KR101724887B1

KR101724887B1 - 전방 도로 형상과 연결을 분석해 차선 변경과 타이밍을 결정하는 자율주행 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101724887B1
Application number: KR1020150112340A
Authority: KR
Inventors: 윤지현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-04-07
Also published as: CN106428007A; US20170043780A1; DE102015223332B4; DE102015223332A1; KR20170018564A; US9731724B2; CN106428007B

Abstract

본 발명은 자율주행을 통하여 목적지까지 보다 편리하고 안정적이며 효율적으로 도착하도록 지원하기 위하여, 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계, 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 등을 고려하여 차선 변경이 필요한지를 자동으로 결정하고 차선 변경이 필요한 경우 차선 변경의 타이밍을 효과적으로 결정할 수 있는, 자율주행 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

전방 도로 형상과 연결을 분석해 차선 변경과 타이밍을 결정하는 자율주행 제어 장치 및 방법{Autonomous Driving Control Apparatus and Method for Determining Lane Change and Timing thereof Based on Analysis for Shapes and Links of Forward Road}

본 발명은 자율주행 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 자율주행을 위해서 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계 등을 고려하여 차선 변경 여부 및 타이밍을 결정하는 자율주행 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

전기차나 고급차의 보급이 늘어나면서 차량 운전자는 자율주행 장치를 통하여 직접 운전을 최소화하면서 편리하게 목적지까지 도착하도록 지원받을 수 있는 시대가 도래하고 있다.

보다 편리하고 안정적인 자율주행을 위하여 자율주행 장치의 성능 개선이 이루어지고 있지만, 종래의 자율주행 장치의 한계를 극복하고 효과적으로 운전자의 운전을 보조하기 위한 자율주행 장치의 개발이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 자율주행을 통하여 목적지까지 보다 편리하고 안정적이며 효율적으로 도착하도록 지원하기 위하여, 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계, 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 등을 고려하여 차선 변경이 필요한지를 자동으로 결정하고 차선 변경이 필요한 경우 차선 변경의 타이밍을 효과적으로 결정할 수 있는, 자율주행 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 차량의 자율주행 제어 방법은, 차량 주행 중 지도 데이터베이스를 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지 경로 플랜을 생성하는 단계; 상기 경로 플랜에서 상기 현재 위치로부터 소정의 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트를 지역 목표점으로 결정하는 단계; 상기 지역 목표점에 도착하기 위해 차선 변경의 필요 여부를 판단하며, 차선 변경 필요의 판단에 따라 차선 변경의 방향을 판단하는 단계; 및 상기 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 차선 변경 완료 세그먼트를 결정하고, 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝으로부터 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계를 포함한다.

상기 경로 플랜은, 도로 형상, 도로 분리 노드들 사이를 연결하는 세그먼트 간의 연결 관계, 차량 제한 속도, 차선 수, 또는 이벤트에 대한 정보를 포함한다.

상기 대상 세그먼트는, 상기 현재 위치로부터 전방으로 소정의 거리에 있는 세그먼트, 상기 현재 위치로부터 전방으로 세그먼트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트, 또는 상기 현재 위치로부터 전방으로 이벤트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트를 포함한다.

상기 차선 변경의 방향을 판단하는 단계에서, 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경 후 직진 주행으로 상기 지역 목표점에 도달 가능한지 여부에 따라 해당 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경의 방향을 결정할 수 있다.

상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, 또는 Dead-end를 포함하는 이벤트가 있는 세그먼트의 이전 세그먼트를 상기 차선 변경 완료 세그먼트로 결정할 수 있다.

상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트가, 도로 곡률이 소정의 임계값 이상인 경우, 차선 수가 1개인 경우, 교차로인 경우, 또는 해당 세그먼트 내의 과다한 교통량으로 인해 교통 정체 상태인 경우에는, 상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 해당 세그먼트 직전 또는 직후의 세그먼트를 상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 상기 차선 변경을 위한 거리(K)가 상기 현재 위치로부터 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리(D_event) 보다 크게 될 때, 상기 차선 변경을 위한 거리(K) 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc)를 산출하고, 감속 거리(D_dec)를 산출하여, 차선 변경을 위해 필요한 최소 거리(D_min _{_} _require = D_lc + D_dec)를 계산하며, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin)를 반영하여, 상기 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)를 산출할 수 있다.

상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 수학식 D_lc = v * (t1*p + t2*(p-1))을 계산하며, 여기서, v는 차량의 속도, t1은 차선 변경에 필요한 시간, t2는 차선 변경 수행횟수(p)가 2 이상인 경우 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간이다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 차량의 자율주행 제어 장치는, 차량 주행 중 지도 데이터베이스를 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지 경로 플랜을 생성하는 경로 생성부; 상기 경로 플랜에서 상기 현재 위치로부터 소정의 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트를 지역 목표점으로 결정하는 세그먼트/지역목표점 결정부; 상기 지역 목표점에 도착하기 위해 차선 변경의 필요 여부를 판단하며, 차선 변경 필요의 판단에 따라 차선 변경의 방향을 판단하는 차선변경/방향 판단부; 및 상기 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 차선 변경 완료 세그먼트를 결정하고, 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝으로부터 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 차선 변경 타이밍 결정부를 포함한다.

상기 차선변경/방향 판단부는, 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경 후 직진 주행으로 상기 지역 목표점에 도달 가능한지 여부에 따라 해당 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경의 방향을 결정할 수 있다.

상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, 또는 Dead-end를 포함하는 이벤트가 있는 세그먼트의 이전 세그먼트를 상기 차선 변경 완료 세그먼트로 결정할 수 있다.

상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트가, 도로 곡률이 소정의 임계값 이상인 경우, 차선 수가 1개인 경우, 교차로인 경우, 또는 해당 세그먼트 내의 과다한 교통량으로 인해 교통 정체 상태인 경우에는, 상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 해당 세그먼트 직전 또는 직후의 세그먼트를 상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 상기 차선 변경을 위한 거리(K)가 상기 현재 위치로부터 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리(D_event) 보다 크게 될 때, 상기 차선 변경을 위한 거리(K) 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc)를 산출하고, 감속 거리(D_dec)를 산출하여, 차선 변경을 위해 필요한 최소 거리(D_min _{_} _require = D_lc + D_dec)를 계산하며, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin)를 반영하여, 상기 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)를 산출할 수 있다.

상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 수학식 D_lc = v * (t1*p + t2*(p-1))을 계산하며, 여기서, v는 차량의 속도, t1은 차선 변경에 필요한 시간, t2는 차선 변경 수행횟수(p)가 2 이상인 경우 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간이다.

본 발명에 따른 자율주행 제어 장치 및 방법에 따르면, 차량의 자율주행을 보조하는 동안, 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계, 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 등을 고려하여 차선 변경이 필요한지를 자동으로 결정하고 차선 변경이 필요한 경우 차선 변경의 타이밍을 효과적으로 결정함으로써, 운전자가 자율주행을 통하여 목적지까지 보다 편리하고 안정적이며 효율적으로 도착하도록 지원할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 차량 위치로부터 지역 목표점까지 6개의 트리 형태로 이루어진 세그먼트 연결관계의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치의 제어에 따라현재 차량 위치로부터 전방의 지역목표점 사이에서 이루어지는 차선 변경 방법을 설명하기 위한 정밀지도의 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치의 제어에 따라차선 변경한 차량 위치로부터 전방의 새로운 지역목표점 사이에서 이루어지는 차선 변경 방법을 설명하기 위한 정밀지도의 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치로부터 지역 목표점 사이에서 3개의 트리 형태로 이루어진 세그먼트 연결관계에서의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치로부터 지역 목표점 사이에서 3개의 트리 형태로 이루어진 세그먼트 연결관계에서의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치로부터 지역 목표점 사이에 교차로(7,8,9)가 있는 경우의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)의 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)의 동작에 대하여 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)는, 제어부(110), 지도 DB(데이터베이스)(120), 경로 생성부(130), 세그먼트/지역목표점 결정부(140), 차선변경/방향 판단부(150), 차선 변경 타이밍 결정부(160), 차선 변경부(170)를 포함한다. 위와 같은 자율주행 제어 장치(100)의 각부 구성요소들은 반도체 프로세서와 같은 하드웨어, 응용 프로그램과 같은 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다.

제어부(110)는 위와 같은 자율주행 제어 장치(100)의 다른 각부 구성요소들의 전반적인 제어를 수행한다. 경우에 따라 제어부(110)는 자율주행 제어 장치(100)의 다른 각부 구성요소들의 전부 또는 일부를 포함하여 그 기능을 수행할 수 있도록 구현될 수도 있다.

지도 DB(120)에는, 각 지역의 교통 도로 상황 관련하여, 자율주행을 위하여 세그먼트들의 집합을 기본 정보로 정밀 지도 정보가 저장된다(도 2의 S110 참조). 세그먼트는 도로의 형상을 표현하는 함수(예, 3차 또는 그 이상) 형태로 구성되어 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 예를 들어, 한 개의 도로는 한 개의 세그먼트 또는 두 개 이상의 여러 개 세그먼트로 구성이 될 수도 있으며, 각각의 세그먼트가 연결이 되어서 전체 지도를 구성하고 그 연결 관계에 대한 정보 역시 지도 DB(120)에 포함되어 저장된다.

즉, 지도 DB(120)에는 위와 같은 세그먼트를 기초로, 각 지역의 교통 도로 상황 관련하여, 도로 형상, 세그먼트(교차로, 합류점, 분기점 등 도로 분리 노드들 사이를 연결하는 도로) 간의 연결 관계, 차량 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end(막다른 도로) 등) 등에 대한 정밀 지도 정보가 저장된다. 이와 같은 교통관련 데이터 이외에도, 지도 DB(데이터베이스)(110)에는 기본적인 지도 표시를 위하여, 지도의 배경 관련한 polygon, polyline, 텍스트 등에 대한 정보, 시설(facilities), 방향(또는 방위)(direction) 등에 대한 정보를 저장할 수 있으며, 경우에 따라 현재/예상 교통 상황(정체 등) 정보, 및 사고 관련 교통 상황 정보, 안전 운행 지역(예, 동물보호구역, 공사지역 등)과 관련한 위치, 종류 등에 대한 정보 등을 포함하는 안전관련 데이터를 더 저장할 수 있다.

경로 생성부(130)는 지도 DB(120)를 참조하여, 차량 자율주행 중 현재 위치로부터 목적지까지 도착하기 위한 해당 경로 플랜(path plan)을 생성하는 항법(Navigation)기능을 수행한다(도 2의 S120 참조). 경로 생성부(120)는, 현재 위치로부터 목적지 사이의 경로 상에서의, 도로 형상, 세그먼트(교차로, 합류점, 분기점 등 도로 분리 노드들 사이를 연결하는 도로) 간의 연결 관계, 차량 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 등에 대한 정보를 포함하는, 경로 플랜을 생성할 수 있다.

세그먼트/지역목표점 결정부(140)는, 위와 같이 생성된 경로 플랜에서 현재 차량 위치로부터 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들을 결정하고, 상기 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트(들)를 지역 목표점(Local Goal Point)(들)으로 결정(또는 설정)한다(S130). 예를 들어, 도 3의 예와 같이, 자차(500)가 3번 세그먼트를 주행 중일 때, 현재 자차(500) 위치로부터 대상 세그먼트까지 차선별 모든 세그먼트들이 6개의 트리(tree) 형태로 세그먼트 연결관계를 이룬다면, 26번과 27번 세그먼트가 지역 목표점으로 설정될 수 있다.

여기서, 대상 세그먼트는 (1) 현재 차량 위치로부터 전방으로 소정의 거리(예, N(실수) 미터)에 있는 해당 세그먼트(들), (2) 현재 차량 위치로부터 전방으로 세그먼트 개수의 합이 소정의 갯수(예, M(자연수) 개)가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트, 또는 (3) 현재 차량 위치로부터 전방으로 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 개수의 합이 소정의 갯수(예, M(자연수) 개)가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트 등으로 결정될 수 있다. 세그먼트/지역목표점 결정부(140)는, 차선별로 모든 차선에 대하여 위와 같은 대상 세그먼트까지 모든 세그먼트들을 결정하고, 상기 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트를 지역 목표점(Local Goal Point)(들)으로 설정한다.

다음에, 차선변경/방향 판단부(150)는, 차량 자율주행 중 현재 차량 위치로부터 지역 목표점으로 도착하기 위해 현재 차로에서 차선 변경이 필요한지 여부를 판단하며, 차선 변경이 필요하다고 판단하면 현재 차로에서 우측 방향 또는 좌측 방향 중 어느 방향으로 차선 변경할 지 여부를 판단한다(S140).

차선변경/방향 판단부(150)는, 차량이 현재 위치한 차로에서 직진으로 계속 주행하는 경우에 지역 목표점에 도달 가능여부를 판단하여, 도달 가능한 경우에는 차선 유지, 도달 불가능한 경우에는 차선 변경이 필요하다고 판단할 수 있다. 도 3의 예와 같이, 자차(500)가 현재 위치한 차로는 tree3에 포함된 세그먼트 3번인 3차로이므로, 현재 차로에서 직진으로 지역 목표점 26번과 27번 세그먼트에 도달할 수 없으므로 차선 변경이 필요하다고 판단할 수 있다.

또한, 차선변경/방향 판단부(150)는, 위와 같이 차선 변경이 필요하다고 판단하면, 현재 차로로부터 우측 방향 또는 좌측 방향 중 어느 방향으로의 차선 변경 방향을 판단할 수 있다. 차선변경/방향 판단부(150)는, 현재 1차선에서 주행 중인 경우에는 우측 방향으로 차선 변경, 현재 최우측 차선인 경우에는 좌측 방향으로 차선 변경을 결정할 수 있다.

이와 같은 1차선(최좌측 차선) 또는 최우측 차선에 있지 않은 경우에는, 현재 차량의 차로의 좌측 차로 또는 우측 차로에서 직진으로 계속 주행하는 경우에 지역 목표점까지 도달할 수 있는지 여부를 판단하여 우측 방향 또는 좌측 방향 중 어느 방향으로 차선 변경할 지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 예와 같이, 자차(500)가 현재 위치한 차로에서 지역 목표점 26번 또는 27번 세그먼트로 도달하기 위하여, 우측 방향으로 차선 변경을 결정할 수 있다.

이때, 현재 차량의 차로의 좌측 차로 또는 우측 차로로 p(자연수)번(예, 2번 이상)의 차선 변경이 필요하다고 판단한 경우에는, 차선변경/방향 판단부(150)는, 하기하는 바와 같은 방법으로 순차로 한번씩 해당 방향으로 p번의 차선 변경이 필요함을 결정할 수도 있다.

차선 변경 타이밍 결정부(160)는, 위와 같은 경로 플랜에서의 세그먼트별 차량 제한 속도, 도로 형상을 기초로 결정된 세그먼트별 최고 곡률, 세그먼트별 차선 수, 해당 방향으로 차선 변경의 횟수(p번), 현재의 교통 상황에 따른 차량 실제 주행속도(예, 현재로부터 소정의 이전 시간 동안의 평균 속도 등), 차량 실제 주행속도별 차선 변경에 필요한 시간(t1) 등의 복수의 파라미터들에 대한 정보를 종합적으로 반영하여 차선 변경 타이밍을 결정할 수 있다(S150).

예를 들어, 차선 변경 타이밍 결정부(160)는, 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 차선 변경이 완료되어야 하는 차선 변경 완료 세그먼트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등 이벤트가 있는 세그먼트의 이전 세그먼트 등)를 결정하고, 하기와 같이 차선 변경을 위해 계산된 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)가 현재 차량 위치로부터 해당 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리(D_event) 보다 크게 될 때, 해당 차선 변경 완료 세그먼트 끝으로부터 차선 변경을 위해 계산된 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin) 이전의 세그먼트 위치(들)를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

다만, 차선변경을 위한 타이밍 위치(차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트 위치)가 다음과 같이 차선 변경이 어렵거나 불가능한 경우에는 해당 세그먼트의 직전 또는 직후의 세그먼트에서 차선 변경을 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차선 변경 타이밍 결정부(160)는, (1) 도로 곡률이 소정의 임계값 이상인 경우, (2) 차선 수가 1개인 경우, (3) 교차로인 경우, (4) 해당 세그먼트 내의 과다한 교통량으로 인해 교통 정체 상태인 경우 등에 있어서, 해당 위치(세그먼트)의 직전 또는 직후의 세그먼트를 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있다.

차선 변경 타이밍 결정부(160)는, [수학식1]에 따라 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc)를 산출하고, [수학식2]에 따라 지역 목표점 이전에 차량 감속이 필요한 경우(예, 좌회전, 우회전, 정차, 과속방지턱 통과 등)의 감속 거리(D_dec)를 산출하여, [수학식3]과 같이 차선 변경을 위해 필요한 최소 거리(D_min _{_} _require = D_lc + D_dec)를 계산할 수 있고, 최소 거리(D_min _{_} _require)와 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin)을 합산하여 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리(D_event)와 비교될 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)를 산출할 수 있다.

[수학식1]

D_lc = v * (t1*p + t2*(p-1))

[수학식2]

[수학식3]

D_min _{_} _require = D_lc + D_dec

여기서, v는 감속없는 차량의 속도, t1은 차선 변경에 필요한 시간, t2는 차선 변경 수행횟수(p)가 2 이상인 경우 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간, v_current는 감속시작 시의 현재속도, v_last는 감속시 최종 속도, a는 감속도이다.

차선 변경부(170)는 차선 변경 타이밍 결정부(160)가 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치(세그먼트)를 결정함에 따라, 레이더, 적외선 센서 등을 이용해 현재 차선과 변경될 차선의 전방 및 후방의 차량들에 대한 감지를 통해, 해당 위치(세그먼트)에서 해당 방향으로 차선을 변경하도록 필요한 제어 신호를 발생할 수 있고, 차량 ECU(Electronic Control Unit) 등 차량 제어 시스템은 해당 제어 신호에 따라 차선 변경을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)의 제어에 따라현재 차량 위치로부터 전방의 지역목표점 사이에서 이루어지는 차선 변경 방법을 설명하기 위한 정밀지도의 예이다.

도 4는 자율주행 제어 장치(100)를 장착한 자차(500)가 교차로(600) 진입 직전 세그먼트를 주행하고 있는 경우를 나타낸다. 이러한 경우에, 자율주행 제어 장치(100)가, 도면과 같이 전방의 지역 목표점으로서 2개의 세그먼트(700)를 설정한 경우, 현재 주행중인 차선을 유지해서 주행하면 Dead-end 세그먼트로 인해 지역 목표점(700)에 도달할 수 없으므로 좌측 차선 변경을 1회 수행하도록 제어할 수 있다. 이때 위에서 기술한 바와 같이 자율주행 제어 장치(100)는 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치의 세그먼트(800)를 결정할 수 있으며, 계산된 해당 세그먼트(800)는 차선이 1개인 세그먼트이므로 그 직후의 세그먼트 등 차선이 복수개인 세그먼트에서 차선변경을 수행하도록 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)의 제어에 따라차선 변경한 차량 위치로부터 전방의 새로운 지역목표점 사이에서 이루어지는 차선 변경 방법을 설명하기 위한 정밀지도의 예이다.

도 5와 같이, 자율주행 제어 장치(100)를 장착한 자차(500)가 도 4와 같이 좌측 차선 변경한 후, 자율주행 제어 장치(100)는 다시 경로 플랜 상의 새로운 지역 목표점을 찾을 수 있다. 좌측 차선 방향으로 차선 변경 후 계속 진행 시 교차로와 만나지만 직진 시 지역 목표점(900)에 도달하지 못하므로, 위에서 기술한 바와 같이 자율주행 제어 장치(100)는 차선 변경 필요성을 판단할 수 있다. 현재 자차(500) 위치에서 교차로에서 우회전을 하여 지역 목표점(900)에 도달하여야 하므로, 자율주행 제어 장치(100)는 오른쪽 차선 변경을 판단하고 제어하며, 교차로에서 우회전후 합류점이 존재하고, 합류점 후 해당 차선이 사라지므로 좌측 차선 변경 필요성을 판단하고 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치(세그먼트1)로부터 지역 목표점(세그먼트17) 사이에서 3개의 트리 형태로 이루어진 세그먼트 연결관계에서의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

여기서, 모든 세그먼트들의 각 길이는 100 미터(meter)이고, 제한속도 및 현재 교통 흐름 상의 자차(500) 주행 속도는 80kph(kilometres per hour)라고 가정한다. 또한, 도 6과 같은 세그먼트 연결관계에서, 자차(500)에 장착된 자율주행 제어 장치(100)는 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 17번 세그먼트를 지역 목표점으로 설정할 수 있다. 이때, 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 자차(500)가 17번 세그먼트에 도달하기 위해서는 우측 방향으로 2번의 차선 변경을 수행하되, 2번의 차선 변경을 Dead-end 등 이벤트에 해당하는 13, 14 세그먼트(또는 15 세그먼트)의 이전 세그먼트(12)까지 차선 변경을 완료해야 한다.

즉, 이와 같은 경우에, 현재 차량 위치로부터 해당 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 11) (또는 세그먼트 10/12) 끝까지의 거리(D_event) = 400meter, 자차(500) 주행 속도= 80kph, 차선 변경의 횟수(p번) =2, 차량 실제 주행속도별 차선 변경에 필요한 시간(t1) = 80kph에서 5초 가정, 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간(t2) = 5초 가정할 수 있다.

따라서, [수학식1] ~ [수학식3]에 따라, 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc) = 2times * 5sec/times * 80KPH + 1times * 5sec / times * 80KPH = 333meter이다. 또한, 차량 감속이 필요한 경우(예, 좌회전, 우회전, 정차, 과속방지턱 통과 등)에 해당하지 아니하여 감속이 불필요하므로 감속 거리(D_dec) =0, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin) = 100meter로 가정하면, 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin) = D_lc + D_dec + D_margin = 333 + 0 + 100 = 433meter로서, 이는 D_event 보다 길다.

따라서, 자율주행 제어 장치(100)는 Dead-end 등 이벤트에 해당하는 13, 14 세그먼트(또는 15 세그먼트)의 이전 세그먼트, 즉, 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 10/11/12) 끝으로부터 차선 변경을 위해 계산된 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)= 433meter 이전의 세그먼트 위치를 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있고, 도 6의 예에서 자차(500)가 이벤트로부터 433meter 이전 지점에 있으므로, 현재 세그먼트에서 차선 변경을 시작하도록 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치(세그먼트 1)로부터 지역 목표점(세그먼트 17) 사이에서 3개의 트리 형태로 이루어진 세그먼트 연결관계에서의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 다른 예시도이다.

여기서, 모든 세그먼트들의 각 길이는 100 미터(meter)이고, 제한속도 및 현재 교통 흐름 상의 자차(500) 주행 속도는 80kph라고 가정하며, 16번 세그먼트는 교차로에서 우회전하는 구역이고, 여기서의 차량 적정 속도는 20kph라고 가정한다. 또한, 도 7과 같은 세그먼트 연결관계에서, 자차(500)에 장착된 자율주행 제어 장치(100)는 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 17번 세그먼트를 지역 목표점으로 설정할 수 있다. 이때, 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 자차(500)가 17번 세그먼트에 도달하기 위해서는 우측 방향으로 2번의 차선 변경을 수행하되, 2번의 차선 변경을 15 세그먼트(또는 13, 14 세그먼트)의 이전 세그먼트(12)까지 차선 변경을 완료해야 한다.

즉, 이와 같은 경우에, 현재 차량 위치로부터 해당 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 11) (또는 세그먼트 10/12) 끝까지의 거리(D_event) = 400meter, 현재 자차(500) 주행 속도= 80kph, 차선 변경의 횟수(p번) =2, 차량 실제 주행속도별 차선 변경에 필요한 시간(t1) = 80kph에서 5초 가정, 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간(t2) = 5초 가정할 수 있다.

따라서, [수학식1] ~ [수학식3]에 따라, 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc) = 2times * 5sec/times * 80KPH + 1times * 5sec / times * 80KPH = 333meter이다. 또한, 차량 감속이 필요한 경우(예, 좌회전, 우회전, 정차, 과속방지턱 통과 등)에 해당하여, 감속도 a=-0.2m/sec² 가정하면, v_current= 80KPH, v_last= 20KPH이므로, 감속 거리(D_dec) = 35([수학식2] 참조)이다. 또한, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin) = 100meter로 가정하면, 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin) = D_lc + D_dec + D_margin = 333 + 35 + 100 = 468meter로서, 이는 D_event 보다 길다.

따라서, 자율주행 제어 장치(100)는 Dead-end 등 이벤트에 해당하는 13, 14 세그먼트(또는 15 세그먼트)의 이전 세그먼트, 즉, 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 10/11/12) 끝으로부터 차선 변경을 위해 계산된 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)= 468meter 이전의 세그먼트 위치를 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있고, 도 7의 예에서 자차(500)가 이벤트로부터 468meter 이전 지점에 있으므로, 현재 세그먼트에서 차선 변경을 시작하도록 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 플랜 상의 현재 차량 위치(세그먼트 1)로부터 지역 목표점(세그먼트 17) 사이에 교차로(7,8,9)가 있는 경우의 차선 변경 방법을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.

여기서, 모든 세그먼트들의 각 길이는 200 미터(meter)이고, 제한속도 및 현재 교통 흐름 상의 자차(500) 주행 속도는 80kph(kilometres per hour)라고 가정한다. 또한, 도 8과 같은 세그먼트 연결관계에서, 자차(500)에 장착된 자율주행 제어 장치(100)는 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 17번 세그먼트를 지역 목표점으로 설정할 수 있다. 7, 8, 9번 세그먼트는 교차로라고 가정한다. 이때, 현재 차량의 위치(세그먼트1)에서 자차(500)가 17번 세그먼트에 도달하기 위해서는 우측 방향으로 2번의 차선 변경을 수행하되, 2번의 차선 변경을 Dead-end 등 이벤트에 해당하는 13, 14 세그먼트(또는 15 세그먼트)의 이전 세그먼트(12)까지 차선 변경을 완료해야 한다.

즉, 이와 같은 경우에, 현재 차량 위치로부터 해당 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 11)(또는 세그먼트 10/12) 끝까지의 거리(D_event) = 800meter, 자차(500) 주행 속도= 80kph, 차선 변경의 횟수(p번) =2, 차량 실제 주행속도별 차선 변경에 필요한 시간(t1) = 80kph에서 5초 가정, 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간(t2) = 5초 가정할 수 있다.

따라서, [수학식1] ~ [수학식3]에 따라, 차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc) = 2times * 5sec/times * 80KPH + 1times * 5sec / times * 80KPH = 333meter이다. 또한, 차량 감속이 필요한 경우(예, 좌회전, 우회전, 정차, 과속방지턱 통과 등)에 해당하지 아니하여 감속이 불필요하므로 감속 거리(D_dec) = 0, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin) = 100meter로 가정하면, 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin) = D_lc + D_dec + D_margin = 333 + 0 + 100 = 433meter로서, 이는 D_event 보다 작다.

따라서, 자율주행 제어 장치(100)는 Dead-end 등 이벤트에 해당하는 13, 14 세그먼트(또는 15 세그먼트)의 이전 세그먼트, 즉, 차선 변경 완료 세그먼트(세그먼트 10/11/12) 끝으로부터 차선 변경을 위해 계산된 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)= 433meter 이전의 세그먼트 위치를 차선변경 시작을 위한 타이밍 위치로 결정할 수 있고, 도 8의 예에서 자차(500)가 이벤트로부터 433meter 이전 지점에 있게 되는 세그먼트 4 구역 이후에서는 차선 변경을 시작하도록 제어할 수 있다. 다만, 교차로 내부는 차선 마킹이 없으므로 차선 변경을 수행하지 않는 것이바람직하고, 7, 8, 9번 세그먼트는 교차로 내부이므로 직후인 10번 세그먼트(또는 직전의 4번 세그먼트)에서 차선 변경을 수행하도록 제어하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자율주행 제어 장치(100)에서는, 차량의 자율주행을 보조하는 동안, 정밀지도로부터 인지된 전방의 도로 형상, 도로간의 연결 관계, 제한 속도, 차선 수, 이벤트(예, 교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, Dead-end 등) 등을 고려하여 차선 변경이 필요한지를 자동으로 결정하고 차선 변경이 필요한 경우 차선 변경의 타이밍을 효과적으로 결정함으로써, 운전자가 자율주행을 통하여 목적지까지 보다 편리하고 안정적이며 효율적으로 도착하도록 지원할 수 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 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

제어부(110)
지도 DB(데이터베이스)(120)
경로 생성부(130)
세그먼트/지역목표점 결정부(140)
차선변경/방향 판단부(150)
차선 변경 타이밍 결정부(160)
차선 변경부(170)

Claims

차량 주행 중 지도 데이터베이스를 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지 경로 플랜을 생성하는 단계;
상기 경로 플랜에서 상기 현재 위치로부터 소정의 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트를 지역 목표점으로 결정하는 단계;
상기 지역 목표점에 도착하기 위해 차선 변경의 필요 여부를 판단하며, 차선 변경 필요의 판단에 따라 차선 변경의 방향을 판단하는 단계; 및
상기 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 차선 변경 완료 세그먼트를 결정하고, 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝으로부터 차선 변경을 위한 거리가 상기 현재 위치로부터 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리 보다 크게 될 때, 상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 경로 플랜은, 도로 형상, 도로 분리 노드들 사이를 연결하는 세그먼트 간의 연결 관계, 차량 제한 속도, 차선 수, 또는 이벤트에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 대상 세그먼트는,
상기 현재 위치로부터 전방으로 소정의 거리에 있는 세그먼트,
상기 현재 위치로부터 전방으로 세그먼트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트, 또는
상기 현재 위치로부터 전방으로 이벤트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 차선 변경의 방향을 판단하는 단계에서,
좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경 후 직진 주행으로 상기 지역 목표점에 도달 가능한지 여부에 따라 해당 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경의 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서,
교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, 또는 Dead-end를 포함하는 이벤트가 있는 세그먼트의 이전 세그먼트를 상기 차선 변경 완료 세그먼트로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트가, 도로 곡률이 소정의 임계값 이상인 경우, 차선 수가 1개인 경우, 교차로인 경우, 또는 해당 세그먼트 내의 과다한 교통량으로 인해 교통 정체 상태인 경우에는,
상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서, 해당 세그먼트 직전 또는 직후의 세그먼트를 상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서,
차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc)를 산출하고, 감속 거리(D_dec)를 산출하여, 차선 변경을 위해 필요한 최소 거리(D_min _{_} _require = D_lc + D_dec)를 계산하며, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin)를 반영하여, 상기 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)를 산출하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 단계에서,
수학식 D_lc = v * (t1*p + t2*(p-1))을 계산하며, 여기서, v는 차량의 속도, t1은 차선 변경에 필요한 시간, t2는 차선 변경 수행횟수(p)가 2 이상인 경우 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간인 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
차량 주행 중 지도 데이터베이스를 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지 경로 플랜을 생성하는 경로 생성부;
상기 경로 플랜에서 상기 현재 위치로부터 소정의 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 가장 멀리 있는 세그먼트를 지역 목표점으로 결정하는 세그먼트/지역목표점 결정부;
상기 지역 목표점에 도착하기 위해 차선 변경의 필요 여부를 판단하며, 차선 변경 필요의 판단에 따라 차선 변경의 방향을 판단하는 차선변경/방향 판단부; 및
상기 대상 세그먼트까지의 차선별 모든 세그먼트들 중 차선 변경 완료 세그먼트를 결정하고, 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝으로부터 차선 변경을 위한 거리가 상기 현재 위치로부터 상기 차선 변경 완료 세그먼트 끝까지의 거리 보다 크게 될 때, 상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트 위치를 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 차선 변경 타이밍 결정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 경로 플랜은, 도로 형상, 도로 분리 노드들 사이를 연결하는 세그먼트 간의 연결 관계, 차량 제한 속도, 차선 수, 또는 이벤트에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 대상 세그먼트는,
상기 현재 위치로부터 전방으로 소정의 거리에 있는 세그먼트,
상기 현재 위치로부터 전방으로 세그먼트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트, 또는
상기 현재 위치로부터 전방으로 이벤트 개수의 합이 소정의 갯수가 될 때의 해당 가장 멀리 있는 세그먼트
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 차선변경/방향 판단부는,
좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경 후 직진 주행으로 상기 지역 목표점에 도달 가능한지 여부에 따라 해당 좌측 또는 우측 방향으로 차선 변경의 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 차선 변경 타이밍 결정부는,
교차로, 횡단보도, 합류점, 분기점, 과속방지턱, 또는 Dead-end를 포함하는 이벤트가 있는 세그먼트의 이전 세그먼트를 상기 차선 변경 완료 세그먼트로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 차선 변경을 위한 거리 이전의 세그먼트가, 도로 곡률이 소정의 임계값 이상인 경우, 차선 수가 1개인 경우, 교차로인 경우, 또는 해당 세그먼트 내의 과다한 교통량으로 인해 교통 정체 상태인 경우에는,
상기 차선 변경 타이밍 결정부는, 해당 세그먼트 직전 또는 직후의 세그먼트를 상기 차선변경을 위한 타이밍 위치로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
삭제
제10항에 있어서,
상기 차선 변경 타이밍 결정부는,
차선 변경이 이루어지는 동안 차량이 이동하는 거리(D_lc)를 산출하고, 감속 거리(D_dec)를 산출하여, 차선 변경을 위해 필요한 최소 거리(D_min _{_} _require = D_lc + D_dec)를 계산하며, 차선 변경의 안정성을 위해 미리 설정해준 거리(D_margin)를 반영하여, 상기 차선 변경을 위한 거리(K=D_min _{_} _require + D_margin)를 산출하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
제17항에 있어서,
상기 차선 변경 타이밍 결정부는,
수학식 D_lc = v * (t1*p + t2*(p-1))을 계산하며, 여기서, v는 차량의 속도, t1은 차선 변경에 필요한 시간, t2는 차선 변경 수행횟수(p)가 2 이상인 경우 차선 변경과 다음 차선 변경 사이에 안정성을 위해 미리 설정한 시간인 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.