KR101375087B1 - 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법 - Google Patents

자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 휠의 속도를 감지하는 휠 스피드 센서; 자동차의 조향 각을 감지하는 스티어링 앵글 센서; 자동차 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 카메라; 및 상기 휠 스피드 센서 및 상기 스티어링 앵글 센서로부터 감지된 입력값과 상기 카메라를 통해 획득한 영상 정보를 기초로 자동차의 현재 위치를 추정하는 자동차 위치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법에 관한 것으로서, 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 현재 자동차의 위치를 결정함으로써, 자동차의 현재 위치 정확도를 개선할 수 있다.

Description

자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법{Apparatus and Method for improving the position accuracy of a vehicle}
본 발명은 자동 주차 기능 수행시 자동차의 현재 위치를 정확하게 측정할 수 있는 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 정확하게 추정할 수 있는 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차 운전이 미숙한 운전자들은 자동차를 주차할 때에 운전자가 주차 경로를 잘못 파악할 확률이 높기 때문에 자동차의 주차, 특히 후진 주차시 많은 시간을 할애하여야 하고, 심지어는 주차 위치에 근접해 있는 자동차와 접촉 사고를 유발하기도 한다.
위와 같이 운전이 미숙한 운전자는 주차 주행을 보조하거나 운전자를 대신하여 자동차의 주차 주행을 자동으로 수행하는 자동 주차 장치를 차량에 설치하여 자동차의 주차를 용이하게 할 수 있다.
이러한 자동 주차 장치에서 자동차의 위치 파악은 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 통해 이루어진다. 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 계산 모델이 도 1 내지 도 3에 도시된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자동차 위치 모델은 자동차의 위치를 결정하기 위해 먼저 차축 중심의 회전 반경(R)을 계산하고, 이를 이용하여 자동차가 이동된 후의 차축의 위치를 계산한다. 이렇게 계산된 자동차의 위치 값은 자동 주차 등의 자동차 알고리즘에 이용된다.
도 1에 도시된 자동차 위치 계산 모델을 참조하면, 차축 중심의 회전 반경(R)은 후륜의 내측 회전 반경(Rin)과 후륜의 외측 회전 반경(Rout)을 이용하여 계산된다. 먼저 후륜의 내측의 회전 반경(Rin) 및 후륜의 외측의 회전 반경(Rout)은 다음의 수식을 통해 계산된다.
Figure 112012064551277-pat00001
,
Figure 112012064551277-pat00002
여기서, L은 전후 바퀴축 사이의 거리이고, Øin은 내측 전륜의 각도이며, Øout은 외측 전륜의 각도이다. 이렇게 후륜의 내측 및 외측 회전 반경(Rin, Rout)이 계산되면, 다음의 수식을 이용하여 차축 중심의 회전 반경(R)이 계산된다.
Figure 112012064551277-pat00003
한편, 도 2에 도시된 자동차 위치 계산 모델을 참조하면, 전륜 변화 각도로부터 전륜 차축 중심의 각도(Ø(t))를 계산하고, 이 각도(Ø(t))를 이용하여 중심축의 회전 반경(R)을 계산할 수 있다.
먼저, 전륜 차축 중심의 각도(Ø(t))는 다음의 수식을 통해 계산된다.
Figure 112012064551277-pat00004
여기서, L은 전륜 차축과 후륜 차축 사이의 거리, W는 차폭, Øin(t)는 회전하는 자동차의 전륜 내측의 변화 각도, Øout(t)는 회전하는 자동차의 후륜 내측의 변화 각도이다.
이렇게 전륜 차축 중심의 각도(Ø(t))가 계산되면, 다음의 수식을 이용하여 차축 중심의 회전 반경(R)을 계산할 수 있다.
Figure 112012064551277-pat00005
또한, 도 3에 도시된 자동차 위치 계산 모델을 참조하면, 상술한 도 1 및 도 2에 도시된 모델을 통해 차축 중심의 회전 반경(R) 및 다음의 수식을 이용하여, 차축의 이동 후 위치를 계산할 수 있다.
Figure 112012064551277-pat00006
여기서, K는 차축의 이동 거리, K1은 외륜의 이동 거리, K2는 내륜의 이동 거리, x(t), y(t)는 자축의 현재 위치, x(t + △t), y(t + △t)는 차축의 이동 후 위치, Ø(t)는 현재 자동차의 각도, △Ø(t)는 자동차 각도의 변화량이다.
상술한 바와 같이, 도 1 내지 도 3에 도시된 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 이용하여 자동차의 위치를 파악할 수 있다.
그러나, 상술한 위치 계산은 자동차 타이어가 적정한 공기압을 유지할 때의 치수들을 이용하여 위치 경로를 계산하기 때문에 타이어의 공기압이 변하면 계산된 위치 경로가 실제 위치 경로와 상이해 질 수 있다. 또한 주행시 타이어의 슬립 등에 의해 계산된 위치 경로가 실제 위치 경로와 상이해 질 수 있다. 다시 말해서 계산된 위치 경로의 오차가 커질 수 있다.
따라서, 타이어의 공기압이 적정 공기압보다 낮을 때 또는 슬립이 발생하였을 때에 종래의 자동차 위치 계산은 오차를 포함하게 되기 때문에 정확한 자동주차 제어 기능의 구현이 어렵고, 더욱이 다른 차량 또는 장애물과의 접촉 사고가 발생할 수 있는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 정확하게 추정할 수 있는 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 자동차의 휠의 속도를 감지하는 휠 스피드 센서; 자동차의 조향 각을 감지하는 스티어링 앵글 센서; 자동차 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 카메라; 및 상기 휠 스피드 센서 및 상기 스티어링 앵글 센서로부터 감지된 입력값과 상기 카메라를 통해 획득한 영상 정보와, 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 기초하여 자동차의 위치 정보를 추출하는 위치 정보 추출부와, 상기 카메라로부터 획득한 영상 정보를 분석하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출하는 영상 정보 추출부와, 상기 위치 정보 추출부 및 영상 정보 추출부로부터 추출된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정하고, 상기 결정된 자동차의 현재 위치 정보를 제동 장치 또는 동력 조향 장치로 전달하는 제어부를 구비한 자동차 위치 계산부를 포함한다.
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또한, 본 발명은 휠 스피드 센서, 스티어링 앵글 센서 및 카메라를 통해 자동차 및 자동차 외부 환경에 대한 정보를 수집하는 단계; 위치 정보 추출부가 상기 휠 스피드 센서 및 상기 스티어링 앵글 센서로부터 감지된 입력값과 상기 카메라를 통해 획득한 영상 정보와, 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 기초로 자동차의 현재 위치를 추정하는 자동차 위치 정보 추출 단계; 영상 정보 추출부가 상기 카메라로부터 획득한 영상 정보를 분석하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출하는 영상 정보 추출 단계; 제어부가 상기 위치 정보 추출부 및 영상 정보 추출부로부터 추출된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정하는 위치 결정 단계; 및 상기 제어부가 위치 결정 단계에서 결정된 자동차의 현재 위치 정보를 제동 장치 또는 동력 조향 장치로 전달하는 단계를 포함한다.
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본 발명에 따르면, 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 현재 자동차의 위치를 결정함으로써, 자동차의 현재 위치 정확도를 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 자동차의 키네마틱스 위치 계산 모델을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 방법을 개략적으로 도시한 플로우차트,
도 6은 자동차 위치 계산 단계를 순서대로 도시한 플로우차트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 방법을 개략적으로 도시한 플로우차트이며, 도 6은 자동차 위치 계산 단계를 순서대로 도시한 플로우차트이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 장치는 자동차의 자동 주차 시스템 등에 구비 또는 연계되어 자동차의 위치를 파악하는 장치로서, 휠 스피드 센서(10), 스티어링 앵글 센서(20) 및 카메라(30)로 이루어진 센서부, 및 센서부의 입력값을 이용하여 자동차의 현재 위치를 계산하는 자동차 위치 계산부(100)를 포함한다.
휠 스피드 센서(10)는 자동차의 휠 디스크에 설치되어 자동차 휠의 회전 속도를 감지하고, 스티어링 앵글 센서(20)는 자동차의 조향축에 설치되어 자동차의 조향각을 감지한다.
그리고, 카메라(30)는 자동차에 적어도 하나 이상 설치되어 차량 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득한다.
즉 상기 카메라(30)는 후방을 촬영하는 카메라 1대 만을 설치하여 차량 후방의 영상을 획득하거나, 자동차의 전방 및 후방에 각각 설치하여 차량 전/후방의 영상을 획득할 수도 있으며, 바람직하게는 자동차의 전방, 후방, 좌측 및 우측에 각각 설치되어 차량 주변의 영상을 촬영한다.
자동차 위치 계산부(100)는 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 입력값, 즉 자동차의 속도 정보 및 자동차의 차축의 위치 정보와, 카메라(30)를 통해 획득한 영상 정보를 기초로 자동차의 현재 위치를 추정한다.
구체적으로, 자동차 위치 계산부(100)는 위치 정보 추출부(110), 영상 정보 추출부(120) 및 제어부(130)를 포함하고, 위치 정보 추출부(110)와 영상 정보 추출부(120)를 통해 추출된 정보들을 종합하여 자동차의 현재 위치를 계산한다.
위치 정보 추출부(110)는 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 자동차의 속도 및 조향각 등의 입력값을 기초로 하여 자동차의 위치 정보를 추출한다.
여기서, 위치 정보 추출부(110)는 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 입력값을 기반으로, 도 1 내지 도 3을 통해 기술한 키네마틱스 위치 계산 모델의 계산 방식을 이용하여 자동차의 현재 위치에 대한 정보를 계산한다.
즉, 위치 정보 추출부(110)는 차축의 회전 반경, 차축의 각도를 계산하고, 이를 이용하여 차축의 위치를 계산하는 자동차의 키네마틱스 위치 모델을 통해 자동차의 위치 정보를 추출한다.
영상 정보 추출부(120)는 자동차 외부에 설치된 카메라(30)를 통해 획득한 자동차 주변 환경에 대한 영상 정보를 분석하여 특징점, 예를 들면 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출한다.
여기서, 영상 정보 추출부(120)는 카메라(30)를 통해 감지된 주변 장애물과 자동차 사이의 거리 및 각도를 직교 좌표로 변환하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출할 수 있다.
제어부(130)는 전술한 위치 정보 추출부(110) 및 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 정보들을 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정한다.
구체적으로, 제어부(130)는 위치 정보 추출부(110)로부터 추출된 자동차의 차축의 현재 위치 정보와 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 계산한다.
또한, 제어부(130)는 위치 정보 추출부(110)와 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 정보를 기설정된 시간별로 저장하고, 과거에 저장된 정보와 최근에 저장된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 계산한다.
그리고, 제어부(130)에서 계산된 자동차의 현재 위치에 대한 출력값은 자동차의 제동 장치(40)나 동력 조향 장치(50)와 같은 구동 장치에 전달되어, 자동 주차 기능 수행시에 정확한 위치 제어를 가능하게 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 장치는 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 현재 자동차의 위치를 결정함으로써, 자동차의 현재 위치 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 이러한 자동차의 현재 위치 정확도 개선 장치는 자동 주차 시스템 등의 자동차 제어 기능 수행시 정밀한 제어를 가능하게 한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 방법을 설명한다.
먼저, 휠 스피드 센서(10), 스티어링 앵글 센서(20) 및 카메라(30)를 통해 자동차 및 자동차 외부 환경에 대한 정보를 수집한다(S100). 구체적으로, 휠 스피드 센서(10)는 자동차의 휠 디스크에 설치되어 자동차 휠의 회전 속도를 감지하고, 스티어링 앵글 센서(20)는 자동차의 조향축에 설치되어 자동차의 조향각을 감지한다. 그리고, 카메라(30)는 자동차의 외부 프레임에 설치되어 자동차 주변을 촬영하여 자동차 주변의 영상 정보를 획득한다.
이어서, 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 입력값과 카메라(30)를 통해 획득한 자동차 주변의 영상 정보를 기초로 하여 자동차의 현재 위치를 계산한다(S200).
S200 단계는 자동차 위치 계산부(100)를 통해 수행되고, 자동차 위치 계산부(100)는 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 입력값, 즉 자동차의 속도 정보 및 자동차의 차축의 위치 정보와, 카메라(30)를 통해 획득한 자동차 주변의 장애물과 자동차 사이의 영상 정보를 기초로 자동차의 현재 위치를 추정한다.
구체적으로, S200 단계는 다음의 단계들로 세분화된다.
먼저, 휠 스피드 센서(10) 및 스티어링 앵글 센서(20)로부터 감지된 입력값을 기초로 하여 자동차의 위치 정보를 추출한다(S210).
상기 S210 단계는 위치 정보 추출부(110)에 의해 수행되고, 위치 정보 추출부(110) 도 1 내지 도 3을 통해 전술한 키네마틱스 위치 계산 모델의 계산 방식을 이용하여 자동차의 현재 위치를 파악한다.
즉, S210 단계에서, 위치 정보 추출부(110)는 차축의 회전 반경, 차축의 각도를 계산하고, 이를 이용하여 차축의 위치를 계산하는 자동차의 키네마틱스 위치 모델을 통해 자동차의 위치를 계산한다.
이어서, 카메라(30)로부터 획득한 영상 정보를 분석하여 영상 정보의 특징점을 추출한다(S210). S210 단계는 영상 정보 추출부(120)를 통해 수행되고, 영상 정보 추출부(120)는 예를 들면 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출한다.
여기서, 영상 정보 추출부(120)는 카메라(30)를 통해 감지된 주변 장애물과 자동차 사이의 거리 및 각도를 직교 좌표로 변환하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 위치 정보 추출부(110) 및 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 위치 정보 및 영상 정보들을 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정한다(S230).
상기 S230 단계는 제어부(130)에 의해 수행된다. 여기서, 제어부(130)는 위치 정보 추출부(110)로부터 추출된 자동차의 차축의 현재 위치 정보와 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 계산한다.
또한, 제어부(130)는 위치 정보 추출부(110)와 영상 정보 추출부(120)로부터 추출된 정보를 기설정된 시간별로 저장하고, 과거에 저장된 정보와 최근에 저장된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 계산한다.
그리고, 제어부(130)에서 계산된 자동차의 현재 위치에 대한 출력값은 자동차의 제동 장치(40)나 동력 조향 장치(50)와 같은 구동 장치에 전달되어, 자동 주차 기능 수행시에 정확한 위치 제어를 가능하게 한다(S300).
이와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 위치 정확도 개선 방법은 키네마틱스 위치 계산 모델에 근거한 자동차의 위치 정보와 카메라를 통한 영상 정보에 근거한 자동차의 위치 정보를 종합하여 현재 자동차의 위치를 결정함으로써, 자동차의 현재 위치 정확도를 개선할 수 있다.
또한, 이러한 자동차의 현재 위치 정확도 개선 방법은 자동 주차 시스템 등의 자동차 제어 기능 수행시 정밀한 제어를 가능하게 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 휠 스피드 센서 20: 스티어링 앵글 센서
30: 카메라 40: 제동 장치
50: 동력 조향 장치 100: 자동차 위치 계산부
110: 위치 정보 추출부 120: 영상 정보 추출부
130: 제어부

Claims (8)

  1. 자동차의 휠의 속도를 감지하는 휠 스피드 센서;
    자동차의 조향 각을 감지하는 스티어링 앵글 센서;
    자동차 주변을 촬영하여 영상 정보를 획득하는 카메라; 및
    상기 휠 스피드 센서 및 상기 스티어링 앵글 센서로부터 감지된 입력값과 상기 카메라를 통해 획득한 영상 정보와, 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 기초하여 자동차의 위치 정보를 추출하는 위치 정보 추출부와, 상기 카메라로부터 획득한 영상 정보를 분석하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출하는 영상 정보 추출부와, 상기 위치 정보 추출부 및 영상 정보 추출부로부터 추출된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정하고, 상기 결정된 자동차의 현재 위치 정보를 제동 장치 또는 동력 조향 장치로 전달하는 제어부를 구비한 자동차 위치 계산부를 포함하는 자동차의 위치 정확도 개선 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 휠 스피드 센서, 스티어링 앵글 센서 및 카메라를 통해 자동차 및 자동차 외부 환경에 대한 정보를 수집하는 단계;
    위치 정보 추출부가 상기 휠 스피드 센서 및 상기 스티어링 앵글 센서로부터 감지된 입력값과 상기 카메라를 통해 획득한 영상 정보와, 자동차의 키네마틱스(kinematics)에 근거한 자동차 위치 모델을 기초로 자동차의 현재 위치를 추정하는 자동차 위치 정보 추출 단계;
    영상 정보 추출부가 상기 카메라로부터 획득한 영상 정보를 분석하여 자동차와 주변 장애물 사이의 상대 위치에 대한 정보를 추출하는 영상 정보 추출 단계;
    제어부가 상기 위치 정보 추출부 및 영상 정보 추출부로부터 추출된 정보를 종합하여 자동차의 현재 위치를 결정하는 위치 결정 단계; 및
    상기 제어부가 위치 결정 단계에서 결정된 자동차의 현재 위치 정보를 제동 장치 또는 동력 조향 장치로 전달하는 단계를 포함하는 자동차의 위치 정확도 개선 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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