KR20150107361A - 차량용 차선 유지 보조 장치 및 차선 유지 보조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 차선 유지 장치 및 차선 유지 방법에 관한 것으로 차선 내에서의 운전의 안정성을 유지하는데 있다.
본 발명의 차량용 차선 유지 장치는 차량의 전방 영상을 획득하는 영상 획득부와 차량의 요모멘트를 감지하는 요레이트 감지부와 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부와 상기 요모멘트와 상기 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하고, 예상 경로가 영상 상에 덧붙여 표시되도록 표시부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 차선 유지 보조 장치 및 차선 유지 보조 방법{APPARATUS FOR LINE KEEPING ASSISTANT IN A VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 차선 유지 보조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 존재하는 카메라, 요센서, 조향각 센서 등을 이용하여, 현재 차량이 있는 위치와 현재 차량의 차선을 표시부로 보여주고, 요센서 및 조향각을 통해 산출된 예상 차선을 인식하여 표시부에 현재 차량의 차선과 예상 차량의 경로의 오차를 보여주는 것을 주요 내용으로 한다. 기존의 차선 유지 보조 장치의 경우, 차선 이탈한 경우에만 경고를 표시하여 차선 내 운전의 안정성을 나타낼 수 없었던 문제점을 극복하고, 현재 주행 상태가 차선을 유지하는데 적합한지 운전자가 사전 인지하도록 하는 차선 유지 보조 장치 및 그의 차선 유지 보조 방법에 관한 것이다.

차량 유지 보조 시스템(Lane keep assistance system, LKAS)이란 졸음 운전 등으로 운전자가 의도하지 않은 차선 이탈이 발생하거나 예상될 때, 조향 휠의 조작을 통하여 차선을 유지할 수 있도록 보조하는 시스템으로, 운전자가 차선 변경 신호를 작동시키지 않은 상태에서 차선을 벗어날 경우, 초기에는 경고음을 발생시키고 이후 적절한 조향 토크를 가하여 운전자가 차선을 유지하는데 도움을 주는 것을 말한다.즉 이러한 차선유지 보조 시스템은 차량이 차선을 이탈하는 경우 이를 감지하고 해당 속도에서 목적 차선을 따라 가도록 운전자를 돕는 시스템이다.

상기 LKAS 시스템은 조향각, 차속 요레이트(yar rate)와 같은 차량 정보를 센서 등을 통하여 감지하여 이를 입력 신호로 하여 차선, 곡률 반경, 이탈각, 횡변위 등을 고려하여 제어하는 제어 로직에 의해 차량 거동을 예측하여 개입 시점을 판단한 후 제어 로직으로 받은 조향 토크만큼 보정한다. 상기 조향 토크의 보정은 MDPS(Motor Drive Power Steering)에 의해 수행된다.

이 때, 차선 인식을 위해서 카메라가 차량에 장착되기도 한다.

종래에는 차선을 침범할 가능성이 있는 위험한 상황이라도 조향계에서 운전자의 의도와 반하는 조향 토크를 가했을 경우 운전자의 손으로 직접 느낄 수가 있어 거부감이 발생하는 경우가 있었고, 그 외에도 연산 오류 등의 이유로 과도한 조향 보조 토크를 가했을 경우 차량의 거동이 매우 위험해지는 문제가 있었다. 따라서, 차선 유지를 보조할 수 있는 다른 장치가 필요하였다.

본 발명의 실시예들은 기존의 차선 유지 보조 장치의 임의적 조향 토크를 가하는 경우의 오류 및 거부감을 미연에 방지함으로써 차량의 차선 유지를 보조하고자 한다.

또한, 차선을 이탈한 경우에만 표시하던 종래의 기술과 달리, 차선 내에서의 운전의 안전성을 미리 표시할 뿐만 아니라 차선 방향과 차량 주행 방향간의 각도 및 곡선로 정보를 표시해 주는 바, 운전자로 하여금 시각적으로 현재 진행중인 이동경로와 현재 조향각 상태에서의 예상 경로의 오차를 나타내므로, 미리 경고를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 차량 주행 중에 예상 경로를 사전에 예측하여, 차량이 차로를 이탈하지 않도록 사전 제어하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 전방 영상을 획득하는 영상 획득부;와 상기 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트 감지부;와 상기 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부;와 상기 요레이트와 상기 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하고, 상기 예상 경로가 상기 영상 상에 덧붙여 표시되도록 상기 표시부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 차선 유지 보조 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 감지된 요레이트와 상기 검출된 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하는 예상 경로 산출부; 및 주행중인 상기 차량과 상기 영상의 현재 차선을 이미지로 변환하는 이미지 변환부; 포함할 수 있다.

또한, 상기 산출된 예상 경로는 상기 차량의 현재 차선과 이동 방향 사이의 각도와 상기 차량을 원점으로 하여 좌, 우측 오프셋 경로를 산출하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 예상 경로는 상기 예상 경로는 차량의 중심과 오프셋 경로와의 간격, 차량의 현재 차선과 진행방향 사이의 각도, 차량의 현재 차선의 곡률값과 상기 곡률값의 미분값의 비례값을 차량의 이동 방향 변위의 3차 방정식의 계수로 활용하여 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 차량의 전방 영상을 획득하는 단계;와 상기 차량의 요레이트를 감지하는 단계;와 상기 차량의 조향각을 검출하는 단계;와 상기 감지된 요레이트와 상기 검출된 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하는 단계;와 상기 영상 상에 상기 예상 경로를 덧붙여 표시하는 단계;를 포함하는 차선 유지 보조 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 영상은 주행중인 상기 차량과 상기 차량의 현재 차선을 포함할 수 있다.

또한, 상기 예상 경로는, 상기 차량을 원점으로 하여 좌, 우측 오프셋 경로 및 상기 차량의 현재 차선과 이동 방향 사이의 각도를 산출하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 예상 경로는 상기 예상 경로는 차량의 중심과 오프셋 경로와의 간격, 차량의 현재 차선과 진행방향 사이의 각도, 차량의 현재 차선의 곡률값과 상기 곡률값의 미분값의 비례값을 차량의 이동 방향 변위의 3차 방정식의 계수로 활용하여 산출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 차선 유지 보조 장치는 차선을 이탈한 경우에만 이를 표시부에 표시하므로 차선 내에서의 운전의 안전성을 나타낼 수가 없었다. 따라서 운전자가 현재 주행 상태가 차선을 유지하는데 적합한지 사전에 인지 할 수 없었다.

본 발명의 실시 예들은 카메라를 통한 차선 인식 정보를 통하여 차량과 차선간의 간격 및 지향각을 표시하고 현재 차선 및 전방 차선의 곡선 정보를 표시하고, 조향각 및 요레이트 값을 통한 산출된 차량 이동경로를 통하여 실시간으로 전방의 차선과 차량 이동 경로간의 오차를 표시부에 표시함으로써 상기의 문제점들을 해결 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 차선 유지 보조 장치의 블럭 구성도이다.
도 2(a)는 종래 차량의 정상 주행 시, 표시부의 화면이다.
도 2(b)는 종래 차량의 차선 근접 주행 시, 표시부의 화면이다.
도 3은 전방 카메라가 획득한 영상이다.
도 4는 이동 경로 산출부를 통한 예상 경로를 나타낸 개략도이다.
도 5는 표시부에 나타난 상기 차량의 현재 차선과, 예상 경로를 동시에 표시한 차량의 표시부의 화면이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량의 차선 유지 보조 방법의 순서도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 차선 유지 보조 장치의 블럭 구성도이다.

도 1을 참조하면, 차량의 차선 유지 보조 장치는 영상 획득부(100), 조향각 검출부(200), 요센서(300), 제어부(400) 및 표시부(700)를 포함한다. 제어부(400)는 이미지 변환부(500)와 이동 경로 산출부(600)를 포함한다.

영상 획득부(100)는 카메라센서(미도시)를 구비하여, 차량의 외부 영상을 촬영하고 이에 대한 촬영 정보를 생성한다. 즉 영상 획득부(100)는 촬영 정보로부터 차선정보(차선폭, 차량의 횡 변위,양측 차선까지의 거리, 차선의 형태, 차로와 차량간의 상대요각, 도로곡률)를 추출할 수 있다.

조향각 검출부(200)는 조향각을 검출한다. 조향각 검출부(200)는 스티어링 휠 하단부에 장착되어 있으며, 핸들의 조향속도, 조향방향 및 조향각을 검출한다.

이와 같은, 조향각 검출부(200)는 조향휠의 회전 속도를 검출하는 조향휠 각속도 센서를 포함할 수 있다.

요센서(300)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때 요 모멘트를 검출한다.

구체적으로, 요센서(300)는 요 센서 내부의 플레이크 포크가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요모멘트를 감지한다. 요 센서 내부에 셀슘 크리스탈 소자가 있으며, 차량이 움직이면서 회전을 하게 되면 셀슘 크리스탈 소자 자체가 회전을 하면서 전압을 발생한다. 이와 같이 발생된 전압을 기초로 차량의 요 모멘트를 검출할 수 있다.

제어부(400)는 차선 유지 보조 장치의 동작을 총괄 제어하며, 예상 경로 산출부(600)와, 이미지 변환부(500)를 포함한다.

예상 경로 산출부(600)는 조향각 검출부(200)와 요센서(300)로부터 수신한 조향각과 요 모멘트 값을 통하여, 현재 차량의 예상 경로를 산출한다. 예상 경로 산출부(600)에서 산출되는 정보는 차량의 위치를 원점으로 하여 예상 좌 우측 오프셋 경로로 곡선 형태로 나타낼 수 있다.

좌 우측 오프셋 경로란, 주행중인 차량을 중심으로 현재 차선 내에서 안전 주행을 한다고 판단할 수 있는 안전 거리의 좌우측 안전거리 변위의 연장선을 말한다.

이미지 변환부(500)는 영상 획득부(100)를 통하여 획득된 영상을 이용하여,로 현재 차량이 위치하는 차선을 인식하여 이미지로 변환한다. 또한 예상 경로 산출부(600)에서 산출된 좌 우측 오프셋 경로의 곡선 형태 및 차량의 위치를 포함한 정보를 이미지로 변환한다.

이미지 변환부(500)는 영상 획득부(100) 및 예상 경로 산출부(600)를 통하여 획득한 차선 정보와 좌 우측 오프셋 경로 및 차량을 하나의 이미지로 표시부(700)에 출력할 수 있다.

하나의 이미지로 표시부(700)에 출력하는 것은 카메라에 의해 획득한 영상에 예상 경로 산출부(600)를 통하여 획득한 좌 우측 오프셋 경로를 덧붙여 표시부에 표시하는 것이다.

도 2는 차량의 정상 주행 시 및 차량의 차선 근접 주행 시, 종래 차량의 표시부의 화면을 나타낸 것이다.

도 2(a)는 차량의 차선 내에서 좌측 또는 우측 라인에 치우치지 않고, 안정하다고 판단되는 경우의 표시부가 표시하는 화면을 도시한다.

도 2(b)는 종래 차량의 차선 근접 주행 시 표시부가 표시하는 화면을 도시한다.

예를 들어 좌측 차선에 접근하는 경우, 종래 표시부는 좌측 차선의 색깔을 변화시켜 사용자에게 경고를 하였다.

또한, 예를 들어 우측 차선에 접근하는 경우, 종래 표시부는 우측 차선의 색깔을 변화시켜 사용자에게 경고할 수 있다.

도 3은 전방 카메라가 작동할 때 찍은 영상을 표시한다. 카메라(미도시)는 전방 영상 획득을 위하여 차량의 본네트 아래 번호판 위에 존재할 수 있다.

도 4는 예상 경로 산출부(500)를 통한 좌 우측 오프셋 경로를 나타내기 위한 개략도이다.

예상 경로 산출부(500)는 조향각 및 요레이트 값을 이용하여 차량의 오프셋경로를 산출한다. 차량을 원점으로 하여 현재 차선의 안전거리 변위의 연장선인 차량의 오프셋 경로는 그래프를 이용한 3차함수의 형태로 산출할 수 있다.

본 실시예에 따른 좌측 오프셋 경로의 곡선도를 산출하는 방법을 이하 설명한다. 좌측 오프셋 경로의 곡선도를 산출하기 위하여 차량(1)의 이동방향을 X축, 차량(1)의 이동방향의 수직축을 Y축으로 한다. 차량(1)의 차선 내 위치를 나타내는 Y 값을 구하기 위하여 3차 방정식으로 예상 경로를 산출할 수 있다.

임의로 설정된 차량(1)의 중심과 좌측 라인 오프셋 거리(a)를 3차 방정식의 상수항으로 하고, 차량(1)의 좌측 라인 측 진행 각도(θ₁)를 1차항의 계수로 한다. 차량(1)의 좌측 라인 진행 각도(θ₁)는 실제 좌측 라인(45)의 접선과 차량(1)의 진행방향이 이루는 사이의 각도를 말한다.

또한, 실제 좌측 라인(45)의 곡률의 외부 중심점(50)의 위치를 이용하여, 좌측 라인의 곡률값을 2차항의 계수 및 좌측 라인 곡률값의 미분값을 3차항의 계수로 정할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서는 (식 1)에 의하여 좌측 오프셋 경로를 나타낼 수 있다.

(식 1)

Y=C_0l+C_1lX+C_2LX²+ C_3LX³

단, C_0l 은 차량(1)의 중심과 좌측 라인 오프셋 거리(a)이고,C_1l 은 좌측 라인 측 진행 각도(θ₁)이고, 2차항의 일계 미분항의 계수인 2C_2L 은 좌측 라인의 곡률을 나타내며, 3차항의 이계 미분항의 계수인 6C_3L은 좌측 라인 곡률 값의 미분 값을 나타낸다.

본 실시예에 따른 우측 오프셋 경로의 곡선도를 산출하는 방법을 이하 설명한다. 우측 오프셋 경로의 곡선도를 산출하기 위하여 차량(1)의 이동방향을 X축, 차량(1)의 이동방향의 수직축을 Y축으로 한다. 차량(1)의 차선 내 위치를 나타내는 Y 값을 구하기 위하여 3차 방정식으로 예상 경로를 산출할 수 있다.

임의로 설정된 차량(1)의 중심과 우측 라인 오프셋 거리(b)값을 상수로 하고, 차량(1)의 우측 라인 측 진행 각도(θ₂)를 1차항의 계수로 한다. 차량(1)의 우측 라인 진행 각도(θ₂)는 실제 우측 라인(47)의 접선과 차량(1)의 진행방향이 이루는 사이의 각도를 말한다.

또한, 실제 우측 라인(47)의 곡률의 외부 중심점(48)의 위치를 이용하여, 좌측 라인의 곡률값을 2차항의 계수 및 좌측 라인 곡률값의 미분값을 3차항의 계수로 정할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서는 (식 1)에 의하여 우측 오프셋 경로를 나타낼 수 있다.

(식 1)

Y=C_0R+C_1RX+C_2RX²+ C_3RX³

단, C_0R 은 차량(1)의 중심과 우측 라인 오프셋 거리(b)이고,C_1R 은 우측 라인 측 진행 각도(θ₂)이고, 2차항의 일계 미분항의 계수인 2C_2R 은 우측 라인의 곡률을 나타내며, 3차항의 2계 미분의 계수인 6C_3R은 우측 라인 곡률 값의 미분 값을 나타낸다.

상기 차량(1)의 중심과 좌측 라인 오프셋 거리(a)와 차량(1)의 중심과 우측 라인 오프셋 거리(b)는 동일하게 설정할 수 있다.

상기 좌측 오프셋 경로와 우측 오프셋 경로는 차량(1)의 위치를 기초로 하여 실시간으로 산출할 수 있다.

도 4의 외부 곡률 중심점(49)은 실제 차선의 중간(Center) 라인의 외부 곡률 중심점(49)을 나타낸다.

도 5는 표시부에 나타난 상기 차량(1)의 현재 차선과, 예상 경로를 동시에 표시한 차량(1)의 표시부의 개략도이다. 차량(1)이 위치하는 차선의 실제 차선은 굵은 실선(501)으로, 예상 경로 산출부(600)에서 산출된 좌측 우측 오프셋 경로는 점선(502)으로 표시할 수 있다.

차선의 실제 차선은 도 3에 도시된 바와 같이, 차량(1) 전방의 영상을 이미지 변환부(500)에 의하여 조감도로 변환하여 획득할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 차량의 차선 유지 보조 방법의 순서도이다. 차량이 주행중(21)인 경우에 본 발명은 카메라에 장착된 요센서와 카메라 및 조향각 검출부가 모두 작동(22)하는지를 판단한다. 각각의 센서들이 모두 동작하는 경우, 요센서와 조향각 검출부를 통해 획득한 요 레이트와 조향각을 이용하여 좌, 우측 오프셋 경로를 산출(23)한다. 산출된 경로(23)를 영상 획득부(100)를 통해 획득한 차선에 덧부텨 표시부에 표시(24)한다.

100:영상 획득부 200:조향각 검출부
300:요센서 400:제어부
500:이미지 변환부 600:예상 경로 산출부
700:표시부 45:실제 좌측 라인
46:센터 라인 47:실제 우측 라인
48:우측 라인 곡률의 중심(center) 49:센터 라인 곡률의 중심(center)
50:우측 라인 곡률의 중심(cente 501:실제 차선
502:예상 경로의 차선

Claims (8)

1. 차량의 전방 영상을 획득하는 영상 획득부;
   상기 차량의 요레이트를 감지하는 요레이트 감지부;
   상기 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부;
   상기 영상을 표시하는 표시부;
   상기 요레이트와 상기 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하고,
   상기 예상 경로가 상기 영상 상에 덧붙여 표시되도록 상기 표시부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 차선 유지 보조 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는.
   상기 감지된 요레이트와 상기 검출된 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하는 예상 경로 산출부; 및
   주행중인 상기 차량과 상기 영상의 현재 차선을 이미지로 변환하는 이미지 변환부; 포함하는 차선 유지 보조 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 산출된 예상 경로는 상기 차량의 현재 차선과 이동 방향 사이의 각도와 상기 차량을 원점으로 하여 좌, 우측 오프셋 경로를 산출하는 것을 포함하는 차선 유지 보조 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 예상 경로는 차량의 중심과 오프셋 경로와의 간격, 차량의 현재 차선과 진행방향 사이의 각도, 차량의 현재 차선의 곡률값과 상기 곡률값의 미분값의 비례값을 차량의 이동 방향 변위의 3차 방정식의 계수로 활용하여 산출하는 차선 유지 보조 장치.
5. 차량의 전방 영상을 획득하는 단계;
   상기 차량의 요레이트를 감지하는 단계;
   상기 차량의 조향각을 검출하는 단계;
   상기 감지된 요레이트와 상기 검출된 조향각을 기초로 차량의 예상 경로를 산출하는 단계;
   상기 영상 상에 상기 예상 경로를 덧붙여 표시하는 단계;를 포함하는 차선 유지 보조 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 영상은 주행중인 상기 차량과 상기 차량의 현재 차선을 포함하는 차선 유지 보조 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 예상 경로는, 상기 차량을 원점으로 하여 좌, 우측 오프셋 경로 및 상기 차량의 현재 차선과 이동 방향 사이의 각도를 산출하는 것을 포함하는 차선 유지 보조 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 예상 경로는 차량의 중심과 오프셋 경로와의 간격, 차량의 현재 차선과 진행방향 사이의 각도, 차량의 현재 차선의 곡률값과 상기 곡률값의 미분값의 비례값을 차량의 이동 방향 변위의 3차 방정식의 계수로 활용하여 산출하는 차선 유지 보조 방법.
   

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