KR20170121883A - 자동 차선 변경 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일면에 따른 자동 차선 변경 방법은, 차량과 인접차량 사이의 차간거리 및 상기 차량과 상기 인접차량 사이의 상대속도를 구하는 단계; 상기 상대속도의 변화를 판단하는 단계; 상기 상대속도가 변화하면, 상기 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 단계; 및 상기 예상 차간거리가 기설정된 안전 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 운전자에게 충돌위험을 경고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 차선 변경 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC LANE CHANGING}
본 발명은 자동 차선 변경에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자동으로 차선을 변경하는 중에 인접차량의 정보를 이용하여 차선변경을 유지할 지 중단할 지 결정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 자율 주행 차량에 대한 관심이 높아짐에 따라 자율 주행은 물론 운전자의 운전을 보조하는 여러 가지 기술들이 활발히 개발되고 있다.
이 중 차선변경 판단 방법에 관해서, 종래에는 자차량과 인접 차량과의 거리를 계산하여 일정 거리 내에 인접 차량이 존재하는 경우 충돌의 위험이 있다고 판단하여 경보음을 발생시켜 운전자에게 경고하거나 조향장치를 강제로 제어하는 기술들이 제안되었다.
그러나 이러한 기술들은 단순히 인접 차량과의 거리만을 고려하기 때문에 인접 차량이 접근하는 경우에는 거리가 멀더라도 위험상황이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 거리 및 차량간의 상대속도를 고려하여 차선변경의 안전성을 판단하고 운전자에게 경고하거나 조향장치 또는 브레이크를 제어하는 기술들이 제안되었다.
이러한 기술들은 일단 차선변경을 시작하고 나면 상대속도가 일정하다는 전제하에 차선변경 가부를 판단하는데, 차선변경 중에 상대속도가 변하는 경우, 예컨대 인접 차량이 장애물을 만나 급격히 속도를 줄여 차간 거리가 좁혀지는 경우에 충돌의 위험이 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 차선 변경 중에 차량간 상대속도의 변화가 발생하는 경우 인접 차량의 거리와 상대속도를 이용하여 차선변경 완료시점의 인접차량과의 거리를 계산하고, 그에 따라 인접차량과의 충돌 가능성을 판단하여 충돌 가능성이 있으면 운전자에게 경고하고 차선변경을 중단하는 한편 조향장치를 변경 전 차선 방향으로 제어하는 차선 변경 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 자동 차선 변경 방법은, 차량과 인접차량 사이의 차간거리 및 상기 차량과 상기 인접차량 사이의 상대속도를 구하는 단계; 상기 상대속도의 변화를 판단하는 단계; 상기 상대속도가 변화하면, 상기 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 단계; 및 상기 예상 차간거리가 기설정된 안전 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 운전자에게 충돌위험을 경고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 자동 차선 변경 장치는, 운전자의 차량과 인접차량과의 차간거리를 측정하는 센서부; 상기 측정한 차간거리를 이용하여 상대속도를 계산하고, 차선변경 중 상기 상대속도의 변화가 있으면 상기 차간거리와 상기 상대속도를 이용하여 차선변경 완료 후 예상 차간거리를 계산하는 연산부; 및 상기 예상 차간거리가 기설정된 안전 차간거리보다 가까우면 상기 운전자에게 충돌위험을 경고하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 차선 변경 중의 상대속도 변화를 감지하여 충돌을 예상하고 조향장치나 브레이크 등을 제어함으로써 차선변경시 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 차선 변경 방법의 흐름도.
도 2는 자동 차선 변경에 따른 상대속도와 차간거리의 관계를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 차선 변경 장치의 구조도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 차선 변경 방법의 흐름도를 나타낸다.
종래 기술에서는 자동차선변경을 시작하기 전에 자차량과 인접차량과의 거리 및 상대속도에 따라 충돌예상시간(TTC: Time-to-Crash)를 계산하고 차선변경 후에도 충돌이 예상되지 않으면 차선변경을 시작한다.
그러나 충돌이 예상되지 않더라도 차선변경 완료 후의 차간거리가 너무 근접해 있으면 운전자의 심리를 압박하여 또 다른 사고로 이어질 수 있기 때문에 본 발명에서는 충돌예상시간이 아닌 안전거리 접근시간(TTA: Time-to-Approach)을 사용한다.
TTA는 차량간의 안전거리 내로 차량이 접근하는데 소요되는 시간을 의미하는데 TTA=(상대거리 - 안전거리) / 상대속도 의 식으로 쉽게 구할 수 있다.
차선변경 시작 전에는 TTA가 차선변경 완료시간보다 큰 경우에만 차선변경을 시작하게 된다(S110). 즉, 차선변경 완료시간이 7초라 가정하고, TTA가 7초나 그 이상이 걸린다면 차선변경 완료 후에도 차간거리는 안전거리보다 더 먼 거리를 유지하고 있다는 의미이므로 안전한 차선 변경이 가능하다고 보고 차선변경을 시작하는 것이다.
차선변경을 시작한 후에도 인접차량의 급정거나 급가속 등 상대속도의 변화가 생길 수 있기 때문에 차간거리 측정(S120)과 상대속도 계산(S130)을 계속한다.
차간거리 측정은 레이더나 레이저센서 등의 센서를 이용하여 측정 가능하고, 상대속도는 적외선이나 레이저를 이용한 속도계 또는 전단계에서 측정한 차간거리와 측정간격을 이용하여 연산할 수 있고, GPS 센서를 이용하여 각 차량의 속도를 구하여 상대속도를 구할 수도 있다.
차량간의 거리는 보통 차량이 종방향으로 일직선으로 위치해 있을 때의 거리를 기준으로 하고, 차선변경에 걸리는 시간은 횡방향 속도를 기준으로 계산하므로, 차선변경 시작 전 대각선 방향으로 향하는 차량의 상대속도를 종방향 속도와 횡방향 속도로 분리하여 사용할 수 있다.
차선변경 진행 중에는 상대속도를 계속 관찰하여 초기 상대속도와 대비하여 차선변경 중 상대속도의 변화를 판단하고(S140), 상대속도의 변화가 없으면 초기 조건과 같이 차선변경이 가능한 상태가 유지되는 것이므로 차선변경을 계속하여 차선변경을 완료하게 된다.
반면 상대속도의 변화가 발생하는 경우에는 변화된 상대거리와 상대속도에 의해 TTA를 다시 계산하고, 상대속도의 변화가 발생한 시점부터 차선변경 완료시까지의 시간도 다시 계산하여 차선변경 완료 후에 예상 차간거리를 계산한다(S150).
다만, 상대속도의 변화가 발생하더라도 상대속도 변화 시점에서의 상대거리가 안전거리보다 멀고 상대속도가 0보다 작으면 차선변경 완료시에도 상대거리는 안전거리보다 먼 상태를 유지하게 된다. 따라서, 차선변경 완료시의 예상차간거리를 계산할 필요 없이 차선변경을 계속하게 되고, 예상차간거리 계산에 따른 불필요한 연산을 줄일 수 있다.
다시 계산한 차선변경 완료시의 예상차간거리가 안전거리 이상인지 판단하고(S160), 안전거리 이상이면 차선변경을 계속하지만 안전거리 미만인 경우에는 후속조치를 취하게 된다.
후속조치로는 차선변경을 중단하도록 운전자에게 경고하는 방법을 사용하거나 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어함으로써 직접적으로 위험을 회피하는 방법을 사용할 수 있다(S170).
순차적으로 운전자에게 경고하고, 경고 후에도 여전히 상대속도의 변화가 없으면 조향장치를 제어하여 원래 차선으로의 복귀를 시도하거나, 제동장치를 제어하여 안전거리 이상으로 차간거리를 유지할 수 있도록 속도를 줄이는 것이 가능하다.
도 2는 차선변경시 상대속도의 변화에 따른 차량(210)과 인접차량(220)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
안전거리(230)는 차량(210)의 속도에 따라 가변할 수 있는데 차선변경이 완료된 후에도 운전자가 심리적 안정감을 느낄 수 있는 최소의 거리로 설정한다.
차량간 거리(240)는 차량 사이의 상대속도에 따라 변화하는데, 차선변경 시작 후 상대속도의 변화가 없다면 일정하게 유지되고(252), 차선변경 시작 후 상대속도의 변화가 발생하면 시간에 따라 차간거리도 변화하게 된다(254, 256).
도 2의 (a)는 상대속도가 0보다 작은 상태, 즉, 차량(210)과 인접차량(220)이 서로 멀어지는 상태에서 차선변경을 시작하고, 차선변경 도중에 상대속도가 0보다 커져서 차량간의 거리가 좁아지는 경우를 나타낸다.
상대속도가 0보다 커진다는 것은 두 차량이 서로 가까워지는 것이므로, 차량(210)의 속도가 빨라지는 것일 수도 있고, 인접차량(220)의 속도가 느려지는 것일 수도 있다.
차선변경 시작 시점(272)에서 상대속도가 0보다 작다면 차량(210)과 인접차량(220)의 차간거리(240)는 점점 늘어나서(252) 차선변경 완료시점(274)에서는 안전거리(230)에서 더 멀어지게 되므로 차선변경에 문제가 없다.
그런데 차선변경 시작(272) 후 중간에 상대속도가 바뀌면(254, 256) 차선변경 완료 후(274)에 차간거리(240)가 안전거리(230) 이상으로 유지될 수도 있지만 안전거리(230) 이내로 접근할 수도 있으므로 상대속도가 바뀌는 순간(276) 차선변경 완료시(274)의 차간거리를 다시 계산해야 한다.
차간거리는 전술한 TTA와 예상 차선변경 완료시간을 비교하여 구할 수 있다.
차선변경 완료시간(274)는 상대속도 변경시점(276)에 다시 계산하는데, 차선변경 시작(272)시에 7초로 예상했던 시간이 차선변경이 진행됨에 따라 일정한 시간이 경과되었으므로 이 시간을 고려해야 한다.
즉, 차선변경 시작(272)시점부터 카운터(Counter)를 두어 일정한 시간간격으로 증가시킨다면 7초에서 카운터와 시간간격을 곱한 값을 빼주면 차선변경 완료시점(274)까지의 남은 시간인 차선변경 완료시간이 된다. 예컨대, 카운터값(count)을 0.02초 간격으로 증가시켰다면 차선변경 완료시간 = 7 - 0.02*count 의 식으로 구할 수 있다.
또는 차량의 상대속도(260)를 이용하여 구할 수 있다. 차량의 상대속도(260)는 종방향 속도(264)과 횡방향 속도(262)로 나눌 수 있는데 이 중 차선변경 완료에 걸리는 시간은 횡방향 속도(262)만 필요하다.
차량의 상대속도(260)와 차선과 이루는 각도를 알면 삼각함수의 공식을 통해 종방향 속도(264)와 횡방향 속도(262)를 쉽게 구할 수 있고, 시간=거리/속도 의 공식을 이용하면 상대속도 변경시점(276)에서의 예상 차선변경 완료시간(282)을 구할 수 있다.
이렇게 안전거리 접근시간인 TTA와 차선변경 완료시간을 구하면 이 둘을 비교함으로써 차간거리를 예상할 수 있다.
도 2에서 차선변경 도중 상대속도가 변한 경우(254, 256)에 차선변경 완료시간(282)과 TTA(284, 286)를 비교하면, 상대속도가 더 급격히 변한 경우(256)에는 TTA(284)가 차선변경 완료시간(282)보다 작으므로, 이는 곧 차선변경이 완료되면 차간거리(240)가 안전거리(230)보다 작아짐을 의미한다.
이 경우 차량의 차선변경을 중단할 것을 운전자에게 경고하거나 조향장치나 제동장치를 제어하여 차량(210)을 원래 차선으로 되돌리거나 속도를 늦추는 조치를 취해야 한다.
상대속도가 좀 더 완만히 변한 경우(254)에는 TTA(286)가 차선변경 완료시간(282)보다 크므로 차선변경이 완료된 시점(274)에서도 차간거리(240)는 안전거리(230) 이상으로 유지되어 차선변경이 중단 없이 계속된다.
도 2의 (b)와 (c)는 (a)와 달리 상대속도가 0보다 크거나 0인 상태로 차선변경을 시작하여 차선변경 도중에 속도가 바뀌는 경우의 차간거리를 나타낸다.
상대속도가 0보다 크거나 0인 상태에서 차선변경을 시작하고, 차선변경 도중에 상대속도가 변화하는 경우에도 그 시점에서의 TTA와 예상 차선변경 완료시간을 계산하고, TTA가 예상 차선변경 완료시간보다 크면 차선변경을 계속하고, TTA가 예상 차선변경 완료시간보다 작으면 차선변경을 중단한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 차선 변경 장치(30)의 구조도를 나타낸다.
자동 차선 변경 장치(30)는 센서부(310), 연산부(320) 및 제어부(330)를 포함하여 이루어진다.
센서부(310)는 차량과 인접차량의 거리를 측정하거나 상대속도 또는 절대속도를 측정하는 데 이용된다.
이를 위해 센서부(310)는 레이더 센서, 레이저 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등의 거리 측정 센서나 속도측정센서를 포함할 수 있다.
연산부(320)는 센서부(310)에서 측정한 인접차량과의 거리나 상대속도를 이용하여 차선변경 완료 후의 차간거리를 계산할 수 있다.
차선변경 완료 후의 차간거리는 전술한 바와 같이 TTA와 차선변경 완료시간의 관계를 이용하여 구한다.
전술한 바와 같이 현재 차간거리가 안전거리보다 멀고 상대속도가 0보다 작은 경우에는 차선변경 완료 후의 차간거리를 계산할 필요 없이 차선변경을 계속한다.
제어부(330)는 연산부(320)에서 계산한 차선변경 완료 후의 차간거리가 미리 설정해 둔 안전거리보다 가까운 경우 운전자에게 충돌을 경고할 수 있다.
제어부(330)가 운전자에게 경고한 후에도 상대속도의 변화가 없는 것으로 판단되면 제어부(330)는 직접적으로 차량의 조향장치를 제어하여 차량을 원래의 차선 방향으로 되돌리거나, 제동장치를 제어하여 차량을 감속시키는 방법으로 안전거리를 확보할 수 있다.
이상과 같은 자동 차선 변경 방법과 자동 차선 변경 장치를 사용하여 차량을 제어함으로써, 차선의 변경 중에 발생하는 돌발상황에 대해서도 안전거리를 확보할 수 있어 차량의 안전한 운행이 가능한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
30: 자동 차선 변경 장치
310: 센서부 320: 연산부
330: 제어부

Claims (12)

  1. 차량과 인접차량 사이의 차간거리 및 상기 차량과 상기 인접차량 사이의 상대속도를 구하는 단계;
    상기 상대속도의 변화를 판단하는 단계;
    상기 상대속도가 변화하면, 상기 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 단계; 및
    상기 예상 차간거리가 기설정된 안전 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 운전자에게 충돌위험을 경고하는 단계;
    를 포함하는 자동 차선 변경 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 단계는
    상기 차량이 차선 변경을 시작하면 기설정된 시간간격으로 카운트를 증가시키고, 상기 차량의 차선 변경 시작 전 예측한 차선 변경 완료 시간에서 상기 기설정된 시간간격 값과 상기 카운트값을 곱한 값을 뺀 값을 이용하여 상기 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 것
    인 자동 차선 변경 방법.

  3. 제1항에 있어서, 상기 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 계산하는 단계는
    상기 차량의 속도를 상기 차량의 종방향 속도와 횡방향 속도로 분리하고, 상기 종방향 속도를 이용하여 상기 인접차량과의 상대속도를 구하고, 상기 횡방향 속도를 이용하여 차선변경 완료 시까지의 시간을 구하는 것
    인 자동 차선 변경 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경고하는 단계 이후에
    상기 상대속도의 변화를 판단하여 상기 상대속도의 변화가 없으면 상기 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것인 자동 차선 변경 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경고하는 단계 이후에
    상기 상대속도의 변화를 판단하여 상기 상대속도의 변화가 감지되면,
    상기 변화한 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 다시 계산하여, 상기 다시 계산한 예상 차간거리가 상기 기설정된 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것인 자동 차선 변경 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상대속도의 변화를 판단하는 단계 이후에
    상기 상대속도가 변화하면, 상기 변화한 상대속도가 0보다 작고 상기 차간거리가 상기 기설정된 안전 차간거리보다 멀면 차선변경을 계속하는 단계;
    를 더 포함하는 것인 자동 차선 변경 방법.
  7. 운전자의 차량과 인접차량과의 차간거리를 측정하는 센서부;
    상기 측정한 차간거리를 이용하여 상대속도를 계산하고, 차선변경 중 상기 상대속도의 변화가 있으면 상기 차간거리와 상기 상대속도를 이용하여 차선변경 완료 후 예상 차간거리를 계산하는 연산부; 및
    상기 예상 차간거리가 기설정된 안전 차간거리보다 가까우면 상기 운전자에게 충돌위험을 경고하는 제어부;
    를 포함하는 자동 차선 변경 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연산부는
    상기 차량이 차선 변경을 시작하면 기설정된 시간간격으로 카운트를 증가시키고, 상기 차량의 차선 변경 시작 전 예측한 차선 변경 완료 시간에서 상기 기설정된 시간간격 값과 상기 카운트값을 곱한 값을 뺀 값을 이용하여 상기 차선변경 완료 후 예상 차간거리를 계산하는 것
    인 자동 차선 변경 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 연산부는
    상기 차량의 속도를 상기 차량의 종방향 속도와 횡방향 속도로 분리하고, 상기 종방향 속도를 이용하여 상기 인접차량과의 상대속도를 구하고, 상기 횡방향 속도를 이용하여 차선변경 완료 시까지의 시간을 구하는 것
    인 자동 차선 변경 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 운전자에게 충돌위험을 경고한 이후에 상기 연산부에 의해 판단한 상기 상대속도의 변화가 없으면 상기 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어하는 것
    인 자동 차선 변경 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 제어부에서 상기 운전자에게 충돌위험을 경고한 이후에, 상기 상대속도의 변화를 판단하여 상기 상대속도의 변화가 감지되면, 상기 변화한 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 다시 계산하고,
    상기 제어부는 상기 다시 계산한 예상 차간거리가 상기 기설정된 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어하는 것
    인 자동 차선 변경 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 제어부에서 상기 운전자에게 충돌위험을 경고한 이후에, 상기 상대속도의 변화를 판단하여 상기 상대속도의 변화가 감지되면, 상기 변화한 상대속도와 상기 차간거리를 이용하여 상기 차량과 상기 인접차량과의 차선변경 완료 시 예상 차간거리를 다시 계산하고,
    상기 제어부는 상기 다시 계산한 예상 차간거리가 상기 기설정된 차간거리보다 가까우면 상기 차량의 조향장치 또는 제동장치를 제어하는 것
    인 자동 차선 변경 장치.

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