KR20220017481A - 2d 궤적 플래너용 도로 모델 매니폴드 - Google Patents

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KR20220017481A
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치엔샨 리
맥시밀리언 도엠링
웬신 티엔
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바이에리쉐 모토렌 베르케 악티엔게젤샤프트
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Abstract

차량의 궤적을 계획하기 위한 방법 및 디바이스가 제공된다. 상기 방법은, 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하는 단계로서, 6D 공간의 상기 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 상기 객체의 높이, 롤(roll) 각도, 피치(pitch) 각도 및 요(yaw) 각도를 나타내는, 상기 획득하는 단계; 상기 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 상기 수평면 상의 상기 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하는 단계; 상기 현재 위치와 상기 목표 위치를 커버하는 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하는 단계; 3D 공간으로부터 상기 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 상기 수평면 상으로 평탄화하는 단계; 및 상기 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 단계를 포함한다.

Description

2D 궤적 플래너용 도로 모델 매니폴드
본 발명은 일반적으로 자율 주행 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D 궤적 플래너(trajectory planner)용 도로 모델 매니폴드(roadmodel manifold)에 관한 것이다.
자율 주행 차량(무인 자동차, 자가 주행 자동차, 로봇 자동차라고도 함)은 사람의 입력 없이 환경을 감지하고 내비게이션할 수 있는 종류의 차량이다. 자율 주행 차량(이하 ADV)은 레이더, 레이저 광, GPS, 주행 거리 측정(odometry) 및 컴퓨터 비전과 같은 다양한 기술을 사용하여 주변 환경을 검출한다. 여기서, 자동 주행(AD) 차량의 움직임(방향과 거리)을 결정하기 위해 주행 거리값을 사용한다. 기존에 주행 거리값은 3D(x, y, 진행 방향)로 주어지며 차량의 고도 변화는 포함하지 않는다. 게다가 AD 차량에 사용되는 HD 지도의 도로는 일반적으로 2D이다(고도 정보 없음). 이것이 문제를 야기할 수 있다. 경사로(slope)나 곡선 진입로(curved on-ramp)를 고려할 때 그 길이는 2D 지도에 보이는 거리보다 길다. 예를 들어, 2D 지도에서 160미터로 보이는 30도 경사로의 실제 길이는 200 미터이다. 이 경우, AD 차량이 경사로의 정상에 도달하기 위해 160m 전진하도록 지시를 받으면 3D 주행 거리계가 차량이 이미 160m 이동했다고 표시하기 때문에 차량이 경사로의 중간에서 멈출 수 있다. 현재, 이 문제는 GPS 시스템과 같은 차량에 탑재된 기존의 위치 측정 기술을 통해 차량의 위치를 지속적으로 업데이트함으로써 완화된다. 그러나, 기존의 위치 측정 기술의 정확성과 업데이트 빈도는 자율 주행 차량에 충분하지 않다.
AD 차량의 경우, 차량이 HD 지도에 기초하여 하나의 지점으로부터 다른 지점으로 주행하는 궤적을 계획하는 궤적 플래너가 있다. 이 궤적 플래너도 2D로만 제공된다. 다시 말해, 이 궤적 플래너는 평탄한 평면에서만 궤적을 계획할 수 있다. HD 지도로부터 궤적 플래너는 곡선 진입로가 수평면에 있는지 또는 고도 변화가 있는지 여부를 구분할 수 없다. 따라서, 기존의 궤적 플래너는 마치 수평면에 있는 것처럼 곡선 진입로의 궤적만을 계획할 수 있다. 따라서, 계획된 궤적은 고도 변화가 있는 곡선 진입로에 대해서는 오버스티어(oversteer) 또는 언더스티어(understeer)를 유발할 수 있다.
따라서 고도 변화를 고려한 새롭고 신뢰성 있는 궤적 플래너가 필요하다.
본 발명은 교통 시나리오의 스냅샷 이미지를 생성하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따르면, 차량의 궤적을 계획하기 위한 컴퓨터 구현 방법이 제공된다. 방법은 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하는 단계로서, 6D 공간의 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 객체의 높이, 롤(roll) 각도, 피치(pitch) 각도 및 요(yaw) 각도를 나타내는, 상기 획득하는 단계; 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 수평면 상의 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하는 단계; 현재 위치와 목표 위치를 커버하는 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하는 단계; 3D 공간으로부터 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 수평면 상으로 평탄화하는 단계; 및 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 차량의 궤적을 계획하기 위한 궤적 계획 장치가 제공된다. 장치는 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하기 위한 도로 모델 매니폴드 획득 모듈로서, 6D 공간의 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 객체의 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 나타내는, 상기 도로 모델 매니폴드 획득 모듈; 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 수평면 상의 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하는 위치 획득 모듈; 현재 위치와 목표 위치를 커버하는 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하기 위한 도로 모델 매니폴드 부분 취득 모듈; 3D 공간으로부터 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 수평면 상으로 평탄화하기 위한 평탄화 모듈; 및 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 궤적 계획 모듈을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 차량의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템; 본 발명에 따른 차량의 궤적을 계획하기 위한 궤적 계획 장치; 및 계획된 궤적에 기초하여 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하기 위한 플래너를 포함하는 차량이 제공된다.
본 발명의 내용란은 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명된 내용 중 선택된 개념을 단순화된 형식으로 소개하기 위해 제공된 것이다. 본 발명의 내용란은 청구된 주제의 핵심 특징 또는 필수 특징을 식별하기 위해 의도된 것도 아니고, 청구된 주제의 범위를 제한하는 데 사용하려고 의도된 것도 아니다. 실시예의 추가 양태, 특징 및/또는 장점은 부분적으로는 이하 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백할 것이고, 또는 본 발명을 실시하는 것에 의해 학습될 수 있을 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 양태 및 장점은, 예로서, 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 취해진 예시적인 실시형태의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 6D 공간을 도시한다.
도 2a는 3차원 공간에서 직선 경사 도로의 단면을 도시한다.
도 2b는 도 2a의 도로의 단면을 수평면 상에 투영한 것을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 6차원(6D) 델타 포즈(delta pose)를 취득하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 3D 공간에서 3D 주행 거리값에 대응하는 차량의 움직임을 예시하는 예를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 3D 주행 거리값을 수평면 상에 투영하는 예시적인 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 궤적을 계획하기 위한 예시적인 궤적 계획 장치를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 차량을 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 본 발명이 적용될 수 있는 일반적인 하드웨어 환경을 도시한다.
이하의 상세한 설명에서, 설명된 예시적인 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 설명된 실시예는 이들 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것을 명백히 이해할 수 있을 것이다. 다른 예시적인 실시예에서, 본 발명의 개념을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구조 또는 처리 단계는 상세히 설명되지 않았다.
본 명세서에서 "차량"이라는 용어는 자동차, 비행기, 헬리콥터, 선박 등을 지칭한다. 간결함을 위해, 본 발명은 "자동차"에 대해 설명되지만, 본 명세서에서 설명되는 실시예는 "자동차"에만 제한되지 않고, 다른 종류의 차량에도 적용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "A 또는 B"라는 용어는 달리 명시되지 않는 한, A와 B가 배타적이라는 것을 의미하는 것이 아니라 "A 및 B" 및 "A 또는 B"를 지칭한다.
기존에 도로 모델의 객체는 3D 공간으로 정의되어, 객체의 각 지점은 3D 좌표계에서 (x, y, z)로 표현될 수 있고, 여기서 x와 y는 수평면 상에서 지점의 위치를 나타내고, z는 지점의 고도를 나타낸다. 이에 기초하여, 본 발명은 6D 공간으로 객체를 표현할 것을 제안하며, 여기서 객체의 각 지점은 (x, y, z, r, p, y)로 표현될 것이며, x, y 및 z는 3D 공간에서와 동일하고, r, p 및 y는 지점의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 6D 공간을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 여전히 x-축, y-축, z-축이 사용되며 이 고전적인 3D 좌표계에서 롤 각도는 y-축을 중심으로 회전하는 각도를 나타내며, 피치 각도는 x-축을 중심으로 회전하는 각도를 나타내고, 요 각도는 z-축을 중심으로 회전하는 각도를 나타낸다. 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도는 일반적으로 자세 각도(attitude angle)라고도 지칭된다.
이러한 정의를 통해 기존의 도로 모델은 이제 적어도 도로 모델에서의 도로에 대해 6D 공간에서 재정의될 수 있다. 도로는 일반적으로 내비게이션용 기존의 지도에서 수평으로 처리되어 2D(x, y)로만 표현된다. 그러나, 산악 지역이나 진입로 또는 진출로에서는 매우 많은 도로 경사를 흔히 볼 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이 아마도 상승 도로의 진입로의 일부일 수 있고 도로의 전방 방향은 y-축의 양의 방향을 따르는, 30도 피치 각도를 가진 직선 경사로 구간이 있다고 가정한다. 도 2b는 이 도로 구간을 수평면(즉, x-y 평면) 상에 투영한 것을 도시하며, 이는 내비게이션을 위한 기존의 지도와 유사하게 보인다. 이제 도로의 중심선에 있는 지점(A)을 일례로 취한다. 지점(A)이 기존의 도로 모델에서와 같이 표현되고 상승 또는 자세 각도에 대한 정보가 반영되어 있지 않다고 가정한다. 이제, 본 발명에 따른 6차원 공간에서, 지점(A)은 이제 (0, 160)으로부터 (0, 160, 120, 0, 30, 0)으로 다시 정의될 수 있고, 여기서 x, y 및 z의 단위는 미터이고, r, p 및 y의 단위는 도이고, 이는 이제 지점(A)이 있는 도로의 실제 자세를 명확히 반영한다.
이러한 방식으로, 도로 모델에서 적어도 도로인 객체의 각 지점은 6D 공간에서 다시 정의될 수 있다. 도로 모델에 있는 모든 객체는 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환되는 것을 통해, 변환된 도로 모델은 이하 부분에서 상세히 더 설명될 수 있는 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)에 기초하여 차량의 6D 델타 포즈를 추가로 취득하는 데 사용될 수 있다. 요컨대, 차량이 경사로에서 이동하는 경우 차량의 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)은 실제로 경사로에서 차량의 상대적인 움직임을 반영한다. 내비게이션 시스템이나 궤적 계획 시스템과 같은 2D 계획용으로 설계된 기존의 주행 시스템과 호환되도록 하기 위해, 3D 주행 거리값을 6D 공간으로 변환하는 것은 전체 도로 모델을 2D 평면으로 다양화하는(manifolding) 것과 어느 정도 비슷해 보일 수 있다. 따라서, 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환된 새로운 도로 모델은 이하에서 "6D 공간의 도로 모델 2D 매니폴드" 또는 "도로 모델 2D 매니폴드"라고 지칭된다.
도 3은 차량의 6차원(6D) 델타 포즈를 취득하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다. 방법은 블록(302)에서 시작하고, 여기서 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득할 수 있다. 도로 모델 2D 매니폴드는 앞서 언급한 바와 같이 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의될 수 있으며, 여기서 x와 y는 수평면 상에서 물체의 위치를 나타내고, z, r, p, y는 실제 세계에서 물체의 높이, 롤 각도, 피치 각도, 요 각도를 나타낸다.
블록(304)에서, 차량의 주행 거리계로부터 델타 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 획득할 수 있으며, 여기서 Δx와 Δy는 측 방향과 전후 방향의 움직임을 나타내고, θ는 차량의 현재 진행 방향을 나타낸다. 도 4a는 3D 공간에서 델타 3D 주행 거리값에 대응하는 차량의 움직임의 예시적인 예를 도시한다. 이 예에서, 차량이 시작점(A0)으로부터 종료점(A1)으로 이동하고 이 동안 3D 주행 거리 판독값은 (Δx, Δy, θ)이라고 가정한다. 설명의 편의를 위해, 도 2a에 도시된 바와 같이 경사로에서 움직임이 발생한다고 가정한다.
블록(306)에서, 획득된 델타 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 도로 모델 2D 매니폴드에 투영할 수 있다. 도 4b는 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 수평면 상에 투영하는 예시적인 예를 도시한다. 앞서 언급한 바와 같이, 판독 델타 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)은 단지 평면이 수평인지 여부에 관계없이 이 순간 짧은 시간 창 동안 평면에서의 움직임을 알려준다. 따라서, 투영은 차량의 실제 수평 및 수직 움직임과 실제 포즈를 파악하는 데 도움을 줄 수 있다. 일례로서, 획득된 델타 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 도로 모델 2D 매니폴드에 투영하는 것은 다음 단계에 의해 수행될 수 있다:
1. 델타 3D 주행 거리값의 시작점(x0, y0, z0)의 위치를 획득하는 단계. 이 위치 정보는 차량에 장착된 GPS 모듈과 같은 위치 측정 시스템으로부터 획득될 수 있다;
2. 도로 모델 2D 매니폴드(x0, y0, z0, r0, p0, y0)에서 시작점(x0, y0, z0)을 결정하는 단계. 도로 모델 2D 매니폴드의 모든 지점은 6D 공간에서 정의되기 때문에, 시작점의 6D 좌표(특히, r0, p0 및 y0의 값)는 (x0, y0, z0)에 기초하여 도로 모델 2D 매니폴드로부터 직접 유도될 수 있다; 그리고
3. r0, p0 및 y0에 기초하여 수평면 상에 3D 주행 거리값(Δx, Δy, θ)의 투영(Δx', Δy' 및 θ')을 계산하는 단계. 보다 구체적으로, 각각 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도인 r0, p0 및 y0은 (Δx', Δy' 및 θ')의 수평 벡터를 취득하기 위해 (Δx, Δy, θ)의 벡터를 수평면 상에 투영하는 데 사용될 수 있다.
이후, 블록(308)에서, 델타 3D 주행 거리값에 대응하는 차량의 6D 델타 포즈(Δx', Δy', Δz, θr, θp, θy)를 결정할 수 있다. 일례로서, 델타 3D 주행 거리값에 대응하는 차량의 6D 델타 포즈(Δx', Δy', Δz, r, p, y)를 결정하는 것은 다음 단계를 더 포함할 수 있다:
1. 시작점의 위치와 3D 주행 거리값의 계산된 투영(Δx', Δy')에 기초하여 수평면 상에 델타 3D 주행 거리값의 종료점(x1, y1)의 투영을 결정하는 단계. 이 예에서, x-y 평면(x1, y1) 상에 종료점(A1)을 투영하는 것은 3D 주행 거리값의 계산된 투영(Δx', Δy')을 시작점(A0)의 위치(x0, y0)에 추가함으로써 계산될 수 있다;
2. 6D 공간에서 (x1, y1, z1, r1, p1, y1)에서 종료점(A1)의 위치를 취득하는 단계. 다시, x1 및 y1을 사용하여 6D 좌표(x1, y1, z1, r1, p1, y1)는 미리 정의된 도로 모델 2D 매니폴드로부터 검색될 수 있다;
3. 종료점(r1, p1 및 y1)의 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도에 기초하여 6D 공간으로 3D 주행 거리값의 진행 방향(θ)의 투영(θr, θp, θy)을 계산하는 단계. 이 계산은 차량이 현재 있는 실제 평면 상에 θ의 방향을 먼저 재구성한 다음, 이를 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 정의하는 것과 유사한 방식으로 x-축, y-축 및 z-축으로 각각 투영하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, θr은 x-z 평면 상에 θ의 투영으로 계산될 수 있고, θp는 y-z 평면 상에 θ의 투영으로 계산될 수 있으며, θy는 x-y 평면 상에 θ의 투영(즉, θ')으로 계산될 수 있다. 그런 다음 계산된 투영(θr, θp, θy)은 3D 공간에서 차량의 정확한 진행 방향을 알려준다; 그리고
4. 차량의 6D 델타 포즈(Δx', Δy', Δz, θr, θp, θy)를 취득하는 단계. 위의 단계로부터, Δx', Δy', θr, θp 및 θy를 이미 획득하였다. 이제, z1과 z0의 차이를 간단히 계산함으로써 Δz를 획득할 수 있다. 따라서, 차량의 6차원 델타 포즈(Δx', Δy', Δz, θr, θp, θy)를 획득한다.
차량의 실시간 6D 델타 포즈를 아는 것을 통해 특히 자율 주행과 관련하여 추가 처리를 수행할 수 있다. 추가 실시예로서, 차량(600)은, 포즈 결정 장치(602)로부터 차량의 현재 위치(x1, y1, z1, r1, p1, y1)를 수신하고; 차량의 현재 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 내비게이션을 제공하도록 구성될 수 있는 내비게이션 시스템을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 차량(600)은, 포즈 결정 장치로부터 차량의 현재 위치(x1, y1, z1, r1, p1, y1)를 수신하고; 차량의 현재 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 주행 판정을 내리도록 구성될 수 있는 주행 판정 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 6D 공간의 도로 모델 2D 매니폴드와 차량의 6D 델타 포즈를 활용한 일례로서, 도 5는 차량의 궤적을 계획하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은 블록(502)에서 시작하고, 여기서 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득할 수 있다.
블록(504)에서, 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 수평면 상의 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득할 수 있다. 궤적을 계획하기 위해서는, 일반적으로 현재 위치인 시작 위치와 차량의 목표 위치를 결정하여야 한다. 현재 AD 차량에 장착되어 있는 2D 플래너에서 이러한 위치는 모두 2D이다. 따라서, 시작 위치의 3D 위치(x0, y0, z0) 또는 심지어 6D 위치(x0, y0, z0, r0, p0, y0)를 알 수 있다 하더라도 2D 플래너는 (x0, y0)인 2D 위치만을 필요로 할 수 있다. 이후, 2D 목표 위치(x1, y1)가 결정되면 2D 플래너는 궤적 계획을 시작할 수 있다.
블록(506)에서, 현재 위치와 목표 위치를 커버하는 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득할 수 있다. 이 도로 모델 2D 매니폴드 부분은 시작 위치와 목표 위치가 위치한 곳에 따라 어떤 부분이든 될 수 있다. 일례로서, 시작 위치와 목표 위치는 모두 도 6a에 도시된 곡선 진입로에 있다고 가정한다.
블록(508)에서, 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분은 3D 공간으로부터 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 수평면 상으로 평탄해질 수 있다. 일례로서, 평탄화는 두 지점 사이의 거리가 이러한 자세 각도에 기초하여 계산될 수 있기 때문에, 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도에 기초하여 도로 모델 2D 매니폴드의 각 지점(x, y, z, r, p, y)을 수평 평면(x', y') 상에 투영하는 것을 포함할 수 있다. 도로 모델에서 평탄화된 부분은 도 6b에 도시되어 있다. 비교하자면, 지점(A0)과 지점(A1)은 원래 x-y 좌표 (x0, y0) 및 (x1, y1)에 따라 그려진 반면, 평탄화된 지점(A0')과 지점(A1')은 변환된 위치(x0', y0')와 위치(x1', y1')에 표시된다. 곡선 진입로에 차량이 있는 것으로 인해, A0'으로부터 A1'까지의 거리는 차량이 실제로 이동해야 하는 거리이다.
이후, 블록(510)에서, 도로 모델이 원래 수평면 상에 있었던 것처럼 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획할 수 있다. 도 6b를 참조하면, 플래너는 A0으로부터 A1로의 궤적이 아니라 A0'로부터 A1'로의 궤적을 계획함으로써 이 경우 언더스티어 문제를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 궤적 계획 방법은 기존의 2D 궤적 플래너와 호환되므로, 이 기술은 AD 차량에 이미 장착된 플래너를 교체하거나 수정하는 추가 비용이 필요하지 않음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 궤적을 계획하기 위한 예시적인 궤적 계획 장치(700)를 도시한다. 궤적 계획 장치(700)는, 6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하기 위한 도로 모델 매니폴드 획득 모듈(702)로서, 6D 공간의 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 객체의 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 나타내는, 상기 도로 모델 매니폴드 획득 모듈; 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 수평면 상의 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하기 위한 위치 획득 모듈(704); 현재 위치와 목표 위치를 커버하는 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하기 위한 도로 모델 매니폴드 부분 획득 모듈(706); 3D 공간으로부터 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 수평면 상으로 평탄화하기 위한 평탄화 모듈(708); 및 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 궤적 계획 모듈(710)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 차량(800)을 도시한다. 차량(800)은, 차량의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템(802); 도 7과 관련하여 설명된 궤적 계획 장치(700)와 같은 본 발명에 따른 차량의 궤적을 계획하기 위한 궤적 계획 장치(804); 및 계획된 궤적에 기초하여 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하기 위한 플래너(806)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 단계는, 도로 모델이 원래 수평면에 있었던 것처럼 평탄화된 도로 모델에 기초하여 현재 위치와 목표 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 단계; 계획된 궤적의 복수의 구간 각각에 대한 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 6D 공간(Δx', Δy', Δz, θr, θp, θy)으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있는, 계획된 궤적의 복수의 구간 각각에 대한 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 계획하는 단계; 및 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도 정보를 고려하여 각 구간에 대해 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하는 단계를 더 포함할 수 있다. 대응하여, 차량(800)은 주행 거리 정보를 제공하기 위한 주행 거리계(808)를 더 포함하고, 여기서 주행 거리계에 의해 제공되는 주행 거리 정보는 차량이 계획된 궤적에서 벗어나는지 여부를 결정하기 위해 각 구간에 대한 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)과 비교될 수 있다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 차량의 궤적을 계획하기 위한 방법 및 장치를 적용할 수 있는 일반적인 하드웨어 환경(900)을 도시한다.
도 9를 참조하여, 본 발명의 양태에 적용될 수 있는 하드웨어 디바이스의 일례인 컴퓨팅 디바이스(900)를 이제 설명한다. 컴퓨팅 디바이스(900)는 처리 및/또는 계산을 수행하도록 구성된 임의의 기계일 수 있고, 워크 스테이션, 서버, 데스크탑 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 개인용 휴대 정보 단말기, 스마트 폰, 차량용 컴퓨터 또는 이들의 조합일 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 전술한 시스템은 컴퓨팅 디바이스(900) 또는 유사한 디바이스 또는 시스템에 의해 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(900)는 가능하게는 하나 이상의 인터페이스를 통해 버스(902)와 연결되거나 버스와 통신하는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(900)는 버스(902), 및 하나 이상의 프로세서(904), 하나 이상의 입력 디바이스(906) 및 하나 이상의 출력 디바이스(908)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(904)는 임의의 종류의 프로세서일 수 있으며, 하나 이상의 범용 프로세서 및/또는 하나 이상의 특수 목적 프로세서(예를 들어, 특수 가공 칩)를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 입력 디바이스(906)는 컴퓨팅 디바이스에 정보를 입력할 수 있는 임의의 종류의 디바이스일 수 있고, 마우스, 키보드, 터치 스크린, 마이크로폰 및/또는 원격 제어부를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 출력 디바이스(908)는 정보를 표시할 수 있는 임의의 종류의 디바이스일 수 있으며, 디스플레이, 스피커, 비디오/오디오 출력 단자, 진동기 및/또는 프린터를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 또한 컴퓨팅 디바이스(900)는, 비-일시적이며 데이터 저장소를 구현할 수 있는 임의의 저장 디바이스일 수 있는 비-일시적인 저장 디바이스(910)를 포함하거나 저장 디바이스와 연결될 수 있고, 이 저장 디바이스는 디스크 드라이브, 광 저장 디바이스, 솔리드 스테이트 저장 매체, 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프 또는 기타 자기 매체, 컴팩트 디스크 또는 기타 광학 매체, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), 캐시 메모리 및/또는 기타 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 컴퓨터가 데이터, 명령어 및/또는 코드를 판독할 수 있는 기타 매체를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 비-일시적인 저장 디바이스(910)는 인터페이스로부터 분리될 수 있다. 비-일시적인 저장 디바이스(910)는 위에서 설명된 방법 및 단계를 구현하기 위한 데이터/명령어/코드를 가질 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(900)는 또한 통신 디바이스(912)를 포함할 수 있다. 통신 디바이스(912)는 외부 장치 및/또는 네트워크와 통신할 수 있는 임의의 종류의 디바이스 또는 시스템일 수 있으며, 모뎀, 네트워크 카드, 적외선 통신 디바이스, 무선 통신 디바이스 및/또는 칩셋, 예를 들어, 블루투스TM 디바이스, 802.11 디바이스, WiFi 디바이스, WiMax 디바이스, 셀룰러 통신 설비 및/또는 등을 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다.
컴퓨팅 디바이스(900)가 차량용 디바이스로 사용될 때, 디바이스는 또한 외부 디바이스, 예를 들어, GPS 수신기, 가속도 센서, 휠 속도 센서, 자이로스코프 등과 같은 다양한 환경 데이터를 감지하는 센서에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨팅 디바이스(900)는, 예를 들어, 차량의 주행 상황을 나타내는 위치 데이터와 센서 데이터를 수신할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(900)가 차량용 디바이스로 사용될 때, 디바이스는 또한 차량의 주행 및 동작을 제어하기 위한 다른 설비(예를 들어, 엔진 시스템, 와이퍼, 잠금 방지 브레이크 시스템 등)에 연결될 수 있다.
또한, 비-일시적인 저장 디바이스(910)는 프로세서(904)가 경로 안내 처리를 수행할 수 있도록 지도 정보와 소프트웨어 요소를 가질 수 있다. 또한, 출력 디바이스(906)는 지도, 차량의 위치 표시, 및 또한 차량의 주행 상황을 나타내는 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 출력 디바이스(906)는 또한 오디오 안내를 위한 이어폰과의 인터페이스 또는 스피커를 포함할 수 있다.
버스(902)는 산업 표준 아키텍처(ISA) 버스, 마이크로 채널 아키텍처(MCA) 버스, 향상된 ISA(EISA) 버스, 비디오 전자 표준 협회(VESA) 로컬 버스, 및 주변 장치 연결(PCI) 버스를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 특히, 차량용 디바이스의 경우, 버스(902)는 또한 자동차에 적용하도록 설계된 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스 또는 다른 아키텍처를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(900)는 또한 작업 메모리(914)를 포함할 수 있고, 작업 메모리는, 프로세서(904)의 작업에 유용한 명령어 및/또는 데이터를 저장할 수 있고, 랜덤 액세스 메모리 및/또는 판독 전용 메모리 디바이스를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는 임의의 종류의 작업 메모리일 수 있다.
운영 체제(916), 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(918), 드라이버 및/또는 기타 데이터 및 코드를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 소프트웨어 요소는 작업 메모리(914)에 위치될 수 있다. 위에서 설명된 방법 및 단계를 수행하기 위한 명령어는 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(918)에 포함될 수 있고, 전술한 장치(800)의 유닛은 하나 이상의 애플리케이션 프로그램(918)의 명령어를 판독하고 실행하는 프로세서(904)에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 요소의 명령어의 실행 코드 또는 소스 코드는 위에서 설명된 저장 디바이스(들)(910)와 같은 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있고, 컴파일 및/또는 설치를 통해 작업 메모리(914)로 판독될 수 있다. 소프트웨어 요소의 명령어의 실행 코드 또는 소스 코드는 원격 위치로부터 다운로드될 수도 있다.
이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시예로부터 본 발명이 필요한 하드웨어를 갖는 소프트웨어로 구현될 수도 있고, 또는 하드웨어, 펌웨어 등에 의해 구현될 수도 있다는 것을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 이러한 이해에 기초하여, 본 발명의 실시예는 부분적으로 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 컴퓨터의 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 디스크 또는 플래시 메모리와 같은 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 컴퓨터(예를 들어, 개인용 컴퓨터, 서비스 스테이션 또는 네트워크 단말)가 본 발명의 각각의 실시예에 따른 방법 또는 그 일부를 실행하게 하는 일련의 명령어를 포함한다.
본 명세서에서 "일례" 또는 "실시예"가 언급되었으며, 이는 특정 설명된 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 어구의 사용은 하나 초과의 실시예를 나타낼 수 있다. 또한, 설명된 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
그러나, 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 또는 다른 방법, 자원, 재료 등을 사용하여 실시예를 실행할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 구조, 자원 또는 동작은 단지 실시예의 양태를 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 상세히 제시하거나 설명하지 않았다.
예시적인 실시예 및 응용을 예시하고 설명하였지만, 이 실시예는 위에 설명된 정확한 구성 및 자원으로 제한되지 않는 것으로 이해된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 수정, 변경 및 변형이 청구범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템의 배열, 동작 및 세부사항에서 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 차량의 궤적을 계획하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
    6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하는 단계로서, 6D 공간의 상기 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 상기 객체의 높이, 롤(roll) 각도, 피치(pitch) 각도 및 요(yaw) 각도를 나타내는, 상기 도로 모델 2D 매니폴드를 획득하는 단계;
    상기 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 상기 수평면 상의 상기 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하는 단계;
    상기 현재 위치와 상기 목표 위치를 커버하는 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하는 단계;
    3D 공간으로부터 상기 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 상기 수평면 상으로 평탄화하는 단계; 및
    상기 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 현재 위치(x0, y0, z0)의 위치는 상기 차량의 위치 측정 시스템으로부터 획득되는, 컴퓨터 구현 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 현재 위치와 상기 목표 위치는 상기 차량의 내비게이션 시스템으로부터 획득되는, 컴퓨터 구현 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 현재 위치와 상기 목표 위치를 커버하는 상기 도로 모델 2D 매니폴드를 취득하는 단계는, 상기 현재 위치와 상기 목표 위치가 위치한 도로 부분에 대한 상기 도로 모델 2D 매니폴드를 취득하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도로 부분은 진입로(ramp) 부분인, 컴퓨터 구현 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 진입로는 곡선 진입로인, 컴퓨터 구현 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 상기 수평면 상으로 평탄화하는 단계는,
    3D 공간으로부터 상기 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도에 기초하여 상기 도로 모델 2D 매니폴드의 각 지점(x, y, z, r, p, y)을 상기 수평면(x', y') 상에 투영하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 현재 위치와 목표 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 단계는,
    상기 도로 모델이 원래 상기 수평면에 있었던 것처럼 평탄화된 도로 모델에 기초하여 상기 현재 위치와 상기 목표 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 계획하는 단계는 상기 계획된 궤적의 복수의 구간 각각에 대해 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 계획하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  10. 차량의 궤적을 계획하는 궤적 계획 장치로서,
    6D 공간의 미리 정의된 도로 모델 2차원(2D) 매니폴드를 획득하기 위한 도로 모델 매니폴드 획득 모듈로서, 6D 공간의 상기 도로 모델 2D 매니폴드는 도로 모델의 객체를 3D(x, y, z) 공간으로부터 6D(x, y, z, r, p, y) 공간으로 변환함으로써 미리 정의되고, x와 y는 상기 수평면 상에서 객체의 위치를 나타내고, z, r, p 및 y는 실제 세계에서 상기 객체의 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도를 나타내는, 상기 도로 모델 매니폴드 획득 모듈;
    상기 차량의 현재 위치(x0, y0, z0)와 상기 수평면 상의 상기 차량의 목표 위치(x1, y1)를 획득하는 위치 획득 모듈;
    상기 현재 위치와 상기 목표 위치를 커버하는 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분을 취득하기 위한 도로 모델 매니폴드 부분 취득 모듈;
    3D 공간으로부터 상기 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 상기 수평면 상으로 평탄화하기 위한 평탄화 모듈; 및
    상기 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 궤적 계획 모듈
    을 포함하는, 궤적 계획 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 도로 모델 2D 매니폴드 부분으로 표현된 도로 모델 부분을 상기 수평면 상으로 평탄화하는 것은,
    3D 공간으로부터 상기 수평면까지 임의의 두 지점 사이의 거리를 유지하면서 높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도에 기초하여 상기 도로 모델 2D 매니폴드의 각 지점(x, y, z, r, p, y)을 상기 수평면(x', y') 상에 투영하는 것을 더 포함하는, 궤적 계획 장치.
  12. 차량으로서,
    상기 차량의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템;
    제10항에 따른 차량의 궤적을 계획하기 위한 궤적 계획 장치; 및
    계획된 궤적에 기초하여 상기 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하기 위한 플래너
    를 포함하는, 차량.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수평면 상에 평탄화된 도로 모델에서의 목표 위치와 현재 위치로부터 차량의 궤적을 계획하는 것은,
    상기 도로 모델이 원래 수평면에 있었던 것처럼 평탄화된 도로 모델에 기초하여 상기 현재 위치와 상기 목표 위치로부터 상기 차량의 궤적을 계획하는 것; 및
    계획된 궤적의 복수의 구간 각각에 대한 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 계획하는 것
    을 더 포함하는, 차량.
  14. 제13항에 있어서, 상기 계획된 궤적에 기초하여 상기 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하는 것은,
    계획된 궤적의 복수의 구간 각각에 대한 델타 주행 거리값(Δx, Δy, θ)을 6차원 공간(Δx', Δy', Δz, θr, θp, θy)으로 변환하는 것; 및
    높이, 롤 각도, 피치 각도 및 요 각도 정보를 고려하여 각 구간마다 상기 차량의 속도, 스로틀, 브레이크 및 조향을 계획하는 것
    을 더 포함하는, 차량.
  15. 제14항에 있어서, 상기 차량은,
    주행 거리 정보를 제공하기 위한 주행 거리계를 더 포함하되, 상기 주행 거리계에 의해 제공되는 주행 거리 정보는 상기 차량이 계획된 궤적에서 벗어나는지 여부를 결정하기 위해 각 구간마다 델타 주행 거리 정보(Δx, Δy, θ)와 비교될 수 있는, 차량.
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