현재의 자동차 시장은 많은 글로벌 OEM 社들을 중심으로 한 끊임없는 자율주행 기술 개발이 이루어지고 있다. 미국자동차공학회 SAE(the Society of Automotive Engineers)에서 정의한 6단계의 자율주행 레벨 중 이미 레벨 3 자율주행 차량은 소비시장에 선보여져 일반도로를 주행하고 있으며, Tier 1 글로벌 전장 부품 제조사들도 진화하는 자율주행 레벨에 맞는 부품을 수급하기 위해 계속된 기술 개발을 이어가고 있다.
하지만 이러한 차량의 전기/전자 시스템화는 기존의 기계적 시스템과 비교했을 때 안전에 대한 중요성이 강조되어야 한다. 자율주행 시스템의 경우, 내부 고장 혹은 외부 환경 요소의 영향으로 인한 차량 레벨에서의 위험을 식별하고 이와 관련된 위험 상황을 제거할 수 있도록 시스템을 설계해야 한다. 현재 이와 관련해 차량 부품의 전기/전자 시스템에 대한 기능 안전 평가를 위한 ISO 26262가 제정되었고, 자율주행 시스템을 대상으로 의도된 설계 자체가 안전성을 충족하기 부적합 혹은 부적절한 경우를 다루는 ISO/PAS 21448 SOTIF(Safety Of The Intended ...
현재의 자동차 시장은 많은 글로벌 OEM 社들을 중심으로 한 끊임없는 자율주행 기술 개발이 이루어지고 있다. 미국자동차공학회 SAE(the Society of Automotive Engineers)에서 정의한 6단계의 자율주행 레벨 중 이미 레벨 3 자율주행 차량은 소비시장에 선보여져 일반도로를 주행하고 있으며, Tier 1 글로벌 전장 부품 제조사들도 진화하는 자율주행 레벨에 맞는 부품을 수급하기 위해 계속된 기술 개발을 이어가고 있다.
하지만 이러한 차량의 전기/전자 시스템화는 기존의 기계적 시스템과 비교했을 때 안전에 대한 중요성이 강조되어야 한다. 자율주행 시스템의 경우, 내부 고장 혹은 외부 환경 요소의 영향으로 인한 차량 레벨에서의 위험을 식별하고 이와 관련된 위험 상황을 제거할 수 있도록 시스템을 설계해야 한다. 현재 이와 관련해 차량 부품의 전기/전자 시스템에 대한 기능 안전 평가를 위한 ISO 26262가 제정되었고, 자율주행 시스템을 대상으로 의도된 설계 자체가 안전성을 충족하기 부적합 혹은 부적절한 경우를 다루는 ISO/PAS 21448 SOTIF(Safety Of The Intended Functionality) 문서를 비롯한 안전 분석 및 시스템 설계 관련 국제 표준들이 제정 과정에 있는 상황이다. 자율주행 레벨이 고도화되고 있는 만큼 해당 표준들을 준수하며 자율주행 레벨에 적합한 분석 방법론과 다양한 위험 상황 식별이 필요하다.
본 연구에서는 자율주행 시스템에 대한 ISO/PAS 21448 SOTIF 안전 분석 프로세스 중 위험 원인분석을 수행함에 있어 STPA위험 분석 기법을 적용하는 방법론을 제안한다. 종 방향 자율주행 시스템을 대상으로 STPA 기법을 적용해 차량 충돌 손실과 그에 대한 차량 레벨에서의 위험원, Control Structure, Unsafe Control Action을 정의하고 최종적으로 Causal Scenario를 도출하며 다양한 위험 원인 시나리오를 도출하였다. 특히, 시스템 내 Radar 인지 센서의 성능 한계에 대한 분석을 수행해 이를 시스템 위험 원인으로 활용하며 인지 센서 성능 한계 기반의 위험 원인 시나리오를 식별하였다.
이후 Radar 센서의 인지 능력 저하와 관련된 위험 시나리오 검증을 위해 자율주행 시스템을 CarMaker와 MATLAB/Simulink 환경에서 구현하였고 그 타당성을 검증하였다.
현재의 자동차 시장은 많은 글로벌 OEM 社들을 중심으로 한 끊임없는 자율주행 기술 개발이 이루어지고 있다. 미국자동차공학회 SAE(the Society of Automotive Engineers)에서 정의한 6단계의 자율주행 레벨 중 이미 레벨 3 자율주행 차량은 소비시장에 선보여져 일반도로를 주행하고 있으며, Tier 1 글로벌 전장 부품 제조사들도 진화하는 자율주행 레벨에 맞는 부품을 수급하기 위해 계속된 기술 개발을 이어가고 있다.
하지만 이러한 차량의 전기/전자 시스템화는 기존의 기계적 시스템과 비교했을 때 안전에 대한 중요성이 강조되어야 한다. 자율주행 시스템의 경우, 내부 고장 혹은 외부 환경 요소의 영향으로 인한 차량 레벨에서의 위험을 식별하고 이와 관련된 위험 상황을 제거할 수 있도록 시스템을 설계해야 한다. 현재 이와 관련해 차량 부품의 전기/전자 시스템에 대한 기능 안전 평가를 위한 ISO 26262가 제정되었고, 자율주행 시스템을 대상으로 의도된 설계 자체가 안전성을 충족하기 부적합 혹은 부적절한 경우를 다루는 ISO/PAS 21448 SOTIF(Safety Of The Intended Functionality) 문서를 비롯한 안전 분석 및 시스템 설계 관련 국제 표준들이 제정 과정에 있는 상황이다. 자율주행 레벨이 고도화되고 있는 만큼 해당 표준들을 준수하며 자율주행 레벨에 적합한 분석 방법론과 다양한 위험 상황 식별이 필요하다.
본 연구에서는 자율주행 시스템에 대한 ISO/PAS 21448 SOTIF 안전 분석 프로세스 중 위험 원인분석을 수행함에 있어 STPA 위험 분석 기법을 적용하는 방법론을 제안한다. 종 방향 자율주행 시스템을 대상으로 STPA 기법을 적용해 차량 충돌 손실과 그에 대한 차량 레벨에서의 위험원, Control Structure, Unsafe Control Action을 정의하고 최종적으로 Causal Scenario를 도출하며 다양한 위험 원인 시나리오를 도출하였다. 특히, 시스템 내 Radar 인지 센서의 성능 한계에 대한 분석을 수행해 이를 시스템 위험 원인으로 활용하며 인지 센서 성능 한계 기반의 위험 원인 시나리오를 식별하였다.
이후 Radar 센서의 인지 능력 저하와 관련된 위험 시나리오 검증을 위해 자율주행 시스템을 CarMaker와 MATLAB/Simulink 환경에서 구현하였고 그 타당성을 검증하였다.
In the current automobile market, many global OEMs have been constantly developing autonomous driving technologies. Among the 6 levels of self-driving defined by SAE(the Society of Automotive Engineers), level 3 self-driving vehicles have already introduced to the market and are driving on general r...
In the current automobile market, many global OEMs have been constantly developing autonomous driving technologies. Among the 6 levels of self-driving defined by SAE(the Society of Automotive Engineers), level 3 self-driving vehicles have already introduced to the market and are driving on general road. Tier 1 global suppliers are also continuing to develop technologies to supply parts suitable for the evolving level of autonomous driving.
However, the importance of safety should be emphasized in the electrical/electronic system of these vehicles compared to the existing mechanical systems. In the case of an autonomous driving system, it must be designed to identify hazards at the vehicle level due to internal failures or the influence of external environmental factors, and to eliminate dangerous situations related to them. Currently, ISO 26262 for functional safety evaluation of electric/electronic systems of vehicle has been published, and ISO/PAS 21448 SOTIF(Safety Of The Intended Functionality) document and other international standards related to safety analysis and system design are in the process of being modified and published. As the level of autonomous driving is advanced, it is necessary to comply with international standards and to identify various hazard situations and analysis methodologies suitable for the level of autonomous driving.
In this study, we propose a methodology to apply the STPA hazard analysis tech nique in performing hazard-cause analysis in the ISO/PAS 21448 SOTIF safety analysis process for autonomous driving systems. The STPA was applied to the ACC system to define the loss about vehicle collision, hazards at the vehicle level, Control Structure, Unsafe Control Action, and known causal scenarios. It was able to identify various types of causal Scenario through this process.
In particular, an analysis of the performance limitations of the radar perception sensor in the ACC system was performed. And it used as a system risk factor for identifying known causal scenarios based on the performance limitations of the perception sensor.
To verify the validity of hazard scenarios about performance limitation of radar sensor, simulation of the ACC system was implemented in CarMaker and MATLAB/Simulink environments.
In the current automobile market, many global OEMs have been constantly developing autonomous driving technologies. Among the 6 levels of self-driving defined by SAE(the Society of Automotive Engineers), level 3 self-driving vehicles have already introduced to the market and are driving on general road. Tier 1 global suppliers are also continuing to develop technologies to supply parts suitable for the evolving level of autonomous driving.
However, the importance of safety should be emphasized in the electrical/electronic system of these vehicles compared to the existing mechanical systems. In the case of an autonomous driving system, it must be designed to identify hazards at the vehicle level due to internal failures or the influence of external environmental factors, and to eliminate dangerous situations related to them. Currently, ISO 26262 for functional safety evaluation of electric/electronic systems of vehicle has been published, and ISO/PAS 21448 SOTIF(Safety Of The Intended Functionality) document and other international standards related to safety analysis and system design are in the process of being modified and published. As the level of autonomous driving is advanced, it is necessary to comply with international standards and to identify various hazard situations and analysis methodologies suitable for the level of autonomous driving.
In this study, we propose a methodology to apply the STPA hazard analysis tech nique in performing hazard-cause analysis in the ISO/PAS 21448 SOTIF safety analysis process for autonomous driving systems. The STPA was applied to the ACC system to define the loss about vehicle collision, hazards at the vehicle level, Control Structure, Unsafe Control Action, and known causal scenarios. It was able to identify various types of causal Scenario through this process.
In particular, an analysis of the performance limitations of the radar perception sensor in the ACC system was performed. And it used as a system risk factor for identifying known causal scenarios based on the performance limitations of the perception sensor.
To verify the validity of hazard scenarios about performance limitation of radar sensor, simulation of the ACC system was implemented in CarMaker and MATLAB/Simulink environments.
주제어
#자율주행 시스템 SOTIF ADAS STPA 위험 원인분석 손실 및 시스템 레벨 위험원 안전 제약사항 Control Structure Control Action Unsafe Control Action 인지 센서 성능 한계 Causal Scenario
학위논문 정보
저자
장경환
학위수여기관
국민대학교 자동차공학전문대학원
학위구분
국내석사
학과
자동차공학전공
지도교수
유진우
발행연도
2022
총페이지
viii, 74
키워드
자율주행 시스템 SOTIF ADAS STPA 위험 원인분석 손실 및 시스템 레벨 위험원 안전 제약사항 Control Structure Control Action Unsafe Control Action 인지 센서 성능 한계 Causal Scenario
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