KR20180015018A - 차선정보 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차선정보 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충돌 이후에 불안정한 차량의 거동에도 차선의 정보를 정상적으로 추정하여 2차 충돌 회피 시스템 등의 오류를 줄일 수 있는 차선정보 추정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차선정보 추정 방법은 차량에 장착된 카메라 센서를 통해 상기 차량이 운행중인 도로의 차선을 인식하는 단계; 상기 인식된 차선정보에 도로의 양쪽 차선이 모두 인식되었는지 확인하는 단계; 상기 인식된 차선이 양쪽 차선인 경우, 상기 인식된 차선에 대해 제1횡방향 이탈거리 및 제1횡방향 이탈각을 계산하는 단계; 상기 인식된 차선이 기설정된 시간동안 양쪽 차선 중 어느 하나의 차선을 포함하지 않는 경우, 차량에 장착된 요레이트 센서를 통해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계; 를 포함한다.

Description

차선정보 추정 방법 {METHOD FOR ESTIMATING ROAD LINE INFORMATION}
본 발명은 차선정보 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충돌 이후에 불안정한 차량의 거동에도 차선의 정보를 정상적으로 추정하여 2차 충돌 회피 시스템 등의 오류를 줄일 수 있는 차선정보 추정 방법에 관한 것이다.
최근 3년간 고속도로 교통사고 통계를 살펴보면, 전체 사망자의 14%가 2차 충돌에 의해 발생한 것으로 나타났으며, 2차 충돌에 의한 치사율은 약 50%로 전체 교통사고 평균 치사율인 15.3%보다 약 3.3배 높은 것으로 확인되었다.
이와 같이 2차 충돌에 의한 치사율이 높은 이유는 1차 충돌 이후의 피해에 2차 충돌에 의한 피해가 더해져 그 규모가 증대되었기 때문이다.
이에 따라, 2차 충돌에 따른 교통사고 사망자를 감소시키기 위한 노력의 일환으로 2010년도부터 2차 충돌 회피 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
기존의 2차 충돌 회피 시스템에 관한 연구는 차량 제동을 통한 회피에 중점을 두고 이루어졌다. 그러나 최근 1차 충돌 후 횡방향 이탈거리를 줄여 회피 성능을 개선하기 위해 제동 및 조향제어를 함께 적용하는 방식의 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 연구들을 통해 1차 충돌 이후 생존률을 높이기 위해 중요한 인자는 제동 거리와 횡방향 이탈거리인 것이 확인되었으며, 이중 횡방향 이탈거리는 요레이트(Yaw rate) 및 횡 가속도 등을 통해 추정이 가능하다.
그러나 횡방향 이탈거리 추정에 있어서, 현재 차선에서의 차량의 위치가 정확하게 파악되지 못한다면 횡방향 이탈거리 역시 정확한 추정이 불가능하고. 이에 따라 2차 충돌 회피 성능 역시 떨어지게 된다.
따라서 2차 충돌 회피 시스템에서 차선정보 및 차량의 위치정보를 정확하게 추정하는 기술인 LKAS(Lane Keeping Assistance System)의 신뢰성을 높이기 위한 연구가 필요한데 일반적으로 LKAS 등에 사용되는 차선 정보 추정방법 차량이 일반적인 선회를 하는 도중에는 정상적으로 동작이 가능하지만, 충돌 이후와 같이 차량의 거동이 매우 불안정한 경우, 정상적인 추정이 불가능할 수 있다.
한국등록특허 제10-0901414호 한국등록특허 제10-2014-0078436호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 비선형 차량모델을 적용하고 카메라 센서와 요레이트 센서와의 융합을 통하여 충돌 이후에도 차선정보를 정확하게 추정할 수 있는 차선정보 추정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차선정보 추정 방법은 차량에 장착된 카메라 센서를 통해 상기 차량이 운행중인 도로의 차선을 인식하는 단계; 상기 인식된 차선정보에 도로의 양쪽 차선이 모두 인식되었는지 확인하는 단계; 상기 인식된 차선이 양쪽 차선인 경우, 상기 인식된 차선에 대해 제1횡방향 이탈거리 및 제1횡방향 이탈각을 계산하는 단계; 상기 인식된 차선이 기설정된 시간동안 양쪽 차선 중 어느 하나의 차선을 포함하지 않는 경우, 차량에 장착된 요레이트 센서를 통해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 요레이트 센서를 통해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계는, 상기 차량에 장착된 요레이트 센서를 통해 차량의 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도를 감지하는 단계; 상기 감지된 차량의 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도를 이용하여 차량의 종방향 속도, 횡방향 속도를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 종방향 속도, 횡방향 속도 및 요레이트를 이용하여 차량의 제2횡방향 이탈거리와 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 제2횡방향 이탈각
Figure pat00001
및 제2횡방향 이탈거리
Figure pat00002
는 아래의 수식을 통해 계산되고, 아래 수식에서,
Figure pat00003
는 종방향 속도,
Figure pat00004
는 횡방향 속도,
Figure pat00005
는 요레이트이다.
Figure pat00006
Figure pat00007
본 발명에 따르면 차선정보 추정 방법은 충돌 등의 상태로 인하여 차선정보가 지속적으로 인식되지 않는 구간에서 요레이트 센서와의 융합을 통하여 차선정보를 추정하고 이를 통해 차량의 거동 및 위치를 정확하게 파악하여 2차 충돌 회피 시스템의 성능을 향상시키도록 할 수 있다.
도 1은 횡방향 이탈거리 및 횡방향 이탈각을 나타낸 도이다.
도 2는 카메라 센서가 적용된 차량에서 차선을 인식하고, 횡방향 이탈거리 및 이탈각을 추정하는 방법을 나타낸 도이다.
도 3은 차량의 충돌 이후 전방 카메라 센서로부터 인식된 차선의 예를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 요레이트 센서에 의한 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각 산출과정의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 요레이트 센서를 이용한 이탈거리 및 이탈각 추정 모델 그래프이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 횡방향 이탈거리 및 횡방향 이탈각을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 횡방향 이탈거리는 차선의 중심점으로부터 차량의 무게중심까지의 횡방향 거리이며, 횡방향 이탈각은 도로의 접선과 차량의 조향각이 이루는 각도이다.
충돌 이후에 조향과 제동의 협조 제어를 통하여 주행중인 차선을 유지하고 2차 충돌을 회피하기 위해서는 횡방향 이탈거리 및 이탈각을 각각 0으로 수렴시켜야 하므로 2차 충돌을 회피하기 위한 시스템에서 매우 중요한 상태변수라고 할 수 있다.
이러한 횡방향 이탈거리 및 이탈각을 추출해내기 위해서는 차선의 정보를 정확하게 인식하는 것이 중요하며 이를 위해 카메라 센서를 적용하여 차선의 이미지를 통해 차선을 인식한다.
도 2는 카메라 센서가 적용된 차량에서 차선을 인식하고, 횡방향 이탈거리 및 이탈각을 추정하는 방법을 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 3개의 나란한 차선 중 가운데 차선으로 차량이 주행하고 있는 상황을 가정하고 있으며, 차선이 인식된 지점을 작은 원으로 표시하고 있다.
근거리일수록 차선이 인식된 지점의 간격은 좁으며 원거리일수록 차선의 인식지점 간의 간격은 넓어지는 것을 알 수 있으며 차량이 주행하고 있는 2차선의 차선은 작은 원들을 실선으로 연결하여 차선으로 인식한다.
이렇게 인식된 차선의 중심 라인을 추정한 후 현재 차량의 무게중심 지점과의 차이를 계산하여 횡방향 이탈거리인
Figure pat00008
를 계산하며, 차선의 중심 라인과 현재 차량의 헤딩각과의 차이각을 계산하여 횡방향 이탈각인
Figure pat00009
를 계산한다.
그러나 충돌 등의 이유로 카메라 센서가 한쪽 차선을 인식하지 못하면 횡방향 이탈거리와 이탈각을 계산할 수가 없다.
도 3은 차량의 충돌 이후 전방 카메라 센서로부터 인식된 차선의 예를 나타낸 도이다.
도 3을 참조하면, 충돌 이후 차량이 오른쪽으로 틀어지면서 왼쪽 차선의 일부가 인식되지 않는 상황을 나타내고 있다.
이러한 경우, 횡방향 이탈거리와 횡방향 이탈각을 정확하게 계산할 수 없으며, 이에 따라 2차 충돌을 회피하기 위한 횡방향 제어 시 오류가 있을 수 있다.
이러한 오류를 줄이기 위해 요레이트 센서와의 융합을 통하여 횡방향 이탈거리 및 이탈각을 계산하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선정보 추정 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면 본 발명에 따른 차선정보 추정 방법은 먼저 차량에 장착된 카메라 센서를 통해 차량이 운행중인 도로의 차선을 인식하는 단계(S101)를 수행한다.
이는 도 2에서 이미 설명한 단계로서 정상적인 운행중에는 카메라 센서를 통해 운행중인 차선의 차선을 인식하고 이에 따른 횡방향 이탈거리 및 횡방향 이탈각을 포함하는 차선 정보를 추출하게 된다.
카메라 센서를 통한 차선의 인식은 기설정된 시간 또는 기설정된 거리마다 반복적으로 수행되며, 이때 인식된 차선에 양쪽 차선이 모두 포함되어 있는지 확인한다(S103).
만약 양쪽차선이 모두 인식된 경우라면 차량이 정상적인 거동을 수행하는 것으로 간주하여 인식된 양쪽 차선에 대해 차선의 중심라인을 계산하고 현재 차량의 위치에 따라 차량의 제1횡방향 이탈거리 및 제1횡방향 이탈각을 계산한다(S105).
그러나 양쪽 차선 중 어느 한쪽의 차선이 기설정된 시간동안 인식되지 않는다면, 차량의 거동에 이상이 있는 것으로 판단하고 카메라 센서가 아닌 요레이트 센서에 의해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 산출한다(S107).
요레이트 센서에 의한 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각 산출과정은 도 5에 나타나있다.
도 5를 참조하면 본 발명에 따른 차선정보 추정 방법에서 요레이트 센서에 의한 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각 산출과정은 먼저 요레이트 센서를 통해 차량의 종방향 속도, 횡방향 속도 및 요레이트를 감지하는 단계를 수행한다(S201).
요레이트 센서는 차량의 수직축 방향의 요레이트(Yaw rate : 회전 각속도)를 검출하는 센서이며, 4륜 조향제어 등에 적용되는 센서이다.
요레이트 센서의 진동자에 교류전압을 가하면, 변형을 일으켜 진동이 발생되므로 진동자는 일정한 진동수를 가지고 항상 좌, 우로 흔들리게 된다. 이 상태에서 차량이 일정한 각속도로 선회를 하면, 센서의 검출자는 진동을 가하는 방향과 직작으로 기울어지면서 교류전압이 출력된다.
이렇게 발생되는 교류전압의 파형을 동기 검파함으로써 선회방향과 그 크기를 검출하여 아날로그 신호로 출력하는 것이 바로 요레이트 센서이다. 또한 횡가속도 센서와 종가속도 센서를 함께 포함하여 횡가속도 및 종가속도의 방향과 크기를 알 수 있다.
EPB(Electronic Parking Brake : 전자식 주차 제동기)가 적용되는 차량의 센서 클러스터에는 이러한 횡가속도 센서 및 종가속도 센서가 요레이트 센서 안에 포함되어 설치된다.
이렇게 차량에 장착된 요레이트 센서로부터 감지된 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 요레이트를 이용하여 종방향 속도와 횡방향 속도를 계산하고(S203), 계산된 종방향 속도, 횡방향 속도 및 요레이트를 이용하여 차량의 제2횡방향 이탈거리와 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계(S205)를 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 요레이트 센서를 이용한 이탈거리 및 이탈각 추정 모델 그래프이다.
도 6을 참조하면 직사각형으로 표현된 차량을 좌표계에 대입하였을 때, 종가속도
Figure pat00010
, 횡가속도
Figure pat00011
, 요레이트
Figure pat00012
를 알고 있을 때, 종방향 속도와 횡방향 속도는 다음과 같이 구해진다.
Figure pat00013
Figure pat00014
위의 수식에서
Figure pat00015
는 종방향 속도 변화량,
Figure pat00016
는 종방향 속도,
Figure pat00017
는 횡방향 속도 변화량,
Figure pat00018
는 횡방향 속도이다.
이렇게 구해진 종방향 속도 및 횡방향 속도를 알면 제2횡방향 이탈각
Figure pat00019
및 제2횡방향 이탈거리
Figure pat00020
는 아래의 수식을 통해 계산된다.
Figure pat00021
Figure pat00022
위의 수식에서,
Figure pat00023
는 종방향 속도,
Figure pat00024
는 횡방향 속도,
Figure pat00025
는 요레이트를 의미한다.
도 5로 돌아와서 이렇게 제2횡방향 이탈거리와 제2횡방향 이탈각이 계산되면, 기존에 계산되었던 제1횡방향 이탈거리 및 제1횡방향 이탈각을 초기값으로 설정한 상태에서 계산된 제2횡방향 이탈거리와 제2횡방향 이탈각을 다음값으로 적용하여 2차 충돌 회피 제어에 적용한다(S109).
이와 같은 과정을 통해 충돌 등에 의해 차량의 거동이 불안한 상황에서도 요레이트 센서 적용을 통해 차량의 이탈거리를 정확하게 인식하여 2차 충돌 회피를 위한 제어 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 차량에 장착된 카메라 센서를 통해 상기 차량이 운행중인 도로의 차선을 인식하는 단계;
    상기 인식된 차선정보에 도로의 양쪽 차선이 모두 인식되었는지 확인하는 단계;
    상기 인식된 차선이 양쪽 차선인 경우, 상기 인식된 차선에 대해 제1횡방향 이탈거리 및 제1횡방향 이탈각을 계산하는 단계;
    상기 인식된 차선이 기설정된 시간동안 양쪽 차선 중 어느 하나의 차선을 포함하지 않는 경우, 차량에 장착된 요레이트 센서를 통해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계; 를 포함하는 차선정보 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요레이트 센서를 통해 제2횡방향 이탈거리 및 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계는,
    상기 차량에 장착된 요레이트 센서를 통해 차량의 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 차량의 요레이트, 종방향 가속도, 횡방향 가속도를 이용하여 차량의 종방향 속도, 횡방향 속도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 종방향 속도, 횡방향 속도 및 요레이트를 이용하여 차량의 제2횡방향 이탈거리와 제2횡방향 이탈각을 추정하는 단계; 를 포함하는 차선정보 추정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2횡방향 이탈각
    Figure pat00026
    및 제2횡방향 이탈거리
    Figure pat00027
    는 아래의 수식을 통해 계산되고, 아래 수식에서,
    Figure pat00028
    는 종방향 속도,
    Figure pat00029
    는 횡방향 속도,
    Figure pat00030
    는 요레이트인 차선정보 추정 방법.
    Figure pat00031

    Figure pat00032
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