KR102052313B1 - 차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율 주행을 위한 장치 - Google Patents

차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율 주행을 위한 장치 Download PDF

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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율 주행을 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 여러 대의 거리 센서 (2, 4, 5)와 카메라 센서 (1, 3), 평가 유닛 및 제어 유닛으로 구성되어 있다. 거리 센서는 차량의 바로 앞과 뒤에 있는 물체를 검출한다. 카메라 센서를 차량 주변의 구역에 대한 정보를 검출한다. 평가 유닛은 거리 센서 및 카메라 센서가 검출한 데이터에서 검출 구역을 3차원으로 표시한다. 제어 유닛은 3차원 표시를 고려하며 운전자에게 소정의 참고 자료를 제공하거나 또는 차량 제어에 개입한다.

Description

차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율 주행을 위한 장치 {DEVICE FOR ASSISTING A DRIVER DRIVING A VEHICLE OR FOR INDEPENDENTLY DRIVING A VEHICLE}
본 발명은 차량 주행 시 운전자를 지원하기 위한 장치 및 차량의 자율 주행을 위한 장치에 관한 것이다.
오늘날의 차량은 수동적 안전에서 나온 요구로 인해 점점 더 시야가 좁아진다. 그러므로 차량의 거동이 어려울 수 있거나, 예를 들어 좁은 주차장에서의 주차와 같이 심지어 위험할 수도 있는 거동도 있다.
이러한 경향에 대처하기 위해 운전자가 상황을 더 잘 파악할 수 있도록 하기 위한 센서 장치를 점점 더 많이 사용하게 된다. 초기에는 단순한 초음파 센서를 사용하여, 경우에 따라 있을 수 있는 장애물과의 거리를 음향 신호로 운전자에게 통보하였다.
내비게이션 장치가 도입됨에 따라 차량 내에서 모니터를 흔히 사용할 수 있게 되었다. 이 모니터는 특히 운전자에게 차량의 주변을 전체적으로 보여주고 물체가 차량과 어느 정도 떨어져 있는지 보여주는 데 사용될 수 있다.
이 디스플레이는 후방 카메라의 사진을 보여주는 데도 사용될 수 있다. 이 경우 대부분 차량 위에 구역 전체를 파악할 수 있는 피쉬아이(fish eye) 카메라를 사용한다.
또한 차량의 실제 폭과 궤도(trajectory)에 대한 추가 정보가 카메라 영상에 중첩되어 표시될 수 있다. 또한 초음파 센서가 인식한 주차 공간도 표시할 수 있다. 많은 시스템에서는 인식된 공간 안에 주차하기 위해 주행해야 할 궤도도 운전자에게 표시한다.
적어도 계획상으로는 차량의 주변 전체를 위해 여러 카메라를 가진 시스템이 있다. 이제 영상 데이터를 변환함으로써 차량의 주변 전체를 사진과 동일한 영상으로 운전자에게 보여줄 수 있다.
EP 2181892 Al에서는 차량용 주차지원시스템을 제안하는 바, 이 시스템은 차량의 4개의 주요 방향을 모니터링하는 카메라 4 대와 여러 대의 거리 센서로 구성되어 있다.
이 시스템은 단점은 카메라 데이터가 디스플레이에 표시하는 데 사용되는 반면 물체에 대한 정보는 거리 센서에 의해서만 결정되기 때문에 물체를 항상 신뢰할 수 있을 정도로 인식하지 못한다는 점에 있다고 볼 수 있다. 거리 센서로서 레이더와 초음파 센서를 사용하는 경우에는 물체의 높이를 측정할 수 없거나 측정해도 상당히 부정확하게 측정된다는 문제점이 더 있다.
본 발명의 과제는 현재의 기술 수준에서 알려진 장치의 단점을 극복하는 것이다.
이러한 과제는 차량을 운전할 때 운전자를 지원하는 장치나 차량의 자율 주행을 위한 장치로 해결된다. 이 장치는 여러 대의 거리 센서와 카메라 센서, 평가 유닛 및 제어 유닛으로 구성되어 있다.
거리 센서는 차량의 바로 앞과 뒤에 위치한 물체를 검출할 수 있는 바, 예를 들어 차량의 범퍼 앞 몇 센티미터와 수 미터 사이의 범위 내에 있는 물체를 검출할 수 있다. 차량의 앞뒤 측면에 위치한 물체도 거리 센서에 의해 검출될 수 있다. 거리 센서의 검출 범위는 차량이 직접 주행할 수 있는 모든 방향을 검출할 수 있는 범위여야 할 것이다.
카메라 센서는 차량을 둘러싼 주변 전체를 검출하는 바, 따라서 이 카메라는 검출 구역이 인접 카메라와 부분적으로 중첩될 수 있은 광각 카메라로서 구성되는 것이 좋다.
평가 유닛은 거리 센서 및 카메라 센서가 검출한 데이터에서 검출 구역의 3차원 표시를 식별하는 바, 이때 이 장치는 적어도 차량의 앞과 뒤를 둘러싼 구역을 식별하지만, 차량 둘레의 360° 구역을 식별하는 것이 좋다.
제어 유닛은 3차원 표시를 고려하며 운전자에게 참고 자료(a piece of advice)를 제공하거나 또는 차량 제어에 개입한다.
따라서 본 발명은 특히 주행 작동의 일부를 넘겨 받거나 또는 심지어 완전히 자율적으로 주행하도록 하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 장점은 물체를 신뢰할 수 있고 안전하게 인식하는 데 있다. 차량 바로 주변에 대한 3차원 표시는 카메라 센서 및 거리 센서의 데이터를 고려하므로 상당히 안정적이다. 그러므로 주행 거동이 상당히 정밀하게 계획되거나 또는 실행될 수 있다.
선호하는 모델 형태에서는 평가 유닛이 옵티컬 플로우를 이용하여 적어도 하나의 카메라 센서가 검출한 데이터에서 3차원 표시를 만든다. 또한 일련의 평면적 카메라 영상으로 이루어지는 물체의 움직임에서 카메라 자체의 움직임을 고려하며 이 물체의 3차원 정보가 복원된다.
이 복원에서 획득한 차량 주변에 대한 3차원 정보는 거리 센서가 검출한 데이터와 어떤 고정된 격자(Grid)에서 유용하게 융합된다.
유용한 한 모델 형태에 따르면 평가 유닛은 차량이 움직이고 있는 동안 적어도 하나의 거리 센서가 검출한 데이터로부터 데이터 검출 구역 내의 물체가 움직이지 않는 차량 주변에 대해 움직이는가를 검출한다. 움직이는 물체는 예를 들어 초음파 센서나 레이더 센서에 의해 아주 잘 검출된다.
이 정보도 카메라의 데이터를 3차원 정보로 복원하는 데 유용하게 사용된다. 자체 차량이 움직이고 있으면 움직이는 물체가 그러한 복원을 왜곡한다. 3차원 복원을 할 때 움직이는 물체에 상응하는 카메라 데이터를 고려하지 않는 것이 좋다. 움직이는 물체는 하지만 거리 센서에 의해 직접 인식될 수 있다.
이에 반하여 움직이지 않는 물체는 카메라 데이터에 의해 인식되고, 적어도 하나의 거리 센서에 의해 추가로 확인되는 것이 좋다.
차량이 정지한 경우에는 적어도 하나의 카메라 센서가 검출한 데이터에서 물체를 검출하는 것이 좋다.
선호하는 한 모델 형태에서는 차량의 전방 및 후방 구역을 파악하는 카메라는 그 시선이 차량의 길이 방향에 대해 비켜나게 향하도록 카메라를 차량 내에 차량에 배치하고 있다.
초음파 센서만을 또는 적어도 초음파 센서를 거리 센서로서 장착하는 것이 좋다.
이 센서 대신 또는 이 센서의 대한 보완적인 센서로서 레이더 센서 및/또는 라이다 센서를 거리 센서로서 장착하였다.
선호하는 바로는 차량의 우측 및 좌측에 각각 적어도 하나의 거리 센서를 장착하는 것이다.
본 발명의 선호하는 형태에 따르면 제어 유닛이 차량을 자율적인 주행을 하도록 하는 최대 속도는 제어 유닛이 차량을 위해 결정했던 궤도 방향의 카메라 센서들 및 거리 센서들과의 작동 범위에 의존한다.
아래에서는 도면과 예시 모델과 도면을 사용하여 본 발명을 좀 더 자세히 설명하겠다.
도 1에는 도면에는 차량에 장착된 검출 범위가 다양한 (1-5) 여러 주변 센서의 구성이 도식적으로 도시되어 있다.
상당히 다양한 센서 구성을 생각할 수 있고 이는 주로 센서의 개방각과 사정거리, 그리고 차량의 형태에 따라 다르기 때문에 주행 작동의 자동화를 위해 차량이 주행할 수 있는 구역을 충분히 모니터링해야 한다는 점을 고려해야 한다.
도시된 구성에서는 차량의 내부 또는 외부에 장착된 여러 대의 카메라가 배치되어 있는 바, 이 카메라는 각자의 개별적인 검출 범위(1, 실선으로 그은 한계선)를 통해 차량의 360° 주변을 평균 거리까지, 예컨대 100미터까지 검출한다. 이러한 종류의 카메라 배치는 파노라마식 보기의 디스플레이 시스템용 또는 톱 뷰 시스템용으로도 사용된다. 톱 뷰 시스템은 대개의 경우 차량 및 그 주변에 대해 일종의 조감도를 제공한다.
차량이 움직이면 개별적인 카메라의 영상 데이터에서 옵티컬 플로우의 방법을 통해 촬영한 차량 주변을 3차원으로 복원한다. 카메라 자체의 움직임은 정적인 물체의 의해 야기되는 영상 내의 옵티컬 플로우 전체를 인식하며 측정된다. 이 계산은 자체적 움직임을 측정하기 위해 차량 내부 및 차량 외부의 설치 위치와 같은 차량 동작의 데이터를, 즉 특히 차량의 센서 장치(예: 속도 센서, 조향각 또는 조향휠 센서, 요잉각, 피치각 및 롤각/롤속도 센서)에서 나온 데이터를 사용함으로써 유용하게 단순화될 수 있다. 옵티컬 플로우에서 특징적인 점의 특성을 연속하는 영상에서 추적할 수 있다. 카메라가 차량과 함께 움직이기 때문에 이 점의 특성이 차량 주변에 있는 움직이지 않는 물체와 일치하는 경우 삼각법을 통해 이 점의 특성에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다. 삼각법을 통해 이 점의 특성에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
거리 센서가 물체와 차량에 대한 물체를 상대적 운동을 측정하면 이러한 매핑을 단순하고 신뢰할 수 있게 실행할 수 있다. 끝으로 거리 센서는 차량 자체의 움직임을 고려하여 물체가 정지하고 있는 차량의 주변에 대해 움직이고 있는지 또는 그 물체가 정지하고 있는 물체인지를 파악할 수 있다. 움직이는 물체는 예컨대 초음파 센서나 또는 레이더 센서에 의해 아주 양호하게 인식된다. 카메라 데이터를 3차원으로 복원하기 위해 이 정보를 사용한다. 자체 차량이 움직이고 있으면 대개의 경우 움직이는 물체가 그러한 복원을 왜곡한다. 따라서 움직이는 물체는 거리 센서에 의해 직접 인식될 수 있다.
정적인 물체는 먼저 카메라에 의해 3차원 복원에서 나온 정보를 통해 검출된 다음 적어도 하나의 거리 센서에 의한 측정을 통해 "넘을 수 없는 물체"로서 확인된다.
주행 방향(즉, 차량의 길이 방향)에 부착되어 있는 카메라가 검출한 데이터를 3차원으로 복원할 때 어려움은 영상 정보가 거의 또는 전혀 변하지 않고 따라서 물체에 대한 정보가 없기 때문에 영상의 중앙에, 즉 소위 말하는 "확장의 중앙(centre of expansion)"에 3차원 복원을 위한 정보가 없다는 점이다. 물체가 영상에서 아래로 움직이는 근거리 구역에서만 3차원 정보를 획득할 수 있다.
안전하게 인식하기 위해서는 카메라가 직접 주행 방향을 향하지 않도록, 하지만 다른 센서와 함께 차량의 주변 전체에 대한 정보를 완전히 검출하도록 카메라를 부착해야 한다. 도시한 센서 구성에서는 카메라가 두 대 장착되어 있는 바, 그 검출 구역 (1)은 전방으로 향하고 있으며 차량의 길이 방향/주행 방향에 대해 약 30도의 각도로 좌측 또는 우측으로 어긋나 있다. 차량의 후방 구역은 한편으로는 길이 방향에 부착되어 있는 후방 카메라에 의해 모니터링되지만, 기울어진 상태로 후방으로 향하는, 측정각이 더 큰 또 다른 카메라 두 대가 차량의 후방 공간에 대한 정보를 거의 완전하게 검출한다. 도면에서 기울어진 상태로 후방으로 향하는 카메라의 시선 방향은 차량의 길이 방향/후진 방향에 대해 약 60도의 각도로 좌측 또는 우측으로 어긋나 있다.
이와 같이 어긋난 카메라 배치 대신 주행 방향에 다른 센서를 장착할 수 있다. 이 경우 보다 더 안전하고, 특히 더 먼 거리에서 물체를 인식할 수 있도록 라이더 센서나 스테레오 카메라 시스템을 사용할 수 있다.
차량이 정지해 있는 경우 카메라를 사용하여 움직이는 장애물도 아주 양호하게 인식할 수 있다. 이는 또한 옵티컬 플로우법 또는 영상 내용의 변경을 측정하기 위한 방법(차영상법)을 통해 이루어질 수 있다. 이러한 상황에서 운전자는 출발 시 충돌할 수 있는 보행자, 자전거 운전자 또는 다른 차량 대한 정보를 획득할 수 있을 것이다.
대개의 경우 79GHz의 주파수로 운용되는 원거리 구역 레이더에는 차량에서 멀리 떨어진 전방(예를 들어 수백 미터)을 포함하는 원거리 구역(2, 가는 점선으로 표시한 한계선)이 있다. 이러한 종류의 레이더 센서는 흔히 ACC 시스템의 구성품이다(거리 조절 속도 제어).
스테레오 카메라는 차량을 전방 구역(3, 쇄선으로 표시한 한계선)을 중간 거리까지 모니터링하고 이 구역에 있는 물체에 대한 공간적 정보를 제공한다.
근거리 구역 레이더 센서 두 대는 차량의 측면에서 검출 구역(4, 점선으로 표시한 한계선)을 모니터링하는 바, 이때 대개의 경우 24GHz의 주파수를 사용한다. 이 센서는 많은 경우 사각 모니터링(Blind Spot Detection)에 사용된다.
초음파 센서는 차량의 범퍼 바로 앞에 있는 검출 구역(5, 빗금을 친 면)을 모니터링한다. 이러한 종류의 초음파 센서는 많은 경우 주차를 지원하기 위해 사용된다. 이 검출 구역 (5)에는 차량이 직접 움직일 수 있는 모든 방향에서 정보를 검출한다는 장점이 있다. 이에 반해 이 검출 구역은 길이 방향으로 많이 확장되지 않으므로 느린 속도 범위 내에서만 사용할 수 있다. 근거리 레이더 센서 (4), 스테레오 센서 (3), 라이더 센서(도면에서 표시되지 않음) 및/또는 원거리 구역 레이더 센서 (2)의 검출 구역과 데이터를 고려하여 멀리 떨어져 있는 다른 물체도 파악할 수 있으며 자율적 차량 제어에서 이러한 물체를 고려할 수 있으므로, 이로 인해 안전에 어떤 제한이 없이 빠른 속도로 주행할 수 있다.
이제 차량의 주변에 대한 센서의 신뢰할 수 있는 정보가 있으면, 차량에 또 다른 기능을 채용할 수 있다. 예를 들어 자율적으로 제동과 조향에 간섭할 수 있다. 따라서 자동적인 주차 공간 탐색과 자동적인 주차가 가능하다. 이때 조향과 종방향 조절에서도 지원적 간섭을 할 수 있게 된다.
이러한 형태의 센서 구성과 분석 방법으로 실현된 높은 수준의 신뢰할 수 있는 차량 주변의 공간적 인식으로 인해 또 다른 지원 기능이 실현될 수 있다.
예를 들어 차량은 단독으로 주차 공간을 탐색할 수 있을 것이다. 운전자는 이를 위해 자신의 차량을 주차된 차량과 평행하도록 정렬해야 할 것이다. 그 다음 시스템은 공간을 발견하여 정지할 때까지 자동으로 느린 속도로 주차하려는 차량 앞을 지날 수 있다. 그 다음 운전자는 일반적인 자동 변속기인 경우 후진 기어만 넣어야 할 것이고 주차 공간에 나란히 자신의 차량을 세울 수 있을 것이다.
또한 일종의 주차장 모드에서는 차량이 주차장 안에서 자동으로 주차 공간을 찾는 것이 가능할 것이다.
바닥에 그린 선 표시를 주차 카메라가 인식할 수 있다. 이를 위해 적절한 차선 인식 알고리즘을 채용하거나 조절할 수 있을 것이다. 멀리 전방을 향하고 있는 카메라가 선행, 진입/진출 규정 및 일방통행 표지판을 인식할 수 있는 바, 아래의 도면에는 예컨대 스테레오 카메라가 도시되어 있다. 또한 일반적인 모듈식 운전자 지원 카메라도 사용할 수 있는 바, 이러한 카메라에서는 이 모드에서 교통표지판 인식 외에 추가적인 알고리즘이 작동하여 선행하거나 마주 오는 차량의 차량 라이트를 인식함으로써 자동 상향등 제어와 같은 다른 기능이 작동한다.
물체 인식은 기본적으로 높은 신뢰성을 가지고 있으므로 예를 들어 주차장의 입구에서 운전자는 하차하고 차량이 단독으로 주차 공간을 찾도록 주행하게 할 수도 있다. 차량-대-X-통신(C2X, 차량과 기간 구조 사이의 통신)을 통해 다음의 빈 주차 공간을 차량에 직접 전송할 수도 있을 것이다.
운전자가 되돌아 오면 다시 LTE와 WLAN과 같은 핸드 표준 규격을 채용한 특수한 무선 키를 통해 차량을 활성화하며 주차장에서 단독으로 다시 빠져 나오도록 할 수도 있을 것이다. 주차장 요금을 예컨대 네트워크 제공사의 모바일 정산을 통해 정산할 수 있을 것이다.
또한 C2X 장치가 주차장 내에서 주차장에 대한 로컬 카드 데이터를 전송하여 차량이 쉽게 통과할 수 있도록 할 수도 있을 것이다. 이러한 카드에는 물체의 모든 위치와 주차된 차량의 위치도 저장될 수 있을 것이다. 따라서 물체의 분류도 더 이상 필요하지 않을 것이다.
센서 장치가 충분히 정밀하고 신뢰성이 있는 경우에는 시내에 있는 차량이 (운전자 없이) 자율적으로 주차 공간을 찾는 것도 상상할 수 있다.
이때 차량은 주차하려는 차량을 따라 주행하며 빈 주차 공간을 찾는 것이 좋을 것이다. 어떤 도로 내에서 빈 주차 공간을 찾지 못하며 시스템은 내비게이션 데이터의 지원을 받아 다른 도로에서 주차 공간을 찾을 수 있다. 이를 위한 전제 조건은 신호등과 선행 규정 표지판의 신뢰할 수 있는 인식과 주차금지 표지판의 인식이 추가되는 것이다. 이 모드에서 차량은 교통에 능동적으로 참가할 수 없을 것이다.
이 경우 차량은 도로를 따라 천천히 주행하고 다른 차량이 이 차량을 추월할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치로서,
    거리 센서들 및 카메라 센서들, 평가 유닛 및 제어 유닛을 포함하고, 거리 센서들은 차량의 바로 앞과 뒤에 있는 물체들을 검출하도록 구성되고, 카메라 센서들은 차량 주변의 구역들을 모니터링하며 평가 유닛은 거리 센서들과 카메라 센서들이 검출한 데이터로부터 검출 구역의 3차원 표시(three-dimensional representation)를 결정하고 제어 유닛은 상기 3차원 표시를 고려하여 운전자에게 참고 자료를 제공하거나 차량 제어에 개입하고,
    상기 평가 유닛이 옵티컬 플로우에 의해 적어도 하나의 카메라 센서가 검출한 데이터로부터 3차원 복원(three-dimensional reconstruction)을 실행하도록 구성되고,
    차량이 움직이는 동안에, 상기 평가 유닛은 적어도 하나의 거리 센서가 검출한 데이터로부터 상기 검출 구역 내에 있는 어떤 물체가 정지해 있는 차량 주변에 대해 움직였었던 움직이는 물체인지를 검출하도록 구성되며,
    상기 움직이는 물체에 대응하는 적어도 하나의 카메라 센서의 데이터는 상기 평가 유닛에 의해 3차원으로 복원할 때 무시되는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    차량이 정지하고 있는 경우 상기 움직이는 물체는 적어도 하나의 카메라 센서가 검출한 데이터에서 검출되는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    카메라는 차량의 앞 또는 뒤 구역을 파악하고 그 주시 방향이 차량의 길이 방향에 대해 어긋나도록 배치되어 있는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    초음파 센서가 거리 센서들로서 장착되어 있는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    레이더 센서 및/또는 라이더 센서가 거리 센서들로서 장착되어 있는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    차량의 측면 구역을 위해 각 측면에 적어도 하나의 거리 센서가 장착되어 있는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
  10. 제 1 항 및 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 유닛이 차량을 자율적인 주행을 하도록 하는 최대 속도는 제어 유닛이 차량을 위해 결정했던 궤도 방향의 카메라 센서들 및 거리 센서들과의 작동 범위에 의존하는,
    차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율적 주행을 위한 장치.
KR1020147012713A 2011-10-14 2012-10-01 차량 주행 시 운전자를 지원하거나 차량의 자율 주행을 위한 장치 KR102052313B1 (ko)

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