KR101704634B1 - 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법과, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법 - Google Patents

자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법과, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법과, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득하는 위치 정보 획득부; 상기 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득하는 차량 정보 획득부; 상기 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환하는 좌표 변환부; 상기 차량이 주행경로가 구분된 경로구간별 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 주행경로 산출부; 및 상기 산출된 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 저장하는 주행경로 저장부를 포함한다.

Description

자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법과, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING DRIVING ROUTE OF AUTONOMOUS VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING DRIVING OF AUTONOMOUS VEHICLE}
본 명세서는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율 주행 차량에 활용하기 위해 차량의 위치를 정확하게 추정할 수 있는, 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법과, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법에 관한 것이다.
현재 자율주행차량에 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 차량의 주변환경 및 위치를 감지하기 위한 센서(예컨대, 라이다, 레이더, 비전, GPS)뿐만 아니라, 차량 간의 통신(V2V: Vehicle to Vehicle), 차량과 인프라 간의 통신(V2I: Vehicle to Infrastructure) 기술들을 이용하여 자율주행을 실현하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
하지만, 고정밀의 센서는 고가인 경우가 많다. V2X(Vehicle to Everything) 관련 기술들은 현재 제한된 지역에서만 구현이 되고 있는 실정이다.
자율주행에서 차량의 정확한 주행 위치를 파악해야 주변의 차량 및 지형지물을 판단하여 정확한 제어가 가능할 수 있다.
최근 무인 혹은 자율 주행(이동) 차량을 위한 주행경로 생성 기술이 연구되고 있다. 이러한 경로 생성 기술은 기존에 알고 있는 사물 혹은 차량 주변의 환경 정보를 자율 주행 차량이 다 감지하고 알고 있다는 가정이 필요하게 된다. 따라서 이러한 주행경로 생성 기술은 실시간성 및 정보 획득이 되지 않은 도로에서의 경로 생성에 어려움이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1273245호(2013.06.04. 등록)
본 명세서의 실시 예들은 차량의 누적 거리 또는 요 레이트에 따라 주행경로가 구분된 경로구간별로 차량의 위치 좌표를 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식으로 산출함으로써, 그 산출된 경로구간별 경로방정식을 자율 주행 차량의 주행경로로 활용할 수 있는, 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 실시 예들은 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장함으로써, 자율 주행 차량의 정해진 메모리 용량을 고려하여 많은 양의 차량 위치 데이터를 저장해야 하는 문제를 해소할 수 있으며, 자율 주행 차량의 주행 제어시 연산 부하를 감소시킬 수 있는, 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 실시 예들은 산출된 경로구간별 경로방정식 및 차선 정보를 이용하여 차선방정식을 산출하여 차선 위치를 판단하고, GPS 미수신시 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식을 이용하여 경로예정구간에서의 자율 주행 차량의 주행을 제어할 수 있는, 자율 주행 차량의 주행 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 명세서의 제1 측면에 따르면, GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득하는 위치 정보 획득부; 상기 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득하는 차량 정보 획득부; 상기 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환하는 좌표 변환부; 상기 차량이 주행경로가 구분된 경로구간별 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 주행경로 산출부; 및 상기 산출된 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 저장하는 주행경로 저장부를 포함하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치가 제공될 수 있다.
상기 좌표 변환부는 상기 획득된 차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM(Transverse Mercator) 좌표계로 변환하여 차량의 위치 좌표인 TM 좌표를 산출할 수 있다.
상기 주행경로 산출부는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이거나, 출발지점과 현재지점 간의 누적 거리가 임계 거리 이상이면, 현재지점을 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 상기 차량이 상기 지정된 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단할 수 있다.
상기 주행경로 산출부는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하이면, 임계 범위 이하인 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 동일한 경로구간의 경로구간 방정식으로 산출할 수 있다.
상기 주행경로 산출부는 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아니면, 상기 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점일 때까지 반복적으로 경로구간별 경로구간 방정식을 산출할 수 있다.
상기 주행경로 산출부는 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 경로구간별 경로방정식의 계수를 산출하고, 상기 산출된 경로구간별 경로방정식의 계수를 상기 주행경로 저장부에 저장시킬 수 있다.
상기 주행경로 저장부는 상기 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 상기 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득하는 단계; 상기 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환하는 단계; 상기 차량이 주행경로가 구분된 경로구간별 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 저장하는 단계를 포함하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법이 제공될 수 있다.
상기 차량의 위치 좌표로 변환하는 단계는 상기 획득된 차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM 좌표계로 변환하여 차량의 위치 좌표인 TM 좌표를 산출할 수 있다.
상기 경로방정식으로 산출하는 단계는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이거나, 출발지점과 현재지점 간의 누적 거리가 임계 거리 이상이면, 현재지점을 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 상기 차량이 상기 지정된 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단할 수 있다.
상기 경로방정식으로 산출하는 단계는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하이면, 임계 범위 이하인 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 동일한 경로구간의 경로구간 방정식을 산출할 수 있다.
상기 경로방정식으로 산출하는 단계는 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아니면, 상기 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점일 때까지 반복적으로 경로구간별 경로구간 방정식을 산출할 수 있다.
상기 경로방정식으로 산출하는 단계는 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 경로구간별 경로방정식의 계수를 산출하고, 상기 산출된 경로구간별 경로방정식의 계수를 저장시킬 수 있다.
상기 경로구간별 경로방정식을 저장하는 단계는 상기 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 상기 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서의 제3 측면에 따르면, 주행차량이 주행하는 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 단계; 상기 산출된 경로구간별 경로방정식 및 상기 주행차량이 주행하는 차선에 대한 차선 정보를 이용하여 차선방정식을 산출하는 단계; 상기 주행차량 및 주변의 타겟차량 간의 상대거리와 방위각을 측정하는 단계; 상기 측정된 상대거리와 방위각을 상기 산출된 차선방정식의 절대 좌표로 변환하여 상기 타겟차량이 주행하는 차선을 확인하는 단계; 및 상기 확인된 타겟차량이 주행하는 차선에 따라 주행차량의 주행을 제어하는 단계를 포함하는 자율 주행 차량의 주행 제어 방법이 제공될 수 있다.
상기 방법은, GPS 정보의 수신 상태가 양호한지를 확인하는 단계; GPS 정보의 수신 상태가 양호한 시점에서의 차량의 위치 좌표를 기준으로 주행해야 할 경로예정구간에 대한 경로방정식을 미리 산출하는 단계; 및 GPS 정보가 수신되지 않으면, 상기 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식을 이용하여 경로예정구간에서의 주행을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 경로예정구간에서의 주행을 제어하는 단계는 상기 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식 및 데드 레커닝(DR: Dead reckoning) 기능을 함께 이용하여 경로예정구간에서의 주행을 제어할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 차량의 누적 거리 또는 요 레이트에 따라 주행경로가 구분된 경로구간별로 차량의 위치 좌표를 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식으로 산출함으로써, 그 산출된 경로구간별 경로방정식을 자율 주행 차량의 주행경로로 활용할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장함으로써, 자율 주행 차량의 정해진 메모리 용량을 고려하여 많은 양의 차량 위치 데이터를 저장해야 하는 문제를 해소할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 경로방정식을 이용한 주행경로 생성 과정을 통해 자율 주행 차량을 위한 위치 추정 방법을 확립함으로써, 자율 주행 기술을 선도할 수 있으며, 자율 주행 기술에 주행경로 생성 방법을 활용할 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 자율 주행 차량의 정해진 메모리 용량을 고려하여 많은 양의 차량 위치 데이터를 저장해야 하는 문제를 해소할 수 있으며, 자율 주행 차량의 주행 제어시 연산 부하를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 산출된 경로구간별 경로방정식 및 차선 정보를 이용하여 차선방정식을 산출하여 차선 위치를 판단하고, GPS 미수신시 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식을 이용하여 경로예정구간에서의 자율 주행 차량의 주행을 제어할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치와 주행 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 실시 예에 따른 경로구간별로 구분된 주행경로와 경로구간별 경로방정식에 대한 설명도이다.
도 3은 본 명세서의 실시 예에 적용되는 커브 피팅 분석에 대한 설명도이다.
도 4는 본 명세서의 실시 예에 적용되는 비선형관계식의 선형화에 대한 설명도이다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 차선 위치를 판단하기 위한 주행 제어 과정에 대한 설명도이다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행경로 생성 장치와 연동하는 주행 제어 장치에서의 차선 위치를 판단하기 위한 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 GPS 미수신시 주행 제어 과정에 대한 설명도이다.
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 GPS 미수신시 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명하면서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치와 주행 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치(100)는 위치 정보 획득부(110), 차량 정보 획득부(120), 좌표 변환부(130), 주행경로 산출부(140) 및 주행경로 저장부(150)를 포함한다. 여기서, 주행 제어 장치(200)는 주행경로 생성 장치(100)와 연동하여 주행차량의 주행을 제어할 수 있다.
본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치(100)는 GPS(global positioning system) 위성으로부터 획득한 GPS 정보를 이용하여 차량의 주행경로를 방정식화하고 그 방정식화된 경로방정식을 산출하여 자율 주행 차량의 주행 위치를 추정한다. 이를 통해, 주행경로 생성 장치(100)는 많은 양의 지도 데이터 및 GPS 위치 정보를 저장할 필요 없이 현재 측정되는 GPS 위치와 경로방정식을 이용하여 현재 차량의 위치를 추정할 수 있다.
이하, 도 1의 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
위치 정보 획득부(110)는 GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득한다. 위치 정보 획득부(110)는 GPS 위성으로부터 구비된 GPS 모듈을 통해 GPS 정보를 수신하여 획득한다.
차량 정보 획득부(120)는 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득한다. 여기서, 요 레이트는 요 각속도라고도 하며, 차량의 중심을 통하는 수직선 주위에 회전각(요각)이 변하는 속도를 나타낸다.
좌표 변환부(130)는 위치 정보 획득부(110)에서 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환한다. 여기서, 좌표 변환부(130)는 위치 정보 획득부(110)에서 획득된 차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM(Transverse Mercator) 좌표계로 변환하여 차량의 위치 좌표인 TM 좌표를 산출한다.
주행경로 산출부(140)는 차량이 주행경로가 구분된 경로구간별 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출한다.
주행경로 저장부(150)는 주행경로 산출부(140)에서 산출된 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 저장한다.
한편, 경로구간 산출과정을 구체적으로 살펴보면, 주행경로 산출부는 차량이 주행경로가 구분된 경로구간별 출발지점부터 종료지점까지 주행하는지를 기설정된 주행 조건의 충족 여부에 따라 판단한다. 여기서, 주행경로 산출부는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이거나, 출발지점과 현재지점 간의 누적 거리가 임계 거리 이상이면, 현재지점을 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 차량이 지정된 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단한다.
그리고 주행경로 산출부는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하이면, 임계 범위 이하인 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 동일한 경로구간의 경로구간 방정식으로 산출한다. 즉, 주행경로 산출부는 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하인 경로구간에 대해서 하나의 경로구간 방정식을 산출한다.
이후, 주행경로 산출부는 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아니면, 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점일 때까지 반복적으로 경로구간별 경로구간 방정식을 산출할 수 있다.
경로방정식 산출시, 주행경로 산출부는 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 경로구간별 경로방정식의 계수를 산출한다. 그리고 주행경로 산출부는 그 산출된 경로구간별 경로방정식의 계수를 주행경로 저장부(150)에 저장시킨다. 이는 차량이 자율 주행 시, 주행 제어 장치(200)가 주행경로를 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 주행경로 저장부(150)는 방정식 계수를 포함한 경로방정식을 저장한다. 또는 주행경로 저장부(150)는 경로방정식의 방정식 계수와 방정식 차수만을 저장할 수 있다.
주행경로 저장부(150)는 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장한다. 여기서, 주행경로 저장부(150)는 기존 경로 정보를 이용하여 신규로 생성되는 주행경로를 저장하기 위한 서버로 구현될 수 있다.
한편, 자율 주행 차량의 주행 제어 장치(200)는 주행경로 생성 장치(100)와 연동하고, 주행경로 생성 장치(100)에서 생성된 경로구간별 경로방정식이 포함된 주행경로를 이용하여 주행차량의 주행을 제어한다.
이러한 주행경로 장치와 연동하는 주행 제어 장치(200)의 구체적인 동작은 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 명세서의 실시 예에 따른 경로구간별로 구분된 주행경로와 경로구간별 경로방정식에 대한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전체 주행경로는 각각의 경로구간(예컨대, P0 및 P1 간의 경로구간, P1 및 P2 간의 경로구간, …, P9 및 P10 간의 경로구간)으로 구분된다. 여기서, 주행경로 산출부(140)는 P0 및 P1 간의 경로구간의 경로방정식을
Figure 112015122219614-pat00001
, P1 및 P2 간의 경로구간의 경로방정식을
Figure 112015122219614-pat00002
, P2 및 P3 간의 경로구간의 경로방정식을
Figure 112015122219614-pat00003
와 같이 경로구간별로 서로 다른 계수를 가지는 경로방정식으로 산출한다.
주행차량(10)이 주행경로를 주행할 때, 요 레이트의 변화량이 임계 범위(예컨대, 소정량) 이상으로 변화하거나, 경로구간의 누적 거리가 임계 거리(일정 거리) 이상인 지점마다 주행경로가 복수의 경로구간으로 구분된다.
P0 및 P1 간의 경로구간을 지난 후 P1 및 P2 간의 다음 경로구간을 구분하는 일례를 살펴보기로 한다.
경로구간의 출발지점이 P1 지점이고 현재 주행차량(10)의 주행지점이 P2이라고 한다면, 주행경로 산출부(140)는 출발지점 P1과 현재지점 P2 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상인지를 판단한다. 그 판단 결과, 출발지점 P1과 현재지점 P2 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이면, 주행경로 산출부(140)는 현재지점 P2을 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 주행차량(10)이 지정된 경로구간의 출발지점 P1부터 종료지점 P2까지 주행한 것으로 판단한다. 그러면, 출발지점 P1과 종료지점 P2 간의 다음 경로구간이 구분된다.
이와 같이, 전체 주행경로를 경로구간으로 구분하는 것은 주행경로에 너무 많은 곡선 주행 등이 있는 경우에 다항식으로 회귀시킬 수 없기 때문이다. 경로구간별로 다항식 회귀를 정하게 되면, 주행경로 산출부(140)는 전체 주행경로에 대한 위치 좌표를 모두 저장하지 않고서도 경로구간별 다항식 회귀를 이용해 경로구간별 경로방정식을 산출하고 그 산출된 경로방정식과 각각의 경로구간별 출발지점 및 종료지점을 주행경로로 주행경로 저장부(150)에 저장시킬 수 있다.
도 3은 본 명세서의 실시 예에 적용되는 커브 피팅 분석에 대한 설명도이다.
커브 피팅 분석은 회귀(Regression) 분석과 보간(Interpolation) 분석으로 구분할 수 있다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 데이터가 상당한 크기의 오차를 포함한 경우, 회귀 분석은 데이터의 일반적인 경향을 나타내는 하나의 곡선을 유도해 내는 방법을 나타낸다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 데이터가 매우 정확한 값으로 알려진 경우, 보간 분석은 각 데이터 점들을 직접 통과하는 하나의 곡선으로 보간하는 방법을 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 실시 예에 적용되는 비선형관계식의 선형화에 대한 설명도이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 선형최소제곱에 부적합한 데이터가 있을 시 이를 비선형으로 표현할 필요가 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 비선형으로 표현하는 방법에는 다항식의 선형회귀분석이나 변환을 해서 비선형으로 표현할 수 있다. 이를 통해 선형회귀분석을 용이하게 할 수 있다.
일례로, 이러한 비선형으로 표현하는 방법은 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015122219614-pat00004
여기서, x, y는 데이터, a1, a2, a3, b1, b2, b3은 각 수식에서 구해야 할 미지수로 방정식 계수를 나타낸다.
한편, 본 명세서의 실시 예에 따른 다항식 회귀(Polynomial regression) 분석을 살펴보면 다음과 같다.
우선, (x, y)로 이루어진 데이터를 m차 다항식으로 확장한다면 하기의 [수학식 2]와 같이 나타내진다.
Figure 112015122219614-pat00005
여기서, x, y는 데이터, a0, a2, …, am은 구해야 할 미지수로서 방정식 계수를 나타낸다.
상기의 [수학식 2]에서 잔차의 제곱합은 하기의 [수학식 3]과 같이 나타내진다.
Figure 112015122219614-pat00006
여기서,
Figure 112015122219614-pat00007
는 잔차의 제곱합, x, y는 데이터, a0, a1, a2, …, am은 구해야 할 미지수로서 방정식 계수를 나타낸다.
상기의 [수학식 3]에서 계수를 구하기 위해 각각 계수에 따른 편미분을 하고, 정규방정식을 구하면 하기의 [수학식 4]와 같이 나타내진다.
Figure 112015122219614-pat00008
여기서, xi, yi는 i번째 데이터, a0, a1, a2, …, am은 구해야 할 미지수로서 방정식 계수를 나타낸다.
상기의 [수학식 4]와 같이, 연립방정식을 풀어, 각각의 계수를 구한다.
여기서, 표준오차는 하기의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015122219614-pat00009
여기서,
Figure 112015122219614-pat00010
는 x 및 y 데이터 간의 표준오차,
Figure 112015122219614-pat00011
는 잔차의 제곱합, n은 데이터의 개수, m은 다항식의 차수를 나타낸다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법에 대한 흐름도이다.
주행경로 생성 장치(100)는 목적지를 입력받고, 그 입력된 목적지에 대응하는 주행경로를 검색한다(S502). 여기서, 주행경로 생성 장치(100)는 목적지가 입력되면 기존 주행경로가 존재하는지를 검색한다. 이때, 주행경로 생성 장치(100)는 주행경로 저장부(150)에서 입력된 목적지에 도달 가능한 주행경로를 검색한다. 만약, 주행경로가 없는 경우, 주행경로 생성 장치(100)는 운전자에게 알리고 주행경로의 생성 시작을 알릴 수 있다.
주행경로 생성 장치(100)는 GPS를 이용하여 차량의 GPS 위치를 검출하고, 그 검출된 GPS 위치를 TM 좌표로 변환한다(S504). 여기서, 주행경로 생성 장치(100)는 주행차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM 좌표계로 변환하여 차량의 주행 위치를 주행경로 저장부(150)에 저장한다.
주행경로 생성 장치(100)는 현재 주행하는 차량의 위치가 출발지점인지 여부를 확인한다(S506).
상기 확인 결과(S506), 현재 주행하는 차량의 위치가 출발지점이면, 주행경로 생성 장치(100)는 출발지점의 위치 좌표인 TM 좌표와 요 레이트 정보를 저장한다(S508).
반면, 상기 확인 결과(S506), 현재 주행하는 차량의 위치가 출발지점이 아니면, 주행경로 생성 장치(100)는 차량 위치 검출 및 좌표 변환하는 S504 과정으로 천이하여 수행한다.
그리고 주행경로 생성 장치(100)는 주행하는 차량의 누적거리를 계산한다(S510). 여기서, 주행경로 생성 장치(100)는 차량의 현재 TM 좌표와 차량의 이전 시간의 TM 좌표를 기준으로 누적 거리를 하기의 [수학식 6]과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112015122219614-pat00012
여기서,
Figure 112015122219614-pat00013
은 누적 거리,
Figure 112015122219614-pat00014
는 현재 TM X좌표,
Figure 112015122219614-pat00015
는 이전 시간의 TM X좌표,
Figure 112015122219614-pat00016
는 현재 TM Y좌표,
Figure 112015122219614-pat00017
는 이전 시간의 TM Y좌표를 나타낸다.
이후, 주행경로 생성 장치(100)는 현재 차량의 위치가 경로구간의 종료지점인지 여부를 확인한다(S512). 여기서, 주행경로 생성 장치(100)는 현재 요 레이트와 출발지점의 요 레이트 값의 변화량이 일정 범위 이상이거나, 누적 거리가 일정 거리 이상인 경우, 주행 차량의 현재지점을 경로구간의 종료지점으로 지정한다.
상기 확인 결과(S512), 현재 차량의 위치가 경로구간의 종료지점이면, 주행경로 생성 장치(100)는 경로구간의 경로방정식을 산출한다(S514). 즉, 주행경로 생성 장치(100)는 출발지점에서부터 종료지점까지의 TM 좌표와 다항식 회귀 분석을 이용하여 경로방정식을 산출한다. 여기서, 주행경로 생성 장치(100)는 다항식 회귀를 이용하여 다항식의 경로방정식 계수를 산출할 수 있다. 이때, 주행경로 생성 장치(100)는 요 레이트 센서값의 변화량이 일정 범위 이하인 경우나, 누적 거리가 일정 거리 이하이면, 동일한 경로방정식(
Figure 112015122219614-pat00018
)으로 산출할 수 있다.
반면, 상기 확인 결과(S512), 현재 차량의 위치가 경로구간의 종료지점이 아니면, 주행경로 생성 장치(100)는 차량 위치 검출 및 좌표 변환하는 S504 과정으로 천이하여 수행한다.
이어서, 주행경로 생성 장치(100)는 산출된 경로방정식의 계수(a1, b1, c1, d1)를 저장한다(S516).
주행경로 생성 장치(100)는 현재 차량의 위치가 주행경로의 목적지점인지 여부를 확인한다(S518).
상기 확인 결과(S518), 현재 차량의 위치가 주행경로의 목적지점이면, 전체 주행경로에 대한 경로방정식을 저장한다. 즉, 현재 차량의 위치가 경로구간의 종료지점이며 목적지점인 경우, 전체 경로구간 즉, 주행경로의 구간별 경로방정식을 주행경로 저장부(150)에 저장할 수 있다.
반면, 상기 확인 결과(S518), 현재 차량의 위치가 주행경로의 목적지점이 아니면, 주행경로 생성 장치(100)는 차량 위치 검출 및 좌표 변환하는 S504 과정으로 천이하여 수행한다. 예를 들면, 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아닌 경우, 주행경로 생성 장치(100)는 S504 과정 내지 S514 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
도 6은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 차선 위치를 판단하기 위한 주행 제어 과정에 대한 설명도이다.
현재 일반적으로 사용되는 레이더 및 비전 센서를 사용하는 주행차량(10)의 위치 추정 시스템은 레이더 및 비전 센서의 상대거리와 방위각(azimuth angle)을 이용하여 현재 주행차량(10) 대비 타겟차량(11)에 대한 위치를 추정하고 있다. 이러한 레이더 및 비전 센서를 사용하는 위치 추정 시스템에서는 상대거리와 방위각만 가지고는 현재 타겟차량(11)이 동일한 차선인지 혹은 옆 차선에 있는지를 판단할 수 없다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 차로 구분에 쓰이는 방법은 요 레이트 센서를 이용하여 곡률반경을 계산하고, 그 계산된 곡률반경과 차선 폭을 이용하여 현재 차로를 구분할 수 있다.
하지만, 요 레이트 센서를 이용한 차로 구분 방법에서 요 레이트 센서의 특성상 떨림이 발생하여 순간적으로 곡률반경이 바뀌게 되는 경우가 많다. 심지어 직선일 때도, 곡률반경의 방향(예컨대, 왼쪽, 오른쪽)이 바뀌기도 한다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 방법에서의 주행차량(10)과 타겟차량(11) 간의 차선 위치 판단 방법은 주행경로를 통해 생성한 경로구간별 경로방정식(
Figure 112015122219614-pat00019
)을 기초로 하여 차선 폭을 통해 양옆 차선에 대한 차선방정식(
Figure 112015122219614-pat00020
,
Figure 112015122219614-pat00021
)을 산출해낼 수 있다. 또한, 주행차량(10)과 타겟차량(11) 간의 차선 위치 판단 방법은 센싱되는 타겟차량(11)의 상대거리와 방위각을 차선방정식의 절대좌표로 변환하여 타겟차량(11)이 실제로 어느 차로에 위치하는지를 정확하게 판단할 수가 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치(200)에서의 차선 위치를 판단하기 위한 주행 제어 방법을 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 7은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행경로 생성 장치와 연동하는 주행 제어 장치에서의 차선 위치를 판단하기 위한 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 주행 제어 장치(200)가 주행경로 생성 장치(100)와 연동하여 주행차량과 타겟차량 간의 차선 위치를 판단하고 그 판단 결과에 따라 주행을 제어하는 방법을 설명하기로 한다.
주행차량의 주행경로 생성 장치(100)는 주행차량이 주행하는 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출한다(S702).
그리고 주행 제어 장치(200)는 주행경로 생성 장치(100)에서 산출된 경로구간별 경로방정식을 수신하고, 그 경로구간별 경로방정식 및 주행차량이 주행하는 차선에 대한 차선 정보를 이용하여 차선방정식을 산출한다(S704).
이후, 주행 제어 장치(200)는 주행차량 및 주변의 타겟차량 간의 상대거리와 방위각을 측정한다(S706).
그리고 주행 제어 장치(200)는 측정된 상대거리와 방위각을 차선방정식의 절대 좌표로 변환하여 타겟차량이 주행하는 차선을 확인한다(S708).
이어서, 주행 제어 장치(200)는 S708 과정에서 확인된 타겟차량이 주행하는 차선에 따라 주행차량의 주행을 제어한다(S710).
도 8은 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 GPS 미수신시 주행 제어 과정에 대한 설명도이다.
주행 제어 장치(200)는 자율 주행 차량이 미리 정해진 경로를 추정하면서 주행하도록 제어하게 된다.
이러한 자율 주행 차량은 고정밀의 GPS를 이용하지만, 날씨 혹은 위성 상태에 따라 GPS 수신 상태에 따라 정확도가 부정확해질 가능성이 있다.
이때, GPS 수신 감도가 낮거나 위성을 잡을 수 없는 경우가 발생하게 된다. 즉, 주행차량(10)이 주행해야 하는 경로예정구간에서 GPS 수신이 없는 경로(801)가 발생할 수 있다. 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치(200)는 주행경로를 경로방정식으로 산출해서 이용하면 GPS 수신 감도가 낮거나 위성을 잡을 수 없는 경우에도 주행차량(10)의 주행을 제어할 수 있다. 즉, 주행 제어 장치(200)는 GPS 수신 상태가 양호한 시점의 위치를 기준으로 산출된 경로방정식을 이용해 GPS 미수신시 GPS 정보가 없이도 임시로 주행차량(10)의 주행을 제어할 수 있게 된다.
또한, 주행 제어 장치(200)는 경로방정식을 이용하여 임시로 주행을 제어하는 기능을 종래의 GPS가 끊기는 경우에 이용되고 있는 데드 레커닝(DR: Dead reckoning) 기능과 함께 상호 보완하여 활용할 수 있다. 즉, 주행 제어 장치(200)는 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식 및 데드 레커닝(DR) 기능을 함께 이용하여 경로예정구간에서의 주행을 제어할 수 있다. 만약, 데드 레커닝(DR)으로만 주행을 제어하는 경우에는 차로를 약간 벗어나거나 주행거리가 누적되는 경우 위치 오차가 점차 증가하게 될 수 있다.
한편, 주행 제어 장치(200)는 어느 지역에서 GPS 수신이 끊기는지 알 수 없기 때문에, 일정 거리(예컨대, 1km 등) 이상 주행해야 할 위치 정보와 경로방정식을 미리 산출하여 저장한다.
이하, 도 9를 참조하여 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 방법에서의 GPS 미수신시 주행 제어 방법을 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 주행 제어 장치에서의 GPS 미수신시 주행 제어 방법에 대한 흐름도이다.
주행 제어 장치(200)는 GPS 정보의 수신 상태가 양호한지를 확인한다(S902).
상기 확인 결과(S902), GPS 정보의 수신 상태가 양호하면, 주행 제어 장치(200)는 GPS 정보의 수신 상태가 양호한 시점에서의 차량의 위치 좌표를 기준으로 주행해야 할 경로예정구간에 대한 경로방정식을 미리 산출한다(S904).
반면, 상기 확인 결과(S902), GPS 정보의 수신 상태가 양호하지 않으면, 주행 제어 장치(200)는 GPS 정보의 수신 상태가 양호한지를 확인하는 S902 과정으로 천이하여 수행한다.
경로방정식이 미리 산출된 이후, 주행 제어 장치(200)는 GPS 정보가 미수신되는지 여부를 확인한다(S906).
상기 확인 결과(S906), GPS 정보가 수신되지 않으면, 주행 제어 장치(200)는 미리 산출된 경로예정구간에 대한 경로방정식을 이용하여 경로예정구간에서의 주행을 제어한다(S908).
한편, 일반적으로 주행경로의 위치 데이터(예컨대, 위도, 경도)를 밀리세컨드(ms) 단위로 저장하고자 하면 대용량의 메모리 저장 용량이 요구된다. 또한, 위치 데이터의 개수만큼 연산량도 많아지기 때문에, 부하에 따른 지연 및 차량 양산 측면에서 고비용의 프로세서(제어기)가 필요하게 된다.
그러나 본 명세서의 실시 예에 따른 주행경로 생성 장치(100)는 경로구간별로 산출된 경로방정식의 계수만을 저장하고, 현재 시점의 차량의 GPS 데이터만을 이용하여 주행경로에 대한 연산이 가능하기 때문에 연산 속도 및 메모리 용량 측면에서 효율적일 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시 예에 따른 주행경로 생성 장치(100)는 자율 주행 차량의 원가를 절감할 수 있고, 자율 주행 차량의 제어기에 대한 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.
100: 주행경로 생성 장치
110: 위치 정보 획득부
120: 차량 정보 획득부
130: 좌표 변환부
140: 주행경로 산출부
150: 주행경로 저장부
200: 주행 제어 장치
10: 주행차량
11: 타겟차량

Claims (17)

  1. GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득하는 위치 정보 획득부;
    상기 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득하는 차량 정보 획득부;
    상기 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환하는 좌표 변환부;
    상기 주행경로를 복수의 경로구간으로 구분하고, 상기 차량이 어느 하나의 경로구간의 출발지점으로부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 상기 경로구간의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 주행경로 산출부; 및
    상기 산출된 경로구간별 경로방정식을 저장하는 주행경로 저장부;를 포함하고,
    상기 주행경로 산출부는, 상기 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이거나, 출발지점과 현재지점 간의 누적 거리가 임계 거리 이상이면, 현재지점을 상기 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 상기 차량이 상기 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 좌표 변환부는
    상기 획득된 차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM(Transverse Mercator) 좌표계로 변환하여 차량의 위치 좌표인 TM 좌표를 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주행경로 산출부는
    경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하이면, 임계 범위 이하인 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 동일한 경로구간의 경로구간 방정식으로 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주행경로 산출부는
    경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아니면, 상기 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점일 때까지 반복적으로 경로구간별 경로구간 방정식을 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주행경로 산출부는
    상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 경로구간별 경로방정식의 계수를 산출하고, 상기 산출된 경로구간별 경로방정식의 계수를 상기 주행경로 저장부에 저장시키는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주행경로 저장부는
    상기 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 상기 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 장치.
  8. GPS(global positioning system)를 이용하여 주행경로를 주행하는 차량의 GPS 정보를 획득하는 단계;
    상기 차량의 요 레이트(yaw-rate) 정보를 획득하는 단계;
    상기 획득된 차량의 GPS 정보를 차량의 위치 좌표로 변환하는 단계;
    상기 주행경로를 복수의 경로구간으로 구분하고, 상기 차량이 어느 하나의 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단되면, 상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀(Polynomial regression)를 이용하여 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 주행경로의 경로구간별 경로방정식을 저장하는 단계;를 포함하고,
    상기 경로방정식으로 산출하는 단계는,
    상기 경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이상이거나, 출발지점과 현재지점 간의 누적 거리가 임계 거리 이상이면, 현재지점을 상기 경로구간의 종료지점으로 지정하고, 상기 차량이 상기 경로구간의 출발지점부터 종료지점까지 주행한 것으로 판단하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차량의 위치 좌표로 변환하는 단계는
    상기 획득된 차량의 GPS 정보를 XY 절대 좌표인 TM 좌표계로 변환하여 차량의 위치 좌표인 TM 좌표를 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 경로방정식으로 산출하는 단계는
    경로구간의 출발지점과 현재지점 간의 요 레이트의 변화량이 임계 범위 이하이면, 임계 범위 이하인 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 동일한 경로구간의 경로구간 방정식을 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 경로방정식으로 산출하는 단계는
    경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점이 아니면, 상기 경로구간의 종료지점이 주행경로의 목적지점일 때까지 반복적으로 경로구간별 경로구간 방정식을 산출하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 경로방정식으로 산출하는 단계는
    상기 차량의 위치 좌표와 다항식 회귀를 이용하여 경로구간별 경로방정식의 계수를 산출하고, 상기 산출된 경로구간별 경로방정식의 계수를 저장시키는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 경로구간별 경로방정식을 저장하는 단계는
    상기 주행경로의 경로구간별 출발지점 및 종료지점의 위치 좌표와 상기 주행경로의 경로구간별 경로구간 방정식을 저장하는 자율 주행 차량의 주행경로 생성 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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