KR20210053800A - 안전운전을 위한 컨텍스트 인식 네비게이션 프로토콜 - Google Patents

안전운전을 위한 컨텍스트 인식 네비게이션 프로토콜 Download PDF

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KR20210053800A
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정재훈
비엔 에이미 무가바리기라
항중
심일문
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 명세서는, 차량 네트워크에서, 제1 차량 이 통신을 수행하는 방법에 있어서, 제2 차량 으로부터, 상기 제2 차량의 운동성 정보를 수신하는 단계로서, 상기 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함함; 및 상기 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며, 상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함할 수 있다.

Description

안전운전을 위한 컨텍스트 인식 네비게이션 프로토콜 {CONTEXT-AWARE NAVIGATION PROTOCOL FOR SAFE DRIVING}
본 명세서는 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 도로를 주행하는 차량의 안전성을 높이는 Context-Awarness Navigation Protocol(CNP)을 정의하기 위한 것이다.
차량용 애드혹 네트워크(Vehicular Ad Hoc Networks, VANET)는 주행 안전, 효율적인 주행, 엔터테인먼트 등 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation Systems, ITS)을 위해 연구됐다. IEEE는 전용단거리통신(Dedicated Short-Range Communications, DSRC)을 기반으로 한 차량 네트워크의 고속 이동성을 고려해 IEEE 802.11-OCB(Outside the Context of a Basic Service Set)를 표준화했다.
인터넷은 IETF (Internet Engineering Task Force)에서 공표 한 TCP / IP (전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜)에 따라 운영되며, TCP/IP는 RFC (Request For Comments) 703 및 IETF에서 발행 한 RFC 791에서 찾을 수 있다.
본 명세서의 목적은, 도로를 주행하는 차량의 안전성을 높이는 CNP를 제공하기 위함이다.
또한, 본 명세서의 목적은, CNP를 통해, 차량의 주행 위험을 분석하여, 차량에게 위험한 상황에서 필요한 제어방법을 제공하기 위함이다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 일 양상은, 차량 네트워크에서, 제1 차량 이 통신을 수행하는 방법에 있어서, 제2 차량 으로부터, 상기 제2 차량의 운동성 정보를 수신하는 단계로서, 상기 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함함; 및 상기 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며, 상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운동성 정보는 1) 상기 CCM 또는 상기 ECM을 지시하기 위한 식별자 , 및 2) 상기 제2 차량의 운동성과 관련된 정보 및/또는 상기 비상상황과 관련된 정보를 나타내기 위한 이동정보를 더 포함할 수 있다,
또한, 상기 ECM은 상기 CCM 보다 높은 우선순위 값을 갖을 수 있다.
또한, 상기 ECM은 상기 우선순위 값에 근거하여, 상기 CCM보다 먼저 상기 운동성 정보에 포함되어 전달될 수 있다.
또한, 상기 제1 차량은 상기 운동성 정보에 근거하여, 상기 제1 차량이 포함된 클러스터(Cluster)의 멤버 차량들을 제어할 수 있다.
또한, 상기 주행을 제어하는 단계는 상기 식별자가 상기 ECM을 지시하는 것에 근거하여, 상기 비상상황을 측정하는 단계; 상기 측정된 비상상황에 근거하여, 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 전략을 계산하는 단계; 및 상기 전략에 근거하여, 상기 멤버 차량들에게 제어 메시지를 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비상상황을 측정하는 단계는 상기 비상상황과 관련된 장애물을 감지하는 단계; 상기 장애물과 관련된 충돌 확률을 계산하는 단계; 및 상기 충돌을 회피하기 위한 양식 및 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 양식을 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전략을 계산하는 단계는 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 기준 경로(Reference Path)를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 일 양상은, 차량 네트워크에서, 통신을 수행하는 제1 차량에 있어서, 송수신기; 메모리; 및 상기 송수신기 및 상기 메모리를 기능적으로 제어하기 위한 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 송수신기를 통해, 제2 차량으로부터, 상기 제2 차량의 운동성 정보를 수신하고, 상기 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함하며, 상기 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어하고, 상기 CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며, 상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함할 수 있다.
본 명세서를 통해, 도로를 주행하는 차량의 안전성을 높이는 CNP를 제공할 수 있다.
또한, CNP를 통해, 차량의 주행 위험을 분석하여, 차량에게 위험한 상황에서 필요한 제어방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 차량의 제어 블럭도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 자율 주행 장치의 제어 블럭도이다.
도 4는 본 명세서가 적용될 수 있는 도로의 주행환경을 예시한다.
도 5는 본 명세서가 적용될 수 있는 CNP를 이용한 비상 모델의 예시이다.
도 6은 본 명세서가 적용될 수 있는 VMI 옵션 포맷을 예시한다.
도 7은 본 명세서가 적용될 수 있는 CH의 동적 경로 계획의 예시이다.
도 8은 본 명세서가 적용될 수 있는 충돌 시나리오의 예시이다.
도 9는 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 차량의 충돌 확률 그래프의 예시이다.
도 10은 본 명세서가 적용될 수 있는 차선 퀄리티의 예시이다.
도 11은 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 기동 차선을 결정하는 알고리즘의 예시이다.
도 12는 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 차량 추적 방법의 예시이다.
도 13(a) 및 도 13(b)는 본 명세서가 적용될 수 있는 CM의 기동 동작의 예시이다.
도 14는 본 명세서가 적용될 수 있는 일 실시예이다.
도 15는 본 명세서가 적용될 수 있는 장치 일반의 예시이다.
본 명세서에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 명세서에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 명세서의 기술적 특징을 설명한다.
이하, 본 명세서에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 명세서의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 명세서가 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 명세서가 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 명세서의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심능력을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 명세서의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 명세서의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 차량을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서의 실시예에 따른 차량(10)은, 도로나 선로 위를 주행하는 수송 수단으로 정의된다. 차량(10)은, 자동차, 기차, 오토바이를 포함하는 개념이다. 차량(10)은, 동력원으로서 엔진을 구비하는 내연기관 차량, 동력원으로서 엔진과 전기 모터를 구비하는 하이브리드 차량, 동력원으로서 전기 모터를 구비하는 전기 차량등을 모두 포함하는 개념일 수 있다. 차량(10)은 개인이 소유한 차량일 수 있다. 차량(10)은, 공유형 차량일 수 있다. 차량(10)은 자율 주행 차량일 수 있다.
도 2는 본 명세서의 실시예에 따른 차량의 제어 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 차량(10)은, 사용자 인터페이스 장치(200), 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 운전 조작 장치(230), 메인 ECU(240), 구동 제어 장치(250), 자율 주행 장치(260), 센싱부(270) 및 위치 데이터 생성 장치(280)를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 운전 조작 장치(230), 메인 ECU(240), 구동 제어 장치(250), 자율 주행 장치(260), 센싱부(270) 및 위치 데이터 생성 장치(280)는 각각이 전기적 신호를 생성하고, 상호간에 전기적 신호를 교환하는 전자 장치로 구현될 수 있다.
1) 사용자 인터페이스 장치
사용자 인터페이스 장치(200)는, 차량(10)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(200)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(10)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(10)은, 사용자 인터페이스 장치(200)를 통해, UI(User Interface) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다. 사용자 인터페이스 장치(200)는, 입력 장치, 출력 장치 및 사용자 모니터링 장치를 포함할 수 있다.
2) 오브젝트 검출 장치
오브젝트 검출 장치(210)는, 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 오브젝트에 대한 정보는, 오브젝트의 존재 유무에 대한 정보, 오브젝트의 위치 정보, 차량(10)과 오브젝트와의 거리 정보 및 차량(10)과 오브젝트와의 상대 속도 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 차량(10) 외부의 오브젝트를 검출할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 차량(10) 외부의 오브젝트를 검출할 수 있는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 카메라, 레이다, 라이다, 초음파 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 센서에서 생성되는 센싱 신호에 기초하여 생성된 오브젝트에 대한 데이터를 차량에 포함된 적어도 하나의 전자 장치에 제공할 수 있다.
2.1) 카메라
카메라는 영상을 이용하여 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 카메라는 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 이미지 센서 및 이미지 센서와 전기적으로 연결되어 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
카메라는, 모노 카메라, 스테레오 카메라, AVM(Around View Monitoring) 카메라 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 카메라는, 다양한 영상 처리 알고리즘을 이용하여, 오브젝트의 위치 정보, 오브젝트와의 거리 정보 또는 오브젝트와의 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 획득된 영상에서, 시간에 따른 오브젝트 크기의 변화를 기초로, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 핀홀(pin hole) 모델, 노면 프로파일링 등을 통해, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 스테레오 카메라에서 획득된 스테레오 영상에서 디스패러티(disparity) 정보를 기초로 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다.
카메라는, 차량 외부를 촬영하기 위해 차량에서 FOV(field of view) 확보가 가능한 위치에 장착될 수 있다. 카메라는, 차량 전방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 프런트 윈드 쉴드에 근접하게 배치될 수 있다. 카메라는, 프런트 범퍼 또는 라디에이터 그릴 주변에 배치될 수 있다. 카메라는, 차량 후방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 리어 글라스에 근접하게 배치될 수 있다. 카메라는, 리어 범퍼, 트렁크 또는 테일 게이트 주변에 배치될 수 있다. 카메라는, 차량 측방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서 사이드 윈도우 중 적어도 어느 하나에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라는, 사이드 미러, 휀더 또는 도어 주변에 배치될 수 있다.
2.2) 레이다
레이다는 전파를 이용하여 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 레이다는, 전자파 송신부, 전자파 수신부 및 전자파 송신부 및 전자파 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 레이다는 전파 발사 원리상 펄스 레이다(Pulse Radar) 방식 또는 연속파 레이다(Continuous Wave Radar) 방식으로 구현될 수 있다. 레이다는 연속파 레이다 방식 중에서 신호 파형에 따라 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 또는 FSK(Frequency Shift Keyong) 방식으로 구현될 수 있다. 레이다는 전자파를 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다. 레이다는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
2.3) 라이다
라이다는, 레이저 광을 이용하여, 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 라이다는, 광 송신부, 광 수신부 및 광 송신부 및 광 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 라이다는, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식으로 구현될 수 있다. 라이다는, 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다. 구동식으로 구현되는 경우, 라이다는, 모터에 의해 회전되며, 차량(10) 주변의 오브젝트를 검출할 수 있다. 비구동식으로 구현되는 경우, 라이다는, 광 스티어링에 의해, 차량을 기준으로 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다. 차량(100)은 복수의 비구동식 라이다를 포함할 수 있다. 라이다는, 레이저 광 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다. 라이다는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
3) 통신 장치
통신 장치(220)는, 차량(10) 외부에 위치하는 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. 통신 장치(220)는, 인프라(예를 들면, 서버, 방송국), 타 차량, 단말기 중 적어도 어느 하나와 신호를 교환할 수 있다. 통신 장치(220)는, 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 통신 장치는 C-V2X(Cellular V2X) 기술을 기반으로 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. 예를 들어, C-V2X 기술은 LTE 기반의 사이드링크 통신 및/또는 NR 기반의 사이드링크 통신을 포함할 수 있다. C-V2X와 관련된 내용은 후술한다.
예를 들어, 통신 장치는 IEEE 802.11p PHY/MAC 계층 기술과 IEEE 1609 Network/Transport 계층 기술 기반의 DSRC(Dedicated Short Range Communications) 기술 또는 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 표준을 기반으로 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. DSRC (또는 WAVE 표준) 기술은 차량 탑재 장치 간 혹은 노변 장치와 차량 탑재 장치 간의 단거리 전용 통신을 통해 ITS(Intelligent Transport System) 서비스를 제공하기 위해 마련된 통신 규격이다. DSRC 기술은 5.9GHz 대역의 주파수를 사용할 수 있고, 3Mbps~27Mbps의 데이터 전송 속도를 가지는 통신 방식일 수 있다. IEEE 802.11p 기술은 IEEE 1609 기술과 결합되어 DSRC 기술 (혹은 WAVE 표준)을 지원할 수 있다.
본 명세서의 통신 장치는 C-V2X 기술 또는 DSRC 기술 중 어느 하나만을 이용하여 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. 또는, 본 명세서의 통신 장치는 C-V2X 기술 및 DSRC 기술을 하이브리드하여 외부 디바이스와 신호를 교환할 수 있다.
4) 운전 조작 장치
운전 조작 장치(230)는, 운전을 위한 사용자 입력을 수신하는 장치이다. 메뉴얼 모드인 경우, 차량(10)은, 운전 조작 장치(230)에 의해 제공되는 신호에 기초하여 운행될 수 있다. 운전 조작 장치(230)는, 조향 입력 장치(예를 들면, 스티어링 휠), 가속 입력 장치(예를 들면, 가속 페달) 및 브레이크 입력 장치(예를 들면, 브레이크 페달)를 포함할 수 있다.
5) 메인 ECU
메인 ECU(240)는, 차량(10) 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
6) 구동 제어 장치
구동 제어 장치(250)는, 차량(10)내 각종 차량 구동 장치를 전기적으로 제어하는 장치이다. 구동 제어 장치(250)는, 파워 트레인 구동 제어 장치, 샤시 구동 제어 장치, 도어/윈도우 구동 제어 장치, 안전 장치 구동 제어 장치, 램프 구동 제어 장치 및 공조 구동 제어 장치를 포함할 수 있다. 파워 트레인 구동 제어 장치는, 동력원 구동 제어 장치 및 변속기 구동 제어 장치를 포함할 수 있다. 샤시 구동 제어 장치는, 조향 구동 제어 장치, 브레이크 구동 제어 장치 및 서스펜션 구동 제어 장치를 포함할 수 있다. 한편, 안전 장치 구동 제어 장치는, 안전 벨트 제어를 위한 안전 벨트 구동 제어 장치를 포함할 수 있다.
구동 제어 장치(250)는, 적어도 하나의 전자적 제어 장치(예를 들면, 제어 ECU(Electronic Control Unit))를 포함한다.
구종 제어 장치(250)는, 자율 주행 장치(260)에서 수신되는 신호에 기초하여, 차량 구동 장치를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어 장치(250)는, 자율 주행 장치(260)에서 수신되는 신호에 기초하여, 파워 트레인, 조향 장치 및 브레이크 장치를 제어할 수 있다.
7) 자율 주행 장치
자율 주행 장치(260)는, 획득된 데이터에 기초하여, 자율 주행을 위한 패스를 생성할 수 있다. 자율 주행 장치(260)는, 생성된 경로를 따라 주행하기 위한 드라이빙 플랜을 생성 할 수 있다. 자율 주행 장치(260)는, 드라이빙 플랜에 따른 차량의 움직임을 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 자율 주행 장치(260)는, 생성된 신호를 구동 제어 장치(250)에 제공할 수 있다.
자율 주행 장치(260)는, 적어도 하나의 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 기능을 구현할 수 있다. ADAS는, 적응형 크루즈 컨트롤 시스템(ACC : Adaptive Cruise Control), 자동 비상 제동 시스템(AEB : Autonomous Emergency Braking), 전방 충돌 알림 시스템(FCW : Foward Collision Warning), 차선 유지 보조 시스템(LKA : Lane Keeping Assist), 차선 변경 보조 시스템(LCA : Lane Change Assist), 타겟 추종 보조 시스템(TFA : Target Following Assist), 사각 지대 감시 시스템(BSD : Blind Spot Detection), 적응형 하이빔 제어 시스템(HBA : High Beam Assist), 자동 주차 시스템(APS : Auto Parking System), 보행자 충돌 알림 시스템(PD collision warning system), 교통 신호 검출 시스템(TSR : Traffic Sign Recognition), 교통 신호 보조 시스템(TSA : Trafffic Sign Assist), 나이트 비전 시스템(NV : Night Vision), 운전자 상태 모니터링 시스템(DSM : Driver Status Monitoring) 및 교통 정체 지원 시스템(TJA : Traffic Jam Assist) 중 적어도 어느 하나를 구현할 수 있다.
자율 주행 장치(260)는, 자율 주행 모드에서 수동 주행 모드로의 전환 동작 또는 수동 주행 모드에서 자율 주행 모드로의 전환 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 장치(260)는, 사용자 인터페이스 장치(200)로부터 수신되는 신호에 기초하여, 차량(10)의 모드를 자율 주행 모드에서 수동 주행 모드로 전환하거나 수동 주행 모드에서 자율 주행 모드로 전환할 수 있다.
8) 센싱부
센싱부(270)는, 차량의 상태를 센싱할 수 있다. 센싱부(270)는, IMU(inertial measurement unit) 센서, 충돌 센서, 휠 센서(wheel sensor), 속도 센서, 경사 센서, 중량 감지 센서, 헤딩 센서(heading sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 스티어링 센서, 온도 센서, 습도 센서, 초음파 센서, 조도 센서, 페달 포지션 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, IMU(inertial measurement unit) 센서는, 가속도 센서, 자이로 센서, 자기 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
센싱부(270)는, 적어도 하나의 센서에서 생성되는 신호에 기초하여, 차량의 상태 데이터를 생성할 수 있다. 차량 상태 데이터는, 차량 내부에 구비된 각종 센서에서 감지된 데이터를 기초로 생성된 정보일 수 있다. 센싱부(270)는, 차량 자세 데이터, 차량 모션 데이터, 차량 요(yaw) 데이터, 차량 롤(roll) 데이터, 차량 피치(pitch) 데이터, 차량 충돌 데이터, 차량 방향 데이터, 차량 각도 데이터, 차량 속도 데이터, 차량 가속도 데이터, 차량 기울기 데이터, 차량 전진/후진 데이터, 차량의 중량 데이터, 배터리 데이터, 연료 데이터, 타이어 공기압 데이터, 차량 내부 온도 데이터, 차량 내부 습도 데이터, 스티어링 휠 회전 각도 데이터, 차량 외부 조도 데이터, 가속 페달에 가해지는 압력 데이터, 브레이크 페달에 가해지는 압력 데이터 등을 생성할 수 있다.
9) 위치 데이터 생성 장치
위치 데이터 생성 장치(280)는, 차량(10)의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GPS(Global Positioning System) 및 DGPS(Differential Global Positioning System) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GPS 및 DGPS 중 적어도 어느 하나에서 생성되는 신호에 기초하여 차량(10)의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 위치 데이터 생성 장치(280)는, 센싱부(270)의 IMU(Inertial Measurement Unit) 및 오브젝트 검출 장치(210)의 카메라 중 적어도 어느 하나에 기초하여 위치 데이터를 보정할 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GNSS(Global Navigation Satellite System)로 명명될 수 있다.
차량(10)은, 내부 통신 시스템(50)을 포함할 수 있다. 차량(10)에 포함되는 복수의 전자 장치는 내부 통신 시스템(50)을 매개로 신호를 교환할 수 있다. 신호에는 데이터가 포함될 수 있다. 내부 통신 시스템(50)은, 적어도 하나의 통신 프로토콜(예를 들면, CAN, LIN, FlexRay, MOST, 이더넷)을 이용할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 자율 주행 장치의 제어 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 자율 주행 장치(260)는, 메모리(140), 프로세서(170), 인터페이스부(180) 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.
메모리(140)는, 프로세서(170)와 전기적으로 연결된다. 메모리(140)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 프로세서(170)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 메모리(140)는 프로세서(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 자율 주행 장치(260) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 프로세서(170)와 일체형으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 메모리(140)는, 프로세서(170)의 하위 구성으로 분류될 수 있다.
인터페이스부(180)는, 차량(10) 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부(280)는, 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 운전 조작 장치(230), 메인 ECU(240), 구동 제어 장치(250), 센싱부(270) 및 위치 데이터 생성 장치(280) 중 적어도 어느 하나와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부(280)는, 통신 모듈, 단자, 핀, 케이블, 포트, 회로, 소자 및 장치 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
전원 공급부(190)는, 자율 주행 장치(260)에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(190)는, 차량(10)에 포함된 파워 소스(예를 들면, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 자율 주행 장치(260)의 각 유닛에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(190)는, 메인 ECU(240)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 동작될 수 있다. 전원 공급부(190)는, SMPS(switched-mode power supply)를 포함할 수 있다.
프로세서(170)는, 메모리(140), 인터페이스부(280), 전원 공급부(190)와 전기적으로 연결되어 신호를 교환할 수 있다. 프로세서(170)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
프로세서(170)는, 전원 공급부(190)로부터 제공되는 전원에 의해 구동될 수 있다. 프로세서(170)는, 전원 공급부(190)에 의해 전원이 공급되는 상태에서 데이터를 수신하고, 데이터를 처리하고, 신호를 생성하고, 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(170)는, 인터페이스부(180)를 통해, 차량(10) 내 다른 전자 장치로부터 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(170)는, 인터페이스부(180)를 통해, 차량(10) 내 다른 전자 장치로 제어 신호를 제공할 수 있다.
자율 주행 장치(260)는, 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 메모리(140), 인터페이스부(180), 전원 공급부(190) 및 프로세서(170)는, 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 명세서는 차량의 주행 안전을 위한 CNP(Context-Aware Navigation Protocol)를 제시한다. CNP는 첨단 센싱 기술 및 차량 네트워크를 활용해 주행 안전을 강화한 프로토콜이다. CNP를 통해 각 차량은 장애물을 감지하고 우회하면서, 주행 환경을 감지하고 인지하여, 사고를 회피할 수 있다.
도 4는 본 명세서가 적용될 수 있는 도로의 주행환경을 예시한다.
도 4를 참조하면, 도로에 장애물이 존재하는 경우, 드라이빙의 복잡성을 예시한다. 예를 들어, 차량이 차선 중앙에서 급정거하는 경우(obstacle), 뒤따르는 차량에게는 예상치 못한 주행 상황이 발생된다. e1는 이러한 주행 상황과 즉시 관련되며, 그 반응이 e2, l1 또는 r1의 주행에 영향을 미칠 수 있고, 이러한 주행 상황은 차량들에게 보다 복잡한 주행 시나리오를 만들어 반응할 것을 요구하게 된다.
예를 들어, 비상 위험이 감지되면, CNP는 차량의 주행경로를 신속하게 재설정하기 위한 조치를 취할 수 있다. 클러스터 헤드(Cluster Head, CH)는 클러스터 멤버(Cluster Members, CMs)에 대한 비상 경로 및 안전한 경로 주행을 제어하며, CNP는 Minimal Contour Tracking Algorithm (MCTA)를 이용하여, 차량의 비상 경로를 정의하고, 추적할 수 있다.
만일, 충돌을 일으키는 비상 위험이 너무 늦게 감지되는 경우, 충돌이 발생할 수 있다. CNP는 충돌 차량에 대한 피해를 최소화할 수 있다. 이러한 CNP의 충돌 완화 모듈은 충돌하는 차량 간의 에너지 전달을 최소화하여 충돌 강도를 제안하는 메커니즘이다.
본 명세서에서 CNP는 다음의 2가지 안전 지행적인 목표를 가지고 설계되었다. 첫째는 도로 구간에서 장애물이 존재하는 경우, 자율 차량이 안전하게 주행할 수 있도록 하는 충돌 회피 모델이다. 둘째는 충돌 완화, 즉, 피할 수 없는 사고 시나리오에 대한 최소한의 충돌 충격을 보장하기 위한 모델이다.
VANET(Vehicular Ad-hoc Networks)의 노드들은 도로와 차선과 같은 서브도로(subroad)로 구성된다. CNP는 특정 순간 t 에서, i에서 j로 이동하는 N개의 차량 set 가 위치하는 도로 세그먼트(segment) eij 를 고려할 수 있다.
도 5는 본 명세서가 적용될 수 있는 CNP를 이용한 비상 모델의 예시이다.
도 5를 참조하면, CNP는 차량이 그룹핑된 m 개의 클러스터(예를 들어, C= {C1,C2, ??Cm})를 포함할 수 있다.
특정 시간 t에서 차량 ni의 상태는 다음의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 (xi, yi)는 차량의 위치이고, vi는 속도이며,
Figure pat00002
는 움직이는 방향이다.
또한, 궤도 제어 입력은 다음의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 2를 참조하면,
Figure pat00004
는 각도이며,
Figure pat00005
는 악셀레이션이다.
두 휠의 축 사이에 거리가 L인 차량의 경우,
Figure pat00006
는 다음의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00007
움직이는 특정 ni의 미래 행동은 다음의 수학식 4와 같은 비선형 미분 방정식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00008
도 5를 참조하면, 최초 장애물을 인지하는 C1에 포함된 차량은 진행방향의 후방에 위치하는 클러스터에 포함된 차량들과 V2V를 통해, 통신할 수 있고, RSU의 커버리지에 포함된 클러스터에 포함된 차량은 RSU를 통해, 관제센터와 통신할 수 있다.
감지 및 예측 모듈
1) 차량용 사이버 물리 시스템 모델
본 명세서에서 차량용 사이버 물리 시스템 모델은 통신 기반의 협동 센싱을 통해, 차량이 주행 환경을 인식할 수 있게 한다.
다시 도 5를 참조하면, CNP는 인프라를 통해 및 인프라 없이 통신할 수 있다. 예를 들어, 인프라가 없는 경우, 차량은 가까운 거리에서 통신할 수 있다. 반면에 인프라는 근거리 및 원거리 노드와 차량이 모두 통신할 수 있도록 한다. RSU(Road-Side Unit)와 같은 차량 네트워크 인프라와 소규모 애드혹 네트워크가 이용될 수 있다. 각 차량은 속도, 위치, 방향 등 운동학적 정보를 지속적으로 감지해 네트워크를 통해 이웃과 공유할 수 있다.
본 명세서에서, Local Sensed Data (LSD)는 차량에서의 센싱 데이터를 의미하며, Remote Sensed Data (RSD)는 네트워크를 통한 주변 환경 센싱 데이터를 의미할 수 있다.
차량은 주기적으로 운동학적 정보를 송수신하며, CH는 운동학적 정보를 수신한 후, 이를 평가하여, 클러스터 내에서 주변 이웃들과의 충돌 위험을 분석할 수 있다.
2) 위험 평가에서 상대적 운동학
CNP는 인접한 자동차들 간의 상대적인 운동학에 의존함으로써 차량이 매우 역동적인 도시 교통에서 안전하게 주행할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, CNP는 차량이 주행 환경을 센싱하고, 가능한 변화를 감지하고, 관련된 충돌 위험을 평가하고, 안전하지 않은 사고에 안전하게 적응하도록 주행 계획을 재구성할 수 있게 해준다.
RSD 수신 시, CNP가 포함된 모델은 수신한 운동학적 데이터를 평가하고, 충돌 위험의 존재를 감지할 수 있다. 도로 구간을 따라 위험한 장애물이 감지될 경우, 모델은 실제 주행 차량을 안전 차량과 비상 차량 두 가지 범주로 분류할 수 있다. 안전 차량은 장애물 위치에서 벗어나 주행하는 차량이며, 비상 차량은 장애물 위치로 주행하는 차량이다.
CNP는 전반적인 운전 안전성을 훼손하지 않고 비상 차량을 안전한 장소로 안전하게 안내할 수 있다. 예를 들어, 동일한 차선을 주행하는 인접 차량 2대에 있어서는 충돌 시간 Tc가 사용될 수 있다. 여기서, Tc는 현재 속도가 유지되는 경우, 자식 차량이 부모 차량에 충돌하는 데 소요되는 시간을 의미할 수 있다.
3) CNP Communication Protocol
본 명세서에서의 모델에는 CCM(Cooperation Context Message)과 ECM(Emergency Context Message)과 같은 CNP 서비스에 대한 두 가지 유형의 메시지가 있다.
본 명세서에서는 VMI(Vehicle Mobility Information) 옵션으로 불리는 차량 이동성 정보에 새로운 IPv6 ND(Neighborhood Discovery) 옵션을 사용하는 경량 데이터 공유 프로토콜을 제안한다. 예를 들어, VMI 옵션이 포함된 CAN 서비스는 CCM 및 ECM 메시지를 포함할 수 있다.
CCM은 협동 주행을 위해 차량의 움직임 정보(예: 위치, 속도, 가속/감속, 방향)와 운전자의 주행 동작(예: 제동 및 가속)을 인접 차량에 전달하는 메시지다. ECM은 인접 차량에 비상 상황(예: 사고 및 위험 상황)을 알리는 메시지이다. ECM은 CCM보다 우선 순위가 높으므로 차량 네트워크에서는 ECM이 CCM보다 빠르게 전파되어야 한다.
도 6은 본 명세서가 적용될 수 있는 VMI 옵션 포맷을 예시한다.
도 6을 참조하면, VMI(Vehicle Mobility Information) 옵션은 CCM 또는 ECM을 전송하기 위한 IPv6 ND 옵션이다.
표 1은 VMI 옵션 포맷의 필드들을 예시한다.
Fields Descriptions
Type IANA에서 할당한 VMI 옵션 유형의 8비트 식별자: TBD
Length 8비트 부호 없는 정수. 옵션의 길이(유형 및 길이 필드 포함)는 8옥텟 단위로 한다. 값은 3이다.
Message CCM(0) 및 ECM(1)으로 구성된 VMI 메시지 유형의 8비트 식별자.
Reserved1/2 이 필드는 사용되지 않는다. 전송자가 0으로 초기화해야 하며 수신자가 무시해야 한다.
Mobility Information 128비트 이동성 정보. CCM에 의한 차량의 움직임 정보(예: 위치, 속도, 가속/감속, 방향)와 운전자의 주행 동작(예: 제동 및 가속)을 포함한다. 또한 차량의 비상 정보(예: 장애물 정보 및 사고 정보)도 포함된다.
VMI 옵션의 CCM은 차량이 자신의 존재를 알리기 위해 주기적으로 전송하는 NA(Neighborhood Advertisment) 메시지에 포함될 수 있다.VMI 옵션의 ECM은 차량이 자신의 단일-홉(one-hop) 인접 차량으로 비상 상황을 즉시 알리기 위해 전송하는 NA 메시지에 포함될 수 있다.
차량이 비상 상황에 즉시 조치를 취할 수 있도록 하기 위해 ECM은 CCM보다 높은 우선 순위를 가진다. 따라서 차량에 전송할 ECM과 CCM이 있는 경우 CCM보다 먼저 ECM을 전송해야 한다.
ECM과 CCM 수신 시, CNP는 메시지 정보를 인지하고 도로 주행 상황의 위험을 분석한다. 이러한 통신은 주행 차선에서 전방 장애물을 감지하고, 식별하는 역할을 한다.
각 차량은 주기적으로 CCM 인식 메시지를 공유한다. CCM은 송신자와 그 이웃의 기본적인 이동 정보를 보유하고 있다
도 7은 본 명세서가 적용될 수 있는 CH의 동적 경로 계획의 예시이다.
도 7을 참조하면, 도로에 장애물이 있을 경우, CH는 안전 목적을 위해 채널을 통해 우선 순위가 높은 메시지를 공유한다. 예를 들어, ECM의 우선순위를 정하기 위해 다채널 통신이 이용될 수 있다.
예를 들어, CH는 차량들의 클러스터를 선택한다. CH는 클러스터의 구성원들의 핸들을 제어할 수 있다. 만일, CH가 ECM을 수신한 경우, CH는 리스크를 분석하고, 이에 따라 다음 이동을 수행하는 구성원으로서 행동할 수 있다.
4) 확률적 위험 평가
CNP는 비상 차량의 충돌 확률에 따라, 차량을 제어할 수 있다. 여기서 충돌 확률은 이동하는 차량이 전방의 장애물과 충돌할 위험을 지칭할 수 있다. 이러한 충돌 확률은 전술한 Tc를 통해, 계산될 수 있다.
도 8은 본 명세서가 적용될 수 있는 충돌 시나리오의 예시이다.
도 8을 참조하면, 자식 차량이 부모 차량을 향해 주행하는 시나리오를 예시한다. Vc가 Vp인 현재 조건을 유지하면서, 자식 차량이 부모 차량과 충돌하는 Tc는 다음의 수학식 5를 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00009
수학식 5를 참조하면,
Figure pat00010
는 자식 차량과 부모 차량 간의 거리이고,
Figure pat00011
는 그들 사이의 상대 속도이다.
차량이 장애물로 최대 가속할 때, 충돌 시간의 최소값은
Figure pat00012
, 최소 가속할 때, 충돌시간의 최대값은
Figure pat00013
로 정의될 수 있다.
어떤 차량이
Figure pat00014
에서, 충돌확률이 고르게 분포되어 있다고 가정할 때, 충돌 확률은 다음의 수학식 6을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00015
(8c)는 자식 차량이 부모 차량으로 이동할 때의 충돌 위험 수준으로, 다음의 수학식 7을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00016
비상 상황의 차량은 안전하지 않은 범위뿐만 아니라 시야가 확보되지 않은 범위에서도 다른 차량과 충돌할 수 있다.
도 9는 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 차량의 충돌 확률 그래프의 예시이다.
도 9를 참조하면, 왼쪽과 오른쪽에 인접차선이 있는 비상 차선을 주행하는 차량을 가정할 수 있다. 예를 들어, CH는 차량
Figure pat00017
를 가장 리스크가 적은 차선으로 횡방향 기동하도록 제어할 수 있다.
5) 차선 퀄리티 기반의 차선 선택
다시 도 9를 참조하면, 차선의(예를 들어, 좌측인접 차선, 우측인접차선) 자식 차량들 각각과 이들의 부모 차량과의 충돌 확률은 계산될 수 있다. 각 차선별 이러한 확률들이 독립적으로 고려될 수 있다. 차량
Figure pat00018
는 이러한 차선별 충돌 확률을 고려하여, 가장 퀄리티가 좋은 차선을 선택할 수 있다.
예를 들어, 좌측인접 차선의 퀄리티는 다음의 수학식 8을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00019
다만, 이러한 차선의 퀄리티는 자식 차량과 부모 차량의 쌍 간에 상대적 거리와 속도에 상당한 차이가 있는 차선에는 적용되지 않을 수 있다.
도 10은 본 명세서가 적용될 수 있는 차선 퀄리티의 예시이다.
도 10을 참조하면, 두 차량은 좌측 차선을 주행하고 다른 두 차량은 우측 차선을 주행한다. 전술한 수학식 8에 따르면 좌측 차선의 퀄리티는 4이고, 우측 차선의 퀄리티는 11이다. 만일, 차량
Figure pat00020
이 우측 차선으로 이동한다면, 충돌이 발생할 수 밖에 없다. 이를 해결 하기 위해, Safe Lane Probability(안전 차선 확륙)이라는 개념이 추가적으로 요구된다.
안전 차선 퀄리티는 차선 안전의 상태를 나타내는 개념이다.
예를 들어, 부모 차량을 향하는 자식 차량의 안전 차선 확률을 qi라고 하는 경우, qi는 다음의 수학식 9를 통해, 계산될 수 있다.
Figure pat00021
또한, 좌측 차선의 안전 차선 퀄리티는 다음의 수학식 10을 통해, 계산될 수 있다.
Figure pat00022
다시 도 10을 참조하면, 좌측 차선의 안전 차선 퀄리티는 0.25이고, 우측 차선의 안전 차선 퀄리티는 0이므로, 차량
Figure pat00023
은 좌측 차선으로 이동을 선택할 것이다.
도 11은 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 기동 차선을 결정하는 알고리즘의 예시이다.
도 11을 참조하면, CH는 차량들의 필요한 이동성 정보를 가질 수 있다. CH는 라인 2에서 부모 노드를 초기화 하고, 라인 3-6에서 부모-자식 관계가 있는 그래프 G의 노드들의 위험을 계산한다. 라인 7-8은 기동 차선 및 이에 상응하는 코스트를 초기화하며, 기동 차선의 비용은 인접 차선 중 가장 최대가 되어야 한다. 라인 9-15는 차선 퀄리티를 비교하여, 최상의 차선을 선택하고, 선택된 차선을 향하도록 차량을 제어한다.
상기 알고리즘의 복잡성(complexity) 측면에서, 차선 퀄리티 계산에서 사용되는 레벨은 3으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 장애물에 가장 가까운 왼쪽 차선의 3개 노드와 오른쪽 차선의 3개 노드의 충돌 위험이 고려될 수 있다.
또한, CH는 차선의 밀도를 고려하여, 비상 기동 차선을 결정할 수 있다.
예를 들어, 인접한 두 차선이 모두 충돌 위험이 없거나, 동일한 충돌 위험이 있는 경우, 밀도가 낮은 차선으로 차량이 이동될 수 있다.
또한, 전술한 안전 차선 퀄리티를 고려하여, 기동 차선 선택은 다음의 수학식 11을 만족하여야 한다.
Figure pat00024
비상 기동 계획
CH는 멤버가 전방 장애물과 충돌할 위험이 있을 때, 충돌을 방지하기 위해 비상 동작을 수행할 수 있다. CH는 인접한 각 차량의 위치 및 속도 방향과 같은 운동성을 인식하고, 장애물에 가장 가까운 CM에서 가장 먼 CM의 기동성을 조정할 수 있다. 이러한 기동성은 장애물 또는 다른 주행 노드들과의 충돌을 회피하기 위해, 기동 차선에서의 목표 위치(target position)를 정의할 수 있다.
이를 위해, 기준 경로(Reference Path)가 계산될 수 있다.
예를 들어, 차량은 기동 시간 동안 기준 경로를 따를 수 있고, 목표 위치는 기준 경로의 끝점(ending point)를 의미할 수 있다. 또한, CNP는 차량이 기준 경로를 따르는 지 확인하기 위해, 특정 시간 마다 차량의 궤적을 추적할 수 있다. 이를 통해, CNP는 장애물 뿐만 아니라 다른 차량과의 충돌 위험도 고려하여, 차량을 제어할 수 있다.
도 12는 본 명세서가 적용될 수 있는 비상 차량 추적 방법의 예시이다.
도 12를 참조하면, CNP의 드라이빙 조정 절차는 모듈화 된 스텝들을 통해, 수행될 수 있다.
1) Data sensing: CNP 통신 프로토콜에 따라 자기 센싱 및 원격 센싱을 통한 이동성 정보를 송수신하는 것으로 구성된다.
2) Risk assessment: 클러스터의 CH는 수신된 데이터를 인식하고 분석하여 주행 환경에서의 비정상적인 동작을 감지한다. 예를 들어, 이러한 평가는 도로의 장애물 존재 여부, 충돌 회피 양식과 CM이 취할 기동 양식을 결정할 수 있다.
3) Path maneuver: 모든 CM에 대해 CH는 도 12의 3단계에서 기동 전략을 정의하고 조정할 수 있다. CNP는 차량을 적절한 기동 차선으로 이동시키기 위한, 입력을 정의한다. 기동 차선에 위치한 클러스터 멤버는 상기 기동 차선으로 진입하는 차량과의 충돌을 피하기 위해, 가속 또는 감속을 할 수 있다.
4) Path tracking: 기동 경로가 정의되면, 도 12의 4단계에서는 경로를 추적하여, 차량이 편차없이 목표에 도달할 때까지 경로가 유지될 수 있도록 한다.
이러한 기동 정보는 공유되며, 도로에 새로 도착한 차량에 대한 센싱 입력 역할을 할 수 있다.
장애물 쪽으로 주행하는 복수 개의 차량들은 장애물에 의하여, 직접 또는 간접적으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 직접적 영향을 받는 차량(즉, 비상 차량)은 현재의 궤적을 유지하면 장애물과 충돌할 수 있는 차량이다. 간접적으로 영향을 받는 차량은 비상 차량의 기동 궤적에 의해 영향을 받는 차량이다.
비상 차량이 목표 위치에 도달하여 추가적인 사고가 발생하지 않도록하기 위해, 비상 속도를 결정하여야 한다. 이를 위해, 목표 위치는 CNP가 결정한 기동 차선의 중간에 위치할 수 있다.
최소한의 차량의 방향 및 속도 변화를 위한 기동 입력은 장애물을 안전하게 우회하기 위한 경계선을 보장하여야 한다. 후방의 차량들의 속도가 일정하다고 가정하면, 비상 제어 입력값인 u는 수학식 12를 참조하면, 목표 위치를 향하는 등고선들의 최소 조향 각도를 선택함으로써 획득될 수 있다.
Figure pat00025
차량의 최소 등고선 폴리곤 영역 (Minimal Contour Polygon Area of a Vehicle)
차량의 최소 등고선 폴리곤 영역은 차량이 일정 범위의 조향각으로 주행할 때, 일정 시간 내에 도달할 수 있는 일련의 위치에 의해 형성된 범위가 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 현재 경로에서의 위치가 Pt 라면, 다음 위치인
Figure pat00026
는 다음의 수학식 13과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
이고,
Figure pat00029
이다.
비상 기동 차선을 선택하는 동안, 비상 차량은 다른 차량과 충돌하지 않도록 다른 차량의 이전 주행을 고려할 수 있다.
도 13는 본 명세서가 적용될 수 있는 CM의 기동 동작의 예시이다.
도 13(a)를 참조하면, 비상 차량은 장애물과의 충돌을 피하기 위한 기동을 할 수 있다. CNP는 적합한 인접차선을 향해 측면 이동의 우선순위를 정할 수 있다. 종방향 이동은 측면 변경이 가능하지 않은 경우에만 수행될 수 있다.
도 13(b)는 기동 차선을 주행 중인 차량의 기동을 예시한다.
충돌 강도 최소화
충돌 강도 최소화 메커니즘은 충돌 차량 사이의 에너지 전달을 최소화하고 충돌에 관련된 차량의 수를 가능한 한 제한하기 위한 것이다. 예를 들어, 충돌의 심각도는 두 충돌 차량의 중량 및 속도에 비례할 수 있다. 이러한 등가 에너지 속도(Equivalent Energy Speed, EES)는 다음의 수학식 14를 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00030
수학식 14를 참조하면, 장애물은 속도 vob 및 질량 mob를 갖고, ve와 me를 갖는 노드와 충돌한다고 가정할 때, 충돌 후, 대략적인 결과 속도 vr를 알 수 있으면, EES는 계산될 수 있다. 차선 변경에서 충돌의 경우, 진입하는 각도의 cosine 값을 통해, 속도를 계산하여, EES가 계산될 수 있다.
충돌 시, 차량 속도의 차이가 클수록 충돌이 심하고 사망률이 높다. 충돌 직전 충돌 차량을 감속하면, 충돌 차량 간의 에너지 전달이 감소될 수 있다. 따라서, 충돌 강도를 최소화하기 위해 CNP는 기동으로 충돌을 피할 수 없는 경우, 충돌 직전까지 차량의 속도를 줄여야 한다. 다음의 수학식 15를 통해, 충돌 차량 간의 에너지 전달 감소를 계산할 수 있다.
Figure pat00031
또한, 관련 차량의 수를 줄이면, EES는 감소될 수 있다. 따라서, CNP는 관련 차량의 수를 제한할 수 있다.
예를 들어, CNP는 신속하게 충돌 사고를 이웃 차량에 광고하여 충돌 위험을 신속하게 평가하고 적시에 기동 계획을 수립할 수 있다. 이를 위해, 수학식 15에서 계산된
Figure pat00032
가 이용될 수 있다.
예를 들어,
Figure pat00033
동안 유입되는 새로운 차량들도 장애물을 우회할 수 있도록 경고를 받을 수 있다.
도 14는 본 명세서가 적용될 수 있는 일 실시예이다.
도 14를 참조하면, 제1 차량은 CH를 지칭할 수 있고, CNP를 통해, 클러스터 내의 멤버 차량들을 제어할 수 있다. 제2 차량은 CM일 수 있고, 장애물을 발견한 비상 차량일 수 있다.
제1 차량은 주변 차량으로부터, 운동성 정보를 수신한다(S1410). 예를 들어, 제1 차량은 제2 차량의 운동성 정보를 수신할 수 있다. 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함할 수 있다. 보다 자세하게, CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며, 상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함할 수 있다. 이러한 운동성 정보는 도 6과 같은 필드들을 포함할 수 있다.
ECM은 CCM 보다 높은 우선순위 값을 갖을 수 있다. 예를 들어, ECM은 CCM보다 먼저 운동성 정보에 포함되어 전달될 수 있다.
제1 차량은 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어한다(S1420). 예를 들어, 제1 차량은 자신 뿐 아니라, 클러스터 멤버들의 주행 제어도 수행할 수 있다. 보다 자세하게, 제1 차량은 도 6의 Message 필드가 ECM을 지시하는 것에 근거하여, 상기 비상상황을 측정하고, 상기 측정된 비상상황에 근거하여, 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 전략을 계산하며, 상기 전략에 근거하여, 상기 멤버 차량들에게 제어 메시지를 전송할 수 있다.
비상상황을 측정하기 위해, 제1 차량은 수신한 운동성 정보 또는 센싱 데이터를 이용하여, 비상상황과 관련된 장애물을 감지하고, 장애물과 관련된 충돌 확률을 계산하며, 충돌을 회피하기 위한 양식을 결정할 수 있다. 충돌 확률은 장애물에 직접 충돌하는 것 뿐만 아니라 전술한 부모 차량과 자식 차량의 충돌 확률, 다른 차선으로 기동함으로써 발생되는 충돌 확률을 포함할 수 있다.
또한, 전략을 계산하기 위해, 제1 차량은 멤버 차량들을 기동시키기 위한 기준 경로(Reference Path)를 계산할 수 있다.
본 명세서가 적용될 수 있는 장치 일반
도 15는 본 명세서가 적용될 수 있는 장치 일반의 예시이다.
도 15를 참조하면 제안하는 실시 예에 따른 서버(X200)는, MEC(Multi-Access Edge Computing) 서버 또는 클라우드 서버, 교통 관제 서버 일 수 있으며, 차량용 클라우드 일 수 있다. 또한, RSU를 포함할 수 있다. 통신모듈(X210), 프로세서(X220) 및 메모리(X230)를 포함할 수 있다. 통신모듈(X210)은 무선 주파수(radio frequency, RF) 유닛으로 칭해지기도 한다. 통신모듈(X210)은 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송하고, 외부 장치로 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 서버(X200)는 외부 장치와 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 통신모듈(X210)은 전송부와 수신부로 분리되어 구현될 수도 있다. 프로세서(X220)는 서버(X200) 전반의 동작을 제어할 수 있으며, 서버(X200)가 외부 장치와 송수신할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(X220)는 본 발명에서 제안하는 서버 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서(X220)은 본 발명의 제안에 따라 데이터 혹은 메시지를 UE(User Equipment) 혹은 다른 차량, 다른 서버에 전송하도록 통신모듈(X210)을 제어할 수 있다. 메모리(X230)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼 등의 구성요소로 대체될 수 있다. 서버(X200)는 전술한 RSU 및 MA를 포함할 수 있다.
또한, 위와 같은 단말 장치(X100) 및 서버(X200)의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 명세서의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 명세서의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 본 명세서의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 명세서에 따른 실시 예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 명세서의 일 실시 예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 명세서의 일 실시 예는 이상에서 설명된 능력 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 명세서는 본 명세서의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.
본 명세서는 다양한 차량용 네트워크 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 차량 네트워크에서, 제1 차량이 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    제2 차량으로부터, 상기 제2 차량의 운동성 정보를 수신하는 단계로서, 상기 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함함; 및
    상기 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며,
    상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함하는, 통신방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 운동성 정보는
    1) 상기 CCM 또는 상기 ECM을 지시하기 위한 식별자, 및 2) 상기 제2 차량의 운동성과 관련된 정보 및/또는 상기 비상상황과 관련된 정보를 나타내기 위한 이동정보를 더 포함하는, 통신방법,
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 ECM은 상기 CCM 보다 높은 우선순위 값을 갖는, 통신방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 ECM은
    상기 우선순위 값에 근거하여, 상기 CCM보다 먼저 상기 운동성 정보에 포함되어 전달되는, 통신방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 차량은
    상기 운동성 정보에 근거하여, 상기 제1 차량이 포함된 클러스터(Cluster)의 멤버 차량들을 제어하는, 통신방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 주행을 제어하는 단계는
    상기 식별자가 상기 ECM을 지시하는 것에 근거하여, 상기 비상상황을 측정하는 단계;
    상기 측정된 비상상황에 근거하여, 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 전략을 계산하는 단계; 및
    상기 전략에 근거하여, 상기 멤버 차량들에게 제어 메시지를 전송하는 단계;
    를 포함하는, 통신방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 비상상황을 측정하는 단계는
    상기 비상상황과 관련된 장애물을 감지하는 단계;
    상기 장애물과 관련된 충돌 확률을 계산하는 단계; 및
    상기 충돌을 회피하기 위한 양식 및 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 양식을 결정하는 단계;
    를 포함하는, 통신방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 전략을 계산하는 단계는
    상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 기준 경로(Reference Path)를 계산하는 단계;
    를 포함하는, 통신방법.
  9. 차량 네트워크에서, 통신을 수행하는 제1 차량에 있어서,
    송수신기;
    메모리; 및
    상기 송수신기 및 상기 메모리를 기능적으로 제어하기 위한 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는
    상기 송수신기를 통해, 제2 차량으로부터, 상기 제2 차량의 운동성 정보를 수신하고, 상기 운동성 정보는 1) 협력 컨텍스트 메시지(Cooperation Context Message, CCM) 또는 2) 비상 컨텍스트 메시지(Emergency Context Message, ECM)를 포함하며,
    상기 운동성 정보에 근거하여, 주행을 제어하고,
    상기 CCM은 상기 제2 차량의 움직임 정보를 포함하며,
    상기 ECM은 상기 제2 차량과 관련된 비상상황을 알리는 정보를 포함하는, 차량.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 운동성 정보는
    1) 상기 CCM 또는 상기 ECM을 지시하기 위한 식별자, 및 2) 상기 제2 차량의 운동성과 관련된 정보 및/또는 상기 비상상황과 관련된 정보를 나타내기 위한 이동정보를 더 포함하는, 차량,
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 ECM은 상기 CCM 보다 높은 우선순위 값을 갖는, 차량.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 ECM은
    상기 우선순위 값에 근거하여, 상기 CCM보다 먼저 상기 운동성 정보에 포함되어 전달되는, 차량.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 차량은
    상기 운동성 정보에 근거하여, 상기 제1 차량이 포함된 클러스터(Cluster)의 멤버 차량들을 제어하는, 차량.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 주행을 제어하기 위해,
    상기 식별자가 상기 ECM을 지시하는 것에 근거하여, 상기 비상상황을 측정하고, 상기 측정된 비상상황에 근거하여, 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 전략을 계산하며, 상기 전략에 근거하여, 상기 멤버 차량들에게 제어 메시지를 전송하는, 차량.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 비상상황을 측정하기 위해,
    상기 비상상황과 관련된 장애물을 감지하고, 상기 장애물과 관련된 충돌 확률을 계산하며, 상기 충돌을 회피하기 위한 양식 및 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 양식을 결정하는, 차량.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 전략을 계산하기 위해, 상기 멤버 차량들을 기동시키기 위한 기준 경로(Reference Path)를 계산하는, 차량.
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