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KR100666360B1 - 차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치 - Google Patents

차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치 Download PDF

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KR100666360B1
KR100666360B1 KR1020050072697A KR20050072697A KR100666360B1 KR 100666360 B1 KR100666360 B1 KR 100666360B1 KR 1020050072697 A KR1020050072697 A KR 1020050072697A KR 20050072697 A KR20050072697 A KR 20050072697A KR 100666360 B1 KR100666360 B1 KR 100666360B1
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KR
South Korea
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vehicle
collision
sensor
vehicle dynamics
alarm
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이재관
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 동력학에 근거한 충돌예방 안전장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서 특히, 차량의 가속도, 각속도, 조향각, 차속 등의 정보를 이용하여 차량 동역학에 바탕을 둔 차량의 사고위험도를 계산하여 차량을 제어하는 것으로서, 차량의 가속도 센서(11), 각속도 센서(12), 조향각 센서(13), 레이더(14), 및 차속 센서(15)의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 차량동역학 계산부(20)와; 상기 차량동역학 계산부(20)의 출력값과, 상기 감지값을 입력받아 충돌경보 알고리즘(31) 및 프리 세이프 로직(32)을 이용하여 계산한 출력값을 이용하여, 전동안전벨트(40)의 모터 구동부(41), 제동부(50)의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F(51), 및 경보장치(60)의 경보장치 구동부(61) 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 차속적응제어부(70)를 포함하여 구성되어, 주행 안정성을 향상시키고 탑승자의 감성에 맞춘 안전장치를 구현하도록 하는 것이다.
차량동역학 계산부, 차속적응제어부, 전동안전벨트, 제동부, 경보장치.

Description

차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치{Apparatus for preventing car crash based on vehicle dynamics}
도 1은 종래의 차량의 충돌예방 안전장치의 일례를 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치의 일 실시예를
나타내는 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 가속도 센서 12 : 각속도 센서
13 : 조향각 센서 14 : 레이더
15 : 차속 센서 20 : 차량동역학 계산부
31 : 충돌경보 알고리즘 32 : 프리 세이프 로직
40 : 전동안전벨트 50 : 제동부
60 : 경보장치 70 : 차속적응제어부
본 발명은 차량 동력학에 근거한 충돌예방 안전장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서 특히, 차량의 가속도, 각속도, 조향각, 차속 등의 정보를 이용하여 차량 동역학에 바탕을 둔 차량의 사고위험도를 계산하여 차량을 제어함으로써, 주행 안정성을 향상시키고 탑승자의 감성에 맞춘 안전장치를 구현하도록 하는 차량 동력학에 근거한 충돌예방 안전장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 차량의 속도, 각속도 등의 정보를 운전자에게 알려주거나 전자적으로 제어하기 위해서 감지하는 센서들이 설치되어 있다. 이러한 센서들에는 가속도 센서, 각속도 센서, 조향각 센서, 차속 센서 등이 포함되며, 경우에 따라서는 레이더가 설치되기도 한다.
최근 상기와 같은 센서들을 이용하여 차량의 충돌을 방지하는 안전장치가 차량에 구비되고 있다.
도 1은 종래의 차량의 충돌예방 안전장치의 일례를 나타내는 블럭도로서, 이러한 안전장치는 주행 중에 장애물과의 거리 및 상대속도를 레이더(1) 및 기타 센서로 감지하고, 주행차량의 가속도, 각속도 등의 차량정보를 받아, 이를 충돌예측 알고리즘 또는 프리 세이프 로직을 이용하여 ECU(2)에서 전동안전벨트(3)나 제동장치(4) 및 기타 표시장치(5)를 작동시켜 운전자의 자세를 바로 하게 하거나 사고 위 험성을 운전자에게 통보하는 것이다.
이러한 종래의 안전장치는 단순히 차량의 센서 감지값에 따라 전동안전벨트를 구비하도록 되어 있어, 주행중인 차량의 차속과 상관없이 동일하게 안전벨트를 구동하므로, 차량의 속도, 각속도 등에 따라 달라질 수 있는 충돌 환경에 적극적으로 응대하지 못하여, 차량의 탑승자를 효과적으로 보호하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 차량 동역학에 근거하여 사고위험도를 계산하여 이를 탑승자에게 알려주거나 차량을 제어함으로써, 주행 안정성을 향상시키고 탑승자의 감성에 맞춘 안전장치를 구현하도록 하는 차량 동력학에 근거한 충돌예방 안전장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
이러한 본 발명은, 차량의 가속도 센서, 각속도 센서, 조향각 센서, 레이더, 및 차속 센서의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 차량동역학 계산부와; 상기 차량동역학 계산부의 출력값과, 상기 감지값을 입력받아 충돌경보 알고리즘 및 프리 세이프 로직을 이용하여 계산한 출력값을 이용하여, 전동안전벨트의 모터 구동부, 제동부의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F, 및 경보장치의 경보장치 구동부 중 적 어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 차속적응제어부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 관점으로서, 본 발명은, 차량의 충돌예방 안전장치의 제어 방법에 있어서, 차량의 가속도 센서, 각속도 센서, 조향각 센서, 레이더, 및 차속 센서의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 제 1단계와; 차량동역학 계산부에서 상기 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 이용하여 차량동역학에 바탕을 둔 차량자세의 사고 위험도를 계산하는 제 2단계와; 충돌예측 알고리즘, 프리 세이프 로직, 및 상기 차량동역학 계산부에서 계산한 결과에 따라, 전동안전벨트의 모터 구동부, 제동부의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F, 및 경보장치의 경보장치 구동부 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 제 3단계를 포함하여 구성함으로써 달성된다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치의 일 실시예를 나타내는 블럭도로서, 본 발명은, 차량의 가속도 센서(11), 각속도 센서(12), 조향각 센서(13), 레이더(14), 및 차속 센서(15)의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 차 량동역학 계산부(20)와; 상기 차량동역학 계산부(20)의 출력값과, 상기 감지값을 입력받아 충돌경보 알고리즘(31) 및 프리 세이프 로직(32)을 이용하여 계산한 출력값을 이용하여, 전동안전벨트(40)의 모터 구동부(41), 제동부(50)의 콘트롤 에어리어 네트워크(Control Area Network: CAN) I/F(51), 및 경보장치(60)의 경보장치 구동부(61) 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 차속적응제어부(70)를 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.
상기 차량동역학 계산부는, 상기 입력값을 이용하여 차량의 주행안정성을 향상시키기 위하여 차량의 4륜의 제동력을 각각 제어하여 스핀을 제어하기 위한 정보를 출력한다.
이하, 상기 도 2를 참고하여 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 차량의 가속도 센서(11), 각속도 센서(12), 조향각 센서(13), 레이더(14), 및 차속 센서(15)의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 충돌경보 알고리즘(31)과 프리 세이프 로직(32)을 이용하여 차량의 충돌을 예방하도록 하고, 이에 더하여 차량동역학을 계산하여 차량자세의 사고 위험도를 계산하여 이를 적용하도록 함으로써 안정성을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 프리 세이프(Pre-safe) 또는 프리 크래시(Pre-crash) 로직(32)을 이용한 안전 시스템은 차량의 각종 센서의 신호를 분석하여 차량의 충돌이 예측이 되면 차량 내 각종 장치를 작동시켜 충돌 시 승객의 피해를 최소화를 목적으로 하는 시스템이다.
차량의 충돌 예측을 위한 가장 대표적인 센서는 레이더이다. 이 레이더는 전방의 장애물의 위치 및 상대속도를 감지하여 제어기에서 분석을 수행한다. 제어기에서는 장애물과 차량간의 물리적 거동을 예측하여 충돌위험을 판단한다.
레이더의 적용이 필요한 이유는 운전자의 부주의에 의하여 전방 장애물이나 차량간의 거리제어를 수행하지 못하여 발생되는 사고를 대비하기 위함이다. 본 발명에서는 전파 레이더의 개발 및 적용을 목표로 하고 있으나, 시스템의 구현의 위하여서는 레이저 레이더를 적용하였다.
충돌경보에 적용되는 레이더의 사양은 ISO에서 표준제정을 추진하고 있으며 레이더의 성능에 의하여 적용 클레스가 결정된다. 전방 장애물 감지를 위한 레이더의 측정거리는 각도 분해능에 따라 최대값을 결정한다. 즉 각도 분해능에 의하여 장애물의 주행차선의 구분이 가능한 거리가 최대 측정거리로서 의미를 갖는다.
최소 측정거리는 시스템의 한계를 다음과 같이 고려한다. 일반적인 충돌 시험 중 가장 높은 속도인 56km/h의 방벽 정면충돌을 가정한 경우, 차량의 감속을 3m/sec2, 공주시간을 1.3sec으로 가정하면 사고를 회피하기 위하여서는 산술적으로 최소 60m의 탐지거리를 필요로 한다.
상기 프리 세이프 시스템의 경우 충돌 전 액츄에이터가 작동할 수 있는 시간적인 여유를 0.8sec로 가정할 경우 레이더는 산술적으로 약 12.5m의 최소 탐지거리가 필요하다.
차량의 충돌 시 승객의 피해를 최소화하기 위하여 사용되는 대표적인 액츄에이터는 전동안전벨트이다. 모터를 사용하여 안전벨트를 감거나 되감을 수 있는 전동안전벨트는 충돌 전 상황에서 안전벨트의 슬랙(slack)을 제거한다. 슬랙은 승객이 안락감을 위해서 안전벨트를 느슨하게 조정하거나 부풀은 옷으로 인해서 안전벨트가 느슨해진 경우 발생한다.
이는 충돌 시 승객의 상체가 전방으로 급격한 움직임이 발생되고 에어백과 같은 안전장치에 의해 오히려 더 큰 피해를 입을 가능성이 존재하게 된다. 따라서 충돌 전 슬랙을 제거함으로써 에어백과 같은 장치의 성능을 극대화하고 또한 부수적으로 운전자의 위치 이탈을 방지함으로써 조정성의 향상을 기대할 수 있다.
충돌이 발생하지 않을 경우에는 안전벨트를 되감아 안전벨트의 장력을 제거하여 원상태로 복귀한다. 이러한 전동안전벨트는 1회만 사용 가능한 화약식 프리텐셔너와는 달리 반복적인 사용이 가능하며, 전동안전벨트를 충돌경보 시점에 작동하여 헵틱(haptic) 방식 경보의 수단으로 활용이 가능하다.
충돌 시 대비가 필요한 차량 내 장치를 살펴보면, 시트, 윈도우 및 선루프 등이 있다. 또한 충돌회피가 물리적으로 불가능한 경우 능동적으로 제동을 하여 충돌 시 속도를 최소화하여 충돌피해를 최소화하는 방법도 적용되고 있다. 본 발명에서는 레이저 레이더와 전동안전벨트를 적용한 프리 세이프 시스템을 구성하는 것이다.
한편, 충돌경보 알고리즘(31)은 충돌의 위험을 운전자에게 경보하거나 상기 프리 세이프 로직(32) 시스템 작동판단의 기준이다. 여러 가지 충돌경보 알고리즘 제안되고 있으며 대표적인 알고리즘을 비교하여 보면 다음과 같다.
1. 버클리(Berkeley) 알고리즘
버클리에서 제안한 알고리즘의 특징은 충돌경보의 단계 및 충돌회피 또는 경감의 작동판단을 위해서 다음과 같은 무차원의 경고 인덱스를 정의하였다.
Figure 112005043812197-pat00001
(1)
다음과 같은 기준에 의하여 경보 단계 및 충돌회피/경감 작동을 수행한다.
1<w :경보 없음
a<w<1 : 1단계 경보
0<w<a : 2단계 경보
w<0 : 충돌회피/경감 작동
a 값은 설계 파라미터로 이를 조정함으로서 경보의 시점을 조절할 수 있으며 0과 1사이의 값을 갖는다. 임계 경고 거리와 임계 제동 거리는 다음과 같이 정의한다.
Figure 112005043812197-pat00002
(2)
Figure 112005043812197-pat00003
(3)
여기서,
v : 자차 속도
Figure 112005043812197-pat00004
: 차량간 상대 속도
a : 양쪽 차량의 최대 감속도
Figure 112005043812197-pat00005
: 선행차량의 감속도
Figure 112005043812197-pat00006
: 시스템과 운전자 지연시간
Figure 112005043812197-pat00007
: 헤드웨이 오프셋
2. 혼다 알고리즘
혼다의 경우 시스템의 작동 타이밍을 검토함에 있어 회피 조작의 타이밍을 실험에 따라 측정하여 이를 바탕으로 임계 경고 거리와 임계 제동 거리를 결정하였다. 경보 타이밍은 다소 위험한 회피조작으로 느끼는 충돌 예측시간(=상대거리/상대속도)의 약 1.7초 전으로 설정하였다. 자동 브레이크 타이밍 상당히 위험한 회피조작으로 느끼는 충돌 예측시간의 약 1초 전으로 설정하였다.
3. 알고리즘 비교
상기 두개의 충돌경보 알고리즘은 충돌경보 이론적인 접근과 시험적인 접근 을 보여주고 있다. Berkeley 알고리즘은 임계 경보 거리를 물리적 수식에 따라 모두 반영하여 충분한 거리에서 점진적 경보로 운전자가 미래 대비하도록 하여 위급상황에서 경고로 운전자가 당황하지 않도록 하였다. 그러나 임계 제동 거리는 여유거리를 추가하지 않는 수식을 적용함으로써 충돌회피가 불가능한 임계시점으로 설정하였다.
혼다의 경우 임계 경고 거리는 빈번한 경보로 운전자가 경보에 익숙해서 경보 본래의 의미를 읽지 않도록 설정하였다. 임계 제동 거리 또한 여유거리의 추가 없이 충돌회피가 불가능한 제동 거리로 설정하였으나 자동제동에 의하여 조향에 의한 회피시간을 확보할 수 있도록 고려하였다.
상기 두 알고리즘은 이론적 또는 시험적인 접근방법의 차이를 갖고 있지만 공통적으로 운전자에게 경보를 주는 시점에 대하여서는 시험적인 방법을 선택해야하는 것이다. 버클리 알고리즘에서는 a값을 설계 파라미터로 설정하여 시스템의 구현 시 시험에 의하여 설정할 수 있도록 하였다.
4. 제안 알고리즘
본 발명에서 사용하는 충돌경보 알고리즘은 다음과 같다. 우선 정지거리를 수식(4)와 같이 정의한다.
Figure 112005043812197-pat00008
(4)
Figure 112005043812197-pat00009
인 경우 충돌경보
여기서
c act : 실제 차간거리
c final : 정지 후 차간거리
a f , a s : 선행차량과 자차의 추정 감속도
T TSD : 시스템 지연시간의 합
SD : 정지거리
이상과 같은 본 발명은 충돌경보 알고리즘(31)과 프리 세이프 로직(32)에 더하여 차량동역학을 고려하여 사고 위험도를 계산하여 이를 적용하여 전동안전벨트(40)의 모터구동부(41), 제동부(50)의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F(51), 및 경보장치(60)의 경보장치 구동부(61) 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하도록 하는 것이다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.
이상과 같은 본 발명은 차량 동역학에 근거하여 사고위험도를 계산하여 이를 탑승자에게 알려주거나 차량을 제어함으로써, 주행 안정성을 향상시키고 탑승자의 감성에 맞춘 안전장치를 구현하도록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 차량의 가속도 센서, 각속도 센서, 조향각 센서, 레이더, 및 차속 센서의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 차량동역학 계산부와;
    상기 차량동역학 계산부의 출력값과, 상기 감지값을 입력받아 충돌경보 알고리즘 및 프리 세이프 로직을 이용하여 계산한 출력값을 이용하여, 전동안전벨트의 모터 구동부, 제동부의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F, 및 경보장치의 경보장치 구동부 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 차속적응제어부를 포함하여 구성되되;
    상기 차량동역학 계산부는, 상기 입력값을 이용하여 차량의 주행안정성을 향상시키기 위하여 차량의 4륜의 제동력을 각각 제어하여 스핀을 제어하기 위한 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치.
  3. 차량의 가속도 센서, 각속도 센서, 조향각 센서, 레이더, 및 차속 센서의 감지값 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상의 감지값을 입력받아, 실시간으로 차량 자세의 사고 위험도를 계산하는 차량동역학 계산부와;
    상기 차량동역학 계산부의 출력값과, 상기 감지값을 입력받아 충돌경보 알고리즘 및 프리 세이프 로직을 이용하여 계산한 출력값을 이용하여, 전동안전벨트의 모터 구동부, 제동부의 콘트롤 에어리어 네트워크(CAN) I/F, 및 경보장치의 경보장치 구동부 중 적어도 어느 하나 또는 그 이상을 제어하는 차속적응제어부를 포함하여 구성되되;
    상기 충돌경보 알고리즘은 다음 수식을 이용하는 것을 특징으로 하는 차량 동역학에 근거한 충돌예방 안전장치.
    Figure 112006057239679-pat00010
    Figure 112006057239679-pat00011
    인 경우 충돌경보
    여기서
    cact : 실제 차간거리
    cfinal : 정지 후 차간거리
    af, as : 선행차량과 자차의 추정 감속도
    TTSD : 시스템 지연시간의 합
    SD : 정지거리
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2472651C1 (ru) * 2011-07-21 2013-01-20 Виктор Леонидович Семенов Способ формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле и устройство для его осуществления
CN105109448A (zh) * 2015-08-26 2015-12-02 安徽工程大学 一种汽车安全带正确佩戴的检测系统及其检测方法
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