[논문 리뷰] A Study of the Minimum Safe Distance between Human Driven and Driverless Cars Using Safe Distance Model

Tesfaye Hailemariam Yimer, Chao Wen외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 12.

Autonomous Vehicle Technology and Safety참고 문헌 11인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 자동 긴급 브레이킹을 통해 돌연 정지가 발생할 경우 인간 운전 차량과 완전 자율 주행 차량 간의 최소 안전 거리를 결정하기 위한 안전 거리 차량 따라가기 모델을 제안한다. MATLAB 시뮬레이션을 통해 모델은 세 초 규칙이 보편적으로 안전하다는 것을 입증하였고, 자율 주행 차량을 따라가며 시속 45 km 이상일 경우 두 초 규칙은 추돌 위험을 증가시킨다는 것을 보여주었다.

ABSTRACT

When driving,it is vital to maintain the right following distance between the vehicles to avoid rear-end collisions. The minimum safe distance depends on many factors, however, in this study the safe distance between the human-driven vehicles and a fully autonomous vehicle at a sudden stop by an automatic emergency brake was studied based on the human driver ability to react in an accident, the vehicles' braking system performance, and the speed of vehicles. For this approach, a safe distance car-following model was proposed to describe the safe distance between vehicles on a single lane dry road under conditions where both vehicles keep moving at a constant speed, and a lead autonomous vehicle suddenly stops by automatic emergency braking at an imminent incident. The proposed model then finally was being tested using MATLAB simulation, and results showed that confirmed the effectiveness of this model and the influence of driving speed and inter-vehicle distance on the rear-end collision was also indicated as well compared with the two and three seconds rule of safe following distance. The three seconds safe distance following rules is safe to be applied for all speed limits; however, the two seconds can be used on speed limits up to 45 Km/hr. A noticeable increase in rear-end collision was observed according to the simulation results if a car follows a driverless vehicle with two seconds rule above 45 km/hr.

연구 동기 및 목표

• 자동 긴급 브레이킹로 인한 돌연 정지 상황에서 인간 운전 차량과 자율 주행 차량 간의 최소 안전 거리를 결정하기 위해.
• 다양한 속도와 차량 동역학 조건 하에서 전통적인 두 초 및 세 초 거리 규칙의 효과성을 평가하기 위해.
• 인간 운전자의 반응 시간, 브레이킹 성능 및 차량 속도를 포함한 물리 기반의 안전 거리 모델을 개발하기 위해.
• 통제된 단일 차선, 건조 노면 조건 하에서 MATLAB 시뮬레이션을 통해 모델을 검증하기 위해.
• 기본적인 거리 규칙을 사용하여 자율 주행 차량을 따라갈 경우 추돌 위험을 평가하기 위해.

제안 방법

• 브레이킹 감속과 인간 운전자의 반응 시간을 포함한 차량 운동학을 기반으로 한 안전 거리 차량 따라가기 모델을 개발하였다.
• 선도 차량이 자동 긴급 브레이킹을 통해 돌연 정지하기 전까지 두 차량 모두 일정 속도를 유지한다고 가정하였다.
• 일반적으로 0.7~1.0초의 인간 운전자의 반응 시간과 브레이킹 시스템 성능(감속률)을 모델에 통합하였다.
• 반응 시간 동안 이동한 거리와 브레이킹 시 정지에 필요한 거리의 합으로 최소 안전 거리를 계산하였다.
• MATLAB을 사용하여 다양한 속도(최대 시속 100 km) 범위에서 모델을 시뮬레이션하고, 두 초 및 세 초 규칙과 결과를 비교하였다.
• 다양한 속도와 거리 조건 하에서 추돌 가능성 분석을 통해 모델의 효과성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 돌연 정지 상황에서 인간 운전 차량과 완전 자율 주행 차량 간의 최소 안전 거리는 얼마인가?
• RQ2 시속 45 km 이상에서 두 초 규칙과 세 초 규칙이 추돌 사고를 방지하는 데 어떻게 비교되는가?
• RQ3 자율 주행 차량을 따라가며 추돌 위험이 차량 속도에 따라 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 인간 운전자의 반응 시간과 브레이킹 성능은 자율 주행 차량과의 상호작용에서 요구되는 안전 거리에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 세 초 규칙은 자율 주행 차량을 따라가며 안전 거리를 확보하는 데 보편적으로 적용 가능한가?

주요 결과

• 세 초 규칙은 시속 45 km 이상을 포함한 모든 시험 속도 범위에서 안전한 것으로 확인되었다.
• 자율 주행 차량을 따라가며 시속 45 km 이상일 경우 두 초 규칙은 추돌 위험을 뚜렷이 증가시켰다.
• 제안된 안전 거리 모델은 반응 시간과 브레이킹 성능에 기반해 정지 거리를 정확하게 예측하였다.
• 짧은 거리 간격을 사용할 경우 차량 속도가 증가할수록 추돌 위험이 크게 증가하였으며, 특히 시속 45 km 이상일 경우 더욱 두드러졌다.
• 시뮬레이션 결과는 돌연 긴급 브레이킹 조건 하에서 세 초 규칙이 일관되게 충분한 간격을 제공한다는 것을 확인하였다.
• 모델은 안전 거리가 고정된 시간 간격만으로는 아니라 속도, 반응 시간, 브레이킹 능력에 따라 동적으로 조정되어야 한다는 것을 입증하였다.