Level 3 자율주행 운전자 제어권 인수 검증 프로세스 연구

국문 초록 (Abstract)

자율주행 기술의 도입은 운전자들에게 편의를 제공할 것이다. 하지만 완전 자율주행이 도입되기까지 부분 자율주행 단계를 필연적으로 거치게 되는데, 운전자들의 자율주행 기술에 대한 이해 부족이나, 기술 과신 등의 이유로 부분 자율주행 운전자의 역할을 제대로 수행하지 못할 수 있다.
국제자동차기술자협회(SAE)에 따르면 level 3 자율주행 운전자의 경우 시스템의 제어권 인수 요청 시 반드시 제어권을 인수해야 할 의무가 있다. 따라서 level 3 자율주행 시스템은 운전자가 제어권 인수 준비 상태를 갖추었는지 모니터링할 필요가 있다.
본 연구에서는 운전자 모니터링 시스템을 구현하고 이 시스템이 운전자 관점에서 적합한지 검증하기 위한 프로세스를 구축하고자 하였다.
STPA(System-Theoretic Process Analysis) 안전 분석 기법을 활용하여 제어권 인수 상황에서 발생할 수 있는 위험 시나리오를 도출하였다. 도출된 위험 시나리오 중 일부를 선정하여 총 40명을 대상으로 Human in the loop 실험을 진행하였다.
그 결과, 운전자 모니터링 시스템의 운전자 관점에서 부적절하게 작동하여 운전자의 위험 행동을 유발하는 경우가 있는 것으로 나타났다. 운전자가 위험 행동을 선택하게 되는 원인을 분석하여 이를 예방하기 위한 시스템 요구사항을 도출하였다. 결과적으로 운전자 모니터링 시스템의 잠재적인 위험 요인을 확인하고 예방할 수 있는 프로세스를 구축하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The introduction of autonomous driving technology will provide convenience to drivers. However, until full autonomous driving is introduced, it is inevitable to go through the partial autonomous driving stage, and drivers may not be able to play the role of partial autonomous driving drivers due to their lack of understanding of autonomous driving technology or overconfidence.
According to the Society of Automotive Engineers(SAE), level 3 self-driving drivers are obligated to take over control when requesting to take over control of the system. Therefore, the level 3 autonomous driving system needs to monitor whether the driver is ready to take over control.
In this study, we intended to implement a driver monitoring system and establish a process to verify that the system is suitable from a driver's point of view.
Using the STPA (System-Theoretic Process Analysis) safety analysis method, we derive a possible risk scenario in a control takeover situation. Some of the derived risk scenarios were selected and a human in the loop experiment was conducted on a total of 40 people.
As a result, it was found that there are cases in which the driver's dangerous behavior is caused by improper operation from the driver's perspective of the driver monitoring system. The cause of the driver's choice of dangerous behavior was analyzed to derive system requirements to prevent the occurrence of such dangerous
behavior. As a result, we have established a process to identify and prevent potential risk factors for driver monitoring systems.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.3 연구 목표 4
• 제2장 STPA(System-Theoretic Process Analysis) 위험 분석 5
• 2.1 STPA(System-Theoretic Process Analysis) 5
• 2.1.1 STPA 배경 5
• 2.1.2 STPA 특징 6
• 2.1.3 STPA 위험 분석 방법 7
• 2.1.3.1 사고 및 위험 정의 8
• 2.1.3.2 Control structure 도식화 9
• 2.1.3.3 Unsafe control action 도출 10
• 2.1.3.4 원인 시나리오 도출 11
• 2.2 인간을 위한 STPA 분석 12
• 제3장 운전자 모니터링 시스템 검증 프로세스 설계 14
• 3.1 운전자 모니터링 시스템 15
• 3.1.1 운전자 모니터링 시스템 성능 기준 16
• 3.1.2 운전자 모니터링 시스템 구현 17
• 3.2 운전자 모니터링 시스템 STPA 분석 19
• 3.2.1 운전자 모니터링 시스템 사고 및 위험 정의 19
• 3.2.2 운전자 모니터링 시스템 Control structure 도식화 20
• 3.2.3 운전자 모니터링 시스템 Unsafe control action 도출 21
• 3.2.4 운전자 모니터링 시스템 원인 시나리오 도출 22
• 3.3 운전자 모니터링 시스템 검증 실험 설계 25
• 3.3.1 가설 설정 25
• 3.3.2 독립 변수 26
• 3.3.3 종속 변수 29
• 3.3.4 주행 시나리오 설계 31
• 3.3.5 실험 장비 35
• 3.3.6 실험 방법 37
• 3.3.7 실험 참가자 39
• 제4장 실험 결과 40
• 4.1 기술 통계 40
• 4.2 추론 통계 53
• 제5장 결론 58
• 5.1 운전자 모니터링 시스템 검증 실험 결과 58
• 5.2 운전자 모니터링 시스템 요구사항 60
• 5.3 연구 성과 62
• 5.4 향후 과제 63
• 참고 문헌 64
• Abstract 67
• 부록 69