KR102509622B1 - Approximate clothoid-based local route generation method and apparatus to ensure stability of automatic parking system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동주차 시스템 안정성을 보장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하고, 카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하고, 상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하고, 상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어하도록, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치가 제공된다. The present invention discloses a method and apparatus for generating a local path based on an approximate clothoid that guarantees stability of an automatic parking system. According to the present invention, a processor; and a memory connected to the processor, wherein the memory sets a stability parameter of an automatic parking system, sets a parking completion point on a parking space coordinate system using a parking space image captured through a camera, and sets the set stability Generate an approximate clothoid-based local path from the initial pose of the vehicle to the parking completion point using parameters and a preset vehicle dynamics model, and control the vehicle in the longitudinal and lateral directions according to the generated local path , An approximate clausoid-based local path generating device storing program instructions executable by the processor is provided.
Description
본 발명은 자동주차 시스템 안정성을 보장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for generating a local path based on an approximate clothoid that guarantees stability of an automatic parking system.
차량의 운행 시 운전자의 부주의나 시계의 불량, 후방 차량의 전방 주시 의무 위반 등으로 교통사고가 빈번하게 발생하고 있다. Traffic accidents frequently occur due to the driver's negligence, poor visibility, or violation of the obligation to look forward by a vehicle behind the vehicle while driving.
이를 방지하기 위해 최근 차량에 지능형 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)이 장착되고 있다. To prevent this, advanced driver assistance systems (ADAS) are being installed in recent vehicles.
지능형 운전자 보조 시스템은 첨단 감지 센서와 GPS, 통신, 지능형 영상 장비 등을 이용하여 주행 중 일부 상황을 차량 스스로 인지하여 상황을 판단, 자동차를 제어하거나 운전자가 미리 위험요소를 감지할 수 있도록 소리, 불빛, 진동 등으로 알려주는 운전자 보조 시스템이다.The intelligent driver assistance system uses state-of-the-art detection sensors, GPS, communication, and intelligent video equipment to recognize some situations while driving, determine the situation, control the vehicle, or enable the driver to detect risk factors in advance by using sound and light. It is a driver assistance system that informs by vibration, etc.
운전자 보조 시스템 중 주차보조 시스템(SPAS, Smart Parking Assistant System)은 차량의 주차 시에 운전자에게 편의를 제공하면서 주차가 미숙한 운전자에게 주차공간 이탈에 의한 접촉 사고를 미연에 방지한다. Among driver assistance systems, a parking assistance system (SPAS, Smart Parking Assistant System) provides convenience to a driver when parking a vehicle and prevents a driver who is inexperienced in parking from a contact accident caused by leaving a parking space.
근래에는 차량의 주변에 설치된 카메라 및 센서를 이용하여 자율주차를 지원해주는 서비스까지 제공되고 있다. Recently, a service for supporting autonomous parking using cameras and sensors installed around the vehicle is being provided.
종래의 주차보조 시스템(SPAS)은 감지 거리와 방향이 제한적인 초음파 등 센서를 이용하여 장애물을 감지하여 주차가 가능한 공간의 일부를 찾고 운전자가 해당 주차공간으로 주차를 원하면 주차공간에 차량이 진입할 수 있도록 원호와 직선의 조합으로 이루어진 주차 경로를 생성하고 주차 경로로부터 조향을 직접 구하여 차량의 조향각을 제어한다. Conventional parking assist systems (SPAS) detect obstacles using sensors such as ultrasonic waves, which have limited sensing distance and direction, find a part of a parking space, and when a driver wants to park in a parking space, the vehicle enters the parking space. A parking path consisting of a combination of circular arcs and straight lines is created and the steering angle is directly obtained from the parking path to control the steering angle of the vehicle.
클로소이드 곡선은 연속적이고 점차적으로 변화하는 곡률 변화율을 가지는 곡선을 의미하며 차량의 원활한 주행을 위해 일반적으로 도로 건설에 적용된다. The closoid curve means a curve having a curvature change rate that continuously and gradually changes, and is generally applied to road construction for smooth driving of vehicles.
주차 경로 생성에 클로소이드 곡선을 적용하면 불연속적인 곡률없이 부드러운 조향과 차량의 움직임을 얻을 수 있어 운전자에게 매우 편안한 주차 제어가 가능하다.Applying the closoid curve to the parking path generation enables smooth steering and vehicle movement without discontinuous curvature, enabling very comfortable parking control for the driver.
그러나 클로소이드 곡선에 따른 경로는 많은 계산 오버헤드가 발생하는 문제점이 있다. However, the path according to the Closoid curve has a problem in that a lot of computational overhead occurs.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 클로소이드 기반 로컬 경로를 간단하지만 안정성을 보장할 수 있는 자동주차 시스템 안정도를 보장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법 및 장치를 제안하고자 한다. In order to solve the above problems of the prior art, the present invention proposes a method and apparatus for generating an approximate clothoid-based local path that guarantees the stability of an automatic parking system that can guarantee the stability of a clothoid-based local path although it is simple. do.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자동주차 시스템 안정성을 보장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하고, 카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하고, 상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하고, 상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어하도록, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, an approximate clothoid-based local path generating device for ensuring stability of an automatic parking system, comprising: a processor; and a memory connected to the processor, wherein the memory sets a stability parameter of an automatic parking system, sets a parking completion point on a parking space coordinate system using a parking space image captured through a camera, and sets the set stability Generate an approximate clothoid-based local path from the initial pose of the vehicle to the parking completion point using parameters and a preset vehicle dynamics model, and control the vehicle in the longitudinal and lateral directions according to the generated local path , An approximate clausoid-based local path generating device storing program instructions executable by the processor is provided.
상기 안정도 파라미터는 상기 차량의 종방향 제어 파라미터 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기를 이용하여 정의될 수 있다. The stability parameter may be defined using a longitudinal control parameter of the vehicle and a sampling period of the vehicle dynamics model.
상기 종방향 제어 파라미터는 상기 차량의 종방향 속도 및 특정 샘플링 타임에서 차량의 종방향 이동 거리를 이용하여 정의될 수 있다. The longitudinal control parameter may be defined using the longitudinal speed of the vehicle and the longitudinal movement distance of the vehicle at a specific sampling time.
상기 차량의 횡방향 제어를 위한 조향 각도는 상기 근사 클로소이드 기반 로컬 경로의 곡률과 상기 차량의 휠베이스를 이용하여 정의될 수 있다. A steering angle for lateral control of the vehicle may be defined using the curvature of the approximate clothoid-based local path and the wheelbase of the vehicle.
상기 근사 클로소이드 기반 로컬 경로는 아래의 수학식으로 정의되며, The approximate clothoid-based local path is defined by the following equation,
[수학식][mathematical expression]
여기서, x는 상기 주차공간 좌표계의 차량의 종방향 좌표이고, 상기 c2 및 c3는 시변 계수로서 다음의 수학식으로 정의되고, Here, x is the longitudinal coordinate of the vehicle in the parking space coordinate system, and c 2 and c 3 are time-varying coefficients defined by the following equation,
[수학식][mathematical expression]
여기서, k는 샘플링 타임, y는 상기 주차공간 좌표계의 차량의 횡방향 좌표이고, 는 상기 차량이 종방향과 이루는 각도이다. Here, k is the sampling time, y is the lateral coordinate of the vehicle in the parking space coordinate system, Is the angle the vehicle makes with the longitudinal direction.
상기 차량 동역학 모델은 아래의 폐루프 시스템으로 정의되는 The vehicle dynamics model is defined as a closed-loop system below
[수학식][mathematical expression]
여기서, 이고, here, ego,
상기 안정도 파라미터(p)가 상기 샘플링 주기(Ts) 및 상기 종방향 제어 파라미터()의 곱인 정의됨에 따라 The stability parameter (p) is the sampling period (T s ) and the longitudinal control parameter ( ) as defined
이며, is,
Vx는 상기 차량의 종방향 속도, 는 상기 차량의 종방향과 이루는 각도에 대한 상태 의존 파라미터이다. V x is the longitudinal speed of the vehicle, Is a state-dependent parameter for an angle formed with the longitudinal direction of the vehicle.
상기 폐루프 시스템의 평형점이 인 경우 상기 수학식 3의 지수적인 안정성을 만족하도록 하는 가 존재하며, 상기 는 의 고유방정식 및 고유값에서, 상기 고유값이 복소수인 경우와 실수인 경우에 대해 다르게 결정될 수 있다. The equilibrium point of the closed loop system is In the case of
상기 는 상기 고유값이 복소수인 경우에 결정되는 와 상기 고유값이 실수인 경우에 결정되는 의 최소값으로 결정될 수 있다. remind Is determined when the eigenvalue is a complex number And determined when the eigenvalue is a real number can be determined as the minimum value of
본 발명의 다른 측면에 따르면, 프로세서 및 메모리를 포함하는 장치에서 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법으로서, 자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하는 단계; 카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하는 단계; 상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어하는 단계를 포함하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a method for generating an approximate clothoid-based local path in a device including a processor and a memory, comprising: setting a stability parameter of an automatic parking system; setting a parking completion point on a parking space coordinate system using a parking space image captured by a camera; generating an approximate clothoid-based local path from an initial pose of the vehicle to the parking completion point using the set stability parameter and a preset vehicle dynamics model; and controlling the longitudinal and lateral directions of the vehicle according to the generated local path.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a computer readable program for performing the method described above is provided.
본 발명에 따르면, 안정도 파라미터의 설정을 통해 간단하면서도 안정성을 보장할 수 있는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage in that an approximate clothoid-based local path that can guarantee stability while being simple through setting stability parameters can be created.
도 1은 차량의 후륜축 중심의 주차 좌표 {xy} 및 비홀로노믹(nonholonomic) 모델을 도시한 도면이다.
도 2는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획을 이용하여 후진 주차에서의 가상 토잉(towing) 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 실시예에 따른 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획과 분산 제어 알고리즘을 제시한다.
도 4는 본 실시예에 따른 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating parking coordinates {xy} centered on a rear wheel axis of a vehicle and a nonholonomic model.
Figure 2 illustrates a method of virtual towing in reverse parking using approximate clothoid-based local path planning.
3 presents an approximate clothoid-based local path planning and distributed control algorithm according to this embodiment.
4 is a diagram illustrating an approximate clothoid-based local path generating apparatus according to the present embodiment.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
장애물을 피하면서 시작 지점에서 목표 지점까지 궤적을 찾는 경로 계획은 자동주차 시스템의 핵심 요소이다. Path planning, which finds a trajectory from a starting point to a target point while avoiding obstacles, is a key element of an automated parking system.
경로 계획은 글로벌 경로 계획과 로컬 경로 계획의 두 가지로 나눌 수 있다. Path planning can be divided into global path planning and local path planning.
글로벌 경로 계획은 확률적 로드맵 등을 이용하며, 로컬 경로 계획 알고리즘은 피드백 컨트롤러에 대한 경로 추적 또는 궤도 추적과 같은 작업이 할당된다. Global path planning uses probabilistic roadmaps, etc., and local path planning algorithms are assigned tasks such as path tracking or trajectory tracking to the feedback controller.
일반적으로 자동주차 시스템에서 사용되는 경로 계획에는 원-원(circle-to-circle), 원-선-원(circle-line-circle) 및 클로소이드가 있다. Path plans commonly used in automatic parking systems include circle-to-circle, circle-line-circle, and clothoid.
원-원 및 원-선-원은 로컬 경로 계획에서 필연적으로 경로 곡률의 불연속 부분을 생성하며, 이는 인간의 접근 방식과는 차이가 있다. Circle-circle and circle-line-circle inevitably create a discontinuous portion of path curvature in local path planning, which differs from the human approach.
이에, 근래에 클로소이드 기반 경로 계획 알고리즘이 주목을 받고 있다. 그러나, 클로소이드 기반 경로 계획 알고리즘은 Fresnel 적분 계산으로 인해 많은 계산량이 필요하다. Accordingly, a clothoid-based path planning algorithm has recently been attracting attention. However, the closoid-based path planning algorithm requires a large amount of computation due to Fresnel integral calculation.
일반적으로 자동차 산업이 가격에 민감한 점을 고려하면 제한적인 저가형 ECU에서의 계산 성능을 고려해야만 한다. Considering that the automotive industry is generally price-sensitive, the computational performance of limited low-end ECUs must be considered.
최근 계산 시간을 줄이기 위한 다양한 방법이 연구되었지만 상용 ECU에서 반복적인 로컬 경로 계획은 적합하지 않다. Recently, various methods to reduce the computation time have been studied, but iterative local path planning in commercial ECUs is not suitable.
이에, 본 발명은 불연속성 및 높은 계산 부하 문제를 해결하기 위해 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획을 제안하며, 간단하면서도 효과적인 분산형 종방향 및 횡방향 제어 알고리즘을 제안한다. Accordingly, the present invention proposes an approximate clothoid-based local path planning to solve the problem of discontinuity and high computational load, and proposes a simple and effective distributed longitudinal and transverse control algorithm.
본 실시예에 따른 자동주차 시스템의 폐루프 시스템이 이산 선형 시변 시스템(discrete linear time-varying system)으로 표현됨을 보여준다. It is shown that the closed-loop system of the automatic parking system according to the present embodiment is expressed as a discrete linear time-varying system.
또한, 본 실시예에 따른 시스템의 안정성은 초기 포즈와 종방향 속도 제어가 주어진 조건을 만족하는 경우, Lyapunov 안정성 정리를 사용하여 증명된다. In addition, the stability of the system according to the present embodiment is verified using the Lyapunov stability theorem when the initial pose and longitudinal velocity control satisfy given conditions.
이하에서는 주차 좌표에서의 차량 운동학 모델(kinematic model)과 자동주차 시스템에 대한 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 모델을 설명한다. Hereinafter, a vehicle kinematic model at parking coordinates and an approximate clothoid-based local path model for an automatic parking system will be described.
도 1은 차량의 후륜축 중심의 주차 좌표 {xy} 및 비홀로노믹(nonholonomic) 모델을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating parking coordinates {xy} centered on a rear wheel axis of a vehicle and a nonholonomic model.
를 주차 좌표에서 후륜축 중심(Center of Rear Axle, CRA)의 차량 위치 벡터로 정의한다. is defined as the vehicle position vector of the Center of Rear Axle (CRA) in parking coordinates.
차량의 포즈 는 CRA에서 차량의 방향(orientation) (차량의 종방향과 이루는 각도)를 가지고 다음과 같이 정의된다. vehicle pose is the orientation of the vehicle in the CRA It is defined as follows with (the angle formed with the longitudinal direction of the vehicle).
본 실시예에서는 Ackerman turning geometry 및 기존의 차량 운동학 모델을 고려하여 수학식 1의 각 변수를 다음과 같이 표현한다. In this embodiment, each variable of
여기서, , 및 은 각각 CRA에서 종방향 속도, 전륜 조향각 및 휠베이스이다. here, , and are the longitudinal speed, front wheel steering angle and wheelbase at CRA, respectively.
차량 운동학 모델은 주차보조 시스템과 같이 제한된 저속 주행 조건의 모션 제어에 효과적이다. The vehicle kinematics model is effective for motion control in limited low-speed driving conditions such as parking assistance systems.
본 실시예에서는 다음과 같이 샘플링 주기가 Ts인 1차 오일러 방법을 사용하는 이산 시간 시스템을 사용한다. In this embodiment, a discrete-time system using a first-order Euler method with a sampling period of T s is used as follows.
수학식 3의 종방향 모션 모델(3a)과 횡방향 모션 모델(3b)을 위한 분산 제어가 이하에서 설명될 것이다. Distributed control for the longitudinal motion model 3a and the transverse motion model 3b of
여기서, 가정 1은 다음과 같다. Here,
가정 1: 주차를 위한 차량의 방향의 범위는 이다. Assumption 1: The range of direction of the vehicle for parking is am.
가정 1에 따른 방향 범위는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획의 자동주차 시스템에 충분하다. The directional range according to
이하에서 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 모델을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the approximate clothoid-based local path model will be described in detail.
본 실시예에서는 효율적이고 낮은 계산 복잡도를 갖는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성한다. In this embodiment, an approximate clothoid based local path is generated which is efficient and has low computational complexity.
도로의 호의 길이 s가 주어지면 도로가 다음과 같은 곡률로 설계된 것으로 가정한다. Given the arc length s of a road, it is assumed that the road is designed with the following curvature.
여기서, c2와 c3는 각각 s=0에서의 도로 곡률과 그 변화율을 나타낸다. Here, c 2 and c 3 denote the road curvature and its change rate at s=0, respectively.
작은 곡률의 경우 호 길이 s는 종방향 거리 x로 근사할 수 있다. For small curvatures, the arc length s can be approximated by the longitudinal distance x.
수학식 4를 두 번 적분하면 근사 클로소이드 3차 다항식 곡선 모델이 된다. Integrating
여기서, c0와 c1는 주차 좌표에서 측면 오프셋과 요 각도 오프셋을 나타낸다. Here, c 0 and c 1 represent the lateral offset and yaw angle offset in the parking coordinates.
주차의 목표는 c0와 c1이 0으로 설정되도록 차량을 주차좌표계 원점(주차완료점)으로 이동시키는 것이며, 따라서, 다음 모델을 사용한다. The goal of parking is to move the vehicle to the parking coordinate system origin (parking completion point) so that c 0 and c 1 are set to 0. Therefore, the following model is used.
로컬 경로 계획에서, 수학식 5와 같은 도로 모델은 고속도로 주행 차량에 널리 적용되나, 이러한 도로 모델을 자동주차 시스템에 적용하기 위해 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획을 제안한다. In local path planning, a road model such as
이하에서는 자동주차에서 차량 동작 제어에 대해 상세하게 설명한다. Hereinafter, vehicle operation control in automatic parking will be described in detail.
로컬 경로 계획을 생성함에 있어 장애물이 없다고 가정하며, 상위 제어 레벨에서 장애물 회피 문제를 해결하고, 하위 제어 레벨에서 일련의 모션 목표를 제공하는 계층 구조를 가지는 것을 고려한다. Consider having a hierarchical structure that assumes no obstacles in creating local path plans, solves obstacle avoidance problems at higher control levels, and provides a set of motion targets at lower control levels.
장애물이 없는 공간이 주어지면 매 샘플링 주기마다 주차완료점으로 가기 위한 로컬 경로를 탐색한다. Given a space without obstacles, a local path to the parking completion point is searched every sampling period.
그런 다음 종방향 및 횡방향 이동의 분산 제어를 수행한다. It then performs distributed control of longitudinal and transverse movements.
이하에서, 는 벡터들의 유클리디언 norm을 나타낸다. 수식을 간단하게 하기 위해 벡터 의 2-norm을 로 정의하고, 행렬 의 유도된 norm을 으로 정의한다. Below, denotes the Euclidean norm of the vectors. vector to simplify the formula 2-norm of is defined as, and the matrix the derived norm of Defined by
이하, 종방향 제어 과정을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the vertical direction control process will be described in detail.
종방향 제어의 목적은 주차 좌표에서 차량을 주차좌표계의 주차완료점 (0,0)으로 이동시키는 것이다. The purpose of longitudinal control is to move the vehicle from the parking coordinates to the parking completion point (0,0) of the parking coordinate system.
를 미리 설정된 차량의 종방향 속도로 할 때, 다음과 같이 정의한다. Assuming that is the preset longitudinal speed of the vehicle, it is defined as follows.
여기서, 이다. here, am.
여기서, 다음을 가정한다. Here, we assume the following.
가정 2: 차량의 종방향 속도 는 원하는 속도 , 즉 를 완벽하게 추적한다. 주차 중에는 차량 속도가 낮고 동력 전달 장치의 동역학은 주차 시스템보다 상대적으로 빠르다. 따라서 폐루프 시스템은 다음과 같은 형식으로 정의된다. Assumption 2: Longitudinal speed of vehicle is the desired speed , in other words tracks perfectly. During parking, the vehicle speed is low and the dynamics of the power train are relatively faster than the parking system. Therefore, the closed-loop system is defined in the form
여기서, 이다. here, am.
정리 1: 를 고정된 에서 에 대한 천이(transition)이라 가정한다. 선형 상태 방정식인 수학식 8은 다음과 같은 유한 양의 상수 가 존재하는 경우에만 지수적으로 균일하게 안정하다. Theorem 1: fixed at It is assumed to be a transition for
모든 k, j에 대해 이다. for all k, j am.
정리 1에서 주어진 결과를 이용하여 시변 시스템의 안정성을 보여줄 수 있다. Using the result given in
제안 1(Propostion 1): 종방향 운동학 모델 (수학식 3의 a)을 고려하면, 가정 1을 충족하는 차량의 초기 방향을 가진 모든 초기 x에 대해 폐루프 시스템인 수학식 8의 평형점(equilbrium point)은 균일하게 지수적으로 안정적이다.Proposal 1: Considering the longitudinal kinematics model (a in Equation 3), the equilibrium point point) is uniformly exponentially stable.
증명: 은 가정 1에 의해 의 범위로 제한된다. proof: by
는 모든 설계된 와 함께 상수 에 의해 로 제한된다. is all designed constant with by is limited to
초기 시간 및 모든 시간 단계 에서 이 되도록 보장된다. initial time and all time steps at so that guaranteed
따라서 수학식 8은 주어진 정리 1에 의해 지수적으로 균일하게 안정적이다.
이하에서는 횡방향 제어 과정을 설명한다. Hereinafter, the lateral direction control process will be described.
일정한 속도를 가정한 정상 상태에서 차량은 원운동(반경 R)을 하는 것으로 알려져 있다. It is known that in a steady state assuming a constant speed, a vehicle makes a circular motion (radius R).
여기서 R은 도 1의 CRA에서 차량의 종방향 축에 접하는 원하는 원의 반경이다. where R is the radius of the desired circle tangent to the longitudinal axis of the vehicle in the CRA of FIG. 1 .
모델 불확실성이 없다고 가정하면 수학식 10으로부터 원하는 조향 각도는 다음과 같이 표현된다. Assuming that there is no model uncertainty, the desired steering angle from
여기서 원하는 경로에 관한 수학식 4에서 클로소이드 기반 로컬 경로 곡률 를 사용한다. Closoid-based local path curvature in
다음으로, 수학식 6의 미분으로부터 다음과 같이 근사화된다.Next, from the derivative of
수학식 12로부터 시변 계수(time-varying coefficient) 와 는 다음과 같이 얻어진다. Time-varying coefficient from
여기서, 이다. here, am.
는 에 대해 역(invertible)으로 될 수 있다. Is can be invertible for
수학식 13으로부터 , 는 다음과 같이 얻어진다. from
상기한 수학식을 이용하여 수학식 3b로 치환하면 다음과 같은 횡방향 동역학 모델을 얻을 수 있다. By substituting the above equation into Equation 3b, the following transverse dynamics model can be obtained.
선형 시변 시스템인 수학식 15의 폐루프 시스템을 분석하기 위해 의 함수를 아래와 같이 상태 의존 파라미터를 통해 정의한다. In order to analyze the closed-loop system of
가정 1로부터, 다음의 내용이 존재한다는 것을 쉽게 알 수 있다.From
수학식 15의 폐루프 시스템은 다음의 형태로 표현된다. The closed loop system of
여기서, 이다. here, am.
폐루프 시스템의 시스템 행렬 은 종방향 속도 , 종방향 위치 및 의 함수가 된다. System matrix of closed-loop system is the longitudinal speed , longitudinal position and becomes a function of
만일 가정 2가 만족된다면, 가 된다. If
그러면 수학식 7을 수학식 16에 대입하면, 다음을 얻을 수 있다. Then, substituting
여기서, 표기의 단순성을 위해 로 표현한다. Here, for the sake of simplicity of notation express it as
정리 2: 선형 상태 방정식인 수학식 16에서, 모든 k, 및 모든 모든 샘플링에서의 고유치(pointwise eigenvalue) 에 대해 를 만족하는 상수 및 가 존재한다고 가정한다. Theorem 2: In
그러면 모든 k에 대해 경우 수학식 16이 균일하게 지수적으로 안정한 양의 상수 가 존재한다. Then for all k If
로 주어진 경우, If given as
로 정의한다. is defined as
그러면 정리 2에서 주어진 결과를 이용하여 수학식 17의 폐루프 시스템은 지수적으로 안정하다는 것을 확인할 수 있다. Then, using the result given in
Proposition 2: 초기 상태 가 가정 1을 만족하는 것으로 가정한다. Proposition 2: Initial State It is assumed that
또한, 종방향 속도는 가정 2를 만족하도록 조정된다. Also, the longitudinal speed is adjusted to satisfy
그러면 폐루프 시스템 수학식 17의 평형점이 에 대해 지수적으로 안정하도록 하는 가 존재한다. Then the equilibrium point of the closed-
증명: 이하에서는 각 k의 의 pointwize eigenvalue(점별 고유값)을 조사하여 항상 를 보장하는 조건이 있음을 설명할 것이다. Proof: In the following, for each k always by examining the pointwize eigenvalues of It will be explained that there are conditions that guarantee
다음과 같이 주어지는 의 고유방정식을 얻을 수 있다. given as can obtain the eigen equation of
이의 고유값은 다음과 같다. Its eigenvalue is:
(i) 가 복소수(complex conjugate)인 경우, (i) If is a complex conjugate,
즉, 인 경우, in other words, If
상기한 수학식으로부터 모든 에 대해 를 보장하는 가 존재한다. From the above equation, all About to guarantee exists.
(ii) 가 실수인 경우, (ii) is a real number,
즉, 인 경우, in other words, If
로부터 에 대해 를 보장하는 가 존재한다. from About to guarantee exists.
상기한 (i) 및 (ii)로부터 에 대해 를 보장하는 From (i) and (ii) above About to guarantee
가 존재하는 것이 명백하다. It is clear that there exists
이하에서는, 모든 k에 대해 인 양의 상수 및 가 존재하는 것을 설명한다. In the following, for all k positive constant and explains the existence of
초기값 가 주어진 경우,initial value is given,
인 및 를 선택한다. person and Choose
수학식 17로부터 from
가 다음과 같이 되는 것을 알 수 있다. It can be seen that the following
여기서, 이다. here, am.
여기서, 및 는 및 에 의해 경계가 지정된다. here, and Is and bounded by
및 는 가정 1에 의해 경계가 지정된다. and is bounded by
따라서 수학식 17 및 21의 각 norm은 각각 및 으로 경계가 지정되고, 아래의 수학식들이 항상 존재한다는 것이 분명해진다. Therefore, each norm of
따라서, 에서 모든 에 대해 설계된 를 갖는 가 존재한다는 것을 알 수 있다. thus, all from designed for having can be known to exist.
또한 수학식 22 및 23에서 와 가 존재하는 것도 알 수 있다. Also in Equations 22 and 23 and It can also be seen that there exists
따라서 폐루프 시스템 수학식 17의 평형점 는 정리 2에 주어진 것처럼 지수적으로 안정적이다. Therefore, the equilibrium point of the closed-
이하에서는 작은 x가 특이점(singularity)를 유발하는 문제를 해결하기 위한 가상 견인(towing) 방법을 설명한다. Hereinafter, a virtual towing method for solving the problem that a small x causes a singularity will be described.
도 2는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획을 이용하여 후진 주차에서의 가상 토잉(towing) 방법을 도시한 것이다. Figure 2 illustrates a method of virtual towing in reverse parking using approximate clothoid-based local path planning.
도 2a를 참조하면, 차량이 초기 차량 포즈에 배치된다. 가상 토잉 거리는 차량에서 초기 가상 토잉 지점까지의 길이 방향의 거리이다. Referring to FIG. 2A , a vehicle is placed in an initial vehicle pose. The virtual towing distance is the longitudinal distance from the vehicle to the initial virtual towing point.
도 2b와 같이 차량이 주차장 입구 근처에 진입하며, 가상 토잉 거리가 감소한다. As shown in FIG. 2B, the vehicle enters near the parking lot entrance and the virtual towing distance decreases.
도 2c와 같이 차량이 가상 토잉 거리를 유지하면서 주차공간으로 이동한다. As shown in FIG. 2C, the vehicle moves to the parking space while maintaining a virtual towing distance.
도 2d와 같이 차량의 주차 장소에 도착한다. 이때 가상 토잉 거리는 최종 토잉 경계 거리를 유지한다. As shown in Fig. 2d, it arrives at the parking place of the vehicle. At this time, the virtual towing distance maintains the final towing boundary distance.
따라서, 상태 , 횡방향 위치 및 방향은 가상 토잉 거리를 이용하여 주차 지점으로 수렴할 수 있다. Thus, state , the lateral position and orientation can converge to the parking point using the virtual towing distance.
차량에서 가상 토잉 지점까지의 가상 토잉 거리 를 고려하고, 가상 초기 토잉 거리 를 선택한다. Virtual towing distance from vehicle to virtual towing point Considering , the virtual initial towing distance Choose
또한, 토잉 계수 를 이용하여 부드러운 조향 변환을 위해 를 만족하는 초기 및 최종 토잉 경계 거리, 즉 및 를 고려한다. Also, towing coefficient For a smooth steering transition using The initial and final towing boundary distances satisfying , i.e. and Consider
다음은 가상 토잉 거리를 도 3의 알고리즘 1로 사용하는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 계획과 분산 제어 알고리즘을 제시한다. Next, an approximate clothoid-based local path planning and distributed control algorithm using the virtual towing distance as
도 4는 본 실시예에 따른 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an approximate clothoid-based local path generating apparatus according to the present embodiment.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 장치는 프로세서(400) 및 메모리(402)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the device according to this embodiment may include a
프로세서(400)는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다. The
메모리(402)는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 컴팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리(402)는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.
이와 같은 메모리(402)에는 프로세서(400)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다.
본 실시예에 따른 프로그램 명령어들은 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된다. Program instructions executable by the
Program instructions according to this embodiment are stored in a computer readable recording medium.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로그램 명령어들은, 자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하고, 카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하고, 상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하고, 상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어한다. Program instructions according to an embodiment of the present invention set the stability parameter of the automatic parking system, set the parking completion point on the parking space coordinate system using the parking space image captured through the camera, and set the stability parameter and preset An approximate clothoid-based local path from the initial pose of the vehicle to the parking completion point is generated using the set vehicle dynamics model, and the vehicle is controlled in the longitudinal and lateral directions according to the generated local path.
상기 안정도 파라미터(p)는 상기 차량의 종방향 제어 파라미터() 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기(Ts)의 곱인 정의될 수 있다. The stability parameter p is a longitudinal control parameter of the vehicle ( ) And the product of the sampling period (T s ) of the vehicle dynamics model can be defined
또한, 상기 종방향 제어 파라미터는 상기 차량의 종방향 속도 및 특정 샘플링 타임에서 차량의 종방향 이동 거리를 이용하여 정의될 수 있다. In addition, the longitudinal control parameter may be defined using the longitudinal speed of the vehicle and the longitudinal movement distance of the vehicle at a specific sampling time.
그리고, 상기 차량의 횡방향 제어를 위한 조향 각도는 상기 근사 클로소이드 기반 로컬 경로의 곡률과 상기 차량의 휠베이스를 이용하여 정의될 수 있다.In addition, a steering angle for lateral direction control of the vehicle may be defined using the curvature of the approximate clothoid-based local path and the wheelbase of the vehicle.
여기서, 근사 클로소이드 기반 로컬 경로는 상기한 수학식 6과 같이 정의되며, c2 및 c3는 시변 계수로서 수학식 14와 같이 정의된다. Here, the approximate clothoid-based local path is defined as in
상기 차량 동역학 모델은 수학식 16과 같이 정의된다. The vehicle dynamics model is defined as
상기 수학식 16의 평형점이 인 경우 지수적인 안정성을 만족하도록 하는 가 존재하며, 상기 는 의 고유방정식 및 고유값에서, 상기 고유값이 복소수인 경우와 실수인 경우에 대해 다르게 결정되고, 상기 는 상기 고유값이 복소수인 경우에 결정되는 와 상기 고유값이 실수인 경우에 결정되는 의 최소값으로 결정될 수 있다. The equilibrium point of
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes, and additions will be considered to fall within the scope of the following claims.
Claims (10)
프로세서; 및
상기 프로세서에 연결되는 메모리를 포함하되,
상기 메모리는,
자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하고,
카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하고,
상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하고,
상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어하도록,
상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하되,
상기 안정도 파라미터는 상기 차량의 종방향 제어 파라미터 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기를 이용하여 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치.As an approximate clothoid-based local path generation device that guarantees the stability of an automatic parking system,
processor; and
Including a memory coupled to the processor,
the memory,
Set the stability parameters of the automatic parking system,
Using the parking space image captured by the camera, a parking completion point is set on the parking space coordinate system,
generating an approximate clothoid-based local path from the initial pose of the vehicle to the parking completion point using the set stability parameter and a preset vehicle dynamics model;
To control the longitudinal and transverse directions of the vehicle according to the generated local path,
storing program instructions executable by the processor;
Wherein the stability parameter is defined using a longitudinal control parameter of the vehicle and a sampling period of the vehicle dynamics model.
상기 종방향 제어 파라미터는 상기 차량의 종방향 속도 및 특정 샘플링 타임에서 차량의 종방향 이동 거리를 이용하여 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치.According to claim 1,
The longitudinal control parameter is defined using the longitudinal speed of the vehicle and the longitudinal movement distance of the vehicle at a specific sampling time.
상기 차량의 횡방향 제어를 위한 조향 각도는 상기 근사 클로소이드 기반 로컬 경로의 곡률과 상기 차량의 휠베이스를 이용하여 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치.According to claim 1,
A steering angle for lateral control of the vehicle is defined using a curvature of the approximate clothoid-based local path and a wheelbase of the vehicle.
상기 근사 클로소이드 기반 로컬 경로는 아래의 수학식으로 정의되며,
[수학식]
여기서, x는 상기 주차공간 좌표계의 차량의 종방향 좌표이고, 상기 c2 및 c3는 시변 계수로서 다음의 수학식으로 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치.
[수학식]
여기서, k는 샘플링 타임, y는 상기 주차공간 좌표계의 차량의 횡방향 좌표이고, 는 상기 차량이 종방향과 이루는 각도임According to claim 1,
The approximate clothoid-based local path is defined by the following equation,
[mathematical expression]
Here, x is the longitudinal coordinate of the vehicle in the parking space coordinate system, and c 2 and c 3 are time-varying coefficients defined by the following equation.
[mathematical expression]
Here, k is the sampling time, y is the lateral coordinate of the vehicle in the parking space coordinate system, Is the angle the vehicle makes with the longitudinal direction
상기 차량 동역학 모델은 아래의 폐루프 시스템으로 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치.
[수학식]
여기서, 이고,
상기 안정도 파라미터(p)는 상기 차량의 종방향 제어 파라미터() 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기(Ts)의 곱인 정의됨에 따라
상기 차량의 종방향 제어 파라미터 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기
이며,
Vx는 상기 차량의 종방향 속도, 는 상기 차량의 종방향과 이루는 각도에 대한 상태 의존 파라미터임According to claim 1,
The vehicle dynamics model is an approximate clothoid-based local path generation device defined as the following closed-loop system.
[mathematical expression]
here, ego,
The stability parameter p is a longitudinal control parameter of the vehicle ( ) And the product of the sampling period (T s ) of the vehicle dynamics model as defined
Sampling period of the longitudinal control parameter of the vehicle and the vehicle dynamics model
is,
V x is the longitudinal speed of the vehicle, Is a state-dependent parameter for an angle formed with the longitudinal direction of the vehicle
상기 폐루프 시스템의 평형점이 인 경우 상기 수학식 3의 지수적인 안정성을 만족하도록 하는 가 존재하며,
상기 는 의 고유방정식 및 고유값에서, 상기 고유값이 복소수인 경우와 실수인 경우에 대해 다르게 결정되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치. According to claim 6,
The equilibrium point of the closed loop system is In the case of Equation 3 to satisfy the exponential stability exists,
remind Is In the eigenequation and eigenvalue of, the eigenvalue is determined differently for the case where the eigenvalue is a complex number and the case where it is a real number.
상기 는 상기 고유값이 복소수인 경우에 결정되는 와 상기 고유값이 실수인 경우에 결정되는 의 최소값으로 결정되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 장치. According to claim 7,
remind Is determined when the eigenvalue is a complex number And determined when the eigenvalue is a real number An approximate clothoid-based local path generator determined by the minimum value of
자동주차 시스템의 안정도 파라미터를 설정하는 단계;
카메라를 통해 촬영된 주차공간 영상을 이용하여 주차공간 좌표계 상에서 주차완료점을 설정하는 단계;
상기 설정된 안정도 파라미터 및 미리 설정된 차량 동역학 모델을 이용하여 차량의 초기 포즈에서 상기 주차완료점까지의 근사 클로소이드 기반 로컬 경로를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 로컬 경로에 따라 상기 차량의 종방향 및 횡방향으로 제어하는 단계를 포함하되,
상기 안정도 파라미터는 상기 차량의 종방향 제어 파라미터 및 상기 차량 동역학 모델의 샘플링 주기를 이용하여 정의되는 근사 클로소이드 기반 로컬 경로 생성 방법.As an approximate clothoid-based local path generation method in a device including a processor and a memory,
Setting stability parameters of the automatic parking system;
setting a parking completion point on a parking space coordinate system using a parking space image captured by a camera;
generating an approximate clothoid-based local path from an initial pose of the vehicle to the parking completion point using the set stability parameter and a preset vehicle dynamics model; and
Controlling the vehicle in longitudinal and lateral directions according to the generated local path,
Wherein the stability parameter is defined using a longitudinal control parameter of the vehicle and a sampling period of the vehicle dynamics model.
A program stored in a computer readable recording medium for performing the method according to claim 9.
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KR102144222B1 (en) * | 2019-05-24 | 2020-08-12 | 한양대학교 산학협력단 | Clothoid parking path generation method and apparatus using a towing point |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220071988A (en) | 2022-06-02 |
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