곡선 적합과 모델 예측 제어를 통한 waypoint 추종

Abstract

본 연구에서는 고속도로에서 자 차량이 사람이 운전하는 선행 차량의 GPS waypoint를 추종할 때 생길 수 있는 문제점을 해결할 방법을 제안한다. 사람이 운전하는 선행차량의 GPS waypoint를 추종할 경우 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다. 첫째로, 선행차량을 사람이 운전할 뿐만 아니라 GPS 정보를 waypoint로 사용하기 때문에, waypoint 간의 기하학적 간격이 일정하지 않을 수 있으며 차선의 중앙으로부터 멀리 벗어나는 등 불규칙한 waypoint가 발생할 수 있게 된다. 둘째로, 선행차량과 자 차량의 차종이 달라 동일한 속도로 동일한 움직임을 취할 수 없는 경우와 같이 선행차량의 waypoint를 선행차량의 속도와 같은 속도로 추종할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 선행차량의 GPS waypoint가 불규칙하게 주어지는 경우에도 자 차량이 원하는 속도로 선행차량의 waypoint를 추종하는 것을 목표로 한다. Waypoint 추종은 크게 경로 계획과 경로 추종 두 파트로 나눌 수 있는다. 첫째로 불규칙한 waypoint들을 가중된 최소 자승법을 통해 곡선 적합 하여 경로를 계획한다. 불규칙한 waypoint가 보내어질 경우, 모든 waypoint를 하나하나 정확하게 추종하도록 제어하면 오히려 불필요한 움직임이 발생할 수 있기 때문이다. 둘째로 경로 추종 부분에서는 모델 예측 제어를 통해 선행차량의 waypoint 곡선을 추종한다. Constraint를 고려한 최적 제어를 수행할 수 있는 모델 예측 제어를 적용하여, 급격한 움직임 없이 자 차량이 원하는 속도를 유지하며 부드럽게 경로를 추종할 수 있도록 하기 위함이다. 제안된 방법의 성능은 자 차량이 선행차량의 GPS 정보를 waypoint로 삼아 추종하는 상황을 모의 실험하여 검증하였으며, 제안된 방법의 검증을 위해 총 3가지 case의 모의 실험이 수행되었다. 모의 실험을 통해 제안된 방법을 사용하였을 때 자 차량의 무게중심에서의 차선 중앙으로부터의 횡방향 오프셋이 기존의 방법을 사용하였을 때 보다 작은 것을 확인할 수 있었으며 steering angle도 보다 부드럽게 제어되는 것을 확인할 수 있었다. 제안된 방법은 특히 불규칙한 waypoint가 주어진 상황에서 waypoint 추종 성능을 높이는데 기여할 것으로 기대된다.