KR102594281B1 - 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

자율주행차의 운행설계영역을 고려하여 경로 계획을 수행함으로써 운행설계영역을 벗어나지 않거나 벗어남을 최소화하여 자율주행을 유지할 수 있는 경로 계획 및 생성 방법과 장치에 관한 발명이다. 경로 계획부에 운행설계영역(ODD), 출발지 및 목적지 정보, 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보, 지도 정보, 환경 정보, 및 교통량 정보가 입력된다. 경로 계획부는 ODD 중심의 최적 자율주행 경로 및/또는 운전자 중심의 일반 운행 경로를 생성한다. 상기 최적 자율주행 경로 중의 일부 구간이 ODD의 조건을 벗어나는 경우에 경로 계획부는 비ODD 구간정보를 출력한다. 또한 차량이 ODD를 벗어나 운행하는 것을 실시간으로 감지하여 ODD 내로 진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로를 추가로 제공할 수 있다.

Description

운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치 및 방법 {Apparatus and method for planning autonomous-driving path based on operational design domain}

본 발명의 기술분야는 자율주행 경로계획 및 제어권 전환에 관한 것이다.

현재, 네비게이션 시스템과 같은 차량 경로 계획 방법은 목적지에 도달하기 위해 지리적 정보와 교통 정보(예를 들어, 교통량)를 고려하여 편한 운전이 가능한 경로, 최적 연비 경로, 빠른 길 경로 등과 같은 후보 경로를 생성하여 제공한다.

후보 경로 생성은 지도의 지리 정보와 교통 정보를 활용하여 최단 시간, 편의성, 연비와 같은 목적에 맞게 설계된 비용 함수(Cost Function)를 통해 결정되며 생성된 후보 경로 중 운전자의 선호에 의해 하나의 경로가 결정된다.

사람이 운전하지 않는 자율주행차의 경우는 개발 수준에 따라 여섯 단계(SAE J3016 기준)로 구분되는데, 단계 3 또는 4 수준의 자율주행차에 대해서는 자율주행이 가능한 제한적인 주행 조건이 정의되어야 한다. 이는 차량 설계 및 개발시 결정되는 운행설계영역 ODD(Operational Design Domain)로 정의된다.

구체적으로, 단계 3, 4는 고해상도 지도, C-ITS(Cooperative Intelligent Transport Systems, 차량과 교통인프라 간 양방향 통신과 협업으로 급정거, 낙하물 등 주변의 교통상황을 실시간 공유하여 사고를 사전에 예방하는 교통 체계) 등의 인프라를 활용하여 주행환경, 운용방법을 설정, 제한하고 자율주행의 안정성이 확보된 운행설계영역(ODD, Operational Design Domain) 내에서 자율주행이 가능하다.

ODD의 구성 요소로는 크게 도로의 형태, 타입, 차선 등과 같은 조건을 포함하는 물리적인 인프라 요소와, 날씨, 노면 상태, 조도 등과 같은 환경적인 요소와, 스쿨존, 교차로 등의 공간적인 요소와, V2X와 같은 연결성 요소의 조합으로 구성될 수 있다.

현재 자율주행시스템은 주행 중 운행설계영역(ODD)을 벗어나게 되면 운전자에게로 제어권을 전환하거나 최소한의 안전 상태로 차량의 상태를 전환(차량 정지, 갓길 정차 등)하여 설계영역을 벗어난 위험 상황을 방지하기 위한 조치가 수행되어 자율주행을 지속하지 못하게 하고 있다. 이러한 관점에서 현재의 네비게이션과 같은 경로 계획을 기반으로 자율주행차의 경로 계획을 수행할 경우에는 운행설계영역을 고려하지 않기 때문에 지속적인 자율주행이 어렵다.

이에 본 발명자는 자율주행차의 운행설계영역을 고려하여 경로 계획을 수행함으로써 운행설계영역을 벗어나지 않거나 벗어남을 최소화하여 자율주행을 유지할 수 있는 경로 계획 및 생성 방법과 장치를 제안하고자 한다.

경로 계획부에 운행설계영역(ODD), 출발지 및 목적지 정보, 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보, 지도(맵) 정보, 환경 정보, 및 교통량 정보가 입력된다. 경로 계획부는 운행설계영역 중심의 최적 자율주행 경로 및/또는 운전자 중심의 일반 운행 경로를 생성한다.

상기 최적 자율주행 경로 중의 일부 구간이 운행설계영역의 조건을 벗어나는 경우에 경로 계획부(또는 다른 요소)는 비ODD 구간정보를 출력한다.

또한 차량이 운행설계영역을 벗어나 운행하는 것을 실시간으로 감지하여 운행설계영역 내로 진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로를 추가로 제공할 수 있다.

본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

현재 레벨 4 이하의 자율주행차는 운행 가능한 영역(조건)을 제한하여 자율주행을 수행하고 있다. 차량은 주행 중 스스로 상황을 판단하여 운행 가능 영역(조건)을 벗어났을 경우 위험을 방지하기 위한 안전 대책이 수행되는 형태로 운영되고 있다. 더욱이, 경로 계획 과정에서 운행설계영역(ODD)은 고려되지 않고 있으며 이로 인해 발생할 수 있는 운행설계영역의 이탈로 인한 자율주행 지속의 어려움이 있다.

본 발명은 이러한 어려움을 극복하기 위해 경로 계획 과정에서 운행설계영역(ODD)을 종합적으로 고려하여 자율주행을 지속할 수 있는 최적 경로를 계획함으로써 자율주행의 지속성을 유지하고 운행설계영역 이탈로 인한 잠재적인 위험을 방지할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치의 실시예 구성도
도 2는 도 1에 나타낸 실시예에서 변형된 실시예의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 간략한 경로 계획의 예시도이다.
도 4와 도 5는 경로 계획부(10)와 자율주행시스템(40)과의 연결 개념도
도 6은 본 발명에 따른 운행설계영역 기반 자율주행 경로 계획 방법의 일 실시예의 처리 순서도
도 7은 도 6에 나타낸 실시예에서 변형된 실시예의 처리 순서도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 이하 첨부된 도면과 함께 상세하게 기술된 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 기술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 실시예는 단지 본 발명을 완전하게 개시하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 기재 내용에 의해 정의되는 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 명세서에 사용된 'XX를 포함한다(comprise, comprising 등)'라는 용어는, XX로 언급된 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자(또는 부품) 이외의 다른 하나 이상의 요소, 단계, 동작, 및/또는 소자(또는 부품)의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 의미로 사용된 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 실시예의 설명에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치의 실시예 구성도이다.

차량으로부터 입력되는 정보와 지도 및 환경 정보가 경로 계획부에 입력되며 경로 계획부에서는 자율주행을 위한 최적 자율주행 경로와 일반 운전자를 위한 일반 운행 경로가 생성된다. 구체적으로 설명한다.

경로 계획부(10)에 차량으로부터 입력되는 정보는 운행설계영역(ODD)(13)과 현재 위치(출발지) 및 목적지 정보(14), 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보(15)(단, 레벨 4 자율주행은 운전자가 없을 수 있음)이다. 또한 경로 계획부(10)는 입력된 목적지와 운행설계영역을 기반으로 주행 가능 경로를 생성하기 위해, 차선, 도로 등의 지도(맵) 정보(16), 날씨, 조도, 통신 등의 환경 정보(17), 및 정체, 원활, 사고 상황 등의 교통 정보(18) 등, 자율주행차의 운행설계영역(ODD)을 판단하기 위한 관련 정보를 실시간으로 수집한다.

경로 계획부(10)는 지도 정보(16)를 기반으로 목적지에 도달하기 위한 후보 경로들을 생성한 후, 이들 후보 경로 중에서, 자율주행차의 운행설계영역(ODD)(13)을 기준으로, 수집된 환경, 교통, 통신 정보들을 고려하여 자율주행을 최소한의 중단으로 유지할 수 있는 최적 자율주행 경로(11)를 결정한다.

만일 상기 최적 자율주행 경로(11)의 결정시, 경로 중에 운행설계영역 조건에 불합치하는 구간(비ODD 구간)이 포함되어 최적 경로(11)를 결정할 수 없을 경우에, 경로 계획부(10)는 비ODD 구간 정보(19)를 시스템(예를 들어, 자율주행시스템)에 보낸다. 이 사전 판단된 정보는 차량 주행시에 자율주행시스템에 운행설계영역을 벗어난 비ODD 구간의 시작지점에 도달하기 전에 제공되어 시스템이 적절히 조치(예를 들어, 제어권 전환)하도록 한다.

한편, 도 1에 나타낸 것과 같이, 경로 계획부(10)는 후보 경로들 중에서 상기 최적 자율주행 경로(11)를 결정하는 것에 추가하여, 운전자 주행 모드를 위해 일반 운행 경로(12)(예를 들어, 편한길, 빠른길, 최적 연비 경로 등)도 결정하여 최적 자율주행 경로(11)와 함께 제공할 수 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 실시예에서 변형된 실시예의 구성도이다.

차량 운행시 상기 최적 자율주행 경로(11)를 운행하다가 운행설계영역 조건에 합치되지 않는 구간을 운행하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 본 발명의 다른 실시예에서는 도 2와 같이 비ODD 운행 감지부(30)를 추가로 포함하여, 실시간으로 상기 상황(ODD 이탈 상황)을 감지하여 경로 계획부(10)로 하여금 운행설계영역 조건에 맞는 경로로 재진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로(20)를 제공하도록 한다.

도 3은 상술한 것과 같이 ODD에 기반하여 최적경로를 결정시에 비ODD 구간(도 3의 예에서는 V2X 통신 미지원 구간)을 고려하는 절차의 이해를 돕기 위한 간략한 경로 계획의 예시도이다.

출발지에서 목적지로 이동시의 가능한 후보 경로 ①과 ②의 2개의 경로 중 ODD 조건을 고려하여 ODD를 벗어나지 않는 경로인 ①이 최적 자율주행 경로로 결정된다. ②의 경로는 최단 경로이기는 하지만 V2X 통신이 지원되지 않는 구간(즉, 비ODD 구간)을 포함하기 때문에 최적 자율주행 경로로는 선정되지 않는다.

도 3의 경우에는 목적지까지 도달 가능한 후보 경로의 전체 구간이 ODD를 만족하는 ①의 경로가 있어서 이를 최적 자율주행 경로로 선정하면 되지만, 만약에 목적지까지의 모든 후보 경로들에 V2X 미지원 등 ODD를 만족하지 않는 비ODD 구간이 포함된 경우(예를 들어 도 3에서 ②번 경로만이 존재할 경우)에는 최적 자율주행 경로의 결정이 불가능하므로, 시스템에게 사전에 이러한 정보가 전달되어 해당 위치(비ODD 구간)에 도달하기 전에 비ODD 구간 알림을 실행하여 제어권 전환 등의 조치를 하도록 한다.

이러한 경로 계획부(10)는 도 4와 같이 차량 내에서 자율주행시스템(40)과의 물리적인 연결을 통해 구성될 수 있으며, 또는, 도 5와 같이 차량 외부에서 차량과의 통신을 통해 클라우드 또는 엣지 컴퓨팅 형태로 구성이 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 운행설계영역 기반 자율주행 경로 계획 방법의 일 실시예의 처리 순서도이다.

먼저, 차량으로부터 운행설계영역(ODD), 출발지 및 목적지 정보, 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보가 (예를 들어, 경로 계획부(10)에) 입력된다(110).

또한 (예를 들어, 경로 계획부(10)는) 상기 입력된 목적지와 운행설계영역을 기반으로 주행 가능 경로를 생성하기 위해, 차선, 도로 등의 지도(맵) 정보와, 날씨, 조도, 통신 등의 환경 정보, 그리고 정체, 원활, 사고 상황 등의 교통 정보 등을 실시간으로 수집한다(120).

상기 수집된 지도 정보를 기반으로 (예를 들어, 경로 계획부(10)는) 목적지에 도달하기 위한 후보 경로들을 생성한다(130).

(예를 들어, 경로 계획부(10)는) 상기 생성된 후보 경로들 중에서, 자율주행차의 운행설계영역(ODD)을 기준으로, 수집된 환경, 교통, 통신 정보들을 고려하여 자율주행을 최소한의 중단으로 유지할 수 있는 최적 자율주행 경로를 결정한다(150). 이 단계는 모든 후보 경로에 운행설계영역 조건에 불합치하는 비ODD 구간이 포함되어 있는 것이 아니라 비ODD 구간을 회피하는 경로를 최적 경로로 선정할있는 경우(140)에 수행된다.

(예를 들어, 경로 계획부(10)가) 최적 자율주행 경로를 결정하였으면 (예를 들어, 자율주행시스템에) 이 최적 자율주행 경로를 제공한다(160).

(예를 들어, 자율주행시스템은) 제공받은 최적 자율주행 경로에 따라 차량의 자율주행을 제어한다(170).

한편, 만일 상기 최적 자율주행 경로의 결정시, 모든 후보 경로에 운행설계영역 조건에 불합치하는 비ODD 구간이 포함되어 있어서 비ODD 구간을 회피할 수 없어 최적 경로를 결정할 수 없을 경우에는, (예를 들어, 경로 계획부(10)는) 이 비ODD 구간에 관한 정보를 (예를 들어, 자율주행시스템으로) 출력한다(190).

이 비ODD 구간에 관한 정보는 차량 주행시에 자율주행시스템에 운행설계영역을 벗어나는 비ODD 구간의 시작지점에 도달시(200)에 제공되어 (예를 들어, 자율주행시스템이) 비ODD 구간을 알려서(210) 적절한 조치(예를 들어, 제어권 전환)를 하도록 한다.

한편, 앞에서 도 1을 참조하여 설명한 것과 같이, (예를 들어, 경로 계획부(10)는) 후보 경로들 중에서 ODD에 기반하여 최적 자율주행 경로를 결정하는 것(150)에 추가하여, 운전자 주행 모드를 위해 일반 운행 경로(예를 들어, 편한길, 빠른길, 최적 연비 경로 등)도 결정하여 최적 자율주행 경로와 함께 제공할 수 있다(180).

도 7은 도 6에 나타낸 실시예에서 변형된 실시예의 처리 순서도이다. 도 6의 처리 과정과 다른 점에 대해서만 설명한다.

차량 운행시(170) 최적 자율주행 경로를 운행하다가 운행설계영역 조건에 합치되지 않는 구간(비ODD 구간)을 운행하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 본 실시예에서는 비ODD 운행 감지 단계(220))를 추가로 실행하여, 실시간으로 상기 상황(ODD 이탈 상황)을 감지하여 (예를 들어, 경로 계획부(10)로 하여금) 운행설계영역 조건에 맞는 경로로 재진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로를 제공하도록 한다(230).

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 또한 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

1. 자율주행시스템과 연결되어 차량의 운행경로를 계획하기 위하여, 운행설계영역(ODD), 현재 위치 및 목적지 정보, 및 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보를 입력받고, 상기 운행설계영역(ODD)을 판단하기 위한 정보를 수집하고; 목적지에 도달하기 위한 후보 경로들을 생성하고, 상기 생성된 후보 경로들 중에서, 상기 운행설계영역(ODD)을 기준으로 자율주행을 최소한의 중단으로 유지할 수 있는 최적 자율주행 경로를 결정하고; 상기 최적 자율주행 경로의 결정시, 상기 생성된 모든 후보 경로들에 상기 운행설계영역에 불합치하는 비ODD 구간이 포함되어 최적 자율주행 경로를 결정할 수 없을 경우에, 이 비ODD 구간에 관한 정보를 출력하되, 이 비ODD 구간에 관한 정보는 차량 주행시 상기 비ODD 구간의 시작지점에 도달하기 전에 상기 자율주행시스템에 전달되고; 상기 생성된 후보 경로들 중에서 상기 최적 자율주행 경로를 결정하는 것에 추가하여, 운전자 주행 모드를 위한 일반 운행 경로를 결정하여 상기 최적 자율주행 경로와 함께 출력하도록 구성되는 경로계획부와,
   상기 결정된 최적 자율주행 경로로 차량이 운행시 상기 운행설계영역에 합치되지 않는 비ODD 운행을 실시간으로 감지하여, 비ODD 운행이 감지된 경우에 상기 운행설계영역에 맞는 경로로 재진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로를 출력하는 비ODD 운행 감지부를 포함하는, 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 운행설계영역(ODD)을 판단하기 위한 정보는
   지도 정보, 환경 정보, 및 교통 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 경로 계획부는 차량 내부에 위치하여 자율주행시스템과 물리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 경로 계획부는 차량 외부에 클라우드 및 엣지 컴퓨팅 중 하나의 형태로 위치하여 차량의 자율주행시스템과 통신으로 연결되는 것을 특징으로 하는 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 장치.
10. 자율주행차량의 자율주행시스템과 연결되어 자율주행 차량의 운행경로를 계획하는 경로 계획부에 의해 수행되는 경로계획 방법으로,
    운행설계영역(ODD), 현재 위치 및 목적지 정보, 및 운전자의 운전 가능 여부에 관한 운전자정보를 입력받고;
    상기 운행설계영역(ODD)을 판단하기 위한 정보를 수집하고;
    목적지에 도달하기 위한 후보 경로들을 생성하고;
    상기 생성된 후보 경로들 중에서, 상기 운행설계영역(ODD)을 기준으로 자율주행을 최소한의 중단으로 유지할 수 있는 최적 자율주행 경로를 결정하되, 상기 최적 자율주행 경로를 결정시에, 상기 생성된 모든 후보 경로들에 상기 운행설계영역에 불합치하는 비ODD 구간이 포함되어 최적 자율주행 경로를 결정할 수 없을 경우에 이 비ODD 구간에 관한 정보를 출력하는데, 이 비ODD 구간에 관한 정보는 차량 주행시 상기 비ODD 구간의 시작지점에 도달하기 전에 상기 자율주행시스템에 전달되고;
    상기 생성된 후보 경로들 중에서 상기 최적 자율주행 경로를 결정하는 것에 추가하여, 운전자 주행 모드를 위한 일반 운행 경로를 결정하여 상기 최적 자율주행 경로와 함께 출력하고;
    상기 결정된 최적 자율주행 경로로 차량이 운행시 상기 운행설계영역에 합치되지 않는 비ODD 운행을 실시간으로 감지하여, 비ODD 운행이 감지된 경우에 상기 운행설계영역에 맞는 경로로 재진입하도록 하기 위한 ODD 재진입 경로를 출력하는 것을 포함하는 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 운행설계영역(ODD)을 판단하기 위한 정보는
    지도 정보, 환경 정보, 및 교통 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 운행설계영역에 기반한 자율주행 경로 계획 방법.
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