KR20210031066A - 차량의 최적 속도 결정 방법 - Google Patents

차량의 최적 속도 결정 방법 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 최적 속도 결정 방법에 관한 것으로서, 차량이 교차로를 통과할 때 효율적이고 최적화된 가감속 속도 프로파일로 주행할 수 있도록 하기 위한 차량의 최적 속도 결정 방법을 제공하는데 주된 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어 대상 차량이 교차로에 진입하기 전에 내비게이션 정보, 교차로 정보 및 신호등 정보뿐만 아니라, 전방 차량 정보 및 근거리 교통 정보(즉, 교차로 정체 정보 등)를 함께 이용하여 차량의 교차로 무정차 통과를 유도하기 위한 최적 속도 및 최적 속도 프로파일을 결정 및 생성하는 차량의 최적 속도 결정 방법이 개시된다.

Description

차량의 최적 속도 결정 방법{Method for determining optimal velociy of vehicle}
본 발명은 차량의 최적 속도 결정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 교차로 통과를 위한 최적 속도를 결정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 운전자가 목적지를 입력하면 현재 위치로부터 목적지까지의 최적 경로를 탐색하여 운전자에게 음성과 이미지 형태로 탐색된 경로를 제공 및 안내하는 경로 안내 서비스가 대중화되고 있는 추세이다.
차량에서 경로 안내 서비스는 GPS(Global Positioning System) 센서, 차속 센서, 자이로 센서 등 다양한 센서가 탑재된 차량 항법 장치, 즉 내비게이션 장치에 의해 제공될 수 있다.
일반적으로 차량 운전자가 내비게이션 장치를 이용하여 도로정보 제공자에게 현재 위치 및 목적지 정보를 전송하면, 도로정보 제공자가 지리 정보 및 실시간 교통 정보 등을 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지의 최적 혹은 최단 경로 유도 데이터를 산출하고, 상기 산출된 경로 유도 데이터를 다시 내비게이션 장치로 전송한다.
상기한 경로 안내 서비스는 운전자에게 현재 위치에서부터 목적까지의 최단 또는 최적의 경로를 제공함으로써 초행길을 운전하는 운전자를 안전하게 목적지까지 인도할 수 있고, 예측할 수 없는 교통 상황에 대비할 수 있도록 하는 이점이 있다.
더 나아가, 향후에는 자율주행 기능이 탑재된 차량, 즉 현재 위치로부터 지정된 목적지까지 운전자 개입 없이 차량 상태 및 주변 환경 등을 인식하면서 완전하게 자동으로 주행할 수 있는 자율주행 차량이 출시될 예정이다.
현재 자율주행 차량의 수준을 보면, 운전자가 설정한 일정 속도 또는 일정 패턴의 속도로 주행하도록 차량을 제어하는 크루즈 컨트롤, 설정된 속도로 주행하면서 앞차와의 간격을 자동 조절하는 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(ASCC: Advanced Smart Cruise Control), 주행 차선의 유지 및 이탈 방지를 위한 차선이탈 경고 시스템(LDWS: Lane Departure Warning System) 및 차선유지 지원 시스템(LKAS: Lane Keeping Assist System) 등의 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS, Advanced Driver Assistance System)을 적용한 반자율 주행 수준에 도달해 있다.
또한, 향후 출시될 자율주행 차량에 있어, 실시간으로 변하는 교통 환경 및 주변 동적 장애물과의 충돌 회피 등을 고려하여 안정적인 주행 경로를 생성하는 기술, 그리고 생성된 주행 경로를 주행할 때의 차량 연비 최적화를 위한 속도 프로파일을 기반으로 차량이 주행하도록 유도하는 기술 등이 활발히 연구 및 개발 중에 있다.
이에 더하여, 전방에 교차로가 존재할 때 교차로에서의 교통 사고가 미연에 방지될 수 있도록 안전 주행을 유도하는 교차로 안전 주행 유도 기술이 요구되고 있다.
공지의 교차로 안전 주행 유도 장치나 방법에서는 차량이 외부로부터 전방의 교차로에 설치된 신호등 작동 정보를 수신하고, 수신된 전방의 신호등 작동 정보에 기초하여 차량의 교차로 통과 가능 여부를 판단한 뒤, 클러스터 등을 통해 신호등 주기, 교차로 통과 가능 여부 및 통과 가능 속도 등을 표시하여 운전자에게 안내하고 있다.
그러나, 공지의 교차로 안전 주행 유도 장치나 방법에서는 신호등 작동 정보를 기초로 교차로를 무정차로 통과하기 위한 통과 가능 속도를 예측할 뿐, 전방 차량 등의 교통 상황을 고려하지 않으므로 정확한 주행 유도가 불가능하다.
또한, 종래의 경우, 모터를 이용하여 주행하는 친환경 자동차에서 무정차 통과를 위한 통과 가능 속도를 예측할 때 선형적으로 속도를 감속 또는 가속시킬 뿐, 차량의 주행 에너지 회수 또는 감소량을 고려하지 않으며, 따라서 보다 효율적이고 최적화된 가감속 속도 프로파일로 차량의 주행을 제어할 필요가 있다.
종래에는 일반 차량(내연기관 차량 또는 비자율주행 차량) 및 자율주행 차량(전동화 차량 등)의 에너지 효율을 극대화하면서 안전하게 교차로를 통과할 수 있는 가감속 속도 제어에 관한 기술이 알려져 있지 않다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 일반 차량(내연기관 차량 또는 비자율주행 차량) 및 자율주행 차량(전동화 차량 등)이 전방의 교차로를 통과해야 할 때 근거리 교통 정보를 반영하여 보다 효율적이고 최적화된 가감속 속도 프로파일로 주행할 수 있도록 하기 위한 차량의 최적 속도 결정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량에 대해 에너지 효율을 극대화하면서 안전하게 교차로를 통과할 수 있도록 유도하기 위한 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 중인 제어 대상 차량에서 제어기가 내비게이션 장치로부터 내비게이션 정보를 수신하고, 내비게이션 정보로부터 전방의 교차로 위치 및 신호등 위치 정보를 취득하는 단계; 제어기가 차량 외부 시스템으로부터 수신되는 전방 교차로에서의 신호등 작동 정보 및 교차로 주변의 교통 정보를 입력받는 단계; 제어기가 상기 취득된 교차로 위치 및 신호등 위치 정보, 상기 입력된 신호등 작동 정보 및 교통 정보로부터 상기 교차로까지의 거리인 목표 거리와 제어 대상 차량이 상기 전방의 교차로에 진입할 수 있는 최소 시간인 목표 시간을 결정하는 단계; 및 제어기가 상기 결정된 목표 거리 및 목표 시간을 기초로 제어 대상 차량의 초기 위치로부터 교차로 위치까지의 시간 또는 거리에 따른 목표 속도를 결정하여 목표 속도 프로파일을 생성하는 단계를 포함하는 차량의 최적 속도 결정 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따르면, 차량의 에너지 손실을 최소화하거나 에너지 회수를 극대화하면서 교차로를 무정차로 통과할 수 있게 되고, 차량 에너지 효율의 극대화 및 연비 향상이 가능해진다.
또한, 운전자 관점에서 신호 시간 예측 불가로 인해 심리적인 불안감이 발생하는 상황을 예방할 수 있고, 운전자의 심리적 운행 안정감을 유도할 수 있으며, 교차로 신호 변경에 따른 사고 위험과 손실 에너지를 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 최적 속도 결정 과정을 수행할 수 있는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에서 제어 대상 차량이 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 차량 속도 결정 및 제어의 예시를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 속도 프로파일의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 최적 속도 결정 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 방법을 이용하여 제어 대상 차량이 다중 교차로를 무정차로 통과하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 차량이 전방의 교차로를 통과해야 할 때 근거리 교통 정보를 반영하여 보다 효율적이고 최적화된 가감속 속도 프로파일로 차량 주행이 이루어지도록 하기 위한 차량의 최적 속도 결정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 모터를 이용하여 주행하는 전동화 차량(모터 구동 차량)인 친환경 자동차에 유용한 것으로, 친환경 자동차에 대해 에너지 효율을 극대화하면서 안전하게 교차로를 통과할 수 있도록 유도하기 위한 최적 속도 결정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에서는 전방에 존재하는 교차로를 통과하기 전에 차량에서 수집되는 전방 차량 정보 및 신호등 작동 정보, 전방의 교통 흐름에 대한 실시간 교통 정보 등을 기초로 교차로 통과 전에 최적의 경제 속도 프로파일을 생성하고, 나아가 최적 속도를 운전자에게 알려주어, 운전자의 심리적 운행 안정감을 유도하는 것은 물론, 차량의 연비 향상과 효율적인 에너지 이용을 가능하게 한다.
특히, 본 발명에서는 차량이 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 거리(초기 위치로부터 교차로 위치까지의 거리) 기반의 최적 속도 프로파일(목표 속도 프로파일)을 생성하여 차량의 효율적인 무정차 교차로 통과가 가능하게 한다.
또한, 본 발명에서는 자율주행 차량의 경우 생성된 최적 속도 프로파일에 기초하여 차량이 최적 속도(목표 속도)로 주행할 수 있도록 차속을 제어함으로써, 에너지 효율을 극대화할 수 있는 교차로 무정차 통과를 유도하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 최적 속도 결정 과정을 수행할 수 있는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도시된 바와 같이, 차량의 속도 결정 과정을 수행하는 시스템은, 내비게이션 장치(11), 전방 차량 검출부(12), 신호등 정보 수신부(13), 교통 정보 수신부(14), 및 제어기(20)를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 시스템은 제어기(20)에서 결정된 최적 속도(목표 속도) 프로파일을 표시하는 표시부(31), 및 제어기(20)에 의해 상기 결정된 최적 속도 프로파일에 따라 차량의 자율주행이 이루어지도록 제어되는 차량의 구동장치(31) 및 제동장치(마찰제동장치)(33)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 차량이 전방의 교차로에 진입하기 전에 제어기(20)에서 교차로 정보 및 신호등 정보(위치 정보 및 작동 정보), 전방의 실시간 교통 정보를 기초로 교차로 통과 가능 여부를 판단하고, 교차로 통과시 에너지 손실을 최소화할 수 있는 최적 속도 프로파일(목표 속도 프로파일)을 생성한다.
여기서, 최적 속도 프로파일은 초기 위치에서의 차량 속도인 초기 차속으로부터 교차로 위치의 속도까지를 시간 또는 거리(또는 차량 위치)에 따른 최적 속도(목표 속도)로 정의하여 생성한 속도 프로파일이라 할 수 있다.
이때, 상기 거리는 후술하는 무정차 통과 제어 진입 시점의 초기 위치로부터 전방 교차로까지의 거리를 의미하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 공지의 친환경 자동차, 즉 차량을 구동하는 구동장치(31)로서 모터가 탑재된 전동화 차량의 경우 감속시 모터를 통해 회수되는 에너지를 최대화할 수 있는 최적 속도 프로파일을 생성한다.
도 1에 예시된 시스템의 구성 중 내비게이션 장치(11)에서는 운전자가 가고자 하는 목적지를 입력할 수 있고, 운전자가 목적지를 입력하면 현재 위치로부터 목적지까지의 최적 경로를 탐색하게 된다.
이 과정에서 내비게이션 장치(11)는 차량 외부 시스템인 도로정보 제공자에게 차량의 현재 위치 및 목적지 정보를 전송하고, 상기 도로정보 제공자는 지리 정보 및 실시간 교통 정보 등을 참조하여 현재 위치로부터 목적지까지의 최적 혹은 최단 경로 유도 데이터를 산출한 뒤 상기 산출된 경로 유도 데이터를 내비게이션 장치(11)로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명에서 내비게이션 장치(11)는 전방 교차로 및 신호등의 위치, 및 차량의 현재 위치, 현재 차속 등에 대한 실시간 정보를 제어기(20)에 전달할 수 있고, 이에 제어기(20)에서는 차량의 현재 위치에서 교차로 및 신호등까지의 거리 정보와 현재 차속 등의 정보를 실시간 정보로서 취득할 수 있다.
그리고, 전방 차량 검출부(12)는 전방 차량에 대한 정보를 검출할 수 있는 차량 내 센서를 포함하는 구성이 될 수 있고, 공지의 RADAR(RAdio Detection And Ranging) 센서 또는 LADAR(LAser Detection And Ranging) 센서를 포함하는 구성이 될 수 있다.
상기 전방 차량 검출부(12)에서는 전방 차량과의 거리 등 전방 차량에 대한 실시간 정보가 제어기(20)에 전달될 수 있다.
또한, 신호등 정보 수신부(13)는 차량 외부 시스템(V2I 시스템)으로부터 전송되는 신호등 작동 정보를 수신하여 제어기(20)에 입력하도록 구비되는 것으로, 차량에서의 실시간 신호등 작동 정보 수집을 위해서는 교통 신호 안내 및 타이밍 시스템인 SPaT(Signal Phase and Timing) 시스템이 이용될 수 있다.
최근 차량에서는 교차로에서 SPaT 시스템이 제공하는 신호등 작동 정보, 예를 들면 적색 신호, 청색 신호, 황색 신호, 좌회전 신호 등의 현재 신호 상태와, 현재 신호 상태가 다른 신호로 전환되기까지의 잔여 시간 정보 등을 HUD(Head-Up Display)와 같은 차량 디스플레이에 표시하고 있다.
본 발명에서 신호등 작동 정보는 신호등(신호기)이 나타내고 있는 적색, 청색, 황색의 신호 및 좌회전 신호 등의 신호 상태와 현재 신호 상태의 잔여 시간 정보를 포함하고, SPaT 시스템과 같은 차량 외부 시스템(V2I 시스템)이 제공하는 신호등 작동 정보를 차량 내 신호등 정보 수신부(13)가 수신하여 제어기(20)에 전달하게 된다.
또한, 교통 정보 수신부(14)는 외부 시스템으로부터 현재 위치 전방의 도로 및 교차로 주변의 실시간 교통 상황 정보를 수신하기 위한 것으로, 차량에서의 실시간 교통 정보 수집을 위해서는 V2I(Vehicle to Infrastructure) 시스템의 이용이 가능하고, 예로서 지능형 교통 시스템(Intelligent Transport System, 이하 'ITS'라 칭함)이 이용될 수 있다.
본 발명에서는 ITS가 제공하는 근거리 교통 정보를 차량의 교통 정보 수신부(14)가 수신하여 제어기(20)에 전달할 수 있다.
이에 제어기(20)에서는 교통 정보 수신부(14)를 통해 전달되는 실시간 교통 정보로부터 차량 현위치 전방의 교통량과 교차로 및 그 주변 도로에서의 교통량 정보를 취득할 수 있고, 또한 차량 현위치에서 교차로까지의 차량 정체 상태, 교차로 및 그 교차로 주변의 차량 정체 상태 등을 파악할 수 있게 된다.
본 발명에서 교차로 및 신호등과 관련된 정보, 즉 교차로와 신호등의 위치 및 차량으로부터의 거리, 그리고 교차로 신호등의 신호 상태와 잔여 시간 정보, 교통 정보는, 전방의 1차 교차로 및 그 신호등뿐만 아니라, 1차 교차로 전방의 2차 교차로 및 그 신호등에 대한 정보까지 포함하는 것이 될 수 있다.
나아가, 차량의 주행 경로상에 존재하는 N개의 교차로 및 신호등에 대한 정보로 확장 가능하다.
한편, 본 발명에서 제어기(20)는 차량 전방의 교차로 통과 가능 여부를 판단하고, 교차로 통과를 위한 최적 속도를 결정하여 속도 프로파일을 생성한다.
본 발명에서 제어기(20)는 일반 차량(내연기관 차량 또는 비자율주행 차량) 및 자율주행 차량(전동화 차량 등)의 상위 제어기(20)로 구현 가능하며, 차량 주행 중 내비게이션 장치(11), 전방 차량 검출부(12), 신호등 정보 수신부(13) 및 교통 정보 수신부(14)를 통해 수집되는 실시간 정보를 이용하여, 전방의 교차로 통과 가능 여부를 판단하고, 차량이 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 최적의 통과 가능 속도를 계산한다.
이때, 최적의 통과 가능 속도는 모터 등의 전동화 파워트레인이 탑재된 전동화 차량의 경우 회생 에너지를 극대화(최대화)할 수 있는 속도 또는 구동 에너지의 손실을 최소화할 수 있는 속도에 의해 정해지는 속도 프로파일이 될 수 있고, 일반 차량의 경우 에너지 손실을 최소화할 수 있는 속도 프로파일이 될 수 있다.
자율주행 차량의 경우, 전방 차량을 단순히 추종(following)하도록 한다면, 갑작스러운 신호 변경시 급제동 또는 급가속을 회피할 수 없고, 그로 인해 운전자에게 주행 안정감을 제공할 수 없다.
따라서, 자율주행 차량에서는 전방 차량을 단순히 추종하는 것이 아닌 통과 가능 여부 판단 결과와 상기 결정된 최적 속도 프로파일을 기준으로 차속을 제어하는 것이 필요하다.
본 발명에서 제어기(20)는 정보 수신을 통해 취득되는 교차로 정보 및 신호등 정보(위치 정보 및 작동 정보), 전방 차량과의 거리, 교통 정보 등의 실시간 취득 정보를 이용하여 목표 거리 및 목표 시간을 결정한다.
이때, 교차로 및 신호등 정보는 전방의 1차 교차로 및 신호등 정보와 그 전방의 2차 교차로 및 신호등 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제어기(20)는 제어 진입 시점의 차속을 초기 속도로 하여 목표 거리 및 목표 시간까지 도달하기 위한 시간별 최적 속도 프로파일 또는 거리(또는 차량 위치)별 최적 속도 프로파일을 결정 및 생성하고, 그 결과를 표시부(31)를 통해 표시하여 운전자에게 알려주거나, 자율주행 차량의 경우 최적 속도 프로파일을 바탕으로 차량을 구동하는 구동장치(31)(모터, 또는 엔진, 또는 모터와 엔진)의 작동을 제어하여 차량이 목표 속도로 주행할 수 있도록 한다.
도 2 및 도 4는 본 발명에서 제어 대상 차량이 전방의 교차로 도달 전에 적색 신호등 상태에서 전방에 타 차량이 정차 중에 있는 경우 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 차량 속도 결정 및 제어의 예시를 보여주고 있다.
도 4는 본 발명에서 속도 프로파일의 예를 도시한 도면이다.
본 발명에서는 제어 대상 차량이 주행하는 동안 차량의 제어기(20)가 내비게이션 장치(11), 전방 차량 검출부(12), 신호등 정보 수신부(13) 및 교통 정보 수신부(14)를 통해 수집되는 실시간 정보를 이용하여, 목표 거리 및 목표 시간을 결정하고, 전방의 교차로 통과 가능 여부를 판단하며, 차량이 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 최적 속도를 계산한다.
보다 상세하게는, 본 발명에서 제어 대상 차량의 제어기(20)는 차량이 전방의 교차로를 향해 주행하고 있을 때 차량이 전방의 교차로를 무정차로 통과할 수 있도록 하기 위한 무정차 통과 제어 과정을 실시하고, 이러한 무정차 통과 제어 과정은, 차량이 전방의 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 최적 속도를 결정하고 최적 속도 프로파일을 생성하는 과정을 포함한다.
먼저, 목표 거리(Dtarget)와 목표 시간(ttarget)을 결정하기 위해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 대상 차량이 전방의 교차로를 향해 주행하고 있을 때, 무정차 통과 제어 진입 시점은 제어 대상 차량의 제어기(20)가 전방 교차로 정보 및 신호등 정보(위치 정보 및 작동 정보), 전방 교차로 주변의 교통 정보를 수신 및 전방 교차로를 인지한 시점이 된다.
또한, 무정차 통과 제어 진입 시점에서의 차량 위치를 초기 위치라 한다면, 즉 전방의 교차로 정보 및 신호등 정보, 교통 정보를 처음 인식할 수 있는 차량 위치(도 2에서 거리 'D0'의 위치)를 초기 위치라 한다면, 제어기(20)는 초기 위치로부터 전방 차량과의 거리(Dveh_f)와 초기 위치로부터 교차로까지의 거리인 목표 거리(Dtarget)를 인식한다.
이는 제어 대상 차량의 제어기(20)가 차량의 내비게이션 장치(11)에서 전달되는 내비게이션 정보, 그리고 차량 외부 시스템(V2I 시스템, 예를 들면, SPaT 시스템, ITS 시스템 등)으로부터 전송되어 차량의 신호등 정보 수신부(13) 및 교통 정보 수신부(14)를 통해 수신되는 정보, 그리고 차량의 전방 차량 검출부(12)에서 검출되는 전방 차량 정보를 이용하여 실행할 수 있다.
이 과정에서 제어 대상 차량의 제어기(20)가 내비게이션 장치(11)로부터 수신하는 내비게이션 정보는 전방의 교차로 위치 및 신호등 위치, 차량 현재 위치 등의 정보를 포함한다.
또한, 제어 대상 차량의 제어기(20)는 교통 정보 수신부(14)를 통해 실시간 근거리 교통 정보를 수신하여 차량 현위치 전방의 교통량과 교차로 및 그 주변 도로에서의 교통량 정보를 취득할 수 있고, 또한 차량 현위치에서 교차로까지의 차량 정체 상태, 교차로 및 그 교차로 전방의 차량 정체 상태 등을 파악할 수 있게 된다.
또한, 전방 차량 검출부(12)에 의해 검출되는 전방 차량 정보는 전방 차량과의 거리 등의 실시간 정보를 포함할 수 있고, 제어기(20)는 전방 차량 정보를 통해서도 전방의 차량 정체 정보를 인지할 수 있다.
즉, 제어 대상 차량의 제어기(20)는 내비게이션 정보인 차량의 현재 위치와 전방의 교차로 위치, 그리고 상기 전방 차량과의 거리로부터 교체로 진입 전에 존재하는 정체 차량들의 길이인 총 정차 거리를 결정하는 것이 가능하다.
물론, 제어기(20)가 교통 정보 수신부(14)를 통해 수신되는 실시간 교통 정보를 이용하여 총 정차 거리를 인지하도록 하는 것도 가능하다.
여기서, 총 정차 거리는 교차로에 진입하려는 전방 차량(전방 정체 차량)들의 총 정체 거리를 의미하고, 교차로 위치로부터 제어 대상 차량 바로 앞의 정차 차량까지의 거리를 의미하는 것일 수 있다.
이하의 설명에서 제어기(20)는 제어 대상 차량의 제어기(20)를 의미하고, 제어 대상 차량은 본 발명에 따른 방법이 실시되는 차량을 의미한다.
또한, 제어기(20)는 현재 신호등이 적색 신호 상태이더라도 이후의 녹색 신호 변경 시점부터 전방 차량(전방 정체 차량)들이 모두 교차로를 통과할 수 있는 시간(tveh_f)을 계산한다.
이때, 제어기(20)는 메모리에 미리 저장된 통계 데이터를 이용하여 정체 중인(즉, 정차 중인) 전방 차량의 교차로 통과 시간(tveh_f)을 예측할 수 있으며, 전방 차량의 교차로 통과 시간으로서, 총 정차 거리로부터 전방의 마지막 정차 차량, 즉 제어 대상 차량의 바로 앞에 있는 정체 차량(전방의 정체 차량들 중 가장 뒤에 있는 전방 차량)의 교차로 통과 시간을 통계적인 방법으로 예측할 수 있다.
결국, 제어기(20)에서는 제어 대상 차량이 교차로에 진입할 수 있는 최소 시간인 목표 시간(ttarget)이 결정될 수 있는데, 상기 목표 시간(ttarget)은 적색 신호의 잔여 시간(tred)과 전방 차량의 교차로 통과 시간(tveh_f)을 합한 시간으로 결정될 수 있다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 무정차 통과 제어의 진입 및 시작 시점부터 제어 대상 차량이 'Vf'의 차속으로 목표 거리(Dtarget)를 상기 최소 시간인 목표 시간(ttarget) 동안 주행을 하면 전방의 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 것이다.
만약, 제어기(20)가 목표 거리(Dtarget)와 목표 시간(ttarget)을 계산하였을 때 교차로 통과가 불가능하다고 판단한 경우 교차로 통과 불가 정보를 표시부(31)를 통해 표시하여 운전자에게 안내한다.
또한, 제어기(20)에서 전방의 1차 교차로 및 그 신호등의 정보, 교통 정보를 통해 상기와 같은 목표 거리 및 목표 시간의 계산, 교차로 통과 가능 여부의 판단 등이 수행되고 나면, 그 이후의 2차 교차로 및 신호등의 정보, 교통 정보의 수신 가능 여부에 따라 전방의 2차 교차로 정보 및 그 신호등의 정보, 교통 정보를 이용하여 2차 교차로의 무정차 통과를 위한 목표 거리 및 목표 시간을 계산할 수 있다.
다음으로, 제어기(20)의 교차로 통과 가능 판단 시, 즉 제어기(20)가 교차로를 무정차로 통과 가능한 것으로 판단한 경우, 제어 진입 시점의 초기 차속(V0)과 목표 거리(Dtarget), 최소 시간인 목표 시간(ttarget)을 입력 값으로 하여 제어 진입 시점의 초기 위치(제어 대상 차량과의 거리 D = D0 = 0)로부터 교차로 위치(제어 대상 차량과의 거리 D = Dtarget)까지에 대해 에너지 소모를 최소화할 수 있는 최적 속도 프로파일(V*(D))을 계산한다.
도 4의 예와 같이 입력 조건을 만족시킬 수 있는 속도 프로파일은 임의적으로 무수히 많을 수 있으나. 제어기(20)에서 차량의 파워트레인 구조에 따라 에너지 손실을 최소화하거나 에너지 회수를 최대화할 수 있는 최적 속도 프로파일(V*(D))은 하나로 결정될 수 있다.
이는 수학적 최적 제어 이론에 근거를 두어 파워트레인 정보와 초기 입력 조건인 초기 차속(V0), 목표 거리(Dtarget), 목표 시간(ttarget), 그리고 속도 제한과 같은 구속 조건 등을 기초로 그에 따른 최적 속도 프로파일을 도출 및 생성할 수 있도록 한 알고리즘으로 구현할 수 있다.
결국, 제어기(20)에서는 무정차 통과 제어 진입 후 교차로 통과가 가능한 것으로 판단하였을 때 표시부(31)를 통해 상기와 같이 결정된 최적 속도 및 최적 속도 프로파일 정보와 신호등의 잔여 시간(다음 신호 변화시까지의 시간) 등을 표시하여 운전자로 하여금 최적 속도로 차량을 운전하도록 유도한다.
만약, 자율주행 기능이 탑재된 차량의 경우에는 제어기(20)가 교차로 통과 가능 여부를 판단한 후 최적 속도 프로파일을 생성하고 나면, 차량이 최적 속도 프로파일을 따라 주행할 수 있도록 차량의 구동장치(31) 및 제동장치(33)의 작동을 제어하는 최적 가/감속 제어를 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 최적 속도 결정 과정을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 설명하면, 차량의 주행 동안 제어기(20)는 실시간 내비게이션 정보를 수신한다.
또한, 제어기(20)는 신호등 정보 수신부(13) 및 교통 정보 수신부(14)를 통해 신호등 작동 정보 및 교통 정보 등을 실시간으로 수신하며, 전방 차량 검출부(12)에 의해 검출되는 실시간 전방 차량 정보를 수신한다.
이때, 제어기(20)는 전방에 위치한 교차로 및 신호등의 위치를 확인하여 전방 교차로를 인지하고 나면(S1), 미리 설정된 목적지까지의 주행 경로를 확인하여 차량이 교차로 진입시 직진 주행을 해야 하는지, 아니면 좌회전 주행을 해야 하는지를 확인한다(S2,S4).
여기서, 직진 주행으로 판단한 경우, 제어기(20)는 전방 교차로 진입 전인 현재 시점의 신호등 작동 정보로부터 교차로의 신호등 신호 상태가 적색이거나 좌회전 신호인지를 판단한다(S3).
만약, 직진 주행을 해야 함에도 교차로에서의 신호 상태가 적색이거나 좌회전 신호인 경우, 제어기(20)는 차량 외부 시스템으로부터 교통 정보 수신부(14)를 통해 수신되는 교통 정보, 예를 들어 ITS 또는 교차로의 도로 정보 송출 장치에서 전송되어 교통 정보 수신부(14)를 통해 수신되는 교차로 정차 차량 정보를 이용하여 전방의 교차로 진입 전에 정차 차량이 있는 지를 판단한다(S7).
즉, 제어기(20)가 수신되는 교차로 정차 차량 정보를 이용하여 전방의 교차로 진입 전에 정차 차량이 있는지를 판단하는 것이 가능하다.
여기서, 교차로 진입 전의 전방에 정차 차량이 있는 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 교차로 전에 정차되어 있는 전방 차량들의 총 정차 거리(정차 차량들의 길이)를 결정한다(S9).
이는 내비게이션 정보로부터 얻어지는 제어 대상 차량의 현재 위치와 교차로까지의 남은 거리에 대한 정보, 전방 차량 검출부(12)에 의해 검출된 전방 차량과의 거리 정보 등을 이용하여 결정할 수 있다.
또한, 제어기(20)는 적색 신호 또는 좌회전 신호의 잔여 시간을 수신하고(S9), 이어 차량이 교차로까지 주행해야 하는 목표 거리와 교차로 통과 시점까지의 목표 시간을 도출한다(S11).
또는 S7 단계에서 제어기(20)가 교차로 진입 전의 전방에 정차 차량이 없는 것으로 판단한 경우, 적색 신호 또는 좌회전 신호의 잔여 시간을 수신하고(S10), 목표 거리와 목표 시간을 도출한다(S11).
이어, 제어기(20)는 목표 거리와 목표 시간에 대한 정보와 함께 현재 차량 위치와 현재 차속을 바탕으로 최적 속도 프로파일을 생성하고(S12), 표시부(31)를 통해 최적 속도(목표 속도)를 표시하여 운전자에게 안내한다(S14).
만약, 자율주행 기능이 탑재되어 있는 차량의 경우, 제어기(20)는 자율주행 기능 작동 여부를 판단하여 표시부(31)를 통해 최적 속도(목표 속도) 또는 최적 속도 프로파일을 표시하여 안내하거나(S13,S14), 해당 최적 속도 프로파일에 따라 차량이 주행할 수 있도록 차량의 구동장치(31)와 제동장치(33)의 작동을 제어하는 차속 제어를 수행한다(S15).
또한, S3 단계에서 제어기(20)는 교차로의 신호등 신호 상태가 녹색 신호인 경우, 녹색 신호의 잔여 시간을 확인한 뒤(S6), 전방 차량 검출부(12)에 의해 검출되는 전방 차량의 속도와 제어 대상 차량의 속도를 바탕으로 교차로 진입까지의 필요 시간을 계산하고, 이 필요 시간을 녹색 신호의 잔여 시간과 비교하여 교차로 통과 가능 여부를 판단한다.
만약, 녹색 신호의 잔여 시간이 필요 시간보다 긴 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 교차로 통과가 가능한 것으로 판단하고, 도로의 제한 차속 및 전방 차량의 속도, 녹색 신호의 잔여 시간을 기초로 목표 거리 및 목표 시간을 결정한 뒤(S11), 차량의 현재 위치에서 교차로 위치까지 위치 및 거리에 대한 최적 속도(목표 속도)를 정의한 최적 속도 프로파일을 생성한다(S12).
또한, 최적 속도 프로파일을 생성하고 나면, 마찬가지로 표시부(31)를 통해 최적 속도(목표 속도)를 표시하여 운전자에게 안내하거나(S13,S14), 자율주행 차량의 경우 최적 속도 프로파일에 따라 차량이 주행할 수 있도록 차속 제어를 수행한다(S13,S15).
안내시에는 차량 가속이 필요한 경우 전방 차량의 거리 및 제한 속도를 고려하여 운전자에게 차량의 가속을 안내할 수 있다.
한편, 전방 교차로에서 좌회전 주행 예정이라면(S4), 제어기(20)는 신호등 작동 정보로부터 현재 전방 교차로의 신호등이 좌회전 신호 상태인지를 판단하고(S5), 좌회전 신호 상태인 경우, 좌회전 신호의 잔여 시간을 수신하여 확인한 뒤(S8), 전방 차량 검출부(12)에 의해 검출되는 전방 차량의 속도와 제어 대상 차량의 속도를 바탕으로 교차로 진입까지의 필요 시간을 계산하고, 이 필요 시간을 좌회전 신호의 잔여 시간과 비교하여 교차로 통과 가능 여부를 판단한다.
만약, 좌회전 신호의 잔여 시간이 필요 시간보다 긴 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 교차로 통과가 가능한 것으로 판단하고, 도로의 제한 차속 및 전방 차량의 속도, 녹색 신호의 잔여 시간을 기초로 목표 거리 및 목표 시간을 결정한 뒤(S11), 차량의 현재 위치에서 교차로 위치까지 위치 및 거리에 대한 최적 속도(목표 속도)를 정의한 최적 속도 프로파일을 생성한다(S12).
이 경우에도, 최적 속도 프로파일을 생성하고 나면, 마찬가지로 표시부(31)를 통해 최적 속도(목표 속도)를 표시하여 운전자에게 안내하거나(S13,S14), 자율주행 차량의 경우 최적 속도 프로파일에 따라 차량이 주행할 수 있도록 차속 제어를 수행한다(S15).
물론, 자율주행 차량인 경우에도 자율주행 기능을 오프한 상태라면, 일반 차량에서와 마찬가지로 표시부(31)를 통해 최적 속도(목표 속도)를 표시하여 운전자에게 안내한다(S13,S14),
안내시에는 차량 가속이 필요한 경우 전방 차량의 거리 및 제한 속도를 고려하여 운전자에게 차량의 가속을 안내할 수 있다.
반면, S5 단계에서 좌회전 신호 상태가 아닌 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 마찬가지로 S7, S9-S15 단계를 진행하고, 다만 이때 적색 또는 녹색 신호 상태이므로 S9 단계와 S10 단계에서 적색 신호 또는 녹색 신호의 잔여 시간을 수신하여 이용한다.
도 6은 본 발명의 방법을 이용하여 제어 대상 차량이 다중 교차로를 무정차로 통과하는 예를 설명하기 위한 도면으로, V2I 시스템의 통신 거리가 향상되고, 나아가 차량과 차량 간의 무선 통신, 즉 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신이 가능한 경우, 그리고 주행 경로 상의 내비게이션 정보와 교차로 정보 수신이 가능한 경우, 제어 대상 차량의 도심 주행 시 전방 1개의 교차로가 아닌 주행 경로 상의 N개의 교차로 신호등 정보에 대한 차량 속도 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 최적 속도 결정 방법을 기본으로 하여 가능한 많은 교차로 정보 및 차량 통행 정보를 수집하여 미래의 차량 최적 속도를 예측할 수 있으며, 이를 운전자에게 표시 또는 자율주행 차량의 속도를 제어하여 교차로 무정차 통과를 유도할 수 있다.
교차로 1에 대한 목표 거리와 목표 시간을 계산한 후 최적 속도 프로파일 정보를 실시간으로 운전자에게 전달하면서, 이와 동시에 교차로 2와 그 이후의 교차로에 대한 정보(교차로 정보, 신호등 정보, 교통 정보 등)를 수신하여, 주행 경로 상의 교차로 N에 대한 목표 거리와 목표 시간에 대한 정보를 바탕으로 각 교차로의 1차적인 목표 거리, 목표 시간을 설정한다.
이후 각 교차로를 지나면서 전방 교차로에 해당하는 정보를 통해 최적 속도 프로파일을 계산하여 교차로 무정차 통과를 유도한다.
또한, 자율주행 차량의 경우 해당 최적 속도 프로파일을 기준(reference) 정보로 이용하여 전방 차량과의 상대 속도를 고려해 제어 대상 차량의 속도를 제어한다.
이와 같이 하여, 본 발명은 차량의 교차로 통과를 위한 최적 속도 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 전방의 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 차량의 최적 속도 결정 방법에 관한 것이다.
그리고, 전술한 바와 같이, 본 발명은 제어 대상 차량이 교차로에 진입하기 전에 내비게이션 정보, 교차로 정보 및 신호등 정보뿐만 아니라, 전방 차량 정보 및 근거리 교통 정보(즉, 교차로 정체 정보 등)를 함께 이용하여 차량의 교차로 무정차 통과를 유도하기 위한 최적 속도 및 최적 속도 프로파일을 결정 및 생성하고, 최적 속도에 관한 정보를 운전자에게 제공하거나, 또는 최적 속도를 추종하도록 자율주행 차량의 차속을 제어하는 것에 특징이 있다.
본 발명에서 최적 속도 프로파일은 제어 대상 차량이 초기 위치에서 교차로 위치까지 이동하는 동안 제어 대상 차량과 교차로 사이의 거리(D) 또는 차량 위치에 따른 최적 속도로 정의되는 것으로, 전술한 바와 같이 초기 차속, 목표 거리와 목표 시간, 전방 차량 정보, 실시간 교통 정보 등을 이용하여 생성될 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 차량의 에너지 손실을 최소화하거나 에너지 회수를 극대화하면서 교차로를 무정차로 통과할 수 있게 되고, 차량 에너지 효율의 극대화 및 연비 향상이 가능해진다.
또한, 운전자 관점에서 신호 시간 예측 불가로 인해 심리적인 불안감이 발생하는 상황을 예방할 수 있고, 운전자의 심리적 운행 안정감을 유도할 수 있으며, 교차로 신호 변경에 따른 사고 위험과 손실 에너지를 최소화할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 내비게이션 장치
12 : 전방 차량 검출부
13 : 신호등 정보 수신부
14 : 교통 정보 수신부
20 : 제어기
31 : 표시부
32 : 구동장치
33 : 제동장치

Claims (14)

  1. 주행 중인 제어 대상 차량에서 제어기가 내비게이션 장치로부터 내비게이션 정보를 수신하고, 내비게이션 정보로부터 전방의 교차로 위치 및 신호등 위치 정보를 취득하는 단계;
    제어기가 차량 외부 시스템으로부터 수신되는 전방 교차로에서의 신호등 작동 정보 및 교차로 주변의 교통 정보를 입력받는 단계;
    제어기가 상기 취득된 교차로 위치 및 신호등 위치 정보, 상기 입력된 신호등 작동 정보 및 교통 정보로부터 상기 교차로까지의 거리인 목표 거리와 제어 대상 차량이 상기 전방의 교차로에 진입할 수 있는 최소 시간인 목표 시간을 결정하는 단계; 및
    제어기가 상기 결정된 목표 거리 및 목표 시간을 기초로 제어 대상 차량의 초기 위치로부터 교차로 위치까지의 시간 또는 거리에 따른 목표 속도를 결정하여 목표 속도 프로파일을 생성하는 단계를 포함하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초기 위치는 제어기가 상기 전방의 교차로 위치 및 신호등 위치 정보와 상기 신호등 작동 정보 및 교통 정보를 입력받아 전방 교차로를 인지한 시점의 제어 대상 차량 위치인 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 시간은 상기 신호등 작동 정보 중 현재 신호 상태의 잔여 시간과 제어 대상 차량의 전방에 존재하는 교차로 진입 전 정체 차량들의 교차로 통과 시간을 합한 시간으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 교통 정보로부터 상기 교차로 진입 전 정체 차량들의 길이인 총 정차 거리를 취득하고,
    상기 총 정차 거리로부터 저장된 통계 데이터를 이용하여 정체 차량들의 교차로 통과 시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 제어 대상 차량에서 전방 차량 검출부에 의해 검출되는 전방 차량까지의 거리와, 내비게이션 정보인 제어 대상 차량의 현재 위치 및 전방의 교차로 위치 정보로부터 제어 대상 차량의 전방에 존재하는 교차로 진입 전 정체 차량들의 길이인 총 정차 거리를 결정하고,
    상기 총 정차 거리로부터 저장된 통계 데이터를 이용하여 정체 차량들의 교차로 통과 시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 속도 프로파일은, 초기 위치에서의 차량 속도인 초기 차속으로부터 교차로 위치의 속도까지를, 시간 또는 거리에 따른 목표 속도로 정의하여 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 목표 속도 프로파일은 차량이 목표 거리를 목표 시간 동안 주행할 경우 상기 전방의 교차로를 무정차로 통과할 수 있는 속도 프로파일인 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 목표 속도 프로파일은 초기 위치로부터 교차로 위치까지에 대해 에너지 소모가 최소화되는 속도 프로파일 또는 회수 에너지가 최대화되는 속도 프로파일인 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기에서 목표 속도 프로파일은 초기 위치에서의 차량 속도인 초기 차속과 목표 거리, 목표 시간을 입력 값으로 하는 설정된 알고리즘에 따라 구해지는 것으로서, 초기 위치로부터 교차로 위치까지에 대해 에너지 소모가 최소화되는 속도 프로파일로 정해지는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기에서 목표 속도 프로파일은 초기 위치에서의 차량 속도인 초기 차속과 목표 거리, 목표 시간을 입력 값으로 하는 설정된 알고리즘에 따라 구해지는 것으로서, 초기 위치로부터 교차로 위치까지에 대해 회수되는 에너지가 최대화되는 속도 프로파일로 정해지는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 초기 위치에서의 차량 속도인 초기 차속과 목표 거리, 목표 시간, 도로의 제한 속도 및 전방 차량 정보를 기초로 목표 속도 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 제어 대상 차량이 교차로를 통과할 때까지 상기 생성된 목표 속도 프로파일에 따라 목표 속도에 대한 정보가 표시부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 제어 대상 차량이 교차로를 통과할 때까지 상기 생성된 목표 속도 프로파일에 따라 주행하도록 제어 대상 차량의 차속 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 신호등 작동 정보 중 현재 신호 상태의 잔여 시간을 확인하고,
    상기 제어 대상 차량에서 전방 차량 검출부에 의해 검출되는 전방 차량의 속도와 제어 대상 차량의 속도를 기초로 교차로 진입까지의 필요 시간을 계산하며,
    상기 계산된 필요 시간과 상기 현재 신호 상태의 잔여 시간을 비교하여 제어 대상 차량의 교차로 무정차 가능 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 최적 속도 결정 방법.
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