곡률 기반 속도 계획과 Dynamic Window Approach의 융합을 통한 자율주행 최적 속도 계획 알고리즘 설계

초록

자율주행 시스템의 핵심 과제 중 하나는 동적인 도로 환경 에서 안전성을 확보할 수 있는 최적의 주행 속도를 결정하는 것이다. 이를 위한 속도 계획 방식은 크게 두 가지로 분류된 다. 첫 번째는 도로의 곡률 정보를 기반으로 전역 속도 프로 파일을 생성하는 방식이다. 이는 주행 경로의 곡률, 경사도, 제한 속도와 같은 정적 정보를 종합적으로 고려하여 적합한 속도를 사전에 계획함으로써 주행 안정성과 승차감을 확보하 는 데 유리하다. 하지만 사전 계획에 의존하기 때문에 돌발적 인 상황에 대한 대응 능력이 부족하다는 단점이 있다. 두 번 째는 Dynamic Window Approach(DWA)와 같은 반응형 기 법이다. 해당 기법은 차량의 동역학적 한계 내에서 도달 가능 한 속도를 단기적으로 탐색하여 충돌 위험이 없는 최적해를 찾는 데 강점이 있다 [1]. 그러나, 근시안적인 탐색 특성으로 인해 도로의 전체적인 형상이나 다가올 급커브 등을 고려하 지 못하여, 전역적으로는 불안정한 속도 결정을 내릴 위험이 존재한다 [2]. 따라서 본 논문에서는 두 방식의 한계를 극복하기 위해, 도로의 곡률 정보를 활용한 전역적 속도 계획 기법과 DWA 기반의 국소적 속도 계획 기법을 융합하는 속도 계획 알고리 즘을 제안한다. 해당 시스템은 도로의 곡률 반경, 중력가속도, 마찰계수를 이용하여 물리적 안정성을 보장하는 최대 속도를 계산하고, 이를 DWA의 속도 제약 조건으로 활용한다. 이는 차량의 동역학적 제약만을 고려하던 기존 DWA 방식의 한계 를 보완하여, 주행 경로의 기하학적 정보까지 고려한 속도 계 획을 가능케 한다.