JP2021520525A - 危険物を感知するための車両用レーダシステム - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、危険物の出現をより高い信頼度で検出することのできる車両用レーダシステムを提供することである。さらには、車両にほぼ必須に取り付けられているドライブレコーダ乃至ナビゲーション装置とレーダセンサを結合し、運転者の安全と便利さを兼ねて提供することのできる車両用レーダシステムを提供することを目的としている。上記目的により、本発明は、車両にレーダセンサを取り付け、レーダセンサ自体が走行中の自車の速度を算出し、走行前方に出現する個体を感知して自車と個体との相対速度を算出し、運転者が所持したスマートフォンのようなユーザ端末又はナビゲーション装置と前記レーダセンサとを近距離通信で連携し、出現された個体との距離に応じてユーザ端末又はナビゲーション装置により警告することを特徴とする車両用レーダシステムを提供する。

Description

本発明は、車両の安全運行のための車両用レーダシステムに関する。
車両の運行中に、濃い霧がかかったり、夜中に街灯が備えられていない所を走行する場合、前方に突き出される個体を感知することができず、安全運行に大きな脅威となる。このような問題は、車両にレーダを保有することにより相当部分解消されることができる。レーダは、電磁波を送受信することで車両から数百メートル離れた所に登場する個体を全て感知することができ、走行中の車両と個体との間の相対速度も検出することができ、霧や激しい雨道でも個体を十分に検出することができるためである。このように環境の影響に対して強い耐性を示すレーダシステムは、高価の車両には車両の製造段階でオプションとして内部に取り付けられ、エンジンのアクセル及びブレーキの駆動と連携して自律走行が可能なように運用されている。しかし、一般車両の場合、このような安全装置が全く備えられておらず、走行時に安全の脅威から自由ではない。
一方、最近のレーダ端末は低価格化され、各種の警戒システムなどに適用されている。従って、一般車両にも安価のレーダ端末を取り付け、走行の安全を図ることができる状況である。
韓国登録実用新案第20−0469656号は、レーダセンサを適用することで車両の速度と方向データをGPSに基づいて算出し、安全距離に応じて警告を生じさせるシステムを提案する。しかし、GPSは、トンネルの中では捕まらず、断続的に途切れる現象が生じるので、安全な走行を確保するには問題がある。
韓国登録実用新案第20−0469656号
従って、本発明の目的は、危険物の出現をより高い信頼度で検出することのできる車両用レーダシステムを提供することである。
さらには、車両にほぼ必須に取り付けられているドライブレコーダ乃至ナビゲーション装置とレーダセンサを結合し、運転者の安全と便利さを兼ねて提供することのできる車両用レーダシステムを提供することを目的としている。
上記目的により、本発明は、車両にレーダセンサを取り付け、レーダセンサ自体が走行中の自車の速度を算出し、走行前方に出現する個体を感知して自車と個体との相対速度を算出し、運転者が所持したスマートフォンのようなユーザ端末又はナビゲーション装置と前記レーダセンサとを近距離通信で連携し、出現された個体との距離に応じてユーザ端末又はナビゲーション装置により警告することを特徴とする車両用レーダシステムを提供する。
上記において、レーダセンサは、周辺の停止物体の判別又は受信信号のスペクトル分析によって自車の速度を算出し、リアルタイムで測定される出現個体の位置に応じて個体と自車との相対速度を算出する。
上記において、スマートフォン、タブレットコンピュータ又はナビゲーションとレーダセンサとは、ブルートゥース、NFC、ジグビーのような近距離通信で連携され、個体と自車との距離及び/又は相対速度に応じた衝突余裕時間を臨界にして警告音及び/又は警告画面を発する。
また、本発明は、前記レーダセンサをドライブレコーダに合体し、ドライブレコーダ一体型の危険感知システムとして提供することができる。
また、本発明は、前記レーダセンサをナビゲーション装置と連動させるにおいて、レーダセンサで感知した個体の位置をナビゲーションが表示する地図上に重ねて表示することができる。
また、本発明は、前記レーダセンサによる個体の感知に従って警告信号を発するために、運転者のユーザ端末にアプリケーションをインストールするようにする。
また、本発明は、車両の前方の他に車両の後方の両側にレーダセンサをさらに各々設け、車線変更の際に警告信号を発することができる。
本発明によれば、レーダセンサを一般車両に設け、運転者が所持したスマートフォンやナビゲーションと近距離通信によってGPSなしに走行前方の出現個体を感知及び警告することができるので、運転者の安全を高い信頼度で保護することができる。
つまり、本発明は、GPSを利用することなくレーダ自体の機能で個体と自車との相対速度を算出し、衝突時間を基準に臨界時間を決定して警告を発するため、GPSが途切れる時期及びトンネルのような所を走行する際もレーダセンサによって危険個体の出現に関する感知及び警告を受けることができる。
また、本発明は、レーダセンサをナビゲーションと連動する場合、感知された出現個体の位置をナビゲーションの地図画面に表示することによって、より便利な道路情報を得ることができる。
また、本発明は、ドライブレコーダが設置される場所が車両の走行視野を最も確保できるという点で、ドライブレコーダとレーダセンサを一体型に構成し、ドライブレコーダの設置によりレーダセンサを設置できるようにすることで、設置の簡素化はもちろん、ドライブレコーダとレーダセンサの同時設置による位置干渉の問題を解消した。
さらに、本発明は、視野角がより広いレーダセンサを車両の後方に設けることによって、車線変更の際に警告信号を得られるようにし、安全な車線変更を図るものである。
本発明に係る、車両用レーダシステムの個体感知を説明するための概路図である。 図1の変形実施例であり、車両の後方に設けたレーダセンサの広角探知角度を示す概路図である。 本発明の一実施例に係る、車両用レーダシステムにおいてレーダセンサの周波数を示す例示的な図である。 本発明の一実施例に係る、車両用レーダシステムから抽出された周波数ピークを示す例示的な図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例について詳しく説明する。
図1は、本発明の車両用レーダセンサシステムの設置例を示す。
霧、雨、強風のような環境の影響を受けないレーダセンサは、車両の走行時に前方150〜200mに出現する個体に対して高い信頼度で感知することができる。また、レーダセンサに演算モジュールを設ければ、レーダから周辺に停止した物体に送信された電磁波を受信し、スペクトルを分析することによって自車の走行速度を推定することができる。
以下では、図3及び図4を通じて自車の走行速度を推定する過程を説明することとする。
図3は、本発明の一実施例に係る、車両用レーダシステムにおいてレーダセンサの周波数を示す例示的な図である。図3を参照すると、Slow chirp FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)のレーダセンサを利用して送信された送信電磁波に関し、時間(t)300に応じた周波数(f)310を示すものであり、周波数310は、up−chirp320とdown−chirp330にて表示されることができる。
図4は、本発明の一実施例に係る、車両用レーダシステムから抽出された周波数ピークを示す例示的な図である。図3及び図4を参照すると、図3に示された送信電磁波に関する周波数310のup−chirp320及びdown−chirp330により、図4の受信電磁波に関する周波数400の大きさ410に応じた周波数ピーク430を抽出することができる。
本願発明のレーダシステムは、ペアリングされていない各周波数のピーク(peak)を含む受信電磁波を受信し、受信電磁波を分析してup−chirp及びdown−chirpのそれぞれに該当する周波数を抽出し、ペアリング(pairing)することができる。ペアリング結果により、図4のようにup−chirp及びdown−chirpのそれぞれに該当する周波数をグラフ化することができる。例えば、図4の上段のグラフは、up−chirpにおいて各周波数のピークに関するグラフであり、下段のグラフは、down−chirpにおいて各周波数のピークに関するグラフである。ペアリング作業により、点線で示すようにup−chirpでの各周波数のピークとdown−chirpでの各周波数のピークが抽出され、ペアリングされることができる。
例えば、停止物体の場合、車両が停止状態であれば、up−chirp及びdown−chirpにおいてそれぞれ同じ周波数432で抽出される。しかし、車両が移動する場合、周波数431は、速度の大きさだけ互いに反対方向へ移動(shift)されることができる。このように、車両が停止状態である場合、up−chirp及びdown−chirpの各周波数のペアリング(pairing)が容易であるが、車両が移動する実際状況では、周波数ピークが多数存在し、up−chirp及びdown−chirpのそれぞれのピーク(peak)をペアリングすることが容易ではない。
従って、up−chirp及びdown−chirpのピークをペアリングする過程で周波数ピークの間隔差を分析することによって、停止物体に該当する周波数ピーク432を予め抽出し、これにより、自車の速度を推定することができるようになる。
再び図1に戻り、車両用レーダシステムにおいて、電磁波が前方に出現した物体に対して送信され、反射して受信された電磁波の周波数を分析することにより、相対速度と衝突に至るまでの残り時間(time−to−collision)を算出することができる。レーダセンサにGPSセンサを結合する場合、自車の速度と個体との相対速度を容易に算出することができ、スマートフォンとの連動も容易であるが、GPSの途切れ現象と、トンネルのような所でGPSの受信ができないという短所を考慮し、安全性の信頼度を高めるために、本発明は、GPSセンサの他に上述のように演算モジュールを結合した。
以下では、個体との相対速度を算出して衝突に至るまでの残り時間を算出する過程について説明することとする。
レーダセンサは、自車が移動する場合、個体の相対速度を感知することができる。例えば、通信モジュールが車両と通信して車速情報を受信した場合、演算モジュールは、車速にレーダセンサで感知した個体別の相対速度を合算することで各個体の速度を算出する。他の例として、通信モジュールが車両との通信により車速情報を受信できなかった場合、レーダセンサで感知される個体を利用して自車の速度を先に推定した後、推定された自車の速度に個体別の相対速度を合算することで各個体の速度を算出することができる。
衝突に至るまでの時間は、T=R(自車と他車との距離)/V(自車と他車との相対速度)に基づいて導出することができる。例えば、TTC(Time To Collision)とは、衝突危険状況において現在の自車と他車との距離及び相対速度から導出されるものであり、瞬間のR値とV値は固定に仮定され(cycle timeが速いので、1cycle time内ではR値とV値が固定した値であると仮定する)、TTCからその瞬間の危険度を判断することができる。このとき、TTCをcycle time(update time)毎に計算することで瞬間の危険度を判断することができ、TTCの条件に応じて衝突危険を警告することもできる。
レーダセンサと演算モジュールを結合した車両用レーダシステムは、レーダで感知した危険を運転者に知らせるために、本発明は、運転者のスマートフォンのようなユーザ端末又は車両ナビゲーションと連携することができる。スマートフォン又はタブレット端末にアプリケーションをインストールし、前記アプリケーションを実行すると、レーダセンサの演算モジュールと近距離通信でコミュニケーションすることができ、前方出現個体との衝突まで残った時間が所定の臨界値に至ればアラームを発する。アラームは、音声メッセージ又は警告音に具現することができ、臨界時間が短縮していくことに従い、より頻繁に鳴るか、より大きく鳴るように設計することができる。ユーザ端末の画面にも危険表示を出すことができ、音声のアラームに比べて相対的に効率は低いが、道路関連情報として蓄積されることができる。
ナビゲーションとレーダセンサ演算モジュールとを連携する場合、ナビゲーションにおいて警告音又は警告メッセージを発することができる。これも衝突臨界時間が短縮していくことに従い、より頻繁に鳴るか、より大きく鳴るように設計することができる。
また、ナビゲーションには走行道路を含む地図が表示されるので、レーダセンサが検出した個体の位置情報をナビゲーション地図に表示することができる。この場合は、GPSモジュールを設け、ナビゲーション地図にレーダセンサからの個体の位置情報を取得して表示しなければならない。
一方、レーダセンサは、既存のドライブレコーダに設けられることができる。これにより、本発明は、ドライブレコーダとレーダセンサを一体型に製作した車両用レーダシステムを提供することができる。カメラモジュールとレーダセンサ、並びに演算モジュール(通信モジュールを含む)を合体してドライブレコーダを設置していた場所に設置することにより、前方の映像録画と共に危険感知及び警告動作が実施されることができる。
レーダセンサとドライブレコーダが一体型に製作される場合、二つの方式を用いて動作することができる。例えば、1つのプロセッサ(例えば、MCU、DSPなど)を利用する場合、レーダとカメラ(ドライブレコーダ)をそれぞれ制御してスケジューリングすることができる。他の例として、レーダセンサとドライブレコーダのそれぞれのプロセッサを利用する場合、master−slave構造に動作させ、masterにおいてスケジューリングを管理させることができる。
ここで、レーダとドライブレコーダが一体型に製作される場合、レーダのアンテナ部とカメラのモジュールの位置が重なってはならず、レーダのアンテナのFOV(Field Of View)によりビームの歪みが生じないようにレーダの位置を考慮しなければならない。また、レーダとドライブレコーダが一体型に製作される場合、カメラの画角、レンズの位置及び形態も考慮しなければならない。
また、レーダ感知結果、車両の衝突危険時点に関する臨界時間情報を前記ドライブレコーダの映像モジュールに送信して危険状況を録画する。これはドライブレコーダが常時録画を実施していない場合に特に有用であり、常時録画中であるとしても危険状況を映像に表示させる効果を発揮することができる。場合によっては当該時点に高解像度の録画が行われるように設計することができる。
例えば、車両用レーダシステムは、車両と個体との衝突までの時間が予め設定された臨界値以下である場合、危険状況と判断し、ドライブレコーダにより録画を行う。ここで、車両用レーダシステムは、車両の前方走行だけでなく、交差点などのように走行方向が変わる場合にも、各車両の移動経路を推定し、危険状況(例えば、衝突が予想される状況)で衝突の警告及びドライブレコーダによる危険状況の録画を行うことができる。ドライブレコーダとレーダ一体型ではない場合も、上記のようなドライブレコーダ連携録画命令は有用に適用され得る。つまり、ドライブレコーダは、前記通信モジュールと近距離通信でコミュニケーションし、車両の衝突危険時点に関する臨界時間情報を前記ドライブレコーダの映像モジュールに送信して危険状況を録画する。
このように、ドライブレコーダを利用して録画が行われる危険状況は、例えば、相対速度が急変する場合(例えば、自車の急停止又は他車の急停止など)、他車との距離が急変する場合(例えば、第3の車両が車線に割り込む場合)、自車の操向(steering)が急変する場合、周辺の特定距離内に感知された個体数が所定の数以上である場合、周辺で感知された個体のうち個体の動きが正常ではない場合(例えば、反対車線から中央線を超えてくる場合、自車線と遠く離れた車線で横方向に急激な動きを見せている物体を感知した場合など)を含む。
上記において、スマートフォン、タブレットコンピュータ又はナビゲーションとレーダセンサとは、ブルートゥース、NFC、ジグビーのような近距離通信で連携されることができる。
また、本発明は、車両の前方の他に車両の後方の両側にレーダセンサをさらに各々設け、車線変更の際に警告信号を発することができる。図1の場合、レーダセンサによる画角(FOV:Field−of−view)は略−10〜+10°にして車両の前方に1つ、車両の後方両端にそれぞれ1つずつ設け、計3つのレーダセンサで前方の危険感知と車線変更時の安全を確保した構成を示す。車線変更の際、所定の臨界距離以内に個体が感知されると、やはりユーザ端末(スマートフォン、タブレットコンピュータ、ナビゲーション)において警告アラームを発する。このような構成は、近距離通信を利用し、アプリケーションをインストールするか、ナビゲーションにプログラムモジュールを設けることで具現することができる。
図2は、前方レーダセンサと後方レーダセンサを何れも1つずつ車両の中央に設けたことを示す。後方のレーダセンサは、画角がより広いものを選択して設ける。60〜80mの短距離に対して画角−60〜+60°を発揮するものを選択し、後方に設ける。上記した数値は好ましい一例であり、多少の変更を加えることができるのはもちろんである。
上記において、警告方法は、警告音の発生により行われるか、ユーザアプリケーションを通じた音声又は画像警告、あるいはナビゲーションと連動してナビゲーションの地図画面上での警告信号により行われることができる。ユーザ端末の画像又はナビゲーションの地図画面上において自車に対する側方又は後方の物体との距離又は速度を表示すること及び/又は音声メッセージで自車に対する側方又は後方の物体との距離又は速度を聞かせることである。
また、ユーザ端末は、ナビゲーションアプリケーションと情報をやり取りし、ナビゲーションから地図情報を受けて前方道路の曲律を計算することで前方の物体が自車線に存在するか否かを判断し、それをユーザ端末の画面上に表示するか、音声通知することができる。
一方、図1及び図2において、警告アラームは、音響メッセージ、画面表示の他に、別途のLED照明を車両内に設け、点滅信号にて具現することもできる。
また、車両の前方の他に車両の後方にレーダセンサをさらに設けることで車線変更の際に後方又は側方の個体を感知するようにし、所定の臨界時間内に個体と追突する可能性があると判断される場合、ユーザ端末において警告信号を発することができる。
また、警告方法は、警告音の発生により行われるか、ユーザのアプリケーションを通じた音声又は画像警告、あるいはナビゲーションと連動してナビゲーションの地図画面上での警告信号により行われ、ユーザ端末の画像又はナビゲーションの地図画面上において自車に対する側方又は後方の物体との距離又は速度を表示することができる。本発明の他の実施例によると、近距離感知用のレーダセンサが車両の室内に取り付けられ、運転者の状態を感知することができる。運転者の状態は、例えば、呼吸、心拍数などのバイタル(vital)情報を含む。
例えば、車両用レーダシステムは、把握された運転者の状態から運転者が居眠り運転中であると推定される場合、ユーザ端末、ナビゲーション装置などを通じて光、音、バイブレーションなどを利用して警告を発生する。あるいは、車両用レーダシステムは、ウェアラブルデバイスと連動してバイブレーション、微細電流などを利用して警告を発生するか、運転者の注意を促すことができる。
他の例として、車両用レーダシステムは、スマートフォンとの連動により運転者モニタリング情報をサーバで収集し、所定量以上の情報が収集されると、データの分析により運転時の運転者の生体信号パターンを分析して安全運転のための事前警告を発生したり、運転者の注意を促すことができる。あるいは、スマートフォンのナビゲーションと連動して運転者のパターンに合う道を案内して提供し、適切なサービスエリア訪問時間を案内することもできる。
さらに他の例として、車両用レーダシステムは、運転席だけでなく助手席までも感知してシートベルトの着用を警告することができる。例えば、運転席、助手席におけるシート内にレーダを取り付けることでシートベルトの着用有無を感知し、それを警告する。
さらに他の例として、車両用レーダシステムは、運転席及び助手席の乗客のバイタル(vital)をモニタリングし、異常状況が発生した場合、自動で緊急電話(emergency call)が掛かるようにすることができる。
上記のようにすることで、車両の安全運行を図ることができる車両用レーダシステムを具現することができる。
本発明の権利は、上述した実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載されたところにより定義され、本発明の分野において通常の知識を有する者が請求の範囲に記載された権利範囲内で様々な変形及び改作ができるということは自明である。

Claims (11)

  1. 車両に取り付けられるレーダセンサと、
    前記レーダセンサの送信電磁波と受信電磁波を分析する演算モジュールと、
    前記演算モジュールの演算結果を車両内のユーザ端末と近距離通信でコミュニケーションする通信モジュールと、を備え、
    前記演算モジュールは、前記レーダセンサの電磁波送受信スペクトルを分析することによって車両と車両の前方に出現した個体との衝突に至るまでの残り時間をリアルタイムで算出し、衝突に至るまでの残り時間に対して所定の臨界時間が設定され、前記臨界時間に至れば前記ユーザ端末により警告を発することを特徴とする、車両用レーダシステム。
  2. 前記ユーザ端末は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ドライブレコーダ又はナビゲーションを含み、前記通信モジュールは、ブルートゥース、NFC、又はジグビーを含む近距離通信でコミュニケーションし、前記警告は、警告音の発生又は警告灯の点滅又は警告画面の表示を含むことを特徴とする、請求項1に記載の車両用レーダシステム。
  3. 前記車両用レーダシステムは、ドライブレコーダに合体し、ドライブレコーダ一体型であることを特徴とする、請求項1に記載の車両用レーダシステム。
  4. 前記通信モジュールは、レーダ感知結果、前記車両の衝突危険時点に関する臨界時間情報を前記ドライブレコーダの映像モジュールに送信し、
    前記ドライブレコーダによって危険状況を録画することを特徴とする、請求項3に記載の車両用レーダシステム。
  5. 前記通信モジュールは、前記ユーザ端末がドライブレコーダである場合、前記ドライブレコーダと近距離通信でコミュニケーションし、車両の衝突危険時点に関する臨界時間情報を前記ドライブレコーダの映像モジュールに送信し、
    前記ドライブレコーダにより危険状況を録画することを特徴とする、請求項4に記載の車両用レーダシステム。
  6. 前記演算モジュールは、GPSモジュールをさらに含み、
    前記通信モジュールは、近距離通信によりナビゲーション装置と連動し、
    前記レーダセンサで感知した個体の位置は、前記ナビゲーション装置が表示する地図上に重ねて表示することを特徴とする、請求項1に記載の車両用レーダシステム。
  7. 前記ユーザ端末は、前記ユーザ端末にインストールされたアプリケーションにより警告信号を発することを特徴とする、請求項1に記載の車両用レーダシステム。
  8. 前記通信モジュールは、前記レーダセンサにより感知された臨界時間に至ることによる警告信号に関する情報を前記ナビゲーション装置のアプリケーションに送信し、
    前記警告信号は、前記ナビゲーション装置のアプリケーションにより発するものである、請求項6に記載の車両用レーダシステム。
  9. 前記ユーザ端末は、前記ナビゲーション装置のアプリケーションと情報をやり取りし、前記ナビゲーション装置から地図情報を受けて前方道路の曲律を計算することで前方の物体が自車線に存在するか否かを判断することを特徴とする、請求項8に記載の車両用レーダシステム。
  10. 前記レーダセンサは、前記車両の前方の他に前記車両の後方にさらに設けられ、
    前記レーダセンサは、前記車両の車線変更の際に前記車両の後方又は側方の個体を感知し、
    前記演算モジュールは、所定の臨界時間内に前記後方又は側方の個体と追突する可能性があると判断される場合、前記ユーザ端末において警告信号を発することを特徴とする、請求項1に記載の車両用レーダシステム。
  11. 警告方法は、警告音の発生により行われるか、前記ユーザ端末のアプリケーションを通じた音声又は画像警告、あるいはナビゲーションと連動してナビゲーションの地図画面上での警告信号により行われ、前記ユーザ端末の画像又はナビゲーションの地図画面上において前記車両に対する側方又は後方の個体との距離又は速度を表示することを特徴とする、請求項10に記載の車両用レーダシステム。
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