KR101502510B1 - 차량의 차선 유지 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 차선 유지 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 주행 상태를 기초로 차선 유지 기능을 시작하거나 해제하는 차량의 차선 유지 제어 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치는 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 주행 정보 검출부; 검출된 차선 정보와 검출된 상태 정보를 이용하여 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 제어 시작 판단부; 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 제어 해제 판단부; 및 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고 제어량을 기초로 도로에서 차량을 차선 유지시키는 차선 유지 제어부를 포함한다.

Description

차량의 차선 유지 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling lane keeping of vehicle}
본 발명은 차량의 주행을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차선 유지 가능하게 차량의 주행을 자동으로 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차선 유지 보조 시스템(LKAS; Lane Keeping Assistance System)은 센서를 통해 차선을 검출하고, 검출된 차선의 위치 정보를 토크값으로 변화시켜 차량의 차선 이탈을 막는 시스템이다.
이러한 차선 유지 보조 시스템은 카메라를 통해 측정된 도로 정보를 이용하여 차량이 차선을 이탈하지 않도록 도와줌에 있어서 카메라의 정확도에 큰 영향을 받는다.
도로 주행시 가드 레일, 브레이크 자국, 이중 차선, 눈, 비 등의 환경적 요인에 의해 카메라가 차선을 미인식하거나 오인식하는 사례가 빈번히 발생하며, 이러한 차선의 미인식 및 오인식에 따라 LKAS 제어가 오작동되는 경우 운전자에게 이질감을 느끼게 할 수 있을 뿐만 아니라 위험한 상황을 초래할 수 있다.
또한 종래의 차선 유지 보조 시스템은 운전자의 졸음 여부 등을 감지하여 스스로 작동 시작되거나 해제되는 것이 불가능한 문제점도 있다.
국내공개특허 제2011-0126820호는 차선 인식 장치에 대하여 기술하고 있다. 그런데 이 장치는 카메라 신호의 신뢰도를 이용하여 신뢰도가 높은 차선 정보를 바탕으로 차선을 예측하기 때문에 차선 정보가 오인식되는 경우에 대한 해결안이 없으며, 스스로 작동 시작되거나 해제되는 것도 불가능하다. 그래서 이 장치는 전술한 문제점을 해결할 수가 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량의 주행 상태를 기초로 차선 유지 기능을 시작하거나 해제하는 차량의 차선 유지 제어 장치 및 방법을 제안함을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 상기 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 주행 정보 검출부; 검출된 차선 정보와 검출된 상태 정보를 이용하여 상기 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 제어 시작 판단부; 상기 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 제어 해제 판단부; 및 상기 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 상기 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고 상기 제어량을 기초로 상기 도로에서 상기 차량을 차선 유지시키는 차선 유지 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 제어 시작 판단부는 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 상기 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제어 시작 판단부는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제어 시작 판단부는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭을 기초로 상기 제1 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 제어 해제 판단부는 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나 운전자에 의해 조향각이 입력되거나 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 상기 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제어 해제 판단부는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제2 기준값 이상이면 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 제어 해제 판단부는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭과 가중치를 기초로 상기 제2 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 차선 유지 제어부는 상기 차량의 속도를 기초로 목표 궤적을 생성하고, 상기 제어량으로 상기 목표 궤적을 추종하기 위한 요레이트와 조향각을 산출하여 상기 차량을 차선 유지시킨다.
바람직하게는, 상기 차선 유지 제어 장치는 상기 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상하는 차선 보상부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차선 보상부는 차선을 센싱하여 얻은 센싱 정보를 이용하여 차선을 촬영하여 얻은 영상에 포함된 차선이 오인식/미인식된 차선인지 여부를 판단하며, 상기 영상에 포함된 차선이 오인식/미인식된 차선인 것으로 판단되면 상기 센싱 정보를 이용하여 오인식/미인식된 차선을 보상한다.
바람직하게는, 상기 차선 보상부는 상기 센싱 정보로 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋, 상기 차량의 헤딩각(heading angle), 및 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 곡률을 이용한다.
또한 본 발명은 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 상기 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 단계; 검출된 차선 정보와 검출된 상태 정보를 이용하여 상기 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 단계; 상기 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 상기 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고 상기 제어량을 기초로 상기 도로에서 상기 차량을 차선 유지시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 시작할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단하며, 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 상기 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 시작할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭을 기초로 상기 제1 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 해제할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나 운전자에 의해 조향각이 입력되거나 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 상기 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 해제할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제2 기준값 이상이면 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단하며, 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭과 가중치를 기초로 상기 제2 기준값을 결정한다.
바람직하게는, 상기 차량을 차선 유지시키는 단계는 상기 차량의 속도를 기초로 목표 궤적을 생성하고, 상기 제어량으로 상기 목표 궤적을 추종하기 위한 요레이트와 조향각을 산출하여 상기 차량을 차선 유지시킨다.
바람직하게는, 상기 차량의 상태 정보를 검출하는 단계 이전에, 상기 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 차량의 주행 상태를 기초로 차선 유지 기능을 시작하거나 해제함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 졸음이나 음주 등으로 운전자가 비정상적 상태이더라도 차량의 차선 유지 제어가 가능해진다.
둘째, 차선 유지 기능이 시작되거나 해제되는 경우를 다양하게 분류시킴으로써 조향 이질감을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 유지 보조 시스템의 개념도이다.
도 2는 차선 유지 보조 시스템을 구성하는 차선 유지 제어기의 내부 구성에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차선 유지 보조 시스템의 개념도이다.
차선 유지 보조 시스템(LKAS; Lane Keeping Assist System)(100)은 전방 카메라 센서를 통해 얻어진 차량과 차선 간의 상대 정보 및 차량 CAN 통신을 통해 얻어진 차량 상태 정보를 이용하여 주행 중 차량이 차선을 벗어나지 않도록 운전자의 조향 조작을 도와주는 시스템을 말한다.
차선 유지 보조 시스템(100)은 주행중 차량이 차선을 이탈한 경우 혹은 운전자의 조향 의지가 감지되는 상황에서 운전자에게 조향 이질감을 주지 않는 방향으로 제어가 이루어져야 한다.
이를 위하여 차선 유지 보조 시스템(100)은 주행 정보 검출기(110), 제어 시작 판단기(120), 차선 유지 제어기(130) 및 제어 해제 판단기(140)로 구성된다.
먼저 도 1의 각 구성에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
주행 정보 검출기(110)는 카메라 센서 및 차량 센서를 통하여 차량과 차선 간의 정보를 획득하는 기능을 수행한다.
주행 정보 검출기(110)는 카메라 센서를 통하여 차량과 차선 간의 상대 정보(차량 중심과 좌우 차선과의 옵셋, 도로 곡률, 헤딩각 등)를 획득하고 차량 CAN을 통하여 차량 상태 정보(조향각, 요레이트, 운전자 조향 토크, 차속 등)를 획득한다.
측정된 정보의 정확성은 차선 유지 보조 시스템(100)의 성능에 직접적인 영향을 주기 때문에 시스템(100)의 신뢰성을 향상시키기 위하여 차선 보상 로직을 통하여 차선의 오인식 및 미인식 구간에서의 차선의 신뢰성을 향상시킨다.
제어 시작 판단기(120)는 주행 정보 검출기(110)를 통해 검출된 정보를 이용하여 차량의 차선 이탈을 방지하도록 제어하는 시점을 결정하는 기능을 수행한다.
제어 시작 판단기(120)는 주행 정보 검출기(110)에서 측정된 정보를 이용하여 차량의 차선 이탈 방지를 위한 제어 시작 시점을 결정하는 블록으로 차량과 차선 간의 횡방향 옵셋을 이용하여 제어 시작 시점을 결정한다.
차선 유지 제어기(130)는 주행 정보 검출기(110)를 통해 검출된 정보를 이용하여 차선 이탈 방지를 위해 필요한 제어량을 계산하는 기능을 수행한다.
차선 유지 제어기(130)는 주행 정보 검출기(110)에서 측정된 차속, 요레이트, 조향각, 차선과의 상대 거리, 곡률 등을 이용하여 차선 이탈 방지를 위한 보조 조향 토크값을 생성하는 블록이다.
제어 해제 판단기(140)는 주행 정보 검출기(110)를 통해 검출된 정보를 이용하여 차량 이탈 방지 제어를 종료하는 시점을 결정하는 기능을 수행한다.
제어 해제 판단기(140)는 주행 정보 검출기(110)에서 측정된 정보를 이용하여 제어 종료 시점을 판단한다.
첫째, 제어 해제 판단기(140)는 차선 유지 제어 중 차선에 대한 측정값에 근거하여 차량이 이탈하지 않았다고 판단할 경우 제어를 해제한다.
둘째, 차선 유지 제어가 동작하고 있으나 차량이 차선을 벗어난 경우 차선을 유지하기 위해서 큰 제어 입력이 필요하며, 이러한 동작은 운전자의 조향 이질감이나 불안감을 유발하게 된다. 이를 방지하기 위하여 제어 해제 판단기(140)는 차량이 차선을 특정값 이상 벗어난 경우 제어를 해제한다.
셋째, 차량 상태 정보 및 차선 정보를 이용하여 차선 유지 제어를 위한 차량의 특정 물리량(a certain physical parameter)을 계산하는데, 이 값의 신뢰성이 보장되지 않는 경우 잘못된 제어량이 계산되고 제어기의 신뢰성은 보장되지 않는다. 이를 막기 위하여 제어 해제 판단기(140)는 차선 정보의 신뢰성이 정해진 기준을 만족하지 못할 경우 제어를 해제한다.
넷째, 제어 해제 판단기(140)는 운전자가 차선 변경 의지가 있다고 판단되는 신호를 내거나 차선 변경 의지가 있다고 판단되는 운전 조작을 한 것이 측정될 경우 제어를 해제한다.
다음으로 도 1의 각 구성에 대해 자세하게 설명한다.
(1) 주행 정보 검출기(110)
주행 정보 검출기(110)는 센서를 통하여 차선 정보(차량 중심과 좌우 차선과의 옵셋, 도로 곡률, 헤딩각 등) 및 차량 상태 정보(조향각, 요레이트, 운전자 조향 토크, 차속 등)를 획득한다.
센서를 통하여 획득한 정보는 주변 환경에 많은 영향을 받는다. 눈, 비, 역광 및 도로의 가드 레일 및 터널, 분기/합류지점 등의 주변 환경은 차선의 미인식/오인식에 영향을 끼치게 되며, 이러한 정보는 제어량 계산시 직접적인 영향을 주기 때문에 차선의 신뢰성 향상을 위하여 차선 정보의 보상이 이루어져야 한다.
주행 정보 검출기(110)는 측정된 차선 옵셋, 차선 곡률, 헤딩각의 변화율 및 좌/우 비교 및 차선 신뢰도 값 등을 이용하여 차선의 오인식/미인식 여부를 판단하고, 오인식 및 미인식 구간에서 차선 보상을 통하여 차선의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편 주행 정보 검출기(110)는 차선 퀄리티, 옵셋, 곡률, 헤딩값 등의 정보의 변화율 및 좌/우 값의 비교를 통하여 차선 오인식 구간에 대한 보상을 진행할 수 있으며, 짧은 구간의 미인식의 경우 이전 차선의 변화되는 경향을 이용하여 보상함을 통하여 제어의 잦은 끊김을 방지하도록 할 수 있다.
차선 옵셋의 변화율의 크기는 일정값(A) 이상이 될 수 없으며, 좌측 또는 우측의 차선 옵셋 변화율이 일정값(A) 이상인 경우 보상을 진행한다. 좌측 또는 우측 한쪽 측의 옵셋 변화율이 일정값(A) 이상인 경우에는 다른쪽 옵셋을 이용하여 옵셋 보상을 진행한다. 예를 들어 좌측의 옵셋 변화율이 일정값(A) 이상인 경우 우측 옵셋을 이용하여 보상을 진행하도록 한다.
좌측 옵셋(t) = 좌측 옵셋(t-1) + 우측 옵셋 변화율
좌/우측의 변화율 모두 일정값(A) 이상인 경우에는 변화율 평균(B)를 이용하여 일정 시간동안 차선 옵셋을 보상한다.
좌/우 옵셋(t) = 좌/우 옵셋(t-1) + 옵셋 변화율 평균(B)
곡률값 및 헤딩값은 좌/우 값이 다른 경우 오인식이라 판단하며, 좌/우 값의 변화율이 일정값(Cc, Ch) 이하의 값으로 보상한다.
좌/우 값이 다른 경우 변화율이 일정값(Cc, Ch) 이하인 값으로 반대 차선값을 보상한다. 예를 들어 좌측 변화율이 일정값 이하인 경우 좌측값은 우측값으로 대체한다. 좌/우 모두 일정값(Cc, Ch) 이하인 경우 변화율 평균값을 이용하여 보상한다. 좌/우 모두 일정값(Cc, Ch) 이상인 경우 변화율 평균값을 이용하여 일정 시간동안 보상한다.
이상은 차선, 곡률, 헤딩값 등이 불연속적으로 변하지 않는다는 사실을 바탕으로 이루어진 것으로서, 일정값(A, Cc, Ch)은 시험을 통해 획득한 차선 정보를 바탕으로 설정된 값으로 차선 퀄리티가 높은 구간에서의 데이타를 이용하여 계산한 값으로 속도에 따라 다른 값을 갖는다. 변화율은 현재 값 및 이전 샘플링 값의 차이값을 나타내며, 변화율 평균은 변화율을 일정 시간동안 평균한 값을 나타낸다.
(2) 제어 시작 판단기(120)
제어 시작 판단기(120)는 주행 정보 검출기(110)에서 출력되는 차선 정보 및 차량 상태 정보를 이용하여 차량의 차선 이탈 방지를 위한 제어 시작 조건을 결정한다.
제어 시작 판단기(120)는 차량 중심과 좌우 차선 간의 옵셋 및 차선폭을 이용하여 제어 시작 조건을 결정한다. 제어 시작 판단기(120)는 좌측 바퀴와 차선 간 거리 또는 우측 바퀴와 차선 간 거리가 제한값(E) 이하가 되면 제어를 시작한다. 이때 제한값(E)은 차선폭에 따라 가변될 수 있다.
(3) 차선 유지 제어기(130)
차선 유지 제어기(130)는 주행 정보 검출기(110)에서 출력되는 차선 정보(차량 중심과 좌우 차선과의 옵셋, 도로 곡률, 헤딩각 등)와 차량 상태 정보(조향각, 요레이트, 운전자 조향 토크, 차속 등)를 이용하여 차선 유지 제어를 위한 제어량을 계산한다.
도 2는 차선 유지 제어기(130)의 내부 구성을 도시한 것이다.
목표 궤적 계산부(131)는 차량 속도에 따라 가변될 수 있는 목표 거리를 이용하여 차량 중심에서 지정된 임의의 옵셋을 추정하기 위해 생성된 가상선을 따라가기 위한 목표 궤적을 생성한다. 이때 목표 궤적 계산부(131)는 목표 궤적을 좌표(x, y)로 생성할 수 있다.
목표 요레이트 계산부(132)는 목표 궤적을 추종하기 위한 목표 요레이트(YRdes)를 생성한다.
목표 조향각 계산부(133)는 목표 요레이트를 기초로 목표 조향각(δdes)을 계산한다.
목표 조향 토크 계산부(134)는 목표 조향각으로부터 FeedForward 제어 또는 FeedBack 제어를 통해 목표 조향 토크(Tdes)를 생성한다.
(4) 제어 해제 판단기(140)
제어 해제 판단기(140)는 주행 정보 검출기(110)에서 측정된 정보를 이용하여 차선 유지 제어(차선 이탈 방지 제어) 종료 시점을 판단한다.
첫째, 제어 해제 판단기(140)는 차선 유지 제어 중 차선에 대한 측정값에 근거하여 차량이 이탈하지 않았다고 한단할 경우 제어를 해제한다.
제어 해제 판단기(140)는 좌/우 바퀴와 차선 간 거리(Dl, Dr)가 제한값(F) 이상일 때 제어 해제한다. 제한값(F)는 차선폭에 따라 변할 수 있다. 제한값(F)는 제한값(E)보다 크게 설정된다. 이는 제한값(F)에 의해 제어 해제된 후 바로 제어 시작되는 것을 방지하기 위해서이다.
둘째, 차선 유지 제어가 동작하고 있으나 차량이 차선을 벗어난 경우 차선을 유지하기 위하여 큰 제어 입력이 필요하며, 이러한 동작은 운전자의 조향 이질감이나 불안감을 유발하게 된다. 이를 방지하기 위하여 제어 해제 판단기(140)는 차량이 차선을 특정값 이상 벗어난 경우 제어를 해제한다.
셋째, 차량 상태 정보 및 차선 정보를 이용하여 차선 유지 제어를 위한 차량의 특정 물리량(a certain physical parameter)을 계산하는데, 이 값의 신뢰성이 보장되지 않는 경우 이 값을 이용하여 계산된 제어량의 신뢰성 또한 보장되지 않는다. 이를 막기 위하여 제어 해제 판단기(140)는 차선 정보의 신뢰도 값이 정해진 기준을 만족하지 못할 경우 제어를 해제한다.
제어 해제 판단기(140)는 차선 퀄리티가 좌우 모두 일정값 미만인 경우, 양쪽 차선 모두 차선 옵셋의 변화율이 일정값 이상인 경우, 차선 곡률 또는 헤딩각의 변화율이 일정값 이상인 경우, 좌우 차선 곡률 또는 헤딩각의 변화율이 차이가 일정값 이상인 경우 등일 때 차선 정보의 신뢰성이 보장되지 않는다고 판단한다.
넷째, 제어 해제 판단기(140)는 운전자가 차선 변경 의지가 있다고 판단되는 신호를 내거나 차선 변경 의지가 있다고 판단되는 운전 조작을 한 것이 측정된 경우 제어를 해제한다. 제어 해제 판단기(140)는 운전자의 차선 변경 의지가 있다고 판단될 때 제어를 해제한다.
제어 해제 판단기(140)는 차량 턴 시그널(차선 변경 신호) 입력이 들어온 경우 운전자가 차선 변경 의지를 표현했다고 판단하여 제어를 해제할 수 있다. 또한 제어 해제 판단기(140)는 운전자 조향 토크값이 제한값(G) 이상일 경우 운전자의 차선 변경 의지가 감지된 것으로 판단하여 제어를 해제할 수 있다. 제한값(G)은 도로 곡률 반경의 크기 및 방향에 따라 가변될 수 있다.
이상 도 1 및 도 2를 이용하여 본 발명의 개념에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이상 설명한 개념으로부터 파생되는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3에 따르면, 차량의 차선 유지 제어 장치(300)는 주행 정보 검출부(310), 제어 시작 판단부(320), 제어 해제 판단부(330), 차선 유지 제어부(340), 전원부(350) 및 주제어부(360)를 포함한다.
전원부(350)는 차선 유지 제어 장치(300)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 주제어부(360)는 차선 유지 제어 장치(300)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 차선 유지 제어 장치(300)는 차량의 주행을 제어하기 위해 차량 내 메인 ECU에 탑재될 수 있으므로, 본 실시예에서 전원부(350)와 주제어부(360)는 구비되지 않아도 무방하다.
주행 정보 검출부(310)는 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 기능을 수행한다.
제어 시작 판단부(320)는 주행 정보 검출부(310)에 의해 검출된 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
제어 시작 판단부(320)는 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단한다. 제어 시작 판단부(320)는 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단한다. 제어 시작 판단부(320)는 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭을 기초로 제1 기준값을 결정할 수 있다.
제어 해제 판단부(330)는 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
제어 해제 판단부(330)는 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나, 운전자에 의해 조향각이 입력되거나, 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단한다.
제어 해제 판단부(330)는 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제2 기준값 이상이면 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단한다. 제어 해제 판단부(330)는 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭과 가중치를 기초로 제2 기준값을 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 기준값은 차선 폭에 플러스 값을 가지는 가중치가 더해짐으로써 제1 기준값보다 큰 것을 특징으로 한다.
차선 유지 제어부(340)는 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고, 이 제어량을 기초로 도로에서 차량을 차선 유지시키는 기능을 수행한다.
차선 유지 제어부(340)는 차량의 속도를 기초로 목표 궤적을 생성하고, 제어량으로 목표 궤적을 추종하기 위한 요레이트와 조향각을 산출하여 차량을 차선 유지시킨다.
차선 유지 제어 장치(300)는 차선 보상부(370)를 더 포함할 수 있다.
차선 보상부(370)는 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상하는 기능을 수행한다.
주행 정보 검출부(310)는 차선을 센싱하여 얻은 센싱 정보와 차선을 촬영하여 얻은 차선 영상을 차선 정보로 검출한다. 차선 보상부(370)는 이와 같이 주행 정보 검출부(310)에 의해 검출된 센싱 정보와 영상을 이용하여 오인식/미인식된 차선을 보상한다.
본 실시예에서 상기한 차선 보상부(370)는 차선 영상 획득부, 센싱 정보 산출부, 차선 인식 판별부 및 차선 보상부로 구성될 수 있다.
차선 영상 획득부는 차선을 촬영하여 차선 영상을 획득하는 기능을 수행한다. 차선 영상 획득부는 이를 위해 차량에 장착된 카메라를 이용한다.
센싱 정보 산출부는 차선을 센싱하여 센싱 정보를 산출하는 기능을 수행한다. 센싱 정보 산출부는 이를 위해 차량에 장착된 각종 센서를 이용한다.
센싱 정보 산출부는 센싱 정보로 차량으로부터 각측 차선까지의 오프셋(offset), 차량의 헤딩각(heading angle) 및 차량이 주행하고 있는 도로의 곡률 중 적어도 하나를 산출한다.
센싱 정보 산출부는 이전에 획득된 이전 오프셋, 이전에 획득된 이전 헤딩각, 및 차량의 현재 속도를 기초로 현재 오프셋을 예측하며, 이 현재 오프셋을 차선에 대한 오프셋으로 산출한다.
또한 센싱 정보 산출부는 이전에 획득된 이전 헤딩각 및 차량의 요 레이트(yaw rate) 변화율를 기초로 현재 헤딩각을 예측하며, 이 현재 헤딩각을 차량의 헤딩각으로 산출한다.
차선 인식 판별부는 센싱 정보 산출부에 의해 산출된 센싱 정보를 이용하여 차선 영상 획득부에 의해 획득된 차선 영상에 포함된 차선이 정상 인식된 차선인지 여부를 판별하는 기능을 수행한다.
차선 보상부는 차선 인식 판별부에 의해 차선 영상에 포함된 차선이 정상 인식된 차선이 아닌 것으로 판별되면 센싱 정보를 이용하여 차선 영상에 포함된 차선을 보상하는 기능을 수행한다.
센싱 정보로 차선에 대한 오프셋을 이용하는 경우, 차선 인식 판별부는 좌측 차선에 대한 제1 오프셋 변화율과 우측 차선에 대한 제2 오프셋 변화율의 차이값이 제1 임계값 이상인지 여부를 판별한다.
상기에서 차이값이 제1 임계값 이상인 것으로 판별되면, 차선 보상부는 제1 오프셋 변화율과 제2 오프셋 변화율을 비교하여 오프셋 변화율이 더 작은 차선을 보상한다.
센싱 정보로 헤딩각을 이용하는 경우, 차선 인식 판별부는 좌측 차선에 대한 헤딩각과 우측 차선에 대한 헤딩각이 동일한지 여부를 판별한다. 좌측 차선에 대한 헤딩각과 우측 차선에 대한 헤딩각이 동일하지 않은 것으로 판별되면, 차선 인식 판별부는 도로 곡률이 제2 임계값 미만인지 여부를 판별한다.
도로 곡률이 제2 임계값 미만인 것으로 판별되면, 차선 보상부는 좌측 차선에 대한 헤딩각 변화율과 현재 헤딩각의 차이값 및 우측 차선에 대한 헤딩각 변화율과 현재 헤딩각의 차이값을 비교하여 차이값이 더 작은 차선을 보상한다.
반면 도로 곡률이 제2 임계값 이상인 것으로 판별되면, 차선 보상부는 좌측 차선에 대한 헤딩각 변화율과 우측 차선에 대한 헤딩각 변화율을 비교하여 헤딩각 변화율이 더 작은 차선을 보상한다.
센싱 정보로 차선에 대한 곡률을 이용하는 경우, 차선 인식 판별부는 좌측 차선에 대한 곡률과 우측 차선에 대한 곡률이 동일한지 여부를 판별한다.
좌측 차선에 대한 곡률과 우측 차선에 대한 곡률이 동일하지 않은 것으로 판별되면, 차선 보상부는 좌측 차선에 대한 곡률 변화율과 우측 차선에 대한 곡률 변화율을 비교하여 곡률 변화율이 더 작은 차선을 보상한다.
반면 좌측 차선에 대한 곡률과 우측 차선에 대한 곡률이 동일한 것으로 판별되면, 차선 인식 판별부는 좌측 차선에 대한 오프셋 변화율과 현재 오프셋의 차이값 또는 우측 차선에 대한 오프셋 변화율과 현재 오프셋의 차이값이 제3 임계값 이상인지 여부를 판별한다.
좌측 차선에 대한 오프셋 변화율과 현재 오프셋의 차이값 또는 우측 차선에 대한 오프셋 변화율과 현재 오프셋의 차이값이 제3 임계값 이상인 것으로 판별되면, 차선 보상부는 좌측 차선에 대한 오프셋 변화율과 우측 차선에 대한 오프셋 변화율을 비교하여 오프셋 변화율이 더 작은 차선을 보상한다.
본 실시예에서 차선 보상부(370)는 주행 정보 검출부(310)와 분리되어 구성되었으나, 주행 정보 검출부(310) 내에 구비되는 것도 가능하다.
다음으로 도 3에 도시된 차선 유지 제어 장치(300)의 작동 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 3과 도 4를 참조한다.
먼저 주행 정보 검출부(310)가 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출한다(S401, S402).
이후 제어 시작 판단부(320)가 검출된 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단한다(S403).
제어 시작 판단부(320)는 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단하며, 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단한다.
차선 유지 제어가 시작되면, 제어 해제 판단부(340)는 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단한다(S406).
제어 해제 판단부(340)는 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나 운전자에 의해 조향각이 입력되거나 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단한다.
그리고 차선 유지 제어부(340)는 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고(S404) 이 제어량을 기초로 도로에서 차량을 차선 유지시킨다(S405).
한편 S401 단계 이전에 차선 보상부(370)는 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 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 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 상기 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 주행 정보 검출부;
    검출된 차선 정보와 검출된 상태 정보를 이용하여 상기 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 제어 시작 판단부;
    상기 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하며, 운전자에 의해 조향각이 입력되는지 여부 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않는지 여부를 기초로 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 제어 해제 판단부; 및
    상기 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 상기 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고 상기 제어량을 기초로 상기 도로에서 상기 차량을 차선 유지시키는 차선 유지 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 시작 판단부는 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 상기 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 시작 판단부는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 시작 판단부는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭을 기초로 상기 제1 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 해제 판단부는 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나 운전자에 의해 조향각이 입력되거나 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 상기 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 해제 판단부는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제2 기준값 이상이면 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 해제 판단부는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭과 가중치를 기초로 상기 제2 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차선 유지 제어부는 상기 차량의 속도를 기초로 목표 궤적을 생성하고, 상기 제어량으로 상기 목표 궤적을 추종하기 위한 요레이트와 조향각을 산출하여 상기 차량을 차선 유지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상하는 차선 보상부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차선 보상부는 차선을 센싱하여 얻은 센싱 정보를 이용하여 차선을 촬영하여 얻은 영상에 포함된 차선이 오인식/미인식된 차선인지 여부를 판단하며, 상기 영상에 포함된 차선이 오인식/미인식된 차선인 것으로 판단되면 상기 센싱 정보를 이용하여 오인식/미인식된 차선을 보상하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차선 보상부는 상기 센싱 정보로 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋, 상기 차량의 헤딩각(heading angle), 및 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 곡률을 이용하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 장치.
  12. 미리 정해진 시간마다 도로 상의 차선 정보와 상기 도로를 주행하고 있는 차량의 상태 정보를 검출하는 단계;
    검출된 차선 정보와 검출된 상태 정보를 이용하여 상기 차량의 차선 유지 제어를 시작할지 여부를 판단하는 단계;
    상기 차선 유지 제어가 시작되면 이후 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 이용하여 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하며, 운전자에 의해 조향각이 입력되는지 여부 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않는지 여부를 기초로 상기 차선 유지 제어를 해제할지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 차선 유지 제어가 시작된 뒤 해제되기 전까지 미리 정해진 시간마다 검출되는 차선 정보와 상태 정보를 기초로 상기 차량을 제어하기 위한 제어량을 산출하고 상기 제어량을 기초로 상기 도로에서 상기 차량을 차선 유지시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시작할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제1 기준값 이하이면 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단하며, 상기 차량이 차선을 벗어난 것으로 판단되면 상기 차선 유지 제어를 시작하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 시작할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭을 기초로 상기 제1 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 해제할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단되거나 운전자에 의해 조향각이 입력되거나 또는 차선 정보와 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 검출되지 않으면 상기 차선 유지 제어를 해제하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 해제할지 여부를 판단하는 단계는 상기 차량과 각측 차선 사이의 오프셋(offset)이 제2 기준값 이상이면 상기 차량이 차선을 벗어나지 않은 것으로 판단하며, 상기 차량이 주행하고 있는 도로의 차선 폭과 가중치를 기초로 상기 제2 기준값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 차량을 차선 유지시키는 단계는 상기 차량의 속도를 기초로 목표 궤적을 생성하고, 상기 제어량으로 상기 목표 궤적을 추종하기 위한 요레이트와 조향각을 산출하여 상기 차량을 차선 유지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 차량이 주행하고 있는 도로 상의 양측 차선 중 적어도 일측의 차선이 오인식/미인식되면 오인식/미인식된 차선을 보상하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 차선 유지 제어 방법.
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