KR20040049765A - 운행 차량 주위의 식별가능한 지형정보를 이용하여 운행차량의 현재 위치를 파악하고 차량운행을 자동화하는 차량항법 및 자동 운전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자 인터페이스 수단 및 감지수단을 구비하는 차량 운행용 네이게이터(항법장치)에 관한 것이다. 본 발명은 운행 또는 주정차시 차량운전자에게 차량운행규칙 및 도로의 노선방향 ·위치를 안내하는 교통안내표지, 차량 통행을 위한 도로 주위에 설치된 지형지물의 크기, 교통정체가 발생한 도로구역 등 각종의 교통정보가 사용자 직접 입력 또는 센서 또는 광학 카메라 등 센서장치에 의하여 입력되는 입력부와, 상기 입력부를 통하여 입력된 교통정보를 저장하였다가 데이터베이스에 저장된 교통정보와 연동하여 소정의 알고리듬에 의하여 상기 입력된 교통정보를 처리하는 제어처리부(CPU)와, 상기 제어처리부에 연동되면서 교통정보를 디지털신호의 형태로 저장하고 있는 데이터베이스부와 상기 제어처리부에 의하여 처리된 정보를 차량구동 및 조향장치에 전달하는 신호전달부와, 상기 제어처리부 및 신호전달부의 처리결과를 출력하는 표시부를 포함한다.

본 발명의 목적은 GPS와 같은 고비용의 위성항법장치를 사용하지 아니하고 비교적 저렴한 비용에 효과적으로 교통정보를 입수하면서 차량을 운행하거나 차량 운행을 자동화하기 위한 것이다.

본 발명은 GPS를 이용한 항법시스템과 같이 고비용의 위성사용료를 부담하지 아니하고 매번 차량 운행 시작시마다 운전자가 직접 출발점을 입력함으로써 차량 외부에 부착된 센서 또는 운전자의 육안에 의하여 입수한 교통정보를 처리하여 비교적 간단한 계산에 의하여 운행 또는 주정차 중인 차량의 현재 위치를 파악할 수있고, 나아가 그와 같이 입수한 차량의 현재 위치에 관한 정보와 지리정보를 저장한 데이터베이스를 연동하여 목적지까지의 차량 운행이 정확하고도 자동적으로 이루어지는 것이 가능하게 한다.

Description

운행 차량 주위의 식별가능한 지형정보를 이용하여 운행 차량의 현재 위치를 파악하고 차량운행을 자동화하는 차량 항법 및 자동 운전 장치{A device for locating and dirving a vehicle automatically by using geographic information}

발명의 기술분야

본발명은 차량 운행용 항범시스템 내지 차량 자동운행 시스템에 관한 것이다.

관련기술의 설명

제1도는 종래의 GPS수신기를 이용한 차량 운행 항법시스템(일명 네비게이터)에 관한 구성도이다. 차량운전자는 최소한 3대의 통신위성과 통신하여 각각의 위성과의 통신거리, 통신시간 등을 계산함으로써 자신의 현재 위치를 정확하게 파악하고 이와 같이 파악된 차량의 현재 위치가 이터베이스에 저장된 전자지도에 표시되면 운전자는 이를 참고로 하여 자신이 목적하는 위치로 운행하여 갈 수 있게 된다. 종래의 방법에 의하면 휴대용 GPS수신기에 의하여 간단하게 차량의 현재위치를 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있으나 그것은 언제까지나 지구표면상의 좌표축상의 절대위치일 뿐이고 차량주변의 실제 지형지물을 고려한 상대위치를 정확하게 파악한다는 것은 거의 불가능하다. 또한 종래의 방법에 의하면 수평방향으로의 위치정보 즉 2차원적인 위치정보는 파악할 수 있으나 수직방향으로의 위치정보를 포함한 정확한 위치정보 즉 3차원적인 위치정보는 파악하기 어렵다. 현재의 위성통신수단으로는 수직방향으로의 위치정보는 파악이 곤란하다. 그리고 전자지도에 현재의 위치를 표시하는 종래의 방식은 도로 주변의 지형지물 특히 식별이 용이한 대형건물의 간판 등이 자주 바뀌는 점을 고려할 때 자칫 실용성이 떨어지고 수시로 지도정보를 업데이트해야 하는 불편이 있다. 특히 차량 운행 항법시스템을 이용하여 차량을 자동 또는 무인운행하고자 할 경우에 위성통신에 의한 방법은 위험할 수 있다. 위성통신의 트래픽 증가, 통신곤란지역의 존재, 전자지도의 부정확의 가능성 등으로 인하여 위성통신을 이용한 항법시스템으로 복잡한 도심에서 차량을 자동 운행하는 것은 현재의 기술수준으로는 가능하지 아니하다. 매일같이 차량을 운행하여야하는 운전자의 입장에서는 항시적으로 사용하는 위성통신 이용료도 부담이 될 수 있다. 차량자동 운행시에는 그런 부담은 더욱 증가될 것이다. 종래의 무인차량 운행시스템 또는 차량 자동 운행시스템 중에는 차량 외부에 센서를 부착하여 자동 운행하도록 한 경우가 있었다. 그러나 종래의 차량 자동 운행시스템은 도로의 형태 및 도로위의 장애물 등을 식별하여 제한된 도로구역내에서 운행되는 데에 그치고 복잡한 도심내에서 종합적인 교통정보를 파악, 처리하여 자동 운행하기 위한 목적을 충족시키기에는 매우 부족하였다. 이는 센서의 감지범위가 도로의 형태 및 도로위의 장애물 등에만 국한된 것에 그 원인이 있기도 하지만 차량의 현재 위치 파악 시스템이 결합되지 못한 것에 근본적인 원인이 있었다. 종래의 차량 자동 또는 무인 운행 시스템에 의하면 차량의 3차원 입체 좌표 설정에 의한 위치 측정이 곤란하므로 널리 상용화되는 데에는 어려움이 있었다. 통상적으로 사용되는 종래의 방법은 원격조종에 의하여 위와 같은 어려움을 극복하는 방식이었으나 이는 진정한 의미의 차량 자동 운행 시스템과는 거리가 있는 방식이라고 할 수 있다. 그리고 종래 항공기의 자동 항법 시스템은 육상의 도로 위를 주행하는 차량에 적용하기 곤란한 점이 많다. 일단 비용이 많이 들 뿐만 아니라 항공기의 자동 항법 시스템은 이착륙시 이외에는 주변의 지형지물에 관한 섬세한 식별이 필요하지 아니한 점, 변경이 잦은 지형지물을 고려하지 아니하여도 되므로 전자지도의 작성이 매우 용이한 점, 위성통신의 장애가 적으므로 CPS 이용에 의한 자동항행이 용이한 점 등은 육상의 도로 위의 주행여건과는 상이한 점이다. 육상의 도로 위를 이동하는 차량의 현재 위치 파악을 3차원 입체좌표에 의하여 정확하게 하는 동시에 도로정보를 식별하면서 안전하게 자동운행할 수 있는 차량 항법시스템이 필요하게 된다.

본발명의 목적은 주행 또는 주정차 중인 차량 주위의 교통표지판, 차선, 차량과 지형지물의 위치관계, 교통신호 등을 이용하여 차량의 현재 위치를 정확하게 입체적으로 설정하고, 이와 같은 위치파악을 토대로 차량을 자동운행할 수 있도록 하는 방법 및 시스템을 제공하는 데에 있다.

제1도는 종래의 GPS를 이용한 차량 운행용 항법장치의 구성도

제2도는 본 발명에 의한 차량 운행용 항법시스템의 예시도

제3도는 본 발명에 의한 차량 자동 운행시스템의 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 센서 입력 신호, 2: 키보드에 의한 입력 신호, 3: 입력부, 4: 메모리

5: 제어처리부, 6: 교통정보 데이터베이스, 7: 교통정보 처리결과

8: 신호전달부, 9: 차량 구동 및 조향장치, 10: 차량 상태정보

11: 표시부, 12: 교통정보 출력, 13: 차량 상태정보 출력

발명의 개요

본발명은 크게 두 가지 부분으로 구성되는 바, 그 하나는 입체적 교통좌표에 의하여 차량의 현재위치를 파악하는 부분이고, 다른 하나는 상기 파악된 차량의 현재 위치 정보에 의하여 차량을 자동 운행하는 부분이다. 본 발명에 의한 3차원 입체좌표적 위치설정 방법은 차량이 위치한 도로, 도로 주변의 지형지물의 외형적 특징에 의하여 차량의 현재위치를 정확하게 파악할 수 있다는 가정을 토대로 한 것이다. 제1단계로 전국의 차량용 도로의 가장자리로부터 일정거리 예컨대 100미터 이내에 위치한 현저한 지형지물의 외관적 특징을 지형지물 외부의 식별가능한 표지(예를 들면, 건물 외부에 도로를 향하여 부착된 대형간판, 건물의 도색상태, 건물의 높이 또는 건물의 도로를 향한 면으로 설치된 창문의 갯수)를 기준으로 파악하여 전자지도의 형태로 데이터베이스에 저장한다(예를 들면, 세종로 주변의 가장 현저한 지형지물로서 교보생명 광화문지점 건물은 '교보생명' 간판, 건물높이 80미터, 건물의 도로를 향한 면으로 설치된 창문의 갯수 100개, 엘칸토 광화문지점 건물은'엘칸토' 간판, 건물높이 10미터, 건물의 도로를 향한 면으로 설치된 창문의 갯수 4개, 광화문 건물은 '광화문' 현판, 건물높이 15미터, 건물의 도로를 향한 면으로 설치된 창문의 갯수 0개 등으로 지형지물 외형의 식별가능한 표지를 작성, 저장할 수 있다). 제2단계로 차량 외부에 설치된 센서 등 감지수단에 의하여 운전자의 차량으로부터 주변의 가장 현저한 지형지물의 스카이라인(예컨대 건물의 경우 그 옥상층의상단이 하늘과 접하는 부분)을 올려다보는 거리 ·방향 ·각도 및 해당 건물의 도로를 향한 면의 창문의 갯수 를 감지한다. 제3단계로 상기 센서에 의하여 감지된 지형지물의 외형적 특징에 관한 식별정보(스카이라인까지의 거리 ·각도에 의하여 계산된 건물의 높이 및 해당 건물의 도로를 향한 면의 창문의 갯수)에 의하여 데이터베이스에 저장된 전자지도상의 지형지물의 위치를 특정한다. 제4단계로 상기 센서에 의하여 감지된 차량으로부터 지형지물의 스카이라인까지의 거리 ·방향 ·각도에 의하여 차량의 현재 위치를 계산하여 이를 표시부로 출력한다(예를 들면 '교보생명 광화문 지점 주황색 도색 건물의 스카이라인이 귀하의 운전 차량의 2시방향, 75° 상방각도에 있습니다'는 메시지가 액정화면으로 표시된다). 본 발명에 의한 3차원 입체좌표적 교통좌표 설정 방법에 의하면 GPS수신기를 이용한 위성통신에 의지하지 아니하고도 차량의 현재 위치를 3차원적으로 정확하고도 편리하게 표시할 수 있는 장점이 있다. 다음으로 본 발명은 차량의 현재 위치 파악 결과를 기초로 하여 지속적으로 차량 전후방과 좌우측에 설치된 센서로부터 감지된 장애물 식별정보를 본 발명의 제어 처리부에 의하여 처리하면서 신호전달부를 통하여 차량 구동 및 조향장치에 지속적으로 적절하고 안전한 차량운행에 관한 지시를 전달하여 운전차량을 목적지까지 자동적으로 운행할 수 있는 시스템을 제공한다. 차량 운행 시작시부터 목적지까지의 자동 운행 시스템은 아래 단계를 포함한다. 제1단계로 차량 운행을 시작하면서 운전자는 차량운행모드를 기본설정인 수동모드에서 자동모드로 전환한 다음(자동 모드 전환은 주차장에서 도로로 나오기 전 단계에서는 사용하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명은 차량용 도로에서의 주행단계에 적합한 것이기 때문이다) 본 발명의 입력부를 통하여 제어처리부에 운행의 출발지와 목적지를 수동 입력한다. 출발지와 목적지를 특정하는 가장 전형적인 방법은 데이터베이스에 저장된 것과 동일한 형태로 목적지 또는 목적지 인근의 가장 현저한 지형지물의 도로를 향한 외벽에 부착된 대형 간판의 명칭을 입력하는 것이다. 제2단계로 운전자가 입력한 출발지점은 차량 외부에 부착된 센서 등 감지수단에 의하여 확인되면서 제어처리부는 출발지점 확인신호를 표시부로 출력하는 동시에 운전자가 입력한 목적지점에 도달하는 최적의 노선을 선택한다. 이 단계에서 최적의 노선 선택을 위하여 교통방송 등의 정보원으로부터 전달되는 도로상 교통정체에 관한 정보가 디지털형태로 운전차량의 제어처리부에 수신될 수 있고, 이를 위하여 본 발명의 제어처리부는 정보원과의 무선통신에 적합한 통신수단을 포함할 수 있다. 제3단계로 제어처리부는 센서 등 감지수단에 의하여 지속적으로 입력되는 차량의 현재 위치 정보와 교통정보(여기의 교통정보는 도로의 노선, 정지선, 차선, 건널목 표시선, 전용차선, 차량통행방법 등과 같이 데이터베이스에 전자지도 형태로 미리 저장된 것일 수도 있고, 교통신호등의 표시, 다른 차량의 근접운행, 보행자의 무단보행, 교통경찰관의 정지수신호 등과 같이 실제 운행 도중에 센서 등에 의하여 수시로 감지되는 것일 수도 있으며, 상기 교통정체에 관한 정보와 같이 교통정보원으로부터 무선통신방식에 의하여 전달받은 것일 수도 있다)를 종합적으로 처리하여 차량운행에 관한 시의적절한 명령을 디지털신호의 형태로 신호전달부에 전달한다(간단한 예를 들자면 차량 전방의 일정거리내에 장애물이 출현한 것으로 차량 외부의 센서가 감지하면 재어처리부는 차량의 현재 속도, 장애물과 차량 사이의 거리 등을 계산하여 차량을 정지 또는 감속할 것을 결정하고 이를 디지털신호의 형태로 신호전달부에 보내면 신호전달부는 이를 받아서 아날로그 전기신호의 형태로 변환하여 차량 구동 및 조향 장치에 보내고 이와 같은 전기적 동작신호에 의하여 차량의 브레이크 압력이 조정된다). 제4단계로 신호전달부는 제어처리부로부터 전송받은 디지털신호 형태의 동작명령을 기계적 전기신호로 변환하여 차량의 구동장치 또는 조향장치에 전달한다.

바람직한 실시예의 설명

이하 첨부된 도면 제2도 내지 제3도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 불필요한 구성에 대한 설명은 생략한다.

제2도는 본 발명에 의한 차량 운행용 항법장치의 사용을 예시한 것이고, 제3도는 본 발명에 의한 자동 운행 시스템의 구성도를 그린 것이다. 제2도와 제3도를 종합하여 설명한다. 본 발명에 의한 차량의 운전자가 서울 광화문 앞 삼거리에서 광화문을 마주 보면서 수동모드로 운전 중이던 차량을 자동모드로 전환하고 잠시 휴식을 취하고자 하는 경우를 상정한다. 본 발명에 의하여 차량 운전자는 운전모드를 수동모드에서 자동모드로 전환하고 입력부3에 출발지점 '광화문' 및 착지점 '홍제동 인왕산 현대아파트'를 키보드로 선택, 입력한다(2). 입력의 편의를 위하여 입력부3은 교통정보 데이터베이스6에 연동되어 'ㄱ'자또는 '광'자를 입력하면 'ㄱ'자 또는 '광'자로 시작되는 지형지물의 명칭이 데이터베이스 6로부터 출력표시되어 운전자가 이를 출발지점 및 도착지점으로서 간편하게 선택할 수 있는 수단을 구비할 수 있다. 이와 같은 간편한 정보입력의 방법은 흔히 인터넷상의 검색엔진 또는 이동통신 단말기의 전화번호부 검색엔진의 예에 보듯이 공지공용되어 있다. 차량운전자가 위와 같이 출발지점과 도착지점의 입력을 마치더라도 제어처리부 5가 자동운전 시작신호를 신호전달부 8에 보내기 전에는 차량구동장치 및 조향장치는 자동운전상태로 전환되지 아니하므로 운전자가 수동운전하여야 한다. 다시 말해서 운전자는 수동운전 또는 일시정차 상태에서 출발지점과 도착지점을 입력하여야 한다. 운전자의 출발지점 및 도착지점 입력신호가 제어처리부에 전달되면 제어처리부의 명령에 의하여 상기 정보가 메모리 4에 저장되는 동시에 교통정보 데이터베이스 6의 해당정보가 즉시 호출가능한 상태에 놓이면서 제어처리부 5는 센서부 1의 작동을 명령한다. 제어처리부 5의 명령에 따라 센서부 1의 작동이 개시되어 제2도에 도시된 바와 같이 차량 전방에 설치된 센서 등 감지수단 5가 센서부 5로부터 차량 전방에 있는 지형지물 1인 광화문과 공중에 설치된 장애물 2 도로표지판의 스카이라인까지의 거리 ·방향 ·각도 및 장애물 3 차선의 흰색선의 분포를 감지한다(본 발명의 감지수단에는 광학빔, 레이저빔, 적외선빔 센서 등 주야간을 불문하고 목적물까지의 거리 ·방향 각도를 측정할 수 있는 일체의 공지된 감지수단을 포함한다. 이와 같은 수단은 빔 형성 ·조사(照射) 장치와 반사된 빔의 양의 변화에 의하여 지형지물 1 및 장애물 2의 스카이라인까지의 거리 ·방향 ·각도 및 장애물 3까지의 거리 ·방향 ·각도를 각 측정하고, 아울러 교통정보 데이터베이스 6에 연동되어 지형지물인지 장애물인지여부(데이터베이스에 등록되어 있으면 지형지물, 없으면 장애물로 판단한다. 감지되는 지형지물이 없게 되는 상황을 최소화하기 위하여 본 발명의 교통정보 데이터베이스 6은 도로주변에서 최소한 5미터내의 간격을 두고 도로로부터 가시권내에 있는 모든 건물 및 야산 등의 식별정보를 수록하는 것이 필요하다)를 판별하는 식별장치와 상기 아날로그 정보를 전기신호로 변환하여 입력부 3에 전달하는 신호변환장치로 구성된다). 센서부 1의 교통 정보 감지 과정은 위치특정을 위한 지형지물 감지과정과 장애물 감지과정, 감지불능 신호 통보과정으로 대별된다. 먼저 센서부 1에 의하여 감지된 것이 위치특정을 위한 지형지물에 해당하는 것으로 교통정보 데이터베이스 6에 의하여 확인된 경우에는 센서부 1에 의하여 감지된 지형지물 정보는 제어처리부 5로 전달되어 운전차량의 현재 위치를 계산하여 표시부 11로 '광화문의 스카이라인이 귀하의 운전 차량으로부터 2시방향, 80° 상방에 위치해있습니다. 지금부터 귀하의 차량은 자동운전모드로 전환됩니다' 는 메시지가 출력되면서 차량 운전모드는 자동운전 상태로 전환된다. 다음으로 센서부 1에 의하여 위치특정을 위한 지형지물 감지되어 자동운전 상태로 전환된 이후에 장애물 2가 감지된 경우를 상정하자. 센서부 1에 의하여 감지된 것이 교통정보 데이터베이스 6에 등록되지 아니한 장애물 2인 경우에는 장애물 2에 관한 정보는 입력부 3에 전달되어 충돌경고신호로서 제어처리부 5로 전송되며 제어처리부는 방향전환 및 감속 등의 동작명령을 신호전달부 8로 보내고, 신호전달부 8에 의하여 방향전환 및 감속 신호를 받은 차량 구동장치 또는 조향장치 9에 의하여 차량은 실제로 감속 또는 방향전환하게 된다. 만일 센서부 1이 교통정보 데이터베이스 6에 등록된 지형지물을 발견하지 못하는 경우에는 센서부 1은 이와 같은 정보를 입력부3을 통하여 제어처리부 5에 전달하고 이러한 경우에는 제어처리부 5는 자동운전모드 전환보류신호로 인식하여 신호전달부 8에 자동운전전환 명령을 전송하지 아니하게 된다. 따라서 센서부 1이 교통정보 데이터베이스 6에 등록된 지형지물을 발견하지 못하는 동안에는 수동운전모드가 지속되고, 이와 같은 상태가 표시부 11을 통하여 '지형지물을 발견하지 못하여 자동운전모드로 전환할 수 없습니다. 잠시만 기다려 주십시오'라는 메시지로 출력된다. 이와 같은 수동운전 모드 지속의 경우에는 장애물 2,3에 대한 센서부 1의 감지결과는 제어처리부 5에 의하여 운전 참고사항으로서 표시부 11을 통하여 '12시 방향 30° 상방 장애물 1 발견, 11시 방향 50° 하방 장애물 2 발견' 등의 메시지를 출력할 수도 있다. 이에 따르면 수동운전시에도 센서부 1에 의하여 차량 주변의 상황을 정밀하게 체크할 수 있는 장점이 있다(장애물까지의 거리,방향,각도에 비추어 장애물이 도로위에 표시된 차선임이 명백한 경우에는 원활한 운전을 위하여 일정거리 예컨대 10센티미터에 근접하기 이전에는 충돌경고메시지를 발생시키지 아니할 수도 있다. 이 점은 자동운전의 경우에도 마찬가지이다).

전술한 본발명에 따라 차량 운전자는 차량이 주행하는 도로주변의 지형지물의 특징을 센서 등 감지수단에 의하여 확인함으로써 차량의 현재위치를 차량으로부터 지형지물을 바라보는 각도 ·방향 등에 의하여 용이하게 파악할 수 있고, 이와 같이 파악된 차량의 현재 위치 정보를 토대로 하여 센서등 감지수단에 의하여 도로상의 장애물에 관한 정보를 수시로 입수함으로써 차량의 자동운전이 가능할 수 있다는 장점이 있다. 자동운전모드 뿐만 아니라 수동운전모드로 주행할 경우에도 차량에 장착된 센서부에 의하여 차량의 현재위치 및 차량 주변의 상황이 수시로 차량내 제어장치에 입력, 저장, 표시함으로써 미지의 지역을 차량으로 여행할 경우 또는 도로정보에 무지한 경우에 운전 참고자료로서 유용하게 활용될 수 있다.

본발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서를 참조해 본발명의 기술사상과 원리내에서 다양한 변형을 행할 수 있음을 명백히 알 수 있다.

Claims (1)

1. 차량 항법장치 및 자동 운행 장치에 있어서,

   각종의 교통정보가 사용자 직접 입력(2) 또는 센서부(1)에 의하여 입력되는 입력부(3)와, 상기 입력부(3)를 통하여 입력된 교통정보를 메모리(4)에 저장하였다가 데이터베이스(6)에 저장된 각종의 교통정보와 연동하여 상기 입력된 교통정보를 처리하는 제어처리부(5)와, 상기 제어처리부에 연동되면서 교통정보를 디지털신호의 형태로 저장하고 있는 데이터베이스부(6)와, 상기 제어처리부(5)에 의하여 처리된 정보를 차량구동 및 조향장치(9)에 전달하는 신호전달부(8)와, 상기 제어처리부(5) 및 신호전달부(8)의 처리결과를 출력하는 표시부(11)를 포함하는 차량 항법 및 자동 운행 장치.