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KR102164606B1 - 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치 및 방법 - Google Patents

자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치 및 방법 Download PDF

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KR102164606B1
KR102164606B1 KR1020180085621A KR20180085621A KR102164606B1 KR 102164606 B1 KR102164606 B1 KR 102164606B1 KR 1020180085621 A KR1020180085621 A KR 1020180085621A KR 20180085621 A KR20180085621 A KR 20180085621A KR 102164606 B1 KR102164606 B1 KR 102164606B1
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distance
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송문형
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한국자동차연구원
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Abstract

본 발명은 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치에 관한 것으로, 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보를 이용하여 자차의 예상 주행거리를 계산하는 예상 주행거리 계산부; 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보로부터 자차의 선회반경을 계산하는 선회반경 계산부; 자차의 사이드 슬립각을 추정하는 사이드 슬립각 추정부; 예상 주행 거리 계산부를 통해 제공되는 예상 주행거리와 선회반경 계산부를 통해 제공되는 자차의 선회반경을 이용하여 전방주시거리를 계산하는 전방주시거리 계산부; 및 사이드 슬립각 추정부를 통해 제공되는 사이드 슬립각, 전방주시거리 계산부를 통해 제공되는 전방주시거리와, 센서부터 제공되는 차량의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 횡방향 제어기 압력값 보정부;를 포함한다.

Description

자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치 및 방법{Lateral control parameter correction apparatus and method for autonomous vehicle}
본 발명은 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적응형 운전자 보조 시스템 및 자율주행차의 자율 주행을 위한 자차의 위치를 추정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자율주행차량 및 횡방향 안전 시스템이 탑재된 차량은 경로를 추종하기 위해 조향제어가 필요하고, 이러한 조향제어를 위해서는 경로와 차량간의 상대적인 상관관계를 계산해야 한다.
여기서, 경로와 차량간의 상대적인 상관관계는 영상, GPS와 같은 센서를 이용하여 측정이 가능하지만, 센서의 통신지연 및 액추에이터의 시간지연 등의 이유로 시스템 딜레이가 발생한다.
이와 같은 시스템 딜레이는 주행 제어의 실시간성과 안정성을 저해하고, 특히 고속으로 주행할수록 심각한 문제를 야기할 수 있다.
이를 해결하기 위해 기존에는 도 1에서와 같이, 차량의 속도, 주행경로와 차량의 헤딩각 차이만을 이용하여 전방주시거리(Look ahead distance)를 산출하고, 이를 이용하여 자차의 위치를 추정하였다.
Figure 112018072790525-pat00001
[표 1]은 도 1의 용어 및 변수에 대한 설명이다.
이와 같이, 종래 자차의 위치를 추정하는 방법은 단순히 직진주행만을 가정하기 때문에 도 2a에 도시된 바와 같이, 고속주행 시 직진성이 저하되고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 곡선주행 시 과도한 조향제어를 발생시켜 승차감과 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 차량의 거동 정보인 선회반경과 사이드 슬립각을 반영하여 자차의 위치를 추정하고, 최종적으로 조향제어의 입력 파라미터를 보정하여 승차감과 안전성을 동시에 향상시킬 수 있는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치는, 자차의 예상 주행거리를 계산하는 예상 주행거리 계산부; 자차의 선회반경을 계산하는 선회반경 계산부; 자차의 사이드 슬립각을 추정하는 사이드 슬립각 추정부; 상기 예상 주행 거리 계산부를 통해 제공되는 예상 주행거리와 상기 선회반경 계산부를 통해 제공되는 자차의 선회반경을 이용하여 전방주시거리를 계산하는 전방주시거리 계산부; 및 상기 사이드 슬립각 추정부를 통해 제공되는 사이드 슬립각, 상기 전방주시거리 계산부를 통해 제공되는 전방주시거리 및 센서부터 제공되는 차량의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 횡방향 제어기 압력값 보정부;를 포함한다.
여기서, 상기 예상 주행거리는, 차량의 속도와 시스템 딜레이를 곱한 것이 바람직하다.
상기 예상 주행거리는 저속구간의 급격한 곡률변화와 고속에서의 과도한 횡방향 제어기 입력 파라미터 생성을 방지하기 위해 최소 및 최대 제한값을 설정한다.
한편, 상기 선회반경 계산부는, 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있으면, 차량의 전축과 후축간의 거리를 차량의 전륜 조향각으로 나누어 자차의 선회반경을 계산한다.
그리고 상기 조향각은, 스티어링고 휠각 사이의 기어비 정보를 포함한다.
여기서, 상기 선회반경 계산부는, 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있지 않으면, 차량의 요레이트를 차량의 속도로 나누어 자차의 선회반경을 계산할 수 있다.
또한, 상기 전방주시거리 계산부는, 자차의 선회반경과 상기 시스템 딜레이 이후 예측되는 차량의 이동거리를 나누어 계산된 부채꼴의 중심각을 계산한 후, 상기 자차의 선회반경에 상기 계산된 부채꼴의 중심각을 이용한 사인법칙을 곱하여 전방주시거리를 계산한다.
한편, 상기 사이드 슬립각 추정부는, 고속에서는 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정한다.
그리고, 상기 사이드 슬립각 추정부는 저속에서는 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 추정한다.
또한, 상기 사이드 슬립각 추정부는, 가속 및 감속 시, 각각 다른 방식의 사이드 슬립각 추정 방법을 이용하여 히스테리시스 속성을 부여한다.
한편, 상기 횡방향 제어기 압력값 보정부는, 전방주시거리에서의 기준경로 파라미터를 계산하고, 전방주시거리에서의 자차 위치 파라미터를 계산하며, 상기 계산된 기준경로 파라미터와 상기 자차 위치 파라미터를 합하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 계산한다.
그리고 상기 횡방향 제어기 압력값 보정부는, 전방주시거리와 사이드 슬립각을 Clothoid model에 적용하여 차량의 미래 위치를 예측한다.
여기서, Clothoid model의 계수인 횡방향 이탈거리의 초기값을 0으로 설정하고, 헤딩각의 초기값을 사이드 슬립각과 동일하게 설정하며, 곡률의 초기값을 차량의 선회반경의 역수와 같도록 설정하여 자차 위치 파라미터를 계산한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자율주행의 경로추종 시, 차량의 속도와 조향각을 이용하여 자차의 위치를 추정하고, 이를 통해 자차의 예상경로를 예측하고 적용함으로써 차량의 안정성과 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 자차 위치 정보를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 참고도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 자차 위치 정보 산출 방법에서 속도에 따른 문제점을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치를 설명하기 위한 기능블럭도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파라미터 정보를 설명하기 위한 참고도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 저속에서의 사이드 슬립각 추정을 설명하기 위한 참고도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 속도에 따른 히스테리시스 속성을 설명하기 위한 참고도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 횡방향 제어기 입력 보정 파라미터 중 기준경로의 파라미터 계산에 필요한 파라미터들을 설명하기 위한 참고도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 횡방향 제어기 입력 보정 파라미터 중 자차 위치 파라미터 계산에 필요한 파라미터들을 설명하기 위한 참고도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치를 설명하기 위한 기능블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치는 예상 주행거리 계산부(100), 선회반경 계산부(200), 사이드 슬립각 추정부(300), 전방주시거리 계산부(400) 및 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)를 포함하여 이루어진다.
예상 주행거리 계산부(100)는 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보를 이용하여 자차의 예상 주행거리를 계산한다. 여기서, 차량 정보는 도 4에 도시된 바와 같이, 차량으로부터 차속, 조향각 또는 요레이트를 포함한다.
이때, 횡방향 이탈거리, 헤딩각, 경로곡률 및 곡률 변화량은 차량에 장착된 GPS 또는 영상 센서와 같이 차량과 기준경로와의 상관관계 측정이 가능한 모든 센서를 이용하여 획득할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00002
[표 2]는 도 4의 용어 및 변수에 대한 설명이다.
본 실시예에서는 하기의 [수학식 1]에서와 같이, 차량의 속도와 시스템 딜레이를 곱하여 예상 주행거리를 계산할 수 있다. 여기서, 차량의 속도는 휠속도의 평균을 사용하는 것이 바람직하나 클러스터의 속도를 이용할 수도 있다.
Figure 112018072790525-pat00003
여기서,
Figure 112018072790525-pat00004
는 자차의 예상 주행거리이고,
Figure 112018072790525-pat00005
는 시스템 딜레이이며,
Figure 112018072790525-pat00006
는 차량의 속도이고,
Figure 112018072790525-pat00007
는 최소 제한값이고,
Figure 112018072790525-pat00008
는 최대 제한값이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 예상 주행거리 계산부(100)는 저속구간에서 급격하게 곡률이 변화하는 것을 방지하고, 고속구간에서 과도한 횡방향 제어기 입력 파라미터가 생성되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그리고 선회반경 계산부(200)는 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보로부터 자차의 선회반경을 계산한다.
또한, 사이드 슬립각 추정부(300)는 자차의 사이드 슬립각을 추정한다.
전방주시거리 계산부(400)는 상기 예상 주행 거리 계산부(100)를 통해 제공되는 예상 주행거리와 상기 선회반경 계산부(200)를 통해 제공되는 자차의 선회반경을 이용하여 전방주시거리를 계산한다.
여기서, 예상 주행거리는 선회반경을 고려한 호의 길이와 같고, 호의 길이는 현재 차량의 위치와 시스템 딜레이 이후 차량의 위치 사이의 선회각과 선회반경의 곱과 같으므로, 예상 주행거리와 전방 주시거리는 하기의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00009
Figure 112018072790525-pat00010
여기서,
Figure 112018072790525-pat00011
는
Figure 112018072790525-pat00012
와
Figure 112018072790525-pat00013
이 이루는 부채꼴의 중심각이고,
Figure 112018072790525-pat00014
는 전방 주시거리이다.
이후, 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)는 상기 사이드 슬립각 추정부(300)를 통해 제공되는 사이드 슬립각, 상기 전방주시거리 계산부를 통해 제공되는 전방주시거리 및 센서부터 제공되는 차량의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자율주행의 주행추종 제어 시, 속도에 따른 예상경로를 예측 및 적용하여 안전성 및 승차감의 향상을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선회반경 계산부(200)는 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있는지를 판단한다.
만약, 차량 정보에 조향각이 포함되어 있으면, 선회반경 계산부(200)는 하기의 [수학식 3]에서와 같이, 차량의 전축과 후축간의 거리를 차량의 전륜 조향각으로 나누어 자차의 선회반경을 계산한다.
Figure 112018072790525-pat00015
여기서,
Figure 112018072790525-pat00016
은 선회반경이고,
Figure 112018072790525-pat00017
는 차량의 전축과 후축간의 거리이며,
Figure 112018072790525-pat00018
는 차량의 전륜조향각이다. 한편, 상기 조향각은 스티어링고 휠각 사이의 기어비 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
반면에 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있지 않으면, 상기 선회반경 계산부(200)는, 하기의 [수학식 4]에서와 같이, 차량의 요레이트를 차량의 속도로 나누어 자차의 선회반경을 계산할 수도 있다.
Figure 112018072790525-pat00019
여기서,
Figure 112018072790525-pat00020
은 선회반경이고,
Figure 112018072790525-pat00021
는 요레이트이며,
Figure 112018072790525-pat00022
는 차량속도이다. 이때,
Figure 112018072790525-pat00023
는 비구동륜의 평균값을 이용하는 것이 바람직하나 이를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서의 상기 사이드 슬립각 추정부(300)는, 고속에서는 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하고, 저속에서는 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 추정할 수 있다.
하기에서는 사이드 슬립각 추정부(300)가 고속에서 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
고속 주행시에는 주행 안정성을 위해 차량의 조향각이 작다고 가정해야 하고, 전륜과 후륜에 작용하는 힘의 합이 차체에 작용하는 횡력과 평행을 이룬다고 가정하면, 차량이 조향각에 의해 회전할 때 회전 관성 모멘트의 합은 0이다.
따라서, 상기 사이드 슬립각 추정부(300)는 하기의 [수학식 5] 내지 [수학식 6]을 통해 사이드 슬립각을 추정할 수 있다.
먼저, 사이드 슬립각 추정부(300)는 하기의 [수학식 5]를 통해
Figure 112018072790525-pat00024
값을 표현한다.
Figure 112018072790525-pat00025
여기서, m은 자차의 질량이고, αy는 횡방향 가속도이며, V는 속도이고,
Figure 112018072790525-pat00026
는 요레이트이며, β는 질량중심에서의 사이드 슬립각이고,
Figure 112018072790525-pat00027
는 전륜에 작용하는 횡력이고,
Figure 112018072790525-pat00028
는 후륜에 작용하는 횡력이다.
그리고 사이드 슬립각 추정부(300)는 하기의 [수학식 6]을 통해 질량중심에서의 관성모멘트를 구할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00029
여기서,
Figure 112018072790525-pat00030
는 질량중심에서의 관성모멘트이고,
Figure 112018072790525-pat00031
는 요레이트이며,
Figure 112018072790525-pat00032
는 질량중심으로부터 전축까지의 거리이고,
Figure 112018072790525-pat00033
는 전륜에 작용하는 횡력이며,
Figure 112018072790525-pat00034
는 질량중심으로부터 후축까지의 거리이고,
Figure 112018072790525-pat00035
는 후륜에 작용하는 횡력이다.
한편, 자전거 모델에서 횡력은 차량동역학에서 하기의 [수학식 7]을 통해 magic tire formula에 의한 선회 강성 계수(Cornering stiffness coefficient)와 사이드 슬립각의 선형적인 관계로 나타낼 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00036
여기서,
Figure 112018072790525-pat00037
는 전륜 선회 강성 계수,
Figure 112018072790525-pat00038
는 후륜 선회 강성 계수,
Figure 112018072790525-pat00039
는 차량의 전륜조향각(스티어링이 아닌 실제 조향각을 의미), V는 속도, β는 질량중심에서의 사이드 슬립각이다.
한편, 사이드 슬립각 추정부(300)는 도 5 및 [수학식 8]을 통해 저속에서 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 계산할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00040
[표 3]은 도 5의 용어 및 변수에 대한 설명이다.
Figure 112018072790525-pat00041
여기서, β는 질량중심에서의 사이드 슬립각이고,
Figure 112018072790525-pat00042
는 차량의 전륜조향각(스티어링이 아닌 실제 조향각을 의미)이며,
Figure 112018072790525-pat00043
는 차량의 후륜조향각(스티어링이 아닌 실제 조향각을 의미)이고,
Figure 112018072790525-pat00044
는 질량중심으로부터 전축까지의 거리이며,
Figure 112018072790525-pat00045
는 질량중심으로부터 후축까지의 거리이다.
이와 같이, 상기 사이드 슬립각 추정부(300)는 가속 및 감속 시, 각각 다른 방식의 사이드 슬립각 추정 방법을 이용하여 도 6에 도시된 바와 같이, 히스테리시스 속성을 부여하는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 사이드 슬립각 추정부(300)는 가속 시, 20Km/h 이상이면 차량동역학 모델을 이용하고, 20Km/h 미만이면 운동학 모델을 이용한다.
이에 반해, 상기 사이드 슬립각 추정부(300)는 감속 시, 15Km/h 이상이면 차량동역학 모델을 이용하고, 15Km/h 미만이면 운동학 모델을 이용한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예의 슬립각 추정부에 따르면, 차량의 속도 변화에 따른 계산값의 잦은 상태천이를 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)는 도 7을 참조하여 전방주시거리에서의 기준경로 파라미터를 계산하고, 도 8을 참조하여 전방주시거리에서의 자차 위치 파라미터를 계산한다.
즉, 기준경로 파라미터를 계산하기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)는 하기의 [수학식 9]에 전방주시거리를 통해 획득할 수 있도록 횡방향 이탈거리 정보(C0), 헤딩각 정보(C1), 곡률 정보(C2) 및 곡률 변화량(C3)을 적용하여 각 변수의 추정값을 산출할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00046
그리고, 자차 위치를 획득하기 위한 파라미터들을 계산하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)는 하기의 [수학식 10]을 이용하여 전방주시거리와 사이드 슬립각으로 차량의 미래 위치를 예측한다.
이때, 자차 위치를 획득하기 위한 파라미터를 예측함에 있어, 자차의 미래위치를 예측해야 하기 때문에, 횡방향 이탈거리의 초기값(C0)을 0으로 설정하고, 헤딩각의 초기값(C1)을 사이드 슬립각과 동일하게 설정하며, 곡률의 초기값(C2)을 차량의 선회반경의 역수와 같도록 설정함으로써, 자차의 미래 위치에 대한 종방향 추정값과, 헤딩각 및 곡률 정보를 계산할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00047
이후, 상기 횡방향 제어기 압력값 보정부(500)는 하기의 [수학식 11]에서와 같이, 상기 계산된 기준경로 파라미터와 상기 자차 위치 파라미터를 합하여 횡방향 제어기 입력 파라미터들을 계산할 수 있다.
Figure 112018072790525-pat00048
여기서,
Figure 112018072790525-pat00049
는 Tdelay를 고려하여 보정된 차량중심좌표계상 차체의 종방향 추정값이고,
Figure 112018072790525-pat00050
는 Tdelay를 고려하여 보정된 기준경로의 헤딩각 추정값이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자율주행의 경로추종 시, 차량의 속도와 차량의 조향각을 이용하여 자차의 위치를 추정하고, 이를 통해 자차의 예상경로를 예측하고 적용함으로써 차량의 안정성과 승차감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산출된 횡방향 제어 입력 파라미터를 TTCL(Time To Lane Crossing) 계산하면, 차선 이탈 경보 시스템(LDWS ; Lane Departuer Warning System), 차선 유지 보조 시스템(LKAS ; Lane Keeping Assist System) 등과 같은 주행보조 시스템의 성능 향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법은 차량에 설치된 프로세스에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
먼저, 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보를 이용하여 자차의 예상 주행거리를 계산한다(S100). 여기서, 차량 정보는 차량의 속도와 시스템 딜레이 값인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 예상 주행거리는 [수학식 1]에서와 같이, 차량의 속도와 시스템 딜레이를 곱한 것이 바람직하고, 최소 및 최대 제한값이 설정되는 것이 바람직하다.
그리고 차량에 장착된 센서로부터 제공되는 차량 정보로부터 자차의 선회반경을 계산한다(S200). 상기 자차의 선회반경을 계산하는 단계(S200)는 [수학식 3]에서와 같이, 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있으면, 차량의 전축과 후축간의 거리를 차량의 전륜 조향각으로 나누어 자차의 선회반경을 계산한다. 그리고 상기 조향각은 스티어링고 휠각 사이의 기어비 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 상기 자차의 선회반경을 계산하는 단계(S200)에서 차량 정보에 조향각이 포함되어 있는 것으로 설정하였으나, 상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있지 않은 [수학식 4]에서와 같이, 경우 차량의 요레이트를 차량의 속도로 나누어 자차의 선회반경을 계산할 수도 있다.
또한, 자차의 사이드 슬립각을 추정한다(S300). 상기 사이드 슬립각 추정하는 단계(S300)는 고속에서는 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정한다.
그리고 상기 사이드 슬립각 추정하는 단계(S300)는 저속에서는 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 추정한다.
그뿐만 아니라, 상기 사이드 슬립각 추정하는 단계(S300)는 가속 및 감속 시, 각각 다른 방식의 사이드 슬립각 추정 방법을 이용하여 히스테리시스 속성을 부여할 수 있다.
이후, 계산된 예상 주행거리와 자차의 선회반경으로부터 전방주시거리를 계산한다(400).
한편, 상기 전방주시거리를 계산하는 단계(S400)는 자차의 선회반경과 상기 시스템 딜레이 이후 예측되는 차량의 이동거리를 나누어 계산된 부채꼴의 중심각을 계산한 후, 상기 자차의 선회반경에 상기 계산된 부채꼴의 중심각을 이용한 사인법칙을 곱하여 전방주시거리를 계산하는 것이 바람직하다. 여기서, 예상 주행거리는 선회반경을 고려한 호의 길이와 같고, 호의 길이는 현재 차량의 위치와 시스템 딜레이 이후 차량의 위치 사이의 선회각과 선회반경의 곱과 같으므로, [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
이어서, 사이드 슬립각, 전방주시거리와, 차량의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정한다(S500).
한편, 상기 횡방향 입력 파라미터 보정하는 단계(S500)는 전방주시거리에서의 기준경로 파라미터를 계산하고, 전방주시거리에서의 자차 위치 파라미터를 계산하며, 상기 계산된 기준경로 파라미터와 상기 자차 위치 파라미터를 합하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 계산하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 횡방향 입력 파라미터 보정하는 단계(S500)는 전방주시거리와 사이드 슬립각을 Clothoid model에 적용하여 차량의 미래 위치를 예측한다. 여기서, Clothoid model의 계수인 횡방향 이탈거리의 초기값을 0으로 설정하고, 헤딩각의 초기값을 사이드 슬립각과 동일하게 설정하며, 곡률의 초기값을 차량의 선회반경의 역수와 같도록 설정하여 자차 위치 파라미터를 계산할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 예상 주행거리 계산부 200 : 선회반경 계산부
300 : 사이드 슬립각 추정부 400 : 전방주시거리 계산부
500 : 횡방향 입력 파라미터 보정부

Claims (24)

  1. 자차의 예상 주행거리를 계산하는 예상 주행거리 계산부;
    자차의 선회반경을 계산하는 선회반경 계산부;
    자차의 사이드 슬립각을 추정하는 사이드 슬립각 추정부;
    상기 예상 주행거리와 상기 자차의 선회반경을 이용하여 전방주시거리를 계산하는 전방주시거리 계산부; 및
    상기 사이드 슬립각, 상기 전방주시거리 및 상기 자차의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 횡방향 제어기 압력값 보정부;를 포함하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 예상 주행거리는,
    차량의 속도와 시스템 딜레이를 곱한 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 예상 주행거리는
    최소 및 최대 제한값이 설정된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선회반경 계산부는,
    상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있으면, 차량의 전축과 후축간의 거리를 차량의 전륜 조향각으로 나누어 자차의 선회반경을 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 조향각은,
    스티어링고 휠각 사이의 기어비 정보를 포함하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선회반경 계산부는,
    상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있지 않으면, 차량의 요레이트를 차량의 속도로 나누어 자차의 선회반경을 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전방주시거리 계산부는,
    자차의 선회반경과 시스템 딜레이 이후 예측되는 차량의 이동거리를 나누어 계산된 부채꼴의 중심각을 계산한 후,
    상기 자차의 선회반경에 상기 계산된 부채꼴의 중심각을 이용한 사인법칙을 곱하여 전방주시거리를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정부는,
    고속에서는 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정부는,
    저속에서는 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정부는,
    가속 및 감속 시, 각각 다른 방식의 사이드 슬립각 추정 방법을 이용하여 히스테리시스 속성을 부여하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 횡방향 제어기 압력값 보정부는,
    전방주시거리에서의 기준경로 파라미터를 계산하고, 전방주시거리에서의 자차 위치 파라미터를 계산하며, 상기 계산된 기준경로 파라미터와 상기 자차 위치 파라미터를 합하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 횡방향 제어기 압력값 보정부는,
    전방주시거리와 사이드 슬립각을 Clothoid model에 적용하여 차량의 미래 위치를 예측하고, Clothoid model의 계수인 횡방향 이탈거리의 초기값을 0으로 설정하고, 헤딩각의 초기값을 사이드 슬립각과 동일하게 설정하며, 곡률의 초기값을 차량의 선회반경의 역수와 같도록 설정하여 자차 위치 파라미터를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 장치.
  13. 자차의 예상 주행거리를 계산하는 단계;
    자차의 선회반경을 계산하는 단계;
    자차의 사이드 슬립각을 추정하는 단계;
    계산된 예상 주행거리와 자차의 선회반경으로부터 전방주시거리를 계산하는 단계; 및
    사이드 슬립각, 전방주시거리와, 차량의 경로정보를 이용하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 단계;를 포함하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 예상 주행거리는,
    차량의 속도와 시스템 딜레이를 곱한 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 예상 주행거리는
    최소 및 최대 제한값이 설정된 것을 특징으로 하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 자차의 선회반경을 계산하는 단계는,
    상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있으면, 차량의 전축과 후축간의 거리를 차량의 전륜 조향각으로 나누어 자차의 선회반경을 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 조향각은,
    스티어링고 휠각 사이의 기어비 정보를 포함하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 자차의 선회반경을 계산하는 단계는,
    상기 차량 정보에 조향각이 포함되어 있지 않으면, 차량의 요레이트를 차량의 속도로 나누어 자차의 선회반경을 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 전방주시거리를 계산하는 단계는,
    자차의 선회반경과 시스템 딜레이 이후 예측되는 차량의 이동거리를 나누어 계산된 부채꼴의 중심각을 계산한 후,
    상기 자차의 선회반경에 상기 계산된 부채꼴의 중심각을 이용한 사인법칙을 곱하여 전방주시거리를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정하는 단계는,
    고속에서는 차량동역학을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정하는 단계는,
    저속에서는 운동학만을 이용하여 사이드 슬립각을 추정하는 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 사이드 슬립각 추정하는 단계는,
    가속 및 감속 시, 각각 다른 방식의 사이드 슬립각 추정 방법을 이용하여 히스테리시스 속성을 부여하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 단계는,
    전방주시거리에서의 기준경로 파라미터를 계산하고, 전방주시거리에서의 자차 위치 파라미터를 계산하며, 상기 계산된 기준경로 파라미터와 상기 자차 위치 파라미터를 합하여 횡방향 제어기 입력 파라미터를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
  24. 제 13항에 있어서,
    상기 횡방향 제어기 입력 파라미터를 보정하는 단계는,
    전방주시거리와 사이드 슬립각을 Clothoid model에 적용하여 차량의 미래 위치를 예측하고, Clothoid model의 계수인 횡방향 이탈거리의 초기값을 0으로 설정하고, 헤딩각의 초기값을 사이드 슬립각과 동일하게 설정하며, 곡률의 초기값을 차량의 선회반경의 역수와 같도록 설정하여 자차 위치 파라미터를 계산하는 것인 자율주행 차량을 위한 횡방향 제어 파라미터 보정 방법.
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