KEA 한국전자정보통신산업진흥회

항만의 물류 야적장에서 작동하는 자율 주행 야드 트랙터의 주차 경로 계획 및 제어에 대한 연구이다. 굴절 차량의 동역학 특성을 반영하면서 이진 그리드맵으로 표현된 장애물 인식값을 활용하여 안전하게 트레일러를 정해진 위치에 주차하는 것을 목표로 한다. 그리드맵 좌표계에 시작 위치와 도착 위치를 정하고 Informed RRT*가 새 노드를 탐색하면 ReedsShepp 계획기가 최단 경로를 Rule base로 찾아낸다. 생성된 경로는 트럭-트레일러의 트레일러가 추종할 경로이며, 차량 동역학 모델을 이용하여 트럭의 경로를 유추하고 이 두가지 경로의 충돌 검사를 모두 통과하면 유효한 경로로 등록된다. 여러 경로중 최단 경로를 채택하여 결과값으로 채용한다.

ㅇ 트럭-트레일러 굴절 동역학 모델 개발
- 트레일러 굴절 기구학 모델 개발 (논문 참고)
ㅇ 트럭-트레일러 후진 주차 경로 생성 알고리즘 개발
- Informed RRT* + ReedsShepp 경로 기반 주차 경로 생성 알고리즘 개발
ㅇ 트럭-트레일러 전/후진 횡방향 제어 알고리즘 개발
- Pure Pursuit + Lyapunov Control 로 이루어진 Cascade 제어기 개발
- 전진/ 후진 경로 추종성 검증

ㅇ Sliding Mode Controller 기반 Traction Control System 개발
- 각 휠속 미분값 및 종방향 힘 미분값의 부호로 최적 슬립 지점 추정
- 저마찰 환경 시뮬레이션 검증 (마찰계수 0.2, 0.3)
ㅇ State Observer 개발
- 휠 속도 기반 휠 속도 참값 및 종방향 힘 참값 추정

[현장실습]

Unity 기반 가상환경 생성 및 MPC기반 차량 제어
· 기간 2024.08.01~2024.12.31
· Unity 가상환경 기반 차량 자율 주차 시스템 개발
- 실차 테스트 기반 차량 동역학 모델 설계 및 Unity 환경 구축
- 차량 종/횡방향 Actuator 시간 지연 반영 MPC 개발


Autoware & Carla 기반 컨테이너 하역 야드트랙터의 자율주행 시스템 개발
· 기간 25.03.01~25.06.30
· Carla & Autoware 기반 트럭 자율주행 시스템 개발
- 굴절 차량 모델 개발
- 굴절 차량 시스템 전용 Autoware 개조 & Carla 환경 검증

[경진대회]
2024 대학생 자율 주행 차량 경진 대회 본선 진출
· 기간 2023. 12. 01 ~ 2024. 12. 31

[자격증]
OPIC 시험 - IH (Intermediate High)
· 기간 2025.03.16~2027.03.15

차량 동역학 및 제어 알고리즘에 깊은 관심을 가져왔습니다. 특히 자율주행 기술 중에서도 경로 계획, 주행 제어, 그리고 트레일러 차량과 같은 다차체 시스템의 복잡한 동역학 모델링 및 제어에 집중해왔습니다. 다양한 실증 프로젝트 및 논문 연구를 통해 실전적인 기술 역량을 축적하였습니다.

[주요논문 연구분야]
■ 거친 노면에서의 잠재장 기반 경로 계획 및 추종
자율주행 차량의 안전한 경로 생성을 위해 Artificial Potential Field를 기반으로 주변 객체에 대한 척력장을 지수함수로 모델링하였습니다. 차량 모델은 Kinematic Bicycle Model을 Forward Euler 방식으로 이산화하고, 1차 Taylor 전개를 통해 선형화한 뒤, 선형 시스템에 대해 OSQP를 사용하여 최적화를 수행하였습니다. 최적화 결과 누적 잠재력이 최소가 되도록 경로를 생성하였으며, ROS2 및 Python 환경에서 IPG Carmaker로 실험을 수행해 극한 장애물 회피 성능을 입증하였습니다.

■ 세미 트레일러 차량의 자율 후진 주차 및 경로 추종 제어
굴절형 트레일러 차량의 후진 주차 문제를 해결하기 위해 Informed RRT*와 Reeds-Shepp 곡선을 결합한 경로 계획기를 개발하였습니다. 이진 그리드맵 기반 환경에서 시작 및 목표 위치를 기반으로 다수의 후보 경로를 생성하고, 트레일러와 트럭 각각의 경로 충돌 여부를 검증하여 최단 유효 경로를 선택합니다.
경로 추종 제어는 트레일러에 대한 kinematic model을 기반으로 수행하였으며, 트럭의 굴절각을 트레일러의 전륜 조향각으로 간주하고 Pure Pursuit 알고리즘을 이용해 목표 굴절각을 계산하였습니다. 이후 트럭-트레일러 모델 동역학을 바탕으로 Lyapunov 함수를 정의하고, 현재 굴절각이 목표 굴절각으로 수렴하도록 하는 전륜 조향각 제어식을 설계하여 경로 추종 제어를 구현하였습니다.




[프로젝트 수행경험]
■ 2024 대학생 자율주행 경진대회
차량의 횡방향 제어 알고리즘을 개발하였으며, 3차 베지에 곡선 피팅을 통한 경로 해석 후 Pure Pursuit 알고리즘을 적용하였습니다. 도로의 뱅크각도에 대한 보정 항도 추가하여 실주행 안정성을 강화하였고, PyQt를 이용한 GUI를 개발하여 자율주행 모드 전환과 ROS 디버깅 메시지 모니터링 기능을 구현하였습니다.

■ 슬립율 추정 기반 TCS 개발
저마찰 환경에서 안정적인 차량 구동을 위한 Sliding Mode 기반 Traction Control System(TCS)을 개발하였습니다. 각 휠속 및 종방향 힘의 변화율을 기반으로 최적 슬립점을 추정하였고, 마찰계수 0.2~0.3 환경에서도 우수한 성능을 입증하였습니다. 또한, 상태 관측기를 설계하여 휠 속도와 종방향 힘의 참값을 추정하였습니다.