Proof-of-concept for developing a safety rated obstacle detection system using model-based design

Abstract

Automaation keskeisimpiä hyötyjä on lisääntynyt turvallisuus. Automatisoitujen ratkaisujen ja autonomisten ajoneuvojen lisääntyminen muun muassa logistiikan eri aloilla tuottaa kasvavaa painetta kehittää turvallisuussertifioituja ohjelmistoja. Opinnäytetyö tehtiin toimeksiantona Kalmar Finland Oy:lle, opinnäytetyön kirjoittajan ollessa työsuhteessa ohjelmistokehittäjäharjoittelijana.

Opinnäytetyössä esitetään konseptitodistus turvallisuussertifioidun esteentunnistusjärjestelmän (ODS) kehittämiseksi käyttämällä Light Detection and Ranging (LiDAR) -teknologiaa ja hyödynnetään mallipohjaista suunnitteluprosessia (MBD), jonka painopisteenä on varmistaa teollisten toiminnallisten turvallisuusstandardien noudattaminen. Järjestelmän arkkitehtuuri on kehitetty ja varmennettu simulaatioympäristössä ennen sen käyttöönottoa fyysisissä ajoneuvoissa. MBD-lähestymistapa varmistaa systemaattisen verifioinnin ja validoinnin jokaisessa suunnitteluvaiheessa, minimoi riskejä ja parantaa turvallisuustuloksia.

Järjestelmän toiminta arvioidaan ennalta määriteltyjä vaatimuksia vasten, jotka kuvaavat järjestelmän toivottua toiminnallisuutta sekä turvallisuuteen liittyviä yksityiskohtia. Työ edistää autonomisten järjestelmien turvallisuuteen liittyvää tutkimusaluetta ja tarjoaa perustan järjestelmän tuotteistamiselle Kalmar Autostrad™ -ajoneuvojen ohjausjärjestelmäsovellusta varten.

One of automation’s core promises is increased safety. The increasing levels of automation and autonomous vehicles in modern logistics mean an increasing demand in developing safety-rated software. This thesis project was commissioned by Kalmar Finland Oy, and was developed by the author while contracted to work as a software developer trainee at the company.

This thesis presents a proof-of-concept basis for a safety-rated obstacle detection system (ODS) using Light Detection and Ranging (LiDAR) technology, leveraging a model-based design (MBD) process with a focus on ensuring compliance with industrial functional safety standards. The system architecture was developed and validated within a simulation environment before deployment on physical vehicles. The MBD approach ensures systematic verification and validation at each design stage, minimizing risks and enhancing safety outcomes.

The system's performance was evaluated against pre-defined requirements describing the desired functionality of the system as well as safety related details. This work contributes to the broader field of autonomous systems safety and provides a foundation for productising the system for the Kalmar Autostrad™ onboard control system application.