안녕하세요 별빛입니다 오늘은 교내 과학탐구 토론대회의 개요소 수상작을 올리겠습니다.참고바랍니다
논제는 다음과 같습니다.자율주행자동차 상용화와 관련해서 해결해야 할 문제를 3가지 선정해서 해결하기 위한 창의적인 방법을 과학적 근거와 함께 제시하라.우리 팀은 자율주행 자동차의 시스템 오류로 일어나는 사고를 막기 위한 해결책이 필요하다고 생각했다. 따라서 여기에 초점을 맞춰 로직에 오류, 내부 시스템 고장, 내부 시스템 해킹이라는 세 가지 문제점을 선정했다.첫째로, 자율주행 자동차 중심의 판단 로직에 의해서 사고회피시에 주위의 차량이나 보행자가 피해를 받을 가능성이 있어, 사고방지 로직에 의해서 혼잡 지역에서 정상적인 운행이 어려워진다고 하는 문제점이 있다. 우리 팀은 이를 해결하기 위한 해결책으로서 EAA & V2C(Exclusive Area for Autonomous & Vehicle to Cloud)를 제시한다.둘째, 우리 팀은 카메라 오작동과 동일한 H/W 및 내부 시스템 고장 시 안전을 확보하기 위한 해결책으로 RIMA 시스템(Redundancy & In-Vehicle Network & Manual Switching System & Alarming System) 및 V2V 통신을 활용한 Sharing 시스템 구축을 제시한다.셋째, 한국팀은 해킹을 통해 안전을 위협하는 테러리스트를 막기 위한 해결책으로 SQUS(Security and Quick Updating System)를 제시한다.창의적 문제의 해결책 1. 자율주행 자동차 로직 판단 실수에 대한 해결방안 (1) 문제상황 : 자율주행 차량 핵심기술인 ADAS(첨단운전자 보조시스템)의 중심은 스스로 충돌을 피하거나 운전자가 피하도록 경고를 해주는 ‘충돌방지시스템’일 것. 기본적으로 FCW(전방충돌 경고), FCA(전방충돌 방지 보조), BCW(사각지대충돌 경고)가 있을 것. 이와 함께 자율주행 자동차는 이동에 방해받는 장애물을 피하려는 논리를 갖고 있어 이로 인한 문제 상황이 발생할 수 있다.문제1) 옆차량이 갑자기 차선을 바꾸는 등의 자율주행차량의 판단로직범위를 벗어난 행동을 할 때 앞차와 사고를 내지 않는 자율주행차량중심의 판단로직을 통해 사고를 회피한다. 이때 자율주행 자동차가 사람이 많은 보행로로 뛰어들거나 다른 차량과 부딪쳐 많은 사람과 운전자가 다칠 수 있다.문제2)의 자율주행차량과 일반차량이 동일한 도로에서 주행하는 경우에는 일반차량의 운전자가 자율주행차량의 사고방지 로직을 사전에 알고 악의적으로 자율주행차량의 정상주행을 방해할 수 있다.(2) 해결방안 : EAA & V2C (자율주행차량전용지역 & 중앙통제 = Exclusive Area For Autonomous & Vehicle to Cloud) – EAA(Exclusive Area for Autonomous) : 자율주행차량전용지역으로 현재 한국, 일본 등에서 시행하고 있는 버스전용차로와 유사하게 시행되고 있다. 일반 차량이 자율주행 차량을 방해하는 등의 행위를 미연에 방지하기 위해 자율주행 차량만이 사용 가능한 지역을 만들어 놓을 것. 일반차량과 자율주행차량간의 도로구분을 위해서는 red lane을 사용한다. 현재 사용되지 않는 다음 색으로는 white, skyblue, yellow가 있는데, 추체세포에 red 계열을 보는 장파장세포인 로우세포가 가장 많고, 멀리서도 red lane가 눈에 띄기 쉬워 가장 효과적일 것.* EAA는 일반차량이 자율주행차량을 의도적으로 방해하는 것을 미연에 차단하는 것에 효과적이지만 실질적으로 일반차량이 자율주행차량을 방해하는 상황이나 사고가 날 수 있는 상황에서 자율주행차량이 빠져나오기 위한 해결책이 필요하므로 V2C를 제시할 것. – V2C(Vehicle to Cloud) : 모든 자율주행차량의 경로 및 현주행자동차의 경로 및 현주행차량에 대해 Cloud 이를 통해 일반 차량, 보행자, 자율주행 자동차 등 모든 교통상황을 제어해 원활하고 안전한 운행이 가능하도록 함.(i)교차로내 신호현시 : 신호정보를 수집하여 자율주행차가 안전주행을 할 수 있도록 지원을 강화함.(ii) 보행자 Care : 자율주행차를 통한 적외선 및 영상의 집게손가락으로 보행자의 현재 위치를 파악하여 교차로 등 사고다발 지역에서의 보행자 도보 안전 지원을 강화한다.(ii) 도로환경감시 : 주요지점 노면정보를 수집하여 사고 및 위험지역을 우회할 수 있는 경로를 제시하고 자율주행차량 및 일반차량의 안전주행지원을 강화함.(iv) 자율주행 도로감시 : 돌발상황이 발생했을 경우 모니터링을 위해 자율주행차량 및 일반차량 주행상태, 도로교통 정보를 수집하고 실시간 현황을 파악하여 신속한 해결책을 제시한다.
2. 자율주행 자동차 내부시스템 및 H/W 고장 해결방안 (1) 문제상황 : 2018년 3월 테슬라, 자율주행 자동차 사고가 태양역광으로 인한 오인사태. 즉, 의외의 기후현상으로 자율주행 차량의 판단능력이 저하된 것. 이 같은 센서 인식률 저하와 센서 오작동으로 전문가들은 센서 개발과 V2X(양방향 통신)에 초점을 맞추고 있지만 실질적으로 센서가 고장 난 상태에서 운전자가 사고 상황을 벗어날 수 있는 명확한 해결책은 부족하다.- 센서 고장 : 센서 오작동 시 차량 주위 상황에 대한 인식이 불가능하게 정확한 경로나 위험상황을 예측하지 못했다.- 액추에이터 고장 : 액추에이터 고장이 발생하여 정해진 경로로 이동하는 것이 불가능하여 급커브나 방향전환에 어려움이 있음.-ECU 고장 : ECU가 고장 나더라도 엔진 자동변속기 브레이크장치 등의 조작이 불가능해져 급발진이나 급브레이크 등 위험한 이동이 생길 수 있을 것.(2) 해결방안 1: RIMA 시스템 구축(Redundancy & In-Vehicle Network & Manual Switching System & Alarming System) – Redundancy : 센서, 액추에이터, ECU 고장으로 인한 오작동을 갖추고 즉시 교체되는 예비부품을 2개 이상 차량 내에 설치하여 상호 보완할 것.Manual Switching : 고장난 H/W가 교체된 이후에도 동일한 상황이 다시 반복되는 등 전혀 위험에서 벗어난 것이 아니기 때문에 위험상황을 우선적으로 모면하기 위해 운전자가 직접 운전하도록 전환한다.Alarming System : 3등급 자율주행자동차의 경우 맑은 날씨와 동일한 제한적인 조건에서 자율주행이 가능하지만 운전자가 여전히 없어서는 안 될 단계일 것. 그러나 2016년 5월 3등급 테슬라 자율주행차량 사고 당시 운전자는 37분 주행시간 중 25초만 운전하는 등 자율주행의 위험성에 대한 사람의 경각심이 부족하다. 이뿐 아니라 탑승자가 잠을 자거나 졸고 있는 상태라면 수동 운전이 어려워진다는 것. 이 부분을 현재 위험상황을 탑승자에게 알려주는 Alarming System을 개발, 사용하여 해결한다.(3) 해결방안 2 Sharing (feat. V2V) : 특정 자율주행 자동차의 센서 고장 시 V2V 통신(자동차와 자동차 사이의 직접적인 통신)을 활용하여 가장 가까운 자율주행 자동차와 연결 후 전달받은 경로를 이용하여 안전한 장소로 안내되는 시스템을 개발한다. 액추에이터나 ECU에 고장이 발생하여 독자적인 이동 자체가 위험하므로 다른 차량과 H/W를 통한 연결로 이동할 수 있도록 만들 것.
3. 해킹 테러를 방지하기 위한 해결방안(1)의 자율주행자동차 내부시스템 해킹(i) 자율주행자동차 해킹 문제점 : 2016년 동사의 자율주행자동차 해킹 사례가 제시됨에 따라 2015년 블랙햇 컨퍼런스에서 찰리 밀러와 크리스 바라섹이 차량 인포테인먼트 시스템을 해킹하고 차량 브레이크, 운전대 등 핵심부품을 원격으로 조종한다. 자율주행자동차가 상용화되면 이런 해킹을 통해 안전을 위협하는 테러리스트가 늘어날 가능성이 높다.(ii) 자율주행자동차 해킹경로: 자동차는 자동차를 움직이는 직접적인 장치인 구동부, 자동차를 제어하는 전자제어장치(ECU), 외부와 연결할 수 있는 인포테인먼트(Infotainment) 시스템으로 구분된다. ECU 간의 데이터 전송 및 교환은 CAN(Controller Area Network) 컨트롤러(컴퓨터의 데이터 전송 통로)를 통해 이루어진다.(ii) 차내 시스템의 보안 위협-ECU 보안 위협: 임베디드 시스템으로 보안 위협이 존재하며 불법 접근 및 위장 ECU 등의 공격에 취약하기 때문에 ECU 조작 권한을 획득할 가능성이 있다.- 센서 종이를 찾아 조작하여 브레이크, 변속기 등 핵심부품을 원격으로 제어할 수 있음 테러리스트가 CAN에 진입해 ECU를 조작하면 자동차를 급발진, 급정지시키거나 부품이 작동하지 않도록 조작할 수 있다.(iv) 차량 내부시스템의 보안위협 : 차량과 외부를 연결하는 V2X 네트워크, 차량과 모바일 기기간의 통신기술, V2N과 같은 인포테인먼트 시스템을 공격하여 차량사고를 유발하고 오작동을 일으키며 악성코드를 설치할 수 있다.(iv) 차내의 보안 위협 : 차량과 외부를 연결하는 V2X 네트워크나 차량과 모바일 기기간의 통신기술, V2N과 같은 임포텐먼트 시스템을 공격하여 차량사고를 일으켜 실시한다.(i) Cyber Security Process 실시의 각 케이스에 대해 보안 시험을 정기적으로 실시해, 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 자동차 개발 프로세스를 강화하고, 업데이트하는 방법인 Cyber Security Process를 실시한다.- System Development: 하드웨어와 소프트웨어 사이에서
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논제는 다음과 같습니다.자율주행자동차 상용화와 관련해서 해결해야 할 문제를 3가지 선정해서 해결하기 위한 창의적인 방법을 과학적 근거와 함께 제시하라.우리 팀은 자율주행 자동차의 시스템 오류로 일어나는 사고를 막기 위한 해결책이 필요하다고 생각했다. 따라서 여기에 초점을 맞춰 로직에 오류, 내부 시스템 고장, 내부 시스템 해킹이라는 세 가지 문제점을 선정했다.첫째로, 자율주행 자동차 중심의 판단 로직에 의해서 사고회피시에 주위의 차량이나 보행자가 피해를 받을 가능성이 있어, 사고방지 로직에 의해서 혼잡 지역에서 정상적인 운행이 어려워진다고 하는 문제점이 있다. 우리 팀은 이를 해결하기 위한 해결책으로서 EAA & V2C(Exclusive Area for Autonomous & Vehicle to Cloud)를 제시한다.둘째, 우리 팀은 카메라 오작동과 동일한 H/W 및 내부 시스템 고장 시 안전을 확보하기 위한 해결책으로 RIMA 시스템(Redundancy & In-Vehicle Network & Manual Switching System & Alarming System) 및 V2V 통신을 활용한 Sharing 시스템 구축을 제시한다.셋째, 한국팀은 해킹을 통해 안전을 위협하는 테러리스트를 막기 위한 해결책으로 SQUS(Security and Quick Updating System)를 제시한다.창의적 문제의 해결책 1. 자율주행 자동차 로직 판단 실수에 대한 해결방안 (1) 문제상황 : 자율주행 차량 핵심기술인 ADAS(첨단운전자 보조시스템)의 중심은 스스로 충돌을 피하거나 운전자가 피하도록 경고를 해주는 ‘충돌방지시스템’일 것. 기본적으로 FCW(전방충돌 경고), FCA(전방충돌 방지 보조), BCW(사각지대충돌 경고)가 있을 것. 이와 함께 자율주행 자동차는 이동에 방해받는 장애물을 피하려는 논리를 갖고 있어 이로 인한 문제 상황이 발생할 수 있다.문제1) 옆차량이 갑자기 차선을 바꾸는 등의 자율주행차량의 판단로직범위를 벗어난 행동을 할 때 앞차와 사고를 내지 않는 자율주행차량중심의 판단로직을 통해 사고를 회피한다. 이때 자율주행 자동차가 사람이 많은 보행로로 뛰어들거나 다른 차량과 부딪쳐 많은 사람과 운전자가 다칠 수 있다.문제2)의 자율주행차량과 일반차량이 동일한 도로에서 주행하는 경우에는 일반차량의 운전자가 자율주행차량의 사고방지 로직을 사전에 알고 악의적으로 자율주행차량의 정상주행을 방해할 수 있다.(2) 해결방안 : EAA & V2C (자율주행차량전용지역 & 중앙통제 = Exclusive Area For Autonomous & Vehicle to Cloud) – EAA(Exclusive Area for Autonomous) : 자율주행차량전용지역으로 현재 한국, 일본 등에서 시행하고 있는 버스전용차로와 유사하게 시행되고 있다. 일반 차량이 자율주행 차량을 방해하는 등의 행위를 미연에 방지하기 위해 자율주행 차량만이 사용 가능한 지역을 만들어 놓을 것. 일반차량과 자율주행차량간의 도로구분을 위해서는 red lane을 사용한다. 현재 사용되지 않는 다음 색으로는 white, skyblue, yellow가 있는데, 추체세포에 red 계열을 보는 장파장세포인 로우세포가 가장 많고, 멀리서도 red lane가 눈에 띄기 쉬워 가장 효과적일 것.* EAA는 일반차량이 자율주행차량을 의도적으로 방해하는 것을 미연에 차단하는 것에 효과적이지만 실질적으로 일반차량이 자율주행차량을 방해하는 상황이나 사고가 날 수 있는 상황에서 자율주행차량이 빠져나오기 위한 해결책이 필요하므로 V2C를 제시할 것. – V2C(Vehicle to Cloud) : 모든 자율주행차량의 경로 및 현주행자동차의 경로 및 현주행차량에 대해 Cloud 이를 통해 일반 차량, 보행자, 자율주행 자동차 등 모든 교통상황을 제어해 원활하고 안전한 운행이 가능하도록 함.(i)교차로내 신호현시 : 신호정보를 수집하여 자율주행차가 안전주행을 할 수 있도록 지원을 강화함.(ii) 보행자 Care : 자율주행차를 통한 적외선 및 영상의 집게손가락으로 보행자의 현재 위치를 파악하여 교차로 등 사고다발 지역에서의 보행자 도보 안전 지원을 강화한다.(ii) 도로환경감시 : 주요지점 노면정보를 수집하여 사고 및 위험지역을 우회할 수 있는 경로를 제시하고 자율주행차량 및 일반차량의 안전주행지원을 강화함.(iv) 자율주행 도로감시 : 돌발상황이 발생했을 경우 모니터링을 위해 자율주행차량 및 일반차량 주행상태, 도로교통 정보를 수집하고 실시간 현황을 파악하여 신속한 해결책을 제시한다.
2. 자율주행 자동차 내부시스템 및 H/W 고장 해결방안 (1) 문제상황 : 2018년 3월 테슬라, 자율주행 자동차 사고가 태양역광으로 인한 오인사태. 즉, 의외의 기후현상으로 자율주행 차량의 판단능력이 저하된 것. 이 같은 센서 인식률 저하와 센서 오작동으로 전문가들은 센서 개발과 V2X(양방향 통신)에 초점을 맞추고 있지만 실질적으로 센서가 고장 난 상태에서 운전자가 사고 상황을 벗어날 수 있는 명확한 해결책은 부족하다.- 센서 고장 : 센서 오작동 시 차량 주위 상황에 대한 인식이 불가능하게 정확한 경로나 위험상황을 예측하지 못했다.- 액추에이터 고장 : 액추에이터 고장이 발생하여 정해진 경로로 이동하는 것이 불가능하여 급커브나 방향전환에 어려움이 있음.-ECU 고장 : ECU가 고장 나더라도 엔진 자동변속기 브레이크장치 등의 조작이 불가능해져 급발진이나 급브레이크 등 위험한 이동이 생길 수 있을 것.(2) 해결방안 1: RIMA 시스템 구축(Redundancy & In-Vehicle Network & Manual Switching System & Alarming System) – Redundancy : 센서, 액추에이터, ECU 고장으로 인한 오작동을 갖추고 즉시 교체되는 예비부품을 2개 이상 차량 내에 설치하여 상호 보완할 것.Manual Switching : 고장난 H/W가 교체된 이후에도 동일한 상황이 다시 반복되는 등 전혀 위험에서 벗어난 것이 아니기 때문에 위험상황을 우선적으로 모면하기 위해 운전자가 직접 운전하도록 전환한다.Alarming System : 3등급 자율주행자동차의 경우 맑은 날씨와 동일한 제한적인 조건에서 자율주행이 가능하지만 운전자가 여전히 없어서는 안 될 단계일 것. 그러나 2016년 5월 3등급 테슬라 자율주행차량 사고 당시 운전자는 37분 주행시간 중 25초만 운전하는 등 자율주행의 위험성에 대한 사람의 경각심이 부족하다. 이뿐 아니라 탑승자가 잠을 자거나 졸고 있는 상태라면 수동 운전이 어려워진다는 것. 이 부분을 현재 위험상황을 탑승자에게 알려주는 Alarming System을 개발, 사용하여 해결한다.(3) 해결방안 2 Sharing (feat. V2V) : 특정 자율주행 자동차의 센서 고장 시 V2V 통신(자동차와 자동차 사이의 직접적인 통신)을 활용하여 가장 가까운 자율주행 자동차와 연결 후 전달받은 경로를 이용하여 안전한 장소로 안내되는 시스템을 개발한다. 액추에이터나 ECU에 고장이 발생하여 독자적인 이동 자체가 위험하므로 다른 차량과 H/W를 통한 연결로 이동할 수 있도록 만들 것.
3. 해킹 테러를 방지하기 위한 해결방안(1)의 자율주행자동차 내부시스템 해킹(i) 자율주행자동차 해킹 문제점 : 2016년 동사의 자율주행자동차 해킹 사례가 제시됨에 따라 2015년 블랙햇 컨퍼런스에서 찰리 밀러와 크리스 바라섹이 차량 인포테인먼트 시스템을 해킹하고 차량 브레이크, 운전대 등 핵심부품을 원격으로 조종한다. 자율주행자동차가 상용화되면 이런 해킹을 통해 안전을 위협하는 테러리스트가 늘어날 가능성이 높다.(ii) 자율주행자동차 해킹경로: 자동차는 자동차를 움직이는 직접적인 장치인 구동부, 자동차를 제어하는 전자제어장치(ECU), 외부와 연결할 수 있는 인포테인먼트(Infotainment) 시스템으로 구분된다. ECU 간의 데이터 전송 및 교환은 CAN(Controller Area Network) 컨트롤러(컴퓨터의 데이터 전송 통로)를 통해 이루어진다.(ii) 차내 시스템의 보안 위협-ECU 보안 위협: 임베디드 시스템으로 보안 위협이 존재하며 불법 접근 및 위장 ECU 등의 공격에 취약하기 때문에 ECU 조작 권한을 획득할 가능성이 있다.- 센서 종이를 찾아 조작하여 브레이크, 변속기 등 핵심부품을 원격으로 제어할 수 있음 테러리스트가 CAN에 진입해 ECU를 조작하면 자동차를 급발진, 급정지시키거나 부품이 작동하지 않도록 조작할 수 있다.(iv) 차량 내부시스템의 보안위협 : 차량과 외부를 연결하는 V2X 네트워크, 차량과 모바일 기기간의 통신기술, V2N과 같은 인포테인먼트 시스템을 공격하여 차량사고를 유발하고 오작동을 일으키며 악성코드를 설치할 수 있다.(iv) 차내의 보안 위협 : 차량과 외부를 연결하는 V2X 네트워크나 차량과 모바일 기기간의 통신기술, V2N과 같은 임포텐먼트 시스템을 공격하여 차량사고를 일으켜 실시한다.(i) Cyber Security Process 실시의 각 케이스에 대해 보안 시험을 정기적으로 실시해, 탑승자의 안전을 확보할 수 있는 자동차 개발 프로세스를 강화하고, 업데이트하는 방법인 Cyber Security Process를 실시한다.- System Development: 하드웨어와 소프트웨어 사이에서
