Study on the Operational Test Scenarios for Assessment of Unmanned Ground Vehicle's Operational Suitability

Abstract

최근 육군은 자율주행 기술을 육군의 무기체계 및 수송체계에 도입하기 위한 연구를 진행하고 있다. 육군의 훈련 및 전시 상황은 대부분 비포장 도로로 이루어져 있어 자율주행 기술을 도입하기 위해서는 일반 도심환경과 다른 상황에서의 성능 변화를 검토해야 한다. 비포장 도로 주행에 따라 차량의 진동으로 인해 차량에 장착된 센서의 인지 능력이 저하되는 예시가 존재한다. 따라서 자율주행 기술의 도입을 위해 육군 특성에 맞는 시나리오를 정의하고, 자율주행 차량의 운용 적합성을 평가할 수 있어야 한다. 본 논문은 육군의 차량의 운용 환경에서 자율주행 차량의 운용 적합성을 평가하기 위한 시험 시나리오와 평가 지표를 개발하였다. 시험 시나리오는 페가수스 프로젝트의 6-레이어 포맷을 참조하여 제안하였다. 페가수스 프로젝트의 정의와 육군 사고사례를 소개하고 이를 바탕으로 시나리오를 개발하였다. 시나리오는 추상 수준에 따라 Functional Scenario, Logical Scenario, Concrete Scenario로 구분하여 작성하였다. 제안한 시나리오에 주행도로의 노면 특성을 포함하여, 육군 운용 환경을 반영하도록 하였다. 운용적합성 평가를 위해서 자율주행 차량의 주행 안전성, 승차감 및 자율주행 성능을 평가하고자 하였다. 안전성 평가 항목은 횡 방향 오착, 횡 방향 가속도, 종 방향 가속도, 각 바퀴 별 연직 방향 힘으로 제시하였다. 승차감은 연직 방향 가속도로 확인하였고, 자율주행 성능은 조향각으로 확인하였다. 개발한 시나리오에 대해 구성한 시뮬레이션 환경에서 자율주행 차량을 테스트하여 제시한 평가 항목에 대한 성능을 검토하였다. 시뮬레이션 환경은 TruckSim 소프트웨어와 MATLAB을 이용하여 구축하였다. 구축한 시뮬레이션 환경에서 시나리오 별 테스트를 통해 자율주행 차량의 주행 안전성, 승차감 및 자율주행 성능을 확인하였다. 특히, 제안한 시나리오 중 비포장도로 곡선 경로를 고속으로 주행하는 경우 차선 유지 성능이 악화됨을 확인하였으며, 제안한 시나리오의 필요성을 알 수 있었다. 제안한 시험 시나리오와 평가 지표는 대한민국 육군의 자율주행 차량의 무기 체계 및 수송 체계에 도입할 때 운용 적합성을 증대하는 데에 기여하고, 수송 안전 예규 작성 시에도 참고할 수 있을 것으로 예상된다.

In recent years, the Korean Army has been actively carrying out research to adopt autonomous driving technology into their weapons and transportation systems. A key point to note is that most training and actual war-time scenarios require mobility in unpaved and off-road scenarios, hence there is a need to assess the performance of autonomous driving systems in such situations. As an example, severe vibrations arising from these unpaved roads may result in the degradation in performance of on-board perception sensors. Therefore, scenarios that fit the environmental characteristics of the Korean Army need to be defined in order to accurately assess the applicability of autonomous vehicles. This paper presents a series of test scenarios and evaluation metrics to evaluate the applicability of autonomous driving systems for the Korean Army. The scenarios were developed based on the 6-Layer format adopted from the Pegasus Project, in conjunction with various accident cases from the Korean Army. Depending on their level of abstraction, the scenarios were categorized into three types: Functional, Logical and Concrete Scenarios. Within these scenarios, specific traits regarding the road surface were also included to more accurately represent the use-cases within the Korean Army. As a measure for performance, the vehicles stability, ride comfort, and autonomous driving capabilities were evaluated using the following metrics. For stability, lateral error, lateral acceleration, longitudinal acceleration and the vertical force on each wheel were used. For ride comfort, vertical acceleration of the vehicle was utilized. Finally for the autonomous driving capabilities, the steering wheel angle was observed. Furthermore, a simulation environment was developed in TruckSim and MATLAB to assess the aforementioned performance measures of autonomous vehicles. Simulation results have shown a significant degradation in lane-keeping abilities for high-speed, unpaved, curved roads, further reinstating the need for such scenarios. The proposed scenarios and evaluation metrics are expected to play a significant role in improving the applicability of autonomous vehicles into the Korean Armys weapons and transport systems, as well as provide a framework for transport safety regulations in the near future.