KR101714273B1

KR101714273B1 - 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101714273B1
Application number: KR1020150177382A
Authority: KR
Inventors: 유수정; 이동휘
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-03-08
Also published as: CN107031619B; US20170166204A1; CN107031619A; US10144420B2

Abstract

본 발명은 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 주변의 장애물을 감지하는 센서에 의해 장애물이 검출되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하는 단계, 상기 검출된 장애물과 차량이 충돌하는 것으로 확인되면, 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 단계, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하지 않는 경우, 도로 환경에 따라 경로 생성 영역의 확장 가능 여부를 판단하여 상기 경로 생성 영역을 확장하는 단계, 상기 확장된 경로 생성 영역 내에서 복수 개의 경로 후보군을 다시 생성하는 단계, 및 상기 다시 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하는 경우, 차량의 특성 정보에 근거하여 상기 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계를 포함한다.

Description

자율 주행 시스템의 경로 제어 방법 및 그 장치{Method and apparatus for controlling path of autonomous driving system}

본 발명은 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

자율 주행 시스템은 미리 지정된 목적지까지 운전자의 제어에 의존하지 않고 주변 상황 및 차량 상태를 인식하여 자동으로 차량을 주행하는 시스템을 말한다.

이러한 자율주행 시스템은 주변 상황 및 차량 상태를 토대로 자율 주행을 위한 경로를 생성하고, 생성된 경로에 따라 차량을 제어하여 주행하도록 하는데, 이 중 경로 생성 과정은 실시간으로 장애물의 변화를 감지하고 그에 따라 회피 경로를 생성하게 된다.

이 경우, 장애물의 위치 변화를 중심으로 회피 경로를 생성하기 때문에 차량의 거동 특성 및/또는 도로 상황의 변화에 따라 안전하지 않은 경로를 선택할 수도 있게 된다.

따라서, 차량의 기구학적인 거동 특성과 도로 상황을 실시간으로 반영하여 회피 경로를 생성 및 선택하는 방안이 요구되어 진다.

본 발명의 목적은, 장애물의 상태뿐만 아니라 실시간으로 변화하는 도로 상황 및 차량의 거동 특성을 고려하여 회피 경로를 생성하고 선택할 수 있도록 한 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법은, 차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 주변의 장애물을 감지하는 센서에 의해 장애물이 검출되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하는 단계, 상기 검출된 장애물과 차량이 충돌하는 것으로 확인되면, 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 단계, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하지 않는 경우, 도로 환경에 따라 경로 생성 영역의 확장 가능 여부를 판단하여 상기 경로 생성 영역을 확장하는 단계, 상기 확장된 경로 생성 영역 내에서 복수 개의 경로 후보군을 다시 생성하는 단계, 및 상기 다시 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하는 경우, 차량의 특성 정보에 근거하여 상기 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 경로 생성 영역의 확장 가능 여부를 판단하는 단계는, 주행 중인 차로의 차선 바깥 영역에 위치한 다른 차로의 차선 또는 도로 구조물 중 적어도 하나를 기준으로 하는 확장 가능 영역이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 경로 생성 영역을 확장하는 단계는, 상기 확장 가능 영역의 바깥쪽 경계선으로부터 차량폭의 1/2 거리만큼 안쪽을 기준으로 경로 생성폭을 결정하고, 상기 경로 생성 영역을 상기 결정된 경로 생성폭 만큼 확장하는 것을 특징으로 한다.

상기 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계는, 상기 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 장애물 및 차선과 차량 간 충돌 위험도가 가장 낮은 경로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계 이후, 상기 차량과 장애물 간 충돌 예상 폭을 계산하는 단계, 상기 충돌 예산 폭에 비례하여 상기 차량의 속도 조절 비율을 결정하는 단계, 상기 차량의 설정속도에 상기 결정된 속도 조절 비율(α)을 적용하여 상기 차량의 목표속도를 결정하는 단계, 및 상기 차량의 목표속도를 기준으로 속도 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 차량이 장애물을 통과하는 동안 상기 속도 프로파일에 따라 상기 차량의 설정속도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 단계 이후, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하는 경우, 상기 장애물의 위치 및 상기 차량의 특성 정보에 근거하여 상기 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 상기 복수 개의 경로 후보군을 다시 생성하는 단계 이후, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하지 않는 경우, 상기 기준경로를 유지하는 단계, 및 상기 장애물을 타겟으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장애물을 타겟으로 설정하는 단계는, 상기 장애물에 대응하는 가상의 위치 고정된 목표물을 생성하여 상기 장애물의 위치에 배치하고, 상기 가상의 위치 고정된 목표물을 타겟으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치는, 차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 주변의 장애물을 감지하는 센서에 의해 장애물이 검출되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하고, 주행 중인 차로 내에서 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌 여부를 판단하는 충돌 판단부, 상기 검출된 장애물과 차량이 충돌하는 것으로 확인되면, 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하고, 상기 생성한 복수 개의 경로 후보군 전체에 대해 장애물과 차량 간 충돌이 예측되는 경우 경로 생성 영역의 확장 가능여부를 판단하여 확장된 경로 생성 영역 내에서 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 경로 생성부, 및 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 어느 하나의 후보를 선택하여 선택된 경로에 따라 차량을 제어하도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 장애물의 상태뿐만 아니라 실시간으로 변화하는 도로 상황 및 차량의 거동 특성을 모두 고려하여 회피 경로를 생성하고 선택함으로써 보다 안정적이고 신뢰도 높은 자율 주행 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제3 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치(이하에서는 '경로 제어 장치'라 칭하도록 한다.)(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 경로 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.

이에, 도 1을 참조하면, 경로 제어 장치(100)는 제어부(110), 사용자 인터페이스(120), 센서부(130), 통신부(140), 저장부(150), 충돌 판단부(160), 경로 생성부(170) 및 속도 제어부(180)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(110)는 경로제어 장치(100)의 각 부간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다.

사용자 인터페이스(120)는 사용자로부터의 제어 명령을 입력받기 위한 입력수단 및 경로 제어 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등을 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다.

입력수단으로는 키 버튼이 해당 될 수 있으며, 경로 제어 장치(100) 또는 차량에 구비된 디스플레이 상에 구현되는 소프트 키가 해당 될 수도 있다. 또한, 입력수단은 마우스, 조이스틱, 조그 셔틀, 스타일러스 펜과 같은 형태의 입력 수단일 수도 있다.

출력수단으로는 경로 제어 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등이 표시되는 디스플레이를 포함할 수 있으며, 결과를 음성으로 안내하는 스피커를 포함할 수 있다.

이때, 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display) 등이 포함될 수 있다.

센서부(130)는 자율 주행 시스템에 의해 차량의 자율 주행하는 동안, 차량 주변의 장애물을 감지하는 센서를 포함한다. 또한, 센서부(130)는 차량 주변에 위치한 중앙 분리대, 연석, 가드 레일과 같은 도로 지형물을 검출할 수 있으며, 도로 상의 차선을 검출할 수도 있다.

여기서, 센서는 레이저 센서, 초음파 센서, 라이더(Lidar), 레이더(Radar) 및 카메라 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 물론, 센서부(130)는 앞서 언급한 센서 외에도 주변의 물체를 검출하는 센서라면 어느 것이든 적용 가능함은 당연한 것이다.

센서부(130)는 차량 주변의 장애물이 검출되면, 검출된 장애물에 대한 정보를 충돌 판단부(160)로 전달하도록 한다. 이때, 센서부(130)는 차량 전방의 장애물에 대한 위치, 속도, 차량과 장애물간 상대 거리 등에 대한 정보를 검출할 수 있다.

통신부(140)는 차량에 구비된 전장품 및/또는 제어유닛들과의 통신 인터페이스를 지원하는 통신모듈을 포함할 수 있다. 일 예로서, 통신모듈은 차량에 구비된 인스트루먼트 패널, 디스플레이 등과 통신 연결되어 경로 제어 장치(100)의 동작 상태를 디스플레이로 송신할 수 있다. 또한, 통신모듈은 선택된 경로 정보를 차량의 구동 유닛으로 송신할 수도 있다.

여기서, 통신모듈은 CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등의 차량 네트워크 통신을 지원하는 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 통신모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신(Short Range Communication)을 위한 모듈을 포함할 수도 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN, WLAN), 와이브로(Wireless Broadband, Wibro), 와이 파이(Wi-Fi) 등이 포함될 수 있고, 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association, IrDA) 등이 포함될 수 있다.

저장부(150)는 경로 제어 장치(100)가 동작하는데 필요한 데이터와 프로그램 등을 저장할 수 있다.

일 예로, 저장부(150)는 경로 제어 장치(100)의 동작을 위한 조건 정보가 저장될 수 있으며, 경로 후보군을 생성하거나 장애물과의 충돌을 판단하기 위한 알고리즘이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(150)는 장애물에 대해 차량의 속도를 제어하기 위한 명령 등이 저장될 수도 있다.

여기서, 저장부(150)는 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), PROM(Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)과 같은 저장매체를 포함할 수 있다.

충돌 판단부(160)는 차량의 자율 주행 중 센서부(130)에 의해 차량 주변의 장애물이 검출된 것으로 확인되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하도록 한다. 이때, 충돌 판단부(160)는 차량이 자율 주행하는 기준 경로 및 차량의 거동 특성과 장애물의 위치를 비교하여 충돌 여부를 판단하도록 한다. 충돌 판단부(160)는 차량과 장애물의 충돌 여부에 대한 판단 결과를 제어부(110)로 전달하도록 한다.

제어부(110)는 충돌 판단부(160)로부터 차량이 검출된 장애물에 충돌하지 않는 것으로 확인된 경우, 차량이 현재 자율 주행 중인 기준 경로를 유지하도록 한다.

한편, 제어부(110)는 충돌 판단부(160)로부터 차량이 검출된 장애물에 충돌하는 것으로 확인된 경우, 경로 생성부(170)로 경로 후보군의 생성을 요청하도록 한다.

이에, 경로 생성부(170)는 제어부(110)의 요청에 따라 차량이 주행 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하도록 한다. 이때, 경로 생성부(170)는 차량이 주행하는 차로의 차선을 벗어나지 않는 범위 내에서 경로 후보군을 생성하도록 한다.

차량이 주행하는 차로를 기준으로 복수 개의 경로 후보군이 생성되면, 충돌 판단부(160)는 복수 개의 경로 후보군 각각에 대해 장애물과의 충돌 위험도를 계산하도록 한다. 이때, 충돌 판단부(160)는 계산된 각 경로 후보군의 충돌 위험도에 대한 정보를 제어부(110)로 전달하도록 한다. 여기서, 제어부(110)로 전달된 각 경로 후보군의 충돌 위험도에 대한 정보는 어느 하나의 경로를 선택하는데 이용될 수 있다.

다시 말해, 제어부(110)는 경로 생성부(170)에 의해 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 충돌 위험도가 가장 낮은 경로를 선택할 수 있다. 이때, 제어부(110)는 선택된 경로를 기준으로 차량의 자율주행을 제어하도록 한다. 자율 주행 시스템이 제어부(110)와 별도로 구현된 경우, 제어부(110)는 선택된 경로에 대한 정보를 통신부(140)를 통해 연결된 자율 주행 시스템으로 제공할 수도 있다.

차량이 선택된 경로에 따라 자율주행을 하는 경우, 속도 제어부(180)는 선택된 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 생성하여 제어부(110)로 전달할 수 있다. 일 예로, 속도 제어부(180)는 충돌 예상 폭(d_collision), 구체적으로 차량의 타이어로부터 장애물까지의 폭을 계산하고, 충돌 예상 폭(d_collision)에 근거하여 해당 차량의 속도 조절 비율(α)을 결정하도록 한다. 여기서, 속도 조절 비율(α)은 충돌 예상 폭(d_collision)에 비례하며, 0과 1 사이의 값(0<α<1)을 갖는 것으로 한다.

속도 제어부(180)는 해당 경로를 자율주행하는 차량의 설정속도(V_roadstespd)와 결정된 속도 조절 비율(α)을 곱한 값을 차량의 목표속도(V_target)로 결정하도록 한다. 이 경우, 장애물을 통과하는 차량의 위치가 장애물에 가까울수록 속도 조절 비율(α)은 0에 가까운 숫자가 되고, 그로 인해 차량의 목표속도(V_target)값 또한 감소하게 된다.

이에, 속도 제어부(180)는 충돌 예상 폭(d_collision)에 대응하는 차량의 목표속도(V_target)를 기준으로 속도 프로파일을 생성할 수 있다.

따라서, 제어부(110)는 장애물에 대한 속도 프로파일에 근거하여 선택된 경로를 주행하는 차량이 장애물을 통과하는 동안 차량의 속도를 제어할 수 있다. 만일, 자율 주행 시스템이 제어부(110)와 별도로 구현된 경우, 제어부(110)는 선택된 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 통신부(140)를 통해 연결된 자율 주행 시스템으로 제공할 수도 있다.

한편, 경로 생성부(170)에 의해 생성된 복수 개의 경로 후보군 전체에 대해 장애물과의 충돌이 예상되는 경우, 제어부(110)는 경로 생성부(170)로 경로 후보군을 다시 생성할 것을 요청할 수 있다. 이 경우, 경로 생성부(170)는 주행 도로에 대한 경로 생성 영역의 확장이 가능한지 판단하도록 한다. 다시 말해, 경로 생성부(170)는 도로에 갓길과 같은 여분 영역이 존재하거나, 옆 차로에 다른 차량이 존재하지 않는 경우 해당 영역을 확장 가능 영역으로 인식할 수 있다. 이에, 경로 생성부(170)는 경로 생성 영역의 경로 생성폭을 증가시키고 증가된 경로 생성폭을 기준으로 경로 후보군을 다시 생성하도록 한다.

이때, 충돌 판단부(160)는 다시 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각에 대해 장애물과의 충돌 위험도를 계산하여 해당 정보를 제어부(110)로 전달하고, 제어부(110)는 경로 생성부(170)에 의해 다시 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 충돌 위험도가 가장 낮은 경로를 선택하도록 한다.

차량이 선택된 경로에 따라 자율주행을 하는 경우, 속도 제어부(180)는 해당 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 생성하여 제어부(110)로 전달하고, 제어부(110)는 장애물에 대한 속도 프로파일에 근거하여 선택된 경로를 주행하는 차량이 장애물을 통과하는 동안 차량의 속도를 제어할 수 있다. 만일, 자율 주행 시스템이 제어부(110)와 별도로 구현된 경우, 제어부(110)는 선택된 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 통신부(140)를 통해 연결된 자율 주행 시스템으로 제공할 수도 있다.

반면, 경로 생성부(170)에 의해 생성된 복수 개의 경로 후보군 전체에 대해 장애물과의 충돌이 예상되고 주행 도로에 대한 경로 생성 영역의 확장이 불가능한 경우, 제어부(110)는 차량이 현재 자율 주행 중인 기준 경로를 유지하도록 한다.

이 경우, 속도 제어부(180)는 기준 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 생성하도록 한다. 이때, 속도 제어부(180)는 차량이 장애물에 접근하는 경우 속도를 점차 감소시키고 장애물이 배치된 위치에 근접하게 도달하는 경우 정지하도록 속도 프로파일을 생성할 수 있다.

따라서, 제어부(110)는 속도 제어부(180)에 의해 생성된 속도 프로파일에 근거하여 기준 경로에 따라 주행하는 차량의 속도를 제어할 수 있다. 만일, 자율 주행 시스템이 제어부(110)와 별도로 구현된 경우, 제어부(110)는 기준 경로의 주변에 위치한 장애물에 대한 속도 프로파일을 통신부(140)를 통해 연결된 자율 주행 시스템으로 제공할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제1 실시예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 차량(10)이 기준경로(P)를 주행하는 중 차량(10)과 장애물(210) 간 충돌이 예상되면, 경로 제어 장치는 차선(220)을 기준으로 하는 도로폭을 경로 생성 영역으로 정하고, 정해진 경로 생성 영역 내에서 생성 가능한 복수 개의 경로 후보군 P1, P2, P3, P4, P5 및 P6을 생성한다.

이때, 경로 제어 장치는 생성한 경로 후보군 P1, P2, P3, P4, P5 및 P6 각각에 대해 장애물(210)과의 충돌 위험도를 계산하고, 계산된 충돌 위험도를 기준으로 어느 하나의 경로를 선택할 수 있다.

이 경우, 경로 제어 장치는 충돌 위험도가 낮은 경로를 선택할 수 있다. 만일, 충돌 위험도가 낮은 경로가 복수 개인 경우, 경로 제어 장치는 기준차선(220)을 넘지 않는 범위에서 안전 주행이 가능한 경로(P5)를 선택하여 주행하도록 한다.

경로 제어 장치는 차량(10)이 선택된 경로(P5)를 따라 주행하는 동안 차량(10)과 장애물(210) 사이의 충돌 예상 폭을 기준으로 목표속도를 결정하고, 결정된 목표속도에 따라 차량(10)의 설정속도를 조절할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제2 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 차량(10)이 기준경로(P)를 주행하는 중 차량(10)과 장애물(310, 315) 간 충돌이 예상되면, 경로 제어 장치는 차선을 기준으로 하는 도로폭을 경로 생성 영역으로 정하고, 정해진 경로 생성 영역 내에서 생성 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성한다.

이때, 생성된 복수 개의 경로 후보군 모두가 장애물(310, 315)과의 충돌이 예상되는 경우, 경로 제어 장치는 경로 생성 영역의 경로 생성폭에 대한 확장이 가능한지 판단하여 확장 가능 영역이 존재하는 경우, 경로 생성폭을 증가시키도록 한다.

일 예로, 경로 제어 장치는 주행 중인 차로의 차선으로부터 차선 바깥 영역에 위치한 도로 구조물까지를 확장 가능 영역으로 판단할 수 있다. 따라서, 경로 제어 장치는 기존 경로 생성 영역을 확장 가능 영역만큼 증가시키고, 증가된 경로 생성 영역의 경로 생성폭을 기준으로 복수 개의 경로 후보군을 생성할 수 있다.

이 경우, 경로 제어 장치는 확장 가능 영역의 바깥쪽 경계선(320)으로부터 차량폭의 1/2 거리만큼 안쪽의 가상 선(330)을 기준으로 경로 생성폭을 결정하고, 결정된 경로 생성폭 내에서의 경로 후보군 P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 및 P8을 생성할 수 있다. 다시 말해, 경로 제어 장치는 확장 가능 영역의 도로폭(d_expand)에서 (차량폭/2)을 차감한 거리를 마진(margin)으로 결정하고, 기존의 경로 생성폭을 마진에 해당하는 거리만큼 증가시킨 후에 증가된 경로 생성폭을 기준으로 경로 후보군을 생성할 수 있다.

경로 제어 장치는 생성한 경로 후보군 P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 및 P8 각각에 대해 장애물(310, 315)과의 충돌 위험도를 계산하고, 계산된 충돌 위험도를 기준으로 어느 하나의 경로를 선택할 수 있다.

이 경우, 경로 제어 장치는 충돌 위험도가 낮은 경로를 선택할 수 있다. 만일, 충돌 위험도가 낮은 경로가 복수 개인 경우, 경로 제어 장치는 정해진 기준선(330)을 넘지 않는 범위에서 안전 주행이 가능한 경로(P7)를 선택하여 주행하도록 한다.

한편, 경로 제어 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 차량(10)이 선택된 경로(420)를 따라 주행하는 동안 차량(10)과 장애물(410, 415) 사이 혹은 차량(10)과 기준선(430) 사이의 충돌 예상 폭(d_collision)에 따라 목표속도를 결정하고, 결정된 목표속도에 따라 차량(10)의 설정속도를 조절할 수 있다.

도 3 및 도 4의 실시예는 주행 중인 차로의 차선으로부터 차선 바깥 영역에 위치한 도로 구조물까지를 확장 가능 영역으로 판단하여 경로 후보군을 생성하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 주행 중인 차로의 차선 바깥 영역에 위치한 다른 차선, 즉, 옆 차로의 차선을 기준으로 확장 가능 영역을 판단하여 경로 후보군을 생성할 수도 있음은 당연한 것이다.

만일, 주행 중인 차로에 대한 옆 차로의 차선을 기준으로 한 확장 가능 영역과, 반대 방향에 위치한 도로 구조물을 기준으로 한 확장 가능 영역이 존재하는 경우, 경로 제어 장치는 양 방향의 확장 가능 영역을 모두 반영하여 경로 후보군을 생성하고, 생성한 경로 후보군 중 충돌 위험도가 가장 낮은 경로를 선택하여 주행할 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치의 동작에 대한 제3 실시예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 차량(10)이 기준경로를 주행하는 중 차량(10)과 장애물(510) 간 충돌이 예상되면, 경로 제어 장치는 차선을 기준으로 하는 경로 생성 영역을 정하고, 정해진 경로 생성 영역의 경로 생성폭 내에서 복수 개의 경로 후보군을 생성하도록 한다. 이때, 경로 제어 장치는 생성한 경로 후보군 각각에 대해 장애물(510)과의 충돌 위험도를 계산하고, 계산된 충돌 위험도를 기준으로 어느 하나의 경로를 선택할 수 있다.

만일, 생성된 복수 개의 경로 후보군 모두가 장애물(510)과의 충돌이 예상되는 경우, 경로 제어 장치는 경로 생성 영역의 경로 생성폭에 대한 확장이 가능한지 판단한다. 다만, 도 5에서와 같이, 주행 도로에 대한 경로 생성 영역의 확장이 불가능한 경우, 경로 제어 장치는 현재 주행 중인 기준 경로를 유지하도록 한다.

이 경우, 경로 제어 장치는 장애물(510)에 대응하는 가상의 목표물(Virtual Target)(520)을 생성하여 장애물(510)이 위치한 영역에 배치하고, 가상의 목표물(Virtual Target)(520)을 자율주행의 타겟으로 정하여 주행하도록 한다. 이 경우, 경로 제어 장치는 차량(10)이 가상의 목표물(Virtual Target)(520)이 위치한 영역에 도달하면 정차하도록 하여 장애물(510)과의 충돌을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 경로 제어 장치의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 경로 제어 장치는 차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 장애물이 검출되면(S100, S110), 검출된 장애물과 차량 간 충돌 여부를 판단한다. 만일, 장애물과 차량 간 충돌이 예상되면(S120), 경로 제어 장치는 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하도록 한다(S130).

이때, 경로 제어 장치는 'S130' 과정에서 생성된 각 경로 후보군에 대해 해당 장애물과 차량 간 충돌 여부를 판단하도록 한다(S140).

'S140' 과정에서 모든 경로 후보군에 대해 장애물과 차량간 충돌이 예상되는 것이 아니라면(S150), 경로 제어 장치는 충돌이 예상되지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택할 수 있다(S160).

여기서, 경로 제어 장치는 장애물과 차량 간 충돌 예상 폭, 예를 들어, 장애물과 차량의 타이어 사이의 폭에 따라 차량의 목표속도를 결정하고, 결정된 목표속도를 이용하여 장애물에 대한 속도 프로파일을 생성할 수 있다(S170).

따라서, 경로 제어 장치는 'S160' 과정에서 선택된 경로를 기준으로 'S170' 과정에서 생성된 속도 프로파일에 따라 차량의 설정속도를 조절하여 주행할 수 있다(S180).

한편, 'S150' 과정에서 모든 경로 후보군에 대해 장애물과 차량간 충돌이 예상되면, 경로 생성 영역의 경로 생성폭에 대한 확장 여부를 확인하여, 확장이 가능한 경우(S190), 경로 생성 영역의 경로 생성폭을 다른 차로의 차선 및 도로 구조물 중 적어도 하나를 기준으로 하는 확장 가능 영역의 경로 생성폭만큼 증가시키고(S200), 확장 가능 영역의 경로 생성폭만큼 확장된 경로 생성 영역 내에서 'S130' 과정을 재수행하여 경로 후보군을 다시 생성하도록 한다.

반면, 'S190' 과정에서 도로 환경에 따라 경로 생성 영역의 경로 생성폭에 대한 확장이 불가능한 경우, 경로 제어 장치는 장애물에 대한 속도 프로파일을 생성하여(S210), 설정속도를 조절하여 기준 경로에 따라 자율 주행을 수행하도록 한다.

'S210' 과정에서, 경로 제어 장치는 장애물에 대응하는 가상의 위치 고정된 목표물을 생성하여 배치하고, 해당 가상의 위치 고정된 목표물을 타겟으로 주행하도록 함으로써, 최종적으로 목표물에 도달했을 때 차량이 정지하도록 속도 프로파일을 생성할 수 있다.

상기의 과정들은 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체, 즉, 메모리 및/또는 스토리지에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 차량 100: 경로 제어 장치
110: 제어부 120: 사용자 인터페이스
130: 센서부 140: 통신부
150: 저장부 160: 충돌 판단부
170: 경로 생성부 180: 속도 제어부

Claims

차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 주변의 장애물을 감지하는 센서에 의해 장애물이 검출되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하는 단계;
상기 검출된 장애물과 차량이 충돌하는 것으로 확인되면, 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 단계;
상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하지 않는 경우, 도로 환경에 따라 경로 생성 영역의 확장 가능 여부를 판단하여 상기 경로 생성 영역을 확장하는 단계;
상기 확장된 경로 생성 영역 내에서 복수 개의 경로 후보군을 다시 생성하는 단계; 및
상기 다시 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하는 경우, 차량의 특성 정보에 근거하여 상기 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계를 포함하며,
상기 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계 이후, 상기 차량과 장애물 간 충돌 예상 폭을 계산하는 단계;
상기 충돌 예상 폭에 비례하여 상기 차량의 속도 조절 비율을 결정하는 단계;
상기 차량의 설정속도에 상기 결정된 속도 조절 비율(α)을 적용하여 상기 차량의 목표속도를 결정하는 단계; 및
상기 차량의 목표속도를 기준으로 속도 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 경로 생성 영역의 확장 가능 여부를 판단하는 단계는,
주행 중인 차로의 차선 바깥 영역에 위치한 다른 차로의 차선 및 도로 구조물 중 적어도 하나를 기준으로 하는 확장 가능 영역이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 경로 생성 영역을 확장하는 단계는,
상기 확장 가능 영역의 바깥쪽 경계선으로부터 차량폭의 1/2 거리만큼 안쪽을 기준으로 경로 생성폭을 결정하고, 상기 경로 생성 영역을 상기 결정된 경로 생성폭 만큼 확장하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계는,
상기 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 장애물 및 차선과 차량 간 충돌 위험도가 가장 낮은 경로를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 속도 조절 비율은,
0 내지 1 사이의 값을 가지며, 상기 차량의 위치가 장애물에 가까울수록 0에 가까운 숫자가 되는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 차량이 장애물을 통과하는 동안 상기 속도 프로파일에 따라 상기 차량의 설정속도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
복수 개의 경로 후보군을 생성하는 단계 이후, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하는 경우, 상기 장애물의 위치 및 상기 차량의 특성 정보에 근거하여 상기 충돌이 발생하지 않는 경로 후보 중 어느 하나의 경로를 선택하여 주행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 복수 개의 경로 후보군을 다시 생성하는 단계 이후, 상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 경로 후보가 존재하지 않는 경우, 상기 기준경로를 유지하는 단계; 및
상기 장애물을 타겟으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 장애물을 타겟으로 설정하는 단계는,
상기 장애물에 대응하는 가상의 위치 고정된 목표물을 생성하여 상기 장애물의 위치에 배치하고, 상기 가상의 위치 고정된 목표물을 타겟으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 방법.
차량이 기준경로에 따라 자율 주행하는 동안 주변의 장애물을 감지하는 센서에 의해 장애물이 검출되면, 검출된 장애물과 차량의 충돌 여부를 판단하고, 주행 중인 차로 내에서 생성된 복수 개의 경로 후보군 각각을 기준으로 장애물과 차량 간 충돌 여부를 판단하는 충돌 판단부;
상기 검출된 장애물과 차량이 충돌하는 것으로 확인되면, 주행 중인 차로의 경로 생성 영역 내에서 이동 가능한 복수 개의 경로 후보군을 생성하고, 상기 생성한 복수 개의 경로 후보군 전체에 대해 장애물과 차량 간 충돌이 예측되는 경우 경로 생성 영역의 확장 가능여부를 판단하여 확장된 경로 생성 영역 내에서 복수 개의 경로 후보군을 생성하는 경로 생성부;
상기 생성된 복수 개의 경로 후보군 중 장애물과 차량 간 충돌이 발생하지 않는 어느 하나의 후보를 선택하여 선택된 경로에 따라 차량을 제어하도록 하는 제어부; 및
상기 어느 하나의 경로를 선택하여 주행 시 상기 차량과 장애물 간 충돌 예상 폭을 계산하고, 상기 충돌 예상 폭에 비례하여 상기 차량의 속도 조절 비율을 결정하며, 상기 차량의 설정속도에 상기 결정된 속도 조절 비율(α)을 적용하여 상기 차량의 목표속도를 결정하고, 상기 차량의 목표속도를 기준으로 속도 프로파일을 생성하는 속도 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템의 경로 제어 장치.