[논문 리뷰] Driving Simulator Platform for Development and Evaluation of Safety and Emergency Systems

Andrés E. Gómez, Tiago C. dos Santos외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 01.

Autonomous Vehicle Technology and Safety참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 차량 안전 및 비상 시스템, 특히 협동 차량 시스템과 주행 보조 시스템(DAS)을 개발하고 평가하기 위한 유연하고 적응 가능한 주행 시뮬레이터 플랫폼을 제안한다. 이 플랫폼은 현실적인 시뮬레이션을 위한 맞춤형 하드웨어 및 소프트웨어 구성이 가능하며, 주요 결과로는 V2V 통신 지연이 시스템 성능에 상당한 영향을 미치며, DAS 경고만으로는 심각한 상황에서 운전사의 반응을 확보하기에는 부족하다는 점을 보여준다.

ABSTRACT

According to data from the United Nations, more than 3000 people have died each day in the world due to road traffic collision. Considering recent researches, the human error may be considered as the main responsible for these fatalities. Because of this, researchers seek alternatives to transfer the vehicle control from people to autonomous systems. However, providing this technological innovation for the people may demand complex challenges in the legal, economic and technological areas. Consequently, carmakers and researchers have divided the driving automation in safety and emergency systems that improve the driver perception on the road. This may reduce the human error. Therefore, the main contribution of this study is to propose a driving simulator platform to develop and evaluate safety and emergency systems, in the first design stage. This driving simulator platform has an advantage: a flexible software structure.This allows in the simulation one adaptation for development or evaluation of a system. The proposed driving simulator platform was tested in two applications: cooperative vehicle system development and the influence evaluation of a Driving Assistance System ( extit{DAS}) on a driver. In the cooperative vehicle system development, the results obtained show that the increment of the time delay in the communication among vehicles ($V2V$) is determinant for the system performance. On the other hand, in the influence evaluation of a extit{DAS} in a driver, it was possible to conclude that the extit{DAS'} model does not have the level of influence necessary in a driver to avoid an accident.

연구 동기 및 목표

• 인간의 실수로 인한 높은 도로 사망률을 해결하기 위해 안전 및 비상 시스템을 테스트할 수 있는 도구를 개발하기 위해.
• 고정식이면서 고비용인 시뮬레이터의 한계를 극복하기 위해, 융통성 있고 개방형 아키텍처를 갖춘 주행 시뮬레이터 플랫폼을 구축하기 위해.
• 연구자들이 제작 및 평가할 수 있는 제어된 반복 가능한 조건 하에서 맞춤형 시나리오를 사용해 안전 시스템을 프로토타이핑하고 평가할 수 있도록 하기 위해.
• 비상 상황에서 주행 보조 시스템(DAS)이 운전사 행동에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• V2V 통신 지연이 협동 차량 시스템 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 다양한 연구 요구사항을 지원하기 위해 유연하고 구성 가능한 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소를 갖춘 모듈식 주행 시뮬레이터 플랫폼을 설계하기 위해.
• 연구자가 차량 동역학, 센서 모델, 통신 프로토콜을 수정할 수 있도록 하는 융통성 있는 소프트웨어 아키텍처를 구현하기 위해.
• 협동 시스템 내 차량 간 통신(V2V) 상호작용을 시뮬레이션하기 위해 V2X 통신 모델을 통합하기 위해.
• 실제 도로 주행 조건을 재현하기 위해 현실적인 시각 및 운동 시뮬레이션 환경을 구축하기 위해.
• 인간 참가자를 활용한 제어 실험을 통해 DAS가 운전사 행동에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 통계적 분석(예: 부트스트랩 신뢰구간)을 사용하여 DAS 그룹과 비DAS 그룹 간의 운전사 반응을 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 변동하는 V2V 통신 지연이 시뮬레이션 환경에서 협동 차량 시스템 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 비상 충돌 상황에서 주행 보조 시스템(DAS)이 운전사 행동에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 융통성 있는 주행 시뮬레이터 플랫폼이 안전 및 비상 시스템의 초기 단계 개발 및 평가에 효과적으로 기여할 수 있는가?
• RQ4 예를 들어 소리 경고와 같은 정보성 DAS 경고가 충돌을 피하기 위한 적시 운전사 행동을 유도하는 데 충분한가?
• RQ5 DAS 조건과 비DAS 조건 간에 운전사 반응 지표(예: 속도, 브레이크 적용)의 차이가 어떻게 나타나는가?

주요 결과

• V2V 통신 지연 증가가 협동 차량 시스템 성능을 심각하게 악화시키며, 낮은 지연 시간 통신의 필수성을 시사한다.
• 두 번째 충돌 시나리오에서 DAS 모델을 사용한 운전사들은 DAS 없이 운전한 사람들보다 약 20 km/h 느리게 주행했으며, 이 차이에 대해 95% 신뢰구간이 지지한다.
• DAS 모델이 경고를 발령했음에도 불구하고, DAS 그룹의 모든 참가자가 두 번째 충돌 상황의 초반 단계에서 브레이크를 밟지 않았다.
• DAS 모델이 충돌 회피를 위한 적시 행동을 확보하기 위해 운전사에 충분한 영향을 주지 못했으며, 더 능동적 또는 강력한 간섭 조치가 필요함을 시사한다.
• 참가자들은 첫 번째 충돌을 경험한 후에야 DAS의 영향을 이해했으며, 이는 시스템에 대한 지각적 적응이 지연됨을 시사한다.
• 시뮬레이션 플랫폼은 안전 시스템의 초기 단계 평가를 성공적으로 지원하여, 연구 및 개발에 있어 실용성을 입증했다.