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자율주행 자동차의 제어권 전환 시간 확보를 위한 차간 통신 기반 종방향 제어 알고리즘 개발
Development of a Longitudinal Control Algorithm based on V2V Communication for Ensuring Takeover Time of Autonomous Vehicle 원문보기

자동차안전학회지 = Journal of Auto-Vehicle Safety Association, v.12 no.1, 2020년, pp.15 - 25  

이혜원 (한경대학교 기계공학과) ,  송태준 (한경대학교 기계공학과) ,  윤영민 (서울대학교 기계항공공학부) ,  오광석 (한경대학교 기계공학과) ,  이경수 (서울대학교 기계항공공학부)

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This paper presents a longitudinal control algorithm for ensuring takeover time of autonomous vehicle using V2V communication. In the autonomous driving of more than level 3, autonomous systems should control the vehicles by itself partially. However if the driver's intervention is required for func...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 이때 사고를 방지하기 위해서는 충분한 안전거리가 확보되어야 하며 또한 자율주행 자동차는 앞서 기술된 대응 방안으로써 운전자에게 합리적 제어권 전환을 위해 주행 시 선행차량과의 적절한 거리 유지가 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 특정 제어권 전환 시간 적용을 통해 안전을 확보하면서 제어권 전환 시간을 확보할 수 있는 종방향 제어 방법을 제안한다. 2장에서 도출한 제어권 전환 시간 도출 함수를 기반으로 C(k)라고 정의한 현재 선행차량과의 거리에 대해 정리하여 desired clearance를 도출하였으며, 수식 (17)은 case-1의 desired clearance를, 수식 (18)은 case-2의 desired clearance를, 수식 (19)는 case-3의 desired clearance를 도출하였다.
  • 하지만 제어권 전환 상황에서의 사고를 예방하기 위해서는 특정 제어권 전환 시간을 유지하며 주행하는 안전 확보 제어가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 자율주행 시 제어권 전환 상황에서의 안전 확보를 위해 선행차량 속도기반 종방향 제어 알고리즘을 개발하였다. 가정된 상황은 센서의 고장으로 인해 제어권 전환 알림을 준 시점부터 선행차량 및 자차량의 정보를 알 수 없으며 따라서 마지막 계측된 데이터를 이용하여 제어권 전환 가능 시간을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 합리적인 제어권 전환 시간 확보를 위한 desired clearance를 V2V 통신 기반 선행차량의 종방향 속도 조건에 따라 도출하였으며, 그 결론은 다음과 같이 요약될 수 있다.

가설 설정

  • 다음의 상황은 선행차량의 정보를 V2V 통신을 이용하여 실시간으로 속도를 받는 상황을 가정하였으며 Vp 가 Vs보다 빠를 때와 느릴 때의 두 가지 상황으로 구분하였다. 제어권 전환 시간 도출을 위해 시간-속도 평면에서의 기구학적 분석을 수행하였으며 case-1과 마찬가지로 영역을 구분하여 합한 값을 통해 TOT를 도출하였다.
  • 적용된 가정들로 인해 종방향 제어 시 요구 상대 거리가 상대적으로 크게 도출되면서 센서의 물리적 한계 및 교통 상황 그리고 인간 요소를 고려하지 못한 제어가 될 수 있다. 또한 case-2, case-3의 경우 선행차량의 V2V(vehicleto-vehicle)을 이용하여 선행차량의 정보를 알고 있는 주행 상황을 가정하였다. 향후 운전자의 특성을 반영하며 제어권 전환 시간을 고려한 안전 확보 제어 알고리즘을 개발하는 것을 계획하고 있다.
  • 선행차량의 속도가 자차량의 속도보다 느릴 때는 case-2 상황과 마찬가지로 고장 발생 후 선행차량이 제동감속도(abr)를 통해 긴급 정지를 하며 자차량은 제어권 전환 시간 동안의 감속도(at)로 감속 후 제동감속도(abr)를 적용하는 상황을 가정한다. 선행차량이 자차량보다 속도가 느리기 때문에 선행차량과의 거리(Clearance)는 꾸준히 감소하며 다른 상황과 마찬가지로 제어권 전환을 받지 못한다면 긴급 정지를 해야하는 braking point를 제어권 전환 가능 시간으로 정의하였다.
  • 선행차량의 속도가 자차량의 속도보다 빠를 때는 고장 발생시 불가피한 사고를 예방하기 위해 선행차량이 제동 감속도(abr)를 통해 긴급 정지를 하는 상황으로 가정하였다. 또한 case-1의 상황과 마찬가지로 자차량은 운전자의 사고를 방지하기 위한 제어권 전환 시간 동안의 감속도(at) 및 제동감속도(abr)의 조건을 적용하였다.
  • 실 주행 데이터를 이용한 성능 평가 결과 본 연구에서 제안하는 제어권 전환 시간을 고려하는 종방향 제어가 가능함을 확인하였다. 하지만 case-1의 경우 제어권 전환 시간을 도출할 때 고장 발생 시 선행차량이 정지했다는 가정이 적용되었고, 고장 발생 시 이전까지 계측된 선행차량과의 상대 거리를 이용할 수 있다고 가정하였다. 적용된 가정들로 인해 종방향 제어 시 요구 상대 거리가 상대적으로 크게 도출되면서 센서의 물리적 한계 및 교통 상황 그리고 인간 요소를 고려하지 못한 제어가 될 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동차에 탑재된 첨단 운전자 지원시스템 기술은 어떤 것이 있는가? 현대인의 필수품으로 자리 잡은 자동차는 안전성 및 편의성을 위해 다양한 기술 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 현재 판매되는 자동차에는 적응형 정속주행 제어(Adaptive Cruise Control) 및 차선 이탈 자동 복귀 시스템(Lane Keeping Assist System) 등 다양한 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistance System) 기술이 차량에 탑재되어 있다.
고장-안전 시스템은 어떠한 단계들로 이루어져 있는가? 고장-안전 시스템은 고장을 감지 및 재건하는 인지 단계, 고장의 정도에 따라 분류하는 판단 단계, 그리고 고장에 대응하기 위한 제어단계로 이루어진다. 제어 단계에서는 판단된 고장의 정도에 따라 정상 주행, 경고, 제어권 전환, 갓길 주차, 긴급 정지의 제어 입력이 인가되며 고장의 판단에 따라 운전자에게 선택적으로 또는 필수적으로 제어권이 전환된다.
고장-안전 시스템의 제어 단계를 설명하시오. 고장-안전 시스템은 고장을 감지 및 재건하는 인지 단계, 고장의 정도에 따라 분류하는 판단 단계, 그리고 고장에 대응하기 위한 제어단계로 이루어진다. 제어 단계에서는 판단된 고장의 정도에 따라 정상 주행, 경고, 제어권 전환, 갓길 주차, 긴급 정지의 제어 입력이 인가되며 고장의 판단에 따라 운전자에게 선택적으로 또는 필수적으로 제어권이 전환된다. Table 1은 기존 연구를 통해 본 연구에서 고려된 자율주행 자동차의 고장-안전 체계를 나타낸다.
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참고문헌 (14)

  1. 송태준, 이혜원, 오광석, 박성렬, 이경수, 2019, "자율주행 자동차의 기능 안전을 위한 고장 단계 판단 알고리즘 및 종방향 고장 탐지 기반 성능평가", Trans. Koreans Soc. Eng. A, Vol. 43, No. 2, pp. 119-128. 

  2. 이종민, 박성렬, 오광석, 정용환, 이경수, 2017, "자율주행을 위한 기능적 관점에서의 고장안전 체계", 대한기계학회 학술대회, pp. 1574-1578. 

  3. 오광석, 박성렬, 이경수, 2019, "다중 슬라이딩 모드 관측기를 이용한 모델 예측 기반 종방향 자율주행 센서 고장 탐지 알고리즘", Trans. Koreans Soc. Eng. A, Vol. 43, No. 3, pp. 161-168. 

  4. Christian, G., Riender, H. and Klaus, B., 2018, "Modeling take-over performance in level 3 conditionally automated vehicles", Accident Analysis & Prevention 116, pp. 3-13. 

  5. 민경보, 허룡, 김광오, 최명진, 이상원, 2017, "자율주행차량의 제어권 전환을 위한 시나리오 기반 알림 시스템 제안", 한국HCI학회 학술대회, pp. 1156-1160. 

  6. 김두용, 임재환, 이혁기, 최인성, 신재곤, 홍윤석, 박기홍, 2017, "ADAS 시스템의 고장 주입 시뮬레이션 환경 개발 및 고장 안전성 평가 사례 연구", Transaction of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 25, No. 6, pp. 767-777. 

  7. 김나은, 양민영, 이지인, 김진우, 2018, "자율주행 자동차의 제어권 전환 상황에서 요구되는 정보 유형에 관한 연구", Journal of Digital Contents Society, Vol. 19, No. 1, pp. 113-122. 

  8. Korber, M., WeiBgerber, T., Kalb, L., Blaschke, C., & Farid, M., 2015, "Prediction of take-over time in highly automated driving by two psychometric tests", Dyna, 82(193), pp. 195-201. 

  9. 박정철, 2017, "첨단운전지원시스템의 제어권 이양 에 대한 리뷰", Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol. 36, No. 6, pp. 665-675. 

  10. Kangwon Lee and Huei Peng, 2008, "A longitudinal human driving model for adaptive cruise control performance assessment", ASME 2002 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, pp. 675-682. 

  11. Foghor Tanshi and Dirk Soffker, 2019, "Modeling of takeover variables with respect to driver situation awareness and workload for intelligent driver assistance", IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), pp. 1667-1672. 

  12. ISO, "Mechanical Vibration and Shock Evaluation of Human Exposure to Whole Body Vibration", Part 1: General requirement, ISO 2631-1. 

  13. Bo Zhang, Joost de Winter, Silvia Varotto, Riender Happee and Marieke Martens, 2019, "Determinants of take-over time from automated driving:A metaanalysis of 129 studies", Transportation Research Part F 64, pp. 285-307. 

  14. Seungwuk Moon and Kyongsu Yi, 2008, "Human driving data-based design of a vehicle adaptive cruise control algorithm", Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility, 46(8), pp. 661-690. 

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