KR20210068223A - 자율주행 주행경로에 필요한 신호등 체계 분석 시스템 - Google Patents

자율주행 주행경로에 필요한 신호등 체계 분석 시스템 Download PDF

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이영주
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Abstract

교통정보를 수집하는 서버; 및 상기 서버와 통신하며, 상기 서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하고, 상기 최적경로로 자율 주행하는 자율주행 차량;을 포함하며, 상기 서버로부터 제공되는 교통정보는 상기 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 시스템을 제공한다.

Description

자율주행 시스템{AUTONOMOUS DRIVING SYSTEM}
본 발명은 자율주행 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 출발지부터 목적지에 이르는 주행경로에 위치한 신호등 체계를 분석하여 최소 주행시간으로 목적지에 도달할 수 있는 자율주행 시스템에 관한 것이다.
자율주행 차량은 자동차에 탑재된 각종 센서를 통해 도로에 존재하는 차량, 보행자, 장애물 등을 인식하여 위험을 판단하고, 주행경로를 계획해 자율적으로 운행될 수 있다.
이러한 자율주행 차량은 GPS를 이용한 차량항법 시스템이 적용되어, 목적지가 지정되면, 그에 대응하는 주행경로를 탐색하여 위성으로부터 차량의 현재위치, 진행방향 등을 파악하고, 주행궤적을 추적하며 목적지까지 자율주행으로 도달할 수 있다.
이때, 자율주행 차량의 경로 설정에 관한 기술은 대한민국 공개 특허공보 제10-2018-0053142(출원일 : 2016. 11 .11., 공개일 2018. 05. 21., 이하, ‘종래기술’이라 칭함.)에 제시된 바 있다.
한편, 출발지부터 목적지까지 도달하는 주행경로는 다수개가 존재할 수 있으며, 자율 주행 자동차는 목적지까지의 도로사정을 파악하여 정체 구간이나 혼잡한 지역을 우회하거나 피할 수 있도록 최소 주행시간이 반영된 최적경로를 생성하고, 해당 경로로 주행하는 것이 바람직하다.
그러나, 자율주행 차량의 주행경로에는 다수개의 신호등이 존재하며, 신호등 체계로 인해 자율주행 차량의 주행시간이 좌우될 수 있으므로, 자율주행 차량이 종래기술로부터 선정된 최적경로로 주행한다 하더라도 종래기술은 도로형태와 장애물정보에 기초하여 자율주행 차량이 주행할 최적경로를 선정하기에, 그 주행시간이 다수개의 경로들 중 최소가 되는 것은 아니다.
즉, 도로 환경정보뿐 아니라 도로 교통정보를 반영한 최적경로로 주행함으로써, 최소 주행시간으로 안전하게 목적지에 도착할 수 있는 자율주행 시스템의 개발이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 도로 교통정보를 반영한 최적경로를 선정하여, 최소 주행시간으로 목적지에 도달할 수 있는 자율 주행 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템은 교통정보를 수집하는 서버; 및 상기 서버와 통신하며, 상기 서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하고, 상기 최적경로로 자율 주행하는 자율주행 차량;을 포함하며, 상기 서버로부터 제공되는 교통정보는 상기 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 서버는, 정밀지도 정보가 저장된 데이터베이스; 교통관제 서버 및 상기 자율주행 차량과 통신하는 통신부; 상기 교통관제 서버로부터 수신된 교통정보가 수집되는 수집부; 및 상기한 각부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자율주행 차량은, 상기 서버와 통신하는 통신모듈; 주행환경을 감지하는 센싱모듈; 상기 서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하는 경로 결정모듈; 상기한 구성을 제어하며, 상기 경로 결정모듈을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경로 결정모듈은, 정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된 저장부; 상기 저장부에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출하는 경로 추출부; 상기 경로 추출부에서 추출된 주행경로에 존재하는 신호등 위치 및 체계를 포함하는 신호등 정보를 분석하여, 주행시간을 연산하는 연산부; 상기 연산부에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정하는 최적경로 결정부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 연산부는, 상기 자율주행 차량이 상기 최적경로에 위치하는 신호등 중 어느 하나의 신호등에 도달한 경우에 상기 신호등의 신호의 색 및 종류, 상기 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 해당 위치에서의 정지여부를 포함하는 주행정보에 대해 예측하고, 해당 위치를 지나가는 동안 소요되는 시간을 고려하여, 주행경로에 대한 주행시간을 연산하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 자율주행 차량은 서버로부터 출발점부터 도착점까지 이르는 다수개의 주행경로 중 주행경로 상에 위치한 신호등 정보를 제공받아, 주행경로에 위치한 신호등 체계를 분석하여 최소시간 주행 가능한 주행경로를 최적경로로 결정하고, 해당 경로로의 운행을 수행할 수 있다.
둘째. 도로 환경정보뿐 아니라 도로 교통정보가 반영된 최적경로를 따라 주행하는 자율주행 차량은 안전한 주행을 수행하면서도, 최소 주행시간으로 목적지에 도달할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 시스템을 도시한 개략도이이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 시스템(10)은 서버(100) 및 자율주행 차량(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
서버(100)는 교통정보를 수집한다. 이때, 서버(100)는 후술할 통신부(120)를 통해 외부서버 및 외부장치와 무선 통신을 수행하며, 무선통신 방식은 4G, 5G와 같은 이동통신망을 통한 데이터 통신 또는 RF 등을 통한 데이터 통신이 채택될 수 있다. 여기서, 교통관제 서버(300)로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 신호등 위치 및 체계를 포함한 신호등 정보를 포함하는 교통정보, 날씨 통행자 등의 인프라 정보 제공과 같이 자율주행 차량(200)를 운행하기 위한 각종 정보의 제공이 가능한 장치 또는 서버라면 그 어느 것이라도 적용될 수 있다. 또한, 외부장치는 자율주행 차량(200)를 의미한다.
이때, 서버(100)는 데이터베이스(110), 통신부(120), 수집부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
데이터베이스(110)는 정밀지도 정보가 저장되어 있으며, 좀 더 구체적으로는 자율주행 차량(200)의 운행이 가능한 지역에 대한 정밀지도 정보가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 정밀지도 정보 외에도 인프라 정보, 후술할 자율주행 차량(200)로부터 감지된 주행환경 정보 등이 저장될 수 있다. 이때, 인프라 정보 및 주행환경 정보는 기존 정밀지도 정보에 업데이트되어, 자율주행 차량(200)에 제공될 수 있다. 즉, 서버(100)와 자율주행 차량(200) 간의 데이터 교환을 통해 각 장치가 구비한 기존 정밀지도 정보가 지속적으로 업데이트 될 수 있다.
통신부(120)는 교통관제 서버(300) 및 자율주행 차량(200)와 통신한다.
수집부(130)는 교통관제 서버(300)로부터 수신된 교통정보가 수집된다. 이때, 교통정보는 신호등 위치 및 체계를 포함한 신호등 정보, 교통 혼잡구간 , 공사구간, 교통사고구간 등이 포함될 수 있으며, 후술할 자율주행 차량(200)가 최적경로를 결정하는데 이용되는 기초자료로 제공될 수 있다.
제어부(140)는 데이터베이스(110), 통신부(120) 및 수집부(130)를 제어한다. 이때, 제어부(140)는 수집부(130)에 실시간 수집된 교통정보를 데이터베이스(110)에 반영하고, 실시간 업데이트된 정밀지도 정보 또는 실시간 수집되는 교통정보를 자율주행 차량(200)로 제공하도록 제어할 수 있다.
참고로, 서버(100)는 자율주행 차량(200)의 운용을 관리하는 관리서버, 자율주행 차량(200)의 운용을 관리함과 동시에 교통관제 서버로부터 교통정보를 수집하여 이를 자율주행 차량(200)에 제공하는 통신사서버 및 내비게이션 기능을 제공하는 애플리케이션 형태 등으로 마련될 수 있다.
자율주행 차량(200)은 서버(100)와 통신하며, 서버(100)로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하고, 최적경로로 자율 주행한다. 이때, 서버(100)로부터 자율주행 차량(200)에 제공되는 교통정보는 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함한다.
참고로, 신호등 체계는 녹색, 황색, 적색, 좌/우 화살표 등의 신호의 지속시간, 변동 타이밍 등을 포함하는 것으로, 일정시간마다 규칙적으로 변동되는 신호등 신호의 변동체계를 의미한다.
여기서, 자율주행 차량(200)은 통신모듈(210), 센싱모듈(220), 경로 결정모듈(230), 제어모듈(240) 및 구동모듈(250)을 포함하여 구성된다.
통신모듈(210)은 서버(200)와 통신한다. 여기서, 통신모둘(210)이 통신하는 대상은 서버(200)에 한정되는 것은 아니며, 스마트폰과 같이 휴대 가능한 단말기, 타 차량 등의 외부장치가 통신모듈(210)과 통신하는 대상이 될 수 있다.
이때, 통신모듈(210)은 서버(200) 혹은 또 다른 통신대상과 무선 통신할 수 있으며, 이때, 무선 통신은 4G, 5G와 같은 이동통신망 또는 RF 등과 같은 무선 데이터 통신을 통해 이루어질 수 있다.
센싱모듈(220)은 주행환경을 감지한다. 이때, 센싱모듈(220)은 카메라, 레이다, 라이다, 초음파 센서, 적외선 센서 등 각종 센서를 포함할 수 있다. 그리고, 센싱모듈(220)은 자율주행 차량(200)의 내/외부환경을 감지할 수 있다. 내부환경 감지의 경우, 자율주행 차량(200) 내부에 탑승한 사용자의 안전벨트 장착여부등과 같은 사용자 상태 및 자율주행 차량 내부에 탑재된 각종 장비들의 상태를 감지할 수 있다. 그리고, 외부환경 감지는 자율주행 차량(200) 외부에 위치하는 물체를 감지하여 물체의 존재 유/무, 물체의 위치 및 거리 등을 감지할 수 있다. 이때, 물체는 도로형태, 차선, 보행자, 교통신호, 표지판, 이륜 혹은 사륜차, 구조물 등일 수 있다.
경로 결정모듈(230)은 서버(100)로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정한다.
여기서, 경로 결정모듈(230)은 저장부(231), 경로 추출부(232), 연산부(233) 및 최적경로 결정부(234)를 포함하여 구성된다.
저장부(231)는 정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된다. 이때, 정밀지도 정보는 자율 주행 자동차 운행이 가능한 경로가 포함될 수 있다. 참고로, 저장부(231)에 저장된 정보는 통신모듈(210)을 통해 서버(100)로부터 제공받은 정보일 수 있다. 또한, 저장부(231)에는 센서모듈(220)을 통해 감지된 주행환경 정보가 추가적으로 저장될 수 있다. 이때, 저장부(231)에 저장되는 정보는 서버(100)의 데이터베이스(110)와 실시간 공유되며 저장될 수 있다.
경로 추출부(232)는 저장부(231)에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출한다. 이때, 주행경로는 현재 자율주행 차량(200) 위치에서 목적지까지 도달하는 경로 즉, 출발 지점부터 도착 지점까지의 경로를 의미한다.
연산부(233)는 경로 추출부(232)에서 추출된 주행경로에 존재하는 신호등 위치 및 체계를 포함하는 신호등 정보를 분석하여, 주행시간을 연산한다.
연산부(233)의 연산 수행에 관하여 하나의 예를 들어 설명하면, 연산부(233)는 경로 추출부(232)에서 추출된 주행경로에 위치하는 모든 신호등 정보를 제공받아 자율주행 차량(200)의 예상 운행속도에 따른 시간대별 위치를 분석할 수 있다. 이때, 신호등 배치구간을 경계로 주행경로를 적어도 둘 이상의 구간으로 구획한 뒤, 각 구간을 진입하는 위치에 배치된 신호등 신호의 색 및 종류, 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 신호등 체계의 변동주기에 따른 소요시간을 반영한 주행시간을 연산할 수 있다.
또한, 각 구간을 진입하는 자율주행 차량(200)이 그대로 주행할지, 정지할지 여부뿐 아니라 해당 위치에 도달하기 전 일정거리부터 감속하며 해당위치로 접근할지에 대한 구동동작을 예측이 가능할 수 있으며, 이 경우, 신호등 체계의 변동주기뿐 아니라 자율주행 차량(200)의 구동동작에 따라 소요되는 시간을 반영한 주행시간을 연산할 수 있다.
이때, 자율주행 차량(200)의 예상 운행속도는 도로형태, 도로별 제한속도, 시간대별 통행량 등이 고려될 수 있다.
최적경로 결정부(234)는 연산부(233)에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정한다. 이때, 결정된 최적경로는 도로 교통정보뿐 아니라 도로형태, 인프라 등의 도로 환경정보가 포함될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 시스템(10)은 자율주행 차량(20)이 안전한 운행을 수행하면서도, 최소 주행시간으로 목적지에 도착할 수 있도록 한다.
이때, 연산부(233)가 주행경로 별 자율주행 차량(200)의 주행시간을 산출하는 연산과정을 수행 중 최적경로 결정부(234)를 통해 최종 결정된 최적경로에 대해 예측된 자율주행 차량(200)의 주행정보는 후술할 제어모듈(240)에 저장될 수 있다. 이에, 제어모듈(240)은 연산부(233)에 의해 예측된 주행정보를 따라 각 구성을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 이때, 주행정보는 자율주행 차량(200)의 주행속도, 정지 혹은 주행구간, 차선변경 등 최적경로 주행 시 자율주행 차량(200)이 취할 동작에 대한 전반적인 사항을 포함할 수 있다.
제어모듈(240)은 상기한 구성을 제어하며, 경로 결정모듈(230)을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성한다. 이때, 제어모듈(240)이 각 구성을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는데 있어서, 통신모듈(210)을 통해 서버(100)로부터 제공받는 정보, 센싱모듈(220)로부터 감지된 주행환경이 반영될 수 있다.
이때, 제어모듈(240)은 센싱모듈(220)을 통해 감지된 주행환경이 최적경로 주행정보와 상이할 경우, 센싱모듈(220)로부터 감지된 정보를 기반으로 후술할 구동모듈(250)의 구동을 제어할 수 있다.
그리고, 제어모듈(240)에는 주행환경에 따라 미리 학습된 판단결과가 저장되어 있을 수 있다. 만약, 자율주향 차량(200)의 운행 중 예측된 주행정보와 다른 조건으로 운행이 되어야 하는 상황이 발생한다면, 센싱모듈(220)을 통해 감지된 주행환경을 분석하여, 미리 학습된 판단결과에 따른 제어신호를 생성하여 자율주행 차량(200)의 운행이 지속될 수 있도록 각 구성을 제어할 수 있다.
또한, 제어모듈(240)은 통신모듈(210)을 통해 서버(100)로부터 제공된 실시간 교통정보 및 인프라 정보 등을 기존에 결정된 최적경로에 반영하여 실시간으로 변화하는 교통상황에 따른 최적경로 및 최적경로 주행정보를 업데이트할 수 있도록 각 구성을 제어할 수 있다.
구동모듈(250)은 제어모듈(240)로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어한다. 이때, 구동모듈(250)에 포함된 조향 및 속도 조정장치는 스티어링 휠, 엔진, 브레이크, 기어 등 자율주행 차량(200)의 구동을 위해 차량에 탑재된 모든 장치들을 포함한다.
참고로, 자율주행 차량(200)은 사용자 인터페이스(미도시)를 구비할 수 있으며, 이를통해 사용자로부터 목적지뿐 아니라 조향, 속도, 브레이크, 도어/윈도우, 램프, 안전장치 등 차량 내 탑재된 각종 장치 구동에 대한 설정이 입력될 수 있다. 또한, 음향 및 영상신호를 통해 사용자에게 차량 상태, 주행정보 등의 자율주행 차량(200) 운행에 관련된 정보들을 제공할 수 있다.
또 다른 예로, 최적경로를 결정하는 구성은 자율주행 차량(200)이 아닌 서버(100)에 구비될 수 있으며, 이 경우, 자율주행 차량(200)은 서버(100)가 교통관제 서버(300)를 통해 제공받은 교통정보를 토대로 결정한 최적경로를 제공받아 해당 경로로 자율 운행을 수행할 수 있다. 이때, 자율주행 차량(200)은 최적경로뿐 아니라 해당 구간의 신호등 정보를 함께 받을 수 있으며, 이를 기초로 최적경로를 운행하는 중 신호등 체계에 따른 자율주행 차량(200)의 구동 동작을 예측하며 자율 운행을 수행할 수 있다.
참고로, 자율주행 차량(200)에 탑재된 센싱모듈(220)을 통해 주변 차량, 보행자 등의 장애물을 인식하고, 정밀지도와 융합하여 주행상황을 판단한 뒤에 당 상황에 맞는 차선유지, 차선변경 등을 수행하고, 통신모듈(210)을 통해 타 차량과 정보 공유하는 등의 사항은 자율주행 차량에 일반적으로 고려되는 사항이기에, 이에 대한 내용이 본 명세서에 자세히 기술하지 않았지만 본 발명에 포함된 구성에 의해 상술한 사항이 충분히 실시될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.
10 : 자율 주행 시스템
100 : 서버
110 : 데이터베이스
120 : 통신부
130 : 수집부
140 : 제어부
200 : 자율주행 차량
210 : 통신모듈
220 : 센싱모듈
230 : 경로 결정모듈
231 : 저장부
232 : 경로 추출부
233 : 연산부
234 : 최적경로 결정부
240 : 제어모듈
250 : 구동모듈
300 ; 교통 관제서버

Claims (5)

  1. 교통정보를 수집하는 서버; 및
    상기 서버와 통신하며, 상기 서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하고, 상기 최적경로로 자율 주행하는 자율주행 차량;을 포함하며,
    상기 서버로부터 제공되는 교통정보는 상기 주행경로에 위치하는 적어도 하나 이상의 신호등 체계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자율주행 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서버는,
    정밀지도 정보가 저장된 데이터베이스;
    교통관제 서버 및 상기 자율주행 차량과 통신하는 통신부;
    상기 교통관제 서버로부터 수신된 교통정보가 수집되는 수집부; 및
    상기한 각부를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자율주행 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서버와 통신하는 통신모듈;
    주행환경을 감지하는 센싱모듈;
    상기 서버로부터 제공받은 교통정보를 분석하여 출발지부터 목적지까지에 해당하는 적어도 하나 이상의 주행경로 중 최소시간 주행 가능한 최적경로를 결정하는 경로 결정모듈;
    상기한 구성을 제어하며, 상기 경로 결정모듈을 통해 결정된 최적경로를 추종하기 위한 제어신호를 생성하는 제어모듈; 및
    상기 제어모듈로부터 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 조향 및 속도 조정장치의 구동을 제어하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
    자율주행 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경로 결정모듈은,
    정밀지도 정보 및 인프라 정보 중 적어도 어느 하나의 정보가 저장된 저장부;
    상기 저장부에 저장된 정보를 기반으로 적어도 하나 이상의 주행경로를 추출하는 경로 추출부;
    상기 경로 추출부에서 추출된 주행경로에 존재하는 신호등 위치 및 체계를 포함하는 신호등 정보를 분석하여, 주행시간을 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 연산된 결과를 토대로 최소시간 주행하는 주행경로를 최적경로로 결정하는 최적경로 결정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자율주행 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 자율주행 차량이 상기 최적경로에 위치하는 신호등 중 어느 하나의 신호등에 도달한 경우에 상기 신호등의 신호의 색 및 종류, 상기 신호등 신호의 지속시간을 고려하여 해당 위치에서의 정지여부를 포함하는 주행정보에 대해 예측하고, 해당 위치를 지나가는 동안 소요되는 시간을 고려하여, 주행경로에 대한 주행시간을 연산하는 것을 특징으로 하는
    자율주행 시스템.
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