KR20220128153A - 차로 유지 제어 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차로 유지 제어 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치는 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부를 포함할 수 있다.

Description

차로 유지 제어 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법{Apparatus for controlling lane keeping, system having the same and method thereof}
본 발명은 차로 유지 제어 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차로 중앙 추종 안정성을 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.
최근에 생산되는 자동차에는 안전운행을 위한 다양한 시스템이 적용되거나 적용을 위한 개발이 진행되고 있는데 그 중의 하나가 운전자의 운전 부주의로 자동차가 차선(line)을 이탈하게 되었을 경우에 차선의 이탈을 막도록 차선을 유지할 수 있게 주행 제어를 하는 차로 유지 제어 시스템이다.
이러한 차로 유지 제어 시스템은 차로의 중앙을 목표 경로를 생성하고 차량이 목표 경로를 추종하도록 제어하는데, 차량이 목표 경로에 도달한 후 핸들 정렬 명령을 수행하게 된다.
즉 종래의 차로 유지 제어 시스템은 카메라 센서로부터 받은 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하여 추종한다. 하지만 차량 조향의 반응성이 느리거나 하중이 큰 차량의 경우 차량이 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 미리 핸들의 정렬이 이뤄지지 않아 제어 오버슛이 발생하고 차량의 오실레이션(oscillation)이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예는 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 미리 핸들의 정렬이 이뤄질 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 가중치를 부여하여 차로 중앙 추종 성능의 안정성을 향상시킬 수 있는 차로 유지 제어 장치, 그를 포함한 차량 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차로 유지 제어 장치는 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 차량의 헤딩각에 부여되는 가중치는 증가하도록 조정하여 핸들 정렬을 우선 반영하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 부여되는 가중치를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 이상이고 상기 제 2 임계치 이하이면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 상기 가중치를 미 부여하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 시스템은, 차량 전방의 차선 정보를 획득하는 센싱 장치; 및 차로 유지 제어 시, 상기 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 차로 유지 제어 장치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차로 유지 제어 장치는, 상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차로 유지 제어 장치는, 상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차로 유지 제어 장치는, 조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차로 유지 제어 장치는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차로 유지 제어 장치는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차로 유지 제어 방법은, 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 획득하는 단계; 및 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는, 상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는, 상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는, 조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는, 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 단계; 및 상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 이상이고 상기 제 2 임계치 이하이면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 상기 가중치를 미 부여하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는, 상기 차량의 헤딩각에 부여되는 가중치는 증가하도록 조정하여 핸들 정렬을 우선 반영하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 부여되는 가중치를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 기술은 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 미리 핸들의 정렬이 이뤄질 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 가중치를 부여하여 차로 중앙 추종 성능의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센터 오프셋에 따른 가중치 부여를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치의 가중치 미 적용 시 목표 횡 이동 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치의 가중치 적용 시 목표 횡 이동 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 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. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 미리 핸들의 정렬이 이뤄질 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 가중치를 부여하여 차로 중앙 추종 성능의 안정성을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.
구체적으로, 본 발명은 차량이 일정 오프셋 이하로 목표 경로에 도달하였을 때 핸들정렬(진행방향 반대부호)을 미리 해줄 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 대한 가중치를 적용하여 차량의 반응성 개선 및 경로 추종 성능 향상을 도모한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 차로 유지 제어 장치(100), 센싱 장치(200), 조향 제어 장치(300), 제동 제어 장치(400), 및 엔진 제어 장치(500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 차로 유지 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 차로 유지 제어 장치(100)는 차로 보조 유지 장치(Lane Following Assist, LFA), 차선 이탈 경고 장치(Lane Departure Warning, LDW) 차선 이탈 복귀 장치(Lane Keeping System, LKS) 차선 유지 보조 장치 (Lane Keeping Assistance System, LKAS) 등으로 구현될 수 있다.
차로 유지 제어 장치(100)는 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차선 정보 중 차량의 헤딩각과 목표 경로로부터의 오프셋(센터 오프셋)을 보정하여 목표 횡 이동 거리를 보정할 수 있다.
차로 유지 제어 장치(100)는 카메라(210) 등의 센싱 장치(200)로부터 센싱 정보를 수신하고, 경로 성분별 가중치 적용을 위한 기본 진입 조건 및 센터 오프셋 조건을 판단할 수 있다.
이때, 경로 성분별 가중치 적용을 위한 기본 진입 조건은 경로 성분별 가중치 적용 모드로 진입할지를 판단하기 위한 것으로, 차량의 조향 각속도 및 주행 도로이 곡률을 포함할 수 있다. 즉 차로 유지 제어 장치(100)는 차량의 조향 각속도와 주행 도로의 곡률이 미리 정한 영역 이내인 경우, 차로 유지 보조 기능이 동작할 때 경로 성분별 가중치를 부여할 수 있는 상태로 판단할 수 있다.
차로 유지 제어 장치(100)는 차로 중앙 추종 제어 시 차량이 목표 경로(예, 차로 중앙)에 도달 직전 핸들을 선(미리) 정렬 하는데, 차량의 센터 오프셋(차로 중앙으로부터의 오프셋)이 핸들 정렬이 선 반영되지 못하는 취약 구간에 있을 때 경로 별 가중치를 출력할 수 있다.
이에 차로 유지 제어 장치(100)는 핸들 정렬을 위한 차량 거동의 반응성을 향상시키는 항목인 헤딩각에 증가 가중치를 적용하며, 핸들 정렬을 방해하는 항목인 오프셋(센터 오프셋)에 감소 가중치를 적용할 수 있다.
차로 유지 제어 장치(100)는 카메라(210) 정보를 기반으로 산출된 차선 계수 기반 기존의 목표 횡 이동 거리에 헤딩각, 오프셋 항목에 댐핑 효과를 위한 가중치를 적용하여 계산한다.
도 1을 참조하면 차로 유지 제어 장치(100)는 통신부(110), 저장부(120), 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 무선 또는 유선 연결을 통해 신호를 송신 및 수신하기 위해 다양한 전자 회로로 구현되는 하드웨어 장치로서, 차량 내 장치들과 차량 내 네트워크 통신 기술을 기반으로 정보를 송수신할 수 있다. 일 예로서 차량 내 네트워크 통신 기술은 CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등을 포함할 수 있다.
일 예로서, 통신부(110)는 차량 내 장치들과 통신을 수행할 수 있고 센싱 장치(200)로부터 센싱 결과를 수신할 수 있다. 특히 통신부(110)는 카메라(210)로부터 주시거리상에서 차로 중앙까지의 거리 오차를 수신할 수 있다.
저장부(120)는 센싱 장치(200)의 센싱 결과 및 프로세서(130)가 동작하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등이 저장될 수 있다. 일 예로, 저장부(120)는 센싱 장치(200)로부터 수신한 차선 정보가 저장될 수 있고 프로세서(130)에 의해 산출되는 목표 횡 이동 거리, 가중치 등이 저장될 수 있다.
저장부(120)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
프로세서(130)는 통신부(110), 저장부(120) 등과 전기적으로 연결될 수 있고, 각 구성들을 전기적으로 제어할 수 있으며, 소프트웨어의 명령을 실행하는 전기 회로가 될 수 있으며, 이에 의해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산을 수행할 수 있다.
프로세서(130)는 차로 유지 제어 장치(100)의 각 구성요소들 간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다. 프로세서(130)는 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
프로세서(130)는 경로 성분 별 가중치 부여 조건을 판단할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 차량의 조향 각속도 및 주행 도로의 곡률을 기반으로 경로 성분별 가중치를 부여할 지 판단할 수 있다. 이때, 경로 성분별 가중치는 헤딩각 가중치 W1, 오프셋 가중치 W0를 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 차량의 급격한 조향 각속도 변화가 이뤄지지 않을 경우 가중치를 부여할 수 있다. 한편, 프로세서(130)는 운전자 오버라이드와 같은 과도 조향 시 경로 성분 별 가중치를 부여하지 않을 수 있다. 즉 가중치 W1= 1, W0= 1이 되도록 한다.
프로세서(130)는 아래 수학식 1과 같이 조향 각속도(
Figure pat00001
)가 각속도 임계치(
Figure pat00002
) 작은 경우, 가중치 W1, W0를 부여할 수 있다.
Figure pat00003
또한, 프로세서(130)는 아래 수학식 2와 같이 도로의 곡률(
Figure pat00004
)각속도 임계치(
Figure pat00005
)보다 작은 경우, 가중치 W1, W0를 부여할 수 있다.
Figure pat00006
프로세서(130)는 높은 곡률을 배제한 중간 곡률 이하에서만 경로 별 가중치를 부여하도록 한다.
반면 프로세서(130)는 도로의 곡률이 큰 급한 커브 길 주행 시 목표 횡 이동 거리에서 곡률에 의한 거리(
Figure pat00007
)의 비중이 커지므로 경로의 왜곡을 방지할 수 있도록 경로 성분별 가중치를 부여하지 않도록 한다. 즉 가중치 W1= 1, W0= 1이 되도록 한다.
이어 프로세서(130)는 차량 오프셋에 따라 헤딩각 및 오프셋 항목의 가중치 부여를 판단할 수 있다. 이때, 차량 오프셋은 차량의 현재 위치와 목표 경로(예, 차로 중앙)와의 차이값을 의미한다.
프로세서(130)는 차량의 현재 오프셋(
Figure pat00008
)이 아래 수학식 3의 영역일 경우 가중치를 부여할 수 있다.
Figure pat00009
즉 프로세서(130)는 차량의 오프셋(
Figure pat00010
)이 제 1 임계치(Threshold 1)과 제 2 임계치(Threshold 2) 사이 영역에 있을 때 헤딩각(
Figure pat00011
)과 오프셋(
Figure pat00012
) 항목에 서로 다른 가중치(
Figure pat00013
)를 부여할 수 있다. 예를 들어, W1은 증가값으로 W0는 감소값으로 부여할 수 있다.
수학식 3에 해당하는 영역은 차량의 거동 방향과 목표 횡 이동 위치의 방향이 반대가 되는 경향성이 가장 많은 구간으로 시간 지연에 따른 핸들 정렬의 선 반영이 반드시 필요한 구간을 의미한다.
또한, 프로세서(130)는 헤딩각(
Figure pat00014
)에 대한 가중치 범위를 1 ~ 1.5배, 오프셋(
Figure pat00015
)에 대한 가중치 범위를 0.5~1배로 적용할 수 있고, 경로 왜곡을 최소화하는 방향으로 가중치를 설계할 수 있다.
한편, 프로세서(130)는 차량의 현재 오프셋(
Figure pat00016
)이 아래 수학식 4와 같은 영역일 경우 가중치를 부여하지 않는다.
Figure pat00017
도 2를 참조하면, 제 2 임계치(Threshold 2) 이하 영역(왼쪽 영역)은 차량이 목표 경로에 위치한 영역으로 핸들 정렬이 이뤄진 상태로 정의되며, 경로 성분별 가중치가 미부여된다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센터 오프셋에 따른 가중치 부여를 설명하기 위한 그래프이다.
제 1 임계치(Threshold 1) 이상 영역(오른쪽 영역)은 차량의 오프셋이 목표 경로로부터 크게 벗어난 구간으로 실제 오프셋(
Figure pat00018
)이 커지는 경향을 목표 횡 이동 위치 계산에 반영하고 경로 왜곡을 없애기 위해 가중치를 미부여한다.
프로세서(130)는 아래 수학식 5와 같이 가중치 적용 없이 목표 횡 이동 거리를 계산할 수 있다.
Figure pat00019
여기서 x는 주시거리, C0는 오프셋, C1은 헤딩각, C2는 곡률, C3는 곡률 변화율을 의미한다.
즉 프로세서(130)는 차선의 성분별 파라미터(오프셋, 헤딩, 곡률, 곡률 변화율)들과 주시 거리(x)에 따른 다항식을 통해 목표 횡 이동 거리(ycam)를 산출할 수 있다. 이에 조향의 지연이 발생할 경우 계산된 목표 횡 이동 거리(ycam)와 달리 차량이 목표 지점에 도달하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.
또한, 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 핸들 정렬이 늦게 반영되므로 제어 오버슛이 발생해 차량이 좌 차선 우 차선 사이를 지그-재그 방향으로 움직이는 오실레이션 현상이 발생할 수 있다. 이러한 오실레이션 현상은 조향각 명령에 따른 추종 값 대비 실제 차량의 움직임 간극이 큰 상용 차량(버스, 트럭)에서 주로 발생할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치의 가중치 미 적용 시 목표 횡 이동 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3를 참조하면, 헤딩각에 의한 거리(C1x), 오프셋에 의한 거리(C0), 곡률에 의한 거리(
Figure pat00020
)를 모두 합하여 최종 목표 횡 이동 거리(ycam)가 도출된다. 이때, 곡률 변화율(C3)에 의한 거리가 미비하여 반영하지 않을 수 있다. 헤딩각에 의한 거리(C1x)의 진행 방향은 오프셋에 의한 거리(C0), 곡률에 의한 거리(
Figure pat00021
)의 진행 방향과 반대 방향이 되며, 헤딩각에 의한 거리(C1x), 오프셋에 의한 거리(C0), 곡률에 의한 거리(
Figure pat00022
)를 모두 합하면 헤딩각에 의한 거리(C1x)에서 오프셋에 의한 거리(C0), 곡률에 의한 거리(
Figure pat00023
)를 뺀 거리만큼이 남는데 이 남은 거리가 목표 횡 이동 거리(ycam)가 된다.
프로세서(130)는 아래 수학식 6과 같이 경로 성분 별 가중치를 적용하여 목표 횡 이동 거리를 계산할 수 있다.
Figure pat00024
상기 수학식 6은 상술한 수학식 5의 목표 횡 이동 거리(ycam)에 가중치 W1, W0를 반영하여 가중치가 적용된 목표 횡 이동 거리(yw_cam)를 산출하는 수식을 나타낸다.
즉 프로세서(130)는 조향 지연을 고려하여 현재 차량의 진행 방향의 반대 방향으로 핸들 정렬을 미리 조정하고, 목표 조향각을 차량 거동에 선반영 할 수 있도록 헤딩각과 오프셋을 보정할 수 있으며, 보정된 헤딩각과 오프셋을 목표 횡 이동 거리(ycam)에 반영할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 핸들 정렬을 선 반영할 수 있는 헤딩각의 가중치(
Figure pat00025
)가 증가하도록 조정하고, 조향 지연에 의해 후 반영되고 핸들 정렬을 방해하는 오프셋의 가중치(
Figure pat00026
)가 감소하도록 조정할 수 있다. 이에 댐핑 효과 부여로 차로 유지 제어 반응성이 개선될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 장치의 가중치 적용 시 목표 횡 이동 거리 계산 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 가중치 적용된 헤딩각에 의한 거리(W1C1x)가 보정되기 전 헤딩각에 의한 거리(C1x)보다 길어짐을 알 수 있다. 또한, 가중치 적용된 오프셋에 의한 거리(W0C0x)는 가중치 적용 전 오프셋 거리 (C0x)보다 짧아져, 결국 최종 목표 횡 이동 거리(yw_cam)는 길어지게 된다.
즉, 프로세서(130)는 차량의 진행 방향의 반대 방향으로 핸들 정렬을 미리 조정하여 목표 조향각을 미리 반영할 수 있도록 헤딩각과 오프셋을 보정함으로써 목표 횡 이동 거리를 조정하여 차량이 안정적으로 차로 중앙을 추종하도록 한다.
센싱 장치(200)는 차선 정보를 획득하기 위한 카메라(210), 차량의 조향 각속도를 감지하기 위한 조향 각속도 센서(220) 등을 포함할 수 있다. 이때, 카메라(210)는 차선 정보 획득을 위해 차량 전방을 촬영할 수 있다.
조향 제어 장치(300)는 차량의 조향각을 제어하도록 구성될 수 있으며, 스티어링 휠, 스티어링 휠와 연동된 액츄에이터 및 액츄에이터를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
제동 제어 장치(400)는 차량의 제동을 제어하도록 구성될 수 있으며, 브레이크를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
엔진 제어 장치(500)는 차량의 엔진 구동을 제어하도록 구성될 수 있으며, 차량의 속도를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 차량이 목표 경로로부터 일정 오프셋 이하로 목표 경로에 도달하였을 때 핸들 정렬(진행방향과 반대부호)을 미리 해줄 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 대한 가중치를 적용하여 차량의 반응성 개선 및 경로 추종 성능 향상을 도모할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차로 유지 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 1의 차로 유지 제어 장치(100)가 도 5의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 5의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 동작은 차로 유지 제어 장치(100)의 프로세서(130)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 5를 참조하면 차로 유지 제어 장치(100)는 카메라(210)로부터 센싱 정보를 수신한다(S100). 이때, 센싱 정보는 차선 정보를 포함할 수 있으며 일 예로서 차선 정보는 센터 오프셋, 차량의 헤딩각, 주행 도로의 곡률, 주행 도로의 곡률 변화율 등을 포함할 수 있다.
차로 유지 제어 장치(100)는 경로 성분별 가중치 적용을 위한 조향 각속도 조건을 판단한다(S200). 즉, 차로 유지 제어 장치(100)는 조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만인지를 판단하여, 미만이면 경로 성분별 가중치 적용이 가능한 상태로 판단한다.
이어 차로 유지 제어 장치(100)는 경로 성분별 가중치 적용 곡률 조건을 판단한다(S300). 즉 차로 유지 제어 장치(100)는 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인지를 판단하여 미만이면 경로 성분별 가중치 적용이 가능한 상태로 판단한다.
이어 차로 유지 제어 장치(100)는 경로 성분별 가중치 적용을 위한 센터 오프셋 조건을 판단한다(S400). 즉 차로 유지 제어 장치(100)는 센터 오프셋이 제 2 임계치(threshold2) 보다 크고 제 1 임계치(threshold1)보다 작은지를 판단한다.
상술한 과정 S200, S300, S400에서 각속도 조건, 곡률 조건, 및 센터 오프셋 조건을 모두 만족하는 경우, 차로 유지 제어 장치(100)는 경로 성분별 가중치를 적용할 수 있다. 즉 차로 유지 제어 장치(100)는 상술한 수학식 6과 같이 헤딩각 및 오프셋에 가중치를 적용하여(S500), 목표 횡 이동 거리를 계산한다(S600).
한편, 상술한 과정 S200, S300, S400에서 각속도 조건, 곡률 조건, 및 센터 오프셋 조건 중 적어도 하나 이상 불만족하는 경우, 차로 유지 제어 장치(100)는 상술한 수학식 5와 같이 가중치를 미적용하여(S700), 목표 횡 이동 거리를 계산한다(S600).
레벨2 이상의 자율 주행 기술에서 차로 유지를 위한 횡방향 제어 기술은 운전자의 주행 편의와 안전 측면에서 핵심적인 분야이다. 차량 조향의 반응성이 느리고 무게 하중이 큰 차량의 경우 차로 중앙 추종 시 누적된 반응 저하로 인해 차량이 차로 중앙에 수렴하지 못하고 오실레이션이 발생할 수 있는 바, 본 발명에서는 목표 횡 이동 위치에 도달하기 전에 미리 핸들의 정렬이 이뤄질 수 있도록 헤딩각과 오프셋 항목에 가중치를 부여하여 차로 중앙 추종 성능의 안정성을 향상시키고 차량의 조향계의 반응성을 개선할 수 있다.
이에 차량 조향계의 반응성이 느리고 무게 하중이 큰 버스, 트럭과 같은 차량이더라도 차로 중앙에서 댐핑 효과를 가지게 되어 오실레이션을 방지할 수 있고 경사각이 크고 곡률 다변화 도로에서도 안정적인 자율 주행 제어가 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부;
    를 포함하는 차로 유지 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 차량의 헤딩각에 부여되는 가중치는 증가하도록 조정하여 핸들 정렬을 우선 반영하고,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋에 부여되는 가중치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 이상이고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치 이하이면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 가중치를 미 부여하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 장치.
  9. 차량 전방의 차선 정보를 획득하는 센싱 장치; 및
    차로 유지 제어 시, 상기 차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 차로 유지 제어 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 차로 유지 제어 장치는,
    상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 차로 유지 제어 장치는,
    상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 차로 유지 제어 장치는,
    조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차로 유지 제어 장치는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 차로 유지 제어 장치는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  15. 차로 유지 제어 시, 차선 정보를 획득하는 단계; 및
    차선 정보를 기반으로 목표 횡 이동 거리를 산출하되 차량이 목표 경로에 도달하기 전 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 보정하여 상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는,
    상기 차량의 헤딩각에 의한 차량의 이동 거리, 상기 차량의 목표 경로로부터의 오프셋에 의한 차량의 이동 거리, 및 주행 도로의 곡률에 의한 차량의 이동 거리를 기반으로 상기 목표 횡 이동 거리를 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는,
    상기 차량의 헤딩각을 증가시키기 위한 가중치를 부여하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋을 감소시키기 위한 가중치를 부여하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는,
    조향 각속도가 미리 정한 각속도 임계치 미만이고 주행 도로의 곡률이 미리 정한 곡률 임계치 미만인 경우 상기 목표 횡 이동 거리의 보정을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는,
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 보다 작고 상기 제 1 임계치보다 작은 제 2 임계치보다 크면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 서로 다른 가중치를 부여하는 단계; 및
    상기 목표 경로로부터의 오프셋이 미리 정한 제 1 임계치 이상이고 상기 제 2 임계치 이하이면, 상기 차량의 헤딩각과 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 상기 가중치를 미 부여하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 목표 횡 이동 거리를 보정하는 단계는,
    상기 차량의 헤딩각에 부여되는 가중치는 증가하도록 조정하여 핸들 정렬을 우선 반영하고, 상기 목표 경로로부터의 오프셋에 부여되는 가중치를 감소시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차로 유지 제어 방법.

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