[논문 리뷰] Towards a Functional System Architecture for Automated Vehicles

Simon Ulbrich, Andreas Reschka외 6명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 24.

Autonomous Vehicle Technology and Safety참고 문헌 30인용 수 69

한 줄 요약

본 논문은 구현에 의존하지 않는 계층적 기능 시스템 아키텍처를 자동운전 차량에 대해 제시하며, 환경/자기 인식, 계획/제어, 위치확인/지도 제공, 및 Vehicle-To-X 통신을 통합하고 Stadtpilot/aFAS 배치에 대해 검증되었다.

ABSTRACT

This paper presents a functional system architecture for an automated vehicle. It provides an overall, generic structure that is independent of a specific implementation of a particular vehicle project. Yet, it has been inspired and cross-checked with a real world automated driving implementation in the Stadtpilot project at the Technische Universität Braunschweig. The architecture entails aspects like environment and self perception, planning and control, localization, map provision, Vehicle-To-X-communication, and interaction with human operators.

연구 동기 및 목표

• 자동운전 차량을 위한 일반적이고 구현에 독립적인 아키텍처를 제안한다.
• 장기 소프트웨어 개발을 안내하는 명확한 분리와 계층 구조를 가진 모듈식 인터페이스를 정의한다.
• 환경 인식, 자기 인식, 위치확인, 지도, V2X, 및 인간 상호작용을 하나의 응집 프레임워크로 통합한다.
• 맥락/장면 모델링과 자기 모니터링을 도입하여 강인하고 안전한 자율운행을 지원한다.
• 아키텍처를 실제 배치(Stadtpilot, aFAS)와 연계하고 이전 연구와 비교하여 개선점을 강조한다.

제안 방법

• 지각에서 작동까지의 계층적이고 역U형 신호 흐름을 채택하여 운전 작업 수준(안정화, 안내, 내비게이션)과 일치시킨다.
• 환경 인식/자기 인식, 계획/제어, 및 통신으로 모듈을 명시적인 인터페이스와 데이터 흐름으로 구조화한다.
• 장면/맥락 모델링과 자기 표현을 도입하여 지각 데이터를 집계하고 계획을 보조한다.
• 지각, 위치확인/지도 제공, 계획/제어 및 V2X 간 인터페이스를 정의하여 데이터 융합과 불확실성을 관리한다.
• 이전 아키텍처들에 대해 맥락/장면 모델링 확장, 도로 수준의 환경 모델링, 명시적 실행 모니터링 등 향상을 프레이밍한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구현에 의존하지 않는 모듈식 아키텍처를 명확한 인터페이스와 함께 설계하려면 어떻게 해야 하는가?
• RQ2 지각, 위치확인/지도 제공, 계획/제어, 및 V2X가 서로 어떻게 구성되고 연결되어 강인한 자율주행을 지원하는가?
• RQ3 맥락/장면 모델링과 자기표현이 지각 및 계획에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 실행 모니터링과 안전 고려사항을 아키텍처에 어떻게 통합할 수 있는가?
• RQ5 아키텍처가 Stadtpilot 및 aFAS 프로젝트와 같은 실제 배치와 어떻게 정렬되는가?

주요 결과

• 아키텍처는 지각, 위치확인/지도 제공, 계획/제어, 및 통신 간에 명확하게 정의된 인터페이스를 갖춘 깔끔하고 모듈식 구조를 제공한다.
• 계층적 운전 작업 정렬(안정화, 안내, 내비게이션) 및 역U 데이터 흐름을 채택하여 처리 단계를 관리한다.
• 맥락/장면 모델링과 자기 표현은 지각과 계획/제어를 통합하는 데 중심적이며 강건성과 의사결정력을 향상시킨다.
• V2X 정보는 외부 데이터 소스의 불확실성과 이질성을 다루기 위해 온보드 센서와 구별되게 취급된다.
• 이 아키텍처는 실제 자율주행 프로젝트(Stadtpilot, aFAS)와의 반복 검증을 통해 실용적 적용 가능성을 보여준다.
• 이전 버전에 비해 향상된 계획/제어 서브모듈, 향상된 교통 표지/신호 처리, 명시적 실행 모니터링 등 향상이 포함되어 있다.