KR101272424B1 - 차선유지 보조 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차선유지 보조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 실시예는, 차량의 차속을 검출하는 차속센서; 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 차선검출 카메라; 상기 차선검출 카메라로부터 수신한 상기 차량 위치오차(e), 상기 차선의 곡률(γ), 상기 자세각(ψ)과 상기 차속센서로부터 수신한 상기 차속(v)을 이용하여 어시스트 조향토크를 계산하고 상기 어시스트 조향토크를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어하는 조향구동장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 시스템 및 방법을 제공한다.
차선유지, 횡방향속도, 차선이탈

Description

차선유지 보조 시스템 및 그 방법{Method and System for Assisting Lane Keeping}
본 발명의 실시예는 차선유지 보조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 주행중인 차량의 위치오차, 차선의 곡률, 자세각을 감지하고 차량의 속도, 차량의 위치오차, 자세각 및 차선의 곡률을 이용하여 차량의 조향토크를 보조하고자 하는 차선유지 보조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
차선유지 보조 시스템(Lane Keeping Assist System: LKAS)은 차량에 장착된 차선검출 카메라로부터 차선 정보 및 차량 위치정보를 제공받아 차량이 차선을 이탈하지 않도록 조향토크를 발생하여 차량의 주행을 보조하는 시스템이다.
종래의 차선유지 보조 시스템은 도로를 달리는 차량의 위치를 교정하기 위하여 전동 파워스티어링 시스템(EPS: Electric Power Steering System)에 전달되는 조향토크 어시스트 양은 도로 상에서의 차량 위치의 오차값을 이용하여 계산된다.
하지만, 조향토크 어시스트 후에 차량의 거동 양상은 차량의 속도 및 차량이 차선과 이루는 각도 등에 따라 달라질 수 있다.
도 1은 종래의 차선유지 보조 시스템을 사용한 경우에 차량의 거동예를 도시 한 도면이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c의 경우처럼 차량의 속도가 같은 경우 차량의 자세에 따라 조향토크 어시스트 후의 차량의 횡방향 속도가 달라진다.
도 1a처럼 차량이 차선과 평행하게 달리는 경우보다는 도 1b처럼 차선 바깥쪽을 향하여 주행중인 경우에는 조향토크 어시스트 후의 차량의 차선복귀 속도가 작으며, 도 1c처럼 차선 안쪽을 향하여 주행중인 경우에는 조향토크 어시스트 후의 차량의 차선복귀 속도가 커진다. 특히, 도 1d와 같이 도 1a의 경우보다 차량의 속도가 더 크고 차량의 진행방향이 차선 안쪽인 경우에는 조향토크 어시스트 후에 차선복귀 속도가 더욱 더 커져서 오히려 차량이 반대편으로 이탈할 위험성이 커지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 주행중인 차량의 위치오차, 차선의 곡률, 자세각을 감지하고 차량의 속도, 차량의 위치오차, 자세각 및 차선의 곡률을 이용하여 차량의 조향토크를 보조한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차선유지 보조 시스템에 있어서, 차량의 차속을 검출하는 차속센서; 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 차선검출 카메라; 상기 차선검출 카메라로부터 수신한 상기 차량 위치오차(e), 상기 차선의 곡률(γ), 상기 자세각(ψ)과 상기 차속센서로부터 수신한 상기 차속(v)을 이용하여 어시스트 조향토크를 계산하고 상기 어시스트 조향토크를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어하는 조향구동장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차선유지 보조 시스템에 있어서, 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 차선검출 카메라; 상기 차선검출 카메라로부터 수신한 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하고 차선의 곡률(γ), 곡률의 변화율(γ'), 차선과 이루는 자세각(ψ) 및 차량의 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산하고 상기 미래궤적 횡방향 오차에 비례하는 어시스트 조향토크를 계산하고 상기 어시스트 조향토크를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어하는 조향구동장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차선유지 보조 방법에 있어서, 차량의 차속을 검출하는 단계; 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 단계; 상기 차량 위치오차(e), 상기 차선의 곡률(γ), 상기 자세각(ψ)과 상기 차속(v)을 이용하여 어시스트 조향토크를 계산하는 단계; 상기 어시스트 조향토크를 출력하는 단계; 및 상기 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차선유지 보조 방법에 있어서, 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 단계; 상기 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하는 단계; 상기 차선의 곡률(γ), 상기 곡률의 변화율(γ'), 상기 자세각(ψ) 및 상기 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산하고 상기 미래궤적 횡방향 오차에 비례하는 어시스트 조향토크를 계산하는 단계; 상기 어시스트 조향토크를 출력하는 단계; 및 상기 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시하듯이 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템은 차선검출 카메라(212), 차속센서(214), 제어부(220) 및 조향구동장치를 포함하며, 본 실시예에서 조향구동장치로는 EPS(230)를 사용한다.
차선검출 카메라(212)는 차량에 장착되어 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각 정보를 발생한다. 여기서 위치오차는 차선검출 카메라(212) 기준으로 차선 중앙과 떨어져 있는 거리를 의미하며, 차선의 곡률은 현재의 차선검출 카메라(212) 위치에서의 차선의 곡률을 의미하고, 자세각은 차량의 진행방향이 차선과 이루는 각도를 의미한다.
차속센서(214)는 차량의 차속을 검출한다.
제어부(220)는 차선검출 카메라(212)로부터 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각 정보를 수신하고 차속센서(214)로부터 차속을 수신하여 어시스트 조향토크를 계산하여 EPS(230)로 출력한다.
EPS(230)는 제어부(220)로부터 어시스트 조향토크를 수신하여 조향을 제어한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템에서 차선과 차량의 위치관계를 도시한 도면이고, 도 4는 차선검출 카메라(212)의 위치와 차선과의 위치관계를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시하듯이, 제어부(220)가 차선검출 카메라(212)로부터 수신한 차량 위치오차를 e, 차선의 곡률을 γ, 차속센서로부터 수신한 차량의 속도를 v(v는 종방향속도 성분인 vy와 횡방향속도 성분인 vx 로 나뉨)라 하면, 수학식 1과 같이 어시스트 조향토크(Ta)를 구할 수 있다.
Ta = k1*e + k2*vx + k3*γ (단, k1, k2, k3는 비례상수)
이때, 제어부(220)가 차선검출 카메라(212)로부터 수신한 차선과 이루는 자세각을 ψ라 할 때, 차량의 횡방향속도는 (vx = v*sinψ)이므로 수학식 1은 수학식 2가 된다.
Ta = k1*e + k2*v*sinψ + k3*γ
수학식 2와 같이 어시스트 조향토크를 계산함으로써 차량의 위치오차와 차선의 곡률뿐만 아니라 차량의 속도 및 차량이 차선과 이루는 자세각도 동시에 이용할 수 있게 된다.
차로 중앙으로부터 일정거리(즉, la) 떨어진 지점을 임계 제어거리로 설정하여 차량 위치오차 e가 임계 제어거리 la보다 작은 경우에는 어시스트 조향토크를 계산하지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 시스템을 도시한 블록도이다.
도 5에 도시하듯이 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 시스템은 차선검출 카메라(212), 제어부(220) 및 조향구동장치를 포함하며, 본 실시예에서 조향구동장치로는 EPS(230)를 사용한다.
본 실시예에서의 차선검출 카메라(212) 및 EPS(230)의 기능은 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템에서의 차선검출 카메라(212) 및 EPS(230)의 기능과 동일하다.
본 실시예에서, 제어부(220)는 차선검출 카메라(212)로부터 수신한 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하고 차선의 곡률(γ), 곡률의 변화율(γ'), 차선과 이루는 자세각(ψ) 및 차량의 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산한 후 이를 이용하여 어시스트 조향토크를 계산할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 시스템에서 차선과 차량의 위치관계를 도시한 도면이다.
기설정 전방거리를 dla라고 할 때, 미래궤적의 횡방향 오차 ela는 수학식 3으로부터 계산될 수 있다.
ela = e + dla*ψ + dla 2*γ + dla 3*γ'
따라서, 어시스트 조향토크(Ta)는 수학식 4와 같이 미래궤적 횡방향 오차인 ela에 비례한 값을 갖도록 계산될 수 있다.
Ta = k*ela = k*(e + dla*ψ + dla 2*γ + dla 3*γ') (단, k는 비례상수)
이 경우에도 차로 중앙으로부터 일정거리(즉, la) 떨어진 지점을 임계 제어거리로 설정하여 차량 위치오차 e가 임계 제어거리 la보다 큰 경우에만 어시스트 조 향토크를 계산하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면서 설명한다.
도 7에 도시하듯이 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 방법은 먼저 차속센서(214)로부터 차량의 차속을 검출하고(S702), 차선검출 카메라(212)로부터 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 수신한다(S704).
수신된 차량 위치오차가 임계 제어거리를 초과하는지 여부를 확인하여(S706), 차량 위치오차가 임계 제어거리를 초과하면 차량 위치오차(e), 차선의 곡률(γ), 자세각(ψ)과 차속(v)을 이용하여 어시스트 조향토크를 계산한다(S708).
계산된 어시스트 조향토크는 EPS(230)로 출력되고 EPS ECU(Electronic Control Unit)(232)는 조향이 제어되도록 EPS구동부(234)를 구동한다(S710).
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도 5 내지 도 6을 함께 참조하면서 설명한다.
도 8에 도시하듯이 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 방법은 먼저 차선검출 카메라(212)로부터 차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 수신한다(S802).
수신된 차량 위치오차가 임계 제어거리를 초과하는지 여부를 확인하여(S804), 차량 위치오차가 임계 제어거리를 초과하면 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하고, 차선의 곡률(γ), 곡률의 변화율(γ'), 자세각(ψ) 및 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산한다(S806).
미래궤적 횡방향 오차 계산 후에는 미래궤적 횡방향 오차에 비례하는 어시스트 조향토크를 계산한다(S808).
계산된 어시스트 조향토크는 EPS(230)로 출력되고 EPS ECU(232)는 조향이 제어되도록 EPS구동부(234)를 구동한다(S810).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 차량에 장착된 차선검출 카메라를 이용하여 주행중인 차량의 위치오차, 차선의 곡률, 자세각을 감지하고 차량의 속도, 차량의 위치오차, 자세각 및 차선의 곡률을 이용하여 차량의 조향토크를 보조함으로써 주행안정성을 높이는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 이와 명시적으로 상반되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 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 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 차선유지 보조 시스템을 사용한 경우에 차량의 거동예를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템을 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 시스템에서 차선과 차량의 위치관계를 도시한 도면이고, 도 4는 차선검출 카메라(212)의 위치와 차선과의 위치관계를 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 시스템을 도시한 블록도이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 시스템에서 차선과 차량의 위치관계를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도시한 흐름도이고,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 차선유지 보조 방법을 도시한 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
212: 차선검출 카메라 214: 차속센서
220, 520: 제어부 230: EPS
232: EPS ECU 234: EPS구동부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 차선유지 보조 시스템에 있어서,
    차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 차선검출 카메라;
    상기 차선검출 카메라로부터 수신한 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하고 차선의 곡률(γ), 곡률의 변화율(γ'), 차선과 이루는 자세각(ψ) 및 차량의 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산하고 상기 미래궤적 횡방향 오차에 비례하는 어시스트 조향토크 제어값을 계산하고 상기 어시스트 조향토크 제어값을 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 어시스트 조향토크 제어값을 수신하여 조향을 제어하는 조향구동장치부를 포함하되,
    상기 어시스트 조향토크 제어값은,
    상기 위치오차와, 상기 전방거리와 상기 자세각을 곱한 값과, 상기 전방거리의 제곱값 및 상기 곡률을 곱한 값과, 상기 전방거리의 세제곱값 및 상기 변화율을 곱한 값을 더하여 계산된 상기 미래궤적의 횡방향 오차에 비례상수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 시스템.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 어시스트 조향토크 제어값은, 상기 차량 위치오차가 임계 위치거리보다 큰 경우에 계산되는 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 시스템.
  6. 삭제
  7. 차선유지 보조 방법에 있어서,
    차량이 주행중인 도로에서의 차량 위치오차, 차선의 곡률, 차선과 이루는 자세각을 발생하는 단계;
    상기 차선의 곡률(γ)을 이용하여 차선 곡률의 변화율(γ')을 계산하는 단계;
    상기 차선의 곡률(γ), 상기 곡률의 변화율(γ'), 상기 자세각(ψ) 및 상기 위치오차(e)를 이용하여 기설정 전방거리(dla)에 대한 미래궤적의 횡방향 오차(ela)를 계산하고 상기 미래궤적 횡방향 오차에 비례하는 어시스트 조향토크 제어값을 계산하는 단계;
    상기 어시스트 조향토크 제어값을 출력하는 단계; 및
    상기 어시스트 조향토크 제어값을 수신하여 조향을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 어시스트 조향토크 제어값은,
    상기 위치오차와, 상기 전방거리와 상기 자세각을 곱한 값과, 상기 전방거리의 제곱값 및 상기 곡률을 곱한 값과, 상기 전방거리의 세제곱값 및 상기 변화율을 곱한 값을 더하여 계산된 상기 미래궤적의 횡방향 오차에 비례상수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 차선유지 보조 방법.
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