KR102075427B1 - 차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행 방법 - Google Patents

차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행 방법 Download PDF

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Abstract

차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행 방법이 개시된다. 무선 유도 시스템은 기준위치 무선신호 발생장치, 자율 주행 장치 및 노면 관제 장치를 포함한다. 기준위치 무선신호 발생장치는 차선에 설치되며, 위치좌표 및 전파 발송 시간에 대한 정보를 포함하는 기준위치 무선신호를 송신한다. 자율 주행 장치는 수신되는 기준위치 무선신호를 이용하여 위치를 파악하여 자율 주행을 수행하며, 노면 관제 장치는 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 상기 자율 주행 장치로 송신한다.

Description

차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행 방법{WIRELESS INDUCEMEMT SYSTEM FOR DRIVING VEHICLE, AUTO DRIVING APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행방법에 관한 것이다.
최근에 운전자의 조작 없이 목적지를 자동으로 주행하는 무인운전 기능을 갖는 차량에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 기존의 방식에 따르면, 자율 주행 차량은 차량에 탑재된 위성 항법 장치, 관성 항법 장치, 레이더, 초음파 측정기, 레이저 스캐너, 카메라 등 각종 센서를 통해 얻어진 자료를 내부 컴퓨터로 분석하고, 분석된 정보를 바탕으로 도로의 형태와 장애물을 파악하여 주행정보를 생성한다.
하나의 예로, 자율 주행 차량은 운전자의 육안 대신에 카메라로 차선을 판단하며, 근접 장해물의 거리는 레이더를 이용하여 획득한다. 이와 같은 방식은 주행 경로 상에 위치한 장해물에 대한 판단을 센서 인지능력에 바탕을 둔 구조이므로, 센서 인지 범위가 넓어야 하며 해상도 및 정확도에 대한 신뢰성이 높아야 한다. 또한 차량의 고속 주행 상황을 반영하기 위해서, 센서로부터 취득한 정보에 대해서 고속 처리해야 하는 문제점이 있다.
한편, 관성 항법 장치의 경우는 오차가 계속 누적되는 단점이 있으며, 위성 항법 장치는 경우는 공간과 시간에 제약이 따른다.
무인 운전 기능을 위해서는 주행 방향에 대한 원거리 상황을 알아야 하며, 근접 장애물 상황은 즉시 알아야 한다. 그러나 상기와 같은 종래의 자율 주행 차량은 차체적으로 상기 상황을 판단하여 자율 주행을 해결하고 있을 뿐 도로 설비의 능동적인 개입이 없다.
본 발명이 해결하고 하는 과제는 안정성과 정확성이 높은 차량 주행을 위한 무선 유도 시스템, 자율 주행 장치 및 그 주행방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 무선 유도 시스템이 제공된다. 상기 무선 유도 시스템은 차선에 설치되며, 위치좌표 및 전파 발송 시간에 대한 정보를 포함하는 기준위치 무선신호를 송신하는 복수의 기준위치 무선신호 발생장치, 상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치로부터 각각 상기 기준위치 무선신호를 수신하며, 수신된 상기 기준위치 무선신호를 이용하여 위치를 파악하여 자율 주행을 수행하는 자율 주행 장치, 그리고 상기 복수의 기준위치 무선신호 발생 장치를 관리하며, 상기 자율 주행 장치가 탑재된 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 상기 자율 주행 장치로 송신하는 노면 관제 장치를 포함할 수 있다.
상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치는, 제1 차선에 설치된 제1 기준위치 무선신호 발생 장치, 상기 제1 차선과 인접하며 평행한 제2 차선에 설치된 제2 기준위치 무선신호 발생장치, 그리고 상기 제1 차선 및 상기 제2 차선과 인접한 제3 차선에 설치된 제3 기준위치 무선신호 발생장치를 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는 상기 제1 기준위치 무선신호 발생장치로부터 수신되는 기준위치 무선신호 및 상기 제2 기준위치 무선신호 발생장치로부터 수신되는 기준위치 무선신호를 이용하여, 차선의 중심으로부터 차량의 거리를 계산할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는 상기 상황 정보를 이용하여 자율 주행을 수행할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는, 내부에 미리 설정되어 있는 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드와 상기 기준위치 무선신호를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 상기 복수의 무선신호 발생장치의 고유번호 및 수신신호 도달 시간을 도출하는 데이터 복조 및 PRN코드 처리부, 그리고 상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 이용하여, 상기 위치를 계산하는 자율 주행 제어장치를 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는 차량에 대한 속도, 위치 및 진행 방향 정보를 상기 노면 관제 장치로 전송할 수 있다.
상기 노면 관제 장치는 상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치에 대한 동기, 슬립 모드 및 웨이크업 모드를 관리할 수 있다.
상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치는 각각 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드를 이용하여 상기 기준위치 무선신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 차량에 탑재되며 운전자의 조작 없이 자동적으로 운행하는 자율 주행 장치가 제공된다. 상기 자율 주행 장치는, 적어도 3개의 기준위치 무선신호 발생장치로부터 각각 기준위치 무선신호를 수신하며, 상기 기준위치 무선신호 발생장치로부터 상기 기준위치 무선신호 발생장치의 고유번호와 수신신호 도달 시간을 도출하는 측위정보 수신장치, 그리고 상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하며, 상기 계산된 차량의 위치를 바탕으로 자율 주행을 수행하는 자율주행 제어장치를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 3개의 기준위치 무선신호 발생장치는 각각 차선에 설치되며 서로 인접하며 평행한 차선에 각각 설치되는 제1 및 제2 기준위치 무선신호 발생장치를 포함할 수 있다.
상기 자율주행 제어장치는 상기 제1 기준위치 무선신호 발생장치로부터 수신되는 기준위치 무선신호와 상기 제2 기준위치 무선신호 발생장치로부터 수신되는 기준위치 무선신호를 이용하여 차선의 중심으로부터 상기 차량의 거리를 계산할 수 있다.
상기 측위정보 수신장치는, 상기 기준위치 무선신호를 수신하여 저주파 신호로 변환하는 고주파 변환부, 그리고 내부에 미리 설정되어 있는 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드와 상기 기준위치 무선신호를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 도출하는 데이터 복조 및 PRN코드 처리부를 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는 상기 계산된 차량의 위치, 상기 차량에 대한 속도 및 방향 정보를 노면 관제 장치로 전송할 수 있다.
상기 자율 주행 장치는 상기 노면 관제 장치로부터 상기 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 수신하며 상기 상황 정보를 이용하여 자율 주행을 수행할 수 있다.
상기 차량의 복수의 지점에 각각 설치되는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 차량에 탑재되어 자동적으로 운행하는 자율 주행 장치의 주행 방법이 제공된다. 상기 자율 주행 장치의 주행 방법은, 제1 차선에 설치되는 제1 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제1 기준위치 무선신호를 수신하는 단계, 상기 제1 차선과 평행하며 인접한 제2 차선에 설치되는 제2 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제2 기준위치 무선신호를 수신하는 단계, 상기 제1 및 제2 차선과 인접한 제3 차선에 설치되는 제3 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제3 기준위치 무선신호를 수신하는 단계, 상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호를 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하는 단계, 그리고 상기 계산된 차량의 위치를 바탕으로 상기 차량의 자율 주행을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치의 주행 방법은, 상기 제1 기준위치 무선신호 및 상기 제2 기준위치 무선신호를 이용하여, 상기 제1 차선과 상기 제2 차선 사이에 위치하는 중앙 지점으로부터 상기 차량까지의 거리를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치의 주행 방법은, 상기 거리를 이용하여 상기 중앙 지점으로 상기 차량의 방향을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호는 각각 상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호 발생장치의 위치 좌표 및 전파 발송 시간을 포함할 수 있다.
상기 자율 주행 장치의 주행 방법은, 상기 계산된 차량의 위치를 노면 관제 장치로 전송하는 단계, 상기 노면 관제 장치로부터 상기 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 수신하는 단계, 그리고 상기 상황 정보를 이용하여, 상기 자율 주행을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차선에 설치된 무선 장치로부터 수신되는 신호를 사용하여 자율 주행을 수행함으로써 안정성과 정확성이 높은 자율 주행을 수행할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 노면 관제 장치를 통해 인접한 지역의 상황 정보를 파악할 수 있으므로, 차량은 주위 차량의 움직임을 직접 관찰하지 않고도 빠른 시간 내에 주위 차량을 상태를 알 수 있다. 그리고 시야가 확보되지 않는 곡선 구간에서도 노면 관제 장치로부터 차량의 진행 방향 상황을 파악할 수 있으므로, 안전 운행이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 유도 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 유도 시스템에서 차량의 위치를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 자율 주행 장치의 복수의 안테나(210A~210D)가 차량에 설치되는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노면 관제 장치(300)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)의 전체 동작을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량 주행을 위한 무선 유도 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선 유도 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 유도 시스템은 기준위치 무선신호 발생장치(100), 자율 주행 장치(200) 및 노면 관제 장치(300)를 포함한다.
기준위치 무선신호 발생장치(Implanted Road Positioning Signaler, IPRS)(100)는 도로 차선 위에 설치되며, GPS 위성과 같은 역할을 수행한다. 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 근접지역에 주행하는 차량에 기준위치 무선신호를 송출하며, 차량에 설치된 자율 주행 장치(200)는 무선신호 발생장치(100)로부터 수신한 기준위치 무선신호를 이용하여 차량의 위치를 파악한다. 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 도로 밖에 설치된 노면 관제 장치(300)에 의해 관리된다. 즉, 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 노면 관제 장치(300)에 의해 동기가 조정되며 슬립 모드(sleep mode) 및 웨이크업 모드(wakeup mode)가 조정된다.
서로간에 근거리에 위치하는 복수의 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 그룹을 이룰 수 있으며, 그룹에 속한 모든 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 시각 동기(time synchronization)이 되어 작동 될 수 있으며, 같은 주파수대역의 전파신호를 보낼 수 있다. 그리고 동일 그룹에 속한 복수의 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 각각 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN, Pseudo Random Noise) 코드를 이용하여 데이터 변조하며, 이 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드에 의해 각 기준위치 무선신호 발생장치는 구별된다. 의사 랜덤 노이즈(PRN)코드에 의해 변조되는 데이터는 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)가 위치하는 위치 좌표(이하, 'IPRS 위치좌표'라 함), 그리고 기준위치 무선신호를 전송한 시간(이하, '전파발송 시간'이라 함)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)는 안테나(110), 고주파 변환부(120), 변조부(130), PRN 코드 처리부(140), 복조부(150), 시각 설정부(160), 제어부(170) 및 메모리부(180)를 포함한다.
안테나(110)는 무선 신호를 수신하거나 전송하며, 고주파 변환부(120)는 수신되는 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하거나 송신할 저주파 신호를 고주파 신호로 변환한다.
변조부(130)는 송신할 데이터를 변조한다.
PRN 코드 처리부(140)는 각 무선신호 발생장치(IPRS, 100)를 구별하기 위해, 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드를 발생시킨다. 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN코드)를 발생시키고 처리하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
복조부(150)는 수신된 데이터를 복조하며, 복조하는 방식은 변조 방식에 따라 다르게 설정될 수 있다.
시각 설정부(160)는 노면 관제 장치(300)에서 수신되는 동기 신호를 이용하여, 시각 정보를 생성한다.
제어부(170)는 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)의 전체적인 동작을 제어하며, 메모리부(180)는 각 무선신호 발생장치(IPRS, 100)에 대한 정보(예를 들면, IPRS 위치좌표)를 저장하고 있다.
자율 주행 장치(200)는 차량에 탑재되어 있으며 복수의 기준위치 무선신호 발생장치(IPRS, 100)로부터 수신한 기준위치 무선신호를 이용하여 차량의 위치를 파악하며, 파악된 위치를 기반으로 차량의 자율 운행을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선 유도 시스템에서 차량의 위치를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3에서, 자율 주행 장치(200)가 측정하려는 자신의 위치를
Figure 112013086630539-pat00001
로 나타내었다. 자율 주행 장치(200)는 적어도 3개의 차선에 각각 설치된 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)로부터 기준위치 무선신호를 수신한 것으로 가정한다. 그리고 기준위치 무선신호 발생장치(100A)와 기준위치 무선신호 발생장치(100B)는 서로 인접하며 서로 평행한 차선에 각각 위치한다.
자율 주행 장치(200)는 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)로부터 각각 수신한 기준위치 무선신호를 이용하여 도 3에서 나타낸 3개의 원을 그릴 수 있으며, 3개의 원이 교차하는 지점을 자신의 위치(
Figure 112013086630539-pat00002
)로 결정할 수 있다. 다시 말하면, 자율 주행 장치(200)는 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)로부터 각각 수신한 기준위치 무선신호에서 수신 신호의 도달 시간 및 IPRS 위치 좌표를 도출하며, 이를 이용하여 자신의 위치(
Figure 112013086630539-pat00003
)를 계산한다.
도 3에서 점선으로 된 원의 반경 표시(Ra, Rb, Rc)는 동기화된 기준위치 무선신호의 도달 시간을 의미하며, 이는 수신한 기준위치 무선신호의 전파발송 시간을 통해 계산된다. 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)는 각각 도로 위에 고정된 위치를 가지며, 고유번호와 IPRS 위치 좌표를 가진다. 자율 주행 장치(200)가 자신의 위치(
Figure 112013086630539-pat00004
)를 계산하는 방법을 수학식으로 나타내면 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112013086630539-pat00005
수학식 1에서,
Figure 112013086630539-pat00006
는 각각 도로 위에 설치된 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)의 IPRS 위치좌표이며, 이는 자율 주행 장치(200)가 수신한 기준위치 무선신호에 포함되어 있다.
Figure 112013086630539-pat00007
는 자율 주행 장치(200)가 수신한 기준위치 무선신호의 전파도달시간이며,
Figure 112013086630539-pat00008
는 자율 주행 장치(200)에 포함되어 있는 시계의 오차를 나타낸다. 그리고 C는 전파의 속도 즉, 빛의 속도를 나타낸다. 각 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B, 100C)의 위치 좌표는 알려진 값이므로, 자율 주행 장치(200)는 오차인
Figure 112013086630539-pat00009
와 관계없이 상기 수학식 2를 이용하여 자신의 위치(
Figure 112013086630539-pat00010
)를 구할 수 있다.
한편, 평행한 차선에 위치하며 서로 인접한 기준위치 무선신호 발생장치(100A)와 기준위치 무선신호 발생장치(100B)는 차선 폭의 거리를 유지하므로, 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B)는 한 쌍이라는 의미를 가질 수 있으며, 이를 이용하여 활용도를 높일 수 있다. 자율 주행 장치(200)는 기준위치 무선신호 발생장치(100A)로부터 수신한 기준위치 무선신호와 기준위치 무선신호 발생장치(100B)로부터 수신한 기준위치 무선신호를 이용하여, 도 3에 나타낸 방향선 E를 계산 할 수 있으며, 계산한 방향선 E를 통해 차선 중심까지의 거리를 인식할 수 있다. 즉, 차량이 기준위치 무선신호 발생장치(100A)와 기준위치 무선신호 발생장치(100B) 사이를 지나가는 경우, 차량에 탑재된 자율 주행 장치(200)는 두 개의 기준위치 무선신호 발생장치(100A, 100B)로부터 각각 수신한 기준위치 무선신호에서 수신 신호의 도달시간을 계산하며, 계산한 두 도달 시간의 차이를 통하여 차선 중심까지의 거리를 계산할 수 있다. 자율 주행 장치(200)는 계산한 차선 중심까지의 거리를 통하여 차선 중심에서 자신의 위치가 얼마큼 치우쳐 있는지를 알 수 있으며, 이를 이용하여 차선 중심 방향으로 자동적으로 방향을 설정할 수 있다.
이와 같은 방법으로 차량의 위치를 측정하는 자율 주행 장치(200)의 구체적인 구성에 대해서 도 4를 참조하여 알아본다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)는 복수의 안테나(210A~210D), 측위정보 수신장치(220) 및 자율주행 제어장치(230)를 포함한다.
복수의 안테나(210A~210D)는 차량의 전방과 후방에 설치될 수 있다. 도 5는 자율 주행 장치의 복수의 안테나(210A~210D)가 차량에 설치되는 것을 나타내는 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 안테나(210A)는 차량의 전방 우측에 설치되며, 안테나(210B)는 차량의 전방 좌측에 설치된다. 그리고 안테나(210C)는 차량의 후방 우측에 설치되며, 안테나(210D)는 차량의 후방 좌측에 설치된다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)는 차량의 전후 및 좌우 공간에 대한 다양성을 취득하기 위해, 복수의 안테나(210A~210D)를 차량의 여러 위치에 배치할 수 있다. 이와 같이 복수의 안테나(210A~210D)를 통해 여러 위치의 공간정보를 획득함으로써, 차량의 위치와 방향을 더욱 정확하게 파악할 수 있다.
측위정보 수신장치(220)는 고주파 변환부(222) 및 데이터 복조 및 PRN코드 처리부(224)를 포함한다.
고주파 변환부(222)는 데이터 복조 및 PRN코드 처리부(224)와 연결되며 수신되는 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하거나 송신할 저주파 신호를 고주파 신호로 변환한다.
데이터 복조 및 PRN코드 처리부(224)는 내부에 미리 설정되어 있는 PRN 코드와 기준위치 무선신호 발생장치(100, IPRS)로부터 수신한 기준위치 무선신호를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 무선신호 발생장치(100, IPRS)의 고유번호와 수신신호 도달 시간 값을 도출한다. 그리고 데이터 복조 및 PRN코드 처리부(224)은 계산한 고유번호와 수신신호 도달 시간을 자율 주행 제어장치(230)로 전송한다.
자율주행 제어장치(230)는 수신한 고유번호 및 수신신호 도달 시간을 이용하여, 자신의 위치를 계산한다. 자율주행 제어장치(230)는 수신한 고유번호를 통해 수신되는 기준위치 무선신호가 어느 기준위치 무선신호 발생장치(100)로부터 수신된 것임을 파악할 수 있으며, 이를 통해 기준위치 무선신호 발생장치(100)의 IPRS 위치 좌표를 알 수 있다. 그리고 자율주행 제어장치(230)는 위치 좌표와 수신신호 도달 시간을 이용하여 수학식 1에서 설명한 바와 같이 자신의 위치를 계산할 수 있다.
자율주행 제어장치(230)는 자신의 위치 정보, 주행 속도 및 방향 정보(방향선 E)를 무선통신으로 노면 관제 장치(300, SRSE)로 제공하며, 자율주행 제어장치(230)는 노면 관제 장치(300, SRSE)로부터 근접 지역의 상황 정보를 수신하여 자율 주행에 사용한다.
한편, 자율주행 제어장치(230)는 자신의 위치를 직접 계산하지 않고 고유번호 및 수신신호 도달 시간을 노면 관제 장치(300)에 보낼 수 있다. 이때 노면 관제 장치(300)가 고유번호 및 수신신호 도달 시간을 이용하여 차량의 위치를 계산한 후 다시 자율주행 제어장치(230)로 전송한다. 자율주행 제어장치(230)은 수신한 자신의 위치를 자율주행에 사용할 수 있다.
이와 같은 자율주행 제어장치(230)는 SNVC(Smart Networked Vehicle Controller)를 통해 구현될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이 복수의 노면 관제 장치(300)(Smart Roadside Equipment, SRSE)는 각각 도로변 또는 중앙분리대에 설치된다.
노면 관제 장치(300, SRSE)는 기준위치 무선신호 발생장치(100)가 속해 있는 각 그룹에 대한 시각 동기화(time synchronization)를 지원하며, 기준위치 무선신호 발생장치(100)를 관리 및 감시하는 역할을 수행한다.
그리고 노면 관제 장치(300, SRSE)는 차량에 탑재된 자율 주행 장치(200)와 통신을 통해 정보를 수집한다. 즉, 노면 관제 장치(300)는 근접 지역에 주행하는 차량에 대한 속도, 위치좌표, 진행 방향 정보 등을 무선통신을 통해 수집한다. 노면 관제 장치(300)는 이와 같이 수집한 데이터를 근접 지역의 차량(즉, 자율 주행 장치(200))에게 전송하는 상황 정보 서비스를 제공한다.
노면 관제 장치(300, SRSE)는 다른 노면 관제 장치(300)와도 통신을 통해 서로 정보를 공유하며, 중앙관제 서버(도 1에 도시 하지 않음)와도 통신을 통해 각 종 정보를 교환할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 노면 관제 장치(300)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 노면 관제 장치(300)는 프로세서(320), 메모리(340) 및 무선주파수(Radio Frequency, RF) 모듈(360)을 포함한다.
프로세서(320)는 상기에서 설명한 노면 관제 장치(300)의 각 기능들이 구현되도록 구성된다. 메모리(340)는 프로세서(320)와 연결되고 프로세서(320)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 모듈(360)은 프로세서(320)와 연결되고 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 노면 관제 장치(300)는 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)가 자신의 위치를 파악하여 자율 주행을 하는 방법에 대해서 알아본다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자율 주행 장치(200)의 전체 동작을 나타내는 도면이다.
먼저, 자율 주행 장치(200)는 근접하는 기준위치 무선신호 발생장치(100)로부터 기준위치 무선신호를 수신한다(S710). 이때 자율 주행 장치(200)는 적어도 3개의 기준위치 무선신호 발생장치(100)로부터 각각 기준위치 무선신호를 수신한다. 3개의 기준위치 무선신호 발생장치(100) 중 적어도 2개는 서로 인접하며 평행한 차선에 위치할 수 있다.
자율 주행 장치(200)는 수신한 기준위치 무선신호를 이용하여, 각 기준위치무선신호 발생장치(100)의 IPRS 위치좌표 및 수신신호 도달 시간을 계산한다(S720). 좀 더 자세히 설명하면, 자율 주행 장치(200)는 수신한 기준위치 무선신호 와 미리 설정되어 있는 PRN코드를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 각 기준위치 무선신호 발생장치(100)의 고유 번호 및 수신신호 도달 시간을 도출한다. 그리고 자율 주행 장치(200)는 도출한 고유 번호를 통해 각 기준위치 무선신호 발생장치(100)의 IPRS 위치좌표를 구한다.
자율 주행 장치(200)는 도출한 고유 번호 및 수신신호 도달 시간을 이용하여 수학식 1에서 설명한 바와 같이 자신의 위치를 계산할 수 있다. 자율 주행 장치(200)는 상기와 같이 계산한 자신의 위치 정보를 포함하는 상황 정보를 노면 관제 장치(300)로 전송한다. 여기서 상황 정보는 자율 주행 장치(200)의 주행 속도 및 방향 정보를 더 포함할 수 있다. 노면 관제 장치(300)는 이와 같이 수신한 상황 정보를 인접한 자율 주행 장치(200)로 전송하다.
한편, 자율 주행 장치(200)는 인접한 노면 관제 장치(300)로부터 근접 지역 상황 정보를 수신한다(S730). 여기서 근접 지역 상황 정보는 상기에서 설명한 바와 같이 노면 관제 장치(300)가 주위 자율 주행 장치(200)로부터 수집한 상황 정보를 의미한다.
마지막으로, 자율 주행 장치(200)는 S720 단계에서 계산한 위치 및 S730 단계에서 수신한 근접 지역 상황 정보를 이용하여, 자율 주행에 사용한다(S740).
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 차선에 설치된 기준위치 무선신호 발생장로부터 차량의 위치 정보를 파악할 수 있으므로, 차량이 가상 차선을 동적으로 설정하여 목적지로 자율 주행이 가능하다. 특히, 차로 상에 그어져 있는 차선을 따라 주행하는 고속도로에 본 발명의 실시예가 적용되는 경우, 운전자는 톨레이트 진입 때부터 자율 주행 장치를 가동하여 정확하고 신뢰 있게 자율 주행할 수 있다. 한편, 노면 관제 장치를 통해 인접한 지역의 상황 정보를 파악할 수 있으므로, 차량은 주위 차량의 움직임을 직접 관찰하지 않고도 빠른 시간 내에 주위 차량을 상태를 알 수 있다. 그리고 시야가 확보되지 않는 곡선 구간에서도 노면 관제 장치로부터 차량의 진행 방향 상황을 파악할 수 있으므로, 안전 운행이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 차선에 설치되며, 위치좌표 및 전파 발송 시간에 대한 정보를 포함하는 기준위치 무선신호를 송신하는 복수의 기준위치 무선신호 발생장치,
    상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치로부터 각각 상기 기준위치 무선신호를 수신하며, 수신된 상기 기준위치 무선신호를 이용하여 위치를 파악하여 자율 주행을 수행하는 자율 주행 장치, 그리고
    상기 복수의 기준위치 무선신호 발생 장치를 관리하며, 상기 자율 주행 장치가 탑재된 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 상기 자율 주행 장치로 송신하는 노면 관제 장치를 포함하며,
    상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치는 제1 차선에 설치된 제1 기준위치 무선신호 발생 장치, 상기 제1 차선과 인접하며 평행한 제2 차선에 설치된 제2 기준위치 무선신호 발생장치, 그리고 상기 제1 차선 및 상기 제2 차선과 인접한 제3 차선에 설치된 제3 기준위치 무선신호 발생장치를 포함하며,
    상기 자율 주행 장치는 상기 제1 기준위치 무선신호 발생 장치로부터 수신되는 제1 기준위치 무선신호, 상기 제2 기준위치 무선신호 발생 장치로부터 수신되는 제2 기준위치 무선신호, 그리고 상기 제3 기준위치 무선신호 발생 장치로부터 수신되는 제3 기준위치 무선신호에 대해서 아래의 수학식을 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하며,
    Figure 112019094067695-pat00018

    상기 수학식에서
    Figure 112019094067695-pat00019
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호발생 장치의 위치 좌표이고,
    Figure 112019094067695-pat00020
    는 상기 차량의 위치이고,
    Figure 112019094067695-pat00021
    ,
    Figure 112019094067695-pat00022
    ,
    Figure 112019094067695-pat00023
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호의 전파도달시간이며, C는 전파의 속도이며,
    Figure 112019094067695-pat00024
    는 상기 자율 주행 장치에 포함되어 있는 시계의 오차인
    무선 유도 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는 상기 제1 기준위치 무선신호 및 상기 제2 기준위치 무선신호를 이용하여, 차선의 중심으로부터 차량의 거리를 계산하는 무선 유도 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는 상기 상황 정보를 이용하여 자율 주행을 수행하는 무선 유도 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는,
    내부에 미리 설정되어 있는 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드와 상기 기준위치 무선신호를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 상기 복수의 무선신호 발생장치의 고유번호 및 수신신호 도달 시간을 도출하는 데이터 복조 및 PRN코드 처리부, 그리고
    상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 이용하여, 상기 위치를 계산하는 자율 주행 제어장치를 포함하는 무선 유도 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는 차량에 대한 속도, 위치 및 진행 방향 정보를 상기 노면 관제 장치로 전송하는 무선 유도 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노면 관제 장치는 상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치에 대한 동기, 슬립 모드 및 웨이크업 모드를 관리하는 무선 유도 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기준위치 무선신호 발생장치는 각각 고유의 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드를 이용하여 상기 기준위치 무선신호를 발생시키는 무선 유도 시스템.
  9. 차량에 탑재되며 운전자의 조작 없이 자동적으로 운행하는 자율 주행 장치로서,
    제1 내지 제3 기준위치 무선신호 발생장치로부터 각각 제1 내지 제3 기준위치 무선신호를 수신하며, 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호 발생장치로부터 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호 발생장치의 고유번호와 수신신호 도달 시간을 각각 도출하는 측위정보 수신장치, 그리고
    상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하며, 상기 계산된 차량의 위치를 바탕으로 자율 주행을 수행하는 자율주행 제어장치를 포함하며,
    상기 제1 기준위치 무선신호 발생장치는 제1 차선에 설치되고 상기 제2 기준위치 무선신호 발생장치는 상기 제1 차선과 인접하며 평행한 제2 차선에 설치되고 상기 제3 기준위치 무선신호 발생장치는 상기 제1 차선 및 상기 제2 차선과 인접한 제3 차선에 설치되며,
    상기 자율주행 제어장치는 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호에 대해서 아래의 수학식을 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하며,
    Figure 112019094067695-pat00025

    상기 수학식에서
    Figure 112019094067695-pat00026
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호발생 장치의 위치 좌표이고,
    Figure 112019094067695-pat00027
    는 상기 차량의 위치이고,
    Figure 112019094067695-pat00028
    ,
    Figure 112019094067695-pat00029
    ,
    Figure 112019094067695-pat00030
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호의 전파도달시간이며, C는 전파의 속도이며,
    Figure 112019094067695-pat00031
    는 상기 자율 주행 장치에 포함되어 있는 시계의 오차인
    자율 주행 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자율주행 제어장치는 상기 1 및 제2 기준위치 무선신호를 이용하여 차선의 중심으로부터 상기 차량의 거리를 계산하는 자율 주행 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 측위정보 수신장치는,
    상기 기준위치 무선신호를 수신하여 저주파 신호로 변환하는 고주파 변환부, 그리고
    내부에 미리 설정되어 있는 의사 랜덤 노이즈(PRN) 코드와 상기 기준위치 무선신호를 비교하며, 코드 상관관계를 이용하여 상기 고유번호 및 상기 수신신호 도달 시간을 도출하는 데이터 복조 및 PRN코드 처리부를 포함하는 자율 주행 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는 상기 계산된 차량의 위치, 상기 차량에 대한 속도 및 방향 정보를 노면 관제 장치로 전송하는 자율 주행 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 자율 주행 장치는 상기 노면 관제 장치로부터 상기 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 수신하며 상기 상황 정보를 이용하여 자율 주행을 수행하는 자율 주행 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 차량의 복수의 지점에 각각 설치되는 복수의 안테나를 포함하는 자율주행 장치.
  15. 차량에 탑재되어 자동적으로 운행하는 자율 주행 장치의 주행 방법에 있어서,
    제1 차선에 설치되는 제1 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제1 기준위치 무선신호를 수신하는 단계,
    상기 제1 차선과 평행하며 인접한 제2 차선에 설치되는 제2 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제2 기준위치 무선신호를 수신하는 단계,
    상기 제1 및 제2 차선과 인접한 제3 차선에 설치되는 제3 기준위치 무선신호 발생장치로부터 제3 기준위치 무선신호를 수신하는 단계,
    상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호를 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하는 단계, 그리고
    상기 계산된 차량의 위치를 바탕으로 상기 차량의 자율 주행을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 차량의 위치는 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호에 대해서 아래의 수학식을 이용하여 계산하며,
    Figure 112019094067695-pat00032

    상기 수학식에서
    Figure 112019094067695-pat00033
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호발생 장치의 위치 좌표이고,
    Figure 112019094067695-pat00034
    는 상기 차량의 위치이고,
    Figure 112019094067695-pat00035
    ,
    Figure 112019094067695-pat00036
    ,
    Figure 112019094067695-pat00037
    는 각각 상기 제1 내지 제3 기준위치 무선신호의 전파도달시간이며, C는 전파의 속도이며,
    Figure 112019094067695-pat00038
    는 상기 자율 주행 장치에 포함되어 있는 시계의 오차인
    자율 주행 장치의 주행 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 기준위치 무선신호 및 상기 제2 기준위치 무선신호를 이용하여, 상기 제1 차선과 상기 제2 차선 사이에 위치하는 중앙 지점으로부터 상기 차량까지의 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 자율 주행 장치의 주행 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 거리를 이용하여 상기 중앙 지점으로 상기 차량의 방향을 설정하는 단계를 더 포함하는 자율 주행 장치의 주행 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호는 각각 상기 제1, 제2 및 제3 기준위치 무선신호 발생장치의 위치 좌표 및 전파 발송 시간을 포함하는 자율 주행 장치의 주행 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 계산된 차량의 위치를 노면 관제 장치로 전송하는 단계,
    상기 노면 관제 장치로부터 상기 차량의 근접 지역에 대한 상황 정보를 수신하는 단계, 그리고
    상기 상황 정보를 이용하여, 상기 자율 주행을 수행하는 단계를 더 포함하는 자율 주행 장치의 주행 방법.
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