KR102352983B1 - 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법 및 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템 - Google Patents

곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법 및 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템 Download PDF

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김병우
이정은
김경은
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법 및 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법은, 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리를 추정하는 단계와, 상기 상대거리를 이용하여 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계와, 상기 충돌잔여시간이 속하는 구간에 따라 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 단계, 및 상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시하는 단계를 포함한다.

Description

곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법 및 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템{METHODS OF VEHICLE COLLISION AVOIDANCE ON CURVED ROADS, AND VEHICLE COLLISION AVOIDANCE SYSTEM ON CURVED ROADS}
본 발명은 다양한 곡선 도로에서의 차량의 충돌 회피 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 차량 간 통신(예, V2V 통신)의 노이즈를 고려한 곡률좌표계 기반의 차량 충돌 회피 성능 향상에 연관된다.
긴급 제동 시스템(Autonomous Emergency Braking system; AEB 시스템)이란, 전방 차량과 충돌 위험성이 예견되면 운전자에게 경고하고, 운전자의 응답이 없더라도 충돌 방지를 위해 브레이크를 작동시켜 충돌을 회피해 사고를 예방하기 위한 시스템이다.
이에 따라 기존의 AEB 시스템에서는 전방 차량과의 V2V 통신을 통해 추정한 상대거리에 근거해 충돌 위험성을 분석하여 차량 충돌을 회피하는 연구가 이루어지고 있다.
한편, 도로 구간 분할법을 이용한 도로 선형 분석 연구에 의하면, 한국 도로의 대략 65% 곡선 구간으로 확인되고 있고, 이 중 대략 62%는 곡선의 반경과 방향이 다양한 배향 곡선(도 3의 330 참조)으로 확인되고 있다. 하지만 기존에는 주로 단순한 직선 도로에서의 상대거리 추정을 통한 충돌 회피 연구가 진행되어 왔다.
또한 기존 V2V 통신 기반의 AEB 시스템은, 통신 규격과 노이즈를 고려하지 않은 이상적인 통신 환경을 가정하고 있기 때문에, 실제 통신 환경을 반영하지 못하여 제한적인 제동 성능을 가지는 한계점을 갖는다.
따라서, 실제 위험 상황에 적용 가능한 AEB 시스템의 성능 향상을 위해서는, 통신 노이즈와 곡선 도로의 기하학적인 복잡성을 고려해 전방 차량과의 상대거리를 정밀하게 추정할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 실시예는 반경과 방향이 다양한 곡선 도로에서 선행 차량과의 충돌 위험도를 정확히 판정함으로써, 실제 위험 상황에 적용 가능하도록 충돌 회피 제어 시스템의 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 충돌 위험도 판정의 근거가 되는 선행 차량과의 상대거리를, 실제 곡선 도로의 기하학적인 복잡성을 고려하여 곡률좌표계를 기반으로 정밀하게 추정하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 차량 간 통신(예, V2V)의 전송 주기에 따른 실제 통신 노이즈를 고려해 상대거리를 추정하여, 위험 상황 발생 시 제동 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법은, 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리를 추정하는 단계와, 상기 상대거리를 이용하여 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계와, 상기 충돌잔여시간이 속하는 구간에 따라 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 단계, 및 상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리를 추정하고, 상기 상대거리를 이용하여 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 처리부와, 상기 충돌잔여시간이 속하는 구간에 따라 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 판정부, 및 상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 곡률좌표계 기반의 상대거리를 추정을 통해, 곡률이 가변하는 도로 환경에서의 충돌 위험도를 차량 간 통신 노이즈를 고려해 정확히 판정할 수 있어, 충돌 회피 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 추정한 상대거리와 상대속도를 이용해 산출되는 충돌잔여시간(TTC)을 차량의 제동개입시점(TTCbrake)과 비교하여 충돌 위험도를 판정할 때에, 차량들의 크기(폭, 길이)를 고려함으로써, 실제와 유사한 환경에서 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 곡률좌표계 기반으로 선행 차량과 차선이 일치하는지 확인하여 시스템의 동작 여부를 결정함으로써, 다수의 차로로 이루어진 실제 도로 환경에 적합한 충돌 회피 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템을 포함한 네트워크를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 도로의 선형 정보에 따른 상대거리 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 곡률좌표계로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 곡률좌표계 기반의 상대거리 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 차량의 크기를 고려한 상대거리 조정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 충돌 회피 전략에 따른 충돌 위험도 판정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템을 포함한 네트워크를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 네트워크(100)는, 차량(110), 타겟차량(120), 차량 충돌 회피 시스템(130), 센서(140) 및 항법위성(150)을 포함하여 구성할 수 있다.
차량(110)은, 본 발명의 차량 충돌 회피 시스템(130)으로부터 전달되는 동작 명령에 따라, 충돌경보, 부분제동, 완전제동 등의 충돌 회피 제어를 실시하는 대상이 되는 host 차량을 지칭할 수 있다.
타겟차량(120)은, 상기 차량(110)과의 충돌 위험도를 예측하는 타겟이 되는 차량을 지칭할 수 있다. 일례로 타겟차량(120)은, 차량(110)과 동일한 차선에서 차량(110) 보다 선행해서 주행하는 차량일 수 있다.
실시예에 따라 타겟차량(120)은, 차량(110)의 바로 옆에서 주행하는 일정 간격 이내의 측면 차량일 수도 있고, 차량 이외에, 공지된 차량 간 통신(예, V2V 통신 등)이 가능한 오토바이, 전기자전거 등의 모든 이동수단을 포함할 수 있다.
차량(110)에는, 타겟차량(120)과의 상대거리 추정에 필요한 다양한 센서(140)가 장착될 수 있다. 일례로 항법위성(150)으로부터 차량(110)의 현위치를 획득하기 위한 센서(예, GPS 센서)와, 타겟차량(120)과의 통신(예, V2V 통신)을 통해 타겟차량(120)의 현위치를 획득하기 위한 센서를 예로 들 수 있다.
이 밖에도, 차량(110)의 전체 폭이나 전체 길이와 같은 크기값을 측정하는 센서와, 타겟차량(120)과의 충돌잔여시간(TTC)을 다운카운트하는 타이머 센서와, 차량(110)의 현속도를 측정하는 센서와, 차량(110)이 주행 중인 곡선 도로의 곡률값을 감지하는 센서 등도 차량(110)에 장착되어, 차량(110)의 상대거리 추정 및 충돌 위험도 판정 시 이용될 수 있다.
본 발명의 차량 충돌 회피 시스템(130)은, 차량(110)에 장착된 센서(140)를 통해 획득한 데이터(예, 차량(110)과 타겟차량(120)의 절대좌표)를 이용하여, 차량(110)에 선행하는 타겟차량(120)과의 상대거리를 추정하고, 추정한 상대거리에 의해 산출되는 충돌잔여시간(TTC)에 따라 충돌 위험도를 판정하고, 판정한 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 발생하여, 차량(110)에 대해 충돌 회피 제어를 단계적으로 수행할 수 있다.
일례로 차량 충돌 회피 시스템(130)은, 곡률좌표계 기반으로 타겟차량(120)과의 상대거리를 정밀하게 추정하여, 충돌잔여시간(TTC) 및 차량(10)의 정지를 위해 브레이크 명령을 발생해야 하는 제동개입시점(TTCbrake)을 정확히 산출하고, 충돌잔여시간(TTC)과 제동개입시점(TTCbrake)의 비교에 의해, 타겟차량(120)과의 충돌 위험도를 판정하여, 충돌 회피 제어를 단계적으로 실시할 수 있다.
이처럼 본 발명에 의하면, 차량 간 통신의 전송 주기에 따른 통신 노이즈와 곡선 도로의 기하학적인 복잡성을 고려해 실제 위험 상황에서의 충돌 위험도를 정확히 판정할 수 있어, 충돌 회피 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템(200)은 처리부(210), 판정부(220) 및 제어부(230)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한 실시예에 따라, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템(200)은 통신부(240) 및 데이터베이스(250)를 각각 추가하여 구성할 수 있다.
처리부(210)는 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해, 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리(Relative Distance, Srel)를 추정하고, 상기 상대거리를 이용하여, 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(Time-to-Collision; TTC)을 산출한다.
본 명세서에서, 상기 상대거리의 추정은, 도로의 선형 정보를 고려해 이루어질 수 있다. 즉 처리부(210)는 직선, 단일 곡선 및 배향 곡선 중 어느 하나로 구분되는 도로의 선형 정보에 따라 상기 상대거리의 추정 방식을 달리함으로써 정확한 충돌잔여시간(TTC)을 산출할 수 있다. 여기서 도로의 선형 정보를 구분하는 기준이 되는 곡률값은, 미리 알고 있는 것으로 가정한다.
이하 도 3을 참조하여 상대거리 추정 과정을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 도로의 선형 정보에 따른 상대거리 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 처리부(210)는 차량(301)이 직선 도로(310)를 주행 중일 경우, 차량(301)의 위치좌표가 (xHV, yHV)이고, 그 차량(301)에 선행하는 타겟차량(302)의 위차좌표가 (xTV, yTV)로 획득되면, 수식 (1)과 같이, 두 위치좌표 간 직선길이를, 차량(301)과 타겟차량(302) 간 상대거리로서 추정할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00001
-- (1)
또한 처리부(210)는 차량(301)이 곡선 도로(320)를 주행 중일 경우, 해당 곡선 도로(320)의 곡률값이 일정치인 단일 곡선이라면, 수식 (2)와 같이, 곡선 도로(320)의 반경(R)과 차량(301) 사이의 각도(θ)를 이용하여, 차량(301)과 타겟차량(302) 간 상대거리(Srel)를 추정할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00002
-- (2)
또한 처리부(210)는 차량(301)이 곡선 도로(330)를 주행 중일 경우, 해당 곡선 도로(330)의 곡률값이 가변하는 배향 곡선이라면, 곡률좌표계 기반으로 수식 (3)과 같이 차량(301)과 타겟차량(302) 간 상대거리(Srel)를 추정할 수 있다.
Figure 112021124969413-pat00033
이하에서는, 도 4를 더 참조하여, 곡률좌표계를 이용하여 상대거리를 추정하는 수식 (3)이 도출되는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 곡률좌표계로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 함께 참조하면, 통신부(240)는 차량(410)에 부착된 GPS 센서(미도시)를 통해, 항법위성으로부터 차량(410)의 직교좌표계 상의 현위치 (xHV, yHV)를 획득할 수 있다.
마찬가지로, 차량(410)에 선행하는 타겟차량(420) 역시, 항법위성으로부터 자신의 직교좌표계 상의 현위치 (xTV, yTV)를 획득할 수 있고, 통신부(240)는, 차량(410)과 타겟차량(420) 간 통신(V2V 통신)에 의해, 타겟차량(420)으로부터 타겟차량(420)의 직교좌표계 상의 현위치 (xTV, yTV)를 획득할 수 있다.
여기서 차량(410)과 타겟차량(420)의 직교좌표계 상의 현위치는, 절대좌표계(Global Coordinate System)에서의 절대좌표를 지칭할 수 있다.
데이터베이스(250)는 곡선 도로의 곡률값에 관한 도로모델을 유지할 수 있다.
일례로 곡선 도로의 선형 정보가 단일 곡선(도 3의 320)이면, 곡률값('m')이 일정치 이므로 해당 곡률값이 예컨대 y=m과 같이 단일 곡선(320)의 도로모델로서 데이터베이스(250)에 유지될 수 있다.
또한 곡선 도로의 선형 정보가 배향 곡선(도 3의 330)이면, 곡률값이 둘 이상이 되어 가변하므로, 가변하는 곡률값을 나타내는 3차방정식
Figure 112020095141376-pat00004
이 배향 곡선(330)의 도로모델로서 데이터베이스(250)에 유지될 수 있다.
또한 직선 도로(도 3의 310)의 경우에는 곡률값이 없으므로('0'), 직선 도로(310)의 도로모델이 예컨대 y=0과 같이 데이터베이스(250)에 유지될 수 있다.
처리부(210)는 데이터베이스(250)로부터, 차량(410)의 현위치에 따른 곡선 도로(400)의 도로모델을 식별할 수 있다.
처리부(210)는 차량(410)의 현위치 (xHV, yHV)에 따라 곡선 도로(400)를 식별하고, 해당 곡선 도로(400)의 도로모델(430)을, 데이터베이스(250)로부터 식별할 수 있다. 곡선 도로(400)가 배향 곡선일 경우, 해당 곡선 도로(400)의 도로모델(430)은, 예를 들어
Figure 112020095141376-pat00005
같은 3차방정식으로 식별될 수 있다.
상술과 같이 상대거리 추정에 필요한 위치와 도로모델 등의 데이터 획득이 완료되면, 먼저, 처리부(210)는 차량(410)의 현위치(xHV, yHV)를, 상기 곡률좌표계 상의 초기위치(xint, yinit)로 설정할 수 있다. 이는 차량(410)을 기준으로 타겟차량(420)과의 상대거리를 추정하기 위함이다.
또한 처리부(210)는 타겟차량(420)의 현위치(xTV, yTV)와, 곡선 도로(400)에 관한 도로모델(430)
Figure 112020095141376-pat00006
이 수직으로 만나는 접점(x0, y0)을, 상기 곡률좌표계 상의 타겟위치(440)로 설정할 수 있다.
예를 들어 처리부(210)는 타겟차량(420)의 현위치(xTV, yTV)로부터 도로모델(430)
Figure 112020095141376-pat00007
까지의 거리를 D(x)라고 했을 때, D(x)가 최솟값('0')이 될 때의 근(x0, y0)을 구하여 타겟위치(440)로 설정할 수 있다.
또한 처리부(210)는 상기 초기위치(xint, yinit)로부터 상기 타겟위치(x0, y0)(440)까지의 곡선(450)을 적분하여 곡선길이(stv)를 산출하고, 차량(410)과 타겟차량(420) 간 상대거리(Srel)를 추정하는데 이 곡선길이(stv)를 이용할 수 있다.
또한 처리부(210)는 타겟차량(420)의 현위치(xtv, ytv)와 타겟위치(x0, y0)(440) 사이의 수직거리(ntv)를 산출하고, 상대거리(Srel)를 추정하는데 상기 수직거리(ntv)를 이용할 수 있다. 여기서 상기 수직거리(ntv)는 후술하는 판정부(220)에 의해 차량(410)과 타겟차량(420)의 차선이 일치하는지 확인하는데 사용될 수도 있다.
처리부(210)는 타겟차량(420)의 직교좌표계 상의 현위치 (xTV, yTV)까지 계산된 곡선길이(stv)와 수직거리(ntv)를 이용해, 타겟차량(420)의 현위치 (xTV, yTV)를, 곡률좌표계 상의 타겟차량(420)의 좌표값 (stv, ntv)으로 변환할 수 있다.
마찬가지로 처리부(210)는, 차량(410)의 직교좌표계 상의 현위치 (xHV, yHV)까지 계산된 곡선길이(shv)와 수직거리(nhv)를 이용해, 차량(410)의 직교좌표계 상의 현위치 (xHV, yHV)를, 곡률좌표계 상의 차량(410)의 좌표값 (shv, nhv)으로 변환할 수 있다.
이후 처리부(210)는 차량(410)과 타겟차량(420)의 곡률좌표계 상의 좌표값 (stv, ntv) 사이의 직선거리를 구하여, 상기 상대거리(Srel)로서 추정할 수 있다.
즉 본 발명에서의 곡률좌표계는, 두 차량(410, 420) 사이의 실제 곡선 거리를, 가상의 직선 거리의 개념으로 변환한 좌표계로서, 이를 위해 상술한 과정에 의해 차량(410)과 타겟차량(420)의 곡선길이 'shv', 'sTv' 및 수직거리 'nhv', 'nTv'가 각각 구해지면, 곡률좌표계 상의 두 좌표값 (stv, ntv)와 (shv, nhv) 사이의 직선 거리를 구하는 것에 의해, 두 차량 사이의 실제 곡선 거리가 간단히 구해질 수 있다.
이에 따라 처리부(210)는 상기 곡선길이(stv)와 상기 수직거리(ntv)를 이용하여, 수식 (4)에 따라 구해지는 차량(410)과 타겟차량(420)의 곡선 거리를 상대거리(Srel)로서 추정할 수 있다.
Figure 112021124969413-pat00034
상대거리(Srel)의 추정이 완료되면, 처리부(210)는 상기 상대거리(Srel)를, 상기 상대거리(Srel)가 추정된 주행시점에서의, 타겟차량(420)에 대한 차량(410)의 상대속도(Vrel)로 나누어, 수식 (5)와 같이, 해당 주행시점에서의 충돌잔여시간(TTC)을 산출할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00008
-- (5)
판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 상기 차량의 충돌 위험도를 판정한다. 일례로 판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)을 제동개입시점(TTCbrake)과의 비교하여 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
이에 따라 본 발명에 의하면, 곡률좌표계 기반의 상대거리를 추정을 통해, 곡률이 가변하는 도로 환경에서의 충돌 위험도를 차량 간 통신 노이즈를 고려해 정확히 판정할 수 있어, 충돌 회피 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 차량의 충돌 위험도를 판정하기에 앞서, 판정부(220)는, 타겟차량과 차량의 차선이 일치하는지 확인하고, 차선이 일치할 경우에, 타겟차량과의 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
이를 위해 판정부(220)는 다양한 방식으로 차량과 타겟차량의 차선 정보를 확인 후 이를 비교할 수 있다. 일례로 판정부(220)는, 처리부(210)에서 산출한 상기 수직거리(ntv)에 따라, 차량과 타겟차량의 차선 일치 여부를 확인할 수 있다.
구체적으로 판정부(220)는, 처리부(210)에 의해 산출된 타겟차량(420)의 현위치(xtv, ytv)와 타겟위치(x0, y0)(440) 사이의 수직거리(ntv)가, 곡선 도로(400) 내 차로의 폭의 절반 이내이면, 타겟차량(420)과 차량(410)의 차선이 일치하는 것으로 확인할 수 있다. 이 경우 판정부(220)는 상기 추정한 상대거리(Srel)에 따라, 타겟차량(420)과의 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
만일 수직거리(ntv)가, 곡선 도로(400) 내 차로의 폭의 절반을 초과할 경우, 판정부(220)는 타겟차량(420)과 차량(410)의 차선이 서로 다른 것으로 확인하고, 이 경우에는 충돌 위험도를 판정하지 않고, 타겟차량(420)과의 간격 유지를 차량(410)에 권고할 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 의하면, 차량의 충돌 위험도의 판정을 수행하기 전에, 차량과 타겟차량이 동일한 차선 상에 있는지를 먼저 확인함으로써, 왕복 2차선 이상의 복잡한 도로 환경에서도 동일 차선을 주행하는 선후방 차량 간 충돌 위험을 적절히 판정할 수 있다.
처리부(210)에 의해 추정된 상대거리(Srel)는, 상기 차량 및 상기 타겟차량 각각의 무게중심을 기준으로 산출된 것으로, 상기 차량 및 상기 타겟차량 각각의 크기정보가 고려되지 않아 실제와는 차이가 있을 수 있다.
따라서 판정부(220)는 추정된 상대거리(Srel)에, 상기 차량 및 상기 타겟차량 각각의 크기정보를 반영하여 충돌잔여시간(TTC)을 보다 정확히 산출할 수 있다.
이하 도 6을 참조하여 상대거리의 조정 과정을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 차량의 크기를 고려한 상대거리 조정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 처리부(210)는 곡선 도로(600)를 주행하는 차량(610)과 그에 선행하는 타겟차량(620) 간 상대거리(Srel)를 곡률좌표계 기반으로 추정하고, 판정부(220)는 차량(610) 및 타겟차량(620) 각각의 전체폭(W)과 전체길이(L) 중 적어도 하나의 차량크기값을, 상기 추정한 상대거리(Srel)에 수식 (6)와 같이 합산할 수 있다.
Figure 112021124969413-pat00035
즉 판정부(220)는 차량의 무게중심 기준으로 추정되는 상대거리(Srel)를, 차량(610)과 타겟차량(620)의 실물 크기값 만큼 조정함으로써, 조정한 상대거리에 따라, 충돌잔여시간(TTC)을 실제와 유사한 정확도로 산출할 수 있게 된다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 상기 충돌잔여시간(TTC)에 따라 충돌 위험도를 판정하는 과정을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 충돌 회피 전략에 따른 충돌 위험도 판정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 처리부(210)는 차량과 타겟차량과의 상대거리(Srel)를, 상기 차량의 상대속도(Vrel)로 나누어, 해당 주행시점에서의 충돌잔여시간(TTC)을 산출할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00010
-- (5)
판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)과 타겟차량과의 충돌을 피하기 위한 최소 제동개입시점(TTCbrake)을 비교하여, 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
여기서 최소 제동개입시점(TTCbrake)은, 임의의 속도로 주행 중인 차량이 제동할 때 정지까지 걸리는 시간(T)과 제동거리(S)에 따라, 적어도 브레이크 명령을 발생해야 하는 시점을 지칭한다.
이를 위해 처리부(210)는 상기 주행 중인 차량으로 브레이크 명령을 발생하는 시점부터, 해당 차량의 주행정지까지 필요한 시간(T)에 따른 제동거리(S)를, 상기 차량의 현속도(V)로 나누어, 상기 차량의 제동개입시점(TTCbrake)을 연산해 둘 수 있다.
구체적으로 설명하면, 처리부(210)는 상기 차량에 제동이 발생하여 정지할 때까지는 등가속도 운동으로 간주하고, 등가속도 운동 공식을 기반으로 최대 감가속도(adec)를 이용하여, 정지까지 걸리는 시간(T)과 제동거리(S)를 수식 (6)와 (7)에 따라 구할 수 있다. 여기서 V는, 차량의 현속도이다. 처리부(210)는 구해진 시간(T)과 제동거리(S)를 이용하여, 수식 (8)과 같이 제동개입시점(TTCbrake)을 연산할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00011
-- (6)
Figure 112020095141376-pat00012
-- (7)
Figure 112020095141376-pat00013
-- (8)
이후 판정부(220)는 차량의 제동개입시점(TTCbrake)을 기준으로, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 얼만큼 남아있는지 비교함으로써, 차량의 타겟차량 간 충돌위험성을 판정할 수 있다.
일례로 판정부(220)는 상기 차량의 제동개입시점(TTCbrake)을 기준으로, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 차량의 제동개입시점(TTCbrake) 이내의 제1 구간(TTC<TTCbrake)에 속하면, 상기 충돌 위험도를 '위험레벨'(2단계 중 2단계)로 판정할 수 있다.
또한 판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 제동개입시점(TTCbrake)과 충돌위험이 없을 때의 정상치(TTCnormal) 사이의 제2 구간(TTCnormal<TTC<TTCbrake)에 속하면, 상기 충돌 위험도를 '주의레벨'(2단계 중 1단계)로 판정할 수 있다.
여기서 정상치(TTCnormal)는, 타겟차량과의 충돌위험이 없다(정상레벨)고 간주할 수 있는 충돌잔여시간(TTC)의 최소치로 규정될 수 있다.
예를 들어 도 7을 참조하면, 정상치(TTCnormal)가 '2.7초', 제동개입시점(TTCbrake)이 '0.7초'로 규정되는 경우, 판정부(220)는 충돌잔여시간(TTC)이 정상치(TTCnormal)인 '2.7초' 보다 크면, 타겟차량과의 충돌위험이 없는 안전한 정상레벨로 판정하고, 충돌잔여시간(TTC)이 '2.7초' 이하로 작아지면 주의레벨1(경고)로 판정하고, 충돌잔여시간(TTC)이 '1.6초' 이하로 더 작아지면 주의레벨2(부분제동)로 판정하고, 충돌잔여시간(TTC)이 제동개입시점(TTCbrake)인 '0.7초' 이하로 작아질 때 브레이크 명령이 필요한 위험레벨로 판정할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 '충돌 위험도'는, 해당 차량의 제조사 등에서 제공하는 충돌 회피 전략에 따라 보다 세분화된 레벨로 구분될 수 있다. 예를 들면, '주의레벨'을 두 단계로 나누어 총3단계(Warning, Partial-braking, Full-braking)의 충돌 위험도로 구분될 수 있다.
제어부(230)는 상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여, 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시한다.
일례로 제어부(230)는, 판정부(220)에 의해 상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 제동개입시점(TTCbrake)과 충돌위험이 없을 때의 정상치(TTCnormal) 사이의 제2 구간(TTCnormal<TTC<TTCbrake)에 속하게 됨에 따라 상기 충돌 위험도가 주의레벨로 판정되면, 상기 제동개입시점(TTCbrake)까지의 잔여시간에 따라, 상기 차량의 충돌경보와 부분제동을 단계적으로 제어하는 제1 동작 명령을 발생할 수 있다.
상기 제1 동작 명령의 발생에도, 상기 차량이 속도를 줄이지 않고 주행을 지속함에 따라, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 제동개입시점(TTCbrake) 이내의 제1 구간(TTC<TTCbrake)에 속하게 될 경우, 판정부(220)는 차량의 충돌 위험도를 위험레벨로 판정하고, 이 경우 제어부(230)는 차량의 긴급 제동을 위해, 상기 차량의 완전제동을 제어하는 제2 동작 명령을 발생할 수 있다.
이하 도 7을 참조하여 충돌 위험도 판정 과정을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 충돌 회피 전략에 따른 충돌 위험도 판정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)과 최소 제동개입시점(TTCbrake)을 비교하여, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 최소 제동개입시점(TTCbrake)으로부터 2.7초 이후의 구간에 속하면, 충돌 위험이 없는 안전(safe) 상태로 판정하고, 이후 상기 충돌잔여시간(TTC)에 따라 충돌 위험도를 3개의 단계로 구분해 판정할 수 있다.
일례로 판정부(220)는 상기 충돌잔여시간(TTC)이 최소 제동개입시점(TTCbrake)을 기준으로 1.6초 전부터 2.7초 전까지의 사이의 구간에 속하면, 충돌 위험도를 가장 낮은 1단계로 판정할 수 있다. 이 경우 제어부(230)는 차량의 충돌경보(Warning)를 제어하는 동작 명령을 발생하여, 운전자에게 위험 상황을 인지시킬 수 있다.
이후 차량이 주행을 계속함에 따라, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 최소 제동개입시점(TTCbrake)과, 최소 제동개입시점(TTCbrake)으로부터 1.6초 전 사이의 구간에 속하면, 판정부(220)는 충돌 위험도를 중간 수준인 2단계로 판정할 수 있다. 이 경우 제어부(230)는 차량의 부분제동(Partial-braking)을 제어하는 동작 명령을 차량에 발생하여, 급제동에 대비할 수 있게 한다.
이 상태에서 차량이 주행을 계속하여, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 최소 제동개입시점(TTCbrake) 이내의 구간에 속하게 되면, 판정부(220)는 브레이크 명령을 발생해야 하는 가장 높은 3단계의 충돌 위험도로 판정할 수 있다.
이 경우 제어부(230)는 해당 차량이 스스로 정지하여 타겟차량과의 충돌을 회피할 수 있도록 차량의 완전제동(Full-braking)을 제어하는 동작 명령(브레이크 명령, 제동 명령)을 차량에 발생할 수 있다. 이에 따라 타겟차량과 부딪히기 전에 차량은 주행 정지하게 된다.
이처럼 본 발명에 의하면, 제동개입시점을 기준으로 충돌잔여시간(TTC)에 따라 단계적으로 동작 명령을 차량에 발생하여, 충돌 회피 제어를 효율적으로 수행할 수 있다.
실시예에 따라 제어부(230)는 상기 동작 명령을 상기 차량에 발생 시, 판정부(220)를 통해서 상기 차량과 상기 타겟차량의 차선이 일치하는지 재차 확인할 수 있다. 제어부(230)는 차선이 일치할 경우, 상기 동작 명령을 발생하여 충돌 회피 제어를 실시할 수 있다.
만일 차선이 일치하지 않는다면, 제어부(230)는 상기 타겟차량과의 간격 주의를 경고하는 동작 명령을 상기 차량에 발생할 수도 있다.
이에 따라 본 발명에 의하면, 본 발명의 일실시예에 따르면, 곡률좌표계 기반으로 선행 차량과 차선이 일치하는지 확인하여 시스템의 동작 여부를 결정함으로써, 다수의 차로로 이루어진 실제 도로 환경에 적합한 충돌 회피 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템에서, 곡률좌표계 기반의 상대거리 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 1)수직으로 만나는 점을 찾고, 2)수직 거리(n)을 계산한 후, 3)곡선 거리(s)를 계산하여 획득한 수직 거리(n)와 곡선 거리(s)를 이용하여, 곡률좌표계 기반의 상대거리를 추정할 수 있다.
곡률좌표계 변환에서 핵심은 곡선도로모델과 타겟차량이 수직으로 만나는 점, 즉 도로모델과 타겟차량이 가장 가까울 때의 도로모델 위의 점인 접점(x0, y0)을 찾아내는 것이다.
접점(x0, y0)은, 목표 지점(타겟 위치)과 곡선도로모델 사이의 거리인 D(x)가 가장 작은 값을 가질 때 이다. D(x)는 수식 (9)를 통해 도출된다.
Figure 112020095141376-pat00014
--(9)
접점(x0, y0)은, 수식 (10)을 통해 미분계수가 0일 때 계산될 수 있다. 일반적으로 다변수 함수는 최솟값과 최댓값을 포함하여 다중의 극점을 가질 수 있지만, 본 명세서에서는, 도로의 특성 때문에 최솟값을 갖는 접점이 항상 1개이다.
Figure 112020095141376-pat00015
-- (10)
수식 (10)의 근을 찾기 위해, 이분법(Bisection method), 할선법(Secant method), Newton's Method 등과 같은 여러 근을 찾는 알고리즘이 이용될 수 있으나, 본 명세서에서는 대표적인 근을 찾는 알고리즘인 이분법을 이용하여 해를 구하는 알고리즘이 이용될 수 있다.
이분법은, 중간값 정리라는 명제를 기반으로 하여 대략적인 근의 위치를 알면 반드시 근을 구할 수 있으며, 반복법을 활용하므로 알고리즘이 비교적 간단하다는 장점이 있다.
본 명세서에서는 타겟 차량의 GPS 데이터로부터 대략적인 근의 위치를 알 수 있으므로, 이분법을 통해 보다 빠르고 정확하게 근을 찾을 수 있다.
또한 수직 거리(ntv)는, 접점(x0, y0)과 타겟차량 (xTV, yTV) 사이의 거리로서, 점과 점 사이의 거리 계산을 통해 수식 (11)과 같이 도출된다.
Figure 112020095141376-pat00016
-- (11)
수직 거리(ntv)은 차량의 차선(lane) 정보를 확인 시 사용될 수 있다. 한국 국토해양부의 도로설계 기준을 따르면 60[km/h]의 속도 일 때, 차로의 최소 폭은 3.00[m]이므로, 수식 (12)와 같이, 수직 거리(ntv))의 값이 차로의 최소 폭의 절반인 1.50[m] 이하이면 타겟차량과 차량이 동일한 차선(same lane)으로 판단 가능하고, 그 이상이면 다른 차선(other lane)으로 판단될 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00017
-- (12)
이 같은 차선 정보를 이용하여 차량 충돌 회피 시스템의 작동 유무가 결정된다. 즉 동일 차선으로 판단되면, 추정된 상대거리에 따라 충돌잔여시간(TTC) 산출을 통해 충돌 위험도를 판정하고, 다른 차선으로 판단되면 작동하지 않는다.
또한 곡선 거리(s)는 초기위치(xint, yinit)로부터 접점(x0, y0)까지의 곡선길이로 나타낼 수 있고, 수식 (13)과 같이, 초기위치(xint, yinit)로부터 접점(x0, y0)까지의 곡선에 대한 적분을 통해 도출된다.
Figure 112020095141376-pat00018
-- (13)
초기위치(xint, yinit)를 차량의 위치로 가정하고, 접점(x0, y0)을 타겟차량의 위치로 가정하면, 곡선 거리(s)는 본 발명의 차량 충돌 회피 시스템에서 구하려는, 차량과 타겟차량 간 상대거리라고 정의할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 곡률값이 가변하는 곡선 도로의 기하학적인 성분을 고려한 상대거리의 도출이 가능하고, 이를 이용해 곡선 도로에서의 선행 차량과의 충돌 위험도를 정확히 판단할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템의 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법은, 상술한 차량 충돌 회피 시스템에 의해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 차량 센서를 통해 위치 데이터를 획득하고(단계(810)), 획득한 위치 데이터에 근거해 곡률좌표 변환을 통하여 타겟차량과의 상대거리를 추정한다(단계(820)).
곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 차량과 타겟차량이 동일 차선인지 확인하고(단계(830)), 동일 차선이 아니면 단계(820)으로 돌아가서 다른 타겟차량과의 상대거리를 추정한다.
본 단계(830)에서 차선의 일치 여부를 확인하기 위해, 타겟차량의 현위치(xtv, ytv)와 곡선 도로의 도로모델
Figure 112020095141376-pat00019
이 수직으로 만나는 접점(x0, y0) 사이의 수직거리(ntv)가 이용될 수 있다.
차량과 타겟차량이 동일 차선인 경우, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 단계(820))에서 추정한 상대거리를 차량의 상대속도로 나누어, 타겟차량과의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(TTC)을 산출한다(단계(840)).
곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 임의의 속도로 주행 중인 차량을 타겟차량과 충돌하기 전까지 정지시키기 위해 적어도 브레이크 명령을 발생해야 하는 최소 시점인 제동개입시점(TTCbrake)을 미리 연산해 두고, 상기 충돌잔여시간(TTC)이 제동개입시점(TTCbrake) 이내인지 확인하여, 충돌 위험도를 판정한다(단계(850)).
충돌잔여시간(TTC)이 제동개입시점(TTCbrake)의 이후이면, 즉 제동개입시점(TTCbrake)까지 아직 시간이 남아있다면, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 해당 타겟차량과의 상대거리를 계속 추정하고, 재산출되는 충돌잔여시간(TTC)에 따라 충돌 위험도를 재차 판정한다(단계(820 내지 850)).
충돌잔여시간(TTC)이 제동개입시점(TTCbrake)의 이내이면, 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 자동적인 긴급 제동을 실시하여 타겟차량과의 충돌을 방지한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법은, 상술한 차량 충돌 회피 시스템에 의해 수행될 수 있다.
차량 충돌 회피 시스템에서는, 차량 간의 통신(V2V)를 통해 타겟차량의 절대위치값을 받기 때문에, 곡선도로에서는 직선도로와 같이 정확한 상대거리를 구할 수 없고, 그로 인해 충돌 위험도를 정확히 판정하기 어려우므로, 곡선 도로에서는 직선 도로와 다른 방식의 상대거리 추정 기법이 요구된다.
또한 곡선 도로는 곡률값이 일정한 단일 곡선과 곡률값이 가변하는 배향 곡선으로 구분되기 때문에 각각의 곡선 도로의 선형 정보에 따라 적절한 상대거리 추정 기법을 적용할 필요가 있다.
이에 따른 곡선 도로의 선형 정보를 고려한 상대거리 추정을 통한 충돌 위험도 판정과 그에 따른 충돌 회피 과정이 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 단계(910)에서 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템은, 차량이 주행 중인 곡선 도로의 곡률값이 일정치인지 혹은 가변하는지 확인한다.
본 단계(910)는 곡선 도로의 선형 정보를 확인하는 과정일 수 있다.
곡률값이 일정치인 단일 곡선으로 확인될 경우, 단계(920)에서 차량 충돌 회피 시스템은, 곡선 도로의 반경(R) 및 차량과의 각도(θ)를 이용해, 수식 (2)에 따라 차량과 타겟차량 간 상대거리(Srel)를 추정한다.
Figure 112020095141376-pat00020
-- (2)
곡률값이 가변하는 배향 곡선으로 확인될 경우, 단계(930)에서 차량 충돌 회피 시스템은, 수식 (3)에 따라 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리(Srel)를 추정한다.
Figure 112021124969413-pat00036
본 발명에서의 곡률좌표계는, 곡선 도로를 주행하는 차량과 타겟차량 사이의 실제 곡선 거리를, 가상의 직선 거리의 개념으로 변환한 좌표계로서, 차량 충돌 회피 시스템은 차량과 타겟차량의 직교좌표계 상의 현위치 (xHV, yHV)와 (xTV, yTV)를, 곡률좌표계 상의 두 좌표값 (stv, ntv)와 (shv, nhv)으로 변환하고, 수식 (3)과 같이 두 좌표값 사이의 직선 거리를 구하는 것에 의해, 두 차량 사이의 실제 곡선 거리를 구할 수 있게 된다. 여기서 stv와 ntv는 타겟차량의 곡선길이와 수직거리이고, shv와 nh는 차량(host)의 곡선길이와 수직거리이다.
단계(940)에서 차량 충돌 회피 시스템은, 단계(920 또는 930)에서 구해진 상대거리를 이용하여, 타겟차량과의 충돌잔여시간(TTC)을 산출한다.
일례로 차량 충돌 회피 시스템은 상기 상대거리(Srel)를, 상기 상대거리(Srel)가 추정된 주행시점에서의, 타겟차량(420)에 대한 차량(410)의 상대속도(Vrel)로 나누어, 수식 (5)에 따라 해당 주행시점에서의 충돌잔여시간(TTC)을 산출할 수 있다.
Figure 112020095141376-pat00022
-- (5)
단계(950)에서 차량 충돌 회피 시스템은, 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 차량의 충돌 위험도를 판정한다.
이때 차량 충돌 회피 시스템은 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하기에 앞서, 타겟차량과 차량의 차선이 일치하는지 확인하고, 차선이 일치할 경우에, 타겟차량과의 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
일례로 차량 충돌 회피 시스템은 타겟차량의 현위치(xtv, ytv)와 곡선 도로의 도로모델
Figure 112020095141376-pat00023
이 수직으로 만나는 접점(x0, y0) 사이의 수직거리(ntv)가, 곡선 도로 내 차로의 폭의 절반 이내이면, 타겟차량과 차량의 차선이 일치하는 것으로 확인하고, 이 경우 상기 충돌잔여시간(TTC)을 제동개입시점(TTCbrake)과의 비교하여 충돌 위험도를 판정할 수 있다.
또한 차량 충돌 회피 시스템은, 차량의 무게중심 기준으로 추정된 상기 상대거리(Srel)를, 차량 및 타겟차량 각각의 크기정보를 고려해 조정함으로써, 충돌잔여시간(TTC)을 실제와 유사한 정확도로 산출할 수 있다.
단계(960)에서 차량 충돌 회피 시스템은, 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 차량에 발생하여, 충돌 회피 제어를 실시한다.
일례로 차량 충돌 회피 시스템은 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 충돌 위험도가 가장 낮은 1단계로 판정되면, 차량의 충돌경보(Warning)를 제어하는 동작 명령을 발생하여, 운전자에게 위험 상황을 인지시킬 수 있다.
또한 차량 충돌 회피 시스템은 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 충돌 위험도가 중간 수준인 2단계로 판정될 경우, 차량의 부분제동(Partial-braking)을 제어하는 동작 명령을 발생하여, 급제동을 준비할 수 있다.
또한 차량 충돌 회피 시스템은 충돌잔여시간(TTC)이 제동개입시점(TTCbrake) 이내가 되어, 충돌 위험도가 가장 높은 3단계의 충돌 위험도로 판정되면, 브레이크 명령을 발생하여 차량의 완전제동(Full-braking)을 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 충돌 위험도 판정의 근거가 되는 선행 차량과의 상대거리를 곡률좌표계를 기반으로 정밀하게 추정함으로써 실제 곡선 도로의 기하학적인 복잡성과 차량 간 통신의 실제 통신 노이즈를 고려해 차량 충돌 회피 제어 시스템의 제동 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
200: 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템
210: 처리부
220: 판정부
230: 제어부
240: 통신부
250: 데이터베이스

Claims (15)

  1. 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해, 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리를 추정하는 단계;
    상기 상대거리를 이용하여, 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(Time-to-Collision; TTC)을 산출하는 단계;
    상기 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 단계; 및
    상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여, 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시하는 단계
    를 포함하고,
    상기 상대거리를 추정하는 단계는,
    상기 차량에 부착된 GPS 센서를 통해, 상기 차량의 직교좌표계 상의 현위치를 획득하는 단계;
    상기 차량과 상기 타겟차량 간 V2V 통신에 의해, 상기 타겟차량의 직교좌표계 상의 현위치를 획득하는 단계;
    곡선 도로의 곡률값에 관한 도로모델을 유지한 데이터베이스로부터, 상기 차량의 현위치에 따른 상기 곡선 도로의 도로모델을 식별하는 단계;
    상기 차량의 현위치를, 상기 곡률좌표계 상의 초기위치(xint, yinit)로 설정하는 단계;
    상기 타겟차량의 현위치와, 상기 곡선 도로에 관한 도로모델이 수직으로 만나는 접점(x0, y0)을, 상기 곡률좌표계 상의 타겟위치로 설정하는 단계; 및
    상기 초기위치로부터 상기 타겟위치까지의 곡선을 적분하여 산출되는 곡선길이(s)를 이용하여, 상기 상대거리(Srel)를 추정하는 단계
    를 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상대거리를 추정하는 단계는,
    상기 타겟차량의 현위치(xtv, ytv)와 상기 타겟위치(x0, y0) 사이의 수직거리(n)를 산출하는 단계; 및
    상기 곡선길이(s)와 상기 수직거리(n)를 이용하는
    Figure 112021124969413-pat00037
    에 의해, 상기 상대거리(Srel)를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차량 충돌 회피 방법은,
    상기 수직거리(n)에 따라, 상기 타겟차량과 상기 차량의 차선이 일치하는지 확인하는 단계;
    상기 수직거리(n)가, 상기 곡선 도로 내 차로의 폭의 절반 이내이면, 상기 타겟차량과 상기 차량의 차선이 일치하는 것으로 확인하는 단계;
    차선이 일치할 경우, 상기 상대거리(Srel)에 따라, 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 단계; 및
    차선이 일치하지 않을 경우, 상기 타겟차량과의 간격 주의를 경고하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하는 단계
    를 더 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 곡선 도로에 대한 곡률값이 일정치인 경우,
    상기 상대거리를 추정하는 단계는,
    상기 곡선 도로의 반경(R)과 상기 차량 사이의 각도(θ)를 이용하는 '(θ/180)πR'에 의해, 상기 상대거리(Srel)를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량 충돌 회피 방법은,
    상기 추정한 상대거리에, 상기 차량 및 상기 타겟차량 각각의 전체폭(W)과 전체길이(L) 중 적어도 하나의 차량크기값을 합산하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계는,
    합산된 상기 상대거리에 따라, 상기 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계
    를 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계는,
    상기 상대거리(Srel)를, 상기 상대거리(Srel)가 추정된 주행시점에서의, 상기 타겟차량에 대한 상기 차량의 상대속도(Vrel)로 나누는, 'Srel / Vrel'에 의해 상기 주행시점에서의 상기 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 단계
    를 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차량 충돌 회피 방법은,
    상기 주행 중인 차량으로 브레이크(brake) 명령을 발생하는 시점부터, 해당 차량의 주행정지까지 필요한 시간(T)에 따른 제동거리(S)를, 상기 차량의 현속도(V)로 나누어, 상기 차량의 제동개입시점(TTCbrake)을 연산하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 충돌 위험도를 판정하는 단계는,
    상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 제동개입시점(TTCbrake) 이내의 제1 구간(TTC<TTCbrake)에 속하면, 상기 충돌 위험도를 위험레벨로 판정하는 단계; 및
    상기 충돌잔여시간(TTC)이 상기 제동개입시점(TTCbrake)과 충돌위험이 없을 때의 정상치(TTCnormal) 사이의 제2 구간(TTCnormal<TTC<TTCbrake)에 속하면, 상기 충돌 위험도를 주의레벨로 판정하는 단계
    를 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충돌 회피 제어를 실시하는 단계는,
    상기 충돌 위험도가 상기 위험레벨로 판정되면, 상기 차량의 완전제동을 제어하는 동작 명령을 발생하는 단계; 및
    상기 충돌 위험도가 상기 주의레벨로 판정되면, 상기 제동개입시점(TTCbrake)까지의 잔여시간에 따라, 상기 차량의 충돌경보와 부분제동을 단계적으로 제어하는 동작 명령을 발생하는 단계
    를 포함하는 곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 방법.
  11. 곡선 도로를 주행 중인 차량에 대해, 곡률좌표계를 기반으로 타겟차량과의 상대거리를 추정하고, 상기 상대거리를 이용하여, 상기 차량과 상기 타겟차량의 충돌까지 남은 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는 처리부;
    상기 충돌잔여시간(TTC)이 속하는 구간에 따라, 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는 판정부;
    상기 충돌 위험도에 상응하는 동작 명령을 상기 차량에 발생하여, 상기 차량의 충돌 회피 제어를 실시하는 제어부; 및
    상기 차량에 부착된 GPS 센서를 통해, 상기 차량의 직교좌표계 상의 현위치를 획득하고, 상기 차량과 상기 타겟차량 간 V2V 통신에 의해, 상기 타겟차량의 직교좌표계 상의 현위치를 획득하는 통신부
    를 포함하고,
    상기 처리부는,
    데이터베이스로부터, 상기 차량의 현위치에 따른 상기 곡선 도로의 곡률값에 관한 도로모델을 식별하고,
    상기 통신부에 의해 획득된 상기 차량의 현위치를, 상기 곡률좌표계 상의 초기위치(xint, yinit)로 설정하고,
    상기 통신부에 의해 획득된 상기 타겟차량의 현위치와, 상기 곡선 도로의 곡률값에 관한 도로모델이 수직으로 만나는 접점(x0, y0)을, 상기 곡률좌표계 상의 타겟위치로 설정하고,
    상기 초기위치로부터 상기 타겟위치까지의 곡선을 적분하여 산출되는 곡선길이(s)를 이용하여, 상기 상대거리(Srel)를 추정하는
    곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 타겟차량의 현위치(xtv, ytv)와 상기 타겟위치(x0, y0) 사이의 수직거리(n)를 산출하고,
    상기 판정부는,
    상기 수직거리(n)에 따라, 상기 타겟차량과 상기 차량의 차선이 일치하는지 확인하고,
    상기 수직거리(n)가, 상기 곡선 도로 내 차로의 폭의 절반 이내로서, 상기 타겟차량과 상기 차량의 차선이 일치하는 것으로 확인되면,
    상기 상대거리에 따라, 상기 차량의 충돌 위험도를 판정하는
    곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 상대거리(Srel)를, 상기 상대거리(Srel)가 추정된 주행시점에서의, 상기 타겟차량에 대한 상기 차량의 상대속도(Vrel)로 나누는, 'Srel / Vrel'에 의해 상기 주행시점에서의 상기 충돌잔여시간(TTC)을 산출하는
    곡선 도로에서의 차량 충돌 회피 시스템.
  15. 제1항, 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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