KR20200140979A

KR20200140979A - 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템

Info

Publication number: KR20200140979A
Application number: KR1020190067524A
Authority: KR
Inventors: 김동익
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-12-17
Also published as: WO2020246735A1; DE112020002753T5; CN114466776A; US20220234581A1

Abstract

본 개시는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시에 따른 차량 제어 장치는 차량의 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정하는 차량 이동경로 추정부와, 상기 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 상기 타겟의 제2 이동경로를 예측하는 타겟 이동경로 예측부와, 상기 차량과 타겟의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 판단부 및 상기 차량과 상기 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 차량 제어부를 포함한다.

Description

차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템{Method, Apparatus for controlling vehicle, and system including it}

본 개시는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 사용자로 하여금 보다 안정적이면서도 편안한 주행 상태를 제공할 수 있도록 하는 각종 편의 수단이 설치된다. 편의 수단에 대한 수요와 더불어 차량의 안전을 위한 장치들에 대한 수요도 증대되고 있는데, 차량 안전 장치들로는 차량의 사고 및 위험을 사전에 방지하기 위한 ABS(Antilock Braking System) 장치 및 ECS(Electronic Controlled Suspension) 장치 등과 같은 능동 안전 장치와 사후 사고의 원인 규명을 위한 차량용 블랙박스와 같은 수동 안전 장치를 포함할 수 있다.

최근에는 무인 지상 차량(Unmanned Ground Vehicle; UGV)을 포함하는 자율 주행 차량은 군용과 민간용 어플리케이션에 다양하게 사용된다. 이러한 어플리케이션은 자율 주행 차량이 단순히 오프라인의 임무 레벨에서 미리 계획된 경로 및 알고리즘을 따르지 않고 역학적 및 물리적 제한들을 가지는 미지의 환경에서 자유롭게 움직이기를 요구한다.

이러한 자율 주행 차량에 대한 연구는 복잡한 환경에서의 능동 조종 문제를 연구한다. 장애물 회피와 관련된 역학적 궤도 생성 문제에서, 연속적인 온라인 최적화 제어에 기반을 둔 모델 예측 방법이 사용된다.

기존에는 모델 예측 방법에 요레이트 센서 등과 같은 주행정보 감지 센서를 이용하여 차량의 선회반경을 계산하고 차량의 이동경로를 예측하며 차량과 타겟 간의 충돌 여부를 일률적으로 판단한다.

그러나 슬립이 적은 환경이나 차량이 저속으로 주행하는 환경 등에서는 요레이트 센서에 의해 산출된 선회반경은 이동경로를 추정하는데 오차를 유발하게 된다. 또한, 장애물의 특성을 고려하지 않고 충돌 여부를 일률적으로 판단하게 되어 오차를 유발한다는 문제점이 있다.

이러한 배경에서, 본 개시는 슬립이 적은 환경에서 지면과 접촉하는 바퀴를 기준으로 선회반경을 계산함으로써 보다 정확한 이동경로를 추정할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 개시는 저속으로 주행하는 차량에 대해 후륜 기준으로 선회반경을 산출함으로써 연산속도를 최대화하고, 소비전력을 최소화할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 개시는 차량의 주행정보, 타겟정보 등에 따라 충돌 가능성 기준을 다르게 설정하여 차량에 탑승한 운전자를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 외부에 존재하는 타차량, 보행자도 보호할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공하고자 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 일 측면에서, 본 개시는 스티어링 휠의 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 차량의 차속 및 바퀴의 펄스 신호 중 적어도 하나에 기초하여 이동거리를 계산하며, 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정하는 차량 이동경로 추정부와, 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 타겟의 제2 이동경로를 예측하는 타겟 이동경로 예측부와, 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 충돌 판단 경계 영역, 제1 이동경로, 타겟 및 제2 이동경로에 기초하여 차량의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 판단부 및 차량과 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 차량 제어부를 포함하는 차량 제어 장치를 제공한다.

다른 측면에서, 본 개시는 스티어링 휠의 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 차량의 차속에 기초하여 이동거리를 계산하며, 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정하는 차량 이동경로 추정 단계와, 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 타겟의 제2 이동경로를 예측하는 타겟 이동경로 예측 단계와, 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 충돌 판단 경계 영역, 제1 이동경로, 타겟 및 제2 이동경로에 기초하여 차량의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 판단 단계 및 차량과 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 차량 제어 단계를 포함하는 차량 제어 방법을 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 개시는 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서와, 차량의 차속을 감지하는 차속 센서와, 차량의 주변을 감지하는 주변 감지 센서와, 차량의 주변에 존재하는 타겟과 차량 간의 충돌 가능성을 판단하고, 충돌 가능성이 있으면, 차량을 제어하는 차량 제어 장치 및 차량 제어 장치의 제어 동작에 따라 구동하는 구동 장치를 포함하되, 차량 제어 장치는, 조향각 센서로부터 조향각정보와 차속 센서로부터 차속정보 및 주변 감지 센서로부터 감지정보를 입력받고, 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 차속에 기초하여 이동거리를 계산하며, 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정하고, 감지정보로부터 타겟을 확인하여 타겟의 제2 이동경로를 예측하고, 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 충돌 판단 경계 영역, 제1 이동경로, 타겟 및 제2 이동경로에 기초하여 차량의 충돌 가능성을 판단하고, 차량과 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 의하면, 본 개시는 슬립이 적은 환경에서 지면과 접촉하는 바퀴를 기준으로 선회반경을 계산함으로써 보다 정확한 이동경로를 추정할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 개시에 의하면, 본 개시는 저속으로 주행하는 차량에 대해 후륜 기준으로 선회반경을 산출함으로써 연산속도를 최대화하고, 소비전력을 최소화할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 개시는 차량의 주행정보, 타겟정보 등에 따라 충돌 가능성 기준을 다르게 설정하여 차량에 탑승한 운전자를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 외부에 존재하는 타차량, 보행자도 보호할 수 있는 차량 제어 방법, 차량 제어 장치, 이를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 개시에 따른 차량 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따른 차량 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따라 선회반경을 계산하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시에 따라 선회반경을 계산하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시에 따라 차량의 이동경로를 추정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 타겟의 이동경로를 예측하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 타겟의 이동경로를 예측하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시에 따라 타겟의 형상에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시에 따라 차량의 차속에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 개시에 따라 차량과 타겟 간의 충돌 가능성을 판단하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 개시에 따른 차량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 본 개시에 따른 차량 제어 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 개시에 따른 차량 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 차량 제어 시스템(10)은 차량과 장애물 간의 충돌을 회피하기 위해 차량을 제어하는 시스템을 의미할 수 있다.

이러한 차량 제어 시스템(10)은 조향각 센서(111)와, 차속 센서(112)와, 주변 감지 센서(113)와, 차량 제어 장치(200) 및 구동 장치(300) 등을 포함할 수 있다.

조향각 센서(111)는 스티어링 휠의 조향각을 감지할 수 있다. 구체적으로, 운전자가 스티어링 휠을 조작하면, 조향각 센서(111)는 스티어링 휠의 회전에 의해 발생하는 조향각을 감지하고, 감지된 조향각을 지시하는 조향각정보를 차량 제어 장치(200)에 출력할 수 있다.

차속 센서(112)는 차량의 차속을 감지할 수 있다. 구체적으로, 차속 센서(112)는 차량에 구비된 바퀴의 회전속도를 감지하고, 감지된 회전속도에 대응되는 차속으로 변환하여, 차속을 지시하는 차속정보를 차량 제어 장치(200)에 출력할 수 있다.

주변 감지 센서(113)는 차량의 주변을 감지할 수 있다. 구체적으로, 주변 감지 센서(113)는 차량의 주변을 감지하여 감지정보를 차량 제어 장치(200)에 출력할 수 있다.

여기서, 주변 감지 센서(113)는 카메라, 라이다(Lidar), 레이더(Radar), 초음파 센서(Ultra-sonic sensor) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 주변 감지 센서(113)는 차량의 외부에 배치될 수 있으며, 서로 다르거나 동종인 복수의 주변 감지 센서(113)가 차량에 배치될 수 있다.

차량 제어 장치(200)는 차량의 주변에 존재하는 타겟과 차량 간의 충돌 가능성을 판단하고, 충돌 가능성이 있으면, 차량을 제어할 수 있다. 여기서, 차량 제어 장치(200)는 충돌 가능성이 있다고 판단한 경우, 제어 신호를 구동 장치(300)에 출력하여 차량과 타겟 간의 충돌을 회피할 수 있다.

여기서, 차량 제어 장치(200)는 조향각정보, 차속정보 및 감지정보를 입력받고, 차량의 이동경로를 추정하고, 타겟의 이동경로를 예측하며, 차량 및 타겟 간의 충돌 가능성을 판단하고, 충돌 가능성이 있으면, 제어 신호를 구동 장치(300)에 출력할 수 있다.

이러한 차량 제어 장치(200)는 전자 제어 유닛(Electronic Controller Unit; ECU) 등과 같은 전자 부품과 소프트웨어로 구현될 수 있다 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

차량 제어 장치(200)에 대한 구제적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.

구동 장치(300)는 차량 제어 장치(200)의 제어 동작에 따라 구동할 수 있다. 구체적으로, 차량 제어 장치(200)가 제어 신호를 출력하면, 구동 장치(300)는 제어 신호를 입력받고, 제어 신호에 의해 지시되는 제어 동작을 수행하도록 구동할 수 있다.

이러한 구동 장치(300)는 예를 들어, 차량의 제동을 수행하는 제동 장치, 차량의 회피 조향을 수행하는 조향 액추에이터(Steering actuator), 경보 메시지를 운전자에게 시각적으로 표시하는 디스플레이(Display), 경고음을 출력하는 경보 장치, 운전자에게 촉각적으로 알리는 햅틱 액추에이터(Haptic actuator) 등이 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도시하지 않았지만, 본 개시에 따른 차량 제어 시스템(10)은 요레이트 센서, 토크 센서, 헤딩각 감지 센서, 바퀴의 펄스 신호를 감지하는 휠 펄스 센서 등을 더 포함할 수 있다.

이하에서는 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 개시에 따른 차량 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 차량 이동경로 추정부(210)와, 타겟 이동경로 예측부(220)와, 충돌 판단부(230) 및 차량 제어부(240) 등을 포함할 수 있다.

차량 이동경로 추정부(210)는, 스티어링 휠의 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 차량의 차속 및 바퀴의 펄스 신호 중 적어도 하나에 기초하여 이동거리를 계산하며, 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정할 수 있다.

여기서, 조향비는 스티어링 휠의 조향각을 전륜의 조타각으로 나눈 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 스티어링 휠의 조향각이 480도(Degree)일 때, 전륜이 30도인 경우, 조향비는 480/30=16일 수 있다. 조향비는 일반적으로 12~20일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 조향비는 차량의 동역학적인 모델링에서 좌측 전륜, 우측 전륜에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 자동차 모델링의 경우, 좌측 전륜에 따른 조향비와 우측 전륜에 따른 조향비는 서로 다를 수 있다. 이는 선회하는 차량의 모든 위치가 동심원을 그린다는 애커먼 장토식(Aclcenman-Jantoud type)이 적용되기 때문이다. 즉, 애커먼 장토식에 따라 선회하는 차량의 안쪽 원을 그리는 바퀴(예를 들어, 우회전하는 차량의 우측 전륜)는 많이 회전되고, 바깥쪽 원을 그리는 바퀴(예를 들어, 우회전하는 차량의 좌측 전륜)는 적게 회전되기 때문이다.

또한, 조향비는 어떤 동역학적 모델링을 적용하는지에 따라 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 자전거 모델링의 경우, 조향비는 조향각을 자동자 모델링에서의 좌측 전륜과 우측 전륜 각각의 조타각의 평균으로 나눈값일 수 있다.

이러한 조향비는 미리 측정한 data를 이용하여 저장될 수 있다. 예를 들어, 조향비는 설계자에 의해 설계된 데이터에 의해 결정될 수 있고, 스티어링 휠의 회전에 따른 바퀴의 회전각을 물리적으로 측정하여 이를 데이터화 한 결과값일 수 있고, DGPS(Differential Global Positioning System)를 이용하여 스티어링 휠을 회전시켰을 때 얼마만큼의 선회반경을 갖는지 측정한 후 계산 알고리즘에 따라 산출할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 조향비는 차량의 주행 중에 실시간으로 결정되어 저장 및 갱신될 수도 있다.

조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하는 실시예는 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 후술하고, 차속, 바퀴의 펄스 신호 등을 이용하여 이동거리를 계산하는 방법과 제1 이동경로를 추정하는 방법은 도 5를 참조하여 구체적으로 후술한다.

타겟 이동경로 예측부(220)는 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 타겟의 제2 이동경로를 예측할 수 있다. 여기서, 감지정보는 도 1을 참조하여 전술한 주변 감지 센서(113)(예를 들어, 카메라 등)에 의해 출력되는 정보를 의미할 수 있다.

감지정보로부터 타겟을 확인하는 방법은 다양하게 존재할 수 있다. 예를 들어, 타겟 이동경로 예측부(220)는 카메라에 의해 획득된 이미지, 영상의 픽셀값을 계산하여 유사한 색상값을 갖는 영역을 그룹화하고 하나의 그룹을 하나의 타겟으로서 추출한다.

다른 예를 들면, 타겟 이동경로 예측부(220)는 캐니 에지(Canny Edge) 검출 알고리즘, 라인 에지(Line Edge) 알고리즘, 라플라시안 에지(Laplacian Edge) 검출 알고리즘 등과 같은 에지 검출 알고리즘을 이용하여 카메라에 의해 생성된 영상 내 경계선을 검출하고, 객체를 추출할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 이동경로를 예측하는 방법은 도 6 및 도 7을 참조하여 후술한다.

충돌 판단부(230)는 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 충돌 판단 경계 영역, 제1 이동경로, 타겟 및 제2 이동경로에 기초하여 차량의 충돌 가능성을 판단할 수 있다.

여기서, 충돌 판단 경계 영역은 충돌을 판단하기 위해 차량에 설정되는 외곽 라인(Outline)을 의미할 수 있다. 충돌 판단 경계 영역의 크기는 차량의 크기에 대응될 수 있다. 여기서, 차량의 크기는 미리 저장된 차량의 제원정보로부터 획득될 수 있으며, 차량의 횡방향 폭(또는 전폭)과 종방향 길이(또는 전장)으로 이루어질 수 있다.

일 예로, 충돌 판단부(230)는 특정 시점에서 충돌 판단 경계 영역과 타겟이 만나는 경우 충돌 가능성이 있는 것으로 판단한다. 충돌 가능성을 판단하는 구체적인 방법은 도 12 및 도 13을 참조하여 구체적으로 후술한다.

차량 제어부(240)는 차량과 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 충돌 가능성이 있으면, 차량 제어부(240)는 경보 제어 신호를 경보 장치에 출력하고, 제동 제어 신호를 제동 장치에 출력하며, 회피 제어 신호를 조향 액추에이터에 출력한다.

도시하지 않았지만, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 조향비, 차량의 제원정보 등을 저장하는 메모리, 입력되는 정보를 처리하는 프로세서 등을 더 포함할 수 있다.

이하에서는 선회반경을 계산하는 실시예들을 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 개시에 따라 선회반경을 계산하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

선회반경은 차량의 동역학적 모델링에 기초하여 산출될 수 있다. 여기서, 차량의 동역학적 모델링은 예를 들어, 자동차 모델링, 자전거 모델링이 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 조향각 및 조향비에 기초하여 차량의 바퀴의 조타각을 계산하고, 조타각과 미리 저장된 축간거리(Wheel base)를 이용하여 선회반경을 계산할 수 있다.

여기서, 축간거리는 전술한 바와 같이, 미리 저장된 제원정보에 포함되는 정보일 수 있다.

여기서, 선회반경은 원의 중심과 차량의 전륜의 중심 간의 거리일 수 있고, 원의 중심과 차량의 후륜의 중심 간의 거리일 수 있다.

전륜을 기준으로 예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 스티어링 휠의 조향각을 조향비로 나누어 전륜의 조타각을 계산한다. 그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 조타각과 미리 저장된 제1 축간거리를 아래의 [수학식 1]에 대입하여 선회반경(R_f)을 계산할 수 있다.

[수학식 1]

이때, L은 제1 축간거리이고, θ_w는 전륜의 조타각이고, θ_sw는 스티어링 휠의 조향비이며, r은 조향비를 의미한다.

한편, 자동차 모델링은 일반적으로 복수의 전륜을 포함하고 있고, 전술한 바와 같이, 전륜에 따른 조향비가 서로 다를 수 있다. 따라서, 계산되는 반경도 복수개가 존재하고, 서로 다른 값을 가질 수도 있다.

이 경우, 차량 이동경로 추정부(210)는 복수의 반경을 토대로 기준이 되는 하나의 선회반경을 최종적으로 계산할 수 있다.

즉, 차량 이동경로 추정부(210)는 자동차 모델링을 기준으로, 자동차 모델링에 포함된 복수의 전륜 각각에 대응되는 복수의 조향비를 미리 저장하고, 조향각 및 복수의 조향비에 기초하여 복수의 전륜 각각의 조타각을 계산하고, 복수의 조타각 각각과 미리 설정된 제1 축간거리를 이용하여 복수의 반경을 계산하고, 복수의 반경을 이용하여 선회반경을 계산할 수 있다.

도 3을 참조하여 구체적으로 예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 자동차 모델링에서의 제1 전륜(왼쪽 전륜, A)의 제1 조향비와 제2 전륜(오른쪽 전륜, B)의 제2 조향비를 미리 저장한다.

그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 조향각에서 제1 조향비를 나누어 제1 전륜의 제1 조타각(α)과 조향각에서 제2 조향비를 나누어 제2 전륜의 제2 조타각(β)을 계산한다.

그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 전술한 [수학식 1]을 이용하여 제1 전륜(왼쪽 전륜, A)에 대한 제1 반경(R_fl)과 제2 전륜(오른쪽 전륜, B)에 대한 제2 반경(R_fr)을 계산하고, 제1 반경(R_fl)과 제2 반경(R_fr)을 입력으로 수학적 알고리즘을 통해 선회반경(R_f)을 계산한다.

제1 반경(R_fl)과 제2 반경(R_fr)을 이용하여 최종적으로 계산되는 선회반경은 바람직하게는 두 전륜(A, B)이 연결되는 전륜축의 정중앙 위치(미도시)를 기준으로 하는 반경을 의미할 수 있다.

이때, 제1 반경(R_fl)과 제2 반경(R_fr) 간의 관계는 후술하는 후륜을 기준으로 하여 산출된 복수의 반경들 간의 관계와 달리 선형적으로 변화하지 않으므로, 전륜축의 정중앙 위치를 기준으로 하는 반경은 상대적으로 다소 복잡한 수학적 알고리즘(예를 들어, 닮음비 등)으로 계산될 수 있다.

또한, 저속으로 선회하는 차량의 경우, 전륜을 기준을 하여 계산된 선회반경은 충돌 가능성 판단 시 다소 오차가 발생할 수도 있다.

이 경우, 차량 이동경로 추정부(210)는, 차량의 후륜에 대한 선회반경을 계산할 수 있다.

예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 스티어링 휠의 조향각을 조향비로 나누어 전륜의 조타각을 계산한다. 그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 조타각과 미리 저장된 제1 축간거리를 아래의 [수학식 2]에 대입하여 선회반경(R_r)을 계산할 수 있다.

[수학식 2]

이때, L은 제1 축간거리이고, θ_w는 전륜의 조타각이고, θ_sw는 스티어링 휠의 조향각이며, r은 조향비를 의미한다.

한편, 전술한 바와 같이, 자동차 모델링은 복수의 전륜을 포함하고 있으므로, 차량 이동경로 추정부(210)는 후륜을 기준으로 산출된 복수의 선회반경을 토대로 기준이 되는 하나의 선회반경을 최종적으로 계산할 수 있다.

즉, 차량 이동경로 추정부(210)는 자동차 모델링을 기준으로, 미리 저장된 복수의 조향비와 조향각에 기초하여 복수의 조타각을 산출하고, 복수의 조타각과 제1 축간거리를 이용하여 자동차 모델링에 포함된 복수의 후륜 각각에 대한 반경을 계산하고, 복수의 반경을 평균하여 선회반경을 계산할 수 있다.

도 3을 참조하여 구체적으로 예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 전술한 바와 동일하게, 제1 조향비 및 제2 조향비를 미리 저장하고, 제1 조타각(α)과 제2 조타각(β)을 각각 계산한다.

그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 전술한 [수학식 2]을 이용하여 제1 후륜(왼쪽 후륜, D)에 따른 제1 반경(R_rl)과 제2 후륜(오른쪽 후륜, C)에 따른 제2 반경(R_fr)을 계산하고, 제1 반경(R_rl)과 제2 반경(R_rr)을 평균(

)하여 선회반경(R_r)을 계산한다.

제1 반경(R_rl)과 제2 반경(R_rr)을 이용하여 최종적으로 계산되는 선회반경은 바람직하게는 두 후륜(C, D)이 연결되는 후륜축의 정중앙 위치(P_center)를 기준으로 하는 반경을 의미할 수 있다. 후륜축의 정중앙 위치(P_center)와 원의 중심(O) 간의 거리는 제1 반경(R_rl)과 제2 반경(R_rr)의 중간값이므로, 전륜을 기준으로 산출한 선회반경보다 연산속도가 더 빠르다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 조향 장치는 슬립이 적은 환경에서 지면과 접촉하는 바퀴를 기준으로 선회반경을 계산함으로써 보다 정확한 이동경로를 추정할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 개시에 따른 차량 조향 장치는 저속으로 주행하는 차량에 대해 후륜 기준으로 선회반경을 산출함으로써 연산속도를 최대화하고, 소비전력을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 차량의 동역학적 모델링의 다른 예로, 자동차 모델링보다 더 단순한 자전거 모델링이 있다. 이하에서는 자전거 모델링을 이용하여 선회반경을 계산하는 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 개시에 따라 선회반경을 계산하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 자전거 모델링은 하나의 전륜(A)과 하나의 후륜(B) 및 제2 축간거리(

)로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 축간거리(

)는 도 3에 도시된 제1 축간거리(L)와 대응될 수 있다.

도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 차량 이동경로 추정부(210)는 조향각 및 조향비를 이용하여 전륜(A)의 조타각(δ)을 계산하고, 조타각(δ)과 제2 축간거리(

)를 이용하여 선회반경을 계산할 수 있다.

여기서, 선회반경은 전술한 바와 동일하게 전륜을 기준으로 산출할 수 있고, 후륜을 기준으로 산출할 수도 있다.

전륜을 기준으로 예를 들면, 차량 이동경로 추정부(210)는 자전거 모델링을 기준으로, 자전거 모델링에 포함된 전륜(A)에 대응되는 조향비(r)를 미리 저장한다. 여기서, 조향비(r)은 도 3에 도시된 자동차 모델링을 기준으로 조향각(θ_sw)에서 제1 조타각(α)과 제2 조타각(β)의 평균(

)으로 나누어 산출될 수도 있다.

그리고, 차량 이동경로 추정부(210)는 조향각(θ_sw)에서 조향비(r)를 나누어 전륜(A)의 조타각(δ)을 계산하고, 조타각(δ)과 제2 축간거리(

)를 전술한 [수학식 1]에 대입하여 선회반경(R_f)을 계산한다.

한편, 후륜을 기준으로 예를 들면, 전술한 바와 같이, 차량 이동경로 추정부(210)는 전륜(A)의 조타각(δ)과 제2 축간거리(

)를 전술한 [수학식 2]에 대입하여 선회반경(R_r)을 계산한다.

여기서, 도 4에 도시된 자전거 모델링의 전륜(A)을 기준으로 산출된 선회반경(R_f)은 도 3에 도시된 자동차 모델링의 전륜축의 정중앙 위치(미도시)를 기준으로 산출된 선회반경과 동일할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 자전거 모델리의 후륜(B)을 기준으로 산출된 선회반경(R_r)은 도 3에 도시된 자동차 모델리의 후륜축의 정중앙 위치(P_center)를 기준으로 산출된 선회반경과 동일할 수 있다.

바람직하게는, 저속 주행의 경우, 차량 이동경로 추정부(210)는 후륜을 기준으로 산출된 선회반경(R_r)을 이용하여 차량의 이동경로를 예측할 수 있고, 저속 주행이 아닌 경우, 차량 이동경로 추정부(210)는 전륜을 기준으로 산출된 선회반경(R_f)을 이용하여 차량의 이동경로를 추정할 수 있다.

따라서, 전술한 바의 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 차속에 따라 적절한 오차를 최소화하는 방법으로 산출된 선회반경을 이용하여 이동경로를 정확히 예측할 수 있는 효과를 제공한다.

이하에서는 산출된 선회반경과 이동거리를 이용하여 이동경로를 추정하는 실시예를 설명한다. 다만, 편의상 도 4에 도시된 바와 같은 자전거 모델링과 후륜을 기준으로 산출된 선회반경을 기준으로 설명한다.

도 5는 본 개시에 따라 차량의 이동경로를 추정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 차량 이동경로 추정부(210)는 차량의 차속 및 바퀴의 펄스 신호 중 적어도 하나에 기초하여 이동거리(Vehicle travel, S)를 산출할 수 있다.

여기서, 이동거리(S)는 차량이 선회하여 실제 이동한 거리를 의미할 수 있다. 이때, 이동거리(S)는 일정한 주기적 신호, 데이터로부터 산출될 수 있다.

일 예로, 차속 센서(112)가 20ms 주기로 차속 정보를 차량 제어 장치(200)에 출력하고, 차속 정보에 의해 지시되는 차속이 10kph인 경우, 이동거리(S)는 20ms 동안 55mm만큼 움직인 것으로 판단된다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

다른 예로, 휠 펄스 센서가 1개당 이동거리 2cm를 의미하는 펄스를 차량 제어 장치(200)에 출력하고, 펄스가 20ms 동안 1번 발생한 경우, 이동거리(S)는 20ms 동안 2cm 움직인 것으로 판단된다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 선회반경(R)과 이동거리(S)가 계산되는 경우, 차량 이동경로 추정부(210)는 선회반경(R) 및 이동거리(S)를 이용하여 차량의 헤딩각(Δθ)을 계산할 수 있다.

구체적으로, 차량 이동경로 추정부(210)는 선회반경(R)과 이동거리(S)를 [수학식 3]에 대입하여 차량의 헤딩각을 계산할 수 있다.

[수학식 3]

이는 이동거리(S)가 반지름 R과 각도 Δθ에 의해 이루어지는 호의 성질을 가지고 있기 때문이다.

차량의 헤딩각(Δθ)이 계산되면, 차량 이동경로 추정부(210)는 선회반경(R) 및 헤딩각(Δθ)에 기초하여 차량의 이동변위(

)를 계산할 수 있다.

여기서, 이동변위(

)는 일 지점에서 차량이 이동거리(S)만큼 이동할 때의 다른 지점 간의 직선 거리를 의미할 수 있고, 선회반경(R)과 헤딩각(Δθ) 및 호인 이동거리(S)에 의해 형성되는 부채꼴 형태에서 현의 길이일 수 있다.

구체적으로, 차량 이동경로 추정부(210)는 선회반경(R)과 헤딩각(Δθ)을 [수학식 4]에 대입하여 이동변위(

)를 계산할 수 있다.

[수학식 4]

이동변위(

)가 계산되면, 차량 이동경로 추정부(210)는 헤딩각(Δθ) 및 이동변위(

)에 기초하여 차량의 제1 이동경로를 추정할 수 있다.

여기서, 차량의 제1 이동경로는 차량이 이동하면서 측정되는 좌표 P(Δx, Δy)의 자취로 표현될 수 있다.

이때, 좌표 P(Δx, Δy)는 다음과 같은 [수학식 5]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 5]

이때, θ₀는 차량의 초기 헤딩각, 이동 전 헤딩각을 의미한다.

차량 이동경로 추정부(210)는 결정된 좌표 P(Δx, Δy)의 자취를 예측함으로써 제1 이동경로를 추정할 수 있다.

한편, 자동차 모델링의 경우, 이동거리(S)는 전술한 펄스 또는 차속정보를 이용하여 2개의 후륜(C, D) 각각의 이동거리(예를 들어, 좌측 후륜의 이동 거리(S₁)는 A_r*θ, 우측 후륜의 이동 거리(S₂)는 B_r*θ, A_r은 좌측 후륜의 선회반경, B_r은 우측 후륜의 선회반경, θ는 헤딩각)를 계산하고, 각각의 이동거리의 평균을 계산하면 후륜축의 정중앙 위치(P_center)를 기준으로 하는 이동거리를 산출할 수 있으므로, 차량 이동경로 추정부(210)는 후륜축의 정중앙 위치(P_center)를 기준으로 하는 선회반경, 이동거리 및 헤딩각을 이용하여 제1 이동경로를 추정할 수 있다.

한편, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)가 차량과 타겟 간의 충돌 가능성을 판단하기 위해서, 타겟을 확인하고, 타겟의 이동경로를 예측할 필요가 있다. 이하에서는 타겟의 이동경로를 예측하는 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 6은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 타겟의 이동경로를 예측하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 타겟의 이동경로를 예측하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

본 개시에 따른 타겟 이동경로 예측부(220)는 타겟의 종류를 확인하고, 확인된 종류에 따라 제2 이동경로를 예측할 수 있다. 즉, 타겟 이동경로 예측부(220)는 타겟의 종류를 확인하여 제2 이동경로의 예측 여부를 결정할 수 있다.

이는 타겟이 가드레일이나, 전봇대 등과 같이 이동할 수 없는 물체인 경우, 타겟의 제2 이동경로는 일반적으로 존재하지 않을 것이므로, 불필요한 연산 동작을 제거하기 위함이다.

여기서, 타겟의 종류를 확인하는 방법은 다양하게 존재할 수 있다. 예를 들어, 타겟 이동경로 예측부(220)는 카메라에 의해 캡쳐된 이미지 데이터로부터 타겟을 추출하고, 추출된 타겟을 입력으로 머신러닝(Machine Learning) 알고리즘을 통해 타겟의 종류를 확인한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 타겟이 이동 불가능한 대상인 경우, 타겟 이동경로 예측부(220)는 제2 이동경로가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.

도 6을 참조하여 예를 들면, 타겟 이동경로 예측부(220)에 의해 타겟이 가로수(511)인 것으로 판단되면, 타겟 이동경로 예측부(220)는 가로수(511)의 제2 이동경로가 존재하지 않는 것으로 판단한다.

한편, 타겟이 이동 가능한 대상인 경우, 타겟 이동경로 예측부(220)는 감지정보로부터 타겟의 이동속도를 검출하여 제2 이동경로를 예측할 수 있다.

타겟이 이동 가능한 대상이더라도, 타겟이 정지 상태일 수도 있기 때문에 타겟의 이동속도를 이용할 필요가 있다.

여기서, 이동속도를 검출하는 방법은 다양하게 존재할 수 있다. 예를 들어, 카메라로부터 획득된 영상에 포함된 동일 객체에 대하여 영상 차이를 판단하고, 영상 차이로부터 동일 객체의 이동속도를 검출할 수 있다. 다른 예를 들면, 레이더는 타겟의 이동속도를 직접적으로 검출할 수 있으므로(도플러 효과 등을 이용), 레이더가 타겟의 이동속도를 측정하고, 레이더가 이동속도에 대한 정보를 더 포함하는 감지정보를 차량 제어 장치(200)에 출력하고, 타겟 이동경로 예측부(220)는 감지정보로부터 타겟의 이동속도를 추출할 수 있다.

이때, 타겟 이동경로 예측부(220)는 타겟의 이동속도에 따른 타겟의 이동방향을 확인하여 제2 이동경로를 예측할 수 있다.

도 7을 참조하여 예를 들면, 타겟 이동경로 예측부(220)에 의해 타겟이 자전거(512)를 탄 사람인 것으로 판단되면, 타겟 이동경로 예측부(220)는 자전거(512)를 탄 사람 이동속도에 기초하여 제2 이동경로를 예측한다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 불필요한 연산을 제거하고, 연산 동작을 단순화함으로써 정보를 신속히 처리할 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 충돌 판단부(230)는 특정 시점에 충돌 판단 경계 영역(410)과 타겟이 만나는지 여부에 따라 충돌 가능성을 판단하는데, 충돌 타겟이 이동 가능한 대상이더라도, 구체적인 타겟의 종류에 따라 충돌 가능성 판단 기준을 다르게 설정할 필요가 있다.

이하에서는 충돌 가능성 판단 기준을 다르게 설정하기 위해 충돌 판단 경계 영역(410)을 보정하는 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 8은 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 개시에 따라 타겟의 종류에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

타겟 이동경로 예측부(220)는 확인된 종류를 지시하는 종류정보를 충돌 판단부(230)에 출력하고, 충돌 판단부(230)는 타겟의 종류에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410)의 크기를 보정할 수 있다.

도 8을 참조하여 예를 들면, 타겟이 타차량(513)인 경우, 타겟 이동경로 예측부(220)가 타겟이 타차량(513)인 것을 지시하는 종류정보를 충돌 판단부(230)에 출력한다. 그리고, 충돌 판단부(230)는 타겟이 타차량(513)인 것을 확인하면, 충돌 판단 경계 영역(410)을 차량(400)의 크기와 동일하게 설정한다.

타차량(513)은 일반적으로 회피, 경보 시스템이 포함되어 있으므로, 충돌 가능성 정도가 후술하는 보행자(514)보다는 상대적으로 낮을 수 있다.

한편, 도 9를 참조하면, 타겟이 보행자(514)인 경우, 타차량(513)에 대한 충돌 가능성 정도와는 달리 보행자(514)에 대한 충돌 가능성 정도가 상대적으로 높을 수 있다. 즉, 타겟이 보행자(514)이면, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 확대(410b)할 수 있다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 타겟의 종류에 따라 충돌 가능성 기준을 다르게 설정하여 차량(400)에 탑승한 운전자를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 외부에 존재하는 타차량, 보행자도 보호할 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 타겟은 노후 정도, 파손 등 다양한 원인에 따라 변형될 수 있고, 타겟의 종류는 무수히 많기 때문에 차량 제어 장치(200)에 미리 저장된 데이터가 갱신되지 않으면, 타겟의 종류를 확인하는데 오차가 발생할 수 있다.

이 경우, 타겟의 종류를 구분하지 않고도 충돌 판단 경계 영역(410)의 크기를 조절할 필요가 있다.

이하에서는 타겟의 형상에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410)의 크기를 보정하는 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 10은 본 개시에 따라 타겟의 형상에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 타겟 이동경로 예측부(220)는 감지정보로부터 타겟의 형상을 특정하고, 특정된 타겟의 형상을 지시하는 형상정보를 충돌 판단부(230)에 출력하고, 충돌 판단부(230)는 형상에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 보정할 수 있다.

여기서, 타겟의 형상을 특정하는 방법은 다양하게 존재할 수 있다. 일 예로, 타겟 이동경로 예측부(220)는 관심영역(Region of Interest; ROI)을 설정하여 타겟의 형상을 특정한다. 다른 예로, 타겟 이동경로 예측부(220)는 SIFT(Scale Invariant Feature Transform), SURF(Speeded Up Robust Features)와 같은 특징점 추출 알고리즘을 이용하여 카메라로부터 획득된 영상 내 타겟의 형상을 특정한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 타겟의 형상이 클수록, 충돌 판단 경계 영역(410a)은 확대될 수 있다.

도 10의 (a)를 참조하여 예를 들면, 타겟이 소형차(515)인 경우, 소형차(515)의 크기는 일반적인 차량(400)에 비해서 작으므로, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 차량(400)의 크기와 동일하게 설정한다.

도 10의 (b)를 참조하여 예를 들면, 타겟이 트럭(516)인 경우, 트럭(516)의 크기는 일반적인 차량(400)에 비해서 크므로, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 차량(400)의 크기보다 더 크게 설정(410b)한다.

도시하지 않았지만, 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기는 타겟의 이동속도에 따라서 조절될 수도 있다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 타겟의 종류를 구분하지 않고도 충돌 가능성 기준을 다르게 설정하여 안전 사고를 효율적으로 방지하는 효과를 제공한다.

한편, 차량(400)이 고속으로 주행하는 경우, 차량(400)과 타겟 간의 충돌 가능성은 높을 수 있으므로, 차량(400)의 차속에 따라서 충돌 가능성 기준을 다르게 설정할 필요가 있다.

도 11은 본 개시에 따라 차량의 차속에 기초하여 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 충돌 판단부(230)는 차속과 미리 설정된 기준 차속을 비교하고, 비교 결과에 따라 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 보정할 수 있다.

이때, 차속이 기준 차속 이상이면, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 확대할 수 있다. 여기서, 기준 차속은 차량(400)이 고속으로 주행하는지 여부를 판단하기 위한 기준을 의미할 수 있다.

도 11의 (a)를 참조하여 예를 들면, 차속이 기준 차속 미만인 경우, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 차량(400)의 크기와 동일하게 설정한다.

한편, 도 11의 (b)를 참조하면, 차속이 기준 차속 이상이면, 충돌 판단 경계 영역(410a)은 미리 설정된 보정 정도에 따라 일률적으로 변경될 수도 있고, 차속에 따라 확대(410b)될 수도 있다. 즉, 충돌 판단부(230)는 차속의 크기에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기를 확대(410b)할 수 있다.

예를 들면, 충돌 판단 경계 영역(410a)의 크기는 차속의 증가량에 비례하여 확대된다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 차량(400)의 속도에 따라 충돌 가능성 기준을 다르게 설정하여 안전 사고를 방지하는 효과를 제공한다.

충돌 판단 경계 영역(410)이 최종적으로 확정되면, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410)에 기초하여 차량(400)과 타겟 간의 충돌 가능성을 판단한다.

도 12 및 도 13은 본 개시에 따라 차량과 타겟 간의 충돌 가능성을 판단하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

충돌 판단부(230)는 타겟이 확인된 때를 기준으로, 제1 이동경로 상에서 이동하는 충돌 판단 경계 영역(410)과 제2 이동경로 상에서 이동하는 타겟이 만나는지 여부로 충돌 가능성을 판단할 수 있다.

즉, 타겟이 확인된 때를 기준 시점으로 하여, 기준 시점 이후부터 차량(400)의 이동에 따라 함께 이동되는 충돌 판단 경계 영역(410)과 타겟이 특정 시점에서 만나는지 여부로 충돌 가능성이 판단될 수 있다.

구체적으로, 충돌 판단부(230)는 제1 이동경로 상에 존재하는 차량(400)의 제1 예상 위치와 제2 이동경로 상에 존재하는 타겟의 제2 예상 위치 각각을 미리 설정된 단위 시간마다 측정하고, 특정 시간에 예상되는 제1 예상 위치에서의 충돌 판단 경계 영역(410)과 제2 예상 위치에서의 타겟이 만나는 경우, 충돌 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다.

도 12를 참조하여 예를 들면, 타겟(예를 들어, 보행자(514))이 확인된 때인 t₀를 기준으로, 충돌 판단부(230)는 제1 예상 위치와 제2 예상위치를 t₀ 이후 미리 설정된 단위 시간마다(t₁, t₂, t₃) 측정한다. 그리고, 충돌 판단부(230)는 특정 시간(t₃)에서 충돌 판단 경계 영역(410)과 타겟이 만나는 것으로 확인하면, 충돌 가능성이 있는 것으로 판단한다.

도 13을 참조하여 다른 예를 들면, 타겟(예를 들어, 자전거(512)를 타는 사람)이 확인 때인 t₀를 기준으로, 충돌 판단부(230)는 제1 예상 위치와 제2 예상위치를 예측하고, 충돌 판단 경계 영역(410)과 타겟이 어느 시점에서도 만나지 않는 것으로 확인하면, 충돌 가능성이 없는 것으로 판단한다.

전술한 바에 의하면, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 차량(400)의 크기를 고려한 충돌 판단 경계 영역(410)을 이용함으로써 보다 충돌 가능성을 정확히 판단할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 개시에 따른 차량 제어 장치(200)는 요레이트 센서 등을 이용할 때보다 실제 차량(400)의 주행 방향에 일치하는 이동경로를 추정함으로써 충돌 가능성을 정확히 판단할 수 있는 효과를 제공한다.

이하에서는 본 개시를 모두 수행할 수 있는 차량 제어 방법을 설명한다.

도 14는 본 개시에 따른 차량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 14를 참조하면, 본 개시에 따른 차량 제어 방법은 차량 이동경로 추정 단계(S110)와, 타겟 이동경로 예측 단계(S120)와, 충돌 판단 단계(S130) 및 차량 제어 단계(S140) 등을 포함할 수 있다.

차량 이동경로 추정 단계(S110)는 스티어링 휠의 조향각 및 차량(400)의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 차량(400)의 차속에 기초하여 이동거리를 계산하며, 선회반경 및 이동거리에 기초하여 차량(400)의 제1 이동경로를 추정한다.

타겟 이동경로 예측 단계(S120)는 차량(400)의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 타겟의 제2 이동경로를 예측한다.

충돌 판단 단계(S130)는 차량(400)의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역(410)을 설정하고, 충돌 판단 경계 영역(410), 제1 이동경로, 타겟 및 제2 이동경로에 기초하여 차량(400)의 충돌 가능성을 판단한다.

차량 제어 단계(S140)는 차량(400)과 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는

도 15는 본 개시에 따른 차량 제어 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 차량 제어 장치(200)는 차량(400)의 제1 이동경로를 추정한다(S210). 예를 들어, 차량 이동경로 추정부(210)는 자전거 모델링을 기준으로, 후륜(B)에 대한 선회반경(R)과, 이동거리(S) 및 헤딩각(Δθ)을 이용하여 좌표 P(Δx, Δy)의 자취를 측정하여 제1 이동경로를 추정한다.

그 다음, 차량 제어 장치(200)는 타겟정보를 획득하고(S220), 타겟정보에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410)을 설정하며(S231), 타겟의 제2 이동경로를 예측한다. 예를 들어, 타겟 이동경로 예측부(220)는 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 제2 이동경로를 예측하며, 추가적으로 타겟의 개수, 타겟의 종류, 타겟의 형상, 타겟의 이동속도 등을 검출하거나 추출하여 이에 대한 정보를 충돌 판단부(230)에 출력한다. 그리고, 충돌 판단부(230)는 타겟 이동경로 예측부(220)로부터 입력받은 정보에 기초하여 충돌 판단 경계 영역(410)을 설정한다.

그 다음, 차량 제어 장치(200)는 차량(400)의 예상 위치를 측정한다(S240). 예를 들어, 충돌 판단부(230)는 차량(400)의 제1 예상 위치를 미리 설정된 단위 시간마다 측정한다.

그 다음, 차량 제어 장치(200)는 하나 이상의 타겟의 예상 위치를 측정한다(S250). 예를 들어, 3개의 타겟이 감지된 경우, 충돌 판단부(230)는 제1 타겟의 제2 예상 위치를 미리 설정된 단위 시간마다 측정한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

그 다음, 차량 제어 장치(200)는 차량(400)과 하나 이상의 타겟 간의 충돌 가능성이 있는지 판단한다(S260). 예를 들어, 3개의 타겟이 감지된 경우, 충돌 판단부(230)는 충돌 판단 경계 영역(410)과 제1 타겟이 특정 시간에 만나는지 여부로 충돌 가능성을 판단한다.

충돌 가능성이 없으면, 차량 제어 장치(200)는 모든 타겟에 대하여 충돌 가능성을 판단하였는지 확인하고(S271), 모든 타겟에 대하여 충돌 가능성을 판단하지 않은 경우, 차량 제어 장치(200)는 타겟을 변경하며(S272), 변경된 타겟의 제2 예상 위치 측정(S250) 및 충돌 가능성을 판단한다(S260).

예를 들면, 3개의 타겟이 감지되고, 현재 차량(400)과 제1 타겟(O₁) 간의 충돌 가능성만 판단된 경우, 충돌 판단부(230)는 제2 예상 위치의 측정 대상을 제1 타겟(O₁)에서 제2 타겟(O₂)으로 변경하고, 제2 타겟(O₂)의 제2 예상 위치를 측정하며, 충돌 판단 경계 영역(410)과 제2 타겟(O₂) 간의 충돌 가능성을 판단한다. 이후 제3 타겟(O₃)에 대해 전술한 동작을 동일하게 수행한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 감지된 모든 타겟에 대하여 충돌 가능성을 판단한 경우, 차량 제어 장치(200)는 특정 시간이 알람 기준 시간(Time to warning; ttw) 이상인지 여부를 판단하며(S273), 특정 시간이 경보 예상 시간 내이면, 다음 단위 시간(S274)에서의 차량(400)의 제1 예상 위치를 측정(S240)하고, 하나 이상의 타겟 각각의 제2 예상 위치를 다시 측정한다(S250).

여기서, 알람 기준 시간은 충돌 가능성을 반복적으로 수행하기 위한 일정 기간을 의미할 수 있고, 충돌 가능성 판단을 종료하는데 기준이 되는 시간을 의미할 수도 있다.

한편, 차량(400)과 타겟 간의 충돌 가능성이 있으면, 차량 제어 장치(200)는 특정 시간이 충돌 예상 시간(Time to collision; ttc) 이내인지 판단하고(S280), 특정 시간이 충돌 예상 시간보다 크면, 차량 제어 장치(200)는 Level 1 제어를 수행한다(S291). 한편, 특정 시간이 충돌 예상 시간 내이면, 차량 제어 장치(200)는 Level 2 제어를 수행한다(S292).

여기서, Level 1 제어는 예를 들어, 경보 제어 동작을 수행하지만, 제동 제어, 회피 제어 등 차량(400)의 거동을 제어하는 거동 제어 동작은 수행하지 않는 것이고, Level 2 제어는 예를 들어, 경보 제어 동작뿐만 아니라 거동 제어 동작도 수행하는 것이다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 과제 해결 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 차량 제어 시스템 111: 조향각 센서
112: 차속 센서 113: 주변 감지 센서
200: 차량 제어 장치 210: 차량 이동경로 추정부
220: 타겟 이동경로 예측부 230: 충돌 판단부
240: 차량 제어부 300: 구동 장치
400: 차량 410: 충돌 판단 경계 영역
420: 제1 이동경로 520: 제2 이동경로

Claims

스티어링 휠의 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 상기 차량의 차속 및 바퀴의 펄스 신호 중 적어도 하나에 기초하여 이동거리를 계산하며, 상기 선회반경 및 상기 이동거리에 기초하여 상기 차량의 제1 이동경로를 추정하는 차량 이동경로 추정부;
상기 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 상기 타겟의 제2 이동경로를 예측하는 타겟 이동경로 예측부;
상기 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 상기 충돌 판단 경계 영역, 상기 제1 이동경로, 상기 타겟 및 상기 제2 이동경로에 기초하여 상기 차량의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 판단부; 및
상기 차량과 상기 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 차량 제어부를 포함하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
상기 조향각 및 상기 조향비에 기초하여 상기 차량의 바퀴의 조타각을 계산하고,
상기 조타각과 미리 저장된 축간거리(Wheel base)를 이용하여 상기 선회반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
자동차 모델링을 기준으로, 상기 자동차 모델링에 포함된 복수의 전륜 각각에 대응되는 복수의 조향비를 미리 저장하고,
상기 조향각 및 상기 복수의 조향비에 기초하여 복수의 전륜 각각의 조타각을 계산하고,
복수의 상기 조타각 각각과 미리 설정된 제1 축간거리를 이용하여 복수의 반경을 계산하고,
상기 복수의 반경을 이용하여 선회반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
자전거 모델링을 기준으로, 상기 자전거 모델링에 포함된 전륜에 대응되는 조향비를 미리 저장하고,
상기 조향각 및 상기 조향비에 기초하여 상기 전륜의 조타각을 계산하고,
상기 조타각과 미리 설정된 제2 축간거리를 이용하여 선회반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
상기 차량의 후륜에 대한 상기 선회반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
자동차 모델링을 기준으로, 상기 자동차 모델링에 포함된 복수의 후륜 각각에 대한 반경을 계산하고,
복수의 상기 반경을 평균하여 선회반경을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 차량 이동경로 추정부는,
상기 선회반경 및 상기 이동거리를 이용하여 상기 차량의 헤딩각을 계산하고,
상기 선회반경 및 상기 헤딩각에 기초하여 상기 차량의 이동변위를 계산하고,
상기 헤딩각 및 상기 이동변위에 기초하여 상기 제1 이동경로를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 타겟 이동경로 예측부는,
상기 타겟의 종류를 확인하고, 확인된 상기 종류에 따라 상기 제2 이동경로를 예측하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 타겟 이동경로 예측부는,
상기 타겟이 이동 불가능한 대상인 경우, 상기 제2 이동경로가 존재하지 않는 것으로 판단하고,
상기 타겟이 이동 가능한 대상인 경우, 상기 감지정보로부터 상기 타겟의 이동속도를 검출하여 상기 제2 이동경로를 예측하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 타겟 이동경로 예측부는,
확인된 상기 종류를 지시하는 종류정보를 상기 충돌 판단부에 출력하고,
상기 충돌 판단부는,
상기 타겟의 종류에 기초하여 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 타겟이 보행자이면, 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 확대하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 차속과 미리 설정된 기준 차속을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제12항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 차속이 상기 기준 차속 이상이면, 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 확대하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제13항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 차속의 크기에 기초하여 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 확대하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 타겟 이동경로 예측부는,
상기 감지정보로부터 상기 타겟의 형상을 특정하고, 특정된 상기 타겟의 상기 형상을 지시하는 형상정보를 상기 충돌 판단부에 출력하고,
상기 충돌 판단부는,
상기 형상에 기초하여 상기 충돌 판단 경계 영역의 크기를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제15항에 있어서,
상기 충돌 판단 경계 영역은,
상기 형상이 클수록, 확대되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 타겟이 확인된 때를 기준으로, 상기 제1 이동경로 상에서 이동하는 상기 충돌 판단 경계 영역과 상기 제2 이동경로 상에서 이동하는 상기 타겟이 만나는지 여부로 상기 충돌 가능성을 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
제17항에 있어서,
상기 충돌 판단부는,
상기 제1 이동경로 상에 존재하는 상기 차량의 제1 예상 위치와 상기 제2 이동경로 상에 존재하는 상기 타겟의 제2 예상 위치 각각을 미리 설정된 단위 시간마다 측정하고,
특정 시간에 예상되는 상기 제1 예상 위치에서의 상기 충돌 판단 경계 영역과 상기 제2 예상 위치에서의 타겟이 만나는 경우, 상기 충돌 가능성이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
스티어링 휠의 조향각 및 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 상기 차량의 차속에 기초하여 이동거리를 계산하며, 상기 선회반경 및 상기 이동거리에 기초하여 상기 차량의 제1 이동경로를 추정하는 차량 이동경로 추정 단계;
상기 차량의 주변이 감지된 감지정보로부터 타겟을 확인하고, 상기 타겟의 제2 이동경로를 예측하는 타겟 이동경로 예측 단계;
상기 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 상기 충돌 판단 경계 영역, 상기 제1 이동경로, 상기 타겟 및 상기 제2 이동경로에 기초하여 상기 차량의 충돌 가능성을 판단하는 충돌 판단 단계; 및
상기 차량과 상기 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 차량 제어 단계를 포함하는 차량 제어 방법.
스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서;
차량의 차속을 감지하는 차속 센서;
상기 차량의 주변을 감지하는 주변 감지 센서;
상기 차량의 주변에 존재하는 타겟과 상기 차량 간의 충돌 가능성을 판단하고, 상기 충돌 가능성이 있으면, 상기 차량을 제어하는 차량 제어 장치; 및
상기 차량 제어 장치의 제어 동작에 따라 구동하는 구동 장치를 포함하되,
상기 차량 제어 장치는,
상기 조향각 센서로부터 조향각정보와 상기 차속 센서로부터 상기 차속정보 및 상기 주변 감지 센서로부터 감지정보를 입력받고,
상기 조향각 및 상기 차량의 조향비에 기초하여 선회반경을 계산하고, 상기 차속에 기초하여 이동거리를 계산하며, 상기 선회반경 및 상기 이동거리에 기초하여 상기 차량의 제1 이동경로를 추정하고,
상기 감지정보로부터 타겟을 확인하여 상기 타겟의 제2 이동경로를 예측하고,
상기 차량의 크기에 대응되는 충돌 판단 경계 영역을 설정하고, 상기 충돌 판단 경계 영역, 상기 제1 이동경로, 상기 타겟 및 상기 제2 이동경로에 기초하여 상기 차량의 충돌 가능성을 판단하고,
상기 차량과 상기 타겟 간의 충돌 가능성이 있는 경우, 경보 제어, 제동 제어 및 회피 제어 중 적어도 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.