KR101356203B1 - 자율주행 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자율주행 제어시스템은 차량의 조향각을 감시하는 조향 센서부와, 차량의 전방 도로를 촬영하는 영상 촬영부와, 상기 촬영된 도로 영상으로부터 변경될 차로를 향하여 가상 차선을 예측하고, 예측된 가상 차선의 중심선을 따라 주행시켜 차선을 변경하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

상기와 같은 발명은 자율주행 제어시스템의 차선변경 알고리즘에 영상 촬영부로부터 얻어진 곡률 반경을 사용하지 않음으로써, 곡선 주로에서도 안정적으로 차선을 변경할 수 있는 효과가 있다.

자율주행, 영상 촬영부, 가상 차선, 제어부, 차선 변경

Description

자율주행 제어시스템{AYTOMOMOUS TRAVELLING CONTROLL SYSTEM}

본 발명은 자율주행 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 곡선 주로에서도 안정적으로 차선을 변경하도록 제어하기 위한 자율주행 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 운전자 및 탑승자 보호와 운행 보조 및 승차감의 향상을 위한 다양한 시스템이 탑재되어 있다.

이러한 시스템들 중 자율주행 제어시스템은 카메라를 이용하여 차선을 인식하고 자동 조향을 행하는 기술로서, 카메라의 이미지 프로세싱을 기반으로 차선 폭, 차선상의 차량의 횡방향 위치, 양측 차선까지의 거리 및 차선의 형태, 도로의 곡률 반경이 측정되며, 이와 같이 얻어진 차량의 위치와 도로의 정보를 사용하여 차량의 주행 궤적을 추정하고, 추정된 주행 궤적을 따라 차선을 변경한다.

하지만, 도로의 곡률 반경은 카메라로부터 얻어지는 이미지 정보에 의존하기 때문에 자율주행 차량이 특히, 곡선 주로에서 차선을 변경할 경우, 곡률 반경은 주행 방향에 따라 지속적으로 변화하게 되고, 차량의 위치를 기준으로 상대 곡률반경이 되어 자율주행 차량의 차선 변경을 위한 제어 시 피드백을 위한 기반데이터로 사용할 수 없는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 곡선 주로 주행시 보다 정확하고 안정적으로 차선을 변경할 수 있는 자율주행 제어시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자율주행 제어시스템은 차량의 조향각을 감시하는 조향 센서부와, 차량의 전방 도로를 촬영하는 영상 촬영부와, 상기 촬영된 도로 영상으로부터 변경될 차로를 향하여 가상 차선을 예측하고, 예측된 가상 차선의 중심선을 따라 주행시켜 차선을 변경하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 가상 차선의 중심선과 차량과의 거리가 일정 거리가 유지되도록 차량을 주행시킬 수 있다.

상기 차선 변경은 운전자의 방향 지시등의 조작이 있을 경우에 작동될 수 있다.

본 발명은 자율주행 제어시스템의 차선변경 알고리즘에 영상 촬영부로부터 얻어진 곡률 반경을 사용하지 않음으로써, 곡선 주로에서도 안정적으로 차선을 변경할 수 있는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템으로부터 얻어진 영상을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템이 차선을 변경하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 차선 변경 알고리즘에 따른 차량의 이동을 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 단계에 따른 차선 변경 알고리즘 식을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 검증을 위한 다양한 도로 환경의 시나리오를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 곡선 도로에서의 좌우 차선 변경에 따른 검증 결과를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 검증을 위한 다양한 도로 환경의 시나리오에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 차선 변경 알고리즘이 실차에 적용된 결과를 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템은 영상 촬영부(100) 와, 상기 조향 센서부(200)와, 상기 영상 촬영부(100)로부터 촬영된 도로 영상으로부터 변경될 차로를 향하여 가상 차선을 예측하고, 예측된 가상 차선의 중심선을 따라 주행시켜 차선을 변경하도록 제어하는 제어부(300)를 포함한다.

영상 촬영부(100)는 도로의 전방 영상을 촬영하는 역할을 하며, 이러한 영상 촬영부(100)는 차량의 전방 데쉬보드 또는 룸미러에 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도로의 전방이 촬영되면 촬영된 도로 영상(110)으로부터 도로의 정보 예컨대, 차선의 폭, 양측차선까지의 거리, 차선의 형태 등을 수집할 수 있으며, 특히, 차량의 위치를 파악하여 차선으로부터 차량의 횡방향 위치를 알 수 있다. 여기서, 영상 촬영부(100)는 차량에 장착된 차선 인식 시스템에 구비된 영상 촬영부를 사용할 수 있다.

조향 센서부(200)는 핸들의 조향 각도에 의한 신호를 측정하는 역할을 하며, 이로 인해 조향 센서부(200)로부터 측정된 값을 통해 차량의 주행 방향을 감시할 수 있으며, 차량이 차선을 변경할 경우, 조향 센서부(200)로부터 측정된 값에 의해 차량의 주행 방향을 제어할 수 있다.

제어부(300)는 영상 촬영부(100)로부터 촬영된 전방 도로 영상으로부터 변경될 차선을 향해 가상 차선을 예측하고, 예측된 가상 차선을 따라 차선을 변경하도록 제어하는 역할을 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 횡방향 위치에 따라 현재 주행 차로의 기준 중심선(400)을 측정하고, 측정된 기준 중심선(400)을 변경하고자 하는 목표 차로의 중심선으로 변경하여 차선 변경을 위한 가상 차선의 중심선(600)을 검출한 다.

이에 차량은 가상 차선의 중심선(600)과 차량과의 거리가 일정 거리를 유지하도록 하여 차량의 주행 차선을 변경하도록 할 수 있다. 여기서, 차량의 차선 변경은 운전자의 방향 지시등의 조작이 있을 경우 작동되는 것이 바람직하며, 이를 위해 차량에는 방향 지시등의 조작을 감지할 수 있는 센서부(미도시)가 더 장착될 수 있다.

상기와 같이 차량은 가상 차로를 기준으로 한 차량의 횡방향 위치가 되기 때문에 도로 곡률 반경과 차량 궤적간에 중첩되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 가상 차선을 사용하는 자율주행차량은 차선 추종과 차선변경 알고리즘을 통합하여 사용할 수 있다. 차선이 오른쪽 차선에서 왼쪽 차선으로 변경하거나 오른쪽 차선에서 왼쪽 차선으로 변경할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 단계별로 차량을 이동시킬 수 있으며, 각 단계별 차량의 이동은 도 5에 도시된 바와 같은 차선변경 알고리즘 식에 의해 이동시킬 수 있다.

dy_vt는 가상 차로 중심선을 기준으로 한 차량의 횡방향 변위를 나타내고, dy₀은 센서로부터 입수한 현재 차로내 차량의 횡방향 위치를 나타내고, W_t는 현재 차로의 폭을 나타내고, TS는 좌,우 차로 변경 시 동일한 조건식을 사용하기 위한 방향 지시등의 운전자 조작 상태를 나타낸 값이다.

여기서, TS는 도 6에 도시된 바와 같이, 운전자의 조작에 의해 신호가 인가 되지 않으면 신호값은 0으로 하고, 왼쪽 또는 오른쪽 지시등의 신호가 인가되면 1과 -1로 하고, 위급상황일 경우는 신호값은 3으로 설정할 수 있다. 따라서, 운전자의 조작 신호가 인가되면, 조작 신호가 인가된 식에 의해 차량의 이동 방향을 제어할 수 있다.

상기와 같은 발명은 도로의 차선 변경 시 특히, 곡선 주로 주행 시 차선을 변경할 경우, 영상 촬영부로부터 측정된 곡률 반경값을 사용하지 않음으로써, 차선 변경 알고리즘 구현상의 근본적인 문제점을 제거할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 차선변경 알고리즘에 대한 검증은 다음과 같이 수행할 수 있다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 도로 환경을 준비한다. 여기서, 도 7a는 직선 도로를 나타내고, 도 7b는 좌선회 도로를 나타내고, 도 7c는 우선회 도로를 나타낸다.

이어서, 본 발명에 따른 차선변경 알고리즘을 사용하여 시뮬레이션을 수행한다. 즉, 도 5에 도시된 식을 사용하여 도로 환경에 따라 시뮬레이션을 수행하면 도 8에 도시된 바와 같이 각 단계에 따른 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 도 8a는 좌측으로의 차선 변경과정을 나타내고, 도 8b는 우측으로의 차선 변경 과정을 나타낸다.

각 도로 환경에 따른 차선변경의 시뮬레이션 결과표는 도 9에 도시된 바와 같이 나타난다. 여기서, 도 9a는 직선 도로에서의 차선변경 시 시뮬레이션 결과 그래프이고, 도 9b는 좌선회 도로에서의 차선 변경 시 시뮬레이션 결과 그래프이고, 도 9c는 우선회 도로에서의 차선 변경 시 시뮬레이션 결과 그래프이다.

상기와 같이 검증을 마치면 차선 변경 알고리즘을 실차에 적용할 수 있으며, 실차에 적용된 결과는 도 10에 도시된 바와 같이 얻을 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 검증은 카메라를 기반으로 한 영상 촬영부에서 발생할 수 있는 오류를 제거함으로써 보다 논리적이고 안정적이며 반복 재현 가능한 검증환경을 제공할 수 있다.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템으로부터 얻어진 영상을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템이 차선을 변경하는 과정을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 차선 변경 알고리즘에 따른 차량의 이동을 나타낸 도면.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 단계에 따른 차선 변경 알고리즘 식을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 검증을 위한 다양한 도로 환경의 시나리오를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 곡선 도로에서의 좌우 차선 변경에 따른 검증 결과를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 검증을 위한 다양한 도로 환경의 시나리오에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 자율주행 제어시스템의 차선 변경 알고리즘이 실차에 적용된 결과를 나타낸 그래프.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 영상 촬영부 200: 조향 센서부

300: 제어부 600: 가상 차로 중심점

Claims (3)

1. 차량의 조향각을 감시하는 조향 센서부;

   차량의 전방 도로를 촬영하는 영상 촬영부;

   상기 촬영된 도로 영상으로부터 변경될 차로를 향하여 가상 차선을 예측하고, 예측된 가상 차선의 중심선을 따라 주행시켜 차선을 변경하도록 제어하는 제어부;

   를 포함하는 자율주행 제어시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어부는 가상 차선의 중심선과 차량과의 거리가 일정 거리가 유지되도록 차량을 주행시키는 자율주행 제어시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 차선 변경은 운전자의 방향 지시등의 조작이 있을 경우에 작동되는 자율주행 제어시스템.

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