자율주행 Fail-Operational 판단부 고장 감지 기법 연구: 횡방향 제어기 및 위험 판단 중점으로

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 자율주행 차량 판단부의 핵심 기능에 서로 다른 원리의 알고리즘을 병렬 적용하고, 두 결과의 불일치를 이용하여 이상 여부를 검출하는 이기종 이중화 알고리즘을 제안한다.

자율주행 차량의 판단부는 주변 상황을 해석하여 조향, 충돌 위험 판단, 안전 경고를 수행하지만, 단일 알고리즘에 의존할 경우 특정 주행 조건에서 오판이 발생할 수 있으며 이는 잘못된 조향 명령, 위험 누락, 또는 불필요한 제어 개입으로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 보완하기 위해 조향 판단, 충돌 시간 판단, 위험도 판단에 대해 상이한 원리의 알고리즘을 병렬 적용하고, 각 결과 간 불일치를 기반으로 이상 여부를 검출하는 구조를 설계한다. 조향 판단에서는 Pure Pursuit와 Stanley 조향각을 동시에 산출하여 조향각 차이, 조향 방향 일치 여부, 단기 예측 경로 차이 및 차선 경계 여유를 비교한다. 충돌 시간 판단에서는 기존 TTC와 보조 TTC를 병렬 산출하여 충돌 예상 시간 차이와 경고 발생 여부를 비교한다. 판단 결과의 신뢰성 향상을 위해 조향각, TTC 및 위험도 비교 결과에 대해 임계값 및 지속시간 기반 비교기（Threshold-Counter）, 누적 변화 검출 기반 비교기（CUSUM）, 순차 가설 검정 기반 비교기（SPRT）를 병렬 적용한다. 각 비교기는 정상 및 이상 여부를 독립적으로 판정하며, 최종적으로 2-out-of-3 다수결 구조를 통해 이상 여부를 결정한다. 이를 통해 순간적인 노이즈나 특정 비교기의 오판에 대한 영향을 줄이고, 지속적인 불일치와 잠재적 판단 이상을 효과적으로 검출할 수 있다. 실험 결과 제안한 방법은 판단부 오동작에 대한 검출 성능을 향상시키고 자율주행 차량의 판단 신뢰성과 안전성을 높일 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 연구 방법 5
• 2.1. 자율주행 판단부 이중화 구조 설계 6
• 2.2. 조향 판단 이중화 및 후보 조향각 산출 9
• 2.2.1 Pure Pursuit, Stanley 기반 목표 조향각 산출 및 결과 불일치 비교 10
• 2.3. 충돌 시간 판단 이중화 및 TTC 비교기 설계 14
• 2.3.1. Primary, Checker TTC 산출 및 불일치 검출 15
• 2.4. 비교기 설계 및 최종 이상 검출 로직 18
• 2.4.1 Threshold-Counter 비교기 21
• 2.4.2 CUSUM 비교기 23
• 2.4.3 SPRT 비교기 25
• Ⅲ. 결과 및 분석 27
• 3.1. 실험 방법 27
• 3.2. 실험 결과 30
• 3.3. 결과 분석 및 논의60
• Ⅳ. 결 론 62
• 참고문헌 63
• Abstract 66