KR101575298B1 - 차량 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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장경영
김진수
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템은 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성하고, 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 자료 생성부; 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성하고, 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하며, 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 상위 제어부; 및 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정하고, 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조하는 하위 제어부를 포함한다.

Description

차량 제어 시스템 및 방법{VEHICLE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명의 실시예들은 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량-도로 인프라 기술 융합에 기반하여 경로 정보를 생성하여 차선 변경을 보조하도록 차량을 자동 제어할 수 있는 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량이 주행 중에 위험을 회피 목적이 아닌 운전자의 의지와 필수적인 차로변경을 보조, 지원 하는 종래기술, 특히 도로 인프라와 차량 통신기반 차량의 물리적인 차로변경을 보조하는 시스템은 찾아보기 힘들며, 종래의 차로변경을 위해 운전자를 보조하는 관련도 높은 기술 특히, 차선에 관련된 첨단운전자지원시스템(ADAS)은 크게 변경 또는 유지를 보조하는 기술로 나뉘는데 이러한 기술로는 사각지대의 차량여부를 인지하여 단순히 운전자에게 빛, 소리 등으로 운전자에게 경고를 주는 기능으로 한정되는 BSD(Blind Spot Detection), LCA(Lane Change Assist)와 제동제어 이후에도 앞 차 또는 장애물과의 충돌회피를 위해 횡축(조향) 제어를 통해 차선변경을 수행하는 ESA(Emergency Steer Assist), 차선을 실시간으로 인식하여 졸음운전 시나 운전자의 부주의로 차량이 차선을 이탈할 경우 일정시간 후 주행하는 차선을 유지할 수 있도록 자동으로 조향을 조절하는 LKAS(lane Keeping Assist System) 기술이 존재한다.
첨단운전자지원시스템(ADAS)은 ACC와 같은 종방향 자동 제어 기술이 주를 이루며, 횡방향에 관련된 자동 제어 기술은 미비하고 종래 관련 기술로는 BSD, LCA 시스템과 같이 사각지대의 차량여부를 인지하여 단순히 운전자에게 빛, 소리 등으로 운전자에게 경고를 주는 기능으로 한정되어 있다.
종래의 차량의 횡방향(조향) 제어를 통한 기술로는 제동제어 이후에도 앞 차 또는 장애물과의 충돌회피를 위해 차선변경을 수행하는 ESA, 차선을 실시간으로 인식하여 졸음운전 시나 운전자의 부주의로 차량이 차선을 이탈할 경우 일정시간 후 주행하는 차선을 유지할 수 있도록 자동으로 조향을 조절하는 LKAS로 제한적이며, 기존 위험상황(충돌)을 회피를 위한 자동 차선변경 시스템의 경우, 충돌회피 시 옆 차선에 차량이 없고, 직선도로에서만 적용되며, 한 방향으로 충돌회피가 일어나고, 대상차량이 차선 중심에 있다는 많은 가정을 요구한다.
종래에 개발된 많은 차로변경 결정 모형은 운전자 및 교통류의 행태분석을 통한 의사결정구조모형, 이산확률모형, 선형선택 함수모형이 주를 이루며, 이러한 모형은 전산모형으로 주로 교통류를 모사, 평가하는 시뮬레이션에 사용되어 차량사이의 물리적인 거리와 차량의 거동의 동역학적 개념을 고려한 차로변경 주행 행태 분석에 관한 실험 과 연구는 매우 미비하며, 기존 차로변경모형을 차량 자동제어 ECU에 반영하기에 한계가 있다.
첨단운전자지원시스템(ADAS)기술, 특히 차로에 관련된 차량 기술은 차량에 탑재된 환경 센서를 통해 자체적으로 차선과 주행차로 및 주변상황(장애물)을 실시간으로 인식하는 기술이며, 안전한 차로변경을 수행하기 위해서는 사각지대 및 좁은 시야의 한계가 존재하고 계측 정확도를 높이기 위해 다량의 탑재 센서 설치 및 관리 비용이 높아 상용화에 미비하다.
지능형교통시스템(ITS)의 도로교통 인프라 기술과 지능형 자동차 기술이 융합되어 차로변경을 보조하는 정보제공 및 자동 제어 기술은 특정 도로 구간 자율 주행을 위한 지능형 자동차 기술로는 군집주행 기술이 유일하고 막대한 도로상의 차량 정보 이용에 대한 사회적 이슈가 높아짐에 비해 이에 관련된 기술 발전이 매우 미비한 실정이다.
관련 선행기술로는 공개특허공보 제1999-0057522호(발명의 명칭: 차량의 자동 차선변경 방법 및 그 장치, 공개일자: 1999년 7월 15일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 차량-도로 인프라 간 통신, 도로 검지기, 도로교통 기술, 차량 센서, 차량제어 기술의 융합으로 불가피한 차로 변경이 대두되는 제어대상 도로 구간(예: 고속도로 합류 구간)에서 변경할 차로에 합류하는 차량의 최적 차로 변경을 위한 경로 정보를 생성하고 이를 통해 최종적으로 대상 차량을 자동으로 제어하는 차량 제어 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템은 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성하고, 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 자료 생성부; 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성하고, 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하며, 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 상위 제어부; 및 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정하고, 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조하는 하위 제어부를 포함한다.
상기 자료 생성부는 제어 대상 도로 구간의 기준 차로와 상기 주변 차량의 위치 정보를 도로변 항공에 설치된 영상 검지기 및 레이더 검지기를 이용하여 미리 설정된 단위의 프레임으로 검지하는 항공 영상 검지부; 상기 대상 차량에 탑재된 초음파, 레이더 및 카메라 센서를 통해 상기 주변 차량의 상대 속성 정보(대상 차량과의 상대 거리, 상대 속도, 상대 가속도 등)를 계측하는 환경 센서부; 상기 대상 차량의 자체적 MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서, 휠 센서, 브레이크 디스크 유압센서, 전동식 파워스티어링(MDPS: Motor Driving Power Steering)의 조향각 센서와 토크 센서, 요-레이트(Yaw-Rate) 센서를 통해 상기 대상 차량의 주행 속성 정보(주행 속도, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 조향각 등)를 검출하는 속성 검출부; 상기 제어 대상 도로 구간의 도로변에 설치되며, 상기 제어 대상 도로 구간에 진입한 대상 차량의 아이디(ID)를 차량 탑재 단말기(OBE)로부터 수신하고, 상기 주변 차량의 위치 정보와 상기 대상 차량의 아이디를 매칭하여 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 도로변 장치부; 상기 제어 대상 도로 구간에 상기 대상 차량이 진입하는지 여부를 상기 대상 차량의 아이디로 상기 도로변 장치부에 송신하고, 상기 도로변 장치부로부터 상기 대상 차량의 아이디에 매칭하는, 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 수신하는 차량 탑재 단말기부; 및 상기 주변 차량의 주행 속성 정보, 상기 주변 차량의 상대 속성 정보, 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 이용하여 상기 대상 차량과 상기 주행 차량의 주행 궤적을 생성하고, 상기 생성된 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑하는 클러스터링부를 포함할 수 있다.
상기 클러스터링부는 상기 환경 센서부에 의해 계측된 상대 속성 정보에 기반한 비교 검증을 통해 상기 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑할 수 있다.
상기 상위 제어부는 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 상기 경로 정보를 생성하는 경로 정보 생성부; 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하는 충돌 검증부; 및 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 제어량 결정부를 포함할 수 있다.
상기 경로 정보 생성부는 차로 변경이 가능한 공간이 확보된다고 추정되는 시점을 나타내는 예측 조향 시점을 생성하고, 상기 제어량 결정부는 상기 예측 조향 시점에 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 다자유도 자동차 모델을 통해 상기 대상 차량의 주행 상태와 거동의 안정성을 만족하는 목표 횡방향 제어량을 결정하여 상기 하위 제어부로 전달할 수 있다.
상기 충돌 검증부는 상기 환경 센서부의 초음파 센서 펄스 응답기, 레이더 센서 전파 응답기로부터 전달받은, 상기 주변 차량과의 상대 속성 정보를 기반으로 상기 경로 정보를 이용해 상기 충돌 안정성을 검증할 수 있다.
상기 하위 제어부는 상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 엔진에 유입되는 공기량(스로틀 밸브 제어량)을 결정하고, 상기 유입된 공기량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속, 가속 및 공회전 감속 중 적어도 하나를 결정하는 엔진 제어부를 포함할 수 있다.
상기 하위 제어부는 상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 브레이크 디스크의 유압량을 결정하고, 상기 브레이크 디스크의 유압량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속 및 제동 감속 중 적어도 하나를 결정하는 제동 제어부를 포함할 수 있다.
상기 하위 제어부는 상기 목표 횡방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 전동식 파워스티어링의 조향각 속도량과 토크량을 결정하고, 상기 조향각 속도량과 토크량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 슬립값을 기반으로 상기 대상 차량의 횡방향에 관한 제어량으로서 조향 시 거동을 안전하게 유지하는 조향 제어량을 결정하는 조향 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 방법은 차량 제어 시스템의 자료 생성부에서, 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성하고, 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 단계; 상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성하는 단계; 상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하는 단계; 상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 단계; 상기 차량 제어 시스템의 하위 제어부에서, 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정하는 단계; 및 상기 차량 제어 시스템의 하위 제어부에서, 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량-도로 인프라 간 통신, 도로 검지기, 도로교통 기술, 차량 센서, 차량제어 기술의 융합으로 불가피한 차로 변경이 대두되는 제어대상 도로 구간(예: 고속도로 합류 구간)에서 변경할 차로에 합류하는 차량의 최적 차로 변경을 위한 경로 정보를 생성하고 이를 통해 최종적으로 대상 차량을 자동으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 현재 차로 변경의 큰 문제점인 높은 사고율과 난류현상(지체)과 같은 사회 이슈 해결에 기여할 수 있으며, 이를 통해 교통사고 감소, 사회적 비용의 감소, 편의성 증대 등의 효과가 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 자료 생성부의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 상위 제어부의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1의 하위 제어부의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 차량과 각각의 주변 차량의 선정 및 매핑 과정을 설명하기 위해 도시한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차로변경 가능 공간 판단 단계 및 예측 조향 시점의 차로변경 가능 공간 추정 단계의 두 가지 제약식을 산정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 차로변경 기준 정립 모형 및 예측 조향 시점까지의 가속도 추정 단계 및 조향 직전의 대상차량 주행 형태에 대한 세 가지 케이스를 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명과 관련된 기술에 대해 먼저 설명하기로 한다.
지능형 자동차(첨단 차량) 기술 즉, 운전 보조 기술, 자율주행 기술, 특히 자동차 부품개발 분야의 능동안전차량(ASV; Active Safety Vehicle), 첨단운전자지원시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance System) 기술이 관련 높으며, 대표적인 지능형 자동차 기술로 EPS(Electric Power Steering), CDC(Continuous Damping Control), ESC(Electronic Stability Control)의 ABS(Anti-Lock Brake System), TCS(Traction Control System), VDC(Vehicle Dynamic Control) 등과 차량 환경 센서기반 전자 능동 제어 기술로 PCS(Pre-Crash Safety), ACC(Adaptive Cruise Control), LKAS(Lane Keeping Assist System), SPAS(Smart Parking Assist System), Night Vision 시스템과 같이 차량 상태와 주변 환경을 판단하는 계측 기술, 센서 융합기술, 특히 좌우감지(레이더), 전후방감지(비디오카메라), GPS, 거리감지 기술, 차량 간 통신 기술, 관성센서 기술, Drive-by-wire 기술, 무인운전지원 기술, vehicle to grid 통신 기술 등 다양한 계측 신호 처리, 통신, 제어 기술이 기반이 된다.
차량 중심 기술, 인프라 중심 기술, 인간 중심 기술, 차량/인프라 융합 기술이 관련 있으며, 특히 인간 중심 기술이 관련 높은 분야로 차량동역학을 기반으로 운전자의 주행 특성(Driving Behavior)에 맞게 차량이 작동되도록 제어하는 인간 중심(Human-Centered) 지능화 차량 제어기술이 바탕이 되며, 핵심기술은 차량 및 주행 상황을 감지하는 센서-신호처리 기술과 운전자-차량 통합시스템을 제어하고, 운전자의 인식, 판단, 행동을 차량이 자동으로 수행하도록 구축되며, 궁극적으로 인간의 인지반응시간을 줄여 보다 안전한 차량의 상태를 돕도록 주행, 제동, 조향을 실시간으로 자동 제어하는 목적을 지닌다.
또한, 본 발명은 차량/인프라 융합 기술로 기존의 Telematics/ITS(Intelligent Transport System) 기술을 기반으로 하는 IT 기술을 교통체계 및 도로 자동차에 융합하여 창출되는 신 부가가치 산업 기술로 휴먼/자동차/인프라를 지능적, 유기적으로 융합하여 최적의 안전/편의/녹색 도로 교통 환경을 구현하는 IT자동차 융합 신기술과 관련 있으며, 도로상의 지점 및 구간 검지기(레이더, 영상, 자기장 등)을 통해 실시간으로 수집되는 막대한 교통, 차량 정보(Big Data) 활용 분야와 지능형교통시스템(ITS) 및 첨단도로시스템(AHS; Assist Highway System) 기술 분야, 특히 최근 DSRC(Dedicated Short Range Communication), WAVE(Wireless Access in Vehicle Environment) 기술을 적용한 V2X(Vehicle to X Communication) 시스템의 일환인 안전운전지원을 위한 차량 추돌 방지, 도로위험 구간, 노면상태, 교통 소통상황, 교차로 충돌사고 예방, 신호 정보 제공 위급상황 통보 지원 시스템 등의 스마트 교차로서비스, 교통안전서비스, 차로운행서비스, 대안 경로 제공 서비스 등으로 운전자 안전 및 편의 정보 제공 분야와 관련이 있다.
본 발명이 적용 가능한 제품 및 기술로는 첨단운전자지원시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance System), 자율주행 자동차(Autonomous Vehicle), 지능형교통시스템(ITS), 첨단도로시스템(AHS; Assist Highway System) 기술 기반 차로변경 보조 경로정보생성 및 자동제어기술 등이 있다.
본 발명의 향후 적용이 예상되는 분야로는 첨단운전자지원시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance System), 자율주행 자동차(Autonomous Vehicle), 지능형교통시스템(ITS), 첨단도로시스템(AHS; Assist Highway System) 기술 개발 분야 등이 있으며, 아울러 일차적으로 필수적인 차로변경이 대두되는 구간 즉, 고속도로 합류 및 분류 구간, 톨게이트 등 그리고 이를 확장하여 차로변경이 수행되는 차량이 주행하는 모든 도로 전 구간에 적용 가능하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템(100)은 자료 생성부(110), 상위 제어부(120), 하위 제어부(130), 및 스위치부(140)를 포함할 수 있다.
상기 자료 생성부(110)는 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성한다. 또한, 상기 자료 생성부(110)는 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성한다.
이러한 자료 생성부(110)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
상기 상위 제어부(120)는 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성한다.
상기 상위 제어부(120)는 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증한다.
상기 상위 제어부(120)는 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향(속도) 제어량 및 목표 횡방향(조향) 제어량을 산정한다. 이때, 상기 상위 제어부(120)는 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량을 제어하는 시점을 나타내는 제어 시점을 산정할 수 있다.
여기서, 상기 목표 종방향 제어량, 상기 목표 횡방향 제어량과 상기 제어 시점은 실시간으로 충분한 안전거리를 확보한 상태, 즉 주변(선행) 차량이 급감속을 하거나 주변(후행) 차량이 급가속을 하더라도 대상 차량과 추돌하지 않는 수준을 보장하며, 상기 대상 차량의 거동이 안전한 상태를 유지하도록 산정된다.
이러한 상위 제어부(120)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
상기 하위 제어부(130)는 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정한다.
상기 하위 제어부(130)는 상기 결정된 제어량을 액츄에이터(미도시)에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조한다.
상기 스위치부(140)는 상기 자료 생성부(110), 상기 상위 제어부(120), 및 상기 하위 제어부(130)의 동작을 제어하는 역할을 한다.
즉, 상기 스위치부(140)는 운전자의 조작에 의해 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보의 생성 및 자동 제어를 수행할 수 있다. 이때, 상기 스위치부(140)는 방향지시등과 함께 동작할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 스위치부(140)에 의해 방향지시등이 켜지면 그 방향지시등이 켜진 방향으로의 차로 변경을 보조하기 위해 경로 정보를 생성하고 자동 제어를 수행할 수 있다.
상기 스위치부(140)는 운전자가 제어 대상 도로 구간에 진입하여 변경할 차로에 합류하는 차로 변경을 수행하기 위해 방향지시등과 같은 스위치를 작동하면 본 차량 제어 시스템(100)의 작동 시작을 입력할 뿐만 아니라 변경할 차로를 결정할 수 있다.
도 2는 도 1의 자료 생성부(110)의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 자료 생성부(110)는 항공 영상 검지부(210), 환경 센서부(220), 속성 검출부(230), 도로변 장치부(240), 차량 탑재 단말기부(250), 및 클러스터링부(260)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 환경 센서부(220), 상기 속성 검출부(230), 상기 차량 탑재 단말기부(250), 및 상기 클러스터링부(260)는 상기 대상 차량에 탑재될 수 있다. 그리고, 상기 항공 영상 검지부(210) 및 상기 도로변 장치부(240)는 상기 제어 대상 도로 구간의 도로변에 설치될 수 있다.
상기 항공 영상 검지부(210)는 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차로와 상기 주변 차량의 위치 정보를 도로변 항공에 설치된 영상 검지기 및 레이더 검지기를 이용하여 미리 설정된 단위(예: 0.1초)의 프레임으로 검지할 수 있다.
상기 환경 센서부(220)는 상기 대상 차량에 탑재된 초음파, 레이더 및 카메라 센서를 통해 상기 주변 차량의 상대 속성 정보, 즉 상기 대상 차량과의 상대 거리, 상대 속도, 상대 가속도 등을 계측할 수 있다.
상기 속성 검출부(230)는 상기 대상 차량의 자체적 MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서, 휠 센서, 브레이크 디스크 유압센서, 전동식 파워스티어링(MDPS: Motor Driving Power Steering)의 조향각 센서와 토크 센서, 요-레이트(Yaw-Rate) 센서를 통해 상기 대상 차량의 주행 속성 정보, 즉 주행 속도, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 조향각 등을 검출할 수 있다.
상기 도로변 장치부(RES)(240)는 상기 제어 대상 도로 구간의 도로변에 설치되며, 상기 제어 대상 도로 구간에 진입한 대상 차량의 아이디(ID)를 차량 탑재 단말기(OBE)로부터 수신하고, 상기 주변 차량의 위치 정보와 상기 대상 차량의 아이디를 매칭하여 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성할 수 있다.
상기 차량 탑재 단말기부(250)는 상기 제어 대상 도로 구간에 상기 대상 차량이 진입하는지 여부를 상기 대상 차량의 아이디로 상기 도로변 장치부에 송신하고, 상기 도로변 장치부(240)로부터 상기 대상 차량의 아이디에 매칭하는, 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 수신할 수 있다.
상기 클러스터링부(260)는 상기 대상 차량의 ECU(Electronic Control Unit)에 존재하며, 상기 차량 탑재 단말기부(250)에서 수신한 주변 차량의 주행 속성 정보, 상기 환경 센서부(220)에서 계측한 상대 속성 정보, 상기 속성 검출부(230)에서 검출한 대상 차량의 주행 속성 정보(주행 및 거동 상태 속성 자료들)을 실시간으로 수집, 결합, 가공한다.
상기 클러스터링부(260)는 상기 주변 차량의 주행 속성 정보, 상기 주변 차량의 상대 속성 정보, 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 이용하여 상기 대상 차량과 상기 주행 차량의 주행 궤적을 생성하고, 상기 생성된 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑(mapping)할 수 있다.
이때, 상기 클러스터링부(260)는 상기 환경 센서부(220)에 의해 계측된 상대 속성 정보에 기반한 비교 검증을 통해 상기 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑할 수 있다.
도 3은 도 1의 상위 제어부(120)의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 상기 상위 제어부(120)는 경로 정보 생성부(310), 충돌 검증부(320), 및 제어량 결정부(330)를 포함할 수 있다.
상기 경로 정보 생성부(310)는 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 상기 경로 정보를 생성할 수 있다.
상기 경로 정보 생성부(310)는 차로 변경이 가능한 공간이 확보된다고 추정되는 시점을 나타내는 예측 조향 시점을 생성할 수 있다.
상기 충돌 검증부(320)는 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증할 수 있다.
즉, 상기 충돌 검증부(320)는 상기 환경 센서부의 초음파 센서 펄스 응답기, 레이더 센서 전파 응답기로부터 전달받은, 상기 주변 차량과의 상대 속성 정보를 기반으로 상기 경로 정보를 이용해 상기 충돌 안정성을 검증할 수 있다.
상기 제어량 결정부(330)는 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정할 수 있다.
상기 제어량 결정부(330)는 상기 예측 조향 시점에 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 다자유도 자동차 모델을 통해 상기 대상 차량의 주행 상태와 거동의 안정성을 만족하는 목표 횡방향 제어량을 결정하여 상기 하위 제어부(130)로 전달할 수 있다.
도 4는 도 1의 하위 제어부(130)의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 상기 하위 제어부(130)는 엔진 제어부(410), 제동 제어부(420), 및 조향 제어부(430)를 포함할 수 있다.
상기 엔진 제어부(410)는 상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 엔진에 유입되는 공기량(스로틀 밸브 제어량)을 결정할 수 있다.
상기 엔진 제어부(410)는 상기 유입된 공기량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속, 가속 및 공회전 감속 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
상기 제동 제어부(420)는 상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 브레이크 디스크의 유압량을 결정할 수 있다.
상기 제동 제어부(420)는 상기 브레이크 디스크의 유압량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속 및 제동 감속 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
상기 조향 제어부(430)는 상기 목표 횡방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 전동식 파워스티어링의 조향각 속도량과 토크량을 결정할 수 있다.
상기 조향 제어부(430)는 상기 조향각 속도량과 토크량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 슬립값을 기반으로 상기 대상 차량의 횡방향에 관한 제어량으로서 조향 시 거동을 안전하게 유지하는 조향 제어량을 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 대상 차량과 각각의 주변 차량의 선정 및 매핑 과정을 설명하기 위해 도시한 예시도이다. 도 5를 참조하여 대상 차량과 각각의 주변 차량 선정 및 매핑에 대해 설명하면 다음과 같다.
주변 차량이란 대상 차량의 차로 변경에 영향을 미치는 가장 근접한 차량들로 교통상황에 따라 실시간으로 변경될 수 있으며, 기본적으로 선행 차량, lead 차량, lag 차량, lead-lag 차량으로 정의할 수 있다.
대상 차량은 제어 대상 도로 구간에 설치된 도로변 장치(RSE)에 대상 차량에 탑재된 단말기의 RFID 신호를 받아 이 시점의 항공영상검지 위치정보와 매칭하여 대상 차량으로 선정되고 주행 차로를 벗어날 때까지 실시간으로 주행 궤적이 추적된다.
주변 차량 중 선행 차량의 경우, 항공영상검지 위치정보에서 검출된 대상 차량과 동일한 주행 차로의 차량 중 대상 차량과 가장 근접한 차량으로 선정되며, 이를 대상 차량에 탑재된 환경 센서부의 상대거리 비교를 통해 검증하여 맵핑된다.
만약, 제어대상 구간이 고속도로 합류부, 분류부와 같은 대상 차량의 주행 차로에 종점이 존재하는 경우에 선행 차량이 존재하지 않는다면 주행 차로의 종점을 정지한 선행 차량으로 간주하여 대체한다.
주변 차량 중 lead 차량은 항공영상검지 위치정보에서 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 대상 차량과 가장 근접한 선행 차량으로 선정되며, 이를 대상 차량에 탑재된 환경 센서부의 상대거리 비교를 통해 검증하여 맵핑된다.
주변 차량 중 lag 차량은 항공영상검지 위치정보에서 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 대상 차량과 가장 근접한 후미 차량으로 선정되며, 이를 대상 차량에 탑재된 환경 센서부의 상대거리 비교를 통해 검증하여 맵핑된다.
주변 차량 중 lead-lag 차량은 항공영상검지기 위치정보에서 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 옆 차로 차량 중 lead-lag차량 사이에 존재하는 모든 차량으로 선정되며, 이는 lead 차량과 lag 차량 사이 즉, 대상 차량의 예상 차로변경 경로에 lead-lag차량이 끼어들어 대상 차량의 차로 변경을 방해할 가능성이 높은 차량을 구분하기 위함이다.
이 lead-lag 차량은 대상 차량의 사각지대에 존재하여 대상 차량에 탑재된 환경 센서부를 통한 검지가 불가능하므로 검증하여 매핑하지 않는다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템의 구성요소 중에서 상위 제어부에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 참고로, 상기 상위 제어부 및 그것의 하위 구성에 대한 도면부호는 생략한다.
상위 제어부:
경로 정보 생성부는 주행 차로의 대상 차량과 선행 차량의 충돌 안전성을 판단하는 단계, 대상 차량이 변경할 차로의 안정성을 판단하는 단계, 대상 차량이 변경할 차로에 적응 가능한 주행상태를 유지하는지 판단하는 단계, 대상 차량이 변경할 차로에 합류할 수 있는 충분한 공간이 확보되었는지 판단하는 단계, 예측 조향 시점까지 차로변경 기준 정립 모형의 가속도 함수 기반으로 가속도를 추정하는 단계, 예측 조향 시점에 차로변경 가능 공간이 확보되었는지 추정하는 단계, 생성된 예상 차로변경 경로에 다른 차로의 차량이 끼어들어 방해하는지 확인하는 단계로 구성되며, 예측 조향 시점까지 대상차량의 주변 차량 선정과 차로변경 가능 여부를 판단과정을 반복하여 안전성을 확보할 뿐만 아니라 최적의 목표 종방향, 횡방향 제어량과 제어시점을 생성한다.
여기서, 선행 차량과의 충돌 안전성 판단 단계는 대상 차량과 선행 차량과의 충돌 위험도를 현재로부터 충돌까지 남은 시간을 의미하는 TTC(Time To Collision), 최소정지 거리를 의미하는 SDI(Stopping Distance Index), 선행 차량이 급제동하였을 경우의 후방추돌지표를 의미하는 PICUD(Potential Index for Collision with Urgent Deceleration)의 세 가지 산정식을 기반으로 실시간으로 계산하고, 이를 기준으로 대상 차량이 현 주행 상태에서 충분한 안전거리가 확보된 경우 현 상태를 유지하며 다음 단계로 넘어가며, 안전거리가 확보되지 못한 경우 목표 속도 제어량(선행 차량과 충돌을 예방하는 속도값)을 결정하여 하위 제어부로 보낸다.
상기 변경할 차로 안정성 판단 단계는 lead 차량과 lag 차량의 속도 편차를 실시간으로 산정하여 대상 차량이 변경할 차로의 안정성을 판단하는 단계로, 안정 범위 이내의 속도 편차가 도출된 경우, 또는 lead 차량과 lag 차량이 존재하지 않는 경우는 변경할 차로의 안정성이 확보되었다고 판단되어 대상 차량은 현 상태를 유지하며 다음 단계로 넘어가며, 안정 범위를 벗어난 경우는 변경할 차로의 안정성이 확보되지 못하였다고 판단되어 현 주행 상태를 유지하는 목표 속도 제어량(현 대상 차량 속도값)을 생성하여 하위 제어부로 보내 등속을 유지하고 클러스터링부의 주변 차량 선정 단계로 돌아간다.
상기 변경할 차로 적응성 판단 단계는 대상 차량과 lag 차량의 속도 편차를 실시간으로 산정하여 대상 차량이 변경할 차로에 적응 가능한 상태를 확보하는지 판단하는 단계로, 안정 범위 이내의 속도 편차가 도출된 경우, 또는 lag 차량이 존재하지 않는 경우는 대상 차량이 변경할 차로와 비슷한 속도를 유지하며 주행하여 변경할 차로의 적응 가능성이 확보되었다고 판단되어 현 상태를 유지하며 다음 단계로 넘어가며, 안정 범위를 벗어난 경우는 변경할 차로의 적응 가능성이 확보되지 못하였다고 판단되어 현 lag 차량의 주행상태를 유도하는 목표 속도 제어량(lag 차량 속도값)을 생성하여 하위 제어부로 보내 가속, 감속을 유도하고 클러스터링부의 주변 차량 선정 단계로 돌아간다.
상기 차로 변경 가능 공간 판단 단계는 변경할 차로의 차량들 즉, lead차량과 lag 차량 사이에 대상 차량이 합류할 수 있는 충분한 차로변경 가능 안전공간이 확보되었는지 실시간으로 판단하는 단계로, 현 시점의 lead, lag, 대상 차량들의 최소정지거리 계산값과 각 차량의 차량길이를 조합한 두 가지 제약식 즉, lag 차량의 최소정지거리 내에 대상 차량이 존재하지 않고 대상 차량의 최소정지거리 내에 lead 차량이 존재하지 않는다는 조건을 통해 lag 차량이 급가속을 하거나 lead 차량이 급감속을 하더라도 대상 차량과 추돌하지 않는 수준을 만족한다(도 6 참조).
여기서, 두 가지 제약식을 만족하는 경우는 차로 변경 가능 공간이 확보되었다고 판단되어 현 상태를 유지하며 다음 단계로 넘어가며, 두 가지 제약식을 하나라도 만족하지 못하는 경우는 차로 변경 가능 공간이 확보되지 못하였다고 판단되어 다시 차로 변경 가능 공간을 찾을 수 있도록 유도하는 수준의 목표 속도 제어량(현 대상 차량보다 약간 낮은 속도값)을 생성하여 하위 제어부로 보내 감속을 유도하고 클러스터링부의 주변 차량 선정 단계로 돌아간다.
상기 예측 조향 시점까지의 가속도 추정 단계는 설정된 예측 조향 시점까지 대상 차량의 목표 속도 제어량, 제어 종점을 결정하기 위한 가속도를 추정하는 단계로, 현실에서 운전자가 "현 시점 얼마 이후 차로변경을 안전하게 수행하기 위해 어느 정도 가, 감속을 해주어야겠다."라고 생각하는 현상을 모사하는 단계이다.
여기서, 이 단계 이전까지 대상 차량은 현 상태를 유지하며 충분히 차로 변경이 가능한 상태임을 판단하였으나, 조향을 수행하기 직전 즉, 현 시점 얼마 이후에 현 주행 상태에서 대상 차량이 등속, 약간의 가속, 감속을 하는 현상을 구현하기 위함이며, 차로 변경 행태를 구현하는 차로 변경 기준 정립 모형을 기반으로 예측 조향 시점의 lead차량, lag 차량의 추정된 속도값과 대상 차량의 종방향 가속도 함수의 적분값 즉, 종방향 속도 증가량을 비교하여 변경할 차로와 안정한 수준의 주행 상태 즉, 종방향 속도 증가량을 만족하는 목표 가속도를 산정해서 다음 단계로 넘어간다(도 7 참조).
여기서, 차로 변경 기준 정립 모형은 차로변경시 일반적인 차량의 종방향, 횡방향 가속도 행태를 나타내는 함수로써, 조향을 수행하기 직전까지의 예측된 속도 행태를 구현하고 조향을 수행할 때 조향 제어량을 결정하는데 기반이 된다(도 6 참조)
예측 조향 시점의 목표 속도를 구현하기 위한 가속도 값을 종방향 가속도 함수의 적분 값으로 역으로 추정하고 그 추정된 가속도 값에 따라 다양한 유형의 종방향 가속도 함수를 나타낸다(도 7의 등속, 가속, 감속의 세 가지 예제 case).
상기 예측 조향 시점의 차로변경 가능 공간 추정 단계는 설정된 예측 조향 시점에 변경할 차로의 차량들 즉, lead 차량과 lag 차량 사이에 대상 차량이 합류할 수 있는 충분한 차로 변경 가능 안전공간이 확보되었는지 실시간으로 추정하는 단계로, 현실에서 운전자가 "현 시점 얼마 이후 언제쯤 차로 변경을 수행하여도 차로 변경 공간이 확보되어 안전하겠다."라고 생각하는 현상을 모사하는 단계이다(도 6 참조).
여기서, 이 단계에서는 차로변경 가능 공간 판단 단계와 흡사한 방식 즉, 설정된 예측 조향 시점의 lead 차량, lag 차량, 대상 차량들의 최소정지거리를 추정값과 차량의 차량길이를 조합한 두 가지 제약식을 통해 대상 차량이 예측 조향 시점에 차로변경 가능 공간이 확보된다고 추정되는 경우에는 예측 조향 시점까지의 가속도 추정 단계에서 산정한 목표 속도 제어량, 제어종점을 하위제어부로 보내어 조향 직전의 등속, 약간의 가속, 감속 정도를 유도하며, 예측 조향 시점에 차로변경 가능 공간이 확보되지 못하였다고 추정되는 경우에는 다시 차로변경 가능 공간을 찾을 수 있도록 유도하는 수준의 목표 속도 제어량(현 대상 차량보다 약간 낮은 속도값)을 생성하여 하위제어부로 보내 감속을 유도하고 클러스터링부의 주변차량 선정 단계로 돌아간다.
여기서, 예측 조향시점의 대상 차량의 최소정지거리는 예측 조향 시점까지의 가속도 추정 단계에서 산정한 목표 가속도를 적용하여 추정한다.
여기서, 예측 조향 시점은 현실에서 운전자가 생각하는 "현 시점 얼마 이후"라는 인지반응 시간을 의미하고 이를 개발자 임의로 설정할 수 있으며, 이를 길게 설정할수록 차로변경 가능 여부를 더 많이 반복하여 계산하므로 안전성은 높아질 수 있으나, 판단하는 시간이 오래 걸리며, 차로변경 가능한 기회를 놓칠 수 있고, 이를 짧게 설정할수록 차로변경 가능 여부를 더 적게 반복하여 계산하므로 안전성은 낮아지지만, 판단하는 시간은 짧아 차로변경 가능한 기회를 놓칠 확률은 적다.
이는 일반적으로 예측 조향 시점은 예를 들어 고속도로 합류구간의 경우 본선의 교통류가 안정적인 상태(free flow state)의 경우 약 4초의 경향을 보이며, 다양한 교통 상황과 제어대상 구간에 따라 최적의 값으로 적용된다.
상기 예상 차로변경 경로 방해 차량 확인 단계는 이전까지 단계를 통해 생성된 차로변경 경로 즉, 예측 조향 시점의 차로변경 가능 공간에 대상차량 이외에 다른 차로의 차량이 끼어들어 차로변경의 방해 여부를 확인하는 단계로, lead-lag차량의 횡방향 궤적 자료 즉, 횡방향 위치, 횡방향 속도, 횡방향 가속도를 통해 이 차량이 대상 차량의 차로변경 경로를 침범하지 않는다고 판단되는 경우는 현 상태를 유지하며 다음 단계 (루프) 즉, 주변차량 선정단계로 넘어가며, 침범한다고 판단되는 경우에는 다시 차로변경 가능 공간을 찾을 수 있도록 유도하는 수준의 목표 속도 제어량(현 대상 차량보다 약간 낮은 속도값)을 생성하여 하위제어부로 보내 감속을 유도하고 클러스터링부의 주변차량 선정 단계로 돌아간다.
이때까지의 차로변경 보조 경로정보 생성부의 모든 일련의 단계를 거치면 차로변경 가능 경로정보를 생성하는 첫 번째 루프를 의미하며, 이를 실시간으로 대상 차량의 주변 차량 선정 단계부터 설정된 예측 조향 시점까지 일련의 과정을 다시 i번 반복하여 안전성을 확보하며 차로변경 가능 여부를 판단하고 최적의 차로변경 보조 경로정보를 위한 목표 종방향 제어량과 제어시점을 생성하여 하위제어부로 전달한다.
여기서, 차로변경 보조 경로정보 생성부의 일련의 단계의 전산시간은 약 0.2s 이며, 반복 횟수 i (iteration)는 설정된 예상 조향 시점(n)에 전산시간을 나눈 값으로 결정된다.
제어량 결정부에서는 경로 정보 생성부에서 생성된 예측 조향 시점에 속성 검출부에서 계측된 실시간 주행 속성 정보, 즉 주행 속도, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 조향각, 휠 슬립, tire force 등의 자료를 기반으로 다자유도 자동차 모델을 통해 주행 상태와 거동의 안정성을 만족하는 즉, 오버스티어링, 언더스티어링, 롤오버가 발생하지 않는 목표 횡방향 제어량을 결정하여 하위 제어부로 전달한다.
충돌 검증부에서는 경로 정보 생성부, 제어량 결정부와 별개로 작동되어 대상 차량과 주변 차량과의 충돌 가능성을 검증하는 단계이다.
여기서, 이는 대상 차량 탑재 환경 센서부의 초음파 센서 펄스 응답기, 레이더 센서 전파 응답기로부터 전달받은 주변 차량과의 상대 속성 정보를 기반으로 충돌 안전성을 판단하며, 주변 차량과 충돌 가능성이 없다고 판단되는 경우에는 경로 정보 생성부와 제어량 결정부에서 생성한 목표 제어량을 하위 제어부로 전달하지만, 충돌 가능성이 있다고 판단되는 경우에는 목표 제어량을 하위 제어부로의 전달을 차단하여 현 주행상태를 유지하도록 유도한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템의 구성요소 중에서 하위 제어부에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 참고로, 상기 하위 제어부 및 그것의 하위 구성에 대한 도면부호는 생략한다.
하위 제어부:
엔진 제어부에서는 상위 제어부에서 전달받은 목표 종방향 제어량, 제어시점을 통해 차로변경 보조 자동제어의 종방향 제어를 구현하기 위한 엔진에 유입되는 공기량 즉, 스로틀 밸브 제어량을 결정하고 속성 검출부의 실시간 주행 속성 정보 즉, MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서와 휠 센서를 통한 흡입공기량, 휠 속도값를 기반으로 등속, 가속, 공회전 감속을 자동 구현한다.
제동 제어부에서는 상위 제어부에서 전달받은 목표 종방향 제어량, 제어시점을 통해 차로변경 보조 자동제어의 종방향 제어를 구현하기 위한 브레이크 디스크의 유압량을 결정하고 속성 검출부의 실시간 주행 속성 정보 즉, 브레이크 디스크 유압센서와 휠 센서를 통한 압력량, 휠 속도값를 기반으로 등속, 제동 감속을 자동 구현한다.
조향 제어부에서는 상위 제어부에서 전달받은 목표 횡방향 제어량, 제어시점을 통해 차로변경 보조 자동제어의 횡방향 제어를 구현하기 위한 전동식 파워스티어링(MDPS; Motor Driving Power Steering)의 조향각 속도량과 토크량을 결정하고 속성 검출부의 대상 차량의 주행 속성 정보, 즉 휠 센서, 조향각 센서, 토크 센서를 통한 휠 슬립값 조향각 속도값, 토크값을 기반으로 조향 시 거동을 안전하게 유지하는 조향을 자동 구현한다.
여기서, 상기 엔진 제어부, 제동 제어부, 조향 제어부는 차로변경 보조 자동제어를 구현하기 위해 운전자의 엑셀페달, 브레이크페달, 핸들의 역할을 대상 차량이 자동으로 작동하는 역할을 하지만 운전자의 의지로 엑셀페달, 브레이크페달, 핸들을 조작할 경우 하위 제어부의 자동 작동을 차단하여 운전자의 의지대로 구동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 단계(810)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 자료 생성부(110)는 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성한다.
다음으로, 단계(820)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 자료 생성부(110)는 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성한다.
다음으로, 단계(830)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 상위 제어부(120)는 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성한다.
다음으로, 단계(840)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 상위 제어부(120)는 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증한다.
다음으로, 단계(850)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 상위 제어부(120)는 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정한다.
다음으로, 단계(860)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 하위 제어부(130)는 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정한다.
다음으로, 단계(870)에서 상기 차량 제어 시스템(100)의 하위 제어부(130)는 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 자료 생성부
120: 상위 제어부
130: 하위 제어부
140: 스위치부
210: 항공 영상 검지부
220: 환경 센서부
230: 속성 검출부
240: 도로변 장치부
250: 차량 탑재 단말기부
260: 클러스터링부
310: 경로 정보 생성부
320: 충돌 검증부
330: 제어량 결정부
410: 엔진 제어부
420: 제동 제어부
430: 조향 제어부

Claims (10)

  1. 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성하고, 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 자료 생성부;
    상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성하고, 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하며, 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 상위 제어부; 및
    산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정하고, 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조하는 하위 제어부를 포함하고,
    상기 자료 생성부는
    제어 대상 도로 구간의 기준 차로와 상기 주변 차량의 위치 정보를 도로변 항공에 설치된 영상 검지기 및 레이더 검지기를 이용하여 검지하고,
    상기 상위 제어부는
    상기 주변 차량을 상기 대상 차량과 동일한 주행 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 차량인 선행 차량, 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 전방 차량인 리드차량, 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 후미 차량인 래그차량 및 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 옆 차로 차량 중 상기 리드차량과 상기 래그차량의 사이에 존재하는 모든 차량인 리드-래그차량으로 분류하여,
    상기 선행 차량과의 충돌 가능성은 상기 대상 차량의 최소 정지거리, 상기 선행 차량과의 충돌까지 남은 시간 및 상기 선행 차량의 급제동 시 후방추돌가능성 중 적어도 하나에 기초하여 검증하고, 상기 리드차량 및 상기 래그차량과의 충돌 가능성은 상기 리드차량 및 상기 래그차량의 속도, 가속도, 최소 정지거리 및 상기 리드차량 및 상기 래그차량 간의 거리 중 적어도 하나에 기초하여 검증하고, 상기 리드-래그차량과의 충돌 가능성은 상기 리드-래그차량의 횡방향 위치, 횡방향 속도 및 횡방향 가속도 중 적어도 하나에 기초하여 검증하며,
    상기 대상 차량의 주행 차로에 상기 선행 차량이 존재하지 않으면서 종점이 존재하는 경우에 상기 주행 차로의 종점을 정지한 상기 선행 차량으로 간주하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자료 생성부는
    상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차로와 상기 주변 차량의 위치 정보를 도로변 항공에 설치된 상기 영상 검지기 및 상기 레이더 검지기를 이용하여 미리 설정된 단위의 프레임으로 검지하는 항공 영상 검지부;
    상기 대상 차량에 탑재된 초음파, 레이더 및 카메라 센서를 통해 상기 주변 차량의 상대 속성 정보를 계측하는 환경 센서부;
    상기 대상 차량의 자체적 MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서, 휠 센서, 브레이크 디스크 유압센서, 전동식 파워스티어링(MDPS: Motor Driving Power Steering)의 조향각 센서와 토크 센서, 요-레이트(Yaw-Rate) 센서를 통해 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 검출하는 속성 검출부;
    상기 제어 대상 도로 구간의 도로변에 설치되며, 상기 제어 대상 도로 구간에 진입한 대상 차량의 아이디(ID)를 차량 탑재 단말기(OBE)로부터 수신하고, 상기 주변 차량의 위치 정보와 상기 대상 차량의 아이디를 매칭하여 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 도로변 장치부;
    상기 제어 대상 도로 구간에 상기 대상 차량이 진입하는지 여부를 상기 대상 차량의 아이디로 상기 도로변 장치부에 송신하고, 상기 도로변 장치부로부터 상기 대상 차량의 아이디에 매칭하는, 상기 주변 차량의 주행 속성 정보를 수신하는 차량 탑재 단말기부; 및
    상기 주변 차량의 주행 속성 정보, 상기 주변 차량의 상대 속성 정보, 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 이용하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량의 주행 궤적을 생성하고, 상기 생성된 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑하는 클러스터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클러스터링부는
    상기 환경 센서부에 의해 계측된 상대 속성 정보에 기반한 비교 검증을 통해 상기 주행 궤적을 상기 제어 대상 도로 구간의 기준 차선상에 매핑하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어부는
    상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 상기 경로 정보를 생성하는 경로 정보 생성부;
    상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하는 충돌 검증부; 및
    상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 제어량 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경로 정보 생성부는
    차로 변경이 가능한 공간이 확보된다고 추정되는 시점을 나타내는 예측 조향 시점을 생성하고,
    상기 제어량 결정부는
    상기 예측 조향 시점에 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 다자유도 자동차 모델을 통해 상기 대상 차량의 주행 상태와 거동의 안정성을 만족하는 목표 횡방향 제어량을 결정하여 상기 하위 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 충돌 검증부는
    초음파 센서 펄스 응답기, 레이더 센서 전파 응답기로부터 전달받은, 상기 주변 차량과의 상대 속성 정보를 기반으로 상기 경로 정보를 이용해 상기 충돌 안전성을 검증하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하위 제어부는
    상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 엔진에 유입되는 공기량을 결정하고, 상기 유입된 공기량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속, 가속 및 공회전 감속 중 적어도 하나를 결정하는 엔진 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하위 제어부는
    상기 목표 종방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 브레이크 디스크의 유압량을 결정하고, 상기 브레이크 디스크의 유압량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 속도값을 기반으로, 상기 대상 차량의 종방향에 관한 제어량으로서 등속 및 제동 감속 중 적어도 하나를 결정하는 제동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하위 제어부는
    상기 목표 횡방향 제어량 및 제어 시점을 통해 상기 대상 차량의 전동식 파워스티어링의 조향각 속도량과 토크량을 결정하고, 상기 조향각 속도량과 토크량 및 상기 대상 차량의 주행 속성 정보에 포함되는 휠 슬립값을 기반으로 상기 대상 차량의 횡방향에 관한 제어량으로서 조향 시 거동을 안전하게 유지하는 조향 제어량을 결정하는 조향 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
  10. 차량 제어 시스템의 자료 생성부에서, 대상 차량의 주행 속성 정보를 생성하고, 상기 대상 차량과 일정 거리 내에 위치한 주변 차량의 주행 속성 정보를 생성하는 단계;
    상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 대상 차량 및 상기 주변 차량 각각의 주행 속성 정보에 기초하여 차로 변경을 보조하기 위한 경로 정보를 생성하는 단계;
    상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 생성된 경로 정보에 기초하여 상기 대상 차량과 상기 주변 차량 간의 충돌 안전성을 검증하는 단계;
    상기 차량 제어 시스템의 상위 제어부에서, 상기 검증 결과에 기초하여 차로 변경의 보조를 위한 목표 종방향 제어량 및 목표 횡방향 제어량을 산정하는 단계;
    상기 차량 제어 시스템의 하위 제어부에서, 산정된 상기 목표 종방향 제어량 및 상기 목표 횡방향 제어량과, 상기 대상 차량의 주행 속성 정보를 기반으로 상기 대상 차량의 종방향 및 횡방향에 관한 제어량을 결정하는 단계; 및
    상기 차량 제어 시스템의 하위 제어부에서, 상기 결정된 제어량을 액츄에이터에 전달하여 상기 액츄에이터를 통해 상기 대상 차량의 차로 변경을 보조하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 주행 속성 정보를 생성하는 단계는
    제어 대상 도로 구간의 기준 차로와 상기 주변 차량의 위치 정보를 도로변 항공에 설치된 영상 검지기 및 레이더 검지기를 이용하여 검지하고,
    상기 충돌 안전성을 검증하는 단계는
    상기 주변 차량을 상기 대상 차량과 동일한 주행 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 차량인 선행 차량, 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 전방 차량인 리드차량, 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 차량 중 상기 대상 차량과 가장 근접한 후미 차량인 래그차량 및 상기 대상 차량이 주행하는 차로에 가장 근접한 변경할 차로의 옆 차로 차량 중 상기 리드차량과 상기 래그차량의 사이에 존재하는 모든 차량인 리드-래그차량으로 분류하여,
    상기 선행 차량과의 충돌 가능성은 상기 대상 차량의 최소 정지거리, 상기 선행 차량과의 충돌까지 남은 시간 및 상기 선행 차량의 급제동 시 후방추돌가능성 중 적어도 하나에 기초하여 검증하고, 상기 리드차량 및 상기 래그차량과의 충돌 가능성은 상기 리드차량 및 상기 래그차량의 속도, 가속도, 최소 정지거리 및 상기 리드차량 및 상기 래그차량 간의 거리 중 적어도 하나에 기초하여 검증하고, 상기 리드-래그차량과의 충돌 가능성은 상기 리드-래그차량의 횡방향 위치, 횡방향 속도 및 횡방향 가속도 중 적어도 하나에 기초하여 검증하며,
    상기 대상 차량의 주행 차로에 상기 선행 차량이 존재하지 않으면서 종점이 존재하는 경우에 상기 주행 차로의 종점을 정지한 상기 선행 차량으로 간주하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
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