KR101748269B1 - 자율 주행 차량의 조향 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

자율 주행 차량의 조향 제어 방법은 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하고, 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 단계, 소실점이 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하는 단계, 및 초기 조향각과 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

자율 주행 차량의 조향 제어 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC STEERING CONTROL IN VEHICLE}
본 발명은 자율 주행 차량의 조향 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 곡률이 큰 도로나 경사가 있는 도로에서도 차량의 운행이 제어될 수 있도록 조향각을 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
자동차는 운전자에게 보다 편안하고 안전한 주행환경을 제공하기 위해 개발되어왔다. 하지만 인구 증가와 함께 자동차 밀도의 급진적인 증가로 인하여 교통 사고가 증가하고, 운전자에게 안전한 주행환경을 제공하는 일이 쉽지는 않다.
최근 운전자의 안전 및 편의를 향상시키기 위한 안전 제어 시스템들이 개발되고 있다. 또한, 운전자에게 보다 안락하고 안전한 주행환경을 제공하기 위한 지능형 운전자 지원 시스템에 대한 연구 역시 활발하게 진행되고 있으며 궁극적으로는 자율 주행 제어 시스템에 대한 연구로 확대되어가는 추세이다.
자율 주행 시스템은 무인자율주행 자동차와는 달리 운전자라는 주체가 존재하며, 제어 시스템에 의해 운전자와 주행 상황에 따라 차량의 횡방향과 종방향 제어를 동시에 하는 시스템이다. 이러한 자율 주행 시스템에서 차량이 자율 주행을 하는 동안, 운전자가 조향 휠의 조작 의지가 없을 경우, 실수로 핸들에 힘이 가해 질 때 자율 주행 모드가 해제되면 안 된다. 또한, 운전자가 조향 의지가 있거나, 긴급한 상황이 발생하여 운전자가 핸들을 의도적으로 조작하게 되면 제어기로부터 신속하게 운전 제어권을 가져와야 한다.
KR 10-2004-0067584 A
본 발명은 자율주행 차량 또는 무인자율주행 차량이 차선을 인지하는 과정에서 취득 가능한 소실점 정보를 기반으로 조향각을 직접 산출하는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 곡률이 큰 도로나 경사가 있는 도로에서도 소실점 매트릭스 및 가중치 함수에 기반한 튜닝을 통해 조향 제어값을 산출하는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 자율주행 차량 또는 무인자율주행 차량이 조향각을 산출하는 과정에서 주행할 도로의 상태 등의 추가 정보를 획득하고 차량에 탑재된 여러 주행 보조 장치에 해당 정보를 제공할 수 있는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 차량의 조향 제어 방법은 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하고, 상기 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 단계; 상기 소실점이 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하는 단계; 및 상기 초기 조향각과 상기 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차선은 상기 차량의 좌측 및 우측에 위치하고, 전방 카메라에 의해 인지될 수 있다.
또한, 상기 소실점은 상기 차량이 진행하는 전방에 위치하며 상기 차량의 좌측 및 우측에 위치한 상기 차선이 교차되는 가상점일 수 있다.
또한, 상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 상기 조향각 민감도는 1이고, 상기 소실점이 상부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 크며, 상기 소실점이 하부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 작을 수 있다.
또한, 상기 좌우좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 0도이고, 상기 소실점이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 상기 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치비례값일 수 있다.
또한, 상기 최대 조향각은 상기 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값일 수 있다.
또한, 상기 인지 범위는 상기 카메라의 장착 위치와 성능에 의해 결정될 수 있다.
또한, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법은 상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 차량에 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 상쇄값은 상기 조향 제어값을 결정하는 데 사용될 수 있다.
또한, 상기 초기 조향각은 상기 좌우좌표의 비례값을 최대 조향각에 곱한 값이고, 상기 비례값은 -1에서 1사이의 값을 가질 수 있다.
또한,상기 조향 제어값은
Figure 112015109774817-pat00001
으로 결정되고, 이때 상기 δ은 상기 조향 제어값이고, 상기 vpx, vpy는 -1~1 사이를 가지는 상기 상하좌표 및 상기 좌우좌표의 비례값이고, sgn()은 변수의 부호를 출력하는 함수이고, steer_max는 최대 조향각이고, weight는 상기 조향각 민감도이고, δoffset은 조향 제어 장치의 상쇄값일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 응용 프로그램은 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여, 전술한 자율 주행 차량의 조향 제어 방법을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 전술한 자율 주행 차량의 조향 제어 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자율 주행 차량의 조향 제어 장치는 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하는 감지부; 상기 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 소실점 추출부; 상기 도로의 상태와 상기 소실점의 위치를 분석하기 위한 소실점 매트릭스를 저장하는 저장부; 및 상기 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하고, 상기 초기 조향각과 상기 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 연산부를 포함할 수 있다.
또한, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치는 상기 차량의 좌측 및 우측에 위치하는 상기 차선을 감지하기 위한 전방 카메라 또는 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 소실점은 상기 차량이 진행하는 전방에 위치하며 상기 차량의 좌측 및 우측에 위치한 상기 차선이 교차되는 가상점일 수 있다.
또한, 상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 상기 조향각 민감도는 1이고, 상기 소실점이 상부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 크며, 상기 소실점이 하부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 작을 수 있다.
또한, 상기 좌우좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 0도이고, 상기 소실점이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 상기 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치비례값일 수 있다.
또한, 상기 최대 조향각은 상기 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값일 수 있다.
또한, 상기 인지 범위는 상기 카메라의 장착 위치와 성능에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 차량에 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정하고, 상기 상쇄값을 사용하여 상기 조향 제어값을 결정할 수 있다.
또한, 상기 초기 조향각은 상기 좌우좌표의 비례값을 최대 조향각에 곱한 값이고, 상기 비례값은 -1에서 1사이의 값을 가질 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 차선 인지 과정에서 취득 가능한 소실점 정보를 기반으로 조향각을 직접 산출하여 계산 과정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명은 조향각을 산출하는 과정에서 주행할 도로의 상태(예를 들면, 오르막길, 내리막길 등)와 같은 추가 정보를 획득할 수 있어 차량에 탑재된 여러 주행 보조 장치에 해당 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 조향각 제어를 위한 소실점 매트릭스 및 가중치 함수에 기반하여 튜닝함으로써 제어 파라미터의 수를 줄일 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도1은 차량 조향을 위한 제어 파라미터 산출 방법을 설명한다.
도2는 소실점 매트릭스를 사용한 차량 조향값 산출 방법을 설명한다.
도3은 자율 주행 차량의 조향 제어 방법을 설명한다.
도4는 주행 중 차량이 감지한 차선을 바탕으로 소실점을 추출하는 방법을 설명한다.
도5는 소실점 매트릭스를 설명한다.
도6은 조향각 민감도를 설명한다.
도7은 차량 조향값 산출하는 제1경우를 설명한다.
도8은 차량 조향값 산출하는 제2경우를 설명한다.
도9는 차량 조향값 산출하는 제3경우를 설명한다.
도10은 자율 주행 차량의 조향 제어 장치를 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도1은 차량 조향을 위한 제어 파라미터 산출 방법을 설명한다. 구체적으로, (a)는 주행 중인 차량에서 차선(12)을 인지하는 것을 설명하고, (b)는 인지된 차선을 바탕으로 차량이 주행할 방향(14)을 산출하는 과정을 설명하며, (c)는 현재 차량의 방향(16)과 산출된 차량의 주행방향(14)과의 차이를 산출하는 과정을 설명한다.
도시된 바와 같이, 자율주행 차량의 조향 제어는 다음과 같은 순서로 이루어질 수 있다. 먼저, 차량에 탑재된 카메라 또는 센서 등을 사용하여 차선을 인지한 후, 경로를 생성하고, 제어 파라미터(예를 들면, 이탈각/이탈거리)를 산출하면, 조향 제어값을 얻을 수 있고, 조향 제어값으로 실제 조향을 제어할 수 있다. 예를 들어 조향각은 다음의 수식과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015109774817-pat00002
[수식1]
전술한 수식1에서, δ은 조향각, θe는 이탈각, k는 디자인 파라미터, efa는 이탈거리, Vx는 차속을 의미한다.
이러한 방법은 직선이나 곡률이 크지 않은 도로에서는 문제 없으나, 곡률이 큰 도로나 경사가 있는 도로에서의 조향 제어를 위해 제어 파라미터를 변화시켜가며 실제 목표하는 값을 산출하고자 하는 제어 이득값(control gain)을 수학적 혹은 실험적/경험적 방법을 통해 계산하는 과정인 튜닝(tuning)이 쉽지 않은 단점이 존재할 수 있다.
차량의 조향을 제어하는 방법은 다양하며, 크게 차량 모델을 사용하지 않는 제어와 모델을 사용하는 제어로 나눌 수 있다. 차량을 조향하는 방법의 대표적인 예로, 추적 방법(Pure Pursuit), 스탠리 방법(Stanley Method), 비례-적분-미분 제어 방법(PID Control), 동적 제어 방법(Kinematic Controller), 최적 제어 방법(Optimal Control) 등을 생각해볼 수 있다.
예를 들어, 추적 방법(Pure Pursuit)은 경로 추적을 사용하는 방법 중 하나로서, 차량의 뒤 차축의 위치와 차량이 진행할 경로의 목표점을 잇는 원호의 곡률을 기하학적으로 계산하는 과정을 포함할 수 있다. 목표점의 좌표는 차량이 진행할 경로 상에서 뒤 차축의 위치로부터 차량이 진행하기를 원하는 방향으로 일정 거리만큼 떨어진 곳으로 결정될 수 있다. 이후, 차량의 조향각은 목표점의 좌표와 차량이 진행하는 방향의 벡터와 차량이 진행하기를 원하는 방향의 벡터 사이의 각도차이만으로 결정될 수 있다.
또한, 스탠리 방법은 스탠포드 대학에서 개발중인 무인 자동차에 사용된 경로 추적 접근법으로서, 앞 차축의 중심으로부터 가장 가까운 주행 경로 상의 지점까지로 측정될 수 있는 경로 이탈 오차에 대한 비선형 피드백 함수를 사용한다.
또한, 비례-적분-미분 제어 방법(PID control)은 피드백(feedback)제어기의 형태를 가지고 있으며, 제어하고자 하는 조향각의 출력값(output)을 측정하여 이를 원하고자 하는 참조값(reference value) 혹은 설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 방법을 사용한다.
차량 모델을 사용하는 동적 제어 방법(Kinematic Controller) 및 최적 제어 방법(Optimal Control)은 차량 모델이 가지는 운동역학적 특성을 사용하여 조향값을 계산할 수 있다.
도2는 소실점 매트릭스를 사용한 차량 조향값 산출 방법을 설명한다. 구체적으로, (a)는 주행 중인 차량에서 차선(22)을 바탕으로 소실점(24)을 인지하는 것을 설명하고, (b)는 인지된 소실점(24)이 매트릭스(26)의 어느 영역에 속하는지를 판단하는 과정을 설명한다.
먼저, (a)를 참조하면 주행 중인 차량이 좌측 및 우측에 있는 차선(22)을 감지하고, 두 차선의 연장선이 만나는 지점에 소실점(24)을 인지할 수 있다.
이후, 차량은 소실점(24)의 위치를 판단하는데, 2x2 매트릭스를 사용할 수 있다. 매트릭스는 주행 중인 차량에서 전방에 중심점을 좌/우, 상/하의 기준으로 구분할 수 있다. 이러한 매트릭스는 좌측 상부(U-L), 우측 상부(U-R), 좌측 하부(D-L) 및 우측 하부(D-R)의 네 영역으로 구분될 수 있고, 소실점(24)이 네 영역 중 어디에 속하는 지를 판단할 수 있다. 이때, 매트릭스의 네 영역은 차량이 좌회전 또는 우회전이 필요한지와 오르막길 또는 내리막길을 주행할지를 판단하는 데 사용될 수 있다.
도3은 자율 주행 차량의 조향 제어 방법을 설명한다.
도시된 바와 같이, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법은 차량이 주행 중 차선을 감지하고, 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 단계(32), 소실점이 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하는 단계(34), 및 초기 조향각과 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 단계(36)를 포함할 수 있다.
이때, 차량이 주행 중에 감지하는 차선은 차량의 좌측 및 우측에 위치한 두 개일 수 있다. 두 개의 차선은 차량에 탑재된 전방 카메라 또는 센서에 의해 인지될 수 있으며, 인식되는 차선은 그 종류와 형태에 상관없다. 또한, 소실점은 차량이 진행하는 전방에 위치하며 차량의 좌측 및 우측에 위치한 두 개의 차선이 교차되는 가상점이다.
소실점을 분석하기 위한 매트릭스는 차량 내 제어 장치에 저장되어 있을 수 있다. 추출된 소실점이 매트릭스에 맵핑되면, 상하좌표 및 좌우좌표에 대한 비례값을 구할 수 있다.
만약, 차량이 좌측 또는 우측의 한쪽에만 차선을 탐지하고 다른 한쪽에는 차선을 탐지하지 못한 경우, 두 개의 차선의 연장선 상에 위치한 소실점을 추출할 수 없다. 이 경우, 차량은 정상적인 주행을 하는 차선에서 벗어난 경우(예를 들면, 갓길)이므로, 차량은 정상적인 주행을 위해 차선이 탐지된 방향으로 기 설정된 범위만큼 조향각을 결정할 수 있다.
이하에서는 소실점을 추출하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도4는 주행 중 차량이 감지한 차선을 바탕으로 소실점을 추출하는 방법을 설명한다. 구체적으로, (a) 내지 (d)는 서로 다른 도로 환경에서 차량이 감지하는 차선(22)과 차선에 근거한 소실점(24)의 위치를 설명한다.
예를 들어, (a)는 차량이 경사 없는 직선 도로를 주행하는 경우를 설명한다. 주행 중인 차량이 차선(22)을 감지한 후, 차선의 연장선을 바탕으로 소실점(24)을 추출할 수 있다. 이때, 소실점(24)의 위치는 차량의 진행방향에서 중앙(좌/우 혹은 상/하로의 치우침이 없음)에 위치할 수 있다.
(b)의 경우, 실제 도로는 오르막길이고 우측으로 많이 굽은 경우를 설명한다. 주행 중인 차량이 차선(22)을 감지한 후, 차선의 연장선을 바탕으로 소실점(24)을 추출할 수 있다. 이때, 소실점(24)의 위치는 차량의 진행방향에서 중앙으로부터 우측 상부에 위치할 수 있다.
(c)의 경우, 실제 도로는 오르막길인 경우를 설명한다. 주행 중인 차량이 차선(22)을 감지한 후, 차선의 연장선을 바탕으로 소실점(24)을 추출할 수 있다. 이때, 소실점(24)의 위치는 차량의 진행방향에서 중앙으로부터 상부에 위치할 수 있다.
(d)의 경우, 실제 도로는 내리막길인 경우를 설명한다. 주행 중인 차량이 차선(22)을 감지한 후, 차선의 연장선을 바탕으로 소실점(24)을 추출할 수 있다. 이때, 소실점(24)의 위치는 차량의 진행방향에서 중앙으로부터 하부에 위치할 수 있다.
전술한 (a) 내지 (d)의 경우를 참조하면, 주행 중인 차량이 좌측 및 우측 차선을 감지하고, 감지된 차선을 바탕으로 소실점을 추출하면, 차량이 주행 중인 현재 도로의 상태를 파악할 수 있다.
도5는 소실점 매트릭스를 설명한다.
도시된 바와 같이, 소실점 매트릭스(26)은 2x2 구조를 가지고 있으며, 중앙을 기준으로 상하좌우의 네 영역으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 3개의 소실점(24A, 24B, 24C)은 소실점 매트릭스(26) 내 서로 다른 위치에 놓일 수 있다. 소실점(24A, 24B, 24C)은 소실점 매트릭스(26) 내 상하좌표값(VPx), 좌우 좌표에 대응하는 비례값(VPy)을 통해 위치가 결정될 수 있다. 여기서, 좌우좌표에 대응하는 비례값(Vpy)은 -1에서 +1사이의 범위로 결정될 수 있다.
또한, 상하좌표 값(VPx)은 소실점 매트릭스(26)의 중심을 기준으로 상부에 위치하면 양의 값(positive value)을 가질 수 있고(예, 24B), 중심을 기준으로 하부에 위치하면 음의 값(negative value)을 가질 수 있다(예, 24C). 한편, 설계방법에 따라, 상하좌표 값(VPx)도 좌우좌표와 같은 비례값을 가지도록 설계할 수 있다.
먼저, 좌우좌표를 기준으로, 소실점(24A)이 중앙에 위치하는 경우 초기 조향각은 0도가 될 수 있다. 한편, 좌우좌표를 기준으로, 소실점(24B, 24C)이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우, 초기 조향각은 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치 비례값인 좌우좌표에 대응하는 비례값(Vpy)를 가질 수 있다. 예를 들어, 좌우좌표를 기준으로, 소실점(24B)이 왼쪽에 있는 경우, 좌우좌표에 대응하는 비례값(Vpy)은 0에서 1사이의 양의 값을 가질 수 있고, 소실점(24C)이 오른쪽에 있는 경우, 좌우좌표에 대응하는 비례값(Vpy)은 0에서 -1사이의 양의 값을 가질 수 있다.
한편, 소실점의 좌우좌표를 통해 얻을 수 있는 초기 조향각은 최대 조향각에 좌우좌표에 대응하는 비례값(Vpy)을 곱하여 결정할 수 있다. 이때, 최대 조향각은 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라 또는 센서의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값일 수 있다. 예를 들어, 카메라의 인지 범위가 270도인 경우, 최대 조향각은 270도 결정될 수 있다. 이러한 인지 범위는 카메라 또는 센서의 장착 위치와 성능(예를 들면, 화각)에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상하좌표를 기준으로, 소실점(예를 들면, 24A)이 중앙에 위치하는 경우, 차량은 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정할 수 있다. 이때, 상쇄값은 조향 제어값을 결정하는 데 사용될 수 있다.
이하에서는 초향 제어값을 산출하는 연산 방법을 설명한다.
먼저, 조향 제어값은 좌회전값, 우회전값 및 상쇄값을 포함할 수 있다. 예를 들면, 아래와 같은 수식으로 결정될 수 있다.
Figure 112015109774817-pat00003
[수식2]
전술한 수식에서, δ은 조향 제어값이고, vpx, vpy는 -1~1 사이를 가지는 상하좌표 값 및 좌우좌표의 비례값이고, sgn()은 변수의 부호를 출력하는 함수이고, steer_max는 최대 조향각이고, 조향각 민감도(weight)는 상기 상하좌표의 부호값으로 결정될 수 있고, δoffset은 조향 제어 장치의 상쇄값일 수 있다.
먼저, 소실점 매트릭스(26) 내 중앙에 위치한 소실점(24A)의 경우, 전술한 수식에 vpx, vpy은 모두 0이고, 조향 제어값은 0이어야 한다. 하지만, 실제 차량에 탑재된 하드웨어인 각종 카메라, 센서 또는 조향 제어 장치등으로 인해 조향 제어값이 0이 아닐 수 있다. 이때, 0이 아닌 값(예를 들면, 2)이 출력되면, 이를 조향 제어 장치의 상쇄값(offset)으로 결정할 수 있다.
도6은 조향각 민감도를 설명한다.
도시된 바와 같이, 실제 도로에서 고도의 변화(오르막길 또는 내리막길, 즉 상하의 움직임)가 가져오는 조향각 민감도(42)는 여러 가지 방법에 의해 추정하거나 예측할 수 있다. 하지만, 실제 조향각 민감도(42)를 조향 제어값을 결정하는 데 사용하기 위해서는 연산과정이 복잡할 뿐만 아니라 차량마다의 특성에 따라 달라질 수 있기 때문에, 이를 반영하더라도 실질적인 효과가 높지 않을 수 있다. 따라서, 실제 도로 상에서 주행하는 차량에서 고도의 변화가 조향각에 미치는 영향을 수학적 혹은 실험적/경험적 방법을 통해 계산하는 과정인 튜닝(tuning)을 통해 민감도 표본(44)을 결정할 수 있다.
예를 들어, 상하좌표를 기준으로, 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 조향각 민감도는 1일 수 있다. 또한, 소실점이 상하좌표를 기준으로 상부에 위치하는 경우, 상기 조향각 민감도는 1보다 클 수 있다. 반대로, 소실점이 상하좌표를 기준으로 하부에 위치하는 경우, 조향각 민감도는 1보다 작을 수 있다.
도7은 차량 조향값 산출하는 제1경우를 설명한다.
도시된 바와 같이, 제1경우에서 추출된 소실점(54A)가 소실점 매트릭스의 중앙에 위치할 수 있다. 이때, 전술한 수식2를 적용하면 아래와 같다.
Figure 112015109774817-pat00004
소실점 매트릭스의 중앙에 위치하는 경우이기 때문에, 조향 제어값(δ)은 0이 출력되어야 하고, 만약 0이 아닌 경우에는, 조향 제어 장치의 상쇄값(δoffset)일 수 있다. 조향 제어 장치의 상쇄값(δoffset)이 기 설정되어 있고, 차량이 주행 중에 추출한 소실점(54A)이 소실점 매트릭스의 중앙에 위치한다면, 상하좌표 값 및 좌우좌표의 비례값에 의한 연산부분의 결과가 0이 아니더라도 조향 제어 장치의 상쇄값(δoffset)이 적용되면 0이 될 수 있다.
도8은 차량 조향값 산출하는 제2경우를 설명한다.
도시된 바와 같이, 제2경우(평지, 우회전 주행)에서 추출된 소실점(54B)가 소실점 매트릭스의 상하좌표 기준으로 중앙이지만 좌우좌표 기준으로 우측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 소실점 매트릭스의 우측 영역에 중간 위치라고 가정한다. 이때, 전술한 수식2를 적용하면 아래와 같다.
Figure 112015109774817-pat00005
상하좌표 기준으로는 소실점 매트릭스의 중앙에 위치하는 경우이므로, 조향각 민감도는 1이다. 또한, 좌우좌표 기준으로 우측에 위치하고 있으므로, 조향 제어값(d)의 좌회전값은 모두 0으로 처리할 수 있다. 이때, 좌우좌표 기준으로 우측 중간에 위치하므로, VPy는 0.5가 될 수 있다. 이때, sgn(VPy)는 -1이고, 위 수식에서와 같이 정리될 수 있다. 여기서, 최대 조향각이 270도(우회전 -270도, 좌회전 270도)라고 가정하고, 조향 제어 장치의 상쇄값이 +2(예, 좌측 2도)라고 가정하면, 아래와 같이 초향 제어값(d)은 -133이 될 수 있다.
Figure 112015109774817-pat00006
도9는 차량 조향값 산출하는 제3경우를 설명한다.
도시된 바와 같이, 제3경우(오르막, 좌회전 주행)에서 추출된 소실점(54C)가 소실점 매트릭스의 상하좌표 기준으로 상부에 좌우좌표 기준으로 좌측에 위치할 수 있다. 이때, 전술한 수식2를 적용하면 아래와 같다.
Figure 112015109774817-pat00007
(b)를 참조하면, 상하좌표 기준으로는 소실점 매트릭스의 상부에 위치하는 경우이므로, 조향각 민감도는 1.2로 튜닝할 수 있다. 또한, 좌우좌표 기준으로 좌측에 위치하고 있으므로, 조향 제어값(d)의 우회전값은 모두 0으로 처리할 수 있다. 이때, 좌우좌표 기준으로 우측 중간에 위치하므로, VPy는 0.5가 될 수 있다. 이때, sgn(VPy)는 +1이고, 위 수식에서와 같이 정리될 수 있다. 여기서, 최대 조향각이 270도(우회전 -270도, 좌회전 270도)라고 가정하고, 조향 제어 장치의 상쇄값이 +2(예, 좌측 2도)라고 가정하면, 아래와 같이 초향 제어값(d)은 164가 될 수 있다.
Figure 112015109774817-pat00008
도10은 자율 주행 차량의 조향 제어 장치를 설명한다.
도시된 바와 같이, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치(60)는 차량에 탑재된 다양한 전자기기(70)와 연동할 수 있다. 여기서, 전자기기(70)는 카메라(72)와 센서(74)를 포함할 수 있다. 카메라(72)와 센서(74)는 차량의 주행 중에 좌측 및 우측에 위치하는 두 개의 차선을 감지할 수 있다.
자율 주행 차량의 조향 제어 장치(60)은 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하는 감지부(62), 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 소실점 추출부(64), 도로의 상태와 소실점의 위치를 분석하기 위한 소실점 매트릭스를 저장하는 저장부(66), 및 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하고, 초기 조향각과 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 연산부(68)를 포함할 수 있다. 여기서, 소실점은 차량이 진행하는 전방에 위치하며 차량의 좌측 및 우측에 위치한 상기 차선이 교차되는 가상점일 수 있다.
연산부(68)에 의해 결정되는 조향각 민감도의 기준값은 1일 수 있다. 예를 들어, 상하좌표를 기준으로, 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 조향각 민감도는 1일 수 있다. 또한, 소실점이 상부에 위치하는 경우, 조향각 민감도는 1보다 클 수 있다. 반대로, 소실점이 하부에 위치하는 경우, 조향각 민감도는 1보다 작을 수 있다. 조향각 민감도는 실제 도로 상에서 차량이 상하 움직임을 가질 때(즉, 오르막길 또는 내리막길을 주행하는 경우) 조향각에 미치는 영향을 수학적 혹은 실험적/경험적 방법을 통해 튜닝한 값으로 생각할 수 있다.
또한, 연산부(68)는 좌우좌표를 기준으로, 소실점이 중앙에 위치하는 경우 초기 조향각을 0도라고 결정할 수 있다. 만약 소실점이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우 연산부는 초기 조향각은 상기 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치비례값을 통해 결정할 수 있다. 이때, 최대 조향각은 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값일 수 있으며, 인지 범위는 카메라 또는 센서의 장착 위치와 성능에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 초기 조향각은 좌우좌표의 비례값을 최대 조향각에 곱한 값이고, 비례값은 -1에서 1사이의 값을 가질 수 있다.
한편, 연산부(68)는 저장부(66)에 저장된 소실점 매트릭스를 사용하여 상하좌표를 기준으로, 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 차량에 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정할 수 있다. 또한, 연산부(68)는 조향 제어 장치의 상쇄값을 반영하여 조향 제어값을 결정할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
26: 소실점 매트릭스 60: 조향 제어 장치
72: 카메라 74: 센서
62: 감지부 64: 추출부
66: 저장부 68: 연산부

Claims (16)

  1. 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하고, 상기 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 단계;
    상기 소실점이 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하는 단계; 및
    상기 초기 조향각과 상기 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 단계
    를 포함하는, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상하좌표를 기준으로,
    상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 상기 조향각 민감도는 1이고,
    상기 소실점이 상부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 크며,
    상기 소실점이 하부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 작은, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 좌우좌표를 기준으로,
    상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 0도이고,
    상기 소실점이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 상기 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치비례값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 최대 조향각은 상기 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 차량에 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상쇄값은 상기 조향 제어값을 결정하는 데 사용되는, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초기 조향각은 상기 좌우좌표의 비례값을 최대 조향각에 곱한 값이고, 상기 비례값은 -1에서 1사이의 값을 가지는, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조향 제어값은
    Figure 112015109774817-pat00009

    으로 결정되고,
    상기 δ은 상기 조향 제어값이고,
    상기 vpx, vpy는 -1~1 사이를 가지는 상기 상하좌표 및 상기 좌우좌표의 비례값이고,
    sgn()은 변수의 부호를 출력하는 함수이고,
    steer_max는 최대 조향각이고,
    weight는 상기 조향각 민감도이고,
    δoffset은 조향 제어 장치의 상쇄값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 방법.
  8. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여, 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자율 주행 차량의 조향 제어 방법을 실현하는 것을 특징으로 하는 응용 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  9. 삭제
  10. 차량이 주행 중인 도로의 차선을 감지하는 감지부;
    상기 차선의 연장선 상에 위치하는 소실점을 추출하는 소실점 추출부;
    상기 도로의 상태와 상기 소실점의 위치를 분석하기 위한 소실점 매트릭스를 저장하는 저장부; 및
    상기 소실점이 상기 매트릭스 내 위치하는 상하좌표에 대응하여 조향각 민감도를 결정하고, 좌우좌표에 대응하여 초기 조향각을 결정하고, 상기 초기 조향각과 상기 조향각 민감도에 대응하여 조향 제어값을 결정하는 연산부
    를 포함하는, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상하좌표를 기준으로,
    상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 상기 조향각 민감도는 1이고,
    상기 소실점이 상부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 크며,
    상기 소실점이 하부에 위치하는 경우 상기 조향각 민감도는 1보다 작은, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 좌우좌표를 기준으로,
    상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 0도이고,
    상기 소실점이 좌측 또는 우측에 위치하는 경우 상기 초기 조향각은 상기 중앙으로부터 최대 조향각 사이의 위치비례값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 최대 조향각은 상기 차량에 탑재된 적어도 하나의 카메라의 인지 범위에 대응하여 기 설정된 값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 상하좌표를 기준으로, 상기 소실점이 중앙에 위치하는 경우, 차량에 탑재된 조향 제어 장치의 상쇄값을 결정하고, 상기 상쇄값을 사용하여 상기 조향 제어값을 결정하는, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 초기 조향각은 상기 좌우좌표의 비례값을 최대 조향각에 곱한 값이고, 상기 비례값은 -1에서 1사이의 값을 가지는, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 조향 제어값은
    Figure 112016122541961-pat00020

    으로 결정되고,
    상기 δ은 상기 조향 제어값이고,
    상기 vpx, vpy는 -1~1 사이를 가지는 상기 상하좌표 및 상기 좌우좌표의 비례값이고,
    sgn()은 변수의 부호를 출력하는 함수이고,
    steer_max는 최대 조향각이고,
    weight는 상기 조향각 민감도이고,
    δoffset은 조향 제어 장치의 상쇄값인, 자율 주행 차량의 조향 제어 장치.
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