KR20180115986A

KR20180115986A - 자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템

Info

Publication number: KR20180115986A
Application number: KR1020170048581A
Authority: KR
Inventors: 김진권; 김삼용; 윤유진; 류성숙; 이활리; 이병준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2018-10-24
Also published as: US10625732B2; CN108725451B; US20180297586A1; KR102287316B1; CN108725451A

Abstract

본 발명은 자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는, 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하는 운전자 상태 감시부, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하고, 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 예상 저크를 계산하는 저크 계산부, 상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량의 주행 상태를 확인하는 판단부, 및 상기 차량의 주행 상태에 따라 경보를 출력하는 경보 처리부를 포함한다.

Description

자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템{APPARATUS AND METHOD FOR AUTONOMOUS DRIVING CONTROL, VEHICLE SYSTEM}

본 발명은 운전자의 생체신호에 기초하여 자율주행을 제어하는 자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템에 관한 것이다.

저크(Jerk)는 가속도의 시간 변화율을 지정하는 벡터로서, 변위 시간에 관한 3차 미분으로 나타낼 수 있고, 차량의 급가속 또는 변속단계에서 발생하는 차량 전후 방향의 진동 현상을 나타낸다. 최근, 저크는 순간의 운전자의 승차감을 평가하는 지표로서 사용되고 있다.

운전자는 급가속 또는 변속 시 선호 또는 허용하는 범위 내에서 저크가 발생하지 않도록 운전조작을 한다. 하지만, 운전자마다 운전 중 선호 또는 허용하는 저크의 범위가 상이하다.

한편, 차량의 충돌 제어 시스템은 선행차량과의 예상 충돌 시간을 계산하여 그에 따라 충돌 회피 제어를 수행한다. 하지만, 종래의 충돌 회피 제어는 운전자의 저크를 고려하지 않기 때문에 운전자에 따라 위협감을 크게 느낄 수 있고, 이러한 위협감은 운전자의 승차감에 영향을 줄 수 있다.

국내 공개특허 제10-2015-55052호

본 발명의 목적은, 운전자의 주행 중 생체신호의 변화에 기초하여 허용 저크를 확인하고, 확인된 운전자의 허용 저크에 기초하여 자율주행 제어 수준을 결정하도록 한 자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 운전자의 허용 저크를 기준으로 차량 주행 중 계산된 운전자의 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우에 경보를 출력하도록 한 자율주행 제어 장치 및 방법, 그리고 차량 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치는, 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하는 운전자 상태 감시부, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하고, 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 예상 저크를 계산하는 저크 계산부, 상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량의 주행 상태를 확인하는 판단부, 및 상기 차량의 주행 상태에 따라 경보를 출력하는 경보 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 방법은, 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하는 단계, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하는 단계, 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 예상 저크를 계산하는 단계, 상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량의 주행 상태를 확인하는 단계, 및 상기 차량의 주행 상태에 따라 경보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 시스템은, 운전자의 생체신호를 계측하는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부, 상기 하나 이상의 센서에 의해 계측된 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하며, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 계산된 상기 운전자의 허용 저크, 및 상기 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 계산된 예상 저크를 비교하여, 상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 주행 상태에 따라 경보 신호를 출력하는 자율주행 제어 장치, 및 상기 경보 신호에 대응하는 정보를 출력하는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 운전자의 주행 중 생체신호의 변화에 기초하여 허용 저크를 확인하고, 확인된 운전자의 허용 저크에 기초하여 자율주행 제어 수준을 결정함으로써 운전자의 승차감을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 운전자의 허용 저크를 기준으로 차량 주행 중 계산된 운전자의 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는지 여부에 따라 운전자의 승차감에 대응하는 경보를 출력할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치가 적용된 차량 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치의 동작을 설명하는데 참조되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 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 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 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. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 장치가 적용된 차량 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 시스템은 인터페이스부(11), 센서부(13), 통신부(15), 저장부(17) 및 자율주행 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.

여기서, 자율주행 제어 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 자율주행 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 여기서, 자율주행 제어 장치(100)는 차량의 엔진 및 모터와 연계되어 동작할 수 있으며, 엔진이나 모터의 동작을 제어하는 제어 유닛과 연계되어 동작할 수도 있다.

인터페이스부(11)는 제어 명령을 입력 받기 위한 입력수단과 자율주행 제어 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등을 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다.

여기서, 입력수단은 키 버튼을 포함할 수 있으며, 마우스, 조이스틱, 조그셔틀, 스타일러스 펜 등을 포함할 수도 있다. 또한, 입력수단은 디스플레이 상에 구현되는 소프트 키를 포함할 수도 있다.

출력수단은 디스플레이를 포함할 수 있으며, 스피커와 같은 음성출력수단을 포함할 수도 있다. 이때, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 터치 센서가 디스플레이에 구비되는 경우, 디스플레이는 터치 스크린으로 동작하며, 입력수단과 출력수단이 통합된 형태로 구현될 수 있다.

이때, 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 전계 방출 디스플레이(Feld Emission Display, FED), 3차원 디스플레이(3D Display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

센서부(13)는 운전자의 생체신호를 계측하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 센서부(13)는 운전자의 심박 상태를 계측하는 제1 센서, 피부의 땀 분비량을 계측하는 제2 센서 및 동공 크기를 계측하는 제3 센서를 포함할 수 있다. 이때, 센서부(13)는 설정된 이벤트 발생 시 운전자의 생체정보를 계측하고, 계측된 운전자의 생체정보를 자율주행 제어 장치(100)로 제공할 수 있다.

한편, 센서부(13)는 차량 주변에 위치한 장애물, 예를 들어, 차량 전방에 위치한 선행차량(20)을 탐지하고, 해당 장애물 간 거리를 측정하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 또한, 센서부(13)는 속도 및/또는 가속도를 측정하는 센서를 더 포함할 수도 있다.

통신부(15)는 차량에 구비된 전장품 및/또는 제어유닛들과의 통신 인터페이스를 지원하는 통신모듈을 포함할 수 있다. 일 예로서, 통신모듈은 센서부(13)에 의해 계측된 운전자의 생체정보를 자율주행 제어 장치(100)로 송신할 수 있으며, 자율주행 제어 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등을 인터페이스부(11) 및/또는 저장부(17) 등으로 송신할 수 있다.

여기서, 통신모듈은 CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등의 차량 네트워크 통신을 지원하는 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 통신모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신(Short Range Communication)을위한모듈을포함할수도있다. 이에, 통신부(15)는 차량 주변에 위치한 다른 차량, 예를 들어, 선행차량과의 V2V 통신을 수행할 수 있다. 이때, 통신부(15)는 선행차량과의 V2V 통신을 통해 선행차량의 정보, 예를 들어, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 수신할 수 있다.

저장부(17)는 자율주행 제어 장치(100)가 동작하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등을 저장할 수 있다.

일 예로, 저장부(17)는 센서부(13)에 의해 계측된 운전자의 생체정보가 저장될 수 있으며, 통신부(15)에 의해 수신된 선행차량의 정보가 저장될 수도 있다. 또한, 저장부(17)는 자율주행 제어 장치(100)의 동작을 위한 설정조건, 동작 결과 등이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(17)는 자율주행 제어 장치(100)에서 저크를 계산하고, 운전자의 상태를 판단하는데 이용되는 알고리즘이 저장될 수 있으며, 자율주행 제어 장치(100)의 판단에 따라 차량을 제어하기 위한 명령 등이 저장될 수 있다.

도 1의 실시예에서는 저장부(17)가 자율주행 제어 장치(100)와 별도로 구비된 것으로 도시하였으나, 자율주행 제어 장치(100) 내부에 별도의 저장 장치가 구현될 수도 있다.

여기서, 저장부(17)는 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), PROM(Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)와 같은 저장매체를 포함할 수 있다.

자율주행 제어 장치(100)는 센서부(13)에 의해 계측된 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 상태를 감지하고, 운전자가 스트레스 상태인 것으로 확인되면 운전자의 허용 저크 및 예상 저크를 계산하여 자율주행 제어 수준을 결정할 수 있다.

이러한 자율주행 제어 장치(100)는 제어부(110), 운전자 상태 감시부(120), 저크 계산부(130), 판단부(140), 경보 처리부(150) 및 주행 제어부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(110)는 자율주행 제어 장치(100)의 각 구성요소들 간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다.

운전자 상태 감시부(120)는 센서부(13)에 의해 계측된 운전자의 생체정보, 예를 들어, 심박 상태, 땀 분비랑 및/또는 동공크기를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시한다.

운전자 상태 감시부(120)는 도 2에 도시된 조건들에 근거하여 운전자의 스트레스 상태를 확인할 수 있다.

일 예로, 운전자 상태 감시부(120)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 심박 변이(HRV)에 근거하여 운전자의 스트레스 상태를 확인할 수 있다. 여기서, 운전자 상태 감시부(120)는 심박 수가 일정 범위(또는 일정 비율) 이상 증가하고, 심박 변이도(HRV, LF/HF)가 일정 범위(또는 일정 비율) 이상 증가하는 경우 운전자의 스트레스 지수가 기준치(A)를 초과하는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 운전자 상태 감시부(120)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 운전자 피부의 땀 분비량(Galvanic Skin Response, GSR)에 근거하여 운전자의 스트레스 상태를 확인할 수 있다. 여기서, 운전자 상태 감시부(120)는 피부 임피던스 반사(skin impedance response, SIR) 빈도가 일정 범위(또는 일정 비율) 이상 증가하는 경우 운전자의 스트레스 지수가 설정된 기준치(A)를 초과하는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 운전자 상태 감시부(120)는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 동공 크기에 근거하여 운전자의 스트레스 상태를 확인할 수 있다. 여기서, 운전자 상태 감시부(120)는 운전자의 동공 크기가 일정 범위(또는 일정 비율) 이상 증가하는 경우 운전자의 스트레스 지수가 기준치(A)를 초과하는 것으로 판단할 수 있다.

물론, 운전자 상태 감시부(120)는 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 세 개의 조건을 모두 만족하거나, 혹은 두 개 이상의 조건을 만족하는 경우에 운전자의 스트레스 지수가 기준치(A)를 초과하는 것으로 판단할 수도 있다.

저크 계산부(130)는 차량이 주행 중인 상태에서 저크(jerk)를 측정한다. 여기서, 저크는 차량의 가속도의 시간 변화율을 지정하는 벡터로서 변위 시간에 관한 3차 미분으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 저크는 차량(10)이 시작 시점에서 출발하여 종료 시점에 정지할 때 해당 구간에서의 가속도를 미분한 값으로 나타낼 수 있다. 여기서, 종료 시점은 차량의 전방에 위치한 선행차량과 충돌하기 직전 위치에 정지하는 시점 또는 차선을 이탈하기 직전 시점을 의미한다.

또한, 저크 계산부(130)는 운전자의 스트레스 지수가 설정된 기준치(A)를 초과하는 것으로 확인되면, 해당 시점에 측정된 최소 저크를 기억하고, 이를 해당 운전자의 허용 저크로 결정한다. 이때, 주행 제어부(160)는 결정된 허용 저크에 기초하여 자율주행 제어 수준을 결정할 수 있다. 여기서, 주행 제어부(160)는 결정된 허용 저크 보다 작은 저크를 유지할 수 있는 수준으로 자율주행 제어 수준을 결정한다.

또한, 저크 계산부(130)는 운전자의 허용 저크가 결정되고 난 후, 차량이 주행하는 동안의 예상 저크를 계산한다.

이때, 저크 계산부(130)는 차량이 선행차와 충돌하는 것을 방지하기 위한 종방향 예상 저크 및 차량의 차선 이탈을 방지 하기 위한 횡방향 예상 저크를 계산할 수 있다.

[종방향 예상 저크 계산 실시예]

먼저, 도 3을 참조하여 종방향 예상 저크를 계산하는 기술에 대해 설명한다.

저크 계산부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 현재 시점의 차량(10)의 종방향 위치, 종방향 속도, 종방향 가속도가 x_e, v_e, a_e이고, 동일 시점의 선행차량(20)의 위치, 속도, 가속도가 x_l, v_l, a_l 인 경우, x_e, v_e, a_e 및 x_l, v_l, a_l 을 이용하여 차량(10)과 선행차량(20) 사이 구간의 종방향 예상 저크(jerk)를 계산할 수 있다.

이때, 해당 구간에서의 종방향 예상 저크를 위한 차량(10)의 운동 조건은 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 1]에서, x(t)는 t 시점에서의 차량(10)의 종방향 위치, t는 시점, a_k는 임의 계수를 나타낸다.

여기서, 차량(10)의 현재 위치를 기준으로 하는 시작 시점은 0이고, 차량(10)이 선행차량(20)에 충돌하기 직전 시점, 즉, 종료 시점은 T라 가정했을 때, x(0)은 시작 시점의 차량(10)의 종방향 위치, 즉, 현재 위치(이하에서는 '제1 위치'라 칭한다.), x(T)는 종료 시점(T)의 차량(10)의 종방향 위치(이하에서는 '제2 위치'라 칭한다.)를 나타낸다. 여기서, x(0)은 차량(10)의 시작 시점의 종방향 위치이므로 0이 될 수 있다.

또한, 시작 시점(t=0)에서의 차량(10)의 종방향 속도(이하에서는 '제1 속도'라 칭한다.)는 x'(0), 종방향 가속도(이하에서는 '제1 가속도'라 칭한다.)는 x"(0)으로 나타낼 수 있으며, 종료 시점(t=T)에서 차량(10)의 종방향 속도(이하에서는 '제2 속도'라 칭한다.)는 x'(T), 종방향 가속도(이하에서는 '제2 가속도'라 칭한다.)는 x"(T)로 나타낼 수 있다.

여기서, 본 발명은 차량이 시작 시점에서 종료 시점에 도달했을 때 정지하는 조건에서 종방향 예상 저크를 계산해야 한다. 따라서, 차량은 종료 시점에 정지 상태가 되어야 하므로, 제2 속도인 x'(T)와 제2 가속도인 x"(T)는 0의 값을 가지게 된다.

저크 계산부(130)는 [수학식 1]의 x(t)에 t=0을 적용하여 a0=x(0)을 도출할 수 있다. 또한, 저크 계산부(130)는 [수학식 1]을 미분한 x'(t)에 t=0을 적용하여 a1=x'(0)을 도출할 수 있다. 또한, 저크 계산부(130)는 x'(t)를 미분한 x"(t)에 t=0을 적용하여 a2=x"(0)/2를 도출할 수 있다.

또한, 저크 계산부(130)는 [수학식 1]의 x(t), x'(t), x"(t)에 t=T를 적용하여 x(T), x'(T), x"(T)를 도출할 수 있다.

한편, 차량(10)이 선행차량(20)과 충돌하기 직전 시점, 즉, 종료 시점에 정지하는 경우 선행차량(20)은 주행 상태일 수 있으며, 또한 정지 상태일 수도 있다.

만일, 선행차량(20)이 종료 시점에 주행 상태인 경우, 선행차량(20)이 시작시점의 운동상태를 유지한다고 가정했을 때 선행차량(20)의 속도(vl) 및 가속도(al)는 vl+a_lT ＞ 0이 될 수 있다. 이 경우, 차량(10)의 제2 위치는 아래 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.

반면, 선행차량(20)이 종료 시점에 정지 상태인 경우, 선행차량(20)이 시작 시점의 운동상태를 유지한다고 가정했을 때 선행차량(20)의 속도(v_l) 및 가속도(a_l)는 v_l+a_lT ≤ 0이 될 수 있다. 이 경우, 차량(10)의 제2 위치는 아래 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.

앞서 살펴본 바와 같이, 차량(10)은 종료 시점에 정지하기 때문에, 종료 시점의 저크는 0이 될 수 있다. 따라서, 저크 계산부(130)는 [수학식 1]의 x(t)를 3차 미분한

가 0이 되는 시점, 즉, 종료 시점 T를 계산한다.

종료 시점에 선행차량(20)이 주행 상태인 것으로 가정했을 때 차량(10)의 제2 위치 x(T)를 나타내는 [수학식 2]을 이용하여

를 T로 정리하면, 차량(10)이 정지하게 되는 종료 시점 T_mov는 아래 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.

한편, 종료 시점에 선행차량(20)이 정지 상태인 것으로 가정했을 때 차량(10)의 제2 위치 x(T)를 나타내는 [수학식 3]을 이용하여

를 T로 정리하면, 차량(10)이 정지하게 되는 종료 시점 종료 시점 T_stop는 아래 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 저크 계산부(130)는 [수학식 4] 및 [수학식 5]의 T_mov 중 선행차량(20)의 정지 시점 -(v_l/a_l) 보다 작은 T_mov를 종료 시점 T로 결정할 수 있다.

만일, [수학식 4] 및 [수학식 5]의 T_mov가 모두 선행차량(20)의 정지 시점 -(v_l/a_l) 보다 큰 경우, 저크 계산부(130)는 [수학식 6] 및 [수학식 7]의 T_stop 중 양수이면서 작은 T_stop를 종료 시점 T로 결정할 수 있다. 이때 결정된 종료 시점 T는 제1 종료 시점으로 정의될 수 있다.

상술한 과정을 거쳐 제1 종료 시점 T가 결정되면, 저크 계산부(130)는 시작 시점(t=0)에서부터 결정된 제1 종료 시점(t=T) 사이 구간에서 발생하는 예상 저크 중 절대값이 가장 큰 값을 종방향 예상 저크로 계산할 수 있다.

[횡방향 예상 저크 계산 실시예]

한편, 도 4를 참조하여 횡방향 예상 저크를 계산하는 기술에 대해 설명한다.

저크 계산부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 시작 시점(t=0), 즉, 현재 시점의 차량(10)의 횡방향 위치, 횡방향 속도, 횡방향 가속도가 x_s, v_s, a_s 이고, 종료 시점(t=T), 즉, 차량이 차선을 침범하기 직전 시점((또는 차선을 이탈하기 직전 시점)의 차량(10)의 횡방향 위치, 횡방향 속도, 횡방향 가속도가 x_h, v_h, a_h인 경우, x_s, v_s, a_s 및 x_h, v_h, a_h를 이용하여 차량(10)과 차선 사이 구간의 횡방향 예상 저크(jerk)를 계산할 수 있다.

이때, 시작 시점의 차량(10)의 횡방향 위치 x_s(이하에서는 '제3 위치'라 칭한다.)는 차량의 차선 침범 등을 감시하는 전방 감시 카메라(예, MFC)의 출력값에 차량 폭의 반을 차감한 값으로 계산할 수 있다.

또한, 시작 시점의 차량(10)의 횡방향 속도 v_s(이하에서는 '제3 속도'라 칭한다.)는 아래 [수학식 8]을 이용하여 계산할 수 있다.

[수학식 8]에서, v는 차량속도(/)이고, θ는 차량의 헤딩각을 의미한다.

또한, 시작 시점의 차량(10)의 횡방향 가속도 a_s(이하에서는 '제3 가속도'라 칭한다.)는 제3 속도의 미분값, 즉, a_s=v_s'=dv_s/dt를 이용하여 계산할 수 있다.

또한, 종료 시점의 차량의 횡방향 위치 x_s는 이하에서 '제4 위치'라 칭하고, 횡방향 속도 v_s는 이하에서 '제4 속도'라 칭하며, 횡방향 가속도 a_s는 이하에서 '제4 가속도'라 칭한다.

차량은 차선을 침범하기 직전에 정지 상태가 되어야 한다. 따라서, 제4 속도 및 제4 가속도는 0의 값을 가지게 된다.

이때, 차량(10)과 차선 사이 구간에서의 횡방향 예상 저크를 위한 차량(10)의 운동 조건은 차량(10)과 선행차량 사이 구간에서의 종방향 예상 저크를 위한 차량(10)의 운동 조건, 즉, [수학식 1]과 같다.

[수학식 1]을 참조하면, 제3 위치는 x(0), 제3 속도는 x'(0), 제3 가속도는 x"(0)으로 나타낼 수 있고, 제4 위치는 x(T), 제4 속도는 x'(T), 제4 가속도는 x"(T)로 나타낼 수 있다. 이때, x'(T) 및 x"(T)는 0의 값을 가지게 된다.

가 0이 되는 시점, 즉, 종료 시점 T를 계산한다.

종료 시점에 차량(10)은 정지 상태가 되어야 하므로, [수학식 1]로부터

를 도출하고 이를 T로 정리하면, 차량(10)이 정지하게 되는 종료 시점 T는 아래 [수학식 9] 및 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 제3 위치, 제3 속도 및 제3 가속도를 [수학식 9] 및 [수학식 10]에 반영하여 산출된 두 개의 T 값이 모두 양수인 경우에는 두 개의 T 값 중 작은 T 값을 종료 시점으로 결정하고, 두 개의 T 값 중 어느 하나만 양수인 경우에는 양수인 T 값을 종료 시점으로 결정할 수 있다. 한편, [수학식 9] 및 [수학식 10]으로부터 산출된 두 개의 T 값이 모두 음수인 경우에는 두 개의 T 값 중 큰 T 값을 종료 시점으로 결정할 수 있다. 이때 결정된 종료 시점 T는 제2 종료 시점으로 정의될 수 있다.

상술한 과정을 거쳐 제2 종료 시점 T가 결정되면, 저크 계산부(130)는 시작 시점(t=0)에서부터 결정된 제2 종료 시점(t=T) 사이 구간의 예상 저크 중 절대값이 가장 큰 값을 횡방향 예상 저크로 계산할 수 있다.

여기서, 저크 계산부(130)는 앞서 계산된 종방향 예상 저크 및 횡방향 예상 저크를 비교한다. 이때, 저크 계산부(130)는 종방향 예상 저크 및 횡방향 예상 저크 중 큰 값을 갖는 저크를 예상 저크로 결정한다.

다시 말해, 저크 계산부(130)는 종방향 예상 저크가 횡방향 예상 저크 보다 큰 경우에 횡방향 예상 저크가 운전자의 스트레스 지수 상승에 영향을 미친 것으로 판단한다. 따라서, 저크 계산부(130)는 종방향 예상 저크를 예상 저크로 결정한다. 한편, 저크 계산부(130)는 횡방향 예상 저크가 종방향 예상 저크 보다 큰 경우에 횡방향 예상 저크가 운전자의 스트레스 지수 상승에 영향을 미친 것으로 판단한다. 따라서, 저크 계산부(130)는 종방향 예상 저크를 예상 저크로 결정한다.

판단부(140)는 결정된 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단한다. 만일, 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하면, 판단부(140)는 차량이 자율 주행 상태인지 판단한다. 이때, 경보 처리부(150)는 차량이 자율 주행 상태에서 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과한 것으로 확인되면, 차량의 인터페이스부(11)로 경보 신호를 출력한다.

한편, 판단부(140)는 차량이 자율 주행 상태가 아니라면 운전자에 의한 운전 조작 상태를 판단한다. 이때, 경보 처리부(150)는 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우에 운전자에 의한 별도의 운전 조작이 감지되지 않는 것으로 확인되면, 차량의 인터페이스부(11)로 경보 신호를 출력한다.

주행 제어부(160)는 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우에 운전자에 의한 별도의 운전 조작이 감지되지 않는 것으로 확인되면, 사고 방지를 위해 차량의 자율 주행 제어를 활성화시킬 수도 있다.

반면, 경보 처리부(150)는 운전자에 의한 별도의 운전 조작이 감지된 것으로 확인되면, 승차감 레벨에 이상이 있는 것으로 판단하여 차량의 인터페이스부(11)로 승차감 레벨 이상 신호 및 경보 신호를 출력한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자율주행 제어 장치의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 자율주행 제어 장치(100)는 차량이 주행하는 동안 차량 내 센서들로부터 계측된 운전자의 생체정보를 획득하고(S110), 운전자의 저크(jerk)를 측정한다(S120). 'S110' 과정에서 자율주행 제어 장치는 운전자의 심박 정보, 땀 분비량 정보 및/또는 동공 크기 정보를 획득할 수 있으며, 이때 획득된 운전자의 생체정보에 기초하여 운전자의 스트레스 지수가 설정된 기준치(A)를 초과하는지 판단할 수 있다. 여기서, 자율주행 제어 장치는 운전자의 심박수 및 심박 변이도의 증가 상태, 피부 임피던스 반사율의 증가 상태 및/또는 동공 크기의 증가 상태에 따라 운전자의 스트레스 지수가 설정된 기준치를 초과하는지 판단할 수 있다.

만일, 운전자의 스트레스 지수가 설정된 기준치(A)를 초과하는 것으로 판단되면(S130), 자율주행 제어 장치(100)는 스트레스 지수가 설정된 기준치(A)를 초과하는 시점에 측정된 최소 저크를 운전자의 허용 저크로 계산한다(S140). 이때, 자율주행 제어 장치(100)는 'S140' 과정에서 계산된 운전자의 허용 저크 보다 작은 저크를 유지할 수 있는 수준으로 자율주행 제어 수준을 결정한다(S150).

이후, 자율주행 제어 장치(100)는 차량이 주행하는 동안 예상 저크를 계산한다(S160).

'S160' 과정에서, 자율주행 제어 장치(100)는 차량이 주행하는 동안 측정된 차량(10) 및 선행차량의 위치 및 이동정보에 기초하여 차량(10)이 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 종방향 예상 저크를 계산한다. 또한, 자율주행 제어 장치(100)는 차량(10)이 주행하는 동안 측정된 차량(10)의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 차량(10)이 차선의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 횡방향 예상 저크를 계산한다. 이때, 자율주행 제어 장치(100)는 계산된 종방향 예상 저크 및 횡방향 예상 저크 중 큰 값을 예상 저크로 계산할 수 있다. 이에, 종방향 예상 저크 및 횡방향 예상 저크를 계산하는 과정에 대해서는 상술한 도 3 및 도 4의 설명을 참조한다.

자율주행 제어 장치(100)는 'S140' 과정에서 계산된 운전자의 허용 저크와, 'S160' 과정에서 계산된 예상 저크를 비교한다. 이때, 예상 저크가 운전자의 허용 저크 보다 크면(S170), 자율주행 제어 장치(100)는 차량이 자율 주행 상태인지를 확인하여 자율 주행 상태이면(S180), 경보 신호를 출력한다(S210).

한편, 차량이 자율 주행 상태가 아니면(S180), 자율주행 제어 장치(100)는 운전자에 의한 운전 조작이 있는지를 판단한다. 이때, 운전 조작이 없으면(S190), 자율주행 제어 장치(100)는 경보 신호를 출력한다(S210). 반면, 운전 조작이 있으면(S190), 자율주행 제어 장치(100)는 승차감 레벨에 이상이 있는 것으로 판단하여 승차감 레벨 이상 상태 및 경보를 출력한다(S200).

상기에서와 같이 동작하는 본 실시예에 따른 자율주행 제어 장치(100)는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 이때, 자율주행 제어 장치(100)의 제어부(110), 운전자 상태 감시부(120), 저크 계산부(130), 판단부(140) 및 경보 처리부(150)는 독립적인 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)로서 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 제어 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.

10: 차량 11: 인터페이스부
13: 센서부 15: 통신부
17: 저장부 100: 자율주행 제어 장치(100)
110: 제어부 120: 운전자 상태 감시부
130: 저크 계산부 140: 판단부
150: 경보 처리부 160: 주행 제어부

Claims

운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하는 운전자 상태 감시부;
상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하고, 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 예상 저크를 계산하는 저크 계산부;
상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량의 주행 상태를 확인하는 판단부; 및
상기 차량의 주행 상태에 따라 경보를 출력하는 경보 처리부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 운전자의 생체정보는,
상기 운전자의 심박수, 심박 변이도, 피부 임피던스 반사 빈도 및 동공 크기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 운전자 상태 감시부는,
상기 운전자의 심박수, 심박 변이도, 피부 임피던스 반사 빈도 및 동공 크기 중 어느 하나가 정해진 범위 또는 비율 이상 증가하는 경우 상기 운전자의 스트레스 상태가 상기 설정된 기준치를 초과하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 운전자 상태 감시부는,
상기 운전자의 심박수, 심박 변이도, 피부 임피던스 반사 빈도 및 동공 크기 중 적어도 두 개 이상이 정해진 범위 또는 비율 이상 증가하는 경우 상기 운전자의 스트레스 상태가 상기 설정된 기준치를 초과하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 차량의 위치를 3차 미분하여 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 차량이 주행하는 동안의 저크를 계산하고, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점에 계산된 최소 저크를 상기 운전자의 허용 저크로 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 상기 선행차량의 위치 및 이동정보와, 상기 차선 정보에 기초하여 상기 차량이 상기 선행차량의 위치 및 상기 차선의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 종방향 예상 저크 및 횡방향 예상 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 상기 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보에 기초하여 상기 차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 예상 저크가 0이 되는 시점을 계산하고, 상기 예상 저크가 0이 되는 시점을 제1 종료 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 저크 계산부는,
현재 시점을 시작 시점으로 하여 상기 시작 시점과 상기 제1 종료 시점의 사이 구간에서 발생하는 예상 저크 중 절대값이 가장 큰 값을 종방향 예상 저크로 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 차량의 위치, 속도, 가속도 및 헤딩각 정보와, 상기 차선의 위치 정보에 기초하여 상기 차량이 상기 차선의 위치에 도달하기까지의 구간에서 예상 저크가 0이 되는 시점을 계산하고, 상기 예상 저크가 0이 되는 시점을 제2 종료 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 저크 계산부는,
현재 시점을 시작 시점으로 하여 상기 시작 시점과 상기 제2 종료 시점의 사이 구간에서 발생하는 예상 저크 중 절대값이 가장 큰 값을 횡방향 예상 저크로 계산하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 저크 계산부는,
상기 종방향 예상 저크 및 상기 횡방향 예상 저크 중 큰 값을 예상 저크로 결정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 판단부는,
상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량이 자율 주행 상태인지를 판단하고,
상기 경보 처리부는,
상기 차량이 자율 주행 상태이면 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 판단부는,
상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량이 자율 주행 상태가 아니면 운전 조작이 발생하는지를 판단하고,
상기 경보 처리부는,
상기 운전 조작이 발생하지 않으면 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 경보 처리부는,
상기 운전 조작이 발생하면 상기 차량의 승차감 레벨 이상 상태 및 경보를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 운전자의 허용 저크에 기초하여 상기 차량의 자율주행 제어 수준을 결정하는 주행 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 장치.
운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하는 단계;
상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하는 단계;
차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 예상 저크를 계산하는 단계;
상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 차량의 주행 상태를 확인하는 단계; 및
상기 차량의 주행 상태에 따라 경보를 출력하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 예상 저크를 계산하는 단계는,
상기 차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 상기 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보에 기초하여 상기 차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 종방향 예상 저크를 계산하는 단계;
상기 차량의 위치, 속도, 가속도 및 헤딩각 정보와, 상기 차선의 위치 정보에 기초하여 상기 차량이 상기 차선의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 횡방향 예상 저크를 계산하는 단계; 및
상기 종방향 예상 저크 및 상기 횡방향 예상 저크 중 큰 값을 예상 저크로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 운전자의 허용 저크를 계산하는 단계 이후에 상기 운전자의 허용 저크에 기초하여 상기 차량의 자율주행 제어 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 제어 방법.
운전자의 생체신호를 계측하는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부;
상기 하나 이상의 센서에 의해 계측된 운전자의 생체정보를 이용하여 운전자의 스트레스 상태를 감시하며, 상기 운전자의 스트레스 상태가 설정된 기준치를 초과하는 시점의 저크에 기초하여 계산된 상기 운전자의 허용 저크, 및 차량이 주행하는 동안 측정된 상기 차량 및 선행차량의 위치 및 이동정보와, 차선 정보에 기초하여 계산된 예상 저크를 비교하여, 상기 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 주행 상태에 따라 경보 신호를 출력하는 자율주행 제어 장치; 및
상기 경보 신호에 대응하는 정보를 출력하는 인터페이스부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.