KR100513065B1

KR100513065B1 - 자동차 무인운전 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100513065B1
Application number: KR10-1998-0034367A
Authority: KR
Inventors: 정 일 이
Original assignee: 주식회사 현대오토넷
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2005-11-11
Also published as: KR20000014783A

Abstract

본 발명은 차량 무인 운전장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 장치는 GPS수신기, 차속센서, 자이로센서, 디지탈 신호처리장치, CCTV, 지도저장 CD-ROM, 인터페이스장치, 차량컨트롤 인터페이스장치, 스티어링장치, 트로틀장치, 브레이크장치 그리고 중앙처리장치 등으로 구성되어 CCTV를 통해 입력된 화상신호를 처리하여 전방장애물의 거리와 상태속도를 추출하고 CD-ROM의 수치지도에서 도로선형과 목적지까지의 도로를 계산하고 GPS 위성시스템으로부터 현재위치를 인식하여 목적지까지 차량의 스티어링시스템과 트로틀시스템과 브레이크 시스템을 콘트롤하여 자동운전이 가능하도록하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 운전자의 전방관찰 부주의 및 전방의 도로를 알지못함으로 인한 사고 및 장시간 운전에 의한 피로를 제거할 수 있음과 동시에 차량의 안전운행 및 물류자동화의 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동차 무인운전 장치 및 방법

본 발명은 차량의 무인운전 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 CCTV를 통해 입력된 화상신호를 처리하여 전방장애물의 거리와 상대속도를 추출하고, 차량항법장치의 수치지도에서 도로선형과 현재위치를 인식하고, 차량의 스티어링 시스템과 트로틀시스템과 브레이크 시스템을 콘트롤하여 차량의 무인운전이 가능하도록 한 차량의 무인운전장치 및 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 있어서 차량의 무인운전장치를 보면, 도로상의 양옆 사이드에 일정의 간격으로 RF송수신기가 설치된 루프와 상기 RF송수신기와 RF 신호를 주고 받을 수 있는 차량에 설치된 RF송수신기에 의해 도로상의 상태를 인식하고, 또한 앞뒤차량의 RF 송수신기로부터 송신되는 RF신호를 수신하여 운전되는 차량의 CPU에 의해 속도를 조정하여 차량을 무인운전하는 방식과 운전되는 차량의 양옆에 CCTV 를 설치하여 상기 CCTV 카메라로 앞의 진행 차량을 검출하고 CPU로 삼각측량법에 의해 앞차와의 거리를 계산하고, 차속센서로 시간대별로 앞차와의 상대속도를 검출 계산하여 속도를 조정하여 차량을 무인 운전하는 방식이 있다.

그러나 상기의 종래 방식에 의한 차량의 무인운전장치는 전자의 경우 도로상에 센서를 설치 및 관리 그리고 부대시설의 설치 및 관리에 비용이 많이들고 거리 검출에 오차를 수반하며, 후자의 경우 차속이 느리며 커브길의 커브의 휘어짐에 대한 적절한 계산을 하지 못하여 거리 오차를 수반하며, 또한 목적지까지의 길과 현재위치를 확인할 수 있는 기능이 없어서 단지 무인운전이 가능한 정도인 기술에 불과하였다.

본 발명은 상기 종래기술의 배경하에서 안출된 것으로, CCTV를 통해 입력된 화상신호를 처리하여 전방장애물의 거리와 상대속도를 추출하고, 차량항법장치의 수치지도에서 도로선형과 목적지까지의 도로를 계산하고, GPS 위성시스템으로부터 현재위치를 인식하여 목적지까지 차량의 스티어링시스템과 트로틀시스템과 브레이크 시스템을 콘트롤하여 자동운전이 가능하도록 한 차량무인 운전장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 GPS위성에서 송신되는 GPS위성의 좌표데이터와 시각데이터를 수신하는 GPS수신기와, 차량의 진행방향을 검출하는 자이로스코프센서와 차량의 바퀴의 회전수를 검출하는 차속센서와 지도데이터가 저장되어 있는 CD-ROM과, 상기 CD-ROM에서 독출된 지도데이터를 모니터상에 그리는 그래픽 제어장치와, 화상신호를 표시하는 LCD표시장치와, 화상신호를 생성하는 CCTV와 화상신호를 이미지 처리하는 디지탈 신호처리장치와, 주변장치를 작동시키는 프로그램을 내장하고 있는 ROM과 장치의 실행데이터를 내장하고 있는 RAM과 음성으로 경로안내 및 경고를 하는 음성출력부와, 사용자와의 인터페이스를 위한 입력장치와 중앙처리장치와 외부장치와의 인터페이스를 담당하는 인터페이스장치와, 스티어링을 조정하는 스티어링 구동장치와, 상기 스티어링구동장치의 구동상황을 검출하는 스티어링 센서와, 상기 스티어링 구동장치와 스티어링 센서를 컨트롤하는 스티어링장치와 브레이크를 조정하는 브레이크 구동장치와, 브레이크 구동장치의 구동상황을 검출하는 브레이크 센서와 상기 브레이크구동장치 및 센서를 컨트롤하는 브레이크장치와 트로틀을 조정하는 트로틀 구동장치와 트로틀구동장치의 구동상황을 검출하는 트로틀센서와, 상기 트로틀 구동장치 및 상기 트로틀센서를 컨트롤하는 트로틀장치와, 상기 트로틀장치, 브레이크장치 및 스티어링장치와 중앙처리장치간을 인터페이스하는 차량컨트롤 인터페이스장치와, GPS 신호를 수신하여 차량의 현재위치를 계산하고 자이로스코프센서 신호를 통해 차량의 회전각도를 계산하고, 차속센서를 통해서 차량의 이동거리를 계산하고 계산된 회전각도와 이동거리를 통하여 차량의 이동을 추적하고 해당된 위치의 지도를 CD-ROM에서 읽고 지도데이터를 LCD표시장치에 표시하기 위한 그래픽처리를 행하고 이미지 처리된 신호를 통해 장애물과의 거리 및 상대속도를 계산하고 차량 컨트롤 인터페이스장치를 통해 스티어링과 트로틀과 브레이크를 조정하는 중앙처리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량무인운전장치를 제공한다.

이하 본 발명의 장치 및 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 차량 무인운전장치의 블록도로서, GPS수신기(10)는 GPS위성에서 송신되는 GPS위성의 좌표데이터와 시각데이터를 수신하며, 상기 수신된 데이터에 의해 이하 후술하는 중앙처리장치(240)에 의해 차량의 현재의 위치를 계산한다.

자이로스코프센서(20)는 차량의 진행방향을 검출하며, 차속센서(30) 차량의 바퀴의 회전수를 검출하며, CD-ROM(40)에는 목적지까지의 지도데이터가 저장되어 있다.

그래픽 제어장치(50)는 상기 CD-ROM(40)에서 독출된 지도데이터를 모니터상에 그리며, LCD 표시장치(60)는 화상신호를 표시한다. CCTV(70)는 차량의 좌우 또는 중앙의 임의의 위치에 설치되며, 차량의 화상신호를 생성한다. 디지탈신호처리장치(80)는 상기 검출된 화상신호를 이미지 처리하는데, 앞차량의 윤곽을 검출하고 시간에 따른 변화량을 추출하여 정확한 계산을 한다.

ROM(90)에는 주변장치를 작동시키는 프로그램이 내장되어 있으며, RAM(100)에는 본 발명의 장치의 실행데이터가 내장되어 있으며, 음성출력부(110)는 음성으로 목적지까지의 경로안내 및 상기 경로를 벗어난 경우 경고음을 발한다. 입력장치(120)는 사용자와의 인터페이스를 담당하며, 인터페이스장치(130)는 중앙처리장치(240)와 외부의 각 장치와의 인터페이스를 담당한다.

스티어링 구동장치(140)는 차량의 스티어링을 조정하며, 스티어링 센서(150)는 상기 스티어링구동장치(140)의 구동상황을 검출하며, 스티어링장치(160)는 상기 스티어링 구동장치(140)와 상기 스티어링 센서(150)를 컨트롤한다.

브레이크 구동장치(170)는 브레이크를 조정하며, 브레이크센서(180)는 상기 브레이크 구동장치(170)의 구동상황을 검출하며, 브레이크장치(190)는 상기 브레이크구동장치(170) 및 브레이크 센서(180)를 컨트롤한다.

트로틀 구동장치(200)는 트로틀을 조정하며, 트로틀센서(210)는 트로틀구동장치의 구동상황을 검출하며, 트로틀장치(220)는 상기 트로틀구동장치(200) 및 상기 트로틀센서(210)를 컨트롤한다.

차량 콘트롤 인터페이스장치(230)는 상기 트로틀장치(220), 브레이크장치(190) 및 스티어링장치(160)와 중앙처리장치(240)간을 인터페이스한다.

상기의 각각의 구성요소들은 공지된 것으로서 이하의 중앙처리장치(240)에 연결되어 본 발명의 목적을 이루기 위한 작동을 하게 된다.

상기 중앙처리장치(240)는 GPS수신기(10)으로부터 GPS 신호를 수신하여 차량의 현재위치를 계산하고 자이로스코프센서(20) 신호를 통해 차량의 회전각도를 계산하고, 차속센서(30)를 통해서 차량의 이동거리를 계산하고 계산된 회전각도와 이동거리를 통하여 차량의 이동을 추적하고 해당된 위치의 지도를 CD-ROM(40)에서 읽고, 지도데이터를 LCD표시장치(60)에 표시하기 위한 그래픽처리를 행하고 상기 디지탈신호처리장치(80)에 의해 이미지 처리된 신호를 통해 장애물과의 거리 및 상대속도를 계산하고 차량 컨트롤 인터페이스장치(230)를 통해 스티어링과 트로틀과 브레이크를 조정한다.

그러면 본 발명의 차량 무인운전장치의 동작을 그 플로우차트를 도시한 도2에 의하여 설명한다.

먼저 GPS 수신기(10)에서 그에 내장된 GPS안테나(도시 않음)를 통하여 측위 위성으로부터 전파를 수신하여 상기 중앙처리장치(240)의 연산에 의해 자차의 현재의 위치를 계산하고(S10), 현재 위치에 해당되는 지도를 상기 CD-ROM(40)으로부터 읽어서 그래픽제어장치(50)의 제어하에 LCD표시장치(60)에 표시한다(S20).

자이로스코프 센서(20)로부터의 신호에 의해 차량의 회전각도를 계산하고, 차속센서(30)를 통해 차량의 이동거리를 계산하여 차량의 이동위치를 추적한다(S30). GPS위치와 위치의 추적에 의해 차량의 현재의 위치를 지도위에 매칭시킨다(S40).

목적지가 입력된 것을 확인하고(S50), 현재의 위치에서 목적지까지의 경로를 계산한다(S60). 계산된 경로를 표시장치(60)에 표시하고 안내를 시작한다(S70). 계산된 경로와 맵 매칭된 현재위치를 비교하여(S80), 경로에서 벗어났으면 경고음을 발생하고(S90), 재탐색을 하여 목적지 까지의 경로를 재계산한후 경로를 화면에 표시한다(S100).

디지탈신호처리장치(80)에 의해 CCTV(70)를 통해 입력된 물체의 화상신호를 이미지 처리한다(S110). 이미지처리된 데이터에 의해 전방의 물체를 검출한다(S120).

검출된 전방물체와 자차와의 거리를 계산하고(S130), 이어서 전방물체와의 상대속도를 계산한다(S140). 전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리인지를 확인한다(S150).

상기 단계 S150에서 전방 물체와의 거리가 차속대비 안전거리보다 작으면 브레이크 장치를 구동하고(S180), 구동된 결과를 센서를 통해 확인한다(S190).

상기 단계 S150 에서 전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리보다 크면 트로틀장치를 구동하고(S160), 구동된 결과를 트로틀 센서값으로 확인한다(S170).

전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리와 오차 한계내에 있는지를 확인하여 차속대비 안전거리와 오차한계내에 있지 않으면 단계S150으로 복귀한다(S200).

상기 확인 결과 차속대비 안전거리와 오차한계내에 있으면 전방도로의 데이터를 CD-ROM(40)으로 부터 읽는다(S210). 차량의 진행방향과 도로선형을 비교한다(S220).

상기 비교의 결과 다르면 스트어링장치를 구동한후(S230), 구동된 결과를 스티어링센서(150)값으로 확인한다(S240). 그리고 상기 구동된 결과를 확인후 단계 S220 으로 복귀하여 차량의 진행방향과 도로의 선형을 다시 비교하여 같은 경우 목적지에 도착하였는지를 확인하고 목적지에 도착하지 않았으면 S10으로 복귀하고 목적지좌표와 현재의 위치좌표가 동일하면 도착 안내방송 하고 처리를 완료한다(S250).

이상 기술한 바와 같은 본 발명의 장치 및 방법에 의하면, 운전자의 전방관찰 부주의 및 전방의 도로를 알지못함으로 인한 사고 및 장시간 운전에 의한 피로를 제거할 수 있음과 동시에 차량의 안전운행 및 물류자동화의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 차량 무인운전장치의 블록도,

도 2는 본 발명의 차량 무인운전방법의 플로우차트.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10: GPS수신기 20:자이로스코프센서

30: 차속센서 40: CD-ROM

50:그래픽 제어장치 60: LCD표시장치

70:CCTV 80: 디지탈신호처리장치

90:ROM 100:RAM

110:음성출력부 120:입력장치

130:인터페이스장치 140: 스티어링 구동장치

150: 스티어링 센서 160:스티어링 장치

170: 브레이크 구동장치 180: 브레이크 센서

190:브레이크 장치 200: 트로틀 구동장치

210:트로틀 센서 220:트로틀 장치

230:차량 콘트롤 인터페이스 장치 240: 중앙처리장치

Claims

GPS위성에서 송신되는 GPS위성의 좌표데이터와 시각데이터를 수신하는 GPS수신기와,

차량의 진행방향을 검출하는 자이로스코프센서와,

차량의 바퀴의 회전수를 검출하는 차속센서와,

지도데이터가 저장되어 있는 CD-ROM과,

상기 CD-ROM에서 독출된 지도데이터를 모니터상에 그리는 그래픽 제어장치와,

화상신호를 표시하는 LCD표시장치와,

화상신호를 생성하는 CCTV와,

화상신호를 이미지 처리하는 디지탈 신호처리장치와,

주변장치를 작동시키는 프로그램을 내장하고 있는 ROM과,

주변장치의 실행데이터를 내장하고 있는 RAM과,

음성으로 경로안내 및 경고를 하는 음성출력부와,

사용자와의 인터페이스를 위한 입력장치와,

중앙처리장치와 외부장치와의 인터페이스를 담당하는 인터페이스장치와,

스티어링을 조정하는 스티어링 구동장치와,

상기 스티어링구동장치의 구동상황을 검출하는 스티어링 센서와,

상기 스티어링 구동장치와 스티어링 센서를 컨트롤하는 스티어링장치와,

브레이크를 조정하는 브레이크 구동장치와,

브레이크 구동장치의 구동상황을 검출하는 브레이크 센서와,

상기 브레이크구동장치 및 센서를 컨트롤하는 브레이크장치와,

트로틀을 조정하는 트로틀 구동장치와,

트로틀구동장치의 구동상황을 검출하는 트로틀센서와,

상기 트로틀 구동장치 및 상기 트로틀센서를 컨트롤하는 트로틀장치와,

상기 트로틀장치, 브레이크장치 및 스티어링장치와 중앙처리장치간을 인터페이스하는 차량컨트롤 인터페이스장치와,

GPS 신호를 수신하여 차량의 현재위치를 계산하고 자이로스코프센서 신호를 통해 차량의 회전각도를 계산하고, 차속센서를 통해서 차량의 이동거리를 계산하고 계산된 회전각도와 이동거리를 통하여 차량의 이동을 추적하고 해당된 위치의 지도를 CD-ROM에서 읽고 지도데이터를 LCD표시장치에 표시하기 위한 그래픽처리를 행하고 이미지 처리된 신호를 통해 장애물과의 거리 및 상태속도를 계산하고 차량 컨트롤 인터페이스장치를 통해 스티어링과 트로틀과 브레이크를 조정하는 중앙처리장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량무인운전장치.
GPS 수신기(10)에서 그에 내장된 GPS안테나(도시 않음)를 통하여 측위 위성으로부터 전파를 수신하여 상기 중앙처리장치(240)의 연산에 의해 자차의 현재의 위치를 계산하는 단계(S10),

현재 위치에 해당되는 지도를 상기 CD-ROM(40)으로부터 읽어서 그래픽제어장치(50)의 제어하에 LCD표시장치(60)에 표시하는 단계(S20),

자이로스코프 센서(20)로부터의 신호에 의해 차량의 회전각도를 계산하고, 차속센서(30)를 통해 차량의 이동거리를 계산하여 차량의 이동위치를 추적하는 단계(S30),

GPS위치와 위치의 추적에 의해 차량의 현재의 위치를 지도위에 매칭시키는 단계(S40),

목적지가 입력된 것을 확인하는 단계(S50),

현재의 위치에서 목적지까지의 경로를 계산하는 단계(S60),

계산된 경로를 표시장치(60)에 표시하고 안내를 시작하는 단계(S70),

계산된 경로와 맵 매칭된 현재위치를 비교하는 단계(S80),

경로에서 벗어났으면 경고음을 발생하는 단계(S90),

재탐색을 하여 목적지 까지의 경로를 재계산한후 경로를 화면에 표시하는 단계(S100),

디지탈신호처리장치(80)에 의해 CCTV(70)를 통해 입력된 물체의 화상신호를 이미지 처리하는 단계(S110),

이미지처리된 데이터에 의해 전방의 물체를 검출하는 단계(S120),

검출된 전방물체와 자차와의 거리를 계산하는 단계(S130),

전방물체와의 상대속도를 계산하는 단계(S140),

전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리인지를 확인하는 단계(S150),

상기 단계S150에서 전방 물체와의 거리가 차속대비 안전거리보다 작으면 브레이크 장치를 구동하는 단계(S180),

구동된 결과를 센서를 통해 확인하는 단계(S190),

상기 단계S150 에서 전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리보다 크면 트로틀장치를 구동하는 단계(S160),

구동된 결과를 트로틀 센서값으로 확인하는 단계(S170),

전방물체와의 거리가 차속대비 안전거리와 오차 한계내에 있는지를 확인하여 차속대비 안전거리와 오차한계내에 있지 않으면 단계S150으로 복귀하는 단계(S200),

상기 확인 결과 차속대비 안전거리와 오차한계내에 있으면 전방도로의 데이터를 CD-ROM(40)으로 부터 읽는 단계(S210),

차량의 진행방향과 도로선형을 비교하는 단계(S220),

상기 비교의 결과 다르면 스트어링장치를 구동하는 단계(S230),

구동된 결과를 스티어링센서(150)값으로 확인하는 단계(S240) 그리고

상기 구동된 결과를 확인후 단계 S220으로 복귀하여 차량의 진행방향과 도로의 선형을 다시 비교하여 같은 경우 목적지에 도착하였는지를 확인하고 목적지에 도착하지 않았으면 S10으로 복귀하고 목적지좌표와 현재의 위치좌표가 동일하면 도착 안내방송 하고 처리를 완료하는 단계(S250)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 무인 운전방법.