KR102430097B1 - 자율주행차량의 장애물 회피 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자율주행차량의 장애물 회피 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 자율주행차량의 속도에 기초하여 자율주행차량을 중심으로 하는 원경로를 생성하고 자율주행차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 자율주행차량의 회전가능범위를 산출한다. 그리고 원경로와 회전가능범위가 중첩되는 영역을 자율주행차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로 설정하고 설정된 유효궤적 내에서 감지된 장애물을 회피할 수 있도록 자율주행차량의 주행경로를 제어한다. 따라서 종래의 방식에 비하여 계산량을 감소시키며 자율주행차량의 속도에 따라 가변적으로 적용가능한 자율주행차량의 장애물 회피 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

자율주행차량의 장애물 회피 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR AVOIDING OBSTACLE FOR AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명은 자율주행차량이 장애물을 회피하고 주행할 수 있도록 자율주행차량을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 자율주행차량의 주행경로에 위치한 장애물을 감지하고 감지된 장애물을 회피하는 주행경로를 설정하며 설정된 주행경로에 따라 자율주행차량의 주행을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
자율주행차량은 거리 센서를 이용하여 장애물을 감지하고 조향 및 속도 제어를 통해 장애물을 회피하며 주행을 한다. 일반적으로는 자율주행차량이 주행할 수 있는 공간에 대해 여러 개의 경로를 생성하고, 생성된 경로에 대해 장애물이 있는지 여부를 비용함수를 이용하여 선택한 후 선택된 경로를 통해 장애물을 회피하는 방법을 사용한다.
종래 자율주행차량의 장애물 회피 방법으로, 조향 제어를 이용한 충돌회피 방법 및 장치(등록특허공보 제10-1073259호, 이하, "종래기술 1"이라 함), 차량 경로 산출 방법 및 장치, 그리고 차량 조향 제어 방법 및 장치(공개특허공보 제10-2014-0043038호, 이하, "종래기술 2"라 함) 등이 있다.
종래기술 1은 전방 장애물을 감지하면 장애물과의 거리 및 상대속도를 산출하고 충돌위험을 판정하며, 충돌위험이 있는 경우 충돌회피를 위해 요구되는 요레이트를 산출하고 보상 조향각을 산출하여 조향을 제어하는 기술에 관한 것이다.
종래기술 2는 차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 단계 및 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 단계를 포함하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법을 제공한다.
종래기술 1은 기하학적인 회피 원궤적을 생성하고 요레이트를 생성하여 조향을 제어하는 방식으로 자율주행차량의 주행상황에 따라 주행하지 못하는 원궤적을 생성할 수도 있어 불필요한 원궤적에 대한 판단에 시간이 소요되는 문제점이 있다. 그리고 종래기술 2는 자율주행차량의 주행궤적으로 클로소이드 곡선을 사용하여 실시간으로 클로소이드 곡선을 생성하며 주행할 경우 계산량이 많아 복잡한 경로가 생성될 경우에는 계산 부하가 크게 작용하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 자율주행차량(이하, '차량'과 혼용함)이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적을 생성하고, 생성된 유효궤적에 장애물이 위치하는지 여부에 따라 자율주행차량의 경로를 조정하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템 및 방법을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 차량이 주행함에 따라 통과할 것으로 예상되는 지점들을 포함하는 원경로를 생성하고, 차량의 회전가능범위를 산출하고, 상기 원경로와 상기 회전가능범위가 중첩되는 영역을 차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로서 생성하는 유효궤적생성부; 및 차량의 전방에 있는 장애물의 위치가 상기 유효궤적 내에 포함되는지 판단하여, 포함되면 상기 유효궤적 내에서 차량이 상기 장애물을 회피할 수 있는 목표지점을 설정하고 이 목표지점으로 차량의 주행경로를 조정하는 주행경로제어부를 포함하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템이 제공된다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량이 주행함에 따라 통과할 것으로 예상되는 지점들을 포함하는 원경로를 생성하고, 차량의 회전가능범위를 산출하고, 상기 원경로와 상기 회전가능범위가 중첩되는 영역을 차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로서 생성하는 유효궤적생성 단계; 및 차량의 전방에 있는 장애물의 위치가 상기 유효궤적 내에 포함되는지 판단하여, 포함되면 상기 유효궤적 내에서 차량이 상기 장애물을 회피할 수 있는 목표지점을 설정하고 이 목표지점으로 차량의 주행경로를 조정하는 주행경로제어 단계를 포함하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법이 제공된다.
여기서, 상기 유효궤적생성부(또는 단계)에서 생성되는 원경로는 차량을 중심으로 하며 차량의 속도에 비례하는 반경을 갖는 원일 수 있으며, 상기 회전가능범위는 차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 산출될 수 있다.
또한 상기 주행경로제어부(또는 단계)는, 상기 설정한 목표지점으로 조정된 차량의 주행경로를 추종하기 위한 목표 요레이트와 조향각을 계산하여 자율주행차량을 제어한다.
본 발명에 따르면, 자율주행차량의 속도와 회전가능범위에 따라 가변하는 유효궤적을 통해 장애물과의 충돌가능성을 판단함으로써, 종래의 방법에 비하여 계산량을 감소시키며 실시간으로 주행경로를 생성할 수 있도록 한다. 또한, 자율주행차량의 속도에 따라 가변하는 목표지점을 사용하므로 저속 및 고속의 환경에서도 충분히 적용가능한 자율주행차량의 장애물 회피 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 시스템의 구조를 나타낸 블록도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 시스템이 자율주행차량의 주행경로를 제어하는 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 방법의 과정을 나타낸 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 시스템(100)의 구조를 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 시스템(100)은 유효궤적생성부(110), 장애물감지부(120), 및 주행경로제어부(130)를 포함한다.
유효궤적생성부(110)는 원경로생성부(111)와 회전가능범위산출부(112)를 포함하며, 자율주행차량의 주행상황에 따라 자율주행차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적을 생성하고 생성된 유효궤적을 주행경로제어부(130)로 전달한다.
원경로생성부(111)는 속도센서로부터 자율주행차량의 속도정보를 획득하고 자율주행차량의 속도에 따라 가변하는 반경을 가지는 원경로를 생성한다. 원경로는 자율주행차량을 중심으로 하는 원을 의미하는 것으로서, 자율주행차량이 주행함에 따라 통과할 것으로 예상되는 지점들을 포함한다.
원경로생성부(111)는 자율주행차량의 속도에 따라 원경로의 반경을 설정하며 자율주행차량의 속도에 비례하여 반경을 설정할 수 있다. 그리고 반경을 무한히 작거나 크게 설정할 수는 없으므로, 도 2에서와 같이, 자율주행차량의 속도 및 반경의 각 하한값과 상한값을 설정하고 자율주행차량의 속도가 하한값과 상한값 사이를 벗어나면 반경을 일정한 값으로 유지한다.
도 2는 원경로생성부(111)가 자율주행차량의 속도에 따라 원경로의 반경을 설정하는 실시예를 나타낸 것이다.
자율주행차량의 속도가 주행속도 하한값 이하이면 원경로의 반경을 하한값으로 유지시키고 자율주행차량의 속도가 주행속도 하한값과 주행속도 상한값 사이이면 자율주행차량의 속도에 따라 원경로의 반경을 일정하게 증가시킨다. 그리고 자율주행차량의 속도가 주행속도 상한값 이상이면 원경로의 반경을 상한값으로 유지시킨다.
원경로생성부(111)는 자율주행차량을 중심으로 하며 자율주행차량의 속도에 따라 가변하는 반경을 가지는 원경로를 제공함으로써 자율주행차량의 장애물 회피에 이용할 수 있도록 한다.
그런데 이때 원경로만을 이용하여 자율주행차량의 장애물 회피 제어를 수행하면, 자율주행차량이 실제로 통과하지 않을 것으로 예상되는 지점까지 장애물 감지를 수행하여 불필요한 계산량을 증가시키는 단점이 존재할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 회전가능범위산출부(112)가 자율주행차량이 회전가능한 범위를 산출하고, 산출된 회전가능범위와 원경로생성부(111)에 의해 생성된 원경로에 기초한 유효궤적을 통해 자율주행차량의 장애물 회피 제어를 수행한다.
구체적으로, 회전가능범위산출부(112)는 자율주행차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 의하여 자율주행차량이 현재 주행상태에서 회전할 수 있는 범위를 산출한다. 그리고 유효궤적생성부(110)는 원경로생성부(111)에 의해 생성된 원경로와 회전가능범위산출부(112)에 의해 산출된 회전가능범위가 중첩되는 부분을 자율주행차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로 설정한다.
도 3은 유효궤적생성부(110)가 자율주행차량의 유효궤적을 설정하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 원경로생성부(111)가 자율주행차량의 속도에 따라 원경로(200, 실선과 점선 부분 포함)를 설정한다. 그리고 회전가능범위산출부(112)가 자율주행차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 자율주행차량이 회전할 수 있는 회전가능범위(210)를 산출한다.
그리고 원경로(200)와 회전가능범위(210)에 따라 자율주행차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적(300, 실선 부분)을 생성한다.
유효궤적생성부(110)는 자율주행차량의 주행 중 실시간으로 유효궤적(300)을 생성하고 생성된 유효궤적(300)에 관한 정보를 주행경로제어부(130)로 전달한다.
장애물감지부(120)는 자율주행차량에 장착된 거리측정센서 등을 통해 장애물을 감지한다. 장애물과의 거리를 측정하고 측정된 거리, 자율주행차량의 현재 위치를 이용하여 장애물의 위치를 계산한다. 그리고 계산된 장애물의 위치에 관한 정보를 주행경로제어부(130)로 전달한다.
주행경로제어부(130)는 유효궤적생성부(110)로부터 전달받은 유효궤적(300)과 장애물감지부(120)로부터 전달받은 장애물에 관한 정보를 이용하여 자율주행차량의 주행경로를 조정할 것인지 여부를 결정한다.
장애물감지부(120)로부터 전달받은 장애물의 위치가 유효궤적생성부(110)로부터 전달받은 유효궤적(300) 내에 포함되는 것으로 확인되면, 주행경로제어부(130)는 유효궤적(300) 중 장애물을 회피할 수 있는 지점을 목표지점으로 설정하고 설정된 목표지점을 통과할 수 있도록 자율주행차량의 주행경로를 조정한다.
도 4는 주행경로제어부(130)가 자율주행차량의 주행경로를 조정하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유효궤적생성부(110)에 의해 생성된 유효궤적(300)에 장애물(400)이 위치하는 것으로 확인되면, 주행경로제어부(130)는 장애물(400)을 회피할 수 있는 지점 중 하나를 목표지점(310)으로 설정한다.
예컨대, 유효궤적(300)과 장애물(400)의 위치를 비교하여 유효궤적(300)과 장애물(400)의 교점을 산출하고 산출된 교점으로부터 자율주행차량의 크기만큼 떨어진 유효궤적(300) 범위 내 지점을 목표지점(310)으로 설정할 수 있다.
그리고 자율주행차량이 설정된 목표지점(310)을 통과하며 주행할 수 있도록 자율주행차량의 주행경로를 조정한다.
구체적으로, 설정된 목표지점(310)을 추종하기 위한 목표 요레이트 및 조향각을 계산하고 계산된 목표 요레이트 및 조향각에 따라 자율주행차량을 제어함으로써 자율주행차량이 장애물(400)을 회피하며 주행할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자율주행차량의 장애물 회피 방법의 과정을 나타낸 것이다.
자율주행차량의 장애물 회피 시스템은 자율주행차량이 주행상태인 것이 확인되면(S500), 자율주행차량의 속도에 따라 자율주행차량을 중심으로 하는 원경로를 생성하고(S510) 자율주행차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 자율주행차량이 회전할 수 있는 범위인 회전가능범위를 산출한다(S520). 그리고 원경로와 회전가능범위가 중첩되는 부분을 자율주행차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로 설정한다(S530).
한편, 자율주행차량의 장애물 회피 시스템은 자율주행차량에 장착된 센서를 통해 장애물을 감지한다(S540). 그리고 자율주행차량과 장애물 사이의 거리와 자율주행차량의 현재 위치에 기초하여 장애물의 위치를 계산한다(S550).
이때 자율주행차량의 장애물 회피 시스템은 유효궤적의 설정과 별도의 프로세스로 자율주행차량의 전방에 위치한 장애물을 감지할 수도 있으나, 자율주행차량의 주행상태가 확인되면 유효궤적을 설정하고 설정된 유효궤적 내의 장애물만 감지할 수도 있다.
유효궤적이 설정되고 감지된 장애물의 위치가 계산되면 장애물의 위치가 유효궤적 내에 포함되는지 여부를 확인한다(S560).
감지된 장애물의 위치가 설정된 유효궤적에 포함되지 않으면 기존의 주행경로를 유지하며 자율주행차량의 주행을 제어한다(S590). 반면에, 감지된 장애물의 위치가 설정된 유효궤적에 포함되면 감지된 장애물을 회피할 수 있는 주행경로를 생성한다(S570). 예컨대, 감지된 장애물의 위치로부터 자율주행차량의 크기만큼 떨어진 지점을 회피 목표지점으로 설정하고, 설정된 이 회피 목표지점을 통과할 수 있는 주행경로를 생성한다.
새로운 주행경로가 생성되면 생성된 주행경로를 추종하기 위한 목표 요레이트 및 조향각을 산출하고(S580), 산출된 목표 요레이트 및 조향각에 따라 자율주행차량의 주행을 제어한다.
따라서 본 발명에 따르면 자율주행차량의 속도에 따라 가변하는 유효궤적을 통해 종래의 방식에 비하여 계산량을 감소시키며 자율주행차량이 장애물을 회피할 수 있도록 하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법을 제공한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 자율주행차량의 장애물 회피 시스템, 200: 원경로, 210: 회전가능범위, 300: 유효궤적, 310: 회피 목표지점, 400: 장애물

Claims (12)

  1. 자율주행차량(이하, '차량')이 주행함에 따라 통과할 것으로 예상되는 지점들을 포함하는 원경로를 생성하고, 차량의 회전가능범위를 산출하고, 상기 원경로와 상기 회전가능범위가 중첩되는 영역을 차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로서 생성하는 유효궤적생성부; 및
    차량의 전방에 있는 장애물의 위치가 상기 유효궤적 내에 포함되는지 판단하여, 포함되면 상기 유효궤적 내에서 차량이 상기 장애물을 회피할 수 있는 목표지점을 설정하고 이 목표지점으로 차량의 주행경로를 조정하는 주행경로제어부를 포함하되,
    상기 유효궤적생성부가 생성하는 원경로는 차량을 중심으로 하며 차량의 속도에 비례하는 반경을 갖는 원을 포함하고,
    상기 원의 반경은 차량의 속도가 주행속도 하한값 이하이면 반경 하한값으로 유지되고, 차량의 속도가 주행속도 하한값과 주행속도 상한값 사이이면 차량의 속도에 따라 증가되고, 차량의 속도가 주행속도 상한값 이상이면 반경 상한값으로 유지되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유효궤적생성부가 산출하는 회전가능범위는
    차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 주행경로제어부가 상기 목표지점을 설정할 때에
    상기 유효궤적과 장애물의 위치를 비교하여, 유효궤적과 장애물의 교점을 산출하고, 산출된 교점으로부터 차량의 크기만큼 떨어진 유효궤적 범위 내 지점을 목표지점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장애물을 감지하고 장애물까지의 거리를 측정하여, 이 측정된 거리 및 차량의 현재 위치를 이용하여 장애물의 위치를 계산하는 장애물감지부를 추가로 포함하는 자율주행차량의 장애물 회피 시스템.
  7. 자율주행차량(이하, '차량')이 주행함에 따라 통과할 것으로 예상되는 지점들을 포함하는 원경로를 생성하고, 차량의 회전가능범위를 산출하고, 상기 원경로와 상기 회전가능범위가 중첩되는 영역을 차량이 통과할 것으로 예상되는 유효궤적으로서 생성하는 유효궤적생성 단계; 및
    차량의 전방에 있는 장애물의 위치가 상기 유효궤적 내에 포함되는지 판단하여, 포함되면 상기 유효궤적 내에서 차량이 상기 장애물을 회피할 수 있는 목표지점을 설정하고 이 목표지점으로 차량의 주행경로를 조정하는 주행경로제어 단계를 포함하되,
    상기 유효궤적생성 단계에서 생성되는 원경로는 차량을 중심으로 하며 차량의 속도에 비례하는 반경을 갖는 원을 포함하고,
    상기 원의 반경은 차량의 속도가 주행속도 하한값 이하이면 반경 하한값으로 유지되고, 차량의 속도가 주행속도 하한값과 주행속도 상한값 사이이면 차량의 속도에 따라 증가되고, 차량의 속도가 주행속도 상한값 이상이면 반경 상한값으로 유지되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 유효궤적생성 단계에서 산출되는 회전가능범위는
    차량의 조향각, 횡가속도, 및 요레이트에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 상기 주행경로제어 단계는 상기 목표지점을 설정할 때에
    상기 유효궤적과 장애물의 위치를 비교하여, 유효궤적과 장애물의 교점을 산출하고, 산출된 교점으로부터 차량의 크기만큼 떨어진 유효궤적 범위 내 지점을 목표지점으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 장애물을 감지하고 장애물까지의 거리를 측정하여, 이 측정된 거리 및 차량의 현재 위치를 이용하여 장애물의 위치를 계산하는 장애물감지 단계를 추가로 포함하는 자율주행차량의 장애물 회피 방법.
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