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The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems Vol.24 No.2 pp.167-183
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2025.24.2.167
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2025.24.2.167
Fail-Operational Design and Validation for Autonomous Driving Safety in Roundabout Environments
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Abstract
This paper proposes and validates a Fail-Operational design to ensure the safety of autonomous driving systems in complex urban environments. Roundabouts, which combine various factors such as curvature radius, road boundaries, and entry/exit conditions, demand high precision and stability in steering and speed control. Based on traffic accident data from the National Police Agency, key single-vehicle accident types were analyzed to derive representative scenarios. Following the concept phase outlined in ISO 26262 Part 3, the potential malfunctions of critical functions were evaluated, and ASIL levels were determined to formulate detailed Fail-Operational designs for acceleration, deceleration, and steering functionalities. Subsequently, a 1oo2D safety mechanism incorporating fault detection and recovery strategies was developed. This study presents practical design methodologies to enhance the safety of autonomous driving systems in complex traffic conditions, such as roundabouts, and verifies the efficacy of the Fail-Operational design through MIL-based simulations and fault injection scenarios.
회전 교차로 환경에서 자율주행 안전을 위한 Fail-Operational 설계 및 검증 연구
초록
본 논문은 자율주행 시스템의 안전성을 확보하기 위해 복잡한 도심 환경에서 Fail-Operational 설계를 제안하고 검증하였다. 회전 교차로는 곡률 반경, 도로 경계, 진입 및 탈출 조건이 복합적으 로 작용하여 조향 및 속도 제어의 정밀성과 안정성이 요구되는 환경으로, 경찰청 교통사고 데이 터를 기반으로 주요 단독 사고 유형을 분석하여 시나리오를 도출하였다. ISO 26262 Part 3의 개념 설계 단계에 따라 주요 기능의 오작동 가능성을 평가하고, ASIL 등급 산출을 통해 가속, 감속, 조향 기능의 Fail-Operational 설계를 구체화하였다. 이를 통해 고장 탐지 및 복구 메커니즘을 포함한 1oo2D 안전 매커니즘을 설계하였다. 회전 교차로와 같은 복잡한 도로 환경에서 자율주행 시스템의 안전성 강화를 위한 실질적인 설계 방안을 제시하며, Fail-Operational 설계를 MIL 기반 시뮬레이션을 통해 주요 오류 주입 시나리오에서 설계의 유효성을 검증하였다.
