더블 트레일러 트럭의 최적 경로생성 및 제어기 개발

Abstract

최근 몇 년간 자율주행 시스템에 대한 연구가 전세계적으로 산업계와 학계에서 활발하게 진행중이다. 또한 승용차량에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있지만 트레일러 차량과 버스와 같은 상용차량에 대한 연구도 많이 진행되고 있다. 특히 이러한 상용차량은 물류산업에서 큰 장점을 가지기 때문에 OEM에서는 많은 투자를 하여 상용차량의 자율주행시스템 개발을 하고 있다. 하지만 상용차량은 승용차량과는 달리 특수목적을 위한 차량이라 차량의 특성에서 차이가 있어 이를 고려한 시스템개발이 필요하다. 본 논문에서는 더블 트레일러 트럭이 선회 상황 시 자주 발생하는 트레일러의 차선침범 방지를 위한 경로계획 및 경로를 잘 추종하기 위한 최적제어기를 설계한다. 차선침범 방지를 위한 경로계획 알고리즘은 더블 트레일러 트럭의 각 유닛의 회전반경을 계산하여 도로의 형상을 고려한 후 3차 다항식의 경로후보군을 생성한 후 비용 함수를 통해 최적 경로를 택한다. 그리고 생성된 경로를 추종하기 위해 더블 트레일러 트럭의 dynamic모델을 기반으로 LQR 최적제어기를 설계하였다. 본 논문에서는 제안한 최적 경로생성 및 제어 시스템을 시뮬레이션을 통해 검증하였다.|In recent years, research on autonomous driving systems has been actively conducted in industry and academia around the world. In addition, while research on passenger vehicles is being actively conducted, there is a lot of research on commercial vehicles such as trailer vehicles and buses. In particular, these commercial vehicles have an advantage in the logistics industry, which is why OEMs are investing heavily in developing autonomous driving systems for commercial vehicles. However, unlike passenger vehicles, commercial vehicles are designed for special purposes, which means that there are differences in vehicle characteristics, and it is necessary to develop a system that considers the characteristics. In this paper, a path planning algorithm and an optimal controller for path following are designed to prevent lane invasion of the trailer, which often occurs when a double trailer truck turns. The path planning algorithm for lane invasion prevention calculates the turning radius of each unit of the double trailer truck, considering the geometry of the road, generates a set of candidate paths of 3rd polynomials, and selects the optimal path through a cost function. Then, to track the selected path, an LQR optimal controller is designed based on the dynamic model of the double trailer truck. In this paper, the proposed optimal path planning algorithm and control systems are verified by simulation.