KR100738375B1 - 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를제공하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 자동차에 장착된 카메라로부터 입력된 영상신호를 처리하기 위한 영상처리 프로세서, 조향 휠의 회전각을 측정하는 조향각 센서, 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서 및 조향 축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함하는 시스템에서 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법에 있어서, (a) 영상처리 프로세서에서 카메라로부터 입력되는 영상신호를 처리하여 생성한 차선폭을 절반으로 나눈 값인 L 값과 자동차에서 가장 가까운 왼쪽의 차선을 기준으로 자동차의 중심과의 거리인 La 값을 주기적으로 수신하는 단계; (b) 조향각 센서, 차속 센서 및 토크 센서에서 측정한 센싱값을 주기적으로 수신하는 단계; (c) 토크 센서로부터 입력되는 입력 토크와 비교하기 위한 기준이 되는 τ 와 토크 센서에서 입력되는 입력 토크를 비교하여 입력 토크가 τ 미만인지 여부를 확인하는 단계; (d) 단계 (c)에서 입력 토크가 τ 미만이라고 판단한 경우 영상처리 프로세서가 주기적으로 생성하여 송신하는 La 값을 수신하여 기존의 La 값을
Figure 112006051444615-pat00001
값으로 생성한 후 새로 수신한 La 값을 갱신한 후
Figure 112006051444615-pat00002
가 L 값 미만인지 여부를 확인하는 단계; (e) 단계 (d)에서
Figure 112006051444615-pat00003
가 L 값 미만이라고 판단 한 경우 자동차가
Figure 112006051444615-pat00004
가 L 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하는지 여부를 확인하는 단계; 및 (f) 단계 (e)에서
Figure 112006051444615-pat00005
가 L 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행한다고 판단한 경우 자동차의 조향 휠의 중점을 파악하고 조향 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 자동차에 장착한 카메라에 입력되는 영상신호를 영상처리 프로세서에서 처리하여 전방의 차선을 인식하고, 자동차의 주행 상태를 고려함으로써 향상된 조향 휠 중점 인식을 통하여 저속 구간에서 미세한 자동차 복원 제어를 용이하게 하는 효과가 있다.
조향 장치, 영상신호, 토크 센서, 카메라. EPS

Description

카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템 및 방법{Method and System for Providing Steering Controlling to Automobile by Using Video Signal of Camera}
도 1은 자동차의 전동식 조향 장치의 구성도,
도 2는 자동차의 전동식 조향 장치의 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 차선과 자동차 중심과의 거리를 계산하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 전동식 조향 장치 110: 입력축
120: 출력축 130: 조향 휠
140: 기어부 150: 랙 바
160: 전기식 제어 유닛 170: 모터
180: 조향각 센서
300: 카메라의 영상신호를 이용한 조향 제어 시스템
310: 카메라 320: 영상처리 프로세서
330: 차속 센서 340: 토크 센서
400: 자동차 410: L
420: La 430: 제 1 차선
432: 제 2 차선
본 발명은 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 자동차의 전면부에 카메라를 장착하고 카메라에서 입력되는 영상신호를 이용하여 자동차 주행 방향의 차선을 인식하고 자동차의 주행 상태를 고려하여 조향 휠의 중점을 인식하여 조향 장치를 제어하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향 장치는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향 장치가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전동식 조향 장치가 점차로 보편화되어 가고 있다.
이러한 기존의 유압식 조향 장치에서 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향 휠의 회전과 관계없이 에너지 소모가 항시 발생하 는 데 비해 전동식 조향 장치는 ECU(Electronic Control Unit)를 이용한 제어를 통해 전기적 에너지로 구동되는 모터를 돌려 조향 휠의 회전에 따라 조향 장치의 동력을 보조해 준다. 따라서 전동식 조향 장치를 장착하는 경우 기존의 유압식 조향 장치에 비해 자동차의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 자동차의 전동식 조향 장치의 구성도이고, 도 2는 자동차의 전동식 조향 장치의 부분 단면도이다. 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이 전동식 조향 장치(100)는 토션 바(미도시)를 매개로 동축 상에 연결된 입력축(110)과 출력축(120)을 구비하며, 입력축(110)과 출력축(120)은 하우징(미도시) 내에 설치되는 베어링(미도시)을 통해 회전 가능한 상태로 지지된다. 또 입력축(110)은 통상적인 자동차의 조향 휠(130)과 연결되어 조향 휠(130)과 함께 회전하도록 구성되고, 출력축(120)은 일측의 피니언 기어부(140)가 통상적인 동력 보조 조향 장치의 랙 바(150)와 치합되도록 구성된다. 따라서 운전자가 조향 휠(130)을 회전시키는 동작에 의해 발생하는 조향력이 입력축(110)에 전달되고, 조향력이 입력축(110)에서 출력축(120)으로 전달되는 과정에서 토크 센서가 토크를 감지하여 전기식 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit, 이하 'ECU'라 칭함)(160)에 전달하고 ECU(160)에서는 감지된 토크에 따라 조향 보조 동력을 공급하도록 모터(170)를 제어한다.
이와 같은 전동식 조향 장치(100)의 경우 유압식 조향 장치와 달리 ECU(160)가 모터(170)의 회전을 제어하여 조향 보조 동력을 공급하므로 기계적인 방법으로는 운전자의 조작에 따른 적절한 조향 보조 동력을 공급할 수 없다. 따라서 운전자의 조작에 따른 조향 휠(130)의 회전각을 측정하여 ECU(160)에 전기적 신호로 보내 주는 장치가 필요하며, 이러한 기능을 하는 장치가 바로 조향각 센서(SAS: Steering Angle Sensor, 180)이다.
그러나 기존의 조향각 센서를 이용하여 조향 휠의 중점을 인식하는 시스템은 조향각 센서에서 입력되는 신호만으로 조향 휠의 중점을 인식하기 때문에 자동차의 주행 상태를 고려하지 않고 자동차의 복원 제어를 수행하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 자동차의 전면부에 카메라를 장착하고 카메라에서 입력되는 영상신호를 이용하여 자동차 주행 방향의 차선을 인식하고 자동차의 주행 상태를 고려하여 조향 휠의 중점을 인식하여 조향 장치를 제어하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 목적에 의하면, 자동차에 장착된 카메라로부터 입력된 영상신호를 처리하기 위한 영상처리 프로세서, 조향 휠의 회전각을 측정하는 조향각 센서, 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서 및 조향 축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함하는 시스템에서 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법에 있어서, (a) 영상처리 프로세서에서 카메라로부터 입력되는 영상신호를 처리하여 생성한 차선폭을 절반으로 나눈 값인 L 값과 자동차에서 가장 가까운 왼쪽의 차선을 기준으로 자동차의 중심과의 거리인 La 값을 주기적으로 수신하는 단계; (b) 조향각 센서, 차속 센서 및 토크 센 서에서 측정한 센싱값을 주기적으로 수신하는 단계; (c) 토크 센서로부터 입력되는 입력 토크와 비교하기 위한 기준이 되는 τ 와 토크 센서에서 입력되는 입력 토크를 비교하여 입력 토크가 τ 미만인지 여부를 확인하는 단계; (d) 단계 (c)에서 입력 토크가 τ 미만이라고 판단한 경우 영상처리 프로세서가 주기적으로 생성하여 송신하는 La 값을 수신하여 기존의 La 값을
Figure 112006051444615-pat00006
값으로 생성한 후 새로 수신한 La 값을 갱신한 후
Figure 112006051444615-pat00007
가 L 값 미만인지 여부를 확인하는 단계; (e) 단계 (d)에서
Figure 112006051444615-pat00008
가 L 값 미만이라고 판단한 경우 자동차가
Figure 112006051444615-pat00009
가 L 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하는지 여부를 확인하는 단계; 및 (f) 단계 (e)에서
Figure 112006051444615-pat00010
가 L 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행한다고 판단한 경우 자동차의 조향 휠의 중점을 파악하고 조향 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용한 조향 제어 시스템(300)은 카메라(310), 영상처리 프로세서(320), ECU(160), 조향각 센서(180), 차속 센서(330) 및 토크 센서(340)를 포함한다.
카메라(310)는 자동차의 전면부에 장착되어 자동차의 주행 방향의 전면을 촬영하고, 영상신호를 영상처리 프로세서(320)에 입력하는 장치이다.
영상처리 프로세서(320)는 카메라(310)로부터 영상신호를 입력받아 카메라를 이용한 조향 제어 시스템(300)의 구동에 필요한 La(420) 값을 생성하는 장치이다.
조향각 센서(180)는 자동차의 조향 휠의 회전각을 측정하는 장치로서, 조향 장치에 사용되는 조향각 센서는 크게 두 가지로 분류되는데, 하나는 접촉식으로서 스트레인 게이지(Strain Gauge) 및 포텐쇼미터(Potentiometer)를 이용하여 회전각의 크기를 직접적으로 측정하는 조향각 센서이고, 다른 하나는 비접촉식으로서 자기 또는 광학적인 방법으로 회전각의 크기를 측정하는 조향각 센서이다. 조향각 센서(180)는 측정한 조향 휠의 회전각의 크기에 비례하는 전기적 신호를 ECU(160)로 전송한다.
차속 센서(330)는 변속기 출력축에 장착되어 자동차의 속도를 측정하는 센서로서, 통상적으로 홀센서 방식을 사용한다. 일반적으로 차속 센서(330)는 자동차의 속도를 감지하여 전기적 신호를 ECU(160)에 입력하며, 자동차의 주행 상태를 판단 하여 연료의 점화 시기 및 분사량을 보정하는 데 쓰이며, 공회전 속도 보정을 비롯하여 냉각팬 제어의 신호로 사용한다.
토크 센서(340)는 자동차의 조향 축의 토크를 감지하는 센서로서, 토크 센서(340)는 측정한 조향 축의 토크의 크기에 비례하는 전기적 신호를 ECU(160)에 전송한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 차선과 자동차 중심 사이의 거리를 계산하기 위한 도면이다.
본 발명에서 자동차의 주행 방향을 기준으로 하여 자동차의 왼쪽 차선 중 자동차와 최단거리에 있는 차선을 제 1 차선(430)으로 정의하고, 자동차의 오른쪽 차선 중 자동차와 최단거리에 있는 차선을 제 2 차선(432)으로 정의한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 자동차가 주행을 시작하면 영상처리 프로세서(320)가 자동차의 전면에 부착된 카메라(310)로부터 자동차 전면의 이미지를 영상신호로 입력받는다. 입력되는 영상신호에서 제 1 차선(430)과 제 2 차선(432) 간의 거리를 영상처리 프로세서(320)에서 계산한다.
영상처리 프로세서(320)는 입력되는 영상신호를 이미지로 변환하고, 변환한 이미지의 중앙을 기준으로 카메라(310)에서 이미지 중앙까지의 거리를 계산한다. 이때 영상처리 프로세서(320)는 카메라(310) 렌즈의 초점거리 정보와 카메라 (310)의 화각 정보를 저장하고 있으므로, 카메라(310)의 초점거리 정보를 바탕으로 카메라(310)에서 이미지 중앙까지의 거리를 계산하고, 화각 정보를 바탕으로 제 1 차선(430)과 제 2 차선(432) 간의 거리를 계산한다.
제 1 차선(430)과 제 2 차선(432) 간의 거리인 차선폭의 계산이 완료되면, 차선폭의 절반값인 L(410) 값을 생성하는데, L(410) 값은 사용자의 설정에 의하여 주기적으로 측정이 가능하다.
본 발명에서는 발명의 이해를 돕고자 L(410) 값을 차선폭의 절반값으로 정의하였으나 L(410) 값이 차선폭의 절반값으로 한정되는 것은 아니다.
자동차의 주행이 시작되고, L(410) 값의 산출이 끝나면 영상처리 프로세서(320)는 제 1 차선(430)과 자동차 중심 사이의 거리를 측정하여 La(420) 값을 생성한다. 이 때 La(420) 값은 고정된 값이 아니며 사용자가 측정 주기를 설정하여 주기적으로 측정함으로써 생성하되, 생성된 La(420) 값은 ECU(160)로 전송된다.
본 발명에서 영상처리 프로세서(320)는 카메라(310)로부터 입력된 영상신호를 이미지화하여 이미지화한 영상신호로부터 차선을 식별하고, 저장하고 있는 카메라(310)의 화각과 촬영 거리에 대한 정보를 이용하여 식별한 차선 간의 거리를 계산하며, 계산된 거리를 기초로 하여 L(410) 값과 La(420) 값을 생성한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
우선 카메라의 영상신호를 이용하여 조향 장치를 제어하기 위하여 카메라(310)를 장착한 자동차가 주행을 시작하고, 주행을 시작하면 카메라(310)는 입력되는 영상신호를 영상처리 프로세서(320)로 전송한다.
영상신호를 입력받은 영상처리 프로세서(320)는 영상신호로부터 L(410) 값과 La(420) 값을 생성하고, 생성한 L(410) 값과 La(420) 값을 ECU(160)에 전송한 다(S500).
본 발명에서 L(410) 값과 La(420) 값은 주기적으로 생성되어 ECU(160)에 전송되는데, 통상적으로 자동차가 주행하는 도로의 L(410) 값과 La(420) 값이 균일하지 않으므로 운전자가 측정 주기를 설정하여 주기적으로 생성한다.
조향각 센서(180), 차속 센서(330) 및 토크 센서(340)는 감지한 결과값을 주기적으로 ECU(160)에 전송한다(S502).
ECU(160)가 토크 센서(350)로부터 전송받은 토크 센싱값이 τ 미만인지 여부를 확인한다(S504). 본 발명에서 τ는 토크 센서(350)로부터 입력되는 센싱값과 비교하기 위한 기준이 되는 값으로 카메라의 영상신호를 이용한 조향 제어 시스템(300)의 제작시에 임의의 값으로 설정이 가능하다.
토크 센싱값이 τ 미만이라고 판단한 경우 ECU(160)는 L(410) 값과 La(420) 값을 이용하여
Figure 112006051444615-pat00011
가 L(410) 값 미만인지 여부를 확인한다(S506). 여기서 L(410) 값과 La(420) 값은 영상처리 프로세서(320)에서 주기적으로 전송되며, L(410) 값은 전송과 동시에 기존의 L(410) 값을 갱신하지만, La(420) 값은 영상처리 프로세서(320)에서 새로 측정하여 생성된 La(420) 값이 입력되면 기존의 La(420) 값을
Figure 112006051444615-pat00012
값으로 저장한 후, La(420) 값을 갱신한다.
토크 센싱값이 τ 이상이라고 판단한 경우 ECU(160)는 조향 장치를 구동하여 운전자의 조향을 보조해 준다(S508).
Figure 112006051444615-pat00013
가 L(410) 값 미만이라고 판단한 경우 ECU(160)는 자동차가
Figure 112006051444615-pat00014
가 L(410) 값 이하인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하는지 여부를 확인한다(S510).
본 발명에서 지정된 시간 T는 카메라의 영상신호를 이용한 조향 제어 시스템(300)의 제작시에 임의의 값으로 설정이 가능하다.
Figure 112006051444615-pat00015
가 L(410) 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행한다고 판단한 경우 ECU(160)는 자동차의 조향 중점 위치를 파악하고 조향 제어를 수행한다(S512).
단계 S506에서
Figure 112006051444615-pat00016
가 L(410) 값 이상이라고 판단한 경우와 S510에서
Figure 112006051444615-pat00017
가 L(410) 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하지 않는다고 판단한 경우 ECU(160)는 차선 유지 제어 모드를 실행한다(S514).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위 가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 자동차에 장착한 카메라에 입력되는 영상신호를 영상처리 프로세서에서 처리하여 전방의 차선을 인식하고, 자동차의 주행 상태를 고려함으로써 향상된 조향 휠 중점 인식을 통하여 저속 구간에서 미세한 자동차 복원 제어를 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 자동차에 장착된 카메라로부터 입력된 영상신호를 처리하기 위한 영상처리 프로세서, 조향 휠의 회전각을 측정하는 조향각 센서, 상기 자동차의 속도를 측정하는 차속 센서 및 조향 축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함하는 시스템에서 상기 카메라의 상기 영상신호를 이용하여 상기 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 영상처리 프로세서에서 상기 카메라로부터 입력되는 상기 영상신호를 처리하여 생성한 차선폭을 절반으로 나눈 값인 L 값과 상기 자동차에서 가장 가까운 어느 일측의 상기 차선을 기준으로 상기 자동차의 중심과의 거리인 La 값을 주기적으로 수신하는 단계;
    (b) 상기 조향각 센서, 상기 차속 센서 및 상기 토크 센서에서 측정한 센싱값을 주기적으로 수신하는 단계;
    (c) 상기 토크 센서로부터 입력되는 입력 토크와 비교하기 위한 기준이 되는 τ 와 상기 토크 센서로부터 입력되는 상기 입력 토크를 비교하여 상기 입력 토크가 상기 τ 미만인지 여부를 확인하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서 상기 입력 토크가 상기 τ 미만이라고 판단한 경우 상기 영상처리 프로세서가 주기적으로 생성하여 송신하는 상기 La 값을 수신하여 기존의 상기 La 값을
    Figure 112006051444615-pat00018
    값으로 생성한 후 새로 수신한 상기 La 값을 갱신한 후
    Figure 112006051444615-pat00019
    가 상기 L 값 미만인지 여부를 확인하는 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 상기
    Figure 112006051444615-pat00020
    가 상기 L 값 미만이라고 판단한 경우 상기 자동차가 상기
    Figure 112006051444615-pat00021
    가 상기 L 값 미만인 상태에서 지정된 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하는지 여부를 확인하는 단계; 및
    (f) 상기 단계 (e)에서 상기
    Figure 112006051444615-pat00022
    가 상기 L 값 미만인 상태에서 지정된 상기 시간 T보다 긴 시간 동안 주행한다고 판단한 경우 상기 자동차의 조향 휠의 중점을 파악하고 조향 제어를 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 이후에,
    (c1) 상기 입력 토크가 상기 τ 이상이라고 판단한 경우 조향 장치를 구동하여 운전자의 조향을 보조해주는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후에,
    (d1) 상기
    Figure 112006051444615-pat00023
    가 상기 L 값 이상라고 판단한 경우 차선 유지 제어 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에,
    (e1) 상기
    Figure 112006051444615-pat00024
    가 상기 L 값 이하인 상태에서 지정된 상기 시간 T보다 긴 시간 동안 주행하지 않는다고 판단한 경우 상기 차선 유지 제어 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 카메라의 영상신호를 이용하여 자동차에 조향 제어를 제공하는 방법.
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