KR101241621B1

KR101241621B1 - 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템

Info

Publication number: KR101241621B1
Application number: KR1020100123833A
Authority: KR
Inventors: 김재희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2013-03-11
Also published as: KR20120089498A

Abstract

본 발명은 차속에 따라 차선유지 조향 특성을 변경하고 주행 시 LKAS의 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각으로 인해 발생하는 이질감을 감소시키기 위해, LKAS의 차선 유지 제어기에서 조향각 산출 시 차속에 따른 운전자의 시야각과 조향 성향을 반영한 제어 가중치를 설정하여 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각을 판단하는 차선 유지 보조 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 차선의 영상 이미지를 획득하고 이미지 처리 프로세싱을 통해 차선 정보를 생성하는 카메라/차선인식 모듈; 상기 차선 정보와 차량의 속도 정보를 바탕으로, 예측 이탈량을 추정하여 차량의 수정 조향각 정보를 생성함과 동시에 수정 조향 개입 시점 정보를 생성하는 차선 유지 제어기; 및 상기 수정 조향각 정보 및 상기 수정 조향 개입 시점 정보에 따라, 차량의 핸들을 능동적으로 제어하는 능동 조향 모듈을 포함하여, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템을 구현하는 것을 특징으로 한다.

Description

운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템{LANE KEEPING ASSIST SYSTEM CONSIDERING DRIVER'S RANGE OF VIEW AND STEERING TENDENCY BY SPEED}

본 발명은 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 고려한 차선유지 보조 시스템(LKAS; Lane Keeping Assist System; 이하 LKAS라 한다.)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 차선유지 보조 시스템 작동에 의한 핸들 조향 시 운전자가 느끼는 조향 이질감의 감소를 목적으로 한다. 여기서 이질감이라 함은 운전자가 조향 시 능동 조향 모듈에 의한 저항력을 받아 편안한 조향감을 느낄 수 없는 경우 운전자의 체감을 말한다. 상기 차선유지 보조 시스템의 차선 유지 제어기(electronic control unit)에서 운전자의 차속에 따른 시야각와 조향 성향에 따른 가중치를 설정하고 상기 가중치를 이용하여 차선유지 목표 조향각을 산출함으로써 수정 조향 개입 시점 정보 및 수정 조향각 정보를 생성하는 차선유지 보조 시스템에 관한 것이다.

차선유지 보조 시스템(LKAS)은 차량이 차선을 이탈하는 경우 이를 감지하고 해당 속도에서 목적 차선을 따라가도록 운전자를 돕는 시스템으로서, 센서로 차로를 구분하여 운전자가 차선을 벗어날 경우 핸들의 진동이나 경보음(beep음)으로 운전자에게 알리고, 능동적으로 핸들을 조향하여 차선을 유지하게 하는 기능을 구현해왔다.

종래 LKAS에서 이용하는 차선 인식 기술은 카메라 센서를 이용하는 것이다. 여기서 카메라 센서가 인식하는 차선의 정보는 차선 폭, 차선 상의 차량의 횡방향 위치, 양측 차선까지의 거리 및 차선의 형태, 도로의 곡률 반경 등이 될 수 있으며, 상기 차선 인식 정보는 차량 전방으로부터 일정 거리 내의 영상정보에 기반하여 추출된 도로 정보이다.

대표적인 LKAS 기술로서 1998년 독일의 BMW사가 운전자 거동 연구에 기반하여 차선유지 제어의 주요 인자를 수립한 헤딩 컨트롤(Heading Control) 개념이 있다. 이 개념은 차선유지 지원 시스템에 있어서 차선추종 제어 모드는 자율조향 시스템 분류에 해당하여 법규(자동차안전기준에 관한 규칙 제89조 2항 및 별표 6) 상 허용이 불가하다는 문제점을 해결하고, 또한 궤적 생성 및 추종을 기반으로 하는 차선유지 지원 시스템에서 운전자의 조향 이질감을 해결하기 위해 실제 운전자들이 어떠한 요인에 따라 조향을 하는가를 설명하고 있다. 상기 개념에 따라, 능동 조향 모듈을 조향을 하기 위해 차선 유지 제어기가 판단하는 조향 휠 목표 조향각(H,des는 desired Heading Angle을 의미함)은 다음 수학식1 및 2에 의해 산출된다.

여기서, s는 라플라스 연산자, Tv, Tn은 시정수(time constant), τ는 지연 시간(time delay), n은 컨트롤 노이즈(control noise), β는 차량 사이드 슬립각(vehicle side slip angle; 차량의 진행방향과 타이어의 회전면 사이의 미끄럼 각),

는 요율(yaw rate; 차량의 중심을 통하는 수직선 주위에 회전각(요각)이 변하는 속도, 즉 차량 회전 각속도), Θ_Δ는 차선과의 차이 각(lane difference angle), y₀는 차선 중심으로부터의 횡방향 변위, κ는 트랙 곡률(curvature of track), k1, k2, k3, k4는 튜닝 파라미터(상수 또는 변수)를 의미한다.

헤딩 컨트롤은 일정 시간 이후의 예상 조향 이탈량을 고려한 목표 조향각 결정이 주 아이디어로, 운전자가 주행하는 도로 전방을 주시하고 이로부터 차로-차량간 상대요각(yaw angle; '요우 각'이라고도 부르며, 차량의 중심을 통하는 수직선 주위에 회전각), 차량의 차로 상 횡방향 변위, 도로의 곡률 반경을 인지하여 조향한다는 점과 운전자의 차량 요율(yaw rate) 및 슬립각(slip angle)에 대한 체감을 반영하여 차량의 조향 방향인 헤딩(heading)을 수정하고 유지하는 기능을 한다.

그러나 상기 카메라 센서의 차선인식 기술과 헤딩 컨트롤 기술을 기반으로 한 LKAS는 운전자의 차속에 따른 시야각 변화 및 조향 성향을 반영하지 않아 차속에 따른 문제점(예컨대, 고속에서는 차량 이탈 위험도의 증가, 저속에서는 조향 시 이질감 발생)이 발생하고, 차속 변화에 따른 전체 구간에서 수정 조향각의 차이가 크게 나타나는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 고려한 차선유지 보조 시스템(LKAS)을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 기존의 차선유지 보조 시스템에 의한 핸들 조향 시 운전자가 느끼는 조향 이질감의 감소를 목적으로 상기 LKAS의 차선 유지 제어기에서 운전자의 차속에 따른 시야각 변화와 조향 성향에 따른 가중치를 설정하고 상기 가중치를 이용하여 차선유지 목표 조향각을 산출하여 수정 조향각 정보와 수정 조향 개입 시점 정보를 생성하는 차선유지 보조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 차선의 영상 이미지를 획득하고 이미지 처리 프로세싱을 통해 차선 정보를 생성하는 카메라/차선인식 모듈; 상기 차선 정보와 차량의 속도 정보를 바탕으로, 예측 이탈량을 추정하여 차량의 수정 조향각 정보를 생성함과 동시에 수정 조향 개입 시점 정보를 생성하는 차선 유지 제어기; 및 상기 수정 조향각 정보 및 상기 수정 조향 개입 시점 정보에 따라, 차량의 핸들을 능동적으로 제어하는 능동 조향 모듈을 포함하여, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템을 구현한다.

여기서 상기 차선 유지 제어기는 상기 차선 정보를 이용하여 초기 예측 이탈량을 산정하고, 상기 속도 정보를 바탕으로 제어 가중치를 설정하며, 상기 초기 예측 이탈량에 상기 제어 가중치를 반영하여 상기 예측 이탈량을 산출하는 예측 제어 로직; 상기 예측 이탈량을 이용하여 차선을 유지하기 위한 목표 조향각을 산출하는 차량 모델; 및 상기 목표 조향각을 수신하고 차량의 현 조향각과 대비하여 상기 수정 조향각 정보를 생성하고, 상기 수정 조향 개입 시점 정보를 산출하는 개입 시점 판단부를 포함하는, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템을 제안한다.

본 발명은 차선 유지 제어기에서 차선유지 목표 조향각 계산 시 운전자의 차속에 따른 시야각와 조향 성향을 반영하여 제어 가중치를 설정함으로써 차속에 따라 조향 특성을 변경할 수 있고, 이를 통하여 LKAS의 이른 개입과 수정 조향각 과다로 인해 발생하는 이질감을 감소시키는 효과가 있으며, 고속 주행 시 차량의 이탈 위험성을 줄일 수 있다. 또한 LKAS을 통한 제어 시 차속에 따른 운전자의 시야각 변화와 조향각 수정 성향을 반영하면 차속 변화구간 전체에서 동일 이탈량에 대한 수정 조향각이 동일한 양으로 발생하는 효과가 있다.

즉 저속 구간에서는 운전자 조향 개입을 최소화하여 수정 조향각 과다로 인해 발생하는 이질감을 감소시키고, 고속 구간에서는 늦은 시점에 개입하여 완만하게 조향각을 수정함으로써 차량의 안정성을 확보하고 차선 이탈의 위험을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LKAS의 구성요소를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 따라 LKAS 예측 제어 로직의 전방 예상 시점에서의 횡 이탈량을 정의하기 위한 변수를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 형태에 따라 각 변위에 대한 가중치를 고려하여 차선유지 목표 조향각을 산출하는 제어 로직의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 형태에 따라 차속에 따른 k₀(횡변위 가중치)/k_v(상대요각 가중치)비율의 변화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시 형태에 따라 LKAS 제어 시 차선 유지 제어기에서 수정 조향각 정보 및 수정 조향 개입 시점을 생성하기 위한 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 6a 내지 6c는 차속의 반영 여부에 따라 LKAS 제어의 수정 조향 개입 시점과 수정 조향각의 변화를 설명하기 위한 예시 도면들이다.
도 7은 본 발명의 일실시 형태에 따라 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 반영하여 횡변위를 기준으로 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각 제어의 개념을 나타내는 예시이다.
도 8은 본 발명의 일실시 형태에 따라 차속에 따른 운전자의 조향각 수정 성향을 반영하여 상대요각을 기준으로 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각 제어의 개념을 나타내는 예시이다.

본 발명은 차량의 속도에 따라 변화하는 운전자의 시야각과 조향 성향을 고려하여 LKAS 제어를 수행하는 기술이다. 운전자는 차량의 차속이 증가할수록 시야각이 감소하는 성향이 있다. 또한 차량의 주행 속도에 따른 운전자의 조향 성향과 관련하여, 저속일 때에는 차선 이탈을 막기 위해 이른 시점에 빠르게 조향각을 수정하고, 고속일 때에는 차량의 안정성 확보를 위해 늦은 시점에 개입하여 완만하게 조향각을 수정하는 경향이 있다. 이는 일반 차량의 파워 스티어링 시스템(power steering system)의 조향 토크 보조량에도 동일하게 반영된다. 즉, 차속 감응형 파워스티어링의 조향 토크 보조량 설정 시 저속에서 스티어링 휠(steering wheel)의 조향감을 가볍게 튜닝하여 신속한 조향 보조가 이루어지도록 하고, 고속에서는 조향감을 무겁게 튜닝(tuning)하여 고속주행 시 안정성을 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 LKAS의 구성요소를 포함하는 시스템을 도시한다. 도 1을 참조하면, 상기 차선 유지 보조 시스템(LKAS)은 카메라 및 차선 인식 모듈(100), 능동 조향 모듈(MDPS, Motor Driving Power Steering; 200), 차선 유지 제어기(300) 및 시스템 정보 입출력부(400)를 포함한다. 상기 구성요소들은 차량용 통신 시스템인 차량용 CAN(Vehicle Controller Area Network; Vehicle CAN)으로 연결되어 있고, 상기 네 가지 모듈 모두 차량용 CAN을 통해 정보를 교환한다.

카메라 및 차선 인식 모듈(100)은 차량의 외부 영상을 촬영하고 이에 대한 정보를 생성하는 인지 기능을 하는데, 차량용 CAN으로부터 조향각, 차속, 요각 등의 차량의 속도 정보 중 센서에 필요한 요구 입력 정보를 받아 이탈각, 횡변위, 차선 곡률 등을 측정하여 차선 정보를 생성한다. 카메라 및 차선 인식 모듈(100)에서 생성된 차선 정보 및 차량용 CAN으로부터 전달된 차량의 속도 정보가 차선 유지 제어기(300)에 입력된다.

차선 유지 제어기(300)는 예측 이탈량을 산출하는 예측 제어 로직(320), 상기 예측 이탈량을 고려하여 목표 조향각을 산출하는 차량모델(340), 상기 목표 조향각으로부터 차량의 이탈 가능성 여부 및 개입 시점을 판단하는 개입 시점 판단부(360)로 구성된다. 개입 시점 판단부(360)에서 경고 여부, 개입 여부 등을 판단하여 능동 조향 모듈에 개입 조향각 즉, 수정 조향각 정보와 수정 조향 개입 시점 정보를 전달한다. 상기 수정 조향각은 운전자의 조작에 의한 실제 조향휠 조향각에서 상기 차선유지 목표 조향각을 뺀 값에 해당하고 일정 수준을 넘을 경우 이탈 위험 발생으로 판단한다.

이하, 예측 이탈량을 산출하는 예측 제어 로직(320)과는 달리, 차선 유지 제어기(300) 전체 프로세스를 통해 목표 조향각을 산출하는 과정은 이하 'LKAS 예측 제어 로직'이라는 용어를 사용한다.

능동 조향 모듈(MDPS; 200)은 전동식 조향 장치로서, 차선 유지 토크를 계산하는 조향계 모델(220)과 모터의 토크를 제어하는 조향 모터 제어부(240)를 포함하고, 수정 조향각과 수정 조향 개입 시점 결정 시 조향계 모델에서 목표 조향 토크를 산출하여 조향 모터 제어부(240)에 전달하고 상기 제어부는 전동 모터를 통해 핸들을 회전시켜 앞바퀴를 조향하도록 구현될 수 있다. 상기 능동 조향 모듈에 포함된 전동 모터, 스티어링 기어박스 등의 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

또한 차선 유지 제어기(300)의 개입 시점 판단부(360)에서 경고 판단 시 CAN 신호를 통하여 입출력부(일반적으로 클러스터; 400)로 해당 정보를 보내고, 상기 입출력부는 시각(예컨대, 경고 램프), 청각(예컨대, 경보음), 핸들 진동 등을 이용하여 운전자에게 경보를 발생시킨다.

본 발명은, LKAS의 차선 유지 제어기(300)가 차선유지 목표 조향각 산출 시 운전자의 차속에 따른 시야각 변화와 조향 성향을 반영하여 제어 가중치를 적용함으로써 차속 변화구간 전체에서 LKAS 제어에 의한 수정 조향각이 동일하게 발생하도록 제어하는 데 특징이 있다.

도 2는 본 발명의 차선 유지 제어기(300)에서 전방 예상 시점에서의 횡 이탈량을 정의하기 위해 필요한 변수를 도시하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에서 정의한 변수값을 이용하여 각 변위에 대한 가중치를 고려한 차선유지 목표 조향각을 산출하는 차선 유지 제어기(300) 내의 LKAS 예측 제어 로직을 나타낸다. 도 2에 도시된 변수들에 있어서, dy_c는 도로로 인한 횡방향 변위를 의미하는 예측값이고, dy_v는 차속 벡터로 인한 횡방향 변위를 의미하는 예측값이다. dy₀는 차로의 중심과 차량 전면부 중심 간 횡방향 변위를 의미하고 카메라 센서에 의해 인식되는 센서값에 해당한다. Ψ_p는 목표 조향각(상대요각), v는 속도, Sp는 예측 시간 동안 현재 차속으로 차량이 이동할 것으로 예상되는 거리, Δα는 상대요각 전체 Ψ_p 중도로 접선 벡터와 차량의 속도벡터가 이루는 상대요각, T_P는 예측 시간을 의미한다. 또한 도면 상 γ는 90°라고 할 수 없으나, 제어주기(60ms 내외)를 고려하면 Ψ_p는 매우 작은 값으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 γ는 90°라고 가정할 수 있다.

카메라 및 차선 인식 모듈(100)이 상기 변수들을 측정하거나 예측하여 차선 정보를 차선 유지 제어기(300)에 전달하고, 나머지 차량의 속도 정보는 차량용 CAN으로부터 제공받아 차선 유지 제어기(300)가 목표 조향각을 산출하고 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각을 판단하게 된다.

특히, 차선유지 목표 조향각을 산출하는데 있어, 도 2에서 도시한 변수들을 이용하여 도 3의 LKAS 제어 로직을 수행한다. 도 3에 따른 로직을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

상기 수학식을 이용하여 차선유지 목표 조향각, 즉 목표 요각(Ψ_p)를 산출하고, 여기서 각 변수는 예측 시간(T_p), 도로로 인한 횡방향 변위(dy_c), 차속벡터로 인한 횡방향 변위(dy_v), 차로 중심-차량 전면부 중심(COG) 간 횡방향 변위(dy₀), 각 변위에 대한 가중치(k_c, k₀, k_v), 목표 요율(

), 예측 시간 동안 현재 차속으로 차량이 이동할 것으로 예상되는 거리(Sp)를 나타낸다.

도 3에 따른 LKAS 예측 제어 로직은 종래 LKAS와 달리 수행 시 튜닝 인자(tuning factor)로서 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 고려한 각 변위에 대한 가중치(k_c, k₀, k_v)들을 이용한다. 먼저 K_c는 운전자의 조향 성향과는 무관한 가중치로서 도로 곡률 변화로 인한 횡방향 이탈량(dy_c)에 대한 가중치에 해당하고 속도, 곡률 변화에 따라 차로를 추종하도록 조정할 수 있다. 상기 Kc값은 ISO 시험 규격에 의해 규정되는 값으로서 예측되는 값은 아니다. K₀는 차로 중심과 차량 전면부 중심 간 횡변위로 인한 횡방향 이탈량(dy₀)에 대한 가중치이고, K_V는 도로의 접선 벡터와 차량 차속 벡터 간 상대요각으로 인한 횡방향 이탈량(dy_v)에 대한 가중치로서 운전자의 조향 성향을 반영한 값이다. 차선 유지를 위한 조향 수정 시 차선 유지 조향각(Ψ_p) 산출을 위한 이탈량은 헤딩 컨트롤에 의거하여 동일한 비중으로 다루어져서는 안되므로 본 발명은 각각의 횡방향 이탈량에 가중치를 도입하고, 차선유지 컨셉에 따라 이탈량의 가중치가 튜닝되도록 설정하였다.

먼저 예측 제어 로직(320)에서는, 수집한 차선 정보(코스 데이터)가 입력되면 dy₀,dy_v 예측치를 정의할 수 있고, 센서에 의해 측정되는 실측값인 dy_c를 정의한다. 각각의 이탈량에 가중치를 더하여 상기 수학식3 에서와 같이 연산하여 목표 요각을 구할 수 있다. 상기 목표 요각을 예측 시간(T_P)으로 나누어 예상 요율을 산출하고 예상 요율과 실제 요 가속도의 차(델타 요율)를 구한 후 PI 제어기(PI controller, Proportional-Integral controller)를 통하여 게인(gain)값을 조정하고 목표 요율을 산출한다.

그 다음 차량모델(340)에 상기 목표 요율이 전달되며, 여기서 본 발명은 싱글 트랙 모델(single track model)에 해당하는 조향 제어 로직을 구현하는 바, 본 모델의 목표 요율을 구현하기 위한 목표 조향휠 조향각(SWA, streering wheel angle)을 산출하게 된다. 산출한 상기 조향휠 조향각은 차량 모델에 적용된 후 실제 요 가속도를 구현하고 상기 차량 모델이 구현하는 실제 요 가속도, 속도, 요각, 사이드 슬립각 값들은 다시 상기 LKAS 예측 제어 로직의 입력값으로 적용된다.

도 3에 도시한 상기 LKAS 예측 제어 로직은 전방 예상 시점에서의 각각의 횡 이탈량에 상기 가중치를 곱하여 차량이 차선을 유지하기 위한 목표 조향각을 산출하는데 특징이 있으며, 가중치에 의해 계산된 수정 조향각을 이용해 능동 조향 모듈(200)을 조정함으로써 기존의 LKAS와 달리 전체 차속 변화 구간에 있어 동일한 수정 조향 개입량의 발생을 가능하게 해준다.

도 4는 차속에 따른 k₀/k_v 비율의 변화 특성을 나타내는 그래프이다. 차선 유지 제어기(300)의 예측 제어 로직(320)에서 수행하는 가중치 설정 단계는 도로 곡률 변화로 인한 횡방향 이탈량 가중치(k_c)와 횡변위 가중치(k₀)와 상대요각 가중치(k_v)를 결정하는 것을 의미한다. 본 발명의 기반기술인 헤딩 컨트롤은 차량의 차선이탈 방지를 목적으로 차선 이탈 위험도를 감소시키는 방향으로 개발되었으며, 이탈 위험 발생 시점를 수정 조향 개입 시점으로 보고 목표 조향각은 위험 해지에 필요한 각도를 말한다. 여기서, 이탈의 위험도는 운전자가 스스로 차선 유지 조향을 행함에 있어서 느끼는 차선 이탈의 위험 정도를 정량화한 것으로서 운전자가 느끼는 차선 이탈의 위험도는 횡변위 및 상대요각의 두 가지 조건에 의해 정의되고 상기 위험도는 각각의 목표 조향각으로 산출되며, 도로 곡률 변화로 인한 목표 조향각과 합산되어 LKAS 로직의 목표 조향각이 산출된다.

본 발명은 차속에 따른 운전자의 조향 성향을 반영하여 횡변위와 상대요각을 기준으로 한 가중치를 설정한다. 각각의 가중치는 동일한 도로에서 차속이 증가함에 따라 요구되는 조향각 증가를 위해 증가하고, 가중치 k₀와 k_v 각각의 설정 변화로 인한 산출 목표 조향각 합의 변화는 k₀／k_v 비율로 표현할 수 있다. k₀／k_v 비율은 저속에서 차선유지 시 운전자가 차로 내 유지를 목적으로 하는데 기인하여, 저속에서는 k₀ ≪ k_v 가 되도록 설정하고 차량 진행 방향에 따른 조향을 우선으로 수정을 하고 횡변위는 최대한 허용한다. 고속 구간에서는 차속 증가에 따라 운전자가 감지하는 차선 이탈 위험도 변화 및 조향각 수정 성향을 반영하여 점진적으로 k₀＞k_v가 되도록 설정함에 따라 횡변위를 우선 수정하고 차량 진행 방향은 완만하게 수정하도록 설정하였다. 따라서, 도 4에서 도시한 것과 같이 차속이 증가할 수록 k₀／k_v 비율이 증가하는 그래프 형태를 얻을 수 있다.

도 5는 LKAS의 차선 유지 제어기(300)에서 수행되는 단계들을 고려한 순서도로서, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 LKAS 예측 제어 프로세스를 나타낸다. 먼저, 카메라 및 차선 인식 모듈(100)을 이용하여 차로 영상을 획득하고 획득한 이미지들을 처리하여 요구 차선 정보를 생성한다. 즉, 촬영된 외부 정보를 통하여 이탈각, 이탈거리, 차선 곡률 등을 측정하여 차선의 정보를 생성하게 된다.

먼저, 차선 유지 제어기(300)의 예측 제어 로직(320)에서 상기 카메라 및 차선 인식 모듈(100)에서 생성된 차선 정보와 차량의 속도 정보를 차량용 CAN으로부터 획득한다(S1). 상기 획득한 차선 정보와 차량의 속도 정보를 통해 도로로 인한 횡방향 변위(dy_c), 차속벡터로 인한 횡방향 변위(dy_v), 차로 중심-차량 전면부 중심(COG) 간 횡방향 변위(dy₀) 즉 초기 예측 이탈량을 산정할 수 있다(S2). dy_c 및dy_v는 예측치이고,dy₀는 카메라 센서에 의해 측정된 실측치이다. 또한 상기 차선 정보와 상기 차량의 속도 정보를 이용하여 상기 각 변위에 대한 제어 가중치를 설정한다(S3). 도로 곡률변화로 인한 횡방향 변위에 따른 가중치(k_c) 및 운전자의 차속에 따른 시야각과 조향 성향을 고려하여 도로-차량 상대요각과 차로 내 차량의 횡변위에 따른 각각의 가중치(k₀, k_v)를 설정한다. 상기 가중치와 초기 예측 이탈량을 이용하여 예측 이탈량(k_c _·dy_c, k₀ _·dy₀, k_v _·dy_v)을 산출할 수 있다(S4). 상기 산출된 예측 이탈량은 차량모델(340)에 전달되고, 상기 차량 모델에서 상기 예측 이탈량을 기준으로 차량의 특성(예컨대, 차량폭, 휠베이스(Wheelbase), 조향 기어비 등)을 반영하여 차선유지 목표 조향각을 산출한다(S5). 차선유지 목표 조향각이 개입 시점 판단부(360)에 입력되면, 상기 목표 조향각에서 운전자의 조향각을 뺀 수정 조향각 정보를 생성하고(S6) 수정 조향 개입 시점 정보를 산출할 수 있다(S7). 상기 수정 조향 개입 시점 판단부에서 경고 여부, 개입 여부 및 개입 조향각 등을 판단하여 결과값을 능동 조향 모듈(200)의 제어 로직에 전달하게 된다. 상기 값을 입력받은 능동 조향 모듈은 조향계 모델에서 목표 조향 토크값을 계산하여 조향 모터 제어부에 전달하고, 조향 모터 제어부는 상기 토크값에 따라 전류량을 연산하고 출력함으로써 핸들을 회전시켜 회전력으로 앞바퀴를 조향하게 된다.

도 6a 내지 6c는 차속의 반영 여부에 따라 LKAS 제어의 수정 조향 개입 시점과 수정 조향각의 변화를 설명하기 위한 예시 도면들이다.

도 6a는 차속에 무관하게 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각을 제어한 경우 차속 변화 구간 전체(40~200kph)에 수정 조향 수정 조향각을 나타낸다. 도시한 바와 같이 LKAS 개입이 전체 구간에 대해 일정하게 적용되므로 조향 수정 개입량이 일정량으로 유지된다. 그러나 도 6a의 경우 차속에 따른 운전자의 시야각 변화와 수정 조향 각속도 성향을 반영하지 않았기 때문에, 저속을 기준으로 LKAS 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각 조절 시 고속에서 개입이 늦어 이탈 가능성이 높아지는 반면 고속을 기준으로 한 경우는 적은 횡 이탈량에 너무 이른 개입이 발생하게 된다.

도 6b는 차속과 연동하여 수정 조향 개입 시점을 결정하고 차속과 무관하게 수정 조향각을 제어하는 경우, 고속을 기준으로 이질감 감소를 설정(즉, 고속을 기준으로 수정 조향 개입 시점은 느리게, 수정 조향각은 크게 설정)한 경우 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 반영하여 고속에서 횡변위 이탈량을 감소시킬 수 있다. 그러나 차속에 따른 운전자의 수정 조향 각속도 성향은 반영되지 않아 도 6b에 도시된 바와 같이 차속 변화구간 전체에서 개입 시 수정 조향각의 변화가 크고 저속 주행 시 수정 조향 개입 시점은 적정하지만 수정 조향각이 과다하여 이질감이 발생하고 중속 주행 시에도 수정 조향 개입 시점은 적정하지만 수정 조향각이 과다하게 된다.

도 6c는 도 6b의 경우와 같이 차속과 연동하여 수정 조향 개입 시점을 결정하고 차속과 무관하게 수정 조향각을 제어하지만 중속을 기준으로 이질감 감소를 설정한 경우이다. 상기 도 6b와 마찬가지로 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 반영하여 고속에서 횡변위 이탈량을 감소시킬 수 있지만, 차속에 따른 운전자의 수정 조향 각속도 성향을 반영하지 않고 차속 변화 전체 구간에서 충분한 수정 조향각을 확보하지 못하고 수정 조향 개입량의 변화 또한 크게 나타난다. 따라서 저속 주행시 수정 조향 개입 시점은 적정하나, 개입 시 수정 조향각이 다소 과다하여 이질감이 발생하고, 고속 주행 시에는 수정 조향 개입 시점은 적정하나 수정 조향각 부족으로 차선을 이탈할 가능성이 발생하므로 시스템 작동 영역의 축소가 필요하다.

도 7 및 8은 상기 도 6a 내지 6c와는 달리 본 발명에 따라 차량 속도에 따른 수정 조향 개입 시점과 수정 조향각을 제어하는 실시예들을 나타낸다.

도 7은 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 반영한 횡변위 기준 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각 제어의 개념을 예시하는 도면이다. 본 발명의 LKAS 예측 제어 로직을 통해 수정 조향 개입 시점, 개입의 해지시점 및 수정 조향각을 차속과 연동하여 제어한다. 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 고려하여, 저속 구간에서는 횡변위로 인한 횡 이탈량을 최대한 허용하여 운전자의 조향 개입을 최소화하고, 고속 구간에서는 동일 횡변위에 대한 운전자의 차선 이탈 위험도가 증가하는 경향을 반영하여 횡변위로 인한 횡 이탈량을 축소하였다. 도 7을 참조하면, 속도가 증가함에 따라 운전자의 시야각이 좁아지는 성향을 반영하여 차선 이탈 위험도의 증가에 따라 횡변위 허용량을 축소시킨 것을 볼 수 있다. 또한 이러한 특징을 반영하여 가중치를 설정함으로써 수정 조향각이 차속 변화구간 전체에 걸쳐 동일하게 나타나는 결과를 얻을 수 있다.

도 6a의 경우와 비교하면, 도 6a는 차속과 무관하게 수정 조향 개입 시점과 수정 조향각을 제어한 것으로 전체 구간에 대해 수정 조향각의 정도는 동일하나, 실제 차량의 속도에 반영되는 경우 저속을 기준으로 횡이탈량(또는 횡변위 허용량)을 크게 적용한 경우 개입이 늦어 고속 주행시 차선 이탈 위험이 커진다. 또한 고속을 기준으로 횡 이탈량을 축소시켜 놓으면 적은 횡이탈량에도 불구하고 조향 모듈이 이른 시점에 개입하여 운전자가 조향 이질감을 느끼게 된다. 따라서 도 7은 차속에 따른 운전자의 시야각 변화를 반영하여 차속에 따른 횡 이탈량 허용범위를 달리함으로써 상기 차선 이탈 가능성과 조향 이질감의 문제를 해결할 수 있다.

도 8은 차속에 따른 운전자의 조향각 수정 성향을 반영한 상대요각 기준의 수정 조향 개입 시점 및 수정 조향각 제어 개념을 도시한다. 도 8에 따르면, 저속 구간에서는 차선 이탈을 막기 위해 조기에 개입하여 빠르게 조향각을 수정하도록 제어하고, 고속 구간으로 갈수록 동일 횡변위에 대한 운전자의 차선 이탈 위험도가 증가하는 경향을 반영함으로써 차량의 안정성 확보를 위해 늦은 시점에 개입하고 조향각이 완만하게 수정되도록 구현하였다. 이는 차속 감응형 파워스티어링에서 저속구간에 조향감을 가볍게 하고 고속 구간에 조향감을 무겁게 하여 조향토크 보조량을 변화시키는 것과 유사한 제어 방법이다. 도 8을 참조하면 속도가 증가할수록 차량의 상대요각이 증가하는 것을 볼 수 있다. 상대요각이 커짐에 따라 차선의 이탈 위험도도 증가하므로 고속에서 늦게 개입하고 완만하게 조향각을 수정하도록 구현한다. 그 결과 도 7과 마찬가지로, 차속 변화의 전체 구간에서 동일한 수정 조향 수정 조향각이 발생함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 도 7 및 8에서 도시한 바와 같이 차속에 따른 운전자의 시야각과 조향각 수정 성향을 반영하여 결과적으로 LKAS 개입 시 차속 변화 구간에서 동일한 이탈량에 대해 수정 조향각이 동일한 양으로 발생되도록 구현할 수 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 카메라 및 차선 인식 모듈 200: 능동 조향 모듈
220: 조향계 모델 240: 조향 모터 제어부
300: 차선 유지 제어기 320: 예측 제어 로직
340: 차량 모델 360: 수정 조향 개입 시점 판단부
400: 시스템 정보 입출력부

Claims

삭제
차선의 영상 이미지를 획득하고 이미지 처리 프로세싱을 통해 차선 정보를 생성하는 카메라/차선인식 모듈;
상기 차선 정보를 이용하여 초기 예측 이탈량을 산정하고, 차량의 속도 정보를 바탕으로 제어 가중치를 설정하며, 상기 초기 예측 이탈량에 상기 제어 가중치를 반영하여 예측 이탈량을 산출하는 예측 제어 로직;
상기 예측 이탈량을 이용하여 차선을 유지하기 위한 목표 조향각을 산출하는 차량 모델;
상기 목표 조향각을 수신하고 차량의 현 조향각과 대비하여 수정 조향각 정보를 생성하며, 수정 조향 개입 시점 정보를 산출하는 개입 시점 판단부; 및
상기 수정 조향각 정보 및 상기 수정 조향 개입 시점 정보에 따라 차량의 핸들을 능동적으로 제어하는 능동 조향 모듈
을 포함하는, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 차선 정보는 상기 카메라/차선 인식 모듈에 의해 측정되고 예측된 값과 차량용 CAN이 제공하는 센서 요구 입력 정보를 통해 산출된 차선, 곡률 반경, 이탈각, 횡변위를 포함하는, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 차량의 속도 정보는 조향각, 차속 및 요각을 포함하는, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 목표 조향각은 상기 예측 제어 로직으로부터 얻은 상기 예측 이탈량 및 예측 시간 동안 현재 차속으로 차량이 이동할 것으로 예상되는 거리를 이용하여 목표 요각과 예상 요율을 산출하고, 상기 산출된 예상 요율을 이용하여 목표 요율을 산출한 후 상기 목표 요율을 구현하기 위한 목표 조향각을 산출하는 차량 모듈을 포함하는, 운전자의 차속에 따른 시야각 및 조향 성향을 반영한 차선 유지 보조 시스템.