 상태(Minimal Risk Condition, MRC)로 전환한다. 이는 Level 3과의 핵심적 차이이다. Level 3에서는 DDT 대체 전략의 수행 책임이 인간 운전자(fallback-ready user)에게 있다.
ODD 한정: Level 4의 ADS는 정의된 ODD 내에서만 동작한다. ODD 외부에서는 ADS가 활성화되지 않거나, 진입 시 MRC로 전환한다.
2. Level 3과 Level 4의 핵심 차이
| 특성 | Level 3 | Level 4 |
|---|---|---|
| DDT 수행 주체 | ADS | ADS |
| DDT Fallback 수행 주체 | 인간(대체 준비 사용자) | ADS |
| 인간 운전자의 역할 | 대체 준비 상태 유지 필수 | DDT 관여 불요 |
| ODD 이탈 시 대응 | 인간에게 전환 요청 | 시스템이 MRC 달성 |
| 운전석 탑승 요구 | 필수 | 불요(무인 주행 가능) |
Level 4에서 인간 운전자가 DDT 대체 전략의 주체가 아니라는 점은, 차량에 운전자가 탑승하지 않는 완전 무인 운행(driverless operation)의 가능성을 포함한다. Waymo One의 무인 로보택시 서비스는 Level 4의 대표적 상용 사례이다.
3. Level 4와 Level 5의 차이
Level 5(Full Driving Automation, 완전 자동화)는 ODD의 제한이 없이 인간이 운전할 수 있는 모든 상황에서 ADS가 DDT를 수행하는 수준이다. Level 4는 ODD가 제한되어 있으므로, 제한 조건 외부에서는 자율주행이 불가능하다.
현재의 기술 수준에서 Level 5의 실현은 비정형 상황의 무한한 다양성, 극한 기상 조건에서의 인지 한계, 법적·윤리적 프레임워크의 미비 등의 이유로 아직 달성되지 않았다. Level 4는 ODD를 명확히 정의하고 제한함으로써 기술적 달성 가능성을 현실화하는 접근법이다.
4. 운행 설계 영역(ODD)의 구성 요소
Level 4 자율주행의 범위를 규정하는 ODD는 다음 범주의 요소들로 구성된다(BSI PAS 1883, 2020).
4.1 정적 요소(Static Elements)
- 도로 유형과 기하학: 고속도로, 도심 도로, 주거 지역 도로, 차선 수, 도로 곡률, 경사도
- 도로 표면: 포장(아스팔트, 콘크리트), 비포장, 표면 상태(건조, 습윤, 결빙)
- 도로 인프라: 차선 표시, 신호등, 교통 표지판, 가드레일, 도로 조명
- 지리적 경계: 지오펜스(geofence)로 정의된 운행 가능 지역
4.2 동적 요소(Dynamic Elements)
- 기상 조건: 강우 강도, 적설량, 안개 밀도, 풍속
- 조도 조건: 주간, 야간, 황혼, 터널, 직사광선
- 교통 조건: 교통 밀도, 교통 흐름 속도, 공사 구간, 사고 현장
- 특수 상황: 비상 차량 접근, 교통 경찰 수신호, 보행자 횡단
4.3 연결성 요소(Connectivity Elements)
- 통신 가용성: V2X 통신, 셀룰러 네트워크 가용성
- 원격 지원: 원격 운용 센터(Remote Operation Center)와의 통신 가능성
- 지도 가용성: HD Map의 최신성 및 가용성
5. Level 4 자율주행의 현재 상용 서비스
현재 Level 4 자율주행의 상용 서비스는 제한된 ODD 내에서 운영되고 있다.
| 서비스 | 운영 주체 | ODD | 시작 시기 |
|---|---|---|---|
| Waymo One | Waymo | 피닉스, 샌프란시스코, 로스앤젤레스 일부 지역, 무인 운행 | 2020 |
| Cruise Origin | Cruise (GM) | 샌프란시스코 일부 지역 (2023년 운행 중단) | 2022 |
| Baidu Apollo Go | Baidu | 우한, 베이징 등 중국 주요 도시 일부 | 2022 |
| AutoX RoboTaxi | AutoX | 선전 일부 지역, 무인 운행 | 2021 |
이들 서비스는 공통적으로 특정 도시의 특정 지역으로 ODD를 제한하고 있으며, 기상 조건과 시간대에 따라 추가적인 운행 제한을 적용하고 있다.
6. Level 4 실현의 기술적 과제
Level 4 자율주행의 광범위한 ODD 확장을 위해 극복하여야 하는 핵심 기술적 과제는 다음과 같다.
- 장미(long-tail) 분포 문제: 주행 중 발생할 수 있는 시나리오의 분포가 극도로 긴 꼬리(long tail)를 가져, 드물지만 안전에 치명적인 시나리오를 충분히 학습하고 검증하기 어렵다.
- 악천후 인지: 폭우, 폭설, 짙은 안개 등 극한 기상 조건에서의 안정적 인지가 여전히 도전적이다.
- 비정형 상황 대응: 공사 구간의 임시 차선, 사고 현장의 교통 통제, 도로 위 예기치 않은 장애물 등 사전에 열거하기 어려운 상황에 대한 일반화된 대응 능력이 필요하다.
- 안전 검증(validation): Level 4 시스템의 안전성을 통계적으로 입증하기 위해서는 수십억 마일 이상의 주행 검증이 필요하다는 추정이 있으며(Kalra & Paddock, 2016), 실도로 시험만으로는 불충분하여 시뮬레이션 기반 검증의 병행이 필수적이다.
참고문헌
- BSI. (2020). PAS 1883: Operational Design Domain (ODD) taxonomy for an automated driving system (ADS). British Standards Institution.
- Kalra, N., & Paddock, S. M. (2016). Driving to safety: How many miles of driving would it take to demonstrate autonomous vehicle reliability? Transportation Research Part A: Policy and Practice, 94, 182–193.
- SAE. (2021). SAE J3016: Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles (Revision 2021-04). SAE International.
버전: v1.0, 2026-04-11