KR20140082279A - 자동 차선 변경 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 차선 변경 시스템에 관한 것으로, 차량의 초기 상태를 고려하여 안정적인 차선 변경 경로를 생성해주며 이를 통해 차선 변경시 차량이 차선의 중앙에서 벗어나 있더라도 운전자가 조향 이질감 및 차량 거동의 불안정을 느끼지 않도록 해준다.

Description

자동 차선 변경 제어 시스템{Autonomous lane change control system}
본 발명은 차량이 안정적으로 차선을 변경할 수 있도록 하는 자동 차선 변경 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 초기 상태를 고려하여 안정적인 차선 변경 경로를 생성해주는 차선 변경 시스템에 관한 것이다.
자동 차선 변경 제어 시스템은 센서로 인식된 차선정보를 이용하여 자동으로 차선을 변경하는 시스템이다. 이러한 자동 차선 변경 제어 시스템은 옆차선으로 이동하는 경로를 생성하고 그 경로를 추종하도록 하는 제어기가 포함되어 있다.
차선 변경을 시작할 때 차량은 차선의 중앙에서 차선과 평행하게 주행할 수 도 있지만 중앙에서 어느 정도 벗어나고 각도도 틀어진 상태에서 시작될 수 도 있다.
그런데 차량이 차선 중앙을 벗어나고 0이 아닌 헤딩각을 갖고 있는데 이를 고려하지 않고 횡위치 경로와 횡방향각을 모두 0인 상태로 차선 변경을 위한 시작 경로를 생성하게 되면 제어 초기의 차량 상태와의 차이 때문에 도 1에서와 같이 차량의 경로가 불연속적으로 제어된다.
이러한 경우 차선 변경 초기에 운전자가 조향 이질감 및 차량 거동의 불안정을 느끼게 되는 문제점이 있게 된다.
본 실시 예는 차량의 초기 상태를 고려하여 안정적인 차선 변경 경로를 생성해주는 차선 변경 시스템을 제고하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 차선 변경 제어 시스템은 차량의 차선 변경시 차량의 초기 상태를 감지하는 초기 상태 감지부, 초기 상태에 대한 정보를 이용하여 차선 변경 경로를 위한 파라미터를 계산하는 경로 파라미터 계산부 및 차선폭 및 상기 파라미터를 이용하여 차선 변경 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 차선 변경 제어 시스템은 차선 변경 후 변경된 차선과 변경전 차선의 차선폭 차이에 따라 상기 경로 생성부에서 생성된 차선 변경 경로를 수정하는 경로 수정부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 초기 상태 감지부는 차량의 초기 횡위치 및 초기 횡방향각(헤딩각)을 감지한다.
바람직하게는, 상기 경로 파라미터 계산부는 목표 횡가속도 프로파일을 생성한 후 이를 적분하여 목표 방향각에 대한 함수를 생성하고, 횡속도를 적분하여 목표 횡위치경로에 대한 함수를 생성한다.
바람직하게는, 상기 경로 파라미터 계산부는 차선 변경을 시작시 값이 "0"이였다가 차선 변경이 종료시 다시 값이 "0"이 되는 사인파 형태를 갖는 상기 목표 횡가속도 프로파일을 생성한다.
바람직하게는, 상기 경로 생성부는 상기 차선 변경 경로로서 상기 목표 횡위치경로 함수에 대한 프로파일을 생성한다.
본 실시 예는 차량의 초기 상태를 고려하여 안정적인 차선 변경 경로를 생성해줌으로써 차선 변경시 차량이 차선의 중앙에서 벗어나거나 헤딩각이 0이 아니더라도 운전자가 조향 이질감 및 차량 거동의 불안정을 느끼지 않도록 해준다.
도 1은 차량이 차선의 중앙에서 벗어나 있는 경우 차선 변경시 차량의 경로가 불연속적 이동되는 것을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동 차선 변경 시스템의 구성을 보여주는 구성도.
도 3은 목표 횡가속도의 프로파일을 나타내는 그래프.
도 4는 목표 횡방향각의 프로파일을 나타내는 그래프.
도 5는 목표 횡위치경로의 프로파일을 나타내는 그래프.
도 6은 차선폭, 최기 횡위치 및 초기 방향각의 차이에 따른 차선 변경 경로(목표 횡위치경로)의 변화를 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동 차선 변경 시스템의 구성을 보여주는 구성도이다.
본 실시 예에 따른 자동 차선 변경 시스템은 초기 상태 감지부(10), 경로 파라미터 계산부(20), 경로 생성부(30) 및 경로 수정부(40)를 포함한다.
초기 상태 감지부(10)는 차량이 차선 변경을 시작할 때 센서(미도시)를 이용하여 차량의 초기 상태를 감지한다. 초기 상태 감지부(10)는 차량내 설치된 각종 센서들(예컨대, 영상센서, 레이다, 자이로(gyro), 전자 나침반과 같은 방향 센서 등)를 이용하여 차량의 중심이 차로의 중심으로부터 떨어진 거리(Offset) 및 차량의 진행방향과 차로의 중심이 이루는 각도(Heading Angle)를 감지한다. 즉, 초기 상태 감지부(10)는 차량의 초기 횡위치 및 초기 횡방향각(헤딩각)을 감지한다.
경로 파라미터 계산부(20)는 초기 상태 감지부(10)에서 감지된 초기 상태에 대한 정보(초기 횡위치 및 초기 횡방향각)를 이용하여 차선 변경 경로를 위한 파라미터를 계산한다. 즉, 경로 파라미터 계산부(20)는 목표 횡가속도 alat(t), 목표 횡방향각 θref(t) 및 목표 횡위치경로 yref(t)를 얻기 위한 파라미터를 계산한다.
경로 생성부(30)는 차선 변경 거리(차선폭) 및 경로 파라미터 계산부(20)에서 계산된 파라미터들을 이용하여 차선 변경 경로를 생성한다. 즉, 경로 생성부(30)는 차선폭을 이용하여 차선 변경시 차량이 이동할 수 있는 거리 및 경로 파라미터 계산부(20)에서 계산된 파라미터들을 이용하여 목표 횡가속도 alat(t), 목표 횡방향각 θref(t) 및 목표 횡위치경로 yref(t)를 생성한다. 차선폭에 대한 정보는 차량의 LKAS(Lane Keeping Assist System)을 이용하여 구할 수 있다. 이때, 경로 생성부(30)는 차선 변경 전후의 차선폭이 동일하다는 전제하에서 차선 변경 경로를 생성한다.
경로 수정부(40)는 차선 변경 이후 새로운 차선을 인식시 기존 차선의 차선폭과 변경된 차선의 차선폭이 서로 다른 경우 그 차이에 맞게 경로 생성부(30)에서 생성된 경로를 수정한다. 예컨대, 경로 수정부(40)는 경로 생성부(30)에서 생성된 목표값과 변경된 차선에 대한 목표값의 차를 구한 후 로우패스필터(LPF)를 이용하여 그러한 차이에 대한 변화를 부드럽게 변화시킨다.
상술한 구성을 갖는 자동 차선 변경 시스템의 동작을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
차량이 차선 변경을 시작할 때, 초기 상태 감지부(10)는 차량내 설치된 각종 센서들을 이용하여 차량의 초기 횡위치 및 초기 횡방향각을 감지한 후 감지된 초기 정보를 경로 파라미터 계산부(20)로 전송한다.
초기 정보를 수신한 경로 파라미터 계산부(20)는 먼저 목표 횡가속도 프로파일을 생성한다. 이때, 목표 횡가속도는 차선 변경을 시작시 "0"이였다가 차선 변경이 종료시 다시 "0"이 되며, 차선이 변경되는 동안의 속도의 크기는 점점 증가하다가 감속하는 형태를 가진다. 즉, 목표 횡가속도는 사인파(Sin wave) 형태로 변화된다. 따라서, 경로 파라미터 계산부(20)는 도 3에서와 같이 사인파의 형태를 갖는 목표 횡가속도 alat(t)에 대한 프로파일을 생성한다.
이러한, 도 3의 프로파일은 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기에서, aamp는 횡가속도 진폭, TLC는 차선변경 소요시간, Φ는 횡가속도 위상, aoffs는 횡가속도 오프셋(offset)을 각각 나타낸다.
차선 변경 시작시 및 차선 변경 종료시 횡가속도는 "0" 이므로, 경로 파라미터 계산부(20)는 이러한 조건을 수학식 1에 적용하여 횡가속도의 파라미터를 계산한다.
즉, alat(0) = 0, alat(TLC) = 0인 조건을 수학식 1에 적용하면,
Figure pat00002
인 관계가 도출된다.
다음에, 경로 파라미터 계산부(20)는 횡가속도를 적분하여 목표 방향각 θref(t)에 대한 함수를 생성한다.
이러한 목표 방향각 θref(t)에 함수는 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
여기에서, vlat는 목표 횡속도, vlong.init는 종방향 속도, θinit는 초기 방향각을 나타낸다.
목표 방향각 θref은 차선 변경 시작시에는 초기 횡방향각 θinit에서 시작하여 차선 변경이 종료되면 "0"이 된다. 따라서, 경로 파라미터 계산부(20)는 이러한 조건을 수학식 2에 적용하여 목표 방향각 θref의 파라미터를 계산한다.
즉, θref(0) = θref, θref(TLC) = 0인 조건을 수학식 1에 적용하면,
Figure pat00004
이 된다.
이를 횡가속도에 대한 파라미터
Figure pat00005
에 적용하면,
Figure pat00006
인 관계가 도출된다.
다음에, 경로 파라미터 계산부(20)는 횡속도를 적분하여 목표 횡위치경로 yref(t)에 대한 함수를 생성한다.
이러한 목표 횡위치경로 yref(t)에 대한 함수는 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00007
횡위치경로 yref(t)는 차선 변경 시작시에는 초기 횡위치(yinit)에서 시작하여 최종 횡위치 yfinal에서 종료된다. 따라서, 경로 파라미터 계산부(20)는 이러한 조건을 수학식 3에 적용하여 목표 횡위치경로 yref(t)의 파라미터를 계산한다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010

경로 파라미터 계산부(20)는 이렇게 계산된 파라미터들은 경로 생성부(30)로 전송한다.
경로 전송부(30)는 경로 파라미터 계산부(20)로 제공받은 파라미터들을 이용하여 차선 변경 경로를 생성한다.
도 4는 수학식 2의 목표 방향각 θref(t) 함수에 대한 프로파일을 나타내는 그래프이며, 도 5는 수학식 3의 목표 횡위치경로 yref(t) 함수에 대한 프로파일을 나타내는 그래프이다. 즉, 경로 전송부(30)는 경로 파라미터 계산부(20)로 제공받은 파라미터들을 이용하여 목표 방향각 θref(t) 및 목표 횡위치경로 yref(t)에 대해 도 4 및 도 5에서와 같은 프로파일을 생성한다. 이때, 도 5의 목표 횡위치경로 yref(t)가 차선 변경 경로가 된다.
그런데, 이러한 차선 변경 경로는 기존 차선의 차선폭과 변경 후 차선의 차선폭이 같은 경우를 전제로 하므로, 경로 수정부(40)는 차선이 변경되면 변경된 차선폭과 기존 차선폭의 차이를 반영하여 경로를 수정해준다.
도 6의 (a), (b), (c)는 각각 차선폭, 최기 횡위치 및 초기 방향각의 차이에 따른 차선 변경 경로(목표 횡위치경로)의 변화를 보여주는 그래프로, 차선폭 및 차량의 초기 상태에 따라 그에 맞게 차선 변경 경로가 달라짐을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 초기 상태 감지부 20 : 경로 파라미터 계산부
30 : 경로 생성부 40 : 경로 수정부

Claims (6)

  1. 차량의 차선 변경시 차량의 초기 상태를 감지하는 초기 상태 감지부;
    초기 상태에 대한 정보를 이용하여 차선 변경 경로를 위한 파라미터를 계산하는 경로 파라미터 계산부; 및
    차선폭 및 상기 파라미터를 이용하여 차선 변경 경로를 생성하는 경로 생성부를 포함하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    차선 변경 후 변경된 차선과 변경전 차선의 차선폭 차이에 따라 상기 경로 생성부에서 생성된 차선 변경 경로를 수정하는 경로 수정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 초기 상태 감지부는
    차량의 초기 횡위치 및 초기 횡방향각(헤딩각)을 감지하는 것을 특징으로 하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 경로 파라미터 계산부는
    목표 횡가속도 프로파일을 생성한 후 이를 적분하여 목표 방향각에 대한 함수를 생성하고, 횡속도를 적분하여 목표 횡위치경로에 대한 함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 경로 파라미터 계산부는
    차선 변경을 시작시 값이 "0"이였다가 차선 변경이 종료시 다시 값이 "0"이 되는 사인파 형태를 갖는 상기 목표 횡가속도 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 경로 생성부는
    상기 차선 변경 경로로서 상기 목표 횡위치경로 함수에 대한 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 차선 변경 제어 시스템.
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