KR101556171B1

KR101556171B1 - 조향 제어 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101556171B1
Application number: KR1020140092631A
Authority: KR
Inventors: 김시호; 배일; 문재영
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2015-09-30

Abstract

본 발명은 이동 수단의 조향을 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 발명이다. 본 발명의 조향 제어 방법은, 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 속도 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle)을 포함하는 주행 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하는 단계, 상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 단계 및 상기 수집된 주행 정보 및 상기 생성된 지역 경로를 바탕으로 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 따라 주행하기 위해 필요한 조향각을 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 주행하기 전에 미리 결정하는 단계를 포함하되, 상기 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인(heading line)이 상기 기준 경로의 기준 평면 상 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리킬 수 있다.

Description

조향 제어 방법 및 그 장치{Steering Control Method and Apparatus thereof}

본 발명은 조향 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 이동 수단이 이동할 경로 정보를 바탕으로 조향을 제어 하는 방법과 그 방법을 이용한 조향 제어 장치에 관한 것이다.

무인 자동차가 주행함에 있어서, 운전자의 조작없이 자동으로 전동파워스티어링(Electric Power Steering; EPS) 시스템에 주행보조력을 가해줌으로써 주행이 가능하도록 하는 것이 자동 조향에 의한 차량 주행 방법이다.

자율 주행에 있어서, 차량의 출발 지점 A부터 목적 지점 B까지의 기준 경로(Reference Path)가 주어진 경우, 차량을 목적 지점 B까지 이동시키기 위해서는 차량의 출발 지점 A에서부터 적절한 조향각과 속도를 제어 입력하여 목적 지점 B까지 이동시켜야 한다. 이를 위해서, 종래의 기술에서는 기준 경로로부터 위치의 거리 오차나 예견 거리까지의 방향각의 오차를 줄이는 방식으로 제어하는 것이 일반적이었다.

그러나, 위치에서의 거리 오차나 방향각 오차를 줄이는 방식으로 제어하는 것은, 차량의 속도가 증가할수록 오차를 계산하는 주기가 짧아짐으로써 연산 부하가 늘어나는 등의 문제점을 가지고 있다.

한국공개특허 제2012-0066471호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 이동 수단의 조향 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 이동 수단의 조향 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 조향 제어 방법은, 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 속도 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle)을 포함하는 주행 정보를 수집하는 단계, 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하는 단계, 상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 단계 및 상기 수집된 주행 정보 및 상기 생성된 지역 경로를 바탕으로 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 따라 주행하기 위해 필요한 조향각을 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 주행하기 전에 미리 결정하는 단계를 포함하되, 상기 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인(heading line)이 상기 기준 경로의 기준 평면 상 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 이동 수단이 상기 목표 지점에 도착한 경우 상기 이동 수단의 상기 헤딩 라인과 상기 기준 경로 상의 상기 목표 지점에서의 접선을 일치키시는 단계를 더 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 단계는, 베지어 곡선(Bezier curve)을 이용하여 상기 지역 경로를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 지역 경로를 생성하는 단계는, 상기 헤딩 라인 상에서 적어도 하나의 지점을 선정하는 단계 및 상기 기준 경로의 상기 목표 지점에 접하는 가상의 접선 상에서 적어도 하나의 지점을 선정하는 단계를 포함하며, 상기 베지어 곡선을 이용하여 상기 지역 경로를 생성하는 단계는, 상기 이동 수단의 위치, 상기 헤딩 라인에서 선정된 지점, 상기 접선 상에서 선정된 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 베지어 곡선을 포함하는 지역 경로를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 헤딩 라인 상에서 적어도 하나 이상의 지점을 선정하는 단계는, 상기 헤딩 라인 상에서 상기 이동 수단의 위치로부터 소정의 거리만큼 떨어진 제1 지점을 선정하는 단계 및 상기 제1 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 헤딩 라인 상의 제2 지점을 선정하는 단계를 포함하고, 상기 가상의 접선 상에서 적어도 하나의 지점을 선정하는 단계는, 상기 접선 상에서 상기 목표 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 제3 지점을 선정하는 단계 및 상기 제3 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 접선 상의 제4 지점을 선정하는 단계를 포함하고, 상기 베지어 곡선을 지역 경로로 생성하는 단계는, 상기 이동 수단의 위치, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점, 상기 제4 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 5차 베지어 곡선을 상기 지역 경로로 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 조향각을 계산하는 단계는, 상기 조향각을 수식

또는 수식

중에서 어느 하나를 이용하여 계산하는 단계를 포함하되, 상기 Lf는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 전단까지의 거리를 가리키며, 상기 Lr는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 후단까지의 거리를 가리키고, 상기 k는 상기 지역 경로 상에서 상기 이동 수단이 위치한 지점의 곡률을 가리킬 수도 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 조향 제어 장치는, 이동 수단의 주행 정보를 수집하는 주행 정보 수집부, 상기 이동 수단이 기준 경로로 진입하기 위하여 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 상기 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하는 목표 지점 결정부, 상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 지역 경로 생성부 및 상기 수집된 상기 주행 정보 및 상기 생성된 지역 경로를 바탕으로 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 따라 주행하기 위해 필요한 조향각을 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 주행하기 전에 미리 계산하는 조향각 제어부를 포함할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 주행 정보는, 상기 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 속도 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle)을 포함하되, 상기 이동 수단의 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인이 지도 상의 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리킬 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 목표 지점 결정부는, 상기 이동 수단의 위치에서 상기 이동 수단의 속도에서 상기 이동 수단의 헤딩각을 바탕으로 상기 목표 지점을 결정하며, 제1 속도 및 제1 헤딩각일 때 제1 목표 지점이 결정되고, 제2 속도 및 제2 헤딩각일 때 제2 목표 지점이 결정되며, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 같은 경우, 상기 제1 헤딩각이 상기 제2 헤딩각보다 더 크면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되고, 상기 제1 헤딩각과 상기 제2 헤딩각이 같은 경우, 상기 제1 속도가 상기 제2 속도보다 더 빠르면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정될 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 지역 경로 생성부는, 상기 헤딩 라인 상에서 적어도 하나 이상의 지점을 선정하며, 상기 기준 경로의 목표 지점에 접하는 가상의 접선 상에서 적어도 하나의 지점을 선정하여, 상기 이동 수단의 위치, 상기 헤딩 라인에서 선정된 지점, 상기 접선 상에서 선정된 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 베지어 곡선을 포함하는 지역 경로를 생성할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 지역 경로 생성부는, 상기 헤딩 라인 상에서 상기 이동 수단의 위치로부터 소정의 거리만큼 떨어진 제1 지점을 선정하고, 상기 제1 지점으로 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 헤딩 라인 상의 제2 지점을 선정하며, 상기 접선 상에서 상기 목표 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 제3 지점을 선정하고, 상기 제3 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 접선 상의 제4 지점을 선정하며, 상기 이동 수단의 위치, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점, 상기 제4 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 5차 베지어 곡선을 포함하는 상기 지역 경로를 생성할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 조향각 제어부는, 상기 조향각을 수식

또는 수식

중에서 어느 하나를 이용하여 계산하되, 상기 Lf는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 전단까지의 거리를 가리키며, 상기 Lr는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 후단까지의 거리를 가리키고, 상기 k는 상기 지역 경로 상에서 상기 이동 수단이 위치한 지점의 곡률을 가리킬 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 이동 수단의 위치에서의 위치 오차 및 방향각 오차를 측정하지 않고, 주행할 경로에 대한 정보만을 이용하여 조향각을 결정할 수 있기 때문에 좀 더 빠른 조향 제어를 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 방법을 이용한 지역 경로를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 생성된 지역 경로를 따라서 이동 수단이 주행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 생성된 지역 경로를 따라서 이동 수단이 목표 지점에 도착한 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치를 포함하는 자동차를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치의 각 구성에 대해서 자세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(100)는 주행 정보 수집부(110), 목표 지점 결정부(120), 지역 경로 생성부(130), 조향각 제어부(140) 및 스티어링부(150)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치(100)는 이동 수단이 현재 위치에서 기준 경로(Reference path)로 수렴하기 위한 목표 지점을 선정하고, 상기 이동 수단의 현재 위치에서부터 상기 기준 경로 상의 목표 지점까지 생성된 상기 지역 경로를 따라 상기 이동 수단이 주행할 수 있도록 계산된 조향각을 이용하여 이동 수단의 조향을 제어할 수 있다.

주행 정보 수집부(110)는 이동 수단의 현재 주행 상태에 관한 정보를 수집할 수 있다. 상기 주행 상태에 관한 정보는 상기 이동 수단의 속도, 상기 이동 수단의 위치 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주행 정보 수집부(110)는 GPS(Global Positioning Service) 위치 정보 수집 모듈을 포함할 수 있다. GPS 위치 정보를 이용하여, 상기 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 헤딩각 및 상기 이동 수단의 속도를 수집할 수 있다.

상기 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인(heading line)이 상기 원 경로의 기준 평면 상 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리킨다. 예를 들어서, 상기 소정의 기준선은 지도 상의 x 축일 수 있고, 상기 이동 수단의 길이 방향 연장선과 상기 x 축이 형성하는 각도가 헤딩각일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주행 정보 수집부(110)는 관성 센서(Inertial Sensor) 모듈을 포함할 수 있다. 관성 센서 모듈을 통해서 상기 이동 수단의 헤딩각 및 상기 이동 수단의 속도를 수집할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 목표 지점 결정부(120)는 상기 주행 정보 중에서 상기 속도 및 헤딩각을 이용하여 상기 목표 지점을 결정할 수 있다. 제1 속도 및 제1 헤딩각일 때 제1 목표 지점이 결정되고, 제2 속도 및 제2 헤딩각일 때 제2 목표 지점이 결정된다. 상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 같은 경우, 상기 제1 헤딩각이 상기 제2 헤딩각보다 더 크면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되고, 상기 제1 헤딩각과 상기 제2 헤딩각이 같은 경우, 상기 제1 속도가 상기 제2 속도보다 더 빠르면 상기 제1 목표 지점이 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정된다.

즉, 상기 목표 지점이 결정되는 동안 일정 시간이 소요되므로 상기 이동 수단의 속도가 빠를수록 상기 기준 경로 상에서 좀 더 먼 지점이 상기 목표 지점으로 결정되어야 상기 목표 지점을 바탕으로 생성되는 목표 경로의 오차를 줄일 수 있다. 또한, 상기 헤딩각이 클수록 상기 이동 수단이 이동하는데 필요한 회전량이 늘어나므로 상기 목표 지점이 좀 더 먼 곳으로 결정되어야 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 목표 지점 결정부(120)는 상기 이동 수단의 현재 위치 및 현재 속도를 기반으로 예견거리를 계산하여 기준 경로 상의 목표 지점을 결정할 수 있다. 목표 지점 결정부(120)는 상기 이동 수단의 주행 정보를 이용하여 지역 경로 생성을 위한 상기 목표 지점을 결정할 수 있다.

상기 예견 거리는 상기 지역 경로 생성을 위하여 상기 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하기 위한 거리이다. 상기 예견 거리는 사전에 지정된 특정한 값이거나, 최소 예견거리 및 최대 예견 거리 사이를 나타내는 범위를 가지는 값일 수 있다.

지역 경로 생성부(130)는 상기 위치에서 상기 결정된 목표 지점까지의 상기 이동 수단이 주행할 지역 경로를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지역 경로 생성부(130)는 베지에 곡선(Bezier Curve)을 이용하여 상기 지역 경로를 생성할 수 있다. 이를 위해서 상기 주행 정보 중에서 상기 이동 수단의 위치, 상기 목표 지점 및 복수의 기준점이 상기 베지에 곡선을 생성하기 위한 수식의 제어점으로 이용될 수 있다.

상기 복수의 기준점은, 상기 이동 수단의 위치와 상기 헤딩각을 이용하여 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장된 가상의 헤딩 라인 상에서 선정된 적어도 하나의 지점을 포함할 수 있다. 또한 상기 복수의 기준점은, 상기 원 경로의 목표 지점에 접하는 가상의 접선 상에서 선정된 적어도 하나의 지점을 포함할 수 있다.

상기 복수의 기준점은 도 2의 설명에서 자세하게 설명하며, 설명의 중복을 피하기 위해서 생략한다.

조향각 제어부(140)는 상기 생성된 지역 경로를 따라서 이동하기 위해서 상기 이동 수단의 조향을 제어하기 위한 조향각을 계산할 수 있다.

조향각 제어부(140)는 상기 이동 수단이 상기 생성된 지역 경로를 주행하기 전에 미리 계산할 수 있다. 상기 지역 경로의 상에서 소정의 간격으로 각 지점을 선정하고, 상기 선정된 각 지점별로 조향각을 상기 이동 수단이 주행하기 전에 미리 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 조향각 제어부(140)는 상기 생성된 지역 경로 상의 각 지점의 곡률과 상기 이동 수단의 길이 정보를 이용하여 조향각을 계산할 수 있다. 상기 조향각 계산하는 방법은 도 3의 설명에서 자세하게 설명하며, 설명의 중복을 피하기 위해서 생략한다.

스티어링부(150)는 상기 계산된 조향각을 바탕으로 상기 이동 수단의 조향을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 스티어링부(150)는 액추에이터를 포함할 수 있으며, 상기 스티어링부(150)는 상기 계산된 조향각을 따른 조향 제어 명령을 상기 액추에이터에 제공할 수 있다. 상기 액추에이터는 유압 실린더나 유압 모터와 같은 물리적인 힘을 기계적인 힘으로 변화하여 상기 이동 수단의 조향을 변경할 수 있다. 상기 액추에이터가 상기 이동 수단의 조향을 변경하는 것은, 조향 제어 기술 분야에서는 주지공연의 기술에 속하므로 설명의 중복을 피하기 위하여 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 방법을 이용한 지역 경로를 생성하는 단계를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 방법에 따라서 이동 수단(190)이 현재 위치(P0)에서 목표 지점(P5)으로 이동하기 위한 지역 경로(230)를 생성하는 것을 자세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치(100)는 현재 위치(P0)에서의 이동 수단(190)의 속도 및 헤딩각(θ)을 포함하는 주행 정보를 수집한다. 헤딩각(θ)은 이동 수단의 길이 방향의 가상의 연장선인 헤딩 라인(220)과 지도 상의 x축이 형성하는 각을 가리킬 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 이동 수단(190)의 속도 및 헤딩각(θ)을 이용하여 기준 경로(210) 상의 목표 지점(P5)을 결정한다. 목표 지점(P5)은 이동 수단(190)의 속도 및 헤딩각(θ)의 크기가 더 클수록, 기준 경로(210) 상에서 더 멀리 있는 지점으로 결정될 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 헤딩 라인(220) 상에서 이동 수단(190)의 현재 위치(P0)로부터 소정의 거리만큼 떨어진 제1 지점(P1)을 선정하고, 제1 지점(P1)으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 헤딩 라인(220) 상의 제2 지점(P2)을 선정한다. 예를 들어서, 제1 지점(P1)은 헤딩 라인(220)에서 이동 수단(190)의 주행 방향에 위치하며, 제2 지점(P2)은 제1 지점(P1)보다 이동 수단(190) 주행 방향 앞 쪽에 위치한다.

조향 제어 장치(100)는 상기 기준 경로의 목표 지점에 접하는 가상의 접선(240) 상에서 상기 목표 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 제3 지점(P3)을 선정하고, 제3 지점(P3)으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 접선(240) 상의 제4 지점(P4)을 선정한다. 예를 들어서, 제3 지점(P3)은 접선(240)에서 이동 수단(190)의 진입 방향에 위치하며, 제4 지점(P4)은 제3 지점(P3)보다 뒤 쪽에 위치한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치(100)는 상기 선정된 지점(P1, P2, P3, P4)과 현재 위치(P0) 및 목표 지점(P5)를 이용하여 지역 경로(230)를 생성할 수 있다. 조향 제어 장치(100)는 상기 각 지점(P0, P1, P2, P3, P4, P5)을 베지어 곡선의 제어점으로 사용하여 5차 베지어 곡선(230)을 생성하고, 상기 생성된 베지어 곡선을 지역 경로(230)로 생성할 수 있다.

상기 5차 베지어 곡선은 다음 수식을 사용하여 생성된다.

상기 수식에서 t는 0이상 1이하의 실수이다. P0는 현재 위치(P0)를 가리키는 벡터이다. P1, P2, P3 및 P4는 상기 선정된 제1 내지 제4 지점(P1, P2, P3 및 P4)을 각각 가리키는 벡터이다. P5는 상기 결정된 목표 지점(P5)을 가리키는 벡터이다.

본 발명의 일 실시예와 같이, 상기 베지어 곡선을 사용하여 상기 지역 경로(230)를 생성하면, 이동 수단(190)이 목표 지점(P5)에 도착하였을 때 이동 수단(190)의 헤딩 라인(220)과 목표 지점(P5)에서의 가상의 접선(240)이 일치하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 장치를 탑재한 이동 수단은 지역 경로(230)를 따라 주행하면 자연스럽게 상기 이동 수단의 현재 위치로부터 기준 경로(210)에 수렴할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 지역 경로를 따라 주행하는 이동 수단을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 지역 경로(230) 상에서 이동 수단(190)의 조향각을 결정하는 방법에 대해서 자세하게 설명한다.

조향 제어 장치(100)는 이동 수단(190)이 지역 경로(230)를 따라서 이동하도록 이동 수단(190)의 조향을 제어한다. 조향 제어 장치(100)의 조향각 제어부(140)는 지역 경로(230) 상에서 각 지점에 따른 조향각을 계산할 수 있다.

발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치(100)의 조향각 제어부(140)는 지역 경로(230) 상에서, 각 지점의 곡률 및 이동 수단(190)의 길이를 바탕으로 조향각을 계산할 수 있다. 조향각 제어부(140)는 다음 수식 중에서 어느 하나를 이용하여 조향각을 계산할 수 있다.

또는

상기 수식에서 δ는 조향각이다. Lf는 이동 수단(190)의 무게 중심에서 이동 수단(190)의 전단까지의 길이이다. Lr은 이동 수단(190)의 무게 중심에서 이동 수단(190)의 후단까지의 길이이다. k는 지역 경로(230) 상에서 이동 수단(190)이 위치한 지점의 곡률이다.

발명의 일 실시예에 따른, 조향각 제어부(140)는 지역 경로(230)가 곡선으로 주어지면, 지역 경로(230) 상의 각 지점의 곡률에 따라서 상기 각 지점의 곡률을 주행 전에 미리 계산할 수 있다. 이에 따라서, 이동 수단(190)은 상기 미리 계산된 조향각을 이용함으로써, 주행 중에 이동 수단(190)의 조향을 빠르게 결정할 수 있다.

조향각 제어부(140)에서 계산된 조향각(δ)은 스티어링부(150)에 조향 제어를 위해 제공될 수 있다. 스티어링부(150)는 조향각(δ)을 바탕으로 이동 수단(190)의 조향을 변경시킬 수 있다. 이에 따라서 이동 수단(190)의 중심에서 길이 방향으로 연장된 가상의 연장선인 헤딩 라인은 조향각(δ)만큼 회전하게 된다. 도 3을 참조하면, 조향 변경 전의 헤딩 라인(220a)은 조향각(δ)만큼 회전하여 변경 후의 헤딩 라인(220b)이 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이동 수단이 지역 경로를 따라서 목표 지점에 도착한 것을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하여, 조향 제어 장치(100)에 의해서 이동 수단(190)이 지역 경로(230)를 따라서 목표 지점(P5)에 도착하는 것을 자세하게 설명한다.

이동 수단(190)은 조향 제어 장치(100)의 조향 제어를 받으면서 지역 경로(230)를 따라 이동하여 목표 지점(P5)에 도착한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 조향 제어 장치(100)는 베지어 곡선 형태의 지역 경로(230)를 생성할 수 있다. 이동 수단(190)이 상기 베지어 곡선 형태의 지역 경로(230)를 따라서 이동 수단이 목표 지점(P5)에 도착한 경우, 목표 지점(P5)의 가상의 접선(240)과 이동 수단(190)의 헤딩 라인(220)이 일치하게 된다. 접선(240)과 헤딩 라인(220)이 일치하게 됨으로써, 이동 수단(190)은 목표 경로(230)에서 추가적인 조향의 변경 없이 기준 경로(210)에 진입할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치를 포함하는 자동차를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예 따른 조향 제어 장치를 포함하는 자동차(10)를 자세하게 설명한다.

자동차(10)는 전동파워스티어링 장치(20) 및 조향 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.

전동파워스티어링 장치(20)는 자동차(10)의 운전대로부터 조향 조종 신호를 제공 받아 자동차(10)의 바퀴 조향을 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 장치(100)는 조향각에 따른 조향 제어 명령을 전동파워스티어링 장치(20)에 입력할 수 있다. 상기 조향 제어 명령을 제공 받은 전동파워스티어링 장치(20)는 상기 자동차(10)의 조향을 조정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 조향 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 방법의 순서를 자세하게 설명한다.

조향 제어 장치(100)는 조향 제어 장치(100)가 장착된 이동 수단의 주행 정보를 수집한다(S510). 상기 주행 정보는 이동 수단의 속도, 이동 수단의 위치 및 이동 수단의 헤딩각을 포함할 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 목표 지점을 결정할 수 있다(S520). 상기 목표 지점은 상기 이동 수단이 주행할 기준 경로 상의 어느 하나의 지점일 수 있다. 조향 제어 장치(100)는 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 상기 목표 지점을 결정할 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 지역 경로를 생성한다(S530). 조향 제어 장치(100)는 상기 주행 정보 및 상기 결정된 목표 지점을 바탕으로 지역 경로를 생성할 수 있다. 조향 제어 장치(100)는 베지어 곡선을 이용하여 상기 지역 경로를 생성할 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 조향각을 계산한다(S540). 조향 제어 장치(100)는 상기 생성된 지역 경로 상에서 상기 이동 수단이 위치한 지점의 곡률 및 상기 이동 수단의 길이를 이용하여 조향각을 계산할 수 있다.

조향 제어 장치(100)는 상기 이동 수단의 조향을 제어한다(S550). 조향 제어 장치(100)는 상기 계산된 조향각만큼 상기 이동 수단의 조향을 변경한다.

조향 제어 장치(100)는 상기 목표 지점에 상기 이동 수단이 도착하였는지 확인한다(S560). 조향 제어 장치(100)는 상기 목표 지점에 상기 이동 수단이 도착하지 않은 경우 상기 조향각을 계산하는 단계(S540)부터 다시 반복한다. 조향 제어 장치(100)는 상기 목표 지점에 상기 이동 수단이 도착한 경우 상기 이동 수단의 제어를 종료한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

조향 제어 장치 100
주행 정보 수집부 110
목표 지점 결정부 120
지역 경로 생성부 130
조향각 제어부 140
스티어링부 150

Claims

이동 수단의 주행 정보를 수집하는 주행 정보 수집단계;
상기 이동 수단이 기준 경로로 진입하기 위하여 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 상기 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하는 목표 지점 결정단계;
상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 지역 경로 생성단계; 및
상기 수집된 상기 주행 정보 및 상기 생성된 지역 경로를 바탕으로 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 따라 주행하기 위해 필요한 조향각을 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 주행하기 전에 미리 계산하는 조향각 제어단계를 포함하되,
상기 주행 정보는,
상기 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 속도 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle)을 포함하되,
상기 이동 수단의 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인이 지도 상의 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리키며,
상기 목표 지점 결정단계는,
상기 이동 수단의 위치에서 상기 이동 수단의 속도에서 상기 이동 수단의 헤딩각을 바탕으로 상기 목표 지점을 결정하는 (a) 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계는,
제1 속도 및 제1 헤딩각일 때 제1 목표 지점이 결정되고, 제2 속도 및 제2 헤딩각일 때 제2 목표 지점이 결정되는 (a-1) 단계;
상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 같은 경우, 상기 제1 헤딩각이 상기 제2 헤딩각보다 더 크면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되는 (a-2) 단계;
상기 제1 헤딩각과 상기 제2 헤딩각이 같은 경우, 상기 제1 속도가 상기 제2 속도보다 더 빠르면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되는 (a-3) 단계를 포함하는,
조향 제어 방법.
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이동 수단의 주행 정보를 수집하는 주행 정보 수집부;
상기 이동 수단이 기준 경로로 진입하기 위하여 상기 수집된 주행 정보를 바탕으로 상기 기준 경로 상의 목표 지점을 결정하는 목표 지점 결정부;
상기 결정된 목표 지점까지의 지역 경로를 생성하는 지역 경로 생성부; 및
상기 수집된 상기 주행 정보 및 상기 생성된 지역 경로를 바탕으로 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 따라 주행하기 위해 필요한 조향각을 상기 이동 수단이 상기 지역 경로를 주행하기 전에 미리 계산하는 조향각 제어부를 포함하되,
상기 주행 정보는,
상기 이동 수단의 위치, 상기 이동 수단의 속도 및 상기 이동 수단의 헤딩각(heading angle)을 포함하되,
상기 이동 수단의 헤딩각은 상기 이동 수단의 길이 방향으로 연장한 가상의 연장선인 헤딩 라인이 지도 상의 소정의 기준선과 형성하는 각을 가리키며,
상기 목표 지점 결정부는,
상기 이동 수단의 위치에서 상기 이동 수단의 속도에서 상기 이동 수단의 헤딩각을 바탕으로 상기 목표 지점을 결정하며,
제1 속도 및 제1 헤딩각일 때 제1 목표 지점이 결정되고, 제2 속도 및 제2 헤딩각일 때 제2 목표 지점이 결정되며,
상기 제1 속도와 상기 제2 속도가 같은 경우, 상기 제1 헤딩각이 상기 제2 헤딩각보다 더 크면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되고,
상기 제1 헤딩각과 상기 제2 헤딩각이 같은 경우, 상기 제1 속도가 상기 제2 속도보다 더 빠르면 상기 제1 목표 지점은 상기 제2 목표 지점보다 상기 이동 수단의 위치로부터 더 먼 곳으로 결정되는,
조향 제어 장치.
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제7항에 있어서,
상기 지역 경로 생성부는,
상기 헤딩 라인 상에서 적어도 하나 이상의 지점을 선정하며, 상기 기준 경로의 목표 지점에 접하는 가상의 접선 상에서 적어도 하나의 지점을 선정하여, 상기 이동 수단의 위치, 상기 헤딩 라인에서 선정된 지점, 상기 접선 상에서 선정된 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 베지어 곡선을 포함하는 지역 경로를 생성하는,
조향 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 지역 경로 생성부는,
상기 헤딩 라인 상에서 상기 이동 수단의 위치로부터 소정의 거리만큼 떨어진 제1 지점을 선정하고, 상기 제1 지점으로 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 헤딩 라인 상의 제2 지점을 선정하며, 상기 접선 상에서 상기 목표 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 제3 지점을 선정하고, 상기 제3 지점으로부터 상기 소정의 거리만큼 떨어진 상기 접선 상의 제4 지점을 선정하며, 상기 이동 수단의 위치, 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 상기 제3 지점, 상기 제4 지점 및 상기 목표 지점을 제어점으로 사용하여 생성된 5차 베지어 곡선을 포함하는 상기 지역 경로를 생성하는,
조향 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 조향각 제어부는,
상기 조향각을 수식
또는 수식
중에서 어느 하나를 이용하여 계산하되,
상기 Lf는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 전단까지의 거리를 가리키며,
상기 Lr는 상기 이동 수단의 무게 중심에서 상기 이동 수단의 후단까지의 거리를 가리키고,
상기 k는 상기 지역 경로 상에서 상기 이동 수단이 위치한 지점의 곡률을 가리키는,
조향 제어 장치.
제7항, 제10항, 제11항 및 제12항 중에서 어느 한 항에 기재된 조향 제어 장치를 포함하는 자동차.