KR101976822B1

KR101976822B1 - 레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101976822B1
Application number: KR1020120016338A
Authority: KR
Inventors: 함준호
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: KR20130094996A; CN103253266A; CN103253266B

Abstract

레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 이 시스템 및 방법은 선행 차량의 정지가 확인되면 속도 센서의 감지 데이터를 이용하여 선행 차량의 상대속도 및 상대거리를 산출하여 차간거리를 제어한다. 이 같이 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 레이더 외에 속도 센서를 추가로 이용함으로써, 정밀도 및 반응성이 향상된 선행 차량의 상대거리/상대속도 측정 신호 제공이 가능하여 후행 차량의 정지 제어 정밀도를 향상시켜 승차감 및 안정성을 향상시키는 효과를 창출한다.

Description

레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템 및 그 방법{Smart cruise control system using radar ＆ speed sensor and the control method}

본 발명은 차량 운전자를 보조하기 위한 시스템에 관련된 것으로, 특히 SCC(Smart Cruise Control) 시스템에 관련된 것이다.

일반적으로 차량에 사용되는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)은 차량에 장착된 각종 센서로부터 감지신호를 입력받아 차량 상태를 파악하여 각종 구동기를 작동시키기 위한 제어 유닛으로서, 각종 센서로부터 입력되는 감지신호를 변환하는 입력 인터페이스와, 정해진 순서에 따라 입력 데이터의 산출 연산 또는 논리 연산을 행하는 마이크로컴퓨터, 및 그 결과를 구동기의 작동 신호로 변환하는 출력 인터페이스를 포함하여 이루어진다. 전자 제어 유닛과 연계된 차량 제어 시스템으로는 EPS(Electronic Power Steering), ABS(Anti-Lock Break System), CDC(Continuous Damper Control) 등이 있으며, 이들의 차량의 현가장치, 제동장치, 조향장치, 구동장치 등을 제어하여 차량의 안전성과 승차감이 높아지도록 한다.

특히, ECS(Electronic Control Suspension)는 차량 주행 상태에 따라 전자 제어되는 유압장치를 부착하여 도로 조건 및 차량 속도에 의해 자동으로 서스펜션의 강도 및 차고가 조절되어 노면에 대한 접지력과 구동력을 확보하므로, 속도 감응에 따른 주행 안전성과 승차감이 향상되도록 한다. 그리고 ASV(Advanced Safety Vehicle)는 졸음운전 경보 시스템, 야간 장애물 감지 시스템, 위험상태 경보 시스템과 같은 기술을 통해 차량의 안전성을 향상시키고 차량 사고를 미리 방지하므로, 차량의 운행에 따른 교통사고 사망자가 최대한 줄어들도록 한다.

한편, 최근에는 차량의 주행 안정성과 주행중 운전자의 편의성에 대한 요구가 증가하여 차량의 능동 안전 시스템과 운전자 보조 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 능동 안전 시스템으로는 ESC(Electronic Stability Control), AFS(Active Front Steering) 등이 있고, 운전자 보조 시스템으로는 SCC(Smart Cruise Control) 또는 ACC(Adaptive Cruise Control), CA(Collision Avoidance), LKS(Lane Keeping Support) 등을 들 수 있다.

이 중 SCC 시스템에 대해 살펴본다. SCC 시스템은 선행 차량을 감지하여 선행 차량과의 거리에 따라 속도를 조절함으로써, 선행 차량과의 충돌을 방지하는 시스템이다. 이를 위해 SCC 시스템은 레이더를 이용하는데, 이 레이더는 선행 차량과의 거리와 상대속도 등을 측정하는 센서이다. SCC 시스템에서 레이더 측정값은 차량 제어의 가속도를 결정하는 중요한 물리량이다. 특히, 차량 정지 제어시에는 상대속도가 작고 거리가 가깝기 때문에, 상대적으로 레이더 측정값의 오차와 지연은 중요한 요소이다. 많은 물리적 측정 시스템과 마찬가지로, 레이더 측정값도 실제 물리량과 차이를 가지며, 레이더의 측정값은 차량의 속도 센서보다 부정확하다. 또한 레이더 측정값을 어디 위해서는 많은 연산이 필요하여 차량의 속도 센서보다 매우 느린 측정 주기를 갖는다. 그리고 선행 차량이 도 1과 같은 정지 상황의 경우, 정지라는 불연속적인 물리량의 변화를 추적 알고리즘이 관측하면서 도 2와 같이 물리적으로 나올 수 없는 음의 속도를 갖는 현상이 일어난다.

즉, SCC 시스템용 레이더는 선행 차량과의 상대거리/상대속도 등을 측정하기 위하여 많은 연산이 필요하고, 차량 속도 센서와 대비하여 볼 때 정밀도와 반응성이 떨어지는 센서이다. 그리고 정지라는 불연속한 현상으로 인해, 레이더 추적 알고리즘은 정지하는 선행 차량 측정에 많은 오차를 가질 수밖에 없다.

본 발명은 SCC 작동 상황에서 선행 처랑 정지시 상대거리/상대속도의 추정 방식을 개선함으로써, 정밀한 거리제어(정지제어)를 가능하게 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 선행 차량의 상대속도 및 상대거리를 감지하는 레이더 및 상기 레이더의 감지 데이터에 근거하여 차간거리 제어 대상인 주행 차량과 상기 선행 차량 간의 거리를 제어하는 제어부를 포함하는 차간거리 제어 시스템은 상기 주행 차량의 속도를 감지하는 속도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하고, 그 판단 결과 정지한 것으로 확인되면 상기 속도 센서의 감지 데이터를 이용하여 상기 선행 차량의 상대속도 및 상대거리를 산출하며, 상기 산출된 상대속도 및 상대거리 데이터를 상기 차간거리 제어를 위한 데이터로 이용한다.

상기 제어부는 상기 주행 차량의 속도와 상기 선행 차량의 상대속도를 가지고 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 방법은 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 단계, 상기 선행 차량이 주행중인 것으로 판단되면, 차간거리 제어 대상인 주행 차량의 레이더로부터 수신된 상기 선행 차량의 상대속도와 상대거리 데이터를 상기 차간거리 제어용으로 이용하는 단계, 상기 선행 차량이 정지한 것으로 판단되면, 상기 주행 차량의 속도 센서로부터 수신된 감지 데이터를 이용하여 상기 선행 차량의 상대속도 및 상대거리를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 상대속도 및 상대거리 데이터를 상기 차간거리 제어용으로 이용하는 단계를 포함한다.

상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 단계는 상기 주행 차량의 속도와 상기 선행 차량의 속도를 입력으로 한 연산을 통해 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단한다.

본 발명에 따른 시스템 및 방법은 레이더 외에 속도 센서를 추가로 이용함으로써, 정밀도 및 반응성이 향상된 선행 차량의 상대거리/상대속도 측정 신호 제공이 가능하여 후행 차량의 정지 제어 정밀도를 향상시켜 승차감 및 안정성을 향상시키는 효과를 창출한다.

도 1은 선행 차량의 정지 상황을 나타낸 도면.
도 2는 후행 차량의 레이더 측정에 따른 선행 차량과 후행 차량의 속도 비교 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템 블록도.
도 4는 도 3에 도시된 레이더 보상 로직 블록 설명을 위한 참조도
도 5는 차량 속도 센서와 레이더를 이용한 선행 차량과의 상대거리 및 상대속도 측정을 비교한 그래프.
도 6은 도 4에 도시된 선행차량 정지 판단 로직 블록 설명을 위한 참조도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 및 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 방법 흐름도.
도 8은 기존 방식과 본 발명에 따른 방식을 비교한 도면.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템 블록도이다.

차간거리 제어 시스템은 차간거리 제어 대상이 되는 주행 차량에 구현되는 시스템이다. 차간거리 제어 시스템을 구성하는 레이더(100)는 기본적인 센서로서, 선행 차량과의 상대거리와 상대속도 등을 측정하는 센서이다. 속도 센서(200)는 주행 차량의 속도를 감지하는 센서이다. 그리고 제어부(300)는 차간거리 제어 시스템 전반을 제어하기 위한 제어 유닛이다. 도시된 예와 같이, 제어부(300)는 레이더 보상 로직 블록(310)과 SCC 로직 블록(320)을 포함한다. 레이더 보상 로직 블록(310)은 도 4에 도시된 바와 같이 선행차량 정지 여부 판단 결과에 따라 레이더(100)로부터 수신된 상대거리/상대속도 데이터를 차간거리 제어용 상대거리/상대속도 신호로 SCC 로직 블록(320)에 제공하거나, 속도 센서(200)로부터 수신된 감지 데이터를 상대거리/상대속도 데이터로 변환하여 제어용 상대거리/상대속도 신호로 SCC 로직 블록(320)에 제공한다. 후자의 경우, 상대거리/상대속도 데이터는 수학식 1과 수학식 2를 통해 얻어진다.

v_r은 선행 차량의 상대속도이며, v_s는 주행 차량의 속도이다. 그리고 x_r은 선행 차량의 상대거리이며, x_s는 주행 차량의 이동거리이다.

선행 차량 정지시(선행 차량 속도 = 0) 상대속도 정의에 의해 차량 속도를 이용하여 수학식 1과 같이 선행 차량과의 상대속도를 구할 수 있다. 그리고 도 5과 같이, 선행 차량 정지시 차량의 속도 센서를 이용하여 추정한 상대속도/상대거리는 레이더 측정값에 비해 더 빠르고 정확하게 물리량을 얻을 수 있고, 측정 주기 또한 높다. 참고로, 레이더의 측정 주기는 50 ~ 100msec이며, 차량 속도 센서의 측정 주기는 10 ~ 20msec이다.

선행 차량 정지 판단 로직에 대한 구체 도면이 도 6에 도시되어 있다. 선행 차량 정지 판단 로직 블록은 V_s와 V_r을 입력으로 받아 V_t를 계산한다. 계산된 Vt는 관계 연산자(Relational Operator)와 관계 연산자 1(Relational Operator 1)에 입력된다. 관계 연산자는 V_t를 (1)과 비교하여 true 또는 false 값을 출력한다. 여기서 (1)은 선행 차량 정지 여부 판단을 위한 속도 임계치를 의미한다. 그리고 관계 연산자 1은 V_t를 (2)와 비교하여 true 또는 false 값을 출력한다. 여기서 (2)는 선행 차량 출발 여부 판단을 위한 속도 임계치를 의미한다.

논리 연산자인 OR 연산자는 관계 연산자의 출력 값과 후술할 AND 연산자에서 출력되어 Unit Delay에서 지연된 값을 입력받아 OR 연산하여 출력한다. 그리고 AND 연산자는 OR 연산자의 출력값과 관계 연산자 1의 출력값을 AND 연산하여 출력한다. AND 연산자의 출력 데이터는 그 데이터 타입이 전환(conversion)되어 0 또는 1의 플래그 값으로 출력된다.

SCC 로직 블록(320)은 레이더 보상 로직 블록(310)으로부터 상대거리/상대속도 신호를 수신하고, 이에 근거하여 주행 차량과 선행 차량 간의 거리 제어를 위한 동작을 수행한다. 일 실시예에 있어서, SCC 로직 블록(320)은 ESC 시스템(400)으로 제어 요청을 하며, 이에 ESC 시스템(400)은 제동을 수행한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 및 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 방법 흐름도이다.

제어부(300)는 선행 차량의 정지 여부를 판단한다(S100). 이는 상술한 선행 차량 정지 판단 로직 블록에서 수행된다. 선행 차량이 정지하지 않은 것으로 판단되면, 제어부(300)의 레이더 보상 로직 블록(310)은 기존 방식과 동일하게 레이더(100)로부터 감지 데이터를 취득한다(S200). 선행 차량이 정지한 것으로 판단되면, 제어부(300)는 속도 센서(200)로부터 감지 데이터를 취득한다(S300). 제어부(300)의 레이더 보상 로직 블록(310)은 S300에서 취득된 감지 데이터를 이용하여 수학식 1과 수학식 2를 통해 상대속도/상대거리를 산출한다(S400). 이후, 제어부(300)의 레이더 보상 로직 블록(310)은 S200에서 얻어진 상대거리/상대속도 데이터를 SCC 로직 블록(320)에 차간거리 제어용 상대거리/상대속도 신호로 제공하거나, S400에서 얻어진 상대거리/상대속도 데이터를 차간거리 제어용 상대거리/상대속도 신호로 SCC 로직 블록(320)에 제공한다(S500).

참고로, 기존 방식과 제안된 방식을 비교하기 위한 도면이 도 8에 도시되어 있다. SCC 작동 상황에서 선행 차량 정지시 기존에는 레이더만을 이용하여 상대거리/상대속도를 측정하여 거리제어(정지제어)를 하였으나, 제안된 방식에서는 레이더가 선행 차량의 정지를 감지하면 더 정밀한 속도 센서를 이용하여 상대거리/상대속도를 추정함으로써 더 정밀한 거리제어(정지제어)를 가능하게 한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 레이더 200 : 속도 센서
200 : 제어부 300 : 제어부
310 : 레이더 보상 로직 블록 320 : SCC 로직 블록

Claims

선행 차량의 상대 속도 및 거리를 감지하는 레이더;
상기 레이더의 감지 데이터에 근거하여 차간거리 제어 대상인 주행 차량과 상기 선행 차량 간의 거리를 제어하는 제어부; 및
상기 주행 차량의 속도를 감지하는 속도 센서;를 포함하며,
상기 제어부는 선행 차량 정지 판단 로직 블록에 기초하여, 상기 선행 차량의 상대 속도를 관계 연산자에 기초하여 상기 선행 차량의 정지 여부 판단을 위한 속도 임계치와 비교함에 따른 참 또는 거짓을 나타내는 출력값과 AND 연산자에서 출력되어 지연된 값을 OR 연산자를 통해 연산 및 출력하며,
상기 선행 차량의 출발 여부 판단을 위한 속도 임계치와 상기 상대 속도를 상기 관계 연산자와 또 다른 관계 연산자 1을 통해 비교하고, 상기 비교 결과 상기 관계 연산자 1을 통해 출력되는 참 또는 거짓을 나타내는 출력값을 상기 OR 연산자를 통해 연산된 출력값과 함께 상기 AND 연산자에 입력 및 연산하여 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 것인
레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부가 선행 차량이 주행중인 것으로 판단하면, 상기 주행 차량의 레이더로부터 수신된 감지 데이터를 상기 제어부의 차간거리 제어용으로 이용하고, 상기 선행 차량이 정지한 것으로 판단하면, 상기 주행 차량의 속도 센서로부터 수신된 감지 데이터에 기초해서 상기 선행 차량의 상대 속도 및 상대 거리를 산출하여 상기 제어부의 차간거리 제어를 위한 데이터로 이용하는 것인
레이더와 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 시스템.
선행 차량의 상대 속도 및 거리를 감지하는 단계;
주행 차량의 속도를 감지하는 단계;
선행 차량 정지 판단 로직 블록에 기초하여 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 주행 차량의 차간거리를 제어하는 단계를 포함하되,
상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 단계는,
관계연산자에 기초하여 상기 상대 속도를 상기 선행 차량의 정지 여부 판단을 위한 속도 임계치와 비교함에 따른 참 또는 거짓을 나타내는 출력값과, AND 연산자에서 출력되어 지연된 값이 OR 연산자를 통해 연산 및 출력되며,
상기 선행 차량의 출발 여부 판단을 위한 속도 임계치와 상기 상대 속도를 상기 관계 연산자와 또 다른 관계 연산자 1을 통해 비교하고, 상기 비교 결과 상기 관계 연산자 1을 통해 출력되는 참 또는 거짓을 나타내는 출력값을 상기 OR 연산자를 통해 연산된 출력값과 함께 상기 AND 연산자에 입력 및 연산하여 상기 선행 차량의 정지 여부를 판단하는 것인
레이더 및 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 선행 차량의 주행 여부가 판단되면, 상기 주행 차량의 레이더로부터 수신된 감지 데이터가 상기 제어하는 단계의 차간거리 제어를 위한 데이터로 이용되고, 상기 선행 차량의 정지 여부가 판단되면, 상기 주행 차량의 속도 센서로부터 수신된 감지 데이터에 기초해서 상기 선행 차량의 상대속도 및 상대거리가 산출되어 상기 제어하는 단계의 차간거리 제어를 위한 데이터로 이용되는 것인
레이더 및 속도 센서를 이용한 차간거리 제어 방법.