KR20180025611A - Autonomous driving system and autonomous driving method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an autonomous driving system of a vehicle, and an autonomous driving method using the same, comprising: a sensing module (10) for sensing a physical state of an object vehicle; a power module (30) for controlling an engine torque of the vehicle, and controlling braking pressure of each wheel of the vehicle; and a control module (20) for controlling the sensing module (10) and the power module (30). The control module (20) can define a state of the vehicle based on a global coordinate system for a guide to destination and a fixed coordinate system of the vehicle so as to calculate a non-linear vehicle module with six degrees of freedom. Moreover, the control module (20) can attach a virtual safety limiting ellipse, calculated by a relation between the vehicle and the object vehicle measured by the sensing module (10), to the object vehicle.

Description

안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템 및 이를 이용한 자율주행방법{Autonomous driving system and autonomous driving method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an autonomous driving system using an ellipse,

본 발명은 차량의 자율주행시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경로계획 및 운동계획을 위한 비선형모델예측제어 기법을 도입한 자율주행시스템과 이를 이용한 자율주행방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an autonomous driving system employing a nonlinear model predictive control method for path planning and motion planning, and an autonomous driving method using the autonomous driving system.

최근 차량의 각종 전자장비 및 센서의 성능이 고도화되고 제어기술이 발달함에 따라, 운전자의 조작 없이 차량 스스로 주행 환경을 인식하여 목표지점까지 운행하는 자율 주행 기술이 빠르게 발전하고 있다. 이러한 자율주행기술은 시작지점으로부터 목표지점까지 다른 장애물과의 충돌이 없는 최적의 경로를 계획하고, 생성된 경로를 추종하는 운동 계획(Motion Planning)과정을 수행한다.Recently, as the performance of various electronic devices and sensors of a vehicle is advanced and control technology is developed, an autonomous driving technology in which a driver perceives a driving environment by himself and operates to a target point is rapidly developed. Such an autonomous driving technique plans an optimal path without collision with other obstacles from a starting point to a target point, and carries out a motion planning process to follow the generated path.

이러한 운동 계획은 차량이 주행할 경로를 계획하고 생성하는 경로계획(Path Planning)과 생성된 경로를 추종하는 경로추종(Path Following)으로 나뉜다. 일반적으로 경로계획은 주행 전 모든 지역의 지형과 장애물정보 등을 기반으로 최적의 경로를 생성하는 전역경로계획(Global Path Planning)과 장착된 환경센서를 통해 실시간으로 주변 환경을 계측하고, 계측된 정보를 통해 경로를 부분 재생성하는 지역경로계획(Local Path Planning)으로 구분된다.This exercise plan is divided into a path planning for planning and generating a route to be driven by the vehicle and a path following for following the generated route. In general, the path planning is to measure the surrounding environment in real time through the Global Path Planning (Global Path Planning), which generates an optimal path based on the terrain and obstacle information of all the regions before driving, and the mounted environment sensor, And local path planning that partially regenerates the path through the path.

이와 같은 자율주행기술은 다양한 방법을 통해 생성된 경로를 차량이 정확하고 안전하게 추종할 수 있도록 하는 것이 중요한데, 종래의 경로추종 방법은 차량의 속도를 제어하는 종방향(Longitudinal) 제어와 조향각을 제어하는 횡방향(Lateral) 제어로 나눌 수 있다. 일반적으로 경로추종은 동역학적 특성과 주변 환경의 제한조건(차선, 장애물 등)에 따라 생성된 경로를 따라가기 위해 차량 모델(Vehicle Model) 혹은 도로와 차량 사이의 기구학적 모델을 이용한다.Such an autonomous driving technique is important to allow a vehicle to accurately and safely follow a path generated through various methods. Conventional path following methods include longitudinal control for controlling the speed of the vehicle and control of the steering angle And can be divided into lateral control. In general, the path follow-up uses a vehicle model or a kinematic model between the road and the vehicle to follow the generated path according to dynamic characteristics and constraints (lanes, obstacles, etc.) of the surrounding environment.

하지만, 종래의 모델예측제어기법은 여기에 사용된 모델이 실제 차량과 완벽하게 일치할 때 제어의 정확성 및 안정성이 보장되는데, 비선형적인 동역학적 운동에 의해 구성 파라미터(Parameters)를 매순간 변하는 실제차량에 적용할 경우에 발생하는 성능의 차이는 불가피한 면이 있다.However, the conventional model predictive control technique guarantees the accuracy and stability of the control when the model used here perfectly matches the actual vehicle. By non-linear dynamics, the parameters are changed in real time There is an inevitable difference in performance that occurs when applied.

또한, 종래에는 모델을 통한 제어수행시 모델의 불확실성(Uncertainty)을 고려하여 이를 자율주행 방법에 반영하지 못하였고, 정적인 장애물만을 고려하여 설계됨에 따라 움직이는 장애물에 능동적으로 적용하기 어려운 문제점이 있었다.In addition, in the related art, uncertainty of the model is taken into consideration in performing the control through the model and it is not reflected in the autonomous driving method, and there is a problem that it is difficult to actively apply to the moving obstacle as it is designed considering only the static obstacle.

대한민국 등록특허 제10-1177374호Korean Patent No. 10-1177374

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자율주행차량의 운동계획 과정에서 경로계획 및 경로추정을 위한 비선형모델기반 제어기법을 사용하되 매 샘플링시간마다 계산 및 제어를 실시하여 실제 주행에 가깝게 모사하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a nonlinear model-based control scheme for path planning and path estimation in a motion planning process of an autonomous vehicle, And control is performed to simulate close to the actual running.

본 발명의 다른 목적은 장애물인 목적차량에 대한 가상의 안전제한타원을 실시간으로 계산하고 이를 적용하여 자율주행 과정에서 안정성을 높이는 것이다.Another object of the present invention is to calculate a virtual safety restriction ellipse for a target vehicle in an obstacle in real time and apply it to enhance stability in the autonomous driving process.

본 발명의 또 다른 목적은 IMM기법 등을 적용하여 실제차량운행과 모델사이의 오차를 줄이는 것이다.Another object of the present invention is to reduce the error between the actual vehicle operation and the model by applying the IMM technique or the like.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 목적차량의 물리적 상태를 감지하기 위한 센싱모듈과, 자차량의 엔진토크 및 각 바퀴의 제동압력을 제어하기 위한 동력모듈과, 상기 센싱모듈 및 동력모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하고, 상기 제어모듈은 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태를 정의하고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈을 계산하며, 상기 제어모듈은 상기 센싱모듈에 의해 측정된 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원을 상기 목적차량에 부여한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicular drive system including a sensing module for sensing a physical state of a target vehicle, a power module for controlling an engine torque of the vehicle, And a control module for controlling the sensing module and the power module, wherein the control module defines a vehicle state based on a global coordinate system for guiding the vehicle to a destination and a fixed coordinate system of the vehicle, And the control module assigns a virtual safety restriction ellipse calculated by the relationship between the subject vehicle and the target vehicle measured by the sensing module to the target vehicle.

상기 자차량의 상태는The state of the child vehicle

Figure pat00001
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Figure pat00002
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Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
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Figure pat00006
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Figure pat00007
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Figure pat00008
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Figure pat00009
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Figure pat00010
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Figure pat00011
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로 정의되고, 상기 k는 차축브레이크율을 나타내고, X, Y, Vx, Vy는 각각 전역좌표계의 종/횡방향 거리와 속도를 나타내며, Ψ, γ는 각각 요방향 각도 및 각속도를 나타내고, m, Imm, Cf,r, Fxf,xr 은 차량 파라미터로서, 각각 질량, 질량관성모멘트, 전/후륜 타이어선회강성계수, 전/후륜 종방향 타이어힘을 나타낸다.Is defined as the k denotes an axle brake rate, X, Y, V x, V y denotes a longitudinal / transverse distance and the speed of the global coordinate system, respectively, Ψ, γ denotes a respective yaw direction angle and angular velocity, m, I mm , C f, r , F xf, and x r are the vehicle parameters and represent the mass, mass moment of inertia, front / rear tire rotational stiffness coefficient, and front / rear wheel longitudinal tire force, respectively.

상기 안전제한타원은 자차량과 상대차량 사이의 거리가 장축으로 형성되는 타원형태이고, 상기 안전제한타원에 의해 의한 회피가능지역은The safety restriction ellipse is an elliptical shape in which the distance between the subject vehicle and the opponent vehicle is formed along the major axis, and the avoidable area by the safety restriction ellipse is

Figure pat00012
Figure pat00012

이며, 상기 a, b는 , And a and b are

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

와 같이 구해지며,Respectively,

여기서 here

Figure pat00015
,
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,

Figure pat00016
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Figure pat00017
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이다.to be.

상기 제어모듈은 상기 자차량이 상기 안전제한타워 내에 들어오면 자차량을 지역경로 주행모드로 변경시킨다.The control module changes the local vehicle into the local route driving mode when the child vehicle enters the safety restriction tower.

상기 지역경로 주행모드에서 자차량과 상대차량의 상대속도가 기준치 이상인 경우에는 상기 제어모듈은 목적차량의 운행상태에 따라 상기 자차량을 종방향 가속주행시키거나 또는 횡방향 가속주행시킨다.When the relative speed between the vehicle and the opponent vehicle is equal to or greater than the reference value in the regional route running mode, the control module accelerates the vehicle in the longitudinal direction or in the lateral direction according to the driving state of the target vehicle.

상기 자차량과 목적차량의 상대거리 및 상대속도는 IMM기법을 통해 추정된다.The relative distance and the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle are estimated through the IMM technique.

상기 자차량의 운행제어는 목적차량과의 상대운동에 따라 (i) 등속주행, (ii) 종방향 가/감속운행, 또는 (iii) 횡방향 가/감속운행 중 어느 하나로 선택되고, 이들 운행패턴 사이의 변경 확률(Transition Proability)은 Markov chain 모델을 통해 정의된다.(I) the constant speed travel, (ii) the longitudinal direction acceleration / deceleration travel, or (iii) the lateral direction acceleration / deceleration travel according to the relative motion with the target vehicle, Transition pro- bability is defined through the Markov chain model.

상기 자차량의 횡방향 주행제어에 있어서, 횡방향 운동의 제한거리는 도로의 차선폭 및 하나의 차선을 변경하는 경우 발생하는 횡방향 이동거리로 설정되고, 자차량의 횡방향 주행시 요각속도의 제한크기는 최대 횡방향 가속도 및 자차량의 속도를 기준으로 설정된다.In the lateral travel control of the child vehicle, the limit distance of the lateral movement is set as the lateral lane distance that occurs when the lane width of the road and one lane are changed, and the limit magnitude of the yaw rate Is set based on the maximum lateral acceleration and the speed of the subject vehicle.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 자동차의 자동주행방법에 있어서,According to another aspect of the present invention, there is provided a method for automatically running an automobile,

자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역경로가 설정되는 단계와, 비선형모델예측을 위해 상기 자차량의 상태가 정의되되 상기 자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태가 정의되고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈이 계산되는 단계와, 상기 전역경로를 따라 자차량의 주행이 이루어지는 단계와, 동적 장애물이 감지되면 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원이 상기 목적차량에 부여되는 단계와, 상기 안전제한타원의 범위 내로 자차량이 진입하면 목적차량의 주행에 따라 자차량의 주행이 이루어지는 지역경로 주행모드가 시작되는 단계를 포함한다.A step of setting a global path for guiding the subject vehicle to a destination, setting a global coordinate system for guiding the subject vehicle to a destination and a fixed coordinate system of the subject vehicle, Calculating a 6-degree-of-freedom non-linear vehicle module from the vehicle state, calculating a non-linear vehicle module from the calculated 6-degree of freedom non-linear vehicle module, calculating a traveling distance of the vehicle along the global route, And a step of starting a local route driving mode in which the subject vehicle is driven according to the driving of the target vehicle when the subject vehicle enters the safe limit ellipse do.

상기 지역경로 주행모드에서, 상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 없는 경우에는 자차량의 횡방향 가속주행이 이루어지고, 상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 있는 경우에는 자차량의 종방향 가속주행이 이루어진다.In the case of the local route running mode, when the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle is equal to or higher than the reference value and there is no lane change of the target vehicle, the lateral acceleration running of the subject vehicle is performed, When there is a lane change of the target vehicle which is equal to or higher than the reference value, the vehicle is accelerated longitudinally in the longitudinal direction.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템 및 이를 이용한 자율주행방법에는 다음과 같은 효과가 있다.The autonomous vehicle driving system using the safety restriction ellipse according to the present invention as described above and the autonomous driving method using the same have the following effects.

본 발명에 의하면, 자율주행차량의 운동계획 과정에서 경로계획 및 경로추정을 위한 비선형모델기반 제어기법을 사용하고, 매 샘플링시간마다 계산 및 제어를 실시하여 실제 주행에 가깝게 함으로써 실제 주행과의 오차를 줄여 실제 주행에 가까운 자율주행 효과를 가져올 수 있다.According to the present invention, a nonlinear model-based control method for path planning and path estimation is used in the motion planning process of an autonomous vehicle, and calculation and control are performed at every sampling time to approximate the actual running, It is possible to bring about an autonomous driving effect close to the actual driving.

그리고 본 발명에서 자차량과 목적차량(동적 장애물) 사이에 안전제한타워를 설정하여 자차량의 운전 안정성을 높일 수 있다. 특히, 안전제한타워는 목적차량과 자차량 사이의 상대거리, 상대속도 등을 실시간으로 모니터링하여 설정되는 것이므로, 보다 능동적고 안전한 자율주행이 이루어질 수 있다.In addition, in the present invention, the safety of the vehicle can be improved by setting a safe limit tower between the subject vehicle and the target vehicle (dynamic obstacle). In particular, since the safety restriction tower is set by monitoring in real time the relative distance and relative speed between the target vehicle and the subject vehicle, more active and safe autonomous traveling can be achieved.

또한, 본 발명에서는 IMM기법과 Markov chain 모델을 도입하여 자율주행 시뮬레이션을 실제 차량주행에 최대한 가깝게 모사할 수 있고, 따라서 자율주행의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.Also, in the present invention, the IMM technique and the Markov chain model are introduced to simulate the autonomous driving simulation as close as possible to the actual vehicle driving, thereby improving the autonomous driving accuracy.

도 1은 본 발명에 의한 차량의 자율주행시스템의 일실시례를 구성하는 구성요소를 개략적으로 보인 구조도.
도 2(a)는 본 발명에 의한 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템에 사용되는 비선형모델예측제어 운동계획을 보인 개념도.
도 2(b)는 본 발명에 의한 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템에 사용되는 안전제한타원이 적용된 모습을 보인 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 차량의 자율주행방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명에 의한 차량의 자율주행방법에 이어 지역경로 주행모드를 순차적으로 도시한 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 차량의 자율주행방법을 이용하여 자차량의 지역경로 자율주행의 일실시례를 나타낸 예시도.
도 6은 도 5에 도시된 자율주행을 시뮬레이션한 모습을 순차적으로 보인 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 차량의 자율주행방법을 이용하여 자차량의 지역경로 자율주행의 다른 실시례를 나타낸 예시도.
도 8은 도 7에 도시된 자율주행을 시뮬레이션한 모습을 순차적으로 보인 예시도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view showing components constituting an embodiment of an autonomous vehicle running system according to the present invention; Fig.
FIG. 2 (a) is a conceptual diagram showing a nonlinear model predictive control exercise plan used in a vehicle autonomous driving system using a safety restriction ellipse according to the present invention.
FIG. 2 (b) is a conceptual view showing a state in which a safety restriction ellipse used in an autonomous vehicle driving system using a safety restriction ellipse according to the present invention is applied.
3 is a flowchart sequentially showing an autonomous running method of a vehicle according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart sequentially showing a local route driving mode followed by an autonomous travel method of a vehicle according to the present invention shown in FIG. 3;
5 is an exemplary view showing an embodiment of local path autonomous traveling of a vehicle using the autonomous traveling method of the vehicle according to the present invention.
Fig. 6 is an exemplary diagram showing a simulation of the autonomous driving shown in Fig. 5 sequentially; Fig.
FIG. 7 is an exemplary view showing another embodiment of a local path autonomous traveling of a vehicle using the autonomous traveling method of the vehicle according to the present invention; FIG.
Fig. 8 is an exemplary view showing a simulation of the autonomous running shown in Fig. 7 sequentially; Fig.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the understanding why the present invention is not intended to be interpreted.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

본 발명에 의한 차량의 자율주행시스템은 자율주행차량의 운동계획을 위한 비선형모델예측제어기법에 기반하여 차량의 종·횡방향제어를 효과적으로 수행하기 위한 것이다. 이를 위해서 본 발명에서는 차량이 주행할 경로를 계획하고 생성하는 경로계획(Path Planning)과 생성된 경로를 추종하는 경로추종(Path Following)으로 나눈다. 그리고, 주행 전에 목적지까지의 모든 지역의 지형과 장애물정보 등을 기반으로 최적의 경로를 생성하는 전역경로계획(Global Path Planning)과, 차량에 장착된 센싱모듈(10)을 통해 실시간으로 주변 환경을 계측하고 계측된 정보를 통해 경로를 부분 재생성하는 지역경로계획(Local Path Planning)으로 구분한다.The autonomous traveling system of a vehicle according to the present invention is for effectively performing longitudinal and lateral control of a vehicle based on a nonlinear model predictive control technique for planning a motion of an autonomous vehicle. To this end, the present invention divides the route into two parts: a path planning for planning and creating a route to be traveled by the vehicle, and a path following for following the generated route. Global path planning, which generates an optimal route based on the terrain and obstacle information of all the areas to the destination before driving, and a sensing module 10 mounted on the vehicle, And local path planning that partially regenerates the path through measured and measured information.

여기서 전역경로계획은 목적지까지의 일반적인 경로계획이고, 지역경로계획은 동적 장애물, 예를 들어 다른 차량(이하 ‘목적차량’이라 함)과의 관계에서 차량의 자동주행을 실시하기 위한 것이다. 이하에서는 이러한 개념을 분리하여 설명하기로 하고, 자동주행의 대상이 되는 차량을 ‘자차량’이라 하고 동적 장애물인 차량을 ‘목적차량’이라고 한다.Here, the global route plan is a general route plan to the destination, and the regional route plan is to carry out automatic running of the vehicle in relation to a dynamic obstacle, for example, another vehicle (hereinafter referred to as a 'destination vehicle'). Hereinafter, this concept will be described separately. A vehicle that is an object of automatic driving is referred to as a "vehicle", and a vehicle that is a dynamic obstacle is referred to as a "target vehicle".

자차량의 자율주행을 위해서 자차량에는 센싱모듈(10), 동력모듈(30) 및 제어모듈(20)이 포함된다. 상기 센싱모듈(10)은 자차량의 상태 뿐 아니라 목적차량의 물리적 상태를 감지하기 위한 것으로, RADAR, LiDAR, 적외선센서, 카메라, GPS를 포함할 수 있다. 여기서 LiDAR 방식은 레이저 광선을 쏘아 돌아오는 시간을 측정해 앞차와의 거리를 계산하는 것으로, 낮은 속도와 짧은 거리에서 큰 효과를 발휘한다. 따라서, LiDAR센서는 목적차량과의 상대거리 및 상대속도를 측정하기 위해 사용될 수 있다.The subject vehicle includes a sensing module 10, a power module 30, and a control module 20 for autonomous travel of the subject vehicle. The sensing module 10 is for sensing the state of the vehicle as well as the physical state of the target vehicle, and may include a RADAR, an LiDAR, an infrared sensor, a camera, and a GPS. In this case, the LiDAR method calculates the distance to the next vehicle by measuring the returning time of the laser beam, and it is effective at low speed and short distance. Therefore, the LiDAR sensor can be used to measure the relative distance and the relative speed with the target vehicle.

상기 동력모듈(30)은 자차량의 제어를 위한 것으로, 속도제어를 위한 엔진토크와 각 바퀴의 제동압력을 포함하는데, 이들 동력모듈(30)은 아래 비선형모델예측을 위한 정의 부분에서 다시 설명하기로 한다.The power module 30 is for controlling the vehicle, and includes engine torque for speed control and braking pressure of each wheel. These power modules 30 are described again in the definition section for predicting the nonlinear model below .

본 발명에서는 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태를 정의하고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈을 계산한다. 6자유도는 X,Y,Z축으로 각각 직선운동 및 회전운동을 하는 것을 의미하며, 이와 같인 6자유도 비선형 차량모델을 구성함으로써 보다 실제와 가까운 차량 제어를 모사할 수 있다. 참고로 도 2(a)에는 본 발명에 의한 차량의 자율주행시스템에 사용되는 비선형모델예측제어 운동계획이 개념도로 도시되어 있다.In the present invention, the vehicle state is defined on the basis of the global coordinate system for guiding to the destination and the fixed coordinate system of the vehicle, and a 6-degree-of-freedom nonlinear vehicle module is calculated from the vehicle state. 6 DOF means linear and rotational motion in the X, Y, and Z axes, respectively. By constructing such a 6 DOF nonlinear vehicle model, it is possible to simulate more realistic vehicle control. For reference, FIG. 2 (a) is a conceptual diagram of a non-linear model predictive control motion plan used in an autonomous running system of a vehicle according to the present invention.

본 발명에 의한 자차량의 상태는 아래와 같다.The state of the vehicle according to the present invention is as follows.

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020
Figure pat00020

Figure pat00021
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

Figure pat00026
Figure pat00026

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

위 식은 차량의 상태방정식(미분방정식)을 의미하며, 차량 모델을 나타낸다. 이는 모델기반의 제어 방법을 적용하는데 이용된다. 여기서, 상기 k는 차축브레이크율을 나타내고, X, Y, Vx, Vy는 각각 전역좌표계의 종/횡방향 거리와 속도를 나타내며, Ψ, γ는 각각 요방향 각도 및 각속도를 나타내고, m, Imm, Cf,r, Fxf,xr 은 차량 파라미터로서, 각각 질량, 질량관성모멘트, 전/후륜 타이어선회강성계수, 전/후륜 종방향 타이어힘이다. 그리고, u는 제어입력을 나타내는데, 제어입력값으로는 전륜 조향각(

Figure pat00029
), 구동력(
Figure pat00030
), 제동력(
Figure pat00031
)이 있다. 이를 차량 모델에 제어 입력(
Figure pat00032
)으로 사용하기 위하여 구동력은 타이어의 유효반지름(
Figure pat00033
)과 변속기 및 최종감속기의 기어비(
Figure pat00034
)를 통해 엔진토크(
Figure pat00035
)로 변환하고, 동토크와 압력의 변환 상수(
Figure pat00036
)를 통해 각 바퀴의 제동압력(
Figure pat00037
)으로 바꾸어 사용하였다.The above equation represents the vehicle state equation (differential equation) and represents the vehicle model. It is used to apply the model-based control method. X, Y, V x , and V y denote longitudinal and transverse distances and velocities of the global coordinate system, respectively, where Ψ and γ denote yaw direction angles and angular velocities, respectively, and m, I mm , C f, r , F xf, and x r are vehicle parameters, respectively, mass, mass moment of inertia, front / rear tire rotational stiffness coefficient, front / rear wheel longitudinal tire force. And u denotes a control input. The control input values include a front wheel steering angle (
Figure pat00029
), Driving force (
Figure pat00030
), Braking force
Figure pat00031
). This is input to the vehicle model (
Figure pat00032
), The driving force is the effective radius of the tire
Figure pat00033
Gear ratio of the transmission and the final reduction gear
Figure pat00034
) Through the engine torque
Figure pat00035
), And the conversion constant of the dynamic torque and the pressure (
Figure pat00036
) To the braking pressure of each wheel
Figure pat00037
).

여기서 엔진토크와 제동압력은 다음과 같다.Here, the engine torque and the braking pressure are as follows.

Figure pat00038
Figure pat00038

Figure pat00039
Figure pat00039

위 식은 차량이 종방향으로 나아가려는 힘을 정의하는데, 전진은 엔진에서 나오는 토크로 변환하고, 후진 혹은 정지는 브레이크 압력으로 변환하는 수식이다.The equation defines the force the vehicle will travel in the longitudinal direction, where forward is converted to torque from the engine, and reverse or stop is converted to brake pressure.

다만, 비선형모델 예측제어기법은 결정할 변수가 많아 연산시간에 불리하므로, 본 발명에서는 비선형 모델 상태를 작용점으로 하여 선형화를 수행하고, 이를 모델예측제어를 위한 제한조건으로 사용할 수 있다.However, since the nonlinear model predictive control technique has a large number of variables to be determined, it is disadvantageous to the computation time. Therefore, in the present invention, the nonlinear model predictive control method performs linearization using the nonlinear model state as the action point, and can use it as a constraint condition for the model predictive control.

본 실시례에서 상기 자차량의 횡방향 주행제어는 다음과 같이 설정될 수 있다. 자차량의 횡방향 운동의 제한거리는 도로의 차선폭 및 하나의 차선을 변경하는 경우 발생하는 횡방향 이동거리로 설정되고, 자차량의 횡방향 주행시 요각속도의 제한크기는 최대 횡방향 가속도 및 자차량의 속도를 기준으로 설정된다.In this embodiment, the lateral drive control of the subject vehicle can be set as follows. The limit distance of the lateral motion of the subject vehicle is set to a lateral movement distance that occurs when the lane width of the road and the one lane are changed and the restricted size of the yaw rate of the subject vehicle is the maximum lateral acceleration, As shown in FIG.

Figure pat00040
Figure pat00040

Figure pat00041
Figure pat00041

Figure pat00042
Figure pat00042

위 식은 제어방법에 사용되는 최적화 수식으로, J(k)항을 최소화 하고 동시에 아래에 있는 제한조건인 회피가능지역을 만족하는 최적의 값을 찾는 최적화문제를 구성한 수식이다.The above equation is an optimization formula used in the control method. It is an equation that minimizes the J (k) term and constructs an optimization problem that finds the optimal value satisfying the avoidable region below.

한편, 본 발명의 상기 제어모듈은 상기 센싱모듈(10)에 의해 측정된 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원을 상기 목적차량에 부여한다. 안전제한타워는 자차량이 목적차량과 충돌위험 없이 안전하게 자동주행될 수 있도록 설정하는 가상의 공간으로, 종방향으로 긴 타원형태이다. 그리고 안전제한타워에 위한 안전범위, 즉 회피가능지역은 다음과 같다.On the other hand, the control module of the present invention gives a virtual safety restriction ellipse calculated by the relationship between the subject vehicle and the target vehicle measured by the sensing module 10 to the target vehicle. The safety restraint tower is a virtual space that allows a self vehicle to safely and automatically run without risk of collision with the target vehicle, and is a long oval shape in the longitudinal direction. And the safety range for the safety restriction tower, that is, the avoidance area is as follows.

Figure pat00043
Figure pat00043

이며, 상기 a, b는, And a and b are

Figure pat00044
Figure pat00044

Figure pat00045
Figure pat00045

와 같이 구해지며,Respectively,

여기서here

Figure pat00046
,
Figure pat00046
,

Figure pat00047
Figure pat00047

Figure pat00048
Figure pat00048

이다.to be.

즉, 상기 hx 및 hy는 각각 종방향 시간간격과 횡방향 시간간격을 나타내고, Dx,Dy는 각각 상수인 안전계수이다. 위 식에서 보듯이, 안전제한타원은 목적차량과의 상대거리 및 상대속도를 통해 계산된다. 도 2(b)에는 목적차량에 안전제한타워가 적용된 모습이 도시되어 있다. 결국, 상기 식은 타원의 외측을 나타내는 수식으로, 자차량과 장애물 차량 사이의 거리와 타원의 관계를 나타낸 수식이다.That is, hx and hy denote the longitudinal time interval and the transverse time interval, respectively, and Dx and Dy are safety factors, which are constants, respectively. As shown in the above equation, the safety restriction ellipse is calculated by the relative distance and the relative speed with the target vehicle. FIG. 2 (b) shows a state where a safety restraining tower is applied to a target vehicle. Consequently, the above equation is an expression for expressing the outside of the ellipse, and is a formula showing the relationship between the distance between the vehicle and the obstacle vehicle and the ellipse.

여기서, Inequality 제한조건을 설정하기 위해 현재 시점에서의 비선형 모델 상태를 작용점으로 하여 위 식을 선형화하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.In order to set the inequality constraint, we can linearize the above equation using the state of the nonlinear model at the current point as a point of action.

Figure pat00049
Figure pat00049

Figure pat00050
Figure pat00050

한편, 상기 자차량과 목적차량의 상대거리 및 상대속도는 IMM기법을 통해 추정됨으로써, 정확도를 높일 수 있다. IMM(Interacting Multiple Model Filter : IMM filter) 기법은 이동하는 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있도록 각 모델에 맞춰 차량의 위치를 추정하는 상호작용 다중모델 필터이다. 상기 상호작용 다중모델 필터는, 슬립이 거의 발생하지 아니하는 모델을 해석하기 위한 운동학적 모델 확장칼만필터(Kinematic Model Extended Kalman Filter)와, 비교적 슬립이 많이 발생하는 모델을 해석하기 위한 동역학적 모델 확장칼만필터(Dynamic Model Extended Kalman Filter)를 구비하여, 차량의 운전 환경에 맞춰 차량의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 IMM기법 자체는 일반적인 것이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, the relative distance and the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle are estimated through the IMM technique, thereby improving the accuracy. The IMM (Interacting Multiple Model Filter) technique is an interactive multi-model filter that estimates the position of a vehicle according to each model so as to more accurately estimate the position of a moving vehicle. The interaction multi-model filter includes a Kinematic Model Extended Kalman Filter for analyzing a model in which slip hardly occurs, and a dynamic model extension for analyzing a model in which slip occurs more frequently And a Kalman filter (Dynamic Model Extended Kalman Filter) so as to estimate the position of the vehicle in accordance with the driving environment of the vehicle. Since the IMM technique itself is general, a detailed description will be omitted.

또한, 본 실시례에서 상기 자차량의 지역경로 운행제어는 목적차량과의 상대운동에 따라 (i) 등속주행, (ii) 종방향 가/감속운행, 또는 (iii) 횡방향 가/감속운행 중 어느 하나로 선택되고, 이들 운행패턴 사이의 변경 확률(Transition Proability)은 Markov chain 모델을 통해 정의된다.In this embodiment, the local route operation control of the subject vehicle is performed in accordance with the relative movement with the target vehicle (i) at the constant speed, (ii) the longitudinal direction acceleration / deceleration, or (iii) And the transition probability between these operation patterns is defined through the Markov chain model.

이와 같은 본 발명에 의해 자동차의 자동주행이 이루어지는 방법을 순차적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of automatically running an automobile according to the present invention will be described in order.

먼저 자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역경로가 설정되는 단계가 선행된다(S100). 이어서, 비선형모델예측을 위해 상기 자차량의 상태가 정의된다(S110). 이때, 상기 자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태가 정의되고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈이 계산되는데, 이는 앞서 설명한 식에 의해 도출될 수 있다.First, a step of setting a global route to guide a child vehicle to a destination is preceded (S100). Next, the state of the child vehicle is defined for nonlinear model prediction (S110). At this time, the vehicle state is defined on the basis of the global coordinate system for guiding the subject vehicle to the destination and the fixed coordinate system of the subject vehicle, and a six-degree-of-freedom nonlinear vehicle module is calculated from the formula described above .

이어서, 상기 전역경로를 따라 자차량의 주행이 이루어진다. 예를 들어 자차량은 정해진 경로를 따라 자율주행되며, 전체 경로와 고정된 장애물 등에 대한 정보는 이미 입력된 상태이므로, 이를 바탕으로 자율주행이 이루어지게 된다.Subsequently, the host vehicle travels along the global route. For example, the vehicle is autonomously driven along a predetermined route, and the information about the entire route and the fixed obstacle has already been input, so that autonomous travel is performed based on the information.

자율운행 중에 동적 장애물의 감지여부가 판단된다(S130). 이러한 장애물의 감지는 앞서 설명된 센서모듈에 의해 이루어질 수 있다. 만약 동적 장애물이 감지되면, 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원이 상기 목적차량에 부여된다(S140). 상기 안전제한타원은 앞선 식을 통해 도출되며, 그 값은 자차량의 제어모듈에 저장된다.It is determined whether the dynamic obstacle is detected during the autonomous operation (S130). The detection of such an obstacle can be performed by the sensor module described above. If a dynamic obstacle is detected, a virtual safety restriction ellipse calculated by the relationship between the subject vehicle and the target vehicle is given to the target vehicle (S140). The safety restriction ellipse is derived from the foregoing equation, and the value is stored in the control module of the subject vehicle.

그리고 자차량이 안전제한타원의 범위 내에 들어가는지 여부가 실시간으로 판단된다(S150). 만약 안전제한타원 내에 들어가게 된다면, 전역경로 주행모드에서 지역경로 주행모드로 변경된다(S160). 지역경로 주행모드는 목적차량과 자차량 사이의 관계에 따라 능동적으로 자동주행이 이루어지는 것을 의미한다.Then, it is determined in real time whether the subject vehicle falls within the range of the safety restriction ellipse (S150). If it is within the safety restriction ellipse, the mode is changed from the global route travel mode to the local route travel mode (S160). The regional route driving mode means that the automatic driving is performed actively according to the relationship between the target vehicle and the subject vehicle.

만약, 안전제한타원 내에 들어가지 않는다면, 앞서와 마찬가지로 전역경로를 따라 주행이 이루어지고(S155), 안전제한타원이 다시 계산된다. 안전제한타원은 실시간으로, 일정시간간격을 두고 계산된다. 이는 자차량과 목적차량 사이의 상대거리와 상대속도가 실시간으로 변하기 때문이다.If it does not enter the safety restriction ellipse, the travel is made along the global path as before (S155) and the safety restriction ellipse is recalculated. Safety limit ellipses are calculated in real time, at regular time intervals. This is because the relative distance between the subject vehicle and the target vehicle and the relative speed change in real time.

지역경로 주행모드로 변경되면, 목적차량의 주행에 따라 자차량의 자동주행이 이루어진다(S170). 그리고 그 과정은 총 3가지의 운행모드를 포함한다. 즉, 상기 자차량의 지역경로 운행제어는 목적차량과의 상대운동에 따라 (i) 등속주행, (ii) 종방향 가/감속운행, 또는 (iii) 횡방향 가/감속운행 중 어느 하나로 선택된다. 그리고 이들 사이의 모드 변경의 확률(Transition Proability)은 Markov chain 모델을 통해 정의된다.When the mode is changed to the local route driving mode, the own vehicle is automatically driven according to the driving of the target vehicle (S170). The process includes a total of three modes of operation. That is, the local route travel control of the subject vehicle is selected as one of (i) constant speed travel, (ii) longitudinal direction acceleration / deceleration travel, or (iii) lateral direction acceleration / deceleration travel, . And the probability of mode change between them is defined by the Markov chain model.

보다 상세하게 설명하면, 먼저 자차량과 상대차량의 상대속도를 측정한다. 그리고 그 값이 기준치 이상인지 여부가 판단된다(S180). 여기서 기준치 이상이라 함은 자차량과 목적차량 사이가 일정 속도 이상의 가까워지는 것을 의미한다. 예를 들어 자차량의 속도가 시속 80km이고, 목적차량의 속도가 시속 60km이라면 상대속도는 -20km가 되는 것이다. 기준치가 20km이라면 다음 단계로 이어진다.More specifically, the relative speed between the host vehicle and the opponent vehicle is measured first. Then, it is determined whether the value is equal to or greater than a reference value (S180). Here, "above the reference value" means that the vehicle between the subject vehicle and the target vehicle approaches a certain speed or more. For example, if the speed of the vehicle is 80 km / h and the speed of the target vehicle is 60 km / h, the relative speed is -20 km. If the reference value is 20 km, the next step is reached.

만약 상대속도가 기준치 이상이라면, 목적차량의 차선변경여부를 판단한다(S190). 상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 있는 경우에는 자차량의 종방향 가속주행이 이루어진다(S200). 반대로 상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 없는 경우에는 자차량의 횡방향 가속주행이 이루어진다(S210).If the relative speed is equal to or greater than the reference value, it is determined whether the lane of the target vehicle is changed (S190). If the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle is equal to or higher than the reference value and there is a lane change of the target vehicle, the longitudinal acceleration running of the subject vehicle is performed (S200). On the contrary, when the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle is equal to or higher than the reference value and there is no change in the lane of the target vehicle, the vehicle is accelerated in the lateral direction (S210).

즉, 목적차량이 차선을 바꿀 경우에는 자차량이 동일차선으로 가속하여 목적차량을 앞지르게 되고, 그 과정을 시뮬레이션한 결과가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 그리고 목적차량이 차선을 유지하면 자차량이 차선을 변경하여 목적차량을 앞지르는 것이며, 그 과정을 시뮬레이션한 결과가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.That is, when the target vehicle changes the lane, the subject vehicle accelerates to the same lane, leading to the target vehicle, and the results of simulating the process are shown in FIG. 5 and FIG. When the target vehicle maintains the lane, the subject vehicle changes the lane to avoid the target vehicle, and the results of simulating the process are shown in FIGS. 7 and 8. FIG.

도면에서 도면부호 10A~10C는 자차량을, 20A~20C는 목적차량을 각각 나타낸다.In the drawing, reference numerals 10A to 10C denote a vehicle, and 20A to 20C denote a target vehicle, respectively.

물론, 이와 같이 자차량이 목적차량을 추월하는 과정에서도 안전제한타워는 실시간으로 계산되고, 자차량이 안전제한타원 내부로 들어가지 않도록 제어된다.Of course, in the process of overtaking the target vehicle, the safety limit tower is calculated in real time, and the target vehicle is controlled not to enter the safety limit ellipse.

이때, 상기 전역경로 주행모드에서 지역경로 주행모드로 변경되는 시점은 상기 안전제한타원의 범위 내로 자차량이 진입하는 것을 기준으로 할 수 있다. 즉, 목적차량의 주행에 따라 자차량의 주행이 이루어지는 지역경로 주행모드가 시작되는 것이다.At this time, the time point of changing from the global route travel mode to the local route travel mode may be based on entry of the vehicle into the safe limit ellipse. That is, the local route driving mode in which the subject vehicle travels in accordance with the travel of the destination vehicle is started.

이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. Furthermore, the terms "comprises", "comprising", or "having" described above mean that a component can be implanted unless otherwise specifically stated, But should be construed as including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (14)

목적차량의 물리적 상태를 감지하기 위한 센싱모듈과,
자차량의 엔진토크 및 각 바퀴의 제동압력을 제어하기 위한 동력모듈과,
상기 센싱모듈 및 동력모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하고,
상기 제어모듈은 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태를 정의하고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈을 계산하며,
상기 제어모듈은 상기 센싱모듈에 의해 측정된 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원을 상기 목적차량에 부여하는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
A sensing module for sensing a physical state of the target vehicle,
A power module for controlling the engine torque of the vehicle and the braking pressure of each wheel,
And a control module for controlling the sensing module and the power module,
The control module defines a vehicle state based on a global coordinate system for guiding to a destination and a fixed coordinate system of the vehicle, calculates a six-degree-of-freedom nonlinear vehicle module from the vehicle state,
Wherein the control module uses a safety restriction ellipse that gives a virtual safety restriction ellipse calculated by the relationship between the subject vehicle and the target vehicle measured by the sensing module to the target vehicle.
제 1 항에 있어서, 상기 자차량의 상태는
Figure pat00051

Figure pat00052

Figure pat00053

Figure pat00054

Figure pat00055

Figure pat00056

Figure pat00057

Figure pat00058

Figure pat00059

Figure pat00060

Figure pat00061

로 정의되고,
상기 k는 차축브레이크율을 나타내고, X, Y, Vx, Vy는 각각 전역좌표계의 종/횡방향 거리와 속도를 나타내며, Ψ, γ는 각각 요방향 각도 및 각속도를 나타내고, m, Imm, Cf,r, Fxf,xr 은 차량 파라미터로서, 각각 질량, 질량관성모멘트, 전/후륜 타이어선회강성계수, 전/후륜 종방향 타이어힘을 나타내는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
2. The method of claim 1, wherein the state of the child vehicle
Figure pat00051

Figure pat00052

Figure pat00053

Figure pat00054

Figure pat00055

Figure pat00056

Figure pat00057

Figure pat00058

Figure pat00059

Figure pat00060

Figure pat00061

Lt; / RTI >
Wherein k denotes an axle brake rate, X, Y, V x, V y denotes a longitudinal / transverse distance and the speed of the global coordinate system, respectively, Ψ, γ denotes a respective yaw direction angle and angular velocity, m, I mm , C f, r , F xf, and x r are vehicle parameters, each of which is a safety limiting ellipse representing mass, mass moment of inertia, front / rear wheel torsional stiffness coefficient, and front / rear longitudinal tire force.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안전제한타원은 자차량과 상대차량 사이의 거리가 장축으로 형성되는 타원형태이고, 상기 안전제한타원에 의해 의한 회피가능지역은
Figure pat00062

이며, 상기 a, b는
Figure pat00063

Figure pat00064

와 같이 구해지며,
여기서
Figure pat00065
,
Figure pat00066

Figure pat00067

인 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
[3] The method according to claim 1 or 2, wherein the safety restriction ellipse is an elliptical shape in which a distance between the subject vehicle and the opponent vehicle is formed along a major axis,
Figure pat00062

, And a and b are
Figure pat00063

Figure pat00064

Respectively,
here
Figure pat00065
,
Figure pat00066

Figure pat00067

Autonomous vehicle system using safety limit ellipses.
제 3 항에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 자차량이 상기 안전제한타워 내에 들어오면 자차량을 지역경로 주행모드로 변경시키는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
4. The system of claim 3, wherein the control module uses a safety restriction ellipse to change the vehicle to a local route running mode when the vehicle enters the safety restriction tower.
제 4 항에 있어서, 상기 지역경로 주행모드에서 자차량과 상대차량의 상대속도가 기준치 이상인 경우에는 상기 제어모듈은 목적차량의 운행상태에 따라 상기 자차량을 종방향 가속주행시키거나 또는 횡방향 가속주행시키는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
5. The method according to claim 4, wherein, when the relative speed between the subject vehicle and the opponent vehicle is equal to or greater than a reference value in the regional route running mode, the control module controls the longitudinal acceleration Autonomous travel system of a vehicle using safety limit ellipse to travel.
제 5 항에 있어서, 상기 자차량과 목적차량의 상대거리 및 상대속도는 IMM기법을 통해 추정되는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
6. The system of claim 5, wherein the relative distances and relative speeds of the vehicle and the target vehicle are estimated using an IMM technique.
제 6 항에 있어서, 상기 자차량의 운행제어는 목적차량과의 상대운동에 따라 (i) 등속주행, (ii) 종방향 가/감속운행, 또는 (iii) 횡방향 가/감속운행 중 어느 하나로 선택되고, 이들 운행패턴 사이의 변경 확률(Transition Proability)은 Markov chain 모델을 통해 정의되는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
The vehicle control system according to claim 6, wherein the control of the vehicle is performed by any one of (i) constant speed running, (ii) longitudinal direction acceleration / deceleration driving, or (iii) lateral direction acceleration / , And the transition probability between these operation patterns is defined by the Markov chain model.
제 7 항에 있어서, 상기 자차량의 횡방향 주행제어에 있어서, 횡방향 운동의 제한거리는 도로의 차선폭 및 하나의 차선을 변경하는 경우 발생하는 횡방향 이동거리로 설정되고, 자차량의 횡방향 주행시 요각속도의 제한크기는 최대 횡방향 가속도 및 자차량의 속도를 기준으로 설정되는 안전제한타원을 이용한 차량의 자율주행시스템.
The vehicle according to claim 7, wherein, in the lateral travel control of the child vehicle, the limit distance of the lateral movement is set to a lateral movement distance generated when changing the lane width of the road and one lane, The limiting size of the angular velocity at the time of driving is the autonomous driving system of the vehicle using the safety limit ellipse which is set based on the maximum lateral acceleration and the speed of the vehicle.
자동차의 자동주행방법에 있어서,
자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역경로가 설정되는 단계와,
비선형모델예측을 위해 상기 자차량의 상태가 정의되되 상기 자차량을 목적지로 안내하기 위한 전역좌표계와 자차량의 고정좌표계를 기준으로 자차량 상태가 정의되고 이로부터 6자유도 비선형 차량모듈이 계산되는 단계와,
상기 전역경로를 따라 자차량의 주행이 이루어지는 단계와,
동적 장애물이 감지되면 상기 자차량과 목적차량 사이의 관계에 의해 계산된 가상의 안전제한타원이 상기 목적차량에 부여되는 단계와,
상기 안전제한타원의 범위 내로 자차량이 진입하면 목적차량의 주행에 따라 자차량의 주행이 이루어지는 지역경로 주행모드가 시작되는 단계를 포함하는 안전제한타원을 이용한 차량의 자동주행방법.
A method of automatically running an automobile,
A step of setting a global route for guiding the subject vehicle to a destination,
In order to predict the nonlinear model, the vehicle state is defined based on the global coordinate system for guiding the subject vehicle to its destination and the fixed coordinate system of the subject vehicle, and a 6-degree-of-freedom nonlinear vehicle module is calculated Step,
The vehicle traveling along the global route;
When a dynamic obstacle is detected, a virtual safety restriction ellipse calculated by a relationship between the host vehicle and the target vehicle is given to the target vehicle;
And starting a local route driving mode in which the subject vehicle travels in accordance with travel of the destination vehicle when the subject vehicle enters the safe limit ellipse.
제 9 항에 있어서, 상기 지역경로 주행모드에서,
상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 없는 경우에는 자차량의 횡방향 가속주행이 이루어지고,
상기 자차량과 목적차량의 상대속도가 기준치 이상이고 목적차량의 차선변경이 있는 경우에는 자차량의 종방향 가속주행이 이루어지는 안전제한타원을 이용한 차량의 자동주행방법.
10. The method of claim 9, wherein in the local route driving mode,
When the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle is equal to or greater than the reference value and there is no change in the lane of the target vehicle, the lateral acceleration running of the subject vehicle is performed,
Wherein the longitudinal acceleration of the subject vehicle occurs when the relative speed between the subject vehicle and the target vehicle is equal to or greater than a reference value and there is a lane change of the subject vehicle.
제 10 항에 있어서, 상기 자차량과 목적차량의 상대거리 및 상대속도는 IMM기법을 통해 추정되는 차량의 자동주행방법.
11. The method of claim 10, wherein a relative distance and a relative speed between the subject vehicle and the target vehicle are estimated through an IMM technique.
제 11 항에 있어서, 상기 자차량의 운행제어는 목적차량과의 상대운동에 따라 (i) 등속주행, (ii) 종방향 가/감속운행, 또는 (iii) 횡방향 가/감속운행 중 어느 하나로 선택되고, 이들 운행패턴 사이의 변경 확률(Transition Proability)은 Markov chain 모델을 통해 정의되는 안전제한타원을 이용한 차량의 자동주행방법.
The vehicle control system according to claim 11, wherein the control of the vehicle is performed by any one of (i) constant-speed running, (ii) longitudinal acceleration / deceleration, or (iii) lateral acceleration / deceleration , And the transition probability between these operating patterns is defined by the Markov chain model.
제 12 항에 있어서, 상기 자차량의 횡방향 주행제어에 있어서, 횡방향 운동의 제한거리는 도로의 차선폭 및 하나의 차선을 변경하는 경우 발생하는 횡방향 이동거리로 설정되고, 자차량의 횡방향 주행시 요각속도의 제한크기는 최대 횡방향 가속도 및 자차량의 속도를 기준으로 설정되는 안전제한타원을 이용한 차량의 자동주행방법.
13. The control method according to claim 12, wherein, in the lateral travel control of the child vehicle, the limit distance of the lateral movement is set to a lateral travel distance which occurs when the lane width of the road and one lane are changed, The limiting size of the angular velocity at the time of driving is the automatic traveling method using the safety limit ellipse which is set based on the maximum lateral acceleration and the speed of the vehicle.
제 9 항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안전제한타원은 자차량과 상대차량 사이의 거리가 장축으로 형성되는 타원형태이고, 상기 안전제한타원에 의해 의한 회피가능지역은
Figure pat00068

이며, 상기 a, b는
Figure pat00069

와 같이 구해지며,
여기서
Figure pat00070

인 안전제한타원을 이용한 차량의 자동주행방법.
14. The vehicle occupant protection system according to any one of claims 9 to 13, wherein the safety restriction ellipse is an elliptical shape in which the distance between the subject vehicle and the opponent vehicle is formed along a major axis,
Figure pat00068

, And a and b are
Figure pat00069

Respectively,
here
Figure pat00070

A method of automatic driving of a vehicle using a safety limit ellipse.
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