KR20190123470A - Apparatus for determining an optimal velocity for an unmanned ground vehicle, method therefor, and unmanned ground vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무인 차량(UGV ; Unmanned Ground Vehicle)에 관한 것으로, 특히 야지 환경에서 동역학적 주행 안정성을 고려한 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an unmanned ground vehicle (UGV), and more particularly, to an apparatus and method for determining an optimum speed of an unmanned vehicle in consideration of dynamic driving stability in a field environment.
야지 환경에서 무인 차량이 고속으로 주행 시 동적 주행 안정성을 고려하지 않은 운용자로부터의 임의로 주어진 운용속도에 따라 주행할 경우 전복과 같은 매우 위험한 상황을 야기 할 수 있다. 따라서, 일반 승용차 연구에서는 급 조향에서의 차량 동역학 안정성을 확보하기 위한 현가 제어, 조향 제어, 구동/제동 제어를 통합한 섀시 제어 기술(Unified Chassis Control)이 개발되어 왔고, 이중 ESC(Electric Stability Control), EPS(Electric Power Steering System) 등은 이미 상용화가 진행되었다. In a field environment, when an unmanned vehicle travels at a high speed, driving at an arbitrarily given operating speed from an operator that does not consider dynamic driving stability may cause a very dangerous situation such as overturning. Therefore, in general passenger car research, Unified Chassis Control (Unified Chassis Control), which integrates suspension control, steering control, and driving / braking control, has been developed to secure vehicle dynamic stability in rapid steering. And Electric Power Steering System (EPS) have already been commercialized.
그러나, 위와 같은 기술들은 평탄한 노면에서 차량의 현재의 상태를 기반으로하는 제어 기술이며, 주어진 경로를 추종하면서 야지에서 운용되는 무인 차량은 주행하고자 하는 노면 상태에 따른 동적 안정성의 예측이 필요하다. However, the above techniques are control technologies based on the current state of the vehicle on a flat road surface, and an unmanned vehicle operating on a field while following a given route requires prediction of dynamic stability according to a road state to be driven.
또한, 무인 차량은 일반 승용차와 같은 선회에 의한 동적 안정성의 고려 뿐 만 아니라 야지 주행에 따른 수직 방향 차량 동역학 안정성(vertical vehicle dynamics stability)도 고려되어야 한다.In addition, the unmanned vehicle should take into account the vertical vehicle dynamics stability according to the field driving as well as the consideration of the dynamic stability by turning as in a general passenger car.
따라서, 무인 차량의 야지 주행에 있어서, 이러한 차량 동역학 안정성을 고려한 주행 기술의 필요성이 대두되어 왔으며, 이를 위해서는 주어진 경로를 주행하는 무인 차량의 현재의 상태정보 뿐만 아니라, LiDAR(Light Detection And Ranging)를 통해 획득되는 전방의 노면 정보를 이용한 무인 차량의 동적 안정성 예측과 그에 따른 최대 주행 허용속도 판단 기술이 필요하다.Therefore, in the field driving of unmanned vehicles, there is a need for a driving technology in consideration of such vehicle dynamic stability. For this purpose, in addition to the current state information of the unmanned vehicle driving a given route, LiDAR (Light Detection And Ranging) It is necessary to predict the dynamic stability of the unmanned vehicle using the road surface information obtained through the vehicle and to determine the maximum allowable speed accordingly.
(특허문헌)(Patent literature)
대한민국 공개특허번호 10-2016-0116582호(공개일자 2016년 10월 10일)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0116582 (published October 10, 2016)
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 지역 경로 및 고도맵 데이터에 기초하여 무인 차량의 초기 평형상태를 해석하고 병렬처리 해석을 위한 복수개의 등속 후보 주행속도를 계산하며, 각 후보 주행 속도별 병렬처리 기법을 이용한 주행 해석 및 주행 안정성 지표를 생성한 후, 주행 안정성 지표와 차량의 성능을 기반으로 경로점별 최적 속도를 산출함으로써 야지 환경에서도 안정적인 주행이 가능하도록 하는 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, the initial equilibrium state of the unmanned vehicle is calculated based on the regional route and the altitude map data, the plurality of constant speed candidate driving speeds are calculated for parallel processing analysis, and the parallel processing technique for each candidate driving speed is performed. Apparatus and method for determining the optimum speed of an unmanned vehicle for stable driving even in a field environment by calculating the optimum speed for each route point based on the driving stability index and the performance of the vehicle after generating driving analysis and driving stability index using To provide.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 장치로서, 지역 경로에 대한 정보 및 고도맵 데이터에 기반하여 상기 무인 차량의 초기 평형 상태를 분석하여 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는, 전처리부와, 상기 지역 경로에 대한 정보 및 상기 고도맵 데이터에 기반하여 상기 복수개의 후보 주행 속도로 등속 주행 시뮬레이션을 각각 수행하여, 상기 시뮬레이션이 수행된 상기 지역 경로 위의 경로점 각각에 대한 상기 무인 차량의 주행 안정성 지표를 생성하는, 실시간 주행성 분석부와, 상기 생성된 주행 안정성 지표에 기반하여, 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 후처리부를 포함한다.An apparatus for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention described above, and determining a plurality of candidate driving speeds by analyzing an initial equilibrium state of the unmanned vehicle based on information on a regional route and altitude map data. And performing a constant speed driving simulation at the plurality of candidate driving speeds based on the preprocessor and the information on the area route and the altitude map data, respectively, for each path point on the area path on which the simulation is performed. And a real-time driving performance analysis unit for generating a driving stability index of the unmanned vehicle, and a post-processing unit for determining an optimum speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index.
또한, 상기 전처리부는, 상기 지역 경로의 시작 경로점에서의 상기 무인 차량의 초기 속도 및 상기 시작 경로점에서의 경사도에 기반하여, 상기 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 것을 특징으로 한다.The preprocessing unit may determine the plurality of candidate driving speeds based on the initial speed of the unmanned vehicle at the start route point of the local route and the inclination at the start route point.
또한, 상기 주행 안정성 지표는 롤 안정성 지표(RSM), 피치 안정성 지표(PSM), 횡 방향 안정성 지표(LSM), 수직 가속도 안정성 지표(VSM) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.The driving stability index may be at least one of a roll stability index (RSM), a pitch stability index (PSM), a lateral stability index (LSM), and a vertical acceleration stability index (VSM).
또한, 상기 실시간 주행성 분석부는, 상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 좌측 휠 및 또는 우측 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와, 상기 무인 차량의 무게 중심이 좌측 또는 우측으로 이동하는 경우 상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기에 기초하여 상기 롤 안정성 지표(RSM)를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the real-time driving performance analysis unit, the magnitude of the vertical tire force of the left wheel and or right wheel of the unmanned vehicle and the center of gravity of the unmanned vehicle when the unmanned vehicle is flat, the left The roll stability index (RSM) is generated based on the magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel.
또한, 상기 실시간 주행성 분석부는, 상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 전방 휠 또는 후방 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와, 상기 무인 차량의 무게 중심이 전방 또는 후방으로 이동하는 경우 상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기에 기초하여 상기 피치 안정성 지표(PSM)를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the real-time driving performance analysis unit, the magnitude of the vertical tire force of the front wheel or the rear wheel of the unmanned vehicle when the unmanned vehicle is flat, and the rear when the center of gravity of the unmanned vehicle moves forward or rearward And generate the pitch stability index (PSM) based on the magnitude of the real-time vertical tire force of the wheel or front wheel.
또한, 상기 실시간 주행성 분석부는, 상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기, 또는 상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기가 0에 가까울수록, 상기 무인 차량의 전복 위험성이 더 높아진다고 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the real-time driving performance analysis unit, the greater the magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel, or the real-time vertical tire force of the rear wheel or front wheel closer to 0, the risk of overturning the unmanned vehicle It is characterized by determining that this is higher.
또한, 상기 실시간 주행성 분석부는, 기설정된 최대 횡 방향 위치 오차와, 상기 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차에 기초하여 상기 횡 방향 안정성 지표(LSM)를 생성하는 것을 특징으로 한다.The real-time driving performance analysis unit may generate the lateral stability index LMS based on a preset maximum lateral position error and a real-time lateral position error of the unmanned vehicle.
또한, 상기 실시간 주행성 분석부는, 기설정된 최대 수직 가속도와, 상기 무인 차량의 무게 중심에 작용하는 실시간 수직 가속도에 기초하여 상기 수직 가속도 안정성 지표(VSM)를 생성하는 것을 특징으로 한다.The real-time driving performance analysis unit may generate the vertical acceleration stability index VSM based on a preset maximum vertical acceleration and a real-time vertical acceleration acting on the center of gravity of the unmanned vehicle.
또한, 상기 후처리부는, 상기 생성된 주행 안정성 지표에 기초하여 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최대 주행 속도를 결정하고, 상기 최대 주행 속도 및 상기 무인 차량의 성능에 기초하여 상기 최적 속도를 결정하는 것을 특징으로 한다.The post-processing unit may determine the maximum traveling speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index, and may determine the optimum speed based on the maximum traveling speed and the performance of the unmanned vehicle. It is characterized by determining.
또한, 상기 후처리부는, 상기 경로점 각각에서의 상기 최적 속도를 상기 무인 차량에 대한 최적 속도 프로파일로서 저장하는 것을 특징으로 한다.The post-processing unit may store the optimum speed at each of the route points as an optimum speed profile for the unmanned vehicle.
또한, 상기 주행 시뮬레이션은 소정 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 한다.The driving simulation may be performed at predetermined time intervals.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 방법으로서, 지역 경로에 대한 정보 및 고도맵 데이터에 기반하여 상기 무인 차량의 초기 평형 상태를 분석하여 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계와, 상기 지역 경로에 대한 정보 및 상기 고도맵 데이터에 기반하여 상기 복수개의 후보 주행 속도로 등속 주행 시뮬레이션을 각각 수행하여, 상기 시뮬레이션이 수행된 상기 지역 경로 위의 경로점 각각에 대한 상기 무인 차량의 주행 안정성 지표를 생성하는 단계와, 상기 생성된 주행 안정성 지표에 기반하여, 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 단계를 포함한다.In addition, as a method for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention, a plurality of candidate driving speeds are determined by analyzing an initial equilibrium state of the unmanned vehicle based on information on a regional route and altitude map data. And performing constant velocity driving simulations at the plurality of candidate driving speeds, respectively, based on the information on the regional route and the altitude map data, and performing the unmanned operation for each of the route points on the regional route in which the simulation is performed. Generating a driving stability index of the vehicle and determining an optimum speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index.
또한, 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계는, 상기 지역 경로의 시작 경로점에서의 상기 무인 차량의 초기 속도 및 상기 시작 경로점에서의 경사도에 기반하여, 상기 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The determining of the plurality of candidate driving speeds may include: determining the plurality of candidate driving speeds based on the initial speed of the unmanned vehicle and the inclination at the starting route point at the starting route point of the regional route. Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 주행 안정성 지표는 롤 안정성 지표(RSM), 피치 안정성 지표(PSM), 횡 방향 안정성 지표(LSM), 수직 가속도 안정성 지표(VSM) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.The driving stability index may be at least one of a roll stability index (RSM), a pitch stability index (PSM), a lateral stability index (LSM), and a vertical acceleration stability index (VSM).
또한, 상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는, 상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 좌측 휠 및 또는 우측 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와, 상기 무인 차량의 무게 중심이 좌측 또는 우측으로 이동하는 경우 상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기에 기초하여 상기 롤 안정성 지표(RSM)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The generating of the driving stability index may include the magnitude of the vertical tire force of the left wheel and the right wheel of the unmanned vehicle and the center of gravity of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface. Generating the roll stability index (RSM) based on the magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel when moving.
또한, 상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는, 상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 전방 휠 또는 후방 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와, 상기 무인 차량의 무게 중심이 전방 또는 후방으로 이동하는 경우 상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기에 기초하여 상기 피치 안정성 지표(PSM)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The generating of the driving stability index may include the magnitude of the vertical tire force of the front wheel or the rear wheel of the unmanned vehicle and the center of gravity of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface. And generating the pitch stability index (PSM) based on the magnitude of the real-time vertical tire force of the rear wheel or the front wheel.
또한, 상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는, 기설정된 최대 횡 방향 위치 오차와, 상기 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차에 기초하여 상기 횡 방향 안정성 지표(LSM)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The generating of the driving stability index may include generating the transverse stability index (LSM) based on a preset maximum transverse position error and a real-time transverse position error of the unmanned vehicle. It is done.
또한, 상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는, 기설정된 최대 수직 가속도와, 상기 무인 차량의 무게 중심에 작용하는 실시간 수직 가속도에 기초하여 상기 수직 가속도 안정성 지표(VSM)를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The generating of the driving stability index may include generating the vertical acceleration stability index VSM based on a preset maximum vertical acceleration and a real time vertical acceleration acting on the center of gravity of the unmanned vehicle. It features.
또한, 상기 최적 속도를 결정하는 단계는, 상기 생성된 주행 안정성 지표에 기초하여 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최대 주행 속도를 결정하는 단계와, 상기 최대 주행 속도 및 상기 무인 차량의 성능에 기초하여 상기 최적 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The determining of the optimum speed may include determining a maximum traveling speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index, and determining the maximum traveling speed and the performance of the unmanned vehicle. Determining the optimum speed based on the determination.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량으로서, 최적 속도 결정 장치로부터 제공된 최적 속도 프로파일이 저장되어 있는 저장 장치를 포함하며, 상기 무인 차량은 상기 최적 속도 프로파일을 이용하여 주행하는 것을 특징으로 한다.In addition, an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention includes a storage device in which an optimum speed profile provided from an optimum speed determination device is stored, and the unmanned vehicle runs using the optimum speed profile. .
본 발명의 일실시예에 따르면, 무인 차량의 주행 안정성 지표 기반 실시간 주행성 분석에 있어서, 지역 경로 및 고도맵 데이터에 기초하여 무인 차량의 초기 평형상태를 해석하고 병렬처리 해석을 위한 복수개의 등속 후보 주행속도를 계산하며, 각 후보 주행 속도별 병렬처리 기법을 이용한 주행 해석 및 주행 안정성 지표를 생성한 후, 주행 안정성 지표와 차량의 성능을 기반으로 경로점별 최적 속도를 산출함으로써 야지 환경에서도 안정적인 주행이 가능하도록 한다.According to an embodiment of the present invention, in the real-time driving performance analysis based on the driving stability index of the unmanned vehicle, a plurality of constant velocity candidate driving for analyzing the initial equilibrium state of the unmanned vehicle and parallel processing analysis based on the regional route and altitude map data It calculates the speed, generates driving analysis and driving stability index using parallel processing technique for each candidate driving speed, and calculates the optimum speed for each route point based on driving stability index and vehicle performance to ensure stable driving even in field environment. Do it.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치의 상세 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치의 각 구성요소에서 수행되는 동작 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 주행 경로와 경로점 개념도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 롤 안정성 지표 계산을 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 피치 안정성 지표 계산을 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치에서의 동작 제어 흐름도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 노면의 굴곡이 심한 구간에 대한 경로점별 최적 속도 그래프 예시도.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 노면상 연속 비대칭 범프가 존재하는 환경에 대한 경로점별 최적 속도 그래프 예시도.1 is a detailed block diagram of a device for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual view of operations performed in each component of the apparatus for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a driving route and a route point of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram for calculating a roll stability index of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram for calculating the pitch stability index of the unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating operation of the apparatus for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are diagrams illustrating an optimum speed graph for each path point for a severely curved section of a road according to an embodiment of the present invention.
10 to 12 are diagrams illustrating an optimum speed graph for each path point for an environment in which a continuous asymmetric bump exists on a road surface according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operating principle of the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치의 상세 블록 구성을 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a detailed speed determining apparatus for an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치의 각 구성요소에서 수행되는 동작 개념을 도시한 것이다. 2 illustrates an operation concept performed on each component of an apparatus for determining an optimum speed of an unmanned vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)의 각 구성 요소에서의 동작을 상세히 설명하기로 한다.1 and 2 will be described in detail the operation of each component of the
먼저, 전처리부(110)는 무인 차량의 위치한 지점의 지역 경로 및 고도맵 데이터를 기반으로 무인 차량(200)의 초기 평형 상태를 분석한다.First, the
즉, 전처리부(110)는 기저장된 무인 차량(200)에 대한 모델 및 차량 성능과 관련된 재원 정보와 지역 경로 및 지역 경로와 연동되는 고도맵 데이터를 기반으로 GPS 정보를 이용하여 무인 차량(200)을 지역 경로에서의 초기 위치에 위치시키거나 위치하고 있다고 가정한 후, 고도맵 데이터를 기반으로 무인 차량(200)의 바퀴가 고도맵 데이터상 지면에 안착된 상태의 초기 평형 상태를 분석한다.That is, the
이때, 지역 경로는 무인 차량이 주행해야할 경로, 무인 차량이 위치한 지역의 도로, 교통 관련 정보를 의미할 수 있고, 고도맵 데이터는 지면의 고도, 경사도, 요철 상태 등에 대한 정보를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, the local route may mean a path to be driven by the unmanned vehicle, a road of an area where the unmanned vehicle is located, and traffic-related information, and the altitude map data may mean information about an altitude, a slope, an uneven state of the ground, It is not limited to this.
또한, 전처리부(110)는 무인 차량(200)의 초기 평형 상태의 분석에 있어서, 무인 차량(200)의 초기 위치를 주어진 지역 경로의 시작 부분과 동일한 위치로 지정할 수 있으며, 무인 차량(200)의 초기 자세를 초기 평형 상태 분석을 통해 계산된 자세로 설정할 수 있다. 또한, 전처리부(110)는 무인 차량(200)의 휠(wheel)의 각속도를 기반으로 무인 차량(200)의 초기 속도를 산출할 수 있다. In addition, in the analysis of the initial equilibrium state of the
또한, 전처리부(110)는 무인 차량(200)의 초기 속도와 가속 능력, 감속 능력 및 지역 경로상 무인 차량(200)이 위치한 지점의 경사도 등의 정보를 기반으로 경로점별 기설정된 개수의 복수개의 등속 후보 주행 속도를 산출한다. In addition, the
이러한 경로점(302)은 도 3에서 보여지는 바와 같이 지역 경로(300)에서 무인 차량(200)이 위치하는 초기 위치로부터 무인 차량(200)이 자율 주행으로 주행하게 될 지역 경로(300) 위의 특정 지점을 의미할 수 있다. 이때, 경로점별로 복수개의 후보 주행 속도가 생성될 수 있고, 생성된 후보 주행 속도는 도 2에서 보여지는 바와 같이 실시간 주행성 분석부(120)의 병렬 쓰레드(thread)의 초기 값으로 입력될 수 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에서는 전처리부(110)에서 경로점별 7개의 후보 주행 속도를 생성하는 것을 예를 들어 설명하나 후보 주행 속도의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다.This
실시간 주행성 분석부(120)는 지역 경로에 대한 정보 및 고도맵 데이터에 기반하여 소정 시간 간격으로 복수개의 후보 주행 속도로 등속 주행 시뮬레이션을 각각 수행하고, 시뮬레이션이 수행된 지역 경로(300) 위의 경로점(302) 각각에 대한 무인 차량(200)의 주행 안정성 지표를 생성한다.The real-time driving
즉, 실시간 주행성 분석부(120)는 전처리부(110)로부터 제공받은 7개의 후보 주행 속도를 입력받아 각 병렬 쓰레드에 할당하고, 각 병렬 쓰레드별 미리 계산된 속도로 등속 주행 예측 시뮬레이션을 실시하여 등속 주행해석을 수행한다. 이 경우 시뮬레이션은 소정의 시간 간격으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.That is, the real-time driving
또한, 실시간 주행성 분석부(120)는 등속 주행 예측 시뮬레이션을 통한 주행해석에 있어서 각 병렬 쓰레드마다 무인 차량(200)의 주행 안정성 지표를 산출하게 되며, 이와 같이 산출한 주행 안정성 지표를 후처리부(130)로 제공하여 무인 차량(200)의 경로점별 최적 속도를 산출하는데 활용될 수 있도록 한다.In addition, the real-time driving
이때, 실시간 주행성 분석부(120)는 위와 같은 주행 안정성 지표로 예를 들어 롤 안정성 지표(Roll Stability Metric ; RSM), 피치 안정성 지표(Pitch Stability Metric ; PSM), 횡 방향 안정성 지표(Lateral Stability Metric ; LSM) 그리고 수직 안정성 지표(Vertical Stability Metric ; VSM) 등의 4가지 지표를 산출할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the real-time
이하에서는 실시간 주행성 분석부(120)에서 각 주행 안정성 지표를 산출하는 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of calculating each driving stability index in the real-time driving
먼저, 롤 안정성 지표(RSM)는 차량이 차량의 좌측 또는 우측으로 전복할 위험성을 나타내는 지표로서, 여기서, 무인 차량(200)의 롤 에너지의 크기가 차량의 한 쪽 휠을 지면으로부터 떠 있게 만들 만큼의 수준이 되는 때를 차량 전복 위험의 임계 상태로 정의할 수 있다. First, the roll stability index (RSM) is an indicator indicating the risk of the vehicle overturning to the left or right side of the vehicle, where the magnitude of the roll energy of the
위와 같은 차량 전복 위험성을 측정하기 위해서는 롤 에너지를 계산하는 것이 필요하나, 차량 동역학 모델로부터 수직 방향 타이어력을 계산하면 차량 전복 위험 여부를 파악할 수 있기 때문에 본 발명의 일실시예에서는 롤 에너지를 계산하지 않고, 직접 수직 방향 타이어력을 얻음으로써 차량 전복 위험 여부를 판단한다. 이때, 롤 에너지 중 운동 에너지 부분은 차량 몸체의 무게중심에서의 각속도를 계산하고, 각속도 방향에 따른 수직 방향 타이어력의 크기를 계산함으로써 적용 가능하다.In order to measure the risk of vehicle rollover, it is necessary to calculate the roll energy. However, since calculating the tire force in the vertical direction from the vehicle dynamics model may determine whether the vehicle is rolled over, in one embodiment of the present invention, the roll energy is not calculated. Instead, by directly obtaining tire force in the vertical direction, it is determined whether the vehicle is overturned or not. At this time, the kinetic energy portion of the roll energy is applicable by calculating the angular velocity at the center of gravity of the vehicle body and calculating the magnitude of the vertical tire force along the angular velocity direction.
따라서, 실시간 주행성 분석부(120)는 위와 같이 차량에서 롤이 발생한 각속도 방향에 대응되는 휠의 수직 방향 타이어력의 크기를 기반으로 롤 안정성 지표를 산출할 수 있다. Therefore, the real-time
즉, 무인 차량이 좌측에 3개의 휠을 구비하고, 우측에 3개의 휠을 구비한다고 가정하면, 도 4에서 보여지는 바와 같이 차량이 현재 우측 휠 방향으로 기울어지고 있을 때 좌측 휠의 타이어력을 관찰하고 좌측 세 개의 수직 타이어력이 모두 0인 경우 해당 차량이 전복 위험 상태(critical state)에 있다고 판단할 수 있다. That is, assuming that an unmanned vehicle has three wheels on the left side and three wheels on the right side, as shown in FIG. 4, the tire force of the left wheel is observed when the vehicle is currently inclined in the right wheel direction. If the left three vertical tire forces are all zeros, it can be determined that the vehicle is in a critical state.
이때, 롤 안정성 지표를 예를 들어 차량이 전복 위험이 가장 높은 상태에 있는 경우를 "0"으로 하고 전복 위험이 전혀 없는 가장 안정한 상태에 있는 경우를 "1"으로 설정한 후, 휠의 수직 방향 타이어력에 따라 롤 안정성 지표를 매칭시키는 것을 가정하면, 수직 방향 타이어력이 0이 되어 차량이 전복 위험이 임계치에 다다른 경우 롤 안정성 지표는 "0"로 매칭될 수 있고, 해당 차량이 전복 위험 상태에 있다고 판단할 수 있는 것이다. At this time, for example, the roll stability index is set to "0" when the vehicle is in the highest risk of overturning and "1" when the vehicle is in the most stable state without any risk of overturning. Assuming that the roll stability indicators are matched by tire force, the roll stability indicator may be matched to "0" if the vertical tire force reaches zero and the vehicle is at risk of overturning, and the vehicle is at risk of overturning. It can be determined that the state.
다만, 롤 안정성 지표(RSM)의 계산시 수직 방향 타이어력만 고려할 경우 야지 주행 또는 범프 통과 시 실제 롤 각도나 각속도가 작음에도 불구하고 롤 안정성 지표의 값이 1에 가깝게 나타날 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명의 일실시예에서는 아래 [수학식 1]과 같이 롤 각도()와 각속도()의 합을 임계 각도()로 나누고, 이 값이 0.5를 넘을 경우에만 수직 방향 타이어력을 계산하도록 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.However, when only the vertical tire force is considered when calculating the roll stability index (RSM), the value of the roll stability index may be close to 1 despite the fact that the actual roll angle or angular velocity is small when driving or passing the bump. In order to prevent this problem, in one embodiment of the present invention, as shown in [Equation 1] below the roll angle ( ) And angular velocity ( ) Is the sum of the critical angles ( By dividing by) and only calculating the vertical tire force when this value exceeds 0.5, but the present invention is not limited thereto.
여기서 는 튜닝 파라미터이고, 는 롤 각속도, 와 는 각각 차량이 평지에 놓여 있을 때 각각 좌, 우측 휠에 작용하는 수직 방향 타이어력의 합을 나타내고, 와 는 각각 실시간 좌, 우측 수직 방향 타이어력의 합을 나타낸다. here Is the tuning parameter, Roll angular velocity, Wow Represents the sum of the vertical tire forces acting on the left and right wheels respectively when the vehicle is lying on the ground, Wow Denotes the sum of the real-time left and right vertical tire forces, respectively.
다음으로, 피치 안정성 지표(PSM)는 차량이 차량의 전방 또는 후방으로 전복할 위험성을 나타내는 지표로서 롤 안정성 지표가 차량의 좌우 방향 기울기에 따른 전복 위험성을 나타내는 지표인 반면, 피치 안정성 지표는 차량의 전후 방향 기울기에 따른 전복 위험성을 나타내는 지표이다.Next, the pitch stability index (PSM) is an index indicating the risk that the vehicle overturns to the front or rear of the vehicle, while the roll stability index is an index indicating the risk of overturning according to the left and right tilt of the vehicle, while the pitch stability index is the index of the vehicle. It is an index indicating the risk of overturning according to the forward and backward slope.
즉, 피치 방향으로 전복이 발생하는 것을 방지하기 위해 피치 안정성 지표는 롤 안정성 지표와 동일한 방법으로 에너지 컨셉을 사용하며, 차량 동역학 모델로부터 얻게 되는 수직 방향 타이어력을 직접 활용하여 피치 안정성 지표를 산출한다.That is, the pitch stability index uses the energy concept in the same manner as the roll stability index, and directly calculates the pitch stability index by using the vertical tire force obtained from the vehicle dynamics model to prevent the rollover from occurring in the pitch direction. .
실시간 주행성 분석부(120)는 피치 안정성 지표를 생성함에 있어서, 무인 차량(200)에 피치 모션이 작용하여 무인 차량(200)의 무게 중심이 예컨대 후방쪽으로 이동하는 경우 무인 차량(200)의 전방에 위치한 휠의 수직 방향 타이어력의 크기를 기반으로 피치 안정성 지표를 산출할 수 있다. When the real-time driving
도 5를 참조하면, 차량에 피치 모션이 작용하여 차량 몸체의 무게중심이 후방 쪽으로 옮겨지면 상대적으로 전방 휠의 수직 방향 타이어력이 감소하게 된다. 피치 안정성 지표에서는 차량에 작용하는 피치 회전 각의 부호(방향)에 따라 전방 및 중간 또는 후방 및 중간 휠의 수직 방향 타이어력의 합을 계산하고, 수직 방향 타이어력의 합이 0이 되는 경우 해당 차량이 전복 위험 상태에 있다고 판단하게 된다. 이때, 피치 안정성 지표에서도 롤 안정성 지표와 마찬가지로 피치 각과 피치 각속도의 합을 임계 각도로 나누어 타이어력을 계산하기 위한 조건을 추가한다. 아래 [수학식 2]는 피치 안정성 지표의 정의를 수식으로 나타낸 것이다.Referring to FIG. 5, when the pitch motion is applied to the vehicle and the center of gravity of the vehicle body is moved to the rear side, the vertical tire force of the front wheel is relatively decreased. The pitch stability index calculates the sum of the vertical tire forces of the front and middle or rear and middle wheels according to the sign (direction) of the pitch rotation angle acting on the vehicle, and when the sum of the vertical tire forces is zero, the vehicle It is determined that this is in danger of overturning. At this time, the pitch stability index, like the roll stability index, adds a condition for calculating the tire force by dividing the sum of the pitch angle and the pitch angular velocity by the critical angle.
여기서 는 롤 각속도, 과 은 각각 차량이 평지에 놓여 있을 때 각각 전방(Front)과 중간(Middle) 휠에 작용하는 수직 방향 타이어력의 합과 후방(Rear)과 중간(Middle) 휠에 작용하는 수직 방향 타이어력의 합을 나타내고, 과 은 각각 해당 위치의 수직 방향 타이어력의 실시간 합을 나타낸다.here Roll angular velocity, and Is the sum of the vertical tire forces acting on the front and middle wheels and the vertical tire forces acting on the rear and middle wheels, respectively, when the vehicle is lying flat. Indicate, and Respectively represent the real-time sum of the vertical tire force at the corresponding position.
다음으로, 횡방향 안정성 지표(LSM)는 무인 차량(200)이 주어진 지역 경로(300)를 잘 추종하고 있는지를 나타내주는 지표이다. Next, the lateral stability index (LSM) is an index indicating whether the
실시간 주행성 분석부(120)는 횡 방향 안정성 지표를 생성함에 있어서, 경로 주행 시뮬레이션을 실행하여 무인 차량(200)이 도 3에서 보여지는 바와 같이 복수의 경로점(302)을 포함하는 지역 경로(300)를 따라 주행할 때 지역 경로(300)상 횡 방향으로 휘어진 구간에서 경로를 이탈하게 되는 횡 방향 위치 오차에 대응되는 값을 횡 방향 안정성 지표로 생성한다. The real-time driving
즉, 실시간 주행성 분석부(120)는 경로점(302) 각각에 대하여 기설정된 최대 횡 방향 위치 오차와, 경로점(302) 각각에서의 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차에 기초하여 횡 방향 안정성 지표(LSM)를 생성할 수 있다.That is, the real-time
이때, 본 발명의 일실시예에서는 무인 차량(200)에 대한 실시간 경로 주행 시뮬레이션을 수행할 때 주어진 지역 경로(300)에 대한 횡 방향 위치 오차를 타이어의 폭(width) 이내 수준인 0.3m로 설정한 것을 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 횡 방향 안정성 지표는 횡 방향 위치 오차의 허용치로부터 실제 차량의 횡 방향 위치 오차에 대한 비율로 아래 [수학식 3]과 같이 산출될 수 있다.At this time, in an embodiment of the present invention, when performing a real-time path driving simulation for the
여기서 은 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차이고, 는 허용 가능 횡 방향 위치 오차이다.here Is the real-time lateral position error of the driverless vehicle, Is the allowable transverse position error.
다음으로, 수직 가속도 안정성 지표(VSM)는 무인 차량(200)의 무게 중심에 작용하는 충격을 나타내주는 지표이다.Next, the vertical acceleration stability index (VSM) is an index indicating the impact acting on the center of gravity of the
이러한 수직 가속도 안정성 지표는 무인 차량(200)이 야지 또는 험지 주행 중에 차량에 작용하는 충격에 의해 기계적 부품 또는 전자부품의 손상을 방지하기 위해 사용된다. 실시간 주행성 분석부(120)는 이를 위해 차량 동역학 모델에서 차량 몸체의 무게 중심에 작용하는 수직 가속도를 활용하여 아래의 [수학식 4]에서와 같이 수직 가속도 안정성 지표를 산출한다.This vertical acceleration stability indicator is used to prevent damage to the mechanical or electronic components by the impact that the
여기서 는 최대 수직 가속도 값으로 예시적으로 1.5 G로 설정한다. 는 차량에 작용하는 실시간 수직 가속도이다.here Is set to 1.5 G as an example of the maximum vertical acceleration value. Is the real time vertical acceleration acting on the vehicle.
즉, 실시간 주행성 분석부(120)는 예를 들어 기설정된 최대 수직 가속도와 무인 차량의 무게 중심에 작용하는 실시간 수직 가속도에 기초하여 수직 가속도 안정성 지표(VSM)를 생성할 수 있다.That is, the real-time driving
한편, 후처리부(130)는 각 후보 주행 속도별 산출된 주행 안정성 지표를 기반으로 지역 경로(300)상 무인 차량(200)이 주행하게 되는 경로점별 최적 속도를 산출한다.On the other hand, the
즉, 예를 들어 무인 차량이 자율 주행하게 되는 경우, 도 3에서 보여지는 바와 같이 초기 위치에서 지역 경로(300)상 형성되는 복수의 경로점(302)들을 지나면서 자율 주행을 하게 된다. 이때, 무인 차량(200)은 각 경로점에서 전처리부(110)에서 생성된 7개의 후보 주행 속도에 대해 실시간 주행성 분석부(120)에서 고도맵 데이터를 기반으로 생성된 경로점별 노면 상태 정보를 기반으로 주행 안정성 지표를 생성하게 된다.That is, for example, when the unmanned vehicle runs autonomously, as shown in FIG. 3, the autonomous driving is performed while passing through a plurality of route points 302 formed on the
그러면, 후처리부(130)는 지역 경로(300)상 경로점(302)에서 생성된 후보 주행 속도별 산출된 주행 안정성 지표가 분석한 결과 7개의 후보 주행 속도 중 제1 후보 주행 속도의 주행 안정성 지표가 가장 높게 나타난 경우 경로점(302)부터 그 다음 경로점(303)까지의 무인 차량(200)의 최고 속도를 제1 후보 주행 속도로 설정할 수 있다.Then, the
이어, 후처리부(130)는 위와 같이 최대 속도를 설정한 경우 무인 차량(200)의 최대 구동력과 최대 제동력 등 성능 정보를 기반으로 무인 차량(200)에 적합한 최적 속도를 설정하게 되는 것이다.Subsequently, when the maximum speed is set as described above, the
또한, 후처리부(130)는 경로점 각각에서의 최적 속도를 무인 차량에 대한 최적 속도 프로파일로서 저장할 수 있다. 아울러, 무인 차량은 이 최적 속도 프로파일을 이용하여 안전하게 운행할 수도 있다.In addition, the
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에서의 동작 제어 흐름을 도시한 것이다.6 illustrates an operation control flow in the
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
먼저, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 기저장된 무인 차량(200)에 대한 모델 및 차량 성능과 관련된 재원 정보와 지역 경로 및 지역 경로와 연동되는 고도맵 데이터를 기반으로 GPS 정보를 이용하여 무인 차량(200)을 지역 경로상 초기 위치에 위치시킨 후, 고도맵 데이터를 기반으로 무인 차량(200)의 휠이 고도맵 데이터상 지면에 안착된 상태의 초기 평형 상태를 분석한다(S600).First, the
이때, 무인 차량(200)의 초기 평형 상태의 분석에 있어서, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 무인 차량(200)의 초기 위치를 주어진 지역 경로의 시작 부분과 동일한 위치로 지정할 수 있으며, 무인 차량(200)의 초기 자세는 초기 평형 상태 분석을 통해 계산된 자세로 정보를 사용할 수 있다. 또한, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 무인 차량(200)의 휠의 각속도를 기반으로 무인 차량의 초기 속도를 산출할 수 있다. At this time, in the analysis of the initial equilibrium state of the
이어, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 무인 차량(200)의 초기 속도와 무인 차량(200)의 가속 능력, 감속 능력 등 성능 정보 및 지역 경로상 무인 차량이 위치한 지점의 경사도 등의 정보를 기반으로 경로점별 기설정된 개수의 복수개의 등속 후보 주행 속도를 산출한다(S602).Subsequently, the
이어, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 지역 경로 및 고도맵 데이터를 기반으로 무인 차량(200)이 위치한 지역 경로상 각 경로점별 노면 상태를 분석하고, 노면 상태에 대한 정보를 기반으로 각 후보 주행 속도별 등속 주행 예측 시뮬레이션을 통해 경로점 각각에서 무인 차량의 주행 안정성 지표를 산출한다(S604).Subsequently, the
이때, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 예를 들어 주행 안정성 지표로 롤 안정성 지표, 피치 안정성 지표, 횡 방향 안정성 지표 그리고 수직 안정성 지표 등의 4가지 지표를 산출할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the optimum
이어, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 각 후보 주행 속도별 산출된 주행 안정성 지표를 기반으로 무인 차량(200)이 주행하게 되는 지역 경로(300)상 경로점별 최적 속도를 산출한다(S606).Subsequently, the
즉, 예를 들어 무인 차량(200)은 지역 경로(300)를 따라 자율 주행하게 되는 경우, 도 3에서 보여지는 바와 같이 초기 위치에서 지역 경로(300)상 형성되는 복수의 경로점들을 지나면서 자율 주행을 하게 된다. 이때, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 각 경로점별 생성되는 7개의 후보 주행 속도에 대해 노면 상태 정보를 기반으로 주행 안정성 지표를 생성하게 된다.That is, for example, when the
이어, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 지역 경로(300)상 초기 위치에서 경로점(302)까지 생성된 후보 주행 속도별 산출된 주행 안정성 지표를 분석하고, 분석 결과 7개의 후보 주행 속도 중 제1 후보 주행 속도의 주행 안정성 지표가 가장 높게 나타난 경우 경로점(302)부터 다음 경로점(303)까지의 무인 차량(200)의 최대 속도를 제1 후보 주행 속도로 설정할 수도 있다.Subsequently, the
또한, 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)는 위와 같이 최대 속도를 설정한 경우 무인 차량(200)의 최대 구동력과 최대 제동력 등 성능 정보를 기반으로 무인 차량(200)에 적합한 최적 속도를 설정하게 된다.In addition, when the maximum speed is set as described above, the
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 노면의 굴곡이 심한 구간(예컨대 노면에 대칭범프가 연속적으로 존재)에 대해 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에서 주행 안정성 지표를 기반으로 무인 차량의 경로점별 최적 속도를 산출한 그래프예시도이다.7 to 9 are based on the driving stability indicators in the optimum
먼저 도 7에서와 같이 무인 차량(200)이 지역 경로상 화살표 방향으로 주행하는 경우, 무인 차량(200)의 전방 경로상 경로점(700)까지 도 8에서와 같은 굴곡이 노면이 존재한다고 가정하기로 한다.First, as shown in FIG. 7, when the
그러면 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에서는 무인 차량(200)의 전방의 노면 상태에 따른 주행 안정성 지표를 계산하게 되며, 이러한 주행 안정성 지표를 기반으로 각 경로점별 최적 속도를 산출하게 된다.Then, the optimum
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에 의해 주행 안정성 지표를 기반으로 각 경로점별 최적 속도가 산출된 그래프를 예시한 것이다.FIG. 9 illustrates a graph in which an optimum speed for each route point is calculated based on a driving stability index by the
도 9에서 보여지는 바와 같이 노면의 상태에 따라 주행 안정성 지표가 "0"에서 "1" 사이의 값으로 산출되고, 주행 안정성 지표의 값의 변동에 따라 각 경로점 구간에서 무인 차량(200)의 최적 속도(900)가 동적으로 변경되는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 9, the driving stability index is calculated as a value between "0" and "1" according to the state of the road surface, and according to the change of the value of the driving stability index of the
이때, 노면의 굴곡이 심한 지점에서는 주행 안정성 지표 값에 기초하여 무인 차량(200)의 최적 속도(900)가 상대적으로 낮게 조절되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 무인 차량(200)의 속도가 노면의 상태에 기반하여 자동으로 조절됨으로써 노면의 상태가 고르지 못한 야지 환경에서도 안정적으로 주행이 가능하게 된다.In this case, it can be seen that the
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 노면상 연속 비대칭 범프가 존재하는 환경에 대해 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에서 주행 안정성 지표를 기반으로 무인 차량의 경로점별 최적 속도를 산출한 그래프 예시도이다.10 to 12 are diagrams illustrating an optimum speed for each point of an unmanned vehicle based on a driving stability index in an
먼저 도 10에서와 같이 무인 차량이 지역 경로상 화살표 방향으로 주행하는 경우, 무인 차량(200)의 전방 경로상 경로점(1000)까지 도 11에서와 같은 연속 비대칭 범프의 노면이 존재한다고 가정하기로 한다.First, when an unmanned vehicle travels in the direction of an arrow on a local path as shown in FIG. 10, it is assumed that there is a road surface of continuous asymmetric bumps as shown in FIG. 11 up to a
그러면 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에서는 무인 차량(200)의 전방의 노면 상태에 따른 주행 안정성 지표를 계산하게 되며, 이러한 주행 안정성 지표를 기반으로 각 경로점별 최적 속도를 산출하게 된다.Then, the optimum
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 차량의 최적 속도 결정 장치(100)에 의해 주행 안정성 지표를 기반으로 각 경로점별 최적 속도가 산출된 그래프를 예시한 것이다.12 illustrates a graph in which the optimum speed for each route point is calculated based on the driving stability index by the
도 12에서 보여지는 바와 같이 노면의 상태에 따라 주행 안정성 지표가 "0"에서 "1" 사이의 값으로 산출되고, 주행 안정성 지표의 값의 변동에 따라 각 경로점 구간에서 무인 차량(200)의 최적 속도(1200)가 변경되는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 12, the driving stability index is calculated as a value between "0" and "1" according to the state of the road surface, and the
이때, 노면상 연속 비대칭 범프가 존재하는 지점에서는 주행 안정성 지표 값에 기초하여 무인 차량(200)의 최적 속도(1200)가 상대적으로 낮게 조절되는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 무인 차량(200)의 속도가 노면의 상태에 기반하여 자동으로 조절됨으로써 노면의 상태가 고르지 못한 야지 환경에서도 안정적으로 주행이 가능하게 된다.In this case, it can be seen that the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무인 차량의 주행 안정성 지표 기반 실시간 주행성 분석에 있어서, 지역 경로 및 고도맵 데이터에 기초하여 무인 차량의 초기 평형상태를 해석하고 병렬처리 해석을 위한 복수개의 등속 후보 주행속도를 계산하며, 각 후보 주행 속도별 병렬처리 기법을 이용한 주행 해석 및 주행 안정성 지표를 생성한 후, 주행 안정성 지표와 차량의 성능을 기반으로 경로점별 최적 속도를 산출함으로써 야지 환경에서도 안정적인 주행이 가능하도록 한다.As described above, according to an embodiment of the present invention, in the real-time runningability analysis based on the driving stability index of the unmanned vehicle, the initial equilibrium state of the unmanned vehicle is analyzed and parallel processing analysis based on the regional route and altitude map data. It calculates a plurality of constant speed candidate driving speeds, generates driving analysis and driving stability indexes using the parallel processing technique for each candidate driving speed, and calculates the optimum speed for each route point based on the driving stability index and the performance of the vehicle. To ensure stable running even in.
본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. Combinations of the steps of each flowchart attached to the present invention may be performed by computer program instructions. These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions performed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment are described in each step of the flowchart. It will create a means to perform them. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored therein to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of the flowchart. Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each step of the flowchart.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In addition, each step may represent a module, segment or portion of code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s). It should also be noted that in some alternative embodiments, the functions noted in the steps may occur out of order. For example, the two steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously or the steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the function in question.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.Meanwhile, in the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the invention should be determined by the claims rather than by the described embodiments.
100 : 무인 차량의 최적 속도 결정 장치 110 : 전처리부
120 : 실시간 주행성 분석부 130 : 후처리부100: optimum speed determination device of the unmanned vehicle 110: pre-processing unit
120: real-time driving analysis unit 130: post-processing unit
Claims (20)
지역 경로에 대한 정보 및 고도맵 데이터에 기반하여 상기 무인 차량의 초기 평형 상태를 분석하여 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는, 전처리부와,
상기 지역 경로에 대한 정보 및 상기 고도맵 데이터에 기반하여 상기 복수개의 후보 주행 속도로 등속 주행 시뮬레이션을 각각 수행하여, 상기 시뮬레이션이 수행된 상기 지역 경로 위의 경로점 각각에 대한 상기 무인 차량의 주행 안정성 지표를 생성하는, 실시간 주행성 분석부와,
상기 생성된 주행 안정성 지표에 기반하여, 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 후처리부를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.A device for determining the optimum speed of an unmanned vehicle,
A pre-processing unit for determining a plurality of candidate driving speeds by analyzing an initial equilibrium state of the unmanned vehicle based on information on a regional route and altitude map data;
Driving stability of the unmanned vehicle with respect to each of the route points on the regional route on which the simulation is performed at each of the constant speed driving simulations based on the information on the regional route and the altitude map data. A real-time driveability analysis unit for generating an index,
And a post-processing unit for determining an optimum speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index.
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 전처리부는,
상기 지역 경로의 시작 경로점에서의 상기 무인 차량의 초기 속도 및 상기 시작 경로점에서의 경사도에 기반하여, 상기 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 1,
The preprocessing unit,
Determining the plurality of candidate traveling speeds based on an initial speed of the unmanned vehicle at a starting route point of the regional route and an inclination at the starting route point.
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표는 롤 안정성 지표(RSM), 피치 안정성 지표(PSM), 횡 방향 안정성 지표(LSM), 수직 가속도 안정성 지표(VSM) 중 적어도 하나인
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 1,
The driving stability index is at least one of a roll stability index (RSM), a pitch stability index (PSM), a transverse stability index (LSM), a vertical acceleration stability index (VSM).
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 실시간 주행성 분석부는,
상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 좌측 휠 및 또는 우측 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와,
상기 무인 차량의 무게 중심이 좌측 또는 우측으로 이동하는 경우 상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기
에 기초하여 상기 롤 안정성 지표(RSM)를 생성하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 3, wherein
The real-time runability analysis unit,
The magnitude of the vertical tire force of the left wheel and / or the right wheel of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface,
The magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel when the center of gravity of the unmanned vehicle moves left or right
To generate the roll stability index (RSM) based on
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 실시간 주행성 분석부는,
상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 전방 휠 또는 후방 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와,
상기 무인 차량의 무게 중심이 전방 또는 후방으로 이동하는 경우 상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기
에 기초하여 상기 피치 안정성 지표(PSM)를 생성하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 3, wherein
The real-time runability analysis unit,
The magnitude of the vertical tire force of the front wheel or the rear wheel of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface,
The magnitude of the real-time vertical tire force of the rear wheel or the front wheel when the center of gravity of the unmanned vehicle moves forward or backward
To generate the pitch stability index (PSM) based on
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 실시간 주행성 분석부는,
상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기, 또는
상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기가
0에 가까울수록, 상기 무인 차량의 전복 위험성이 더 높아진다고 판단하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method according to claim 4 or 5,
The real-time runability analysis unit,
The magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel, or
The magnitude of the real-time vertical tire force of the rear wheel or front wheel
The closer to 0, the higher the risk of overturning the unmanned vehicle.
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 실시간 주행성 분석부는,
기설정된 최대 횡 방향 위치 오차와,
상기 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차
에 기초하여 상기 횡 방향 안정성 지표(LSM)를 생성하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 3, wherein
The real-time runability analysis unit,
Preset maximum transverse position error,
Real time transverse position error of the unmanned vehicle
To generate the transverse stability index (LSM) based on
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 실시간 주행성 분석부는,
기설정된 최대 수직 가속도와,
상기 무인 차량의 무게 중심에 작용하는 실시간 수직 가속도에 기초하여 상기 수직 가속도 안정성 지표(VSM)를 생성하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 3, wherein
The real-time runability analysis unit,
Preset maximum vertical acceleration,
Generating the vertical acceleration stability index (VSM) based on real time vertical acceleration acting on the center of gravity of the unmanned vehicle
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 후처리부는,
상기 생성된 주행 안정성 지표에 기초하여 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최대 주행 속도를 결정하고,
상기 최대 주행 속도 및 상기 무인 차량의 성능에 기초하여 상기 최적 속도를 결정하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 1,
The post-processing unit,
Determine the maximum traveling speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index,
Determining the optimum speed based on the maximum traveling speed and the performance of the driverless vehicle
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 후처리부는,
상기 경로점 각각에서의 상기 최적 속도를 상기 무인 차량에 대한 최적 속도 프로파일로서 저장하는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 9,
The post-processing unit,
Storing the optimum speed at each of the route points as an optimum speed profile for the unmanned vehicle.
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
상기 주행 시뮬레이션은 소정 시간 간격으로 수행되는
무인 차량의 최적 속도 결정 장치.The method of claim 1,
The driving simulation is performed at predetermined time intervals
Determination of the optimum speed of unmanned vehicles.
지역 경로에 대한 정보 및 고도맵 데이터에 기반하여 상기 무인 차량의 초기 평형 상태를 분석하여 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계와,
상기 지역 경로에 대한 정보 및 상기 고도맵 데이터에 기반하여 상기 복수개의 후보 주행 속도로 등속 주행 시뮬레이션을 각각 수행하여, 상기 시뮬레이션이 수행된 상기 지역 경로 위의 경로점 각각에 대한 상기 무인 차량의 주행 안정성 지표를 생성하는 단계와,
상기 생성된 주행 안정성 지표에 기반하여, 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최적 속도를 결정하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.As a method of determining the optimum speed of an unmanned vehicle,
Determining a plurality of candidate driving speeds by analyzing an initial equilibrium state of the unmanned vehicle based on information on a regional route and altitude map data;
Driving stability of the unmanned vehicle with respect to each of the route points on the regional route on which the simulation is performed at each of the constant speed driving simulations based on the information on the regional route and the altitude map data. Creating an indicator,
Determining an optimum speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability index.
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계는,
상기 지역 경로의 시작 경로점에서의 상기 무인 차량의 초기 속도 및 상기 시작 경로점에서의 경사도에 기반하여, 상기 복수개의 후보 주행 속도를 결정하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 12,
Determining the plurality of candidate driving speeds,
Determining the plurality of candidate travel speeds based on the initial speed of the unmanned vehicle at the start route point of the regional route and the inclination at the start route point.
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표는 롤 안정성 지표(RSM), 피치 안정성 지표(PSM), 횡 방향 안정성 지표(LSM), 수직 가속도 안정성 지표(VSM) 중 적어도 하나인
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 12,
The driving stability index is at least one of a roll stability index (RSM), a pitch stability index (PSM), a transverse stability index (LSM), a vertical acceleration stability index (VSM).
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는,
상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 좌측 휠 및 또는 우측 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와,
상기 무인 차량의 무게 중심이 좌측 또는 우측으로 이동하는 경우 상기 우측 휠 또는 좌측 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기
에 기초하여 상기 롤 안정성 지표(RSM)를 생성하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 14,
Generating the driving stability index,
The magnitude of the vertical tire force of the left wheel and / or the right wheel of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface,
The magnitude of the real-time vertical tire force of the right wheel or the left wheel when the center of gravity of the unmanned vehicle moves left or right
Generating the roll stability index (RSM) based on the
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는,
상기 무인 차량이 평지에 있을 때 상기 무인 차량의 전방 휠 또는 후방 휠의 수직 방향 타이어력의 크기와,
상기 무인 차량의 무게 중심이 전방 또는 후방으로 이동하는 경우 상기 후방 휠 또는 전방 휠의 실시간 수직 방향 타이어력의 크기
에 기초하여 상기 피치 안정성 지표(PSM)를 생성하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 14,
Generating the driving stability index,
The magnitude of the vertical tire force of the front wheel or the rear wheel of the unmanned vehicle when the driverless vehicle is on a flat surface,
The magnitude of the real-time vertical tire force of the rear wheel or the front wheel when the center of gravity of the unmanned vehicle moves forward or backward
Generating the pitch stability index (PSM) based on the
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는,
기설정된 최대 횡 방향 위치 오차와,
상기 무인 차량의 실시간 횡 방향 위치 오차
에 기초하여 상기 횡 방향 안정성 지표(LSM)를 생성하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 14,
Generating the driving stability index,
Preset maximum transverse position error,
Real time transverse position error of the unmanned vehicle
Generating the lateral stability index (LSM) based on the
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 주행 안정성 지표를 생성하는 단계는,
기설정된 최대 수직 가속도와,
상기 무인 차량의 무게 중심에 작용하는 실시간 수직 가속도에 기초하여 상기 수직 가속도 안정성 지표(VSM)를 생성하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 14,
Generating the driving stability index,
Preset maximum vertical acceleration,
Generating the vertical acceleration stability index (VSM) based on real time vertical acceleration acting on the center of gravity of the unmanned vehicle;
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
상기 최적 속도를 결정하는 단계는,
상기 생성된 주행 안정성 지표에 기초하여 상기 경로점 각각에서의 상기 무인 차량의 최대 주행 속도를 결정하는 단계와,
상기 최대 주행 속도 및 상기 무인 차량의 성능에 기초하여 상기 최적 속도를 결정하는 단계를 포함하는
무인 차량의 최적 속도 결정 방법.The method of claim 11,
Determining the optimum speed,
Determining a maximum traveling speed of the unmanned vehicle at each of the route points based on the generated driving stability indicators;
Determining the optimum speed based on the maximum traveling speed and the performance of the driverless vehicle.
How to determine the optimum speed for unmanned vehicles.
청구항 제10항의 최적 속도 결정 장치로부터 제공된 최적 속도 프로파일이 저장되어 있는 저장 장치를 포함하며,
상기 무인 차량은 상기 최적 속도 프로파일을 이용하여 주행하는
무인 차량.As an unmanned vehicle,
A storage device in which an optimum speed profile provided from the optimum speed determining device of claim 10 is stored;
The unmanned vehicle travels using the optimum speed profile.
Driverless vehicles.
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KR1020180047219A KR102042261B1 (en) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | Apparatus for determining an optimal velocity for an unmanned ground vehicle, method therefor, and unmanned ground vehicle |
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