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문제 정의
- 본 논문에서는 주행 안정성 기반 자율주행 알고리즘 및 이의 검증을 위한 3차원 그래픽 환경 시뮬레이션 모델을 제안하고자 한다. 제안하고자 하는 알고리즘은 자율주행 차량과 인접 차량과의 차량대차량(V2V) 통신을 이용하여 인접 차량의 위치, 속도, 가속도, 주행 차로 정보를 바탕으로 자율주행 차량과의 충돌 가능성 및 충돌예측시간을 계산하여 최적의 안정 차로를 선택하고 주행 궤적을 생성하여 추종토록 하는 자율주행 알고리즘이다.
- 그래픽 기반 시뮬레이션은 무인자동차의 자율 주행 환경으로서 VRML(Virtual Reality Modeling Language)을 이용하여 구현된 도로 및 주변 주행 차량의 가상현실 모델에서 자율 주행 차량의 동역학적 행태를 시각적으로 시뮬레이션 하는 것이다. 본 논문에서는 자율주행 알고리즘의 제안이 주요 목적이므로 차량의 동역학 모델로 단순화된 후륜 구동 차량의 기구학 모델을 사용하고 다차로 다차량 환경에서 인접 차량들의 주행 궤적을 생성하여 가상의 교통 환경을 구축하여 자율주행 차량의 시간에 따른 주행 궤적, 인접 차량과의 거리, 인접 차량과의 충돌예측시간, 위치를 확인함으로써 제안하는 자율주행 알고리즘의 안정성을 검증하고자 한다.
- 본 알고리즘에서 사용하는 인접 차량의 정보들은 V2V 통신[1]과 GPS 시스템의 성능을 근거로 정확한 데이터를 획득할 수 있다고 가정하였다. 본 논문에서 제안하는 자율 주행 알고리즘은 다 차로, 다차량 주행 환경에서 자율 주행 차량이 인접한 주행 차량과 추돌 없이 주행할 수 있도록 안전한 주로를 선택하여 주행하도록 하는 것이 목적이므로 자율 주행 차량이 인접한 주행 차량과 추돌을 회피하기 위해서는 추돌의 가능성을 평가할 수 있는 지표가 필요한데 이를 위해 본 논문에서는 전후방 차량과 최악의 경우에 추돌할 경우 추돌까지 경과하는 시간을 그 지표로 삼았다.
- 본 논문에서 제안하는 자율 주행 알고리즘은 추돌 및 충돌의 측면에서 안전한 최적의 경로 선택하고 선택된 경로에 대한 궤적 추종 제어에 바탕을 두고 있으므로 자율 주행 차량의 궤적 추종 제어에 대해 논하기로 한다. 자율 주행 차량의 궤적 제어기를 설계하기 위한 기구학 모델로서 본 논문에서는 단순화된 후륜 구동 차량의 모델을 사용한다.
- 다양한 주행 환경에서의 자율 주행 성능을 확인하기 위하여 자율주행 차량이 가속하여 주행하는 중에 전방에 차량이 끼어드는 상황에서 자율주행 차량의 주행을 확인하기 위한 시뮬레이션을 수행하였다. 그림 7은 이상황에서 자율주행 차량의 주행 경로를 예측한 것이고 표 2는 시뮬레이션에서 사용된 주변 차량들의 초기 위치와 가속도, 차선을 나타낸다.
- 본 논문에서는 다차로 다차량 주행환경에서 무인자동차가 인접 차량과의 추돌 또는 충돌 없이 안정적으로 주행하도록 하기 위하여 최적의 안정적 주행 주로를 선택하여 이를 바탕으로 주행 궤적을 생성하고 추종하게 함으로써 무인 자동차의 자율주행을 구현하는 알고리즘을 제시하였다. 제시하는 안정성 기반 자율 주행 알고리즘은 자율 주행 차량이 인접하는 차량과 최악의 경우 추돌 또는 충돌할 수 있는 여유 시간을 기반으로 하고 있는데 이를 위해서 필요한 인접 차량의 위치, 속도, 가속도 정보는 차량대차량(V2V) 통신을 바탕으로 신뢰할 수 있는 데이터를 획득할 수 있다고 가정하였다.
가설 설정
- 본 논문에서 제시하고자 하는 자율주행 알고리즘은 인접차량의 위치, 속도, 가속도, 주행 차로 정보를 이용하여 자율주행차량과의 충돌 가능성 및 충돌예측시간을 계산하여 최적의 안정 주로를 선택하고 이러한 주행 차로에 대한 주행 궤적을 생성하여 추종하도록 함으로써 자율주행이 이루어지게 한다. 본 알고리즘에서 사용하는 인접 차량의 정보들은 V2V 통신[1]과 GPS 시스템의 성능을 근거로 정확한 데이터를 획득할 수 있다고 가정하였다. 본 논문에서 제안하는 자율 주행 알고리즘은 다 차로, 다차량 주행 환경에서 자율 주행 차량이 인접한 주행 차량과 추돌 없이 주행할 수 있도록 안전한 주로를 선택하여 주행하도록 하는 것이 목적이므로 자율 주행 차량이 인접한 주행 차량과 추돌을 회피하기 위해서는 추돌의 가능성을 평가할 수 있는 지표가 필요한데 이를 위해 본 논문에서는 전후방 차량과 최악의 경우에 추돌할 경우 추돌까지 경과하는 시간을 그 지표로 삼았다.
- 본 논문에서는 다차로 다차량 주행환경에서 무인자동차가 인접 차량과의 추돌 또는 충돌 없이 안정적으로 주행하도록 하기 위하여 최적의 안정적 주행 주로를 선택하여 이를 바탕으로 주행 궤적을 생성하고 추종하게 함으로써 무인 자동차의 자율주행을 구현하는 알고리즘을 제시하였다. 제시하는 안정성 기반 자율 주행 알고리즘은 자율 주행 차량이 인접하는 차량과 최악의 경우 추돌 또는 충돌할 수 있는 여유 시간을 기반으로 하고 있는데 이를 위해서 필요한 인접 차량의 위치, 속도, 가속도 정보는 차량대차량(V2V) 통신을 바탕으로 신뢰할 수 있는 데이터를 획득할 수 있다고 가정하였다. 또한 본 차량의 자율 주행 알고리즘의 효과적인 시뮬레이션을 위하여 3차원 그래픽 기반 시뮬레이션 환경을 제안하였으며 이를 통하여 제시된 알고리즘의 성능을 평가하였다.
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