KR102072356B1

KR102072356B1 - 차선 유지 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102072356B1
Application number: KR1020130114440A
Authority: KR
Inventors: 이규훈; 김두형; 황태훈
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2020-03-02
Also published as: CN104512462A; CN104512462B; KR20150034400A

Abstract

본 발명은 전방 카메라로부터 얻은 정보, 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보 및 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 차량의 차선 유지를 지원하는 차선 유지 제어 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치는 전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 도로 곡률 계산부; 곡률을 기초로 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋을 산출하는 센터 오프셋 계산부; 센터 오프셋을 기초로 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 목표 궤적 계산부; 및 목표 궤적을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 목표 조향 토크 산출부를 포함한다.

Description

차선 유지 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling lane keeping}

본 발명은 차선 유지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 내비게이션으로부터 얻은 경로 정보에 기반한 차선 유지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래 LKAS(Lane Keeping Assist System) 제어 방식은 차량에 장착된 영상 장치로부터 얻어지는 차선 정보를 통해 차선과 차량과의 거리를 구하고 차량의 CAN 데이터로부터 얻어지는 차량의 진행 방향과 차속을 이용하여 차선 이탈 속도를 산출하며 차량의 이탈 여부에 따라 차선 이탈 경보를 주거나 조향 제어를 한다.

그러나 이러한 종래의 제어 방식은 이탈 거리와 자차와 차선 간의 각도인 이탈각만으로 제어량을 산출함으로써 이탈각이 조금만 발생해도 차선 이탈 속도의 임계값을 넘어 제어기는 민감하게 되며 이는 잦은 제어 토크 입력을 인가하게 되어 운전자로 하여금 조향 불안감을 주게 된다.

또한 고속 주행 상황에서의 곡선로 진입으로 인한 차량의 횡가속도 발생은 차량을 선회 방향 바깥쪽으로 밀리게 하여 옆차선 차량과 충돌할 수 있는 위험한 상황이 발생할 수 있다.

한국공개특허 제2011-0054144호는 차선 유지 제어 시스템에 대하여 기술하고 있다. 그러나 이 시스템도 차선 정보를 이용하여 차선 유지를 제어하기 때문에 전술한 문제점을 해결할 수 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전방 카메라로부터 얻은 정보, 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보 및 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 차량의 차선 유지를 지원하는 차선 유지 제어 장치 및 방법을 제안함을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 도로 곡률 계산부; 상기 곡률을 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출하는 센터 오프셋 계산부; 상기 센터 오프셋을 기초로 상기 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 목표 궤적 계산부; 및 상기 목표 궤적을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 목표 조향 토크 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치를 제안한다.

바람직하게는, 상기 도로 곡률 계산부는 상기 곡률을 산출할 때 운행중인 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 더 이용한다.

바람직하게는, 상기 도로 곡률 계산부는 상기 곡선 도로 상에 위치하는 지점들의 위치 정보를 검출하고, 상기 지점들의 위치 정보를 기초로 선회중심점의 위치 정보를 계산하며, 상기 지점들의 위치 정보와 상기 선회중심점의 위치 정보를 기초로 상기 곡률을 산출한다.

바람직하게는, 상기 센터 오프셋 계산부는 상기 곡률과 차량의 현재 속도를 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 횡가속도를 계산하고, 상기 횡가속도에 미리 정해진 게인을 반영하여 상기 센터 오프셋을 산출한다.

바람직하게는, 상기 목표 궤적 계산부는 상기 곡선 도로의 시작 지점과 종료 지점을 검출하고, 차량이 상기 시작 지점에 도달하면 상기 목표 궤적을 산출한다.

바람직하게는, 상기 목표 궤적 계산부는 상기 전방 카메라로부터 얻은 정보와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 이용하여 초기 목표 궤적을 계산하고, 상기 초기 목표 궤적에 상기 센터 오프셋을 더하여 최종 목표 궤적을 산출한다.

바람직하게는, 상기 차선 유지 제어 장치는, 상기 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 계산부; 및 상기 목표 요레이트와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 현재 요레이트를 비교하여 목표 조향각을 산출하는 목표 조향각 계산부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 목표 조향각 계산부는 상기 목표 요레이트와 상기 현재 요레이트 간 오차에 적분 게인을 곱한 값을 보상값으로 하여 상기 목표 요레이트로부터 상기 목표 조향각을 산출한다.

또한 본 발명은 전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 도로 곡률 계산 단계; 상기 곡률을 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출하는 센터 오프셋 계산 단계; 상기 센터 오프셋을 기초로 상기 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 목표 궤적 계산 단계; 및 상기 목표 궤적을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 목표 조향 토크 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 방법을 제안한다.

바람직하게는, 상기 도로 곡률 계산 단계는 상기 곡률을 산출할 때 운행중인 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 더 이용한다.

바람직하게는, 상기 도로 곡률 계산 단계는 상기 곡선 도로 상에 위치하는 지점들의 위치 정보를 검출하고, 상기 지점들의 위치 정보를 기초로 선회중심점의 위치 정보를 계산하며, 상기 지점들의 위치 정보와 상기 선회중심점의 위치 정보를 기초로 상기 곡률을 산출한다.

바람직하게는, 상기 센터 오프셋 계산 단계는 상기 곡률과 차량의 현재 속도를 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 횡가속도를 계산하고, 상기 횡가속도에 미리 정해진 게인을 반영하여 상기 센터 오프셋을 산출한다.

바람직하게는, 상기 목표 궤적 계산 단계는 상기 곡선 도로의 시작 지점과 종료 지점을 검출하고, 차량이 상기 시작 지점에 도달하면 상기 목표 궤적을 산출한다.

바람직하게는, 상기 목표 궤적 계산 단계는 상기 전방 카메라로부터 얻은 정보와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 이용하여 초기 목표 궤적을 계산하고, 상기 초기 목표 궤적에 상기 센터 오프셋을 더하여 최종 목표 궤적을 산출한다.

바람직하게는, 상기 목표 궤적 계산 단계와 상기 목표 조향 토크 산출 단계 사이에, 상기 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 계산 단계; 및 상기 목표 요레이트와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 현재 요레이트를 비교하여 목표 조향각을 산출하는 목표 조향각 계산 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 목표 조향각 계산 단계는 상기 목표 요레이트에 피드 포워드 제어를 적용하여 계산된 값과 더불어 상기 목표 요레이트와 상기 현재 요레이트 간 오차에 피드백 제어를 적용하여 비례 및 적분 게인을 곱한 값을 보상값으로 하여 상기 목표 요레이트로부터 상기 목표 조향각을 산출한다.

본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성을 통해 다음 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 미래의 차량의 궤적을 예측하여 목표 궤적을 생성할 수 있다.

둘째, 카메라 영상 처리 시간 지연과 MDPS(Motor Driven Power Steering) 반응 시간 지연으로 인하여 발생할 수 있는 곡선로 주행중 횡가속도 발생에 의한 차선 추종 제어 중 곡선로 차량 밀림 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 시스템에 구비되는 차선 유지 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 도로 곡률 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 도 2의 센터 오프셋 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 도 2의 목표 궤적 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 도 2의 목표 조향각 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 도 2의 목표 조향 토크 산출부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차선 유지 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 차선 유지 제어 시스템(100)은 곡률 도로에서의 차선 유지를 제어하는 시스템이다. 즉, 카메라 센서를 통해 얻어진 정보를 이용하여 차량이 차선 내의 임의의 가상선을 따라가도록 차량 궤적을 생성하며, 내비게이션을 이용하여 미리 지정한 경로 정보를 파악하여 주행 중 곡선로를 진입할 경우 이를 파악하여 곡선로에서의 주행 궤적을 선회 방향 안쪽으로 수정된 궤적을 생성한다.

차선 유지 제어 시스템(100)은 가변적인 센터 오프셋(Center Offset)를 선택적으로 변경함으로써 미래의 차량 궤적을 원궤적 형태의 프로파일(곡률)로 생성하고 이를 이용하여 목표 요율 및 조향각을 산출하여 제어량을 생성한다. 이를 통해 횡가속도에 의해서 차량이 선회 방향 바깥으로 밀리는 현상을 방지할 수 있다.

차선 유지 제어 시스템(100)은 카메라 센서를 통해 얻어진 차량과 차선 간의 상대 정보를 이용하여 차량이 차선 중심에서 지정된 임의의 오프셋을 벗어나지 않고 주행할 수 있도록 차량의 궤적을 생성하고 생성된 궤적을 유지하기 위한 목표 요레이트를 계산하여 이를 따라가기 위한 조향 입력을 발생시킴으로써 지정된 궤적을 따라갈 수 있도록 운전자의 조향 조작을 도와주는 시스템이다.

차선 유지 제어 시스템(100)은 GPS 수신 기능이 있어 위성으로부터 위치 정보를 수신받는 내비게이션(120), 전방 차선 정보를 파악하는 전방 카메라(110), 차선 유지 제어를 위한 주제어기(130), 및 조향 토크 명령값을 제어하는 조향 장치 제어기(140)를 포함한다. 조향 장치 제어기(140)는 예컨대 MDPS(Motor Driven Power Steering) 시스템으로 구현될 수 있다.

차선 유지 제어 시스템(100)은 내비게이션(120)을 이용하여 미리 설정한 경로를 주행하는 중 곡선로 정보를 입력받아 미래에 차량이 지나갈 전방 곡선로의 곡률을 계산한다. 계산된 곡률을 기반으로 센터 오프셋(Center Offset) 값을 가변하여 목표 궤적 계산에서 사용하도록 한다.

차선 유지 제어 시스템(100)은 전방 카메라(110)를 통해 차량과 좌우 차선간의 거리 정보, 헤딩각, 곡률 등의 정보를 획득하고, 차량 CAN을 통해 차량 센서로부터 속도, 조향각, 요레이트 등의 정보를 획득한다. 차선 유지 제어 시스템(100)은 이렇게 획득된 정보들과 내비게이션(120)에서 입력받은 전방 도로의 곡선로 정보를 기반으로 지정된 차량 궤적을 따라가도록 조향 조작을 도와주는데, 이러한 일련의 과정은 목표 궤적 계산 단계, 목표 요레이트 계산 단계, 목표 조향각 계산 단계, 목표 조향 토크 계산 단계 등으로 이루어진다.

다음으로 주제어기(130)에 대하여 보다 자세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 시스템에 구비되는 주제어기를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 따르면, 주제어기(130)는 도로 곡률 계산부(210), 센터 오프셋 계산부(220), 목표 궤적 계산부(230) 및 목표 조향 토크 산출부(260)를 포함한다. 이에 더하여 주제어기(130)는 목표 요레이트 계산부(240)와 목표 조향각 계산부(250)를 더 포함할 수 있다.

도로 곡률 계산부(210)는 전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 기능을 수행한다. 도로 곡률 계산부(210)는 곡선 도로의 곡률을 산출할 때 운행중인 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 더 이용할 수 있다.

도로 곡률 계산부(210)는 곡선 도로 상에 위치하는 지점들의 위치 정보를 검출하고, 그 지점들의 위치 정보를 기초로 선회중심점의 위치 정보를 계산하며, 상기 지점들의 위치 정보와 선회중심점의 위치 정보를 기초로 곡선 도로의 곡률을 산출한다.

도로 곡률 계산부(210)는 전방 경로 정보를 이용하여 곡선로의 곡률을 계산한다. 도 3은 도 2의 도로 곡률 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3을 참조하면, 도로 곡률 계산부(210)는 내비게이션 상에서 지정한 목표 지점을 주행하기 위한 경로를 기반으로 현재의 위치로부터 임의의 거리에 위치한 3개 지점 P1(x1, y1), P2(x2, y2) 및 P3(x3, y3)의 위도 및 경도를 입력받는다. 곡선로의 외접원의 중심을 계산하는 공식으로부터 선회중심점 O(x,y)의 위도 및 경도를 계산하여 전방 경로 상의 곡선로의 반경을 구하여 전방 곡선로의 곡률을 실시간으로 계산할 수 있다.

센터 오프셋 계산부(220)는 곡선 도로의 곡률을 기초로 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출하는 기능을 수행한다.

센터 오프셋 계산부(220)는 곡선 도로의 곡률과 차량의 현재 속도를 기초로 곡선 도로 상에서의 횡가속도를 계산하고, 이 횡가속도에 미리 정해진 게인을 반영하여 센터 오프셋을 산출한다.

센터 오프셋 계산부(220)는 전방 곡선로의 곡률을 실시간으로 계산하고 아래 수학식 1을 거쳐 센터 오프셋을 계산한다.

센터 오프셋 계산부(220)는 전방 곡선로의 곡률(ρ)과 현재 차량 속도(V)를 기반으로 전방 곡선로에서 발생할 수 있는 횡가속도(A_y-CURVE)를 계산하고, 임의의 게인(k)을 선정하여 전방 곡선로에서 적용할 센터 오프셋(ε_CENTER)을 계산한다.

전방 곡선로에서 발생할 수 있는 횡가속도와 센터 오프셋은 비례 관계에 있다. 임의의 게인(k)을 적절히 선정하여 센터 오프셋을 계산한다.

목표 궤적 계산부(230)는 센터 오프셋을 기초로 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 기능을 수행한다.

목표 궤적 계산부(230)는 곡선 도로의 시작 지점과 종료 지점을 검출하고, 차량이 시작 지점에 도달하면 목표 궤적을 산출한다. 도 4는 도 2의 센터 오프셋 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다. 이하 설명은 도 4를 참조한다.

먼저 목표 궤적 계산부(230)는 전방 곡선로 상의 시작점 및 종료점을 판단한다.

내비게이션 경로 상의 현위치로부터 일정 거리에 존재하는 3지점의 위도 및 경도 좌표를 입력받는다(S405). 3좌표의 곡률을 실시간으로 계산 후(S410), 임의의 임계값(Threshold Value)을 초과하는 곡률을 임의의 시간동안 유지하고 있을 경우 곡선로의 시작점이라고 판단하여(S415) 좌표를 저장한다(S420).

이와는 반대로 전방에 곡선로의 시작점을 판단하였을 경우, 전방 3좌표의 곡률을 실시간으로 계산하며 임의의 임계값 아래로 임의의 시간동안 유지되고 있는 경우 곡선로 종료점이라고 판단하여(S440) 종료점 좌표를 저장하도록 한다(S445).

이후 목표 궤적 계산부(230)는 전방 곡선로 주행 중 센터 오프셋을 적용한다.

내비게이션 경로 상의 현위치 위/경도 좌표와 저장된 곡선로 시작점 위/경도 좌표를 비교하여(S425) 시작점을 통과하게 되면(S430) 곡선로 센터 오프셋을 차선 유지 제어 로직 중 목표 궤적 생성 로직 블록에 전달하도록 한다(S435). 목표 궤적 생성 로직에서는 센터 오프셋을 고려하여 차선 가운데가 아닌 선회 방향 안쪽으로 차량을 안내하도록 한다.

마찬가지로 종료점을 통과할 경우(S450, S455) 곡선로 센터 오프셋 적용을 종료하여(S460) 원래의 목표 궤적 생성 로직이 작동하도록 한다.

목표 궤적 계산부(230)는 전방 카메라로부터 얻은 정보와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 이용하여 초기 목표 궤적을 계산하고, 이 초기 목표 궤적에 센터 오프셋을 더하여 최종 목표 궤적을 산출한다.

목표 궤적 계산부(230)는 Kinematics를 이용하여 목표 궤적을 계산한다.

목표 궤적 계산부(230)는 속도에 따라 가변적으로 변하는 목표 거리(L)를 이용하여 차량이 차선 중심에서 지정된 임의의 센터 오프셋에 따라 생성된 가상선을 따라가기 위해 궤적을 생성한다. 여기서 오프셋이 0인 경우 차선 중심을 따라가기 위한 궤적을 생성한다.

도 5는 도 2의 목표 궤적 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다. 이하 설명은 도 5를 참조한다.

자차의 위치(A)에서 목표 거리(L)만큼 떨어진 차선 중심선(B)를 목표점이라고 할 때, 카메라 센서 정보 및 차량 CAN 정보를 이용하여 자차의 위치(A) 및 헤딩각, 목표 거리(L)를 계산할 수 있으며 도로 상의 목표점(B)에 가기 위한 궤적은 실시간으로 원형태의 프로파일(Target)로 나타낼 수 있다. 목표점 B(x,y)는 피타고라스의 정의를 이용하여 아래 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.

단순히 목표 궤적의 차선 중심점을 계산한 목표점 B(x,y)에 전방 곡선로의 곡률과 자차의 속도를 기반으로 계산한 센터 오프셋을 더하여 새로운 목표점 B'(x',y')를 계산하여 적용한다.

목표 거리(L)는 속도가 증가할수록 길어지며 L_min으로 최소값을 지정하였다. 차량이 동일한 주행 상황에 있다고 가정했을 때 목표 거리(L)가 증가할수록 목표 선회 반경은 길어지게 되며, 이에 따라 계산되는 조향 입력의 크기는 작아지고 제어 시점은 빨라지는 경향이 있다.

현재 속도로 차량이 진행하게 될 전방 곡선로에서의 횡가속도를 적용하여 계산한 새로운 목표점 B'(x',y')는 전방 곡선로 차선 추종 제어 중 차량이 횡가속도에 의하여 바깥으로 밀리게 되는 현상을 방지하여 전방 곡선로 차선 추종 제어에 의한 차량 운행을 안정화시켜 준다.

목표 요레이트 계산부(240)는 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출하는 기능을 수행한다.

목표 요레이트 계산부(240)는 목표 궤적 계산부(230)에 의해 산출된 목표점(B)을 따라가기 위한 차량 목표 요레이트를 계산한다. 목표 요레이트 계산부(240)는 먼저 목표점(B)를 따라가기 위한 선회 반경(곡률)을 계산하고, 이후 계산된 선회 반경(곡률)을 따라가기 위한 목표 요레이트를 계산한다.

목표 거리(L)과 차량과 목표점(B)와의 각도(α) 및 헤딩각(Φ)을 이용하여 선회 반경(곡률)은 아래 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.

차량이 곡률 도로 선회시에 횡슬립 발생으로 인하여 계산된 목표 궤적과 차량 주행 궤적과의 오차가 발생하게 되는데, 이러한 오차를 보정하기 위하여 수학식 4와 같이 횡슬립(f(β))이 고려된 목표 곡률(ρ_des,com)을 계산할 수 있으며 보정된 목표 곡률을 기반으로 목표 요레이트 YR_des를 계산할 수 있다.

목표 조향각 계산부(250)는 목표 요레이트와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 현재 요레이트를 비교하여 목표 조향각을 산출하는 기능을 수행한다.

목표 조향각 계산부(250)는 목표 요레이트와 현재 요레이트 간 오차에 적분 게인을 곱한 값을 보상값으로 하여 목표 요레이트로부터 목표 조향각을 산출할 수 있다. 도 6은 도 2의 목표 조향각 계산부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다. 이하 설명은 도 6을 참조한다.

목표 조향각 계산부(250)는 목표 요레이트 계산부(240)에서 구한 목표 요레이트(610)를 따라가기 위한 조향각을 계산한다. 즉 위에서 구해진 목표 요레이트(610)와 정상 상태에서의 요레이트(620)와의 오차에 적분 게인을 곱하여 보상하는 방법으로 계산하였다. 목표 요레이트(610)와 정상 상태 요레이트(620)를 이용하여 보상한 이유는 차량이 곡률 도로 주행시에 목표 요레이트 계산부(240)에 의해 계산된 목표 요레이트의 부족한 부분을 보상하여 목표점(B)을 정확히 따라가게 하기 위함이다. 목표 조향각(630)은 보상된 목표 요레이트와 실제 요레이트를 이용하여 Feedforward 및 Feedback 제어를 통하여 계산하였다.

목표 조향 토크 산출부(260)는 목표 궤적으로부터 목표 요레이트와 목표 조향각이 차례대로 산출되면 목표 조향각을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 기능을 수행한다.

목표 조향 토크 산출부(260)는 목표 조향각 계산부(250)에서 구한 목표 조향각을 따라가기 위한 조향 토크를 계산한다. 차량 CAN으로부터 나오는 조향각과 조향 각속도, 토크값을 이용하여 조향 토크를 생성하게 된다.

도 7은 도 2의 목표 조향 토크 산출부가 수행하는 기능을 설명하기 위한 참고도이다. 도 7을 참조하면, 운전자에 의해 차량이 주행중이면(S710) 차선 유지 제어 장치가 구동중인지 여부를 판별한다(S720). 스위치 상태가 ON이면 차선 유지 제어 장치가 구동중인 것으로 판단하며, 이후 제어 여부에 대해 판단한다(S730). 제어 여부 판단은 차량 상태와 센서 정보를 확인하여 판단할 수 있다. 차선 유지 제어 장치에 의한 제어가 실행되면 목표 궤적을 산출하고 이어서 목표 요레이트, 목표 조향각을 순차적으로 산출하며 최종적으로 차량 목표 토크를 계산한다(S740).

다음으로 주제어기(또는 차선 유지 제어 장치)에 의한 차선 유지 제어 방법에 대하여 다시 한번 정리해 본다.

먼저 도로 곡률 계산부가 전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출한다(도로 곡률 계산 단계). 도로 곡률 계산부는 운행중인 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 더 이용하여 곡선 도로의 곡률을 산출할 수 있다.

이후 센터 오프셋 계산부가 곡선 도로의 곡률을 기초로 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출한다(센터 오프셋 계산 단계).

이후 목표 궤적 계산부가 센터 오프셋을 기초로 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출한다(목표 궤적 계산 단계).

이후 목표 요레이트 계산부가 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출한다(목표 요레이트 계산 단계).

이후 목표 조향각 계산부가 목표 요레이트와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 현재 요레이트를 비교하여 목표 조향각을 산출한다(목표 조향각 계산 단계).

이후 목표 조향 토크 산출부가 목표 조향각을 기초로 목표 조향 토크를 산출한다(목표 조향 토크 산출 단계).

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 도로 곡률 계산부;
상기 곡률을 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출하는 센터 오프셋 계산부;
상기 센터 오프셋을 기초로 상기 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 목표 궤적 계산부; 및
상기 목표 궤적을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 목표 조향 토크 산출부;를 포함하되,
상기 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 계산부; 를 더 포함하며,
상기 목표 요레이트 계산부는,
차량이 곡선 도로 선회시에 횡슬립 발생으로 인하여 계산된 목표 궤적과 차량 주행 궤적과의 오차가 발생하게 될 경우, 이러한 오차를 보정하기 위하여 수학식 4를 이용해 횡슬립(f(β))이 고려된 목표 곡률(ρ_des,com)을 계산하며, 오차가 보정된 목표 곡률을 기반으로 목표 요레이트 YR_des를 계산하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
(수학식 4)
제 1 항에 있어서,
상기 도로 곡률 계산부는 상기 곡률을 산출할 때 운행중인 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 더 이용하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 도로 곡률 계산부는 상기 곡선 도로 상에 위치하는 지점들의 위치 정보를 검출하고, 상기 지점들의 위치 정보를 기초로 선회중심점의 위치 정보를 계산하며, 상기 지점들의 위치 정보와 상기 선회중심점의 위치 정보를 기초로 상기 곡률을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센터 오프셋 계산부는 상기 곡률과 차량의 현재 속도를 기초로 상기 곡선 도로 상에서 발생하는 횡가속도를 미리 계산하고, 상기 횡가속도에 정해진 게인을 반영하여 상기 센터 오프셋을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 목표 궤적 계산부는 상기 곡선 도로의 시작 지점과 종료 지점을 검출하고, 차량이 상기 시작 지점에 도달하면 상기 목표 궤적을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 목표 궤적 계산부는 상기 전방 카메라로부터 얻은 정보와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 정보를 이용하여 초기 목표 궤적을 계산하고, 상기 초기 목표 궤적에 상기 센터 오프셋을 더하여 최종 목표 궤적을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 목표 요레이트와 차량에 장착된 센서들로부터 얻은 현재 요레이트를 비교하여 목표 조향각을 산출하는 목표 조향각 계산부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 목표 조향각 계산부는 상기 목표 요레이트와 상기 현재 요레이트 간 오차에 적분 게인을 곱한 값을 보상값으로 하여 상기 목표 요레이트로부터 상기 목표 조향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
전방 카메라로부터 얻은 정보와 내비게이션으로부터 얻은 정보를 이용하여 이후 진입할 곡선 도로의 곡률을 산출하는 도로 곡률 계산 단계;
상기 곡률을 기초로 상기 곡선 도로 상에서의 센터 오프셋(center offset)을 산출하는 센터 오프셋 계산 단계;
상기 센터 오프셋을 기초로 상기 곡선 도로에서의 목표 궤적을 산출하는 목표 궤적 계산 단계; 및
상기 목표 궤적을 기초로 목표 조향 토크를 산출하는 목표 조향 토크 산출 단계;를 포함하되,
상기 목표 궤적 계산 단계와 상기 목표 조향 토크 산출 단계 사이에,
상기 목표 궤적 상의 목표점에 기초한 선회 반경을 이용하여 목표 요레이트를 산출하는 목표 요레이트 계산 단계; 를 더 포함하며,
상기 목표 요레이트 계산에 있어서,
차량이 곡선 도로 선회시에 횡슬립 발생으로 인하여 계산된 목표 궤적과 차량 주행 궤적과의 오차가 발생하게 될 경우, 이러한 오차를 보정하기 위하여 수학식 4를 이용해 횡슬립(f(β))이 고려된 목표 곡률(ρ_des,com)을 계산하며, 오차가 보정된 목표 곡률을 기반으로 목표 요레이트 YR_des를 계산하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 방법.
(수학식 4)