KR20180138324A - Apparatus and method for lane Keeping control - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차로 유지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lane keeping control device and method.
다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model)과 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model)의 주요 차이는 타이어 슬립 각도(tire slip angle)의 고려 여부이다. 타이어 슬립 각도는 타이어 방향과 휠(wheel)의 속도 벡터의 방향으로 정의된다. 다이나믹 횡방향 모션 모델은 타이어 슬립 각도를 포함하는 반면, 키네마틱 횡방향 모션 모델은 타이어 슬립 각도를 포함하지 않는다. 타이어 슬립 각도는 차량이 큰 스티어링 각도(steer angle) 또는 갑작스런 요레이트(yawrate) 변화를 가지면서 고속으로 주행할 때 발생한다. 그래서, 자동차 업계에서는, 다이나믹 횡방향 모션 모델이 차로 유지 시스템(lane keeping system (LKS)), 차선 변경 시스템(lane change control(LXC)) 및 충돌 회피(collision avoidance)를 위하여 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나, 다이나믹 횡방향 모션 모델은 대부분 알려지지 않은 몇몇 차량 파라미터에 상당히 의존한다. 다이나믹 횡방향 모션 모델의 문헌조사는 타이어 슬립 각도와 관련된 코너링 강성(cornering stiffness) 및 타이어/도로 마찰 상태(tire-road friction condition)와 같이, 알려지지 않은 차량 파라미터에 집중되어 왔다.The main difference between the dynamic lateral kinematic model and the kinematic lateral motion model is whether the tire slip angle is considered. The tire slip angle is defined as the direction of the tire direction and the velocity vector of the wheel. The dynamic transverse motion model includes the tire slip angle, while the kinematic transverse motion model does not include the tire slip angle. The tire slip angle occurs when the vehicle is traveling at high speed with a large steer angle or a sudden change in yaw rate. Thus, in the automotive industry, dynamic lateral motion models have been widely used for lane keeping systems (LKS), lane change control (LXC), and collision avoidance. However, the dynamic transverse motion model is highly dependent on some unknown vehicle parameters. Literature review of the dynamic lateral motion model has been focused on unknown vehicle parameters, such as cornering stiffness and tire / road friction conditions associated with tire slip angles.
반면에, 키네마틱 횡방향 모션 모델은 주차 지원 시스템과 같이, 제한된 저속 주행 조건을 위하여 사용되어 왔다. 그러나, 최근, 고속도로 주행 시의 차로 추정 또는 차로 유지 시스템을 위한 키네마틱 횡방향 모션 모델이 파라미터 불확실성에 대하여 강건하고 차로 유지 시스템을 위하여 사용될 수 있음을 보여주는 연구가 진행되어 왔다.On the other hand, kinematic lateral motion models have been used for limited low-speed driving conditions, such as parking assist systems. Recently, however, research has been conducted to show that a kinematic lateral motion model for a lane-keeping or lane-keeping system during highway driving can be robust against a parameter uncertainty and can be used for a lane keeping system.
다이나믹 및 키네마틱 횡방향 차량 모션 제어는 둘다 차량 상태를 정확하게 아는 것이 필수적이다. 그러나, 센서 비용 및/또는 물리적 한계 때문에 모든 차량의 상태가 회득될 수 없다. 그래서, 차량 제조업체의 경우, 관성 측정 센서(IMU) 및 비전 센서와 같이 현재 고급 차량에서 가용한 센서에 추가 센서를 설치하는 것보다는 온라인 추정 방법을 개발하는 것이 더 적합할 수 있다.Both dynamic and kinematic transverse vehicle motion control are essential to know exactly the vehicle condition. However, due to sensor cost and / or physical limitations, not all vehicle conditions can be taken. Thus, for vehicle manufacturers, it may be more appropriate to develop an on-line estimation method than to install additional sensors on available sensors in current luxury vehicles, such as inertial measurement sensors (IMU) and vision sensors.
횡방향 모션 모델의 상태를 추정하는 접근법은 많이 있다. 이 접근법들은 대부분 다이나믹 모델에 기반하며, 성능은 파라미터 불확실성에 의하여 변한다.There are many approaches to estimating the state of the lateral motion model. Most of these approaches are based on dynamic models, and performance varies with parameter uncertainty.
한편, 인터랙션 다중 모델(IMM: Interaction Multiple Model)은 적은 계산력이 필요하고 고성능이기 때문에, 타겟 추적 및 타겟의 추정/검출과 같은 다양한 산업 어플리케이션에서 폭넓게 사용되어 왔다. 특히, 인터랙션 다중 모델은 다중 타겟을 정확하게 추적하기 위하여, 항공기 및 차량 산업에서 개발되었다. 또한, 차량 산업에서, 인터랙션 다중 모델은 도로 경계 검출 및 GPS의 정확도 개선과 같이, 다른 자율 차량 어플리케이션에도 사용되어 왔다. 인터랙션 다중 모델은 모델 신뢰성을 나타내는 모델 확률의 기준에 기초한다.On the other hand, the Interaction Multiple Model (IMM) has been widely used in various industrial applications such as target tracking and target estimation / detection, because it requires low computational power and high performance. In particular, interaction multi-models have been developed in the aircraft and vehicle industries to accurately track multiple targets. Also, in the vehicle industry, interaction multi-models have been used in other autonomous vehicle applications, such as road boundary detection and GPS accuracy improvements. The interaction multiple model is based on the criterion of the model probability that represents the model reliability.
본 발명은 차로 유지를 위한 차량의 다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model)과 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model)를 이용하여 주행 조건에 적합한 모델을 결정하고, 결정된 모델을 이용하여 차량의 횡방향 모션을 제어하는 차로 유지 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention uses a dynamic lateral motion model and a kinematic lateral motion model of a vehicle for vehicle maintenance to determine a suitable model for driving conditions, And to provide a lane keeping control device and method for controlling the lateral motion of the vehicle.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차로 유지 제어 장치가 개시된다.According to an aspect of the present invention, a lane keeping controller is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치는, 차량의 전방 주시 거리를 고려한 다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model, 이하 다이나믹 모델이라 함) 및 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model, 이하 키네마틱 모델이라 함)을 생성하는 생성부, 카메라 센서 및 관성 측정 센서 중 적어도 하나를 이용하여 차로 정보 및 차량 모션 정보를 측정하는 측정부, 상기 차로 정보 및 상기 차량 모션 정보를 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델 각각에 대하여 주행 조건에 따른 적용 적합도를 나타내는 확률을 산출하고, 상기 산출된 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용하는 인터랙션 다중 모델 필터(IMM Filter: Interaction Multiple Model Filter) 및 상기 가중치가 적용된 융합 모델을 이용하여 차량의 스티어링 토크를 산출하고, 상기 산출된 스티어링 토크를 이용하여 상기 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어(lateral motion control)를 수행하는 제어부를 포함한다.A lane keeping control device according to an embodiment of the present invention includes a dynamic lateral motion model and a kinematic lateral motion model that take into account the forward viewing distance of the vehicle, A camera sensor, and an inertial measurement sensor, and a controller for measuring the information of the vehicle and the motion of the vehicle using the at least one of the camera sensor and the inertial measurement sensor, An interaction multiple model filter (IMM filter) for calculating a probability indicating an application fitness according to a driving condition for each of the kinematic models and applying the weight according to the calculated probability to each model, The steering torque of the vehicle is calculated using the fusion model to which the weight is applied, Using the exported steering torque and a controller for performing control lateral motion (lateral motion control) for maintaining drive of the vehicle.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 인터랙션(interaction), 필터링(filtering), 업데이트(updating) 및 조합(combination)의 네 단계의 절차를 수행한다.The interaction multi-model filter performs four steps of interaction, filtering, updating, and combination.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 인터랙션에서, 이전 샘플링 시간에서 각 모델의 적용 적합도를 나타내는 유지 및 변경 확률을 산출하고, 상기 산출된 유지 및 변경 확률을 이용하여 각 모델에 대한 초기 상태 및 초기 공분산을 추정한다.The interaction multi-model filter calculates a maintenance and change probability indicating the fitness of each model at a previous sampling time in the interaction, and estimates an initial state and an initial covariance for each model using the calculated maintenance and change probability do.
상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 상기 유지 및 변경 확률은 하기 수학식으로 산출된다.The maintenance and change probability of the dynamic model and the kinematic model is calculated by the following equation.
여기서, 는 모델 i에서 j로 전환되는 마르코프 확률(Markov probability)을 나타내고, 는 시간 k에서 모델 i의 모델 확률을 나타내고, 이고, 인덱스 숫자 i, j = 1은 상기 다이나믹 모델을 나타내고, 인덱스 숫자 i, j = 2는 키네마틱 모델을 나타냄here, Denotes a Markov probability which is converted from model i to j, Represents the model probability of model i at time k, , Index number i, j = 1 represents the dynamic model, and index number i, j = 2 represents a kinematic model
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 필터링에서, 현재 샘플링 시간에서 측정된 차로 정보 및 차량 모션 정보로부터 산출된 각 모델의 계수와 상기 추정된 초기 상태 및 초기 공분산을 이용하여 이전 샘플링 시간에 대한 현재 샘플링 시간의 현재 상태 및 현재 공분산의 예측값을 산출한다.Wherein the interaction multi-model filter is a filter for estimating a current sampling time for a previous sampling time using the coefficient of each model calculated from the lane information and the vehicle motion information measured at the current sampling time and the estimated initial state and the initial covariance And calculates a predicted value of the current state and the current covariance.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 필터링에서, 각 모델의 칼만 필터(Kalman filter)의 이노베이션(innovation) 및 공분산을 산출한 후, 상기 각 모델의 칼만 필터를 이용하여 상기 예측값을 교정하여 현재 상태 및 현재 공분산을 추정한다.The interaction multi-model filter calculates the innovation and covariance of the Kalman filter of each model in the filtering, corrects the predicted value using the Kalman filter of each model, and outputs the current state and the current covariance .
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 업데이트에서, 가우시안 가정에 따른 상기 각 모델의 우도 함수(likelihood function)를 상기 각 모델의 칼만 필터의 이노베이션 및 공분산을 이용하여 산출하고, 상기 산출된 우도 함수를 이용하여 상기 각 모델에 대한 현재의 유지 및 변경 확률을 산출한다.Wherein the interaction multi-model filter calculates the likelihood function of each model according to the Gaussian assumption using the innovation and covariance of the Kalman filter of each model in the update, The current maintenance and change probability for each model is calculated.
상기 현재의 유지 및 변경 확률은 하기 수학식으로 산출된다.The current maintenance and change probability is calculated by the following equation.
여기서, 이고, 및 는 각각 칼만 필터의 이노베이션(innovation) 및 공분산이고, c는 정규화 계수임here, ego, And Are the innovations and covariances of the Kalman filter, respectively, and c is the normalization coefficient
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 조합에서, 상기 현재의 유지 및 변경 확률과 상기 추정된 현재 상태 및 현재 공분산을 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 합쳐진 상태 및 공분산을 산출함으로써, 상기 가중치를 각 모델에 적용한다.Wherein the interaction multi-model filter calculates the combined state and covariance of the dynamic model and the kinematic model using the current maintenance and change probability and the estimated current state and the current covariance, Apply to the model.
상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 시스템 상태 함수는 전방 주시 지점(look-ahead point)에서의 횡방향 차로 중심 오프셋(lateral lane center offset) , 횡방향 속도 오차 , 차량 무게중심에서의 헤딩 각도 오차(heading angle error) 및 요레이트(yaw rate) 를 포함하는 상태 벡터를 포함한다.The system state functions of the dynamic model and the kinematic model include a lateral lane center offset at the look-ahead point, , Lateral velocity error Heading angle error at the vehicle center of gravity, And a yaw rate And a state vector.
상기 차로 정보는 상기 및 상기 를 포함하고,The lane information And Lt; / RTI >
상기 차량 모션 정보는 상기 를 포함한다.The vehicle motion information .
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차로 유지 제어 방법이 개시된다.According to another aspect of the present invention, a lane keeping control method is disclosed.
본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 방법은, 차량의 전방 주시 거리를 고려한 다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model, 이하 다이나믹 모델이라 함) 및 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model, 이하 키네마틱 모델이라 함)을 생성하는 단계, 카메라 센서 및 관성 측정 센서 중 적어도 하나를 이용하여 차로 정보 및 차량 모션 정보를 측정하는 단계, 상기 차로 정보 및 상기 차량 모션 정보를 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델 각각에 대하여 주행 조건에 따른 적용 적합도를 나타내는 확률을 산출하고, 상기 산출된 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용하는 단계 및 상기 가중치가 적용된 융합 모델을 이용하여 차량의 스티어링 토크를 산출하고, 상기 산출된 스티어링 토크를 이용하여 상기 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어(lateral motion control)를 수행하는 단계를 포함한다.The present invention provides a lane keeping control method for a vehicle, including a dynamic lateral motion model (hereinafter referred to as a dynamic model) and a kinematic lateral motion model (hereinafter referred to as a dynamic lateral motion model) (Hereinafter referred to as " kinematic model "), measuring vehicle information and vehicle motion information using at least one of a camera sensor and an inertial measurement sensor, using the lane information and the vehicle motion information, Calculating a probability that each of the kinematic models represents a fitness that corresponds to a driving condition, applying a weight based on the calculated probability to each model, and calculating a steering torque of the vehicle using the weighted fusion model And using the calculated steering torque to maintain the lane keeping of the vehicle And a step of performing a lateral control motion (lateral motion control).
본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치 및 방법은, 차로 유지를 위한 차량의 다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model)과 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model)을 이용하여 주행 조건에 적합한 모델을 결정하고, 결정된 모델을 이용하여 차량의 횡방향 모션을 제어할 수 있다.The apparatus and method for a lane keeping control according to an embodiment of the present invention are characterized by using a dynamic lateral motion model and a kinematic lateral motion model of a vehicle for lane keeping, And determine the appropriate model for the vehicle, and control the lateral motion of the vehicle using the determined model.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치의 개략적인 구성을 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 방법의 흐름도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치에 의한 차량의 횡방향 모션을 나타낸 도면.
도 4는 싱글 트랙 자전거 모델(Single track bicycle model)을 나타낸 도면.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치의 실험 결과를 나타낸 도면.Brief Description of the Drawings Fig. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lane keeping control device according to an embodiment of the present invention. Fig.
2 is a flow chart of a lane keeping control method according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram showing the lateral motion of the vehicle by the lane keeping control device according to the embodiment of the present invention.
4 shows a single track bicycle model;
5 to 10 show experimental results of a lane keeping control apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms " comprising ", or " comprising " and the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps. Also, the terms " part, " " module, " and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software .
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 본 명세서에 기재된 파라미터나 첨자 등과 같은 각종 용어에 대하여 하기와 같이 정의하기로 한다.Before describing embodiments of the present invention, various terms such as parameters and subscripts described in the present specification will be defined as follows.
: 차량의 무게중심으로부터 턴(turn) 중심까지의 거리 : Distance from the center of gravity of the vehicle to the center of the turn
: 차로 중심으로부터 턴 중심까지의 거리 : Distance from the center of the car to the center of the turn
: 차량 무게중심에서의 횡방향 차로 중심 오프셋(lateral lane center offset) : Lateral lane center offset at the vehicle center of gravity
: 전방 주시 지점(look-ahead point)에서의 횡방향 차로 중심 오프셋 : The lateral lane center offset at the look-ahead point
: 전방 주시 거리(look-ahead distance) : Look-ahead distance
: 차로 중심의 요 각도 기울기(yaw angle slope) : Yaw angle slope at the center of the car
: 전방 주시 지점에서의 차로 중심의 요 각도 기울기 : The center yaw angle slope at the front sight point
: 차량 무게중심에서의 헤딩 각도 오차(heading angle error) : Heading angle error at the vehicle center of gravity
: 전방 주시 지점에서의 헤딩 각도 오차 : Heading angle error at forward viewing point
: 요레이트(yaw rate) : Yaw rate
: 차량 무게중심에서의 차량 속도 : Vehicle speed at the center of gravity of the vehicle
: 타이어 슬립 각도(tire slip angle) : Tire slip angle
: 차량 무게중심에서의 사이드 슬립 각도(side slip angle) : Side slip angle at the vehicle center of gravity
: 타이어의 코너링 강성(cornering stiffness) : Cornering stiffness of a tire
: 횡방향 타이어 힘 : Lateral tire force
: 차량의 요 관성(yaw inertia) : Yaw inertia of vehicle
: 차량의 총 중량 : Total weight of vehicle
: 차량의 무게중심과 타이어간 거리 : Distance between the center of gravity of the vehicle and the tire
: 제어 입력(=: 스티어링 각도) : Control input (= : Steering angle)
: 전방(front) : Front
: 후방(rear) : Rear
: 종방향(longitudinal) : Longitudinal
: 횡방향(lateral) : Lateral
: desired : desired
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치의 개략적인 구성을 예시하여 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 방법의 흐름도를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치에 의한 차량의 횡방향 모션을 나타낸 도면이고, 도 4는 싱글 트랙 자전거 모델(Single track bicycle model)을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a lane keeping control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart of a lane keeping control method according to an embodiment of the present invention. Fig. 4 is a view showing a single track bicycle model; Fig. 4 is a view showing a single track bicycle model; Fig.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치(100)는 모델 생성부(110), 측정부(120), 인터랙션 다중 모델 필터(IMM Filter: Interaction Multiple Model Filter, 이하 IMM 필터라 함)(130) 및 제어부(140)를 포함한다.1, a lane keeping
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 각 구성요소 별 기능 및 각 단계별로 수행되는 과정을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the functions of each component and the steps performed in each step will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
우선, S210 단계에서, 모델 생성부(110)는 차로 유지를 위한 차량의 전방 주시 거리를 고려한 다이나믹 횡방향 모션 모델(dynamic lateral motion model) 및 키네마틱 횡방향 모션 모델(kinematic lateral motion model)을 생성한다.First, in step S210, the
본 발명의 실시예에 따른 다이나믹 및 키네마틱 횡방향 모션 모델은 4차 이산시간 상태공간(discrete-time state-space) 모델로 생성된다.The dynamic and kinematic lateral motion models according to embodiments of the present invention are generated in a quadratic discrete-time state-space model.
도 3을 참조하면, 무게중심에서 제어되는 차량은 요레이트 진동을 야기할 수 있다. 반대로, 전방 주시 거리 L을 이용하면, 제로의 위치에 영향을 주어 주극점(dominant pole)의 댐핑 비율(damping ratio)이 영향을 받는다. 그래서, 전방 주시 지점에서의 횡방향 위치 및 속도 오차에 관하여 각 모델을 도출하기로 한다.Referring to Fig. 3, a vehicle controlled at the center of gravity may cause yaw rate vibration. Conversely, if the forward viewing distance L is used, the damping ratio of the dominant pole is affected by influencing the zero position. Therefore, each model will be derived with respect to the lateral position and the velocity error at the forward viewing point.
우선, 다이나믹 횡방향 모션 모델의 생성에 대하여 설명한다.First, generation of the dynamic lateral motion model will be described.
기본적인 다이나믹 횡방향 모션 모델의 시스템 상태 함수는 도로에 대한 횡방향 위치 및 요 각도 오차에 관한 것으로, 전방 주시 지점에서 횡방향 위치 및 속도 오차에 관하여 공식화될 수 있다. 전방 주시 거리는 제로의 위치에 영향을 주어 주극점(dominant pole)의 댐핑 비율(damping ratio)에 영향을 준다. 그래서, 다이나믹 횡방향 모션 모델의 시스템 상태 함수는 상태 벡터, 제어 입력 및 외부 신호 에 관하여 하기 수학식으로 생성될 수 있다.The systematic state function of the basic dynamic transverse motion model relates to transverse position and yaw angle error with respect to the road and can be formulated with respect to transverse position and velocity error at the forward viewing point. The forward viewing distance affects the position of the zero and affects the damping ratio of the dominant pole. Thus, the system state function of the dynamic transverse motion model is expressed as a state vector , Control input And external signals Can be generated by the following equation.
여기서, here,
이와 같이, 다이나믹 횡방향 모션 모델은 영차 홀드(zero-order-hold) 방법을 이용하여, 수학식 1과 같은 이산시간 등가 모델로 획득될 수 있다. ECU(electronic control unit)의 샘플링 시간 Tc가 주어지면, 이산시간 행렬은 로부터 로 나타내어진다.As such, the dynamic transverse motion model can be obtained with a discrete-time equivalent model, such as
다음으로, 키네마틱 횡방향 모션 모델의 생성에 대하여 설명하기로 한다.Next, the generation of the kinematic lateral motion model will be described.
키네마틱 횡방향 모션 모델은 타이어 슬립 각도 α가 없다는 가정하에 도출된다. 그래서, 키네마틱 횡방향 모션 모델은 코너링 강도(cornering stiffness) 또는 타이어/도로 상태와 같은 차량 파라미터를 포함하지 않는다. 이러한 이유로, 키네마틱 횡방향 모션 모델은 차량이 저속으로 주행하고, 모르는 차량 파라미터가 존재할 때, 다이나믹 횡방향 모션 모델보다 차량 행동을 기술하는데 보다 적합하다. 그러나, 키네마틱 횡방향 모션 모델은 타이어 슬립 각도를 야기하는 큰 스티어링 각도가 존재할 때, 횡방향 제어 시스템에 대하여 유효하지 않다. 예를 들어, 고속에서 갑작스런 차로 변경 또는 장애물 회피는 더 이상 무시할 수 없는 타이어 슬립 각도를 발생시킬 수 있다.The kinematic lateral motion model is derived on the assumption that there is no tire slip angle alpha. Thus, the kinematic lateral motion model does not include vehicle parameters such as cornering stiffness or tire / road conditions. For this reason, the kinematic lateral motion model is more suitable for describing vehicle behavior than the dynamic lateral motion model when the vehicle is traveling at low speed and there are unknown vehicle parameters. However, the kinematic lateral motion model is not valid for the lateral control system when there is a large steering angle that causes the tire slip angle. For example, changing from high speed to sudden lane or obstacle avoidance can result in a tire slip angle that can no longer be ignored.
상태 벡터 를 이용하여 도 2로부터 키네마틱 횡방향 모션 모델이 생성될 수 있다. 이 상태 벡터는 전술한 다이나믹 횡방향 모션 모델에 사용된 상태 벡터와 동일하다. 하기의 도출 과정을 이용하여, 키네마틱 횡방향 모션 모델이 생성된다.State vector A kinematic lateral motion model can be generated from Fig. This state vector is the same as the state vector used in the above-described dynamic transverse motion model. Using the following derivation process, a kinematic lateral motion model is created.
여기서, here,
를 이용하여, 수학식 2는 다시 하기 수학식으로 나타낼 수 있다. (2) can be expressed by the following equation. &Quot; (2) "
여기서 고려되는 또다른 인자는 차량의 횡방향 가속도 이며, 다음과 같이 나타낸다.Another factor to be considered here is the lateral acceleration of the vehicle And is expressed as follows.
으로부터, 수학식 4는 하기 수학식과 같이 횡방향 오프셋 오차에 관하여 나타낼 수 있다. , Equation (4) can be expressed in terms of the lateral offset error as shown in the following equation.
상태 벡터 , 제어 입력 및 외부 신호 를 이용하여, 하기 수학식으로 이산시간 상태공간 모델이 생성될 수 있다.State vector , Control input And external signals The discrete time state space model can be generated by the following equation.
여기서,here,
다음으로, S220 단계에서, 측정부(120)는 차로 정보 및 차량 모션 정보를 측정한다.Next, in step S220, the measuring
예를 들어, 측정부(120)는 카메라 센서 및 관성 측정 센서를 포함하며, 카메라 센서를 이용하여 차로 정보를 측정하고, 관성 측정 센서를 이용하여 차량 모션 정보를 측정할 수 있다. 즉, 도 3 및/또는 도4에서, 전방 주시 지점에서의 횡방향 차로 중심 오프셋 과 차량 무게중심에서의 헤딩 각도 오차 는 카메라 센서를 이용하여 측정될 수 있으며, 요레이트 는 관성 측정 센서를 이용하여 측정될 수 있다.For example, the measuring
다음으로, S230 단계에서, IMM 필터(130)는 측정된 차로 정보 및 차량 모션 정보를 이용하여 다이나믹 횡방향 모션 모델 및 키네마틱 횡방향 모션 모델 각각에 대하여 주행 조건에 따른 적용 적합도를 나타내는 확률을 산출하고, 산출된 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용한다.Next, in step S230, the
IMM 필터(130)는 가장 비용 효율적인 하이브리드 상태 추정 기법 중 하나인 차로에 대한 하이브리드 필터이다. 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치(100)는 다이나믹 횡방향 모션 모델과 키네마틱 횡방향 모션 모델을 둘다 이용하여 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 고속도로 주행 상황에서 차량의 모션이 다이나믹 횡방향 모션 모델과 키네마틱 횡방향 모션 모델사이에서 항상 전환될 수 있다.The
전술한 수학식을 기반으로, IMM 필터(130)는 다양한 주행 조건 하에서 각 모델의 차량 횡방향 모션 상태 추정 및 신뢰성을 위하여 설계된다.Based on the above equations, the
본 발명의 실시예에 따른 IMM 필터(130)에서, 각 모델의 모델 노이즈 공분산(model noise covariances)은 다르지만, 동일한 카메라 센서 및 관성 운동 센서를 이용하여 차로 정보 및 차량 모션 정보가 측정되므로, 각 모델의 센서 노이즈 공분산은 정확히 동일하다.In the
IMM 필터(130)는 하기와 같이, 인터랙션(interaction), 필터링(filtering), 업데이트(updating) 및 조합(combination)의 네 단계의 절차를 수행할 수 있다.The
1. 인터랙션1. Interaction
는 모델 i에서 j로 전환되는 마르코프 확률(Markov probability)을 나타내고, 는 시간 k에서 모델 i의 모델 확률을 나타낸다. 그리고, 혼합 확률 은 하기 수학식과 같이 나타낼 수 있다. Denotes a Markov probability which is converted from model i to j, Represents the model probability of model i at time k. Then, the mixing probability Can be expressed by the following equation.
수학식 8은 정규화된 인자이다. 여기서, 인덱스 숫자 i, j = 1은 다이나믹 횡방향 모션 모델을 나타내고, 인덱스 숫자 i, j = 2는 키네마틱 횡방향 모션 모델을 나타낸다. 예를 들어, 하기와 같은 마르코프 확률 행렬이 이용될 수 있다.
모델 j의 혼합된 초기 상태 및 혼합된 초기 공분산 은 하기 수학식에 의하여 주어진다.Mixed initial state of model j And mixed initial covariance Is given by the following equation.
여기서, 및 는 각각 이전 샘플링 시간에서 모델 j의 추정된 상태 및 공분산이다.here, And Is the estimated state and covariance of model j at each previous sampling time.
즉, 이 단계에서, IMM 필터(130)는 이전 샘플링 시간에서 각 모델의 적용 적합도를 나타내는 유지 및 변경 확률을 산출하고, 산출된 유지 및 변경 확률을 이용하여 각 모델에 대한 초기 상태 및 초기 공분산을 추정한다.That is, at this stage, the
2. 필터링2. Filtering
필터링을 위하여, 다이나믹 횡방향 모션 모델 및 키네마틱 횡방향 모션 모델에 대하여 각각 및 이 이용된다. 여기서, 요레이트 는 관성 센서(inertia sensor)에 의하여 측정되고, 전방 주시 지점에서의 횡방향 차로 중심 오프셋 과 무게중심에서의 헤딩 각도 오차 는 카메라 센서에 의하여 획득된다. 그래서, 하기의 측정 행렬 H는 키네마틱 횡방향 모션 모델 및 다이나믹 횡방향 모션 모델 둘 다에서 사용된다.For filtering, the dynamic lateral motion model and the kinematic lateral motion model, respectively, And . Here, Is measured by an inertia sensor, and the lateral lane center offset at the forward viewing point And the heading angle error at the center of gravity Is obtained by a camera sensor. Hence, the following measurement matrix H is used in both the kinematic lateral motion model and the dynamic lateral motion model.
카메라 센서는 클로소이드 제약(clothoidal constraints)을 충족하는 하기 수학식과 같은 3차 다항식을 이용한다.The camera sensor uses a third order polynomial such as: < RTI ID = 0.0 >
여기서, c0는 차량 무게중심에서의 횡방향 차로 중심 오프셋을 나타내고, c1은 차량 무게중심에서 차로 헤딩 기울기(in-lane heading slop)인 헤딩 각도 오차를 나타내고, c2는 s=0일 때 곡률/2를 나타내고, c3는 곡률 비율/6을 나타낸다. s는 아크 길이(arc length)이고, L은 차량의 전방 주시 거리이다. 카메라 센서에 의하여 측정된 상태는 이라는 정의에 의하여 계산된다.Where c 0 represents the lateral lane center offset at the center of gravity of the vehicle, c 1 represents the heading angle error that is an in-lane heading slope at the center of gravity of the vehicle, and c 2 represents s = 0 Curvature / 2, and c 3 represents curvature ratio / 6. s is the arc length, and L is the forward viewing distance of the vehicle. The state measured by the camera sensor is Is calculated by definition.
수학식 1의 다이나믹 횡방향 모션 모델 및 수학식 6의 키네마틱 횡방향 모션 모델 둘 다에 기반하여, 상태 및 공분산은 각 싱글 칼만 필터(single Kalman filter)에 의하여 계산된다.Based on both the dynamic lateral motion model of equation (1) and the kinematic lateral motion model of equation (6), the state And covariance Is calculated by a single Kalman filter.
1) 예측(Prediction)1) Prediction
여기서, 는 다이나믹 횡방향 모션 모델을 나타내고, 는 키네마틱 횡방향 모션 모델을 나타낸다.here, Represents a dynamic lateral motion model, Represents a kinematic lateral motion model.
즉, 이 단계에서, IMM 필터(130)는 현재 샘플링 시간에서 측정된 차로 정보 및 차량 모션 정보로부터 산출된 각 모델의 계수( 및 )와 각 모델에 대하여 추정된 초기 상태 및 초기 공분산을 이용하여 이전 샘플링 시간에 대한 현재 샘플링 시간의 현재 상태 및 현재 공분산의 예측값을 산출한다.That is, at this stage, the
2) 교정(Correction)2) Correction
여기서, 및 는 각각 j 조건 필터의 이노베이션(innovation) 및 공분산이다.here, And Is the innovation and covariance of the j-conditional filter, respectively.
즉, 이 단계에서, IMM 필터(130)는 각 모델의 칼만 필터의 이노베이션 및 공분산을 산출한 후, 각 모델의 칼만 필터를 이용하여 예측값을 교정하여 현재 상태 및 현재 공분산을 추정한다.That is, at this stage, the
3. 업데이팅3. Updating
시간 k에서 각 모델 j의 우도 함수(likelihood function) 는 가우시안 가정에 따라 하기 수학식으로 주어진다.The likelihood function of each model j at time k Is given by the following equation according to the Gaussian assumption.
그리고, 각 모델의 모델 확률은 하기 수학식과 같이 계산된다.The model probability of each model is calculated by the following equation.
여기서, c는 정규화 계수이다.Here, c is a normalization coefficient.
즉, 이 단계에서, IMM 필터(130)는 가우시안 가정에 따른 각 모델의 우도 함수(likelihood function)를 각 모델의 칼만 필터의 이노베이션 및 공분산을 이용하여 산출하고, 산출된 우도 함수를 이용하여 각 모델에 대한 현재의 유지 및 변경 확률을 산출한다.That is, at this stage, the
4. 조합4. Combination
합쳐진 상태 및 이의 공분산 는 하기 수학식과 같이 계산된다.Combined state And its covariance Is calculated by the following equation.
즉, 이 단계에서, IMM 필터(130)는 각 모델에 대한 현재의 유지 및 변경 확률과 추정된 현재 상태 및 현재 공분산을 이용하여 합쳐진 상태 및 공분산을 산출함으로써, 각 모델의 적용 적합도를 나타내는 유지 및 변경 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용시킬 수 있다.That is, at this stage, the
다음으로, S240 단계에서, 제어부(140)는 차량의 전방 주시 거리를 고려한 다이나믹 횡방향 모션 모델 및 키네마틱 횡방향 모션 모델 각각에 가중치가 적용된 융합된 모델을 이용하여 차량의 스티어링 토크를 산출하고, 산출된 스티어링 토크를 이용하여 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어(lateral motion control)를 수행한다.Next, in step S240, the
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치의 실험 결과를 나타낸 도면이다.5 to 10 are diagrams showing experimental results of a lane keeping control apparatus according to an embodiment of the present invention.
각 모델 기반 필터 및 IMM 필터(130)의 성능은 소형SUV(sports utility vehicle) 이용한 실험의 결과를 통해 검증되었다. 카메라 센서, 요레이트 센서 및 dSPACE의 AutoBox가 테스트 차량에 설치되었다. 그리고, 실험은 지능형자동차부품진흥원(KIAPI)의 ITS 고속 서킷에서 수행되었다. 고속 서킷의 스펙은 다음과 같다.The performance of each model-based filter and
총 길이: 3,681m(4 차로)Total length: 3,681m (4th lane)
최소 커브 반경: 100mMinimum curve radius: 100 m
최대 뱅크 각도: 30도Maximum bank angle: 30 degrees
최대 속도: 204km/hMaximum speed: 204km / h
본 발명의 실시예에 따른 IMM 필터(130) 및 다이나믹과 키네마틱 모델의 신뢰성은 다음 3가지 주행 조건에서 평가되었다.The reliability of the
직선 도로에서 차로 유지Maintain by car on straight road
커브 도로에서 차로 유지(R=100m)Maintain by car on the curve road (R = 100m)
직선 도로에서 차로 변경Change from straight road to car
측정 데이터에 심한 노이즈는 없었기 때문에, 측정에서 노이즈로 스위칭의 큰 민감성은 고려되지 않았다. 이하에서는, 한 차로 변경 케이스에 대해서만 실험 결과를 기술하기로 한다.Because there was no significant noise in the measurement data, the great sensitivity of switching from noise to noise was not taken into account. Hereinafter, the experimental results will be described only for the change case with one difference.
도 5 내지 도 7은 직선 도로에서 차로 변경 상황 하에서의 실험 결과를 보여준다. 도 5 내지 도 7은 각각 카메라 데이터, 스티어링 휠 각도, 요레이트 및 각 모델의 확률을 보여준다. 타이어 슬립 각도가 측정될 수 없으나, 간접적으로, 사이드 슬립 각도에 의한 타이어 슬립 각도가 관찰될 수 있다. 실시간 키네마틱 GPS를 이용하여 차량의 사이드 슬립 각도가 도 8과 같이 측정되었다.Figs. 5 to 7 show experimental results under a change from a straight road to a lane. Figs. 5 to 7 show camera data, steering wheel angle, yaw rate, and probability of each model, respectively. The tire slip angle can not be measured, but indirectly, the tire slip angle due to the side slip angle can be observed. The side slip angle of the vehicle was measured using a real-time kinematic GPS as shown in FIG.
도 5 내지 도 8에서 보여지듯이, 차로 변경 시, 사이드 슬립은 증가하고, 다이나믹 모델의 확률은 증가한다.As shown in Figs. 5 to 8, when changing to a car, the side slip increases and the probability of the dynamic model increases.
도 9는 직선 도로에서 차로 변경 시 IMM 필터(130)와 각 싱글 필터의 추정 성능을 보여준다. 카메라 센서와 관성 측정 센서로부터 참조 신호가 획득된다. 각 싱글 모델 기반 추정은 단점을 가지고 있다.9 shows the estimation performance of the
도 10은 다이나믹 및 키네마틱 모델 기반 필터가 둘다 효과적으로 을 추정할 수 있음을 보여준다. 그러나, 다이나믹 모델 기반 필터는 에서 나쁜 성능을 가진다. 이에 반해, 키네마틱 모델 기반 필터는 에서 나쁜 성능을 가진다.Figure 10 shows that both dynamic and kinematic model based filters are effective Can be estimated. However, the dynamic model-based filter Which has a bad performance. In contrast, the kinematic model based filter Which has a bad performance.
작은 에 대하여, 차량은 스티어링 각도 를 이용하여 횡방향 힘을 만들 수 있다. 즉, 횡방향 차량 키네마틱 모델은 횡방향 모션을 표현하기에 충분한다. 반면에, 큰 에 대하여, 스티어링 각도 는 횡방향 힘을 만들기에 충분치 않다. 이 상황에서, 슬립 각도 는 도로를 추적하기 위하여 충분한 횡방향 힘을 만드는 것을 필요로 하며, 횡방향 차량 키네마틱 모델은 차량 횡방향 모션을 표현하기에 더 이상 적합하지 않다.small The steering angle To create a lateral force. That is, the lateral vehicle kinematic model is sufficient to represent the lateral motion. On the other hand, The steering angle Is not sufficient to make lateral forces. In this situation, Requires a sufficient lateral force to track the road, and the lateral vehicle kinematic model is no longer suitable for expressing vehicle lateral motion.
그래서, IMM 필터(130)는 각 모델의 특징을 반영할 수 있고, 센서 비용과 복잡성 때문에 정확한 추정이 매우 어려운 슬립 각도 추정에 기여할 수 있다.Thus, the
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.On the other hand, the components of the above-described embodiment can be easily grasped from a process viewpoint. That is, each component can be identified as a respective process. Further, the process of the above-described embodiment can be easily grasped from the viewpoint of the components of the apparatus.
또한 앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the above-described technical features may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
100: 차로 유지 제어 장치
110: 모델 생성부
120: 측정부
130: 인터랙션 다중 모델 필터
140: 제어부100:
110:
120:
130: Interaction multi-model filter
140:
Claims (12)
카메라 센서 및 관성 측정 센서 중 적어도 하나를 이용하여 차로 정보 및 차량 모션 정보를 측정하는 측정부;
상기 차로 정보 및 상기 차량 모션 정보를 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델 각각에 대하여 주행 조건에 따른 적용 적합도를 나타내는 확률을 산출하고, 상기 산출된 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용하는 인터랙션 다중 모델 필터(IMM Filter: Interaction Multiple Model Filter); 및
상기 가중치가 적용된 융합 모델을 이용하여 차량의 스티어링 토크를 산출하고, 상기 산출된 스티어링 토크를 이용하여 상기 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어(lateral motion control)를 수행하는 제어부를 포함하는 차로 유지 제어 장치.
A generating unit for generating a dynamic lateral motion model (hereinafter referred to as a dynamic model) and a kinematic lateral motion model (hereinafter referred to as a kinematic model) in consideration of a forward viewing distance of the vehicle;
A measurement unit for measuring information on a vehicle and motion information of the vehicle using at least one of a camera sensor and an inertial measurement sensor;
And calculating a probability that each of the dynamic model and the kinematic model represents an application fitness according to a driving condition using the lane information and the vehicle motion information and applying a weight based on the calculated probability to each model, IMM Filter (Interaction Multiple Model Filter); And
And a control unit for calculating a steering torque of the vehicle using the fusion model to which the weight is applied and performing lateral motion control for maintaining the vehicle by the vehicle using the calculated steering torque, controller.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 인터랙션(interaction), 필터링(filtering), 업데이트(updating) 및 조합(combination)의 네 단계의 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the interaction multi-model filter performs a four-step procedure of interaction, filtering, updating, and combination.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 인터랙션에서, 이전 샘플링 시간에서 각 모델의 적용 적합도를 나타내는 유지 및 변경 확률을 산출하고, 상기 산출된 유지 및 변경 확률을 이용하여 각 모델에 대한 초기 상태 및 초기 공분산을 추정하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
3. The method of claim 2,
The interaction multi-model filter calculates a maintenance and change probability indicating the fitness of each model at a previous sampling time in the interaction, and estimates an initial state and an initial covariance for each model using the calculated maintenance and change probability And a control unit for controlling the vehicle.
상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 상기 유지 및 변경 확률은 하기 수학식으로 산출되는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
여기서, 는 모델 i에서 j로 전환되는 마르코프 확률(Markov probability)을 나타내고, 는 시간 k에서 모델 i의 모델 확률을 나타내고, 이고, 인덱스 숫자 i, j = 1은 상기 다이나믹 모델을 나타내고, 인덱스 숫자 i, j = 2는 키네마틱 모델을 나타냄
The method of claim 3,
Wherein the maintenance and change probability of the dynamic model and the kinematic model is calculated by the following equation.
here, Denotes a Markov probability which is converted from model i to j, Represents the model probability of model i at time k, , Index number i, j = 1 represents the dynamic model, and index number i, j = 2 represents a kinematic model
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 필터링에서, 현재 샘플링 시간에서 측정된 차로 정보 및 차량 모션 정보로부터 산출된 각 모델의 계수와 상기 추정된 초기 상태 및 초기 공분산을 이용하여 이전 샘플링 시간에 대한 현재 샘플링 시간의 현재 상태 및 현재 공분산의 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
The method of claim 3,
Wherein the interaction multi-model filter is a filter for estimating a current sampling time for a previous sampling time using the coefficient of each model calculated from the lane information and the vehicle motion information measured at the current sampling time and the estimated initial state and the initial covariance And calculates a predicted value of the current state and the current covariance.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 필터링에서, 각 모델의 칼만 필터(Kalman filter)의 이노베이션(innovation) 및 공분산을 산출한 후, 상기 각 모델의 칼만 필터를 이용하여 상기 예측값을 교정하여 현재 상태 및 현재 공분산을 추정하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
6. The method of claim 5,
The interaction multi-model filter calculates the innovation and covariance of the Kalman filter of each model in the filtering, corrects the predicted value using the Kalman filter of each model, and outputs the current state and the current covariance Is estimated based on the estimated vehicle speed.
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 업데이트에서, 가우시안 가정에 따른 상기 각 모델의 우도 함수(likelihood function)를 상기 각 모델의 칼만 필터의 이노베이션 및 공분산을 이용하여 산출하고, 상기 산출된 우도 함수를 이용하여 상기 각 모델에 대한 현재의 유지 및 변경 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the interaction multi-model filter calculates the likelihood function of each model according to the Gaussian assumption using the innovation and covariance of the Kalman filter of each model in the update, And calculates a current maintenance and change probability for each model.
상기 현재의 유지 및 변경 확률은 하기 수학식으로 산출되는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
여기서, 이고, 및 는 각각 칼만 필터의 이노베이션(innovation) 및 공분산이고, c는 정규화 계수임
8. The method of claim 7,
Wherein the current maintenance and change probability is calculated by the following equation.
here, ego, And Are the innovations and covariances of the Kalman filter, respectively, and c is the normalization coefficient
상기 인터랙션 다중 모델 필터는 상기 조합에서, 상기 현재의 유지 및 변경 확률과 상기 추정된 현재 상태 및 현재 공분산을 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 합쳐진 상태 및 공분산을 산출함으로써, 상기 가중치를 각 모델에 적용하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the interaction multi-model filter calculates the combined state and covariance of the dynamic model and the kinematic model using the current maintenance and change probability and the estimated current state and the current covariance, Model is applied to the vehicle.
상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델의 시스템 상태 함수는 전방 주시 지점(look-ahead point)에서의 횡방향 차로 중심 오프셋(lateral lane center offset) , 횡방향 속도 오차 , 차량 무게중심에서의 헤딩 각도 오차(heading angle error) 및 요레이트(yaw rate) 를 포함하는 상태 벡터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
The method according to claim 1,
The system state functions of the dynamic model and the kinematic model include a lateral lane center offset at the look-ahead point, , Lateral velocity error Heading angle error at the vehicle center of gravity, And a yaw rate And a state vector including the state vector.
상기 차로 정보는 상기 및 상기 를 포함하고,
상기 차량 모션 정보는 상기 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
11. The method of claim 10,
The lane information And Lt; / RTI >
The vehicle motion information And a control unit for controlling the vehicle.
카메라 센서 및 관성 측정 센서 중 적어도 하나를 이용하여 차로 정보 및 차량 모션 정보를 측정하는 단계;
상기 차로 정보 및 상기 차량 모션 정보를 이용하여 상기 다이나믹 모델 및 상기 키네마틱 모델 각각에 대하여 주행 조건에 따른 적용 적합도를 나타내는 확률을 산출하고, 상기 산출된 확률에 따른 가중치를 각 모델에 적용하는 단계; 및
상기 가중치가 적용된 융합 모델을 이용하여 차량의 스티어링 토크를 산출하고, 상기 산출된 스티어링 토크를 이용하여 상기 차량의 차로 유지를 위한 횡방향 모션 제어(lateral motion control)를 수행하는 단계를 포함하는 차로 유지 제어 방법.
Generating a dynamic lateral motion model (hereinafter referred to as a dynamic model) and a kinematic lateral motion model (hereinafter referred to as a kinematic model) in consideration of the forward viewing distance of the vehicle;
Measuring vehicle information and vehicle motion information using at least one of a camera sensor and an inertial measurement sensor;
Calculating a probability that each of the dynamic model and the kinematic model represents an application fitness according to a driving condition using the lane information and the vehicle motion information, and applying a weight according to the calculated probability to each model; And
Calculating a steering torque of the vehicle using the fusion model to which the weight is applied and performing lateral motion control for maintaining the vehicle by the vehicle using the calculated steering torque; Control method.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109878419A (en) * | 2019-03-11 | 2019-06-14 | 胡淑云 | A kind of automobile rearview mirror based on inertia induction automatic adjustment |
CN111559380A (en) * | 2020-05-21 | 2020-08-21 | 南京晓庄学院 | Vehicle active safety control method and device |
FR3109360A1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | Renault S.A.S | System and method for controlling a lateral control system of a motor vehicle based on a model of a wheel steering system |
KR102366175B1 (en) * | 2021-08-02 | 2022-02-23 | 성균관대학교산학협력단 | Apparatus for controlling autonomous driving of independent driving electric vehicle and method thereof |
KR20230110151A (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-21 | 국민대학교산학협력단 | Rear-wheel steering control system to improve the stability and path tracking performance of autonomous vehicles and the operation method |
WO2024082213A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 华为技术有限公司 | Method and apparatus for constructing vehicle dynamics model, device, and storage medium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100765891B1 (en) * | 2006-09-12 | 2007-10-10 | 현대자동차주식회사 | Lane keeping assist/support system |
KR20120010708A (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-06 | 한양대학교 산학협력단 | Method for estimating position of vehicle using Interacting Multiple Model filter |
KR101639525B1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-07-13 | 한양대학교 산학협력단 | Lane-keeping system, and Lane-keeping method and Controlling method used to the Lane-keeping method |
-
2017
- 2017-06-21 KR KR1020170078406A patent/KR102024986B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100765891B1 (en) * | 2006-09-12 | 2007-10-10 | 현대자동차주식회사 | Lane keeping assist/support system |
KR20120010708A (en) * | 2010-07-27 | 2012-02-06 | 한양대학교 산학협력단 | Method for estimating position of vehicle using Interacting Multiple Model filter |
KR101639525B1 (en) * | 2015-05-19 | 2016-07-13 | 한양대학교 산학협력단 | Lane-keeping system, and Lane-keeping method and Controlling method used to the Lane-keeping method |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109878419A (en) * | 2019-03-11 | 2019-06-14 | 胡淑云 | A kind of automobile rearview mirror based on inertia induction automatic adjustment |
FR3109360A1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | Renault S.A.S | System and method for controlling a lateral control system of a motor vehicle based on a model of a wheel steering system |
EP3901005A1 (en) * | 2020-04-20 | 2021-10-27 | RENAULT s.a.s. | System and method for piloting a lateral control system of a motor vehicle according to a model of a system for steering the wheels |
CN111559380A (en) * | 2020-05-21 | 2020-08-21 | 南京晓庄学院 | Vehicle active safety control method and device |
CN111559380B (en) * | 2020-05-21 | 2021-06-01 | 南京晓庄学院 | Vehicle active safety control method and device |
KR102366175B1 (en) * | 2021-08-02 | 2022-02-23 | 성균관대학교산학협력단 | Apparatus for controlling autonomous driving of independent driving electric vehicle and method thereof |
KR20230110151A (en) * | 2022-01-13 | 2023-07-21 | 국민대학교산학협력단 | Rear-wheel steering control system to improve the stability and path tracking performance of autonomous vehicles and the operation method |
WO2024082213A1 (en) * | 2022-10-20 | 2024-04-25 | 华为技术有限公司 | Method and apparatus for constructing vehicle dynamics model, device, and storage medium |
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