KR20230049148A - 어드벤스드 자율주행 차선변경방법 및 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명의 차량(1)에서 구현되는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법은 주행 중 자자(1)의 차선 변경 시 주변차량(100,200,300)을 확인하고, 변속에 따른 소음, 연비 및 변속성이 고려된 가속도 산정지수(G)의 가속도를 가속도 맵(10) 중 변속 단 선도(30)와 매칭하여 변속충격이 줄어드는 목표 변속단이 선정되는 일반 차선 변경 모드(S30~S90)를 적용하거나 또는 충돌 위험에 따른 긴급성으로 상기 변속 단 선도(30)에서 빠르게 변속 가능한 저단이 선정되는 신속 차선 변경 모드(S100~S120)를 결정해 주는 컨트롤러(5)가 포함됨으로써 자율주행 상태에서 가속 개념을 차선변경에 적용하고, 특히 차선변경 필요 가속도에 대한 예측 가능성 및 정확도를 높임으로써 차선변경 상황에서 긴급시의 안정성뿐만 아니라 측/후방 차량이 다가오는 일반적인 근접 주행조건에서도 가속하여 차선 변경 및 추월이 가능하여 보다 효과적인 자율주행이 가능한 특징을 갖는다.

Description

어드벤스드 자율주행 차선변경방법 및 차량{Advanced Autonomic Method for Controlling Lane Change and Vehicle Thereof}

본 발명은 자율주행 차선변경 방법에 관한 것으로, 특히 킥 다운(Kick Down) 변속으로 인한 가속도 예측의 한계를 해소한 어드벤스드 자율주행 차선변경제어가 구현되는 차량에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 주행 중 차선 변경이 요구되는 상환에서 선행차량, 후행차량, 측방차량과 충돌을 회피할 수 있어야 하고, 이는 차량 중 일부 자율주행 구현 또는 자율주행차량에서 차선변경 제어 기술로 구현될 수 있어야 한다.

특히 상기 일부 자율주행 차량 또는 상기 자율주행차량에서 자율주행 차선변경 제어는 자차를 기준으로 그 주변 차선(Lane)의 선행차량, 측방차량, 후행차량을 모두 고려한 충돌 조건 설정이 요구된다.

일례로 상기 충돌 조건 설정은, (1) 자차 공간 거리에서 자차와 선행차량 간 거리, 자차와 측방차량 간 거리, 자차와 후방차량 간 거리 변수 및 (2) 자차 상대 가속도에서 자차와 선행차량 간 상대 가속도, 자차와 측방차량 간 상대 가속도, (4) 자차와 후행차량 간 상대 가속도 변수를 적용한다.

이로부터 자차는 가속하여 차선을 변경할 경우, 선행차량과 충돌하는 자차의 충돌시간(t_collision)을 결정한 후 자차 가속도 기반으로 자차 주행거리가 차선변경 필요거리보다 큰 상황인지 여부가 먼저 판단될 수 있다.

그러므로 상기 일부 자율주행 차량 또는 상기 자율주행차량은 충돌시간(t_collision), 차선변경 필요거리 및 차자 가속도 조건 만족 시 차선 변경하여 주변차량과 충돌 없이 차선을 변경할 수 있다.

국내공개특허 KR 10-2021-0002959 A

하지만, 상기 일부 자율주행 차량 또는 상기 자율주행차량에서 구현되는 자율주행 차선변경제어는 자차 가속도를 먼저 예측하여야 하는 방식이므로 차선변경에 제한을 가질 수밖에 없다.

일례로 상기 자율주행 차선변경제어는 선행/측방/후행차량에 대한 자차의 주행 공간에서 차선변경으로 인한 충돌 없는, 특히 측방차량 또는 후행차량에 의한 방해를 받지 않는 경우에만 차선변경을 수행할 수밖에 없다. 이는 자차의 도심주행이나 정체상황에서 차선변경을 불가능하게 한다.

이로 인하여 상기 일부 자율주행 차량 또는 상기 자율주행차량은 차선 변경시에 측/후방에서 차량이 다가오는 경우에는 차선 변경을 시도하지 않게 된다.

나아가 상기 일부 자율주행 차량 또는 상기 자율주행차량의 차선변경제어는 긴급시와 같이 위급한 상황에서도 차선변경을 제한을 가질 수밖에 없다.

일례로 상기 자율주행 차선변경제어는 측/후방에서 차량이 다가오거나 전방차량 감속과 동시에 후방차량 접근 상황에선 차차 가속을 통해 차선변경이 요구됨에도 이를 수행하지 않게 한다.

보다 근본적으로 상기 자율주행 차선변경제어는 차량은 주행 중 엑셀페달을 밟을 때 가속도 예측을 더욱 어렵게 하는 킥 다운(Kick Down) 변속이 일어남으로써 “가속도의 예측”이 불가능하여 “가속”에 대한 개념을 차선변경에 적용하지 못하는 한계가 있을 수밖에 없다.

이러한 이유는 상기 킥 다운 변속은 엑셀을 밟아 가속하는 상황에선 발생하는 더 큰 구동력을 지닌 저단 변속 즉, 하향 변속이므로 가속도 예측을 위한 변속의 개수가 많고, 특히 가속도 예측이 사실상 불가능한 파워트레인 특성이 변해가는 과정인 변속이라는 점에 기인한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 킥 다운(Kick Down) 변속의 파워트레인 특성 활용으로 가속도 예측의 한계를 해소함으로써 자율주행 상태에서 가속 개념을 차선변경에 적용하고, 특히 차선변경 필요 가속도에 대한 예측 가능성 및 정확도를 높임으로써 차선변경 상황에서 긴급시의 안정성뿐만 아니라 측/후방 차량이 다가오는 일반적인 근접 주행조건에서도 가속하여 차선 변경 및 추월이 가능하여 보다 효과적인 자율주행이 가능한 어드벤스드 자율주행 차선변경방법 및 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 어드벤스드 자율주행 차선변경방법은 주행 중 자차와 주변차량의 차량정보를 확인한 컨트롤러에 의해 자율주행 차선 변경이 일반 차선 변경 모드와 신속 차선 변경 모드로 구분되는 단계; 상기 일반 차선 변경 모드에서, 가속도 맵의 변속 단 선도를 소음영향도, 연비영향도 및 변속영향도 중 하나 이상이 적용된 가속도 산정지수로 산출한 차선 변경 필요 가속도와 매칭하고, 이어 상기 주변차량의 주행상태에서 상기 자율주행 차선변경이 이루어지도록 상기 변속단 선도의 가속도 영역에 존재하는 변속단을 목표 변속단으로 결정하는 가속도 우선 제어 단계; 상기 신속 차선 변경 모드에서, 상기 가속도 맵의 상기 변속 단 선도를 상기 차선변경의 긴급성에 맞춰 매칭하고, 이어 상기 주변차량의 주행상태에서 상기 자율주행 차선변경이 이루어지도록 상기 변속단 선도의 가속도 영역 중 빠르게 실시 가능한 변속단을 목표 변속단으로 결정하는 변속단 우선 제어 단계; 및 엑셀페달의 개도 조정이 이루어지는 가속 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 차선 변경 필요 가속도는

(가속도 final_shift는 상기 자차의 변속시 최종 가속도)를 충돌 회피식으로 하고, 상기 주변차량에 대한 상기 자차의 상대속도가 최초의 음수 값에서 0에 도달되는 충돌 시점 이내에서 정의된다.

바람직한 실시예로서, 상기 차량정보는 상기 자차의 조향각, 엔진 회전수, 액셀개도, 차량 간 상대속도, 차량 간 상대가속도 및 차량 간 거리 중 하나 이상이 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가속도 맵은 상기 변속 단 선도를 엔진 회전수와 엑셀 개도 좌표로 하는 3차원 공간 좌표로 구축되고, 상기 3차원 공간 좌표는 엔진 회전수, 변속단 및 엑셀 개도를 축으로 하며, 상기 변속 단 선도는 변속 단별로 상기 가속도 영역이 존재하도록 구축된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가속도 우선 제어 단계의 목표 변속단은 상기 차선변경 시 변속충격을 방지하는 변속 단이다.

바람직한 실시예로서, 상기 가속도 우선 제어 단계는 상기 가속도 맵을 읽어 오고, 상기 가속도 산정지수로 상기 소음영향도, 상기 연비영향도 및 상기 변속영향도가 선정되는 단계, 상기 소음영향도에 적용되는 소음상수, 상기 연비영향도에 적용되는 연비상수 및 상기 변속영향도에 적용되는 변속상수로 가속도 상수가 선정되는 단계, 및 상기 가속도 산정지수의 계산으로 상기 차선 변경 필요 가속도가 결정되고, 상기 변속단 선도의 가속도 영역에서 상기 목표 변속단이 결정되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 소음영향도는 상기 소음상수와 엔진 회전수의 곱으로 결정되며, 상기 소음상수는 연비 저하를 가져오지 않는 소음 개발기준 dB 값 내로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 연비영향도는 상기 연비상수와 연료량의 곱으로 결정되며, 상기 연비상수는 엔진 회전수, 엑셀개도, 엔진의 토크 맵 및 변속 단 중 하나 이상을 적용하여 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 변속영향도는 상기 변속상수와 변속성의 곱으로 결정되며, 상기 변속상수는 변속시간과 변속에 의한 가속도 g 변화를 반영하여 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가속도 산정지수는 상기 소음영향도와 상기 연비영향도 및 상기 변속영향도의 합산으로 계산된다.

바람직한 실시예로서, 상기 변속단 우선 제어 단계의 목표 변속단은 상기 차선변경 시 빠르게 실시 가능한 저단이다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 주행 중 자자의 차선 변경 시 주변차량을 확인하고, 변속에 따른 소음, 연비 및 변속성이 고려된 가속도 산정지수의 가속도를 가속도 맵 중 변속 단 선도와 매칭 하여 변속충격이 줄어드는 목표 변속단이 선정되는 일반 차선 변경 모드를 적용하거나 또는 충돌 위험에 따른 긴급성으로 상기 변속 단 선도에서 빠르게 변속 가능한 저단이 선정되는 신속 차선 변경 모드를 결정해 주는 컨트롤러; 및 상기 변속 단 선도가 엔진 회전수, 변속단 및 엑셀 개도를 축으로 하는 3차원 공간 좌표에 구축된 가속도 맵이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 자율주행 상태에서 상기 차선 변경이 이루어질 때 상기 소음, 상기 연비, 상기 변속성 및 상기 긴급성을 적용한다.

바람직한 실시예로서, 상기 변속 단 선도는 변속 단별로 구축되고, 상기 변속 단별 구축 포맷은 엔진회전수와 엑셀개도를 축으로 하여 가속도 값의 영역으로 표현된다.

바람직한 실시예로서, 상기 변속 단별 구축 포맷은 안전계수로 실 주행조건과 차이를 줄여준다.

바람직한 실시예로서, 상기 3차원 공간 좌표는 엑셀 개도와 엔진 회전수에 따른 주행저항, 변속단별 기어비 및 엔진의 토크 맵 중 하나 이상을 차량 정보로 하여 구축된다.

바람직한 실시예로서, 상기 3차원 공간 좌표는 차량 다이노 시험으로 구축되며, 상기 차량 다이노 시험은 변속단별, 엑셀개도별 및 엔진회전수별 중 어느 하나를 적용하여 수행된다.

이러한 본 발명의 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량에 적용된 어드벤스드 자율주행 차선변경방법 및 자율주행차량은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량에서 파워트레인 특성이 활용됨으로써 킥 다운(Kick Down) 변속으로 불가하던 가속 개념이 자율주행 차선변경 제어에 적용될 수 있다. 둘째, 금지된 변속 상태인 고정된 단수에서의 엑셀 조작을 통해 정확한 가속도 예측이 가능한 변속단수 고정 방식 적용으로 자율주행 차선변경 제어에 필요한 가속도의 정확한 예측 값 판단이 가능하다. 셋째, 자율주행 차선변경 제어 시 변속단수 고정으로 변속 방지를 통한 가속도 통제성이 향상되고, 특히 이를 토크 맵 & 기어비 & 주행저항의 차량 모델 또는 차량 다이노모에서의 시험 결과로 구축된 가속도 맵(Map)을 활용함으로써 가속도의 정확한 예측이 가능하다. 넷째, 연비 & 소음 & 변속영향도 & 긴급성을 고려한 가속도 선정 측면에서 실제 차량에 적용하는데 적용효과가 높아 질 수 있다. 다섯째, 자차 가속도 적용한 어드벤스드 자율주행 차선변경 제어로 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량이 차선변경 상황에서 긴급시의 안정성뿐만 아니라 측/후방 차량이 다가오는 일반적인 근접 주행조건에서도 가속하여 차선 변경 및 추월이 가능하여 보다 효과적인 자율주행이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량 에 적용된 어드벤스드 자율주행 차선변경방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 어드벤스드 자율주행 차선변경에 가속도 맵(Map)을 적용한 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량의 구성 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 가속도 맵(Map)의 구축 조건 예이고, 이며, 도 4는 본 발명에 따른 자차의 차선 변경 모드 확인 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 차선 변경의 필요 가속도 a에서 소음/연비/변속시간 적용 및 긴급성 적용을 위한 가속도 a 좌표 영역과 변속단 매칭 영역이 사용되는 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 자율주행 차선변경방법은 차량 정보 기반으로 차선 변경 상황 확인(S10~S20) 시 일반 차선 변경 모드(S30)로 가속도 맵(또는 가속도 맵 A)과 매칭 기반 가속도 상수 적용 가속도 산정지수 적용 차선변경시의 가속도(또는 필요 가속도 a) 결정 후 변속단 선택이 이루어지는 가속도 우선 제어(S40~S90) 또는 신속 차선 변경 모드(S100)로 가속도 맵(또는 가속도 맵 A)과 매칭 기반 차선변경시의 가속도(또는 필요 가속도 a) 도달 변속단 선택이 이루어지는 변속단 우선 제어(S110~S120)가 선택된 후 차량의 가속(예, 엑셀페달 작동)(S200)을 수행하여 준다.

특히 상기 일반 차선 변경 모드(S30)의 가속도 우선 및 상기 신속 차선 변경 모드(S100)의 변속단 우선에 대한 결정은 소음 영양도, 연비 영양도, 변속시간 영양도 및 긴급성 정도가 고려되어 최적화됨으로써 전방은 물론 측후방이나 후방에서 다가오는 차량 상황에서라도 차량을 가속시켜 안정적인 차선변경 가능하면서 일반주행 외 위급한 상황에서도 안정적인 차선 변경을 가능하게 한다.

따라서 상기 자율주행 차선변경방법은 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량의 주행시 주변 차량의 가속도와 자율 주행 차량(즉, 차선변경시도 차량)의 가속도 비교를 통해 차선 변경하고자 하는 경우에 요구되는 정확한 가속도 예측으로 차선변경 및 추월 가능여부가 판단될 수 있고, 이를 통하여 추월시 변속단을 특정단으로 고정한 상태에서 가속도를 정확하게 예측함으로써 기존 대비 더 효과적으로 차선변경 및 추월이 가능하다.

이로부터 상기 자율주행 차선변경방법은 불가피한 충돌을 회피함으로써 자율주행시의 안전성도 향상되는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법으로 특징된다.

한편, 도 2 내지 도 4는 자율주행차량(1) 및 컨트롤러의 가속도 맵(Map)을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 차량(1)은 컨트롤러(5) 및 가속도 맵(10)을 포함한다. 이 경우 상기 차량(1)은 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량을 포함한다.

일례로 상기 컨트롤러(5)는 자율주행 로직이나 프로그램을 내장한 메모리를 갖추고 다양한 자율주행 센서 신호 처리로 자율적 차량 주행 제어를 수행하는 중앙처리장치(CPU)로 기능한다. 이 경우 상기 자율주행 센서는 라이다에 의한 차간 거리 및 주위 차량 검출, 레이다, 차속 센서, 엑셀페달 게도 센서, 브레이크 답입량, 소음 센서 등을 포함한다.

그러므로 상기 컨트롤러(5)는 일반적인 자율주행차량의 전용 상위 제어기이다.

일례로 상기 가속도 맵(10)은 엔진 회전수(RPM) x, 변속단 y 및 엑셀 개도 z의 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20), 엔진 회전수(RPM) x와 엑셀 개도 z로 가속도 a를 표현하는 변속 단 선도(30)로 구축된다.

도 3을 참조하면, 상기 차량(1)이 선행 차량(100), 측방 차량(200) 및 후행 차량(300)을 주변 차량으로 하여 주행되는 상황에서 차선 변경에 적용되는 가속도 맵(10)을 구축하는 상황이 예시된다.

도시된 차량(1)의 주행 상황에서, 상기 차량(1)이 주변 차량인 선행 차량(100), 측방 차량(200) 및 후행 차량(300)에 대해 충돌 없이 가속을 하여 차선을 변경하기 위해서는 만족해야 하는 조건식 (1), (2), (3)는 아래 조건들과 같다.

---(1)

---(2)

---(3)

위 조건식 (1), (2), (3)는 시간 그래프 계산에 의한 상대속도를 충돌 예측 식 (4), (5), (6)로 아래 조건들과 같다.

---(4)

---(5)

---(6)

이 경우 “AB"는 차량(1)과 선행 차량(100) 간 상대속도이고, “AC"는 차량(1)과 측방 차량(200) 간 상대속도이며, “AD"는 차량(1)과 후행 차량(300) 간 상대속도이다.

그러므로 상기 “상대속도 AB", “상대속도 AC" 및 “상대속도 AD", 즉 AB 값, AC 값, AD 값의 각각은 최초 음수를 갖고 있으며, 0 에 도달하면 자차가 주변차량과 충돌하게 된다.

특히 도 4를 참조하면, 상기 차량(1)이 선행 차량(100), 측방 차량(200) 및 후행 차량(300)과 충돌 없이 차선변경 가능한 가속도 a가 결정되는 예를 알 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 시간(t) 기반의 충돌 시간 그래프는 차량(1)이 가속하여 차선을 변경하는 경우 AB 값, AC 값, AD 값에 의해 충돌 시점(t_collision)이 파악됨을 표시한다. 이 경우 상기 충돌 시간 그래프는 시간(t)에 대해 2번 적분하기 때문에 2차원 그래프 특성을 갖지만 편의상 1차원 그래프로 표현된 상태이다.

이로부터 상기 차량(1)이 선행 차량(100)과 충돌 없는 충돌 회피 식(7)은 아래 조건과 같다.

----(7)

여기서, 상기 가속도 final_shift는 자차(1)의 변속시 최종 가속도이다.

위 충돌 회피 식(7)은 시간(t) 기반의 충돌 시간 그래프에서 차량(1)이 충돌을 회피하려면, 선행 차량(100)과 충돌함을 알리는 충돌 시점(t_collision) 이후가 아닌 이내에 일어나야 하는 완전한 차선 변경 조건을 알려 준다.

즉, 상기 충돌 회피식 (7)은 차선 변경 필요 가속도는 주변차량(100,200,300)에 대한 차량(1)(즉, 자차)의 상대속도가 최초의 음수 값에서 0에 도달되는 충돌 시점(t_collision) 이내에서 충돌 회피식으로 정의됨을 의미한다.

따라서 도 2 내지 도 4로부터, 상기 차량(1)은 식 (1), (2), (3), (7)의 조건을 만족할 때, 선행 차량(100), 측방 차량(200) 및 후행 차량(300)과 충돌 없이 차선 변경이 가능하고, 이를 위한 가속도 a 의 예측이 요구된다.

한편 도 5는 상기 가속도 a 의 예측이 가능한 가속도 맵(10)의 구축 상태를 예시한다.

도시된 바와 같이, 상기 가속도 맵(10)의 변속 단 선도(30)는 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)의 가속도 a 좌표 영역을 변속단 매칭 영역으로 세분하고, 상기 변속단 매칭 영역은 차량(1)의 변속단수에 맞춰 구축된다.

일례로 4단 변속인 경우, 상기 변속 단 선도(30)는 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)로 구축되며, 상기 제1 변속 단 선도(30a)는 변속 1단에서 엔진 회전수와 엑셀 개도의 1단 변속시 가속도 a, 상기 제2 변속 단 선도(30b)는 변속 2단에서 엔진 회전수와 엑셀 개도의 2단 변속시 가속도 a, 상기 제3 변속 단 선도(30c)는 변속 3단에서 엔진 회전수와 엑셀 개도의 3단 변속시 가속도 a, 상기 제4 변속 단 선도(30d)는 변속 4단에서 엔진 회전수와 엑셀 개도의 4단 변속시 가속도 a를 각각 표현하여 준다.

구체적으로 상기 가속도 a는 차량 정보 활용 방안 또는 차량 다이노 활용 방안을 적용한다. 이러한 이유는 가속도를 얻기 위한 킥다운(KickDown) 변속에서 예측되므로 변속의 개수가 많고, 특히 변속이라는 것이 파워트레인(3)의 특성이 변해가는 과정임을 감안하여야 하기 때문이다.

일례로 상기 차량 정보 활용 방안은 주행저항, 기어비 및 토크 맵을 차량 정보로 하고, 이로부터 차량 모델을 통해 엑셀 개도와 엔진 회전수에 따른 주행저항, 변속단별 기어비 및 엔진의 토크 맵을 활용하여 가속도 계산이 이루어지며, 상기 가속도를 가속도 a로 하여 엔진 회전수 x/변속단 y/엑셀 개도 z의 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)를 구축하는 방식이다. 이 경우 상기 차량 모델은 실제 주행 정보 값 또는 이전 주행 정보 값을 얻을 수 있는 실 차량(예, 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량)일 수 있다.

일례로 상기 차량 다이노 활용 방안은 차량정보(예, 토크 맵, 주행저항 등)가 아닌 변속단별, 엑셀개도별, 엔진회전수(즉, RPM)별로 만 실제 차량 다이노 시험을 각각 진행하고, 이를 엔진 회전수 x/변속단 y/엑셀 개도 z의 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)로 구축하는 방식이다. 이 경우 상기 차량 다이노 활용 방안은 실제 소요되는 시험 시간이 많지 않은 장점을 갖는다.

이로부터 상기 차량 정보 활용방식 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)와 상기 차량 다이노 활용방식 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)의 각각은3차원 공간에 1단, 2단, 3단, 4단과 같은 다수의 층을 지닌 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)로 세분되며, 상기 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 각각의 층은 엔진회전수(RPM)와 엑셀개도를 축으로 지녀 가속도 a값이 표현된다.

특히 상기 가속도 맵(10)의 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 각각에는 별도의 안전계수(보정계수)를 추가로 활용함으로써 가속도(즉, 가속도 a)를 단순 계산할 때 발생되는 실 주행조건과 차이를 줄여 줄 수 있다.

이하 도 1의 상기 어드벤스드 자율주행 차선변경방법을 도 2 내지 도 5를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 가속도 맵(10)과 연계된 컨트롤러(5)이며, 제어 대상은 차량(1)(즉, 일부 자율주행 차량 또는 자율주행차량) 또는 차량의 엑셀 개도이다. 그리고 이하에서 자차는 차량(1)을 의미한다.

먼저 컨트롤러(5)는 S10 단계에서 자차 정보 및 주변 차량 정보를 차선 변경 정보로 검출한 후 S20의 단계에서 차선 변경 모드 확인을 수행한다.

도 2를 참조하면, 컨트롤러(5)는 차량(1)에 장착되어 차량 주변에서 함께 주행하는 선행 차량(100), 측방 차량(200) 및 후행 차량(300)을 검출하여 그 정보를 확인한다. 이 경우 상기 차선 변경 정보는 차량(1)의 조향각(k), 차량(1) 기준 차량 간 상대속도, 차량 간 상대가속도, 차량(1) 기준 차량 간 거리 등을 포함한다.

이어 컨트롤러(5)는 차량(1)의 차선 변경에 대해 S20의 차선 변경 모드를 S30의 일반 차선 변경 모드 및 S100의 신속 차선 변경 모드로 구분한다. 이 경우 상기 일반 차선 변경 모드(S30)는 가속도 맵(또는 가속도 맵 A)과 매칭 기반 가속도 상수 적용 가속도 산정지수로 차선변경시의 가속도(또는 필요 가속도 a) 결정 후 변속단 선택이 이루어지고, 이는 가속도 우선 제어(S40~S90)로 특징된다.

반면 상기 신속 차선 변경 모드(S100)는 가속도 맵(또는 가속도 맵 A)과 매칭 기반 차선변경시의 가속도(또는 필요 가속도 a) 도달 변속단 선택이 이루어지고, 이는 변속단 우선 제어(S110~S120)로 특징된다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러(5)는 시간(t) 기반의 충돌 시간 그래프의 충돌 시점(t_collision)에 기반 하여 일반 차선 변경 모드(S30) 및 신속 차선 변경 모드(S100)를 구분함으로써 어떠한 주행 상황에서도 차량(1)이 충돌을 회피할 수 있는 완전한 차선 변경 조건이 결정될 수 있음을 알 수 있다.

구체적으로 컨트롤러(5)는 상기 가속도 우선 제어(S40~S90)를 S40의 가속도 맵(즉, 가속도 맵 A) 매칭 단계, S50의 가속도 산정지수 선정 단계, S60의 가속도 상수 선정 단계, S70의 가속도 산정지수 계산 단계, S80의 차선변경시의 필요 가속도(즉, 필요 가속도 a) 결정 단계, S90의 목표 변속단 결정 및 변속 단계로 수행된다.

도 5를 참조하면, 컨트롤러(5)는 상기 가속도 맵(즉, 가속도 맵 A) 매칭(S40)을 위해 가속도 맵(10)의 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)와 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)를 불러오고, 상기 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)에서 제1 변속 단 선도(30a), 제2 변속 단 선도(30b), 제3 변속 단 선도(30c) 및 제4 변속 단 선도(30d) 중 어느 하나를 적용한다.

이러한 이유는 가속도 a는 각각의 변속 단에서 도 5와 같이 가속도의 영역 1, 영역 2, 영역 3, 영역 4와 같이 위치하므로 영역 1 내지 4 각각의 영역은 서로 다른 값의 엔진 회전수(RPM), 엑셀개도, 연비를 반영하고 있기 때문이다.

이어 컨트롤러(5)는 차선변경을 위한 변속 단을 설정함에 있어서 고려해야 되는 항목을 상기 가속도 산정지수 선정(S50)에서 소음, 연비 및 변속시간에 대한 영향성으로 고려하고, 이로부터 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 중 어느 하나를 가속도 a에 최적화된 변속 단 선도로 선택한다.

일례로 상기 소음/연비/변속시간 반영은 아래와 같다.

소음영향도(X) = a * 엔진 회전수(RPM)(A). a : 소음상수 ---(8)

연비영향도(Y) = b * 연료(fue, 결정된 값)(F), b: 연비상수 ---(9)

변속영향도(Z) = c * 변속성(shift)(S), c: 변속상수로 변속시간과 변속에 의한 가속도 g 변화 반영 값) -------(10)

여기서, 상기 소음 영향도는 소음이 엔진 회전수(RPM)에 비례함을 반영한다. 상기 연비 영향도는 연비가 엔진 회전수(RPM), 엑셀개도, 토크 맵(엔진) 및 변속단으로 결정됨을 반영한다. 상기 변속 영향도는 변속시간과 변속에 의한 가속도 g 변화에 대한 영향도가 포함된 변속성(shift)으로 표현됨을 반영한다.

또한, 컨트롤러(5)는 가속도 상수 선정(S60)을 수행한다. 이 경우 상기 가속도 상수는 소음상수(a), 연비상수(b) 및 변속상수(c)이다.

일례로 상기 소음상수(a)는 차량 개발시 적용된 소음 개발기준 dB 값에서 최대한 연비에 치우치도록 설정되므로 하기 조건 1,2에 맞춰 결정한다.

조건 1: 개발목표 > a(소음상수) * 엔진 회전수(RPM)

조건 2: 연비가 좋은 영역

그리고 상기 연비상수(b)는 차량 주행모드인 에코 모드(Eco), 스포츠 모드(SPORT)로 일반 주행시 분석된 운전자 성향을 고려하며, 에코 모드(Eco) 경향인 경우 연비상수 b값을 스포츠 모드(SPORT) 대비 크게 적용한다.

또한 상기 변속상수(c)는 짧은 변속시간, 중력 가속도 g 값의 작은 변화가 발생할 수 있게끔 되도록 현재 변속단과 가까운 변속 단을 적용한다. 이러한 이유는 차선 변경 시 목표하는 변속단으로 변속이 이루어질 때 필연적으로 존재하는 변속시간을 반영하기 위함이다.

일례로 8단 -> 2단 <<<< 8단 -> 7단과 같이 8-2 변속보다는 8-7 변속이 변속영향도인 변속성(shift)이 더 큰 값을 적용하는데, 이를 통하여 현재 변속단에서 너무 먼 변속단 (즉, 8단 -> 2단)으로 변속할 때 자율주행에 위화감을 줄 수 있는 중력 가속도 g 값의 큰 변화 폭을 차단함으로써 가까운 변속단으로 변속하는 것이 유리함을 반영할 수 있다.

이어서 컨트롤러(5)는 가속도 산정지수 계산(S70)을 위해 아래 가속도 선정지수 계산식을 적용한다.

G(가속도 선정지수) = [a* 엔진 회전수(RPM)] + [b * 연료(fuel)] + [c * 변속성(shift)] ----- (11)

이로부터 컨트롤러(5)는 설정 또는 결정된 엔진 회전수와 엑셀 개도 및 소음상수(a)/연비상수(b)/변속상수(c)를 이용하여 차선변경시의 필요 가속도(즉, 필요 가속도 a)(S80)를 결정 또는 획득한다.

이후 컨트롤러(5)는 필요 가속도(즉, 필요 가속도 a)를 차선변경을 위한 가속도(즉, 가속도 a)로 하여 가속도 맵(10)의 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 중 변속충격 축소에 가장 적합한 가속도 영역인 특정한 변속 단 선도를 하나 선택한다. 이 경우 영역 1,2,3,4(도 5 참조)는 차량(1)의 현재 차속에 따라 다르므로 특정 영역으로 한정되지 않는다.

이로부터 컨트롤러(5)는 상기 일반 차선 변경 모드(S30)로 진입한 차량(10)의 엔진 회전수(RPM)에서, 차선변경을 위한 가속도(즉, 가속도 a)에 최적화된 목표 변속단 결정 및 변속(S90)을 수행한다.

최종적으로 컨트롤러(5)는 S200의 가속을 수행하고, 이러한 가속은 변속 단 선도(30)의 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 중 목표 변속 단이 존재하는 2축 가속도 좌표의 엔진 회전수와 엑셀개도에서 엑셀페달의 개도 추종으로 수행된다.

이는 목표 변속단에 맞춰 엑셀페달의 개도를 조정하여 이루어진다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 신속 차선 변경 모드(S100)는 S110의 가속도 맵 A 매칭 단계, S120의 변속 수행 단계, S200의 가속 단계로 수행된다.

도 5를 참조하면, 컨트롤러(5)는 상기 가속도 맵(즉, 가속도 맵 A) 매칭(S110)을 위해 가속도 맵(10)의 3차원 공간 좌표(x,y,z)(20)와 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)를 불러오고, 상기 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d)에서 제1 변속 단 선도(30a), 제2 변속 단 선도(30b), 제3 변속 단 선도(30c) 및 제4 변속 단 선도(30d) 중 빠른 변속에 가장 적합한 가속도 영역인 특정한 변속 단 선도를 하나 선택한다.

이어 컨트롤러(5)는 상기 변속 수행(S120)에서 필요 가속도 a 도달의 목표 변속 단으로 빠르게 변속한다.

이를 위해 컨트롤러(5)는 필요 가속도 a 도달을 위해 긴급성을 최우선 적용한다. 이러한 이유는 상기 신속 차선 변경 모드(S100)에서는 차선변경을 위한 변속 단을 설정함에 있어서 고려해야 되는 것이 “긴급성”이기 때문이다. 이 경우 “긴급성”이란 가속을 하여 차선을 변경하지 않고서는 주변 차량(즉, 선행 차량(100), 측방 차량(200), 후행 차량(300))과의 충돌을 회피할 수 없는 경우를 의미한다.

그러므로 상기 변속 수행(S120)은 빠른 시간에 높은 가속도를 필요로 하는 긴급 상황이므로 목표하는 변속 단이 아니더라도 필요 가속도 a 도달 가능한 가속도가 예측되는 저단으로 변속을 빠르게 실시해 엑셀개도 제어가 가능하도록 함으로써 차선 변경에 따른 위험 상황을 회피할 수 있도록 한다.

이와 같은 저단으로 빠른 변속은 일반적으로 변속충격이 없게 하기 위해 유압제어를 시간을 두어 천천히 함과 달리 변속에 의한 충격(shock)이 발생할 수 있지만 충분한 가속도 형성을 통해 기존 제어로는 피할 수 없던 주변 차량과의 충돌의 회피가 가능하게 된다.

최종적으로 컨트롤러(5)는 S200의 가속을 수행하고, 이러한 가속은 변속 단 선도(30)의 제1,2,3,4 변속 단 선도(30a,30b,30c,30d) 중 빠른 변속에 적용된 변속 단이 존재하는 변속 단 선도의 엔진 회전수와 엑셀개도에서 엑셀페달의 개도 추종으로 수행된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량(1)에서 구현되는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법은 주행 중 자자(1)의 차선 변경 시 주변차량(100,200,300)을 확인하고, 변속에 따른 소음, 연비 및 변속성이 고려된 가속도 산정지수(G)의 가속도를 가속도 맵(10) 중 변속 단 선도(30)와 매칭하여 변속충격이 줄어드는 목표 변속단이 선정되는 일반 차선 변경 모드(S30~S90)를 적용하거나 또는 충돌 위험에 따른 긴급성으로 상기 변속 단 선도(30)에서 빠르게 변속 가능한 저단이 선정되는 신속 차선 변경 모드(S100~S120)를 결정해 주는 컨트롤러(5)가 포함됨으로써 자율주행 상태에서 가속 개념을 차선변경에 적용하고, 특히 차선변경 필요 가속도에 대한 예측 가능성 및 정확도를 높임으로써 차선변경 상황에서 긴급시의 안정성뿐만 아니라 측/후방 차량이 다가오는 일반적인 근접 주행조건에서도 가속하여 차선 변경 및 추월이 가능하여 보다 효과적인 자율주행이 가능하다.

1 : 차량
3 : 파워트레인 5 : 컨트롤러
10 : 가속도 맵(Map) 20 : 3차원 공간 좌표
30 : 변속 단 선도
30a,30b,30c,30d : 제1,2,3,4 변속 단 선도
100 : 선행 차량 200 : 측방 차량
300 : 후행 차량

Claims (17)

1. 주행 중 자차와 주변차량의 차량정보를 확인한 컨트롤러에 의해 자율주행 차선 변경이 일반 차선 변경 모드와 신속 차선 변경 모드로 구분되는 단계;
   상기 일반 차선 변경 모드에서, 가속도 맵의 변속 단 선도를 소음영향도, 연비영향도 및 변속영향도 중 하나 이상이 적용된 가속도 산정지수로 산출한 차선 변경 필요 가속도와 매칭하고, 이어 상기 주변차량의 주행상태에서 상기 자율주행 차선변경이 이루어지도록 상기 변속단 선도의 가속도 영역에 존재하는 변속단을 목표 변속단으로 결정하는 가속도 우선 제어 단계;
   상기 신속 차선 변경 모드에서, 상기 가속도 맵의 상기 변속 단 선도를 상기 차선변경의 긴급성에 맞춰 매칭하고, 이어 상기 주변차량의 주행상태에서 상기 자율주행 차선변경이 이루어지도록 상기 변속단 선도의 가속도 영역 중 빠르게 실시 가능한 변속단을 목표 변속단으로 결정하는 변속단 우선 제어 단계 및
   엑셀페달의 개도 조정이 이루어지는 가속 단계
   로 수행되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 차량정보는 상기 자차의 조향각, 엔진 회전수, 액셀개도, 차량 간 상대속도, 차량 간 상대가속도 및 차량 간 거리 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 가속도 맵은 상기 변속 단 선도를 엔진 회전수와 엑셀 개도 좌표로 하는 3차원 공간 좌표(x,y,z) 로 구축되고,
   상기 3차원 공간 좌표(x,y,z) 는 엔진 회전수, 변속단 및 엑셀 개도를 축으로 하는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 변속 단 선도는 변속 단별로 상기 가속도 영역이 존재하도록 구축되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 가속도 우선 제어 단계의 목표 변속단은 상기 차선변경 시 변속충격을 방지하는 변속단인 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 가속도 우선 제어 단계는
   상기 가속도 맵을 읽어 오고, 상기 가속도 산정지수로 상기 소음영향도, 상기 연비영향도 및 상기 변속영향도가 선정되는 단계,
   상기 소음영향도에 적용되는 소음상수, 상기 연비영향도에 적용되는 연비상수 및 상기 변속영향도에 적용되는 변속상수로 가속도 상수가 선정되는 단계, 및
   상기 가속도 산정지수의 계산으로 상기 차선 변경 필요 가속도가 결정되고, 상기 변속단 선도의 가속도 영역에서 상기 목표 변속단이 결정되는 단계
   로 수행되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 소음영향도는 상기 소음상수와 엔진 회전수의 곱으로 결정되며,
   상기 소음상수는 연비 저하를 가져오지 않는 소음 개발기준 dB 값 내로 설정되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 연비영향도는 상기 연비상수와 연료량의 곱으로 결정되며,
   상기 연비상수는 엔진 회전수, 엑셀개도, 엔진의 토크 맵 및 변속 단 중 하나 이상을 적용하여 설정되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
9. 청구항 6에 있어서, 상기 변속영향도는 상기 변속상수와 변속성(shift) 의 곱으로 결정되며,
   상기 변속상수는 변속시간과 변속에 의한 가속도 g 변화를 반영하여 설정되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
   
10. 청구항 6에 있어서, 상기 가속도 산정지수는 상기 소음영향도와 상기 연비영향도 및 상기 변속영향도의 합산으로 계산되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
    
11. 청구항 1에 있어서, 상기 변속단 우선 제어 단계의 목표 변속단은 상기 차선변경 시 빠르게 실시 가능한 저단인 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경방법.
    
12. 주행 중 자자의 차선 변경 시 주변차량을 확인하고, 변속에 따른 소음, 연비 및 변속성이 고려된 가속도 산정지수의 가속도를 가속도 맵 중 변속 단 선도와 매칭하여 변속충격이 줄어드는 목표 변속단이 선정되는 일반 차선 변경 모드를 적용하거나 또는 충돌 위험에 따른 긴급성으로 상기 변속 단 선도에서 빠르게 변속 가능한 저단이 선정되는 신속 차선 변경 모드를 결정해 주는 컨트롤러; 및
    상기 변속 단 선도가 엔진 회전수, 변속단 및 엑셀 개도를 축으로 하는 3차원 공간 좌표(x,y,z)에 구축된 가속도 맵
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 컨트롤러는 자율주행 상태에서 상기 차선 변경이 이루어질 때 상기 소음, 상기 연비, 상기 변속성 및 상기 긴급성을 적용하는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.
    
14. 청구항 12에 있어서, 상기 변속 단 선도는 변속 단별로 구축되고,
    상기 변속 단별 구축 포맷은 엔진회전수와 엑셀개도를 축으로 하여 가속도 값의 영역으로 표현되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.
    
15. 청구항 14에 있어서, 상기 변속 단별 구축 포맷은 안전계수로 실 주행조건과 차이를 줄여주는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.
    
16. 청구항 12에 있어서, 상기 3차원 공간 좌표(x,y,z)는 엑셀 개도와 엔진 회전수에 따른 주행저항, 변속단별 기어비 및 엔진의 토크 맵 중 하나 이상을 차량 정보로 하여 구축되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.
    
17. 청구항 12에 있어서, 상기 3차원 공간 좌표(x,y,z) 는 차량 다이노 시험으로 구축되며,
    상기 차량 다이노 시험은 변속단별, 엑셀개도별 및 엔진회전수별 중 어느 하나를 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 어드벤스드 자율주행 차선변경 가능한 차량.

Images