KR100578024B1 - 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템 - Google Patents

레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템 Download PDF

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Abstract

이 발명의 특징에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률취득 시스템은 레이다, 차속 센서, 스티어링 각 센서, 제어부 및 디플레이부를 포함한다. 레이다는 도로상에 설치된 윤곽 묘출기로 레이저를 발광하고 수광하여, 상기 윤곽 묘출와 차량과의 거리, 전방위 위치에 대한 신호를 출력하고, 차속 센서는 현재 주행중인 차량의 속도를 검출하고, 이를 전기적 신호로 제어부로 출력하며, 스티어링 각 센서는 운전자에 의해 가변된 스티어링 휠의 회전 각도를 검출하여 이를 전기적 신호로 출력하고, 제어부는 상기 레이다에서 출력하는 신호를 입력받아 도로 곡률 반경을 산출하고 차속 센서 및 스티어링 각 센서에서 출력하는 신호를 입력받아 차속, 스티어링 각을 산출하며, 산출한 값으로 설정된 차량 동역학의 코너링 방정식을 통해 도로 곡률을 예측하고, 이를 운전자가 확인할 수 있도록 디스플레이부를 제어한다.
실시예에 따르면, 이 발명은 고가의 료 레이트 센서를 사용하지 않고 저가의 센서로서 도로의 곡률을 취득하는 것이 가능하고, 곡률 도로를 주행하는 차량의 도로 벗어남을 감지하고 경고하여, 원가의 부담이 없고 운전자의 안전을 확보하는 효과가 있다.
레이다, 도로 곡률, 차속, 조향각, 료 레이트 센서

Description

레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템{A SYSTEM FOR GETTING CURVATURE DATA OF A ROAD USING A RADAR}
도1은 이 발명의 실시예에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템의 블록 구성도이다.
도2는 이 발명의 실시예에 적용되는 차량 동역학의 코너링 방정식을 설명하기 위한 모델링도이다.
도3은 이 발명의 실시예에 적용되는 도로상의 윤곽 묘출기를 이용하여 도로 곡률 산출식을 설명하기 위한 도면이다.
이 발명은 자동차에 관한 것으로, 특히 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 진입하는 도로의 형상 즉, 곡률을 알아내기 위해서는 차량의 좌, 우 흔들림 또는 차량의 좌, 우측으로부터 지면으로부터의 거리를 감지하는 요 레이트(yaw rate) 센서(sensor)를 필요로 한다.
그러나, 요 레이트 센서는 고가의 제품이므로, 요 레이트 센서를 이용하여 차량의 곡률을 취득하고자 할 경우 원가 부담이 큰 단점이 있다.
이 발명은 요 레이트 센서를 사용하지 않고 적은 원가로서 도로의 곡률 데이터를 취득하는 것이 가능하게 한다.
이 발명의 특징에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률취득 시스템은 레이다, 차속 센서, 조향각 센서, 제어부 및 디플레이부를 포함한다.
레이다는 도로상에 설치된 윤곽 묘출기로 레이저를 발광하고 수광하여, 상기 윤곽 묘출와 차량과의 거리, 전방위 위치에 대한 신호를 출력한다.
차속 센서는 현재 주행중인 차량의 속도를 검출하고, 이를 전기적 신호로 제어부로 출력한다.
조향각 센서는 운전자에 의해 가변된 스티어링 휠의 회전 각도를 검출하여 이를 전기적 신호로 출력한다.
제어부는 상기 레이다에서 출력하는 신호를 입력받아 도로 곡률 반경을 산출하고 차속 센서 및 스티어링 각 센서에서 출력하는 신호를 입력받아 차속, 스티어링 각을 산출하며, 산출한 값으로 설정된 차량 동역학의 코너링 방정식을 통해 도로 곡률을 예측하고, 이를 운전자가 확인할 수 있도록 한다.
디스플레이부는 상기 제어부에서 출력하는 제어 신호에 따라 상기 제어부가 예측한 도로 곡률에 대한 정보를 운전자가 볼 수 있도록 나타낸다.
이하, 첨부한 도1 내지 도4를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템을 설명한다.
도1은 이 발명의 실시예에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템의 블록 구성도이다. 도1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 레이다를 이용한 도로 곡률 취득 시스템은 레이저 레이다(10), 차속 센서(20), 조향각 센서(30), 제어부(40) 및 디스플레이부(50)를 포함한다.
여기서, 레이저 레이다(10)는 도로상에 설치된 윤곽 묘출기(delineator)를 이용하여 도로의 곡률 반경에 대한 신호를 제어부(40)로 출력하고, 차속 센서(20)는 주행중인 차의 속도를 검출하여 제어부(40)로 차속에 대한 전기적 신호로 출력하며, 조향각 센서(30)는 운전자에 의해 조작된 핸들의 가변 각 즉, 조향휠 각을 검출하여 제어부(40)로 조향각에 대한 전기적 신호로 출력한다.
제어부(40)는 ECU(Electronic Control Unit)로서, 레이저 레이다(10), 차속 센서(20), 조향각 센서(30)에서 출력하는 전기적 신호를 입력받아 도로 곡률 반경(R), 차속(V) 및 조향각(δ)을 산출하고, 산출한 값을 프로그램된 차량 동역학의 코너링 방정식에 대입하여 도로의 곡률 및 곡률 도로에 진입중인 차량의 진입 상태를 판단한다.
여기서, 제어부(40)에 프로그램밍되어 저장된 차량 동역학의 코너링 방정식을 도2를 참조로 설명한다. 도2는 이 발명의 실시예에 적용되는 차량 동역학의 코너링 방정식을 설명하기 위한 모델링도이다.
일정 속도 이상으로 코너링을 하는 차량에는 선회중심점(O)에서 멀어지려는 원심력이 작용하며, 이 원심력에 의해 차량은 운전자 조작에 의한 조향각만큼 회전 하지 못한다. 즉, 운전자가 핸들을 조작하여 전륜(FW)을 차륜에 대해 델타(δ)의 각도가 되도록 하면, 전륜(FW)은 차륜에 대해 횡슬립각 αf로 진행하고, 후륜(BW)은 차륜에 대해 횡슬립각 αr로 진행하며, 차륜은 선회중심점(O)을 중심으로 R을 최소회전반경으로 하여 회전한다.
이러한 코너링 하는 차량을 최소회전반경 즉, 곡률 반경(R)에 대한 코너링 방정식으로 나타내면 수학식1과 같다. 도1에서 L은 전륜(FW)과 후륜(BW)과간의 거리로, 차량으로 말하자면 차축 거리이다.
Figure 111999018928952-pat00001
수학식1에서, V는 차속, L은 차축 거리, R은 곡률 반경, δ는 조향각, ρ는 조향 휠 각도, g는 중력가속도, K는 언더스티어값, A는 타이어가 지면에 닿는 면적이다. 여기서, 조향각 δ은 A×ρ이다.
따라서, 제어부(40)에는 수학식1에 대한 프로그램이 저장되어 있으며, 차속 센서(20)로부터 입력하는 신호로서 변수값 V에 대한 값을 얻고, 조향각 센서(30)로부터 입력되는 신호로서 조향 휠 각도인 변수값 ρ에 대한 값을 얻는다.
그리고, 제어부(40)는 레이저 레이다(10)의 출력 신호로부터 변수값 R에 대한 값을 얻는데, 여기서 변수값 R에 대한 값을 얻기 위한 레이저 레이다(10)의 동작을 도3을 참조로 설명한다.
도3은 이 발명의 실시예에 적용되는 도로상의 윤곽 묘출기를 이용하여 도로 곡률 산출식을 설명하기 위한 도면이다.
도3에서 ①은 굴곡진 도로의 외각선이고, ②는 윤곽 묘출기(D1)에 대한 도로 곡률 곡선이고, ③은 스캐닝 중심선이고, O는 선회중심점이고, R은 곡률 반경이고, A와 B는 차량의 위치점이다. 여기서, 굴곡진 도로상에는 도로의 곡률에 비례한 간격으로 설치된 다수의 윤곽 묘출기가 설치되는데, 도3에서는 그 중 2개만을 도시하였다.
도3에 도시되어 있듯이, 도로상에는 도로의 곡률에 비례하여 설치된 윤곽 묘출기(D1, D2)가 설치되어 있고, 차량은 A 지점과 B지점을 통과한다.
이때, 선회중심점(O)와 윤곽 묘출기(D1)과의 거리인 곡률 반경(R)은 윤곽 묘출기(D1)에서 A지점까지의 거리(L1)와, 윤곽 묘출기(D1)에서 B지점까지의 거리(L2)와, 스캐닝선(③)에 대한 A지점과 B지점에서의 각(θ1, θ2)로서 산출된다.
즉, 도3을 참조로 한 곡률 반경은 다음의 수학식2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 111999018928952-pat00002
따라서, A지점에 위치한 차량의 레이저 레이다(10)는 도로의 곡률을 예측하기 위해 윤곽 묘출기(D1)로 레이저 광을 조사하고, 윤곽 묘출기(D1)에 의해 반사된 레이저 광을 수광한다. 그런 다음, 레이저 레이다(10)는 레이저 광을 조사한 시점으로부터 입사하는 시점까지의 시간을 통해 윤곽 묘출기(D1)까지의 거리(L1)을 산출하고, 레이저 광의 입사각도를 통해 현재 차량과 윤곽 묘출기(10)와의 스캐닝 중 심선(③)에 대한 각도(θ1)를 산출한다. 그리고, B위치에 있는 차량의 레저 레이다(10)는 윤곽 묘출기(D1)로 광을 조사하고, 윤곽 묘출기(D1)에 의해 반사된 레이저 광을 수광하여, 윤곽 묘출기(D1)와 차량까지의 거리(L2)를 산출하고, 레이저 광의 입사각도를 통해 차량과 윤곽 묘출기(D1)와의 스캐닝 중심선(③)에 대한 각도(θ2)를 산출한다. 따라서, 이러한 레이저 레이다(10)의 동작에 의해 윤곽 묘출기(D1)과 윤곽 묘출기(D2)사이의 곡률 반경(R)에 대한 정보가 검출된다.
그리고, 레이저 레이다(10)는 윤곽 묘출기(D2)와 도시하지 않은 윤곽 묘출기(D2)의 우측 즉, 차량이 진행하는 방향에 위치한 윤곽 묘출기 사이의 곡률 반경을 검출하기 위해 동일한 동작을 수행한다.
이러한 레이저 레이다(10)에서 검출한 신호는 제어부(40)로 입사하고, 제어부(40)는 입사되는 차속(V), 조향 휠 각도(ρ) 및 곡률 반경(R)에 대한 신호로서 언더스티어값(K)를 산출하게 된다.
따라서, 이 발명의 실시예에 따른 도로 곡률 취득 시스템의 제어부(40)는 주행시마다 레이저 레이다(10)와 차속 센서(20)와 조향각 센서(30)로부터 검출된 V, ρ, R값을 입력받아 언더스티어값(K)를 저장하고 업데이터(update)하여, 모든 경우의 V, ρ, R값에 대한 언더스티어값(K)를 결정할 수 있다.
이렇게 수학식1에 대한 변수값이 모두 결정되면, 제어부(40)는 변수값에 따른 도로 곡률을 판단하고, 윤곽 묘출기(D1, D2)를 통해 얻어진 차량의 위치를 운전자가 확인할 수 있도록 디스플레이부(50)로 제어 신호를 출력한다.
그러면, 디스플레이부(50)는 제어부(40)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 도로의 곡률과 현재 차량의 위치를 운전자가 확인할 수 있는 화상 또는 영상 메시지로 나타낸다.
한편, 제어부(40)는 차량이 곡률 도로에 진입한 상태에서 입력되는 조향각 센서(20)의 신호를 통해 앞으로 진행할 차량의 방향을 예측하고, 앞으로 진행할 차량이 굴곡진 도로에 벗어날 것인지를 판단하며, 진행하려는 차량이 이후에 도로에서 벗어날 것같으면 디스플레이부(50)로 제어 신호를 출력하여 경고음을 발생하도록 한다.
이 발명은 료 레이트 센서를 사용하지 않고 저가의 센서로서 도로의 곡률을 취득하는 것이 가능하고, 곡률 도로를 주행하는 차량의 도로 벗어남을 감지하고 경고하여, 원가의 부담이 없고 운전자의 안전을 확보하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 도로상에 설치된 다수의 윤곽 묘출기로 레이저를 발광하고 조사한 광이 수광되기까지의 시간으로 상기 윤곽 묘출기와의 거리를 측정하고, 상기 윤곽 묘출기에 의해 반사된 광의 입사각도에 따라 상기 윤곽 묘출기와의 각도를 측정하여, 상기 각 윤곽 묘출기와 차량과의 거리, 전방위 위치에 대한 신호를 출력하는 레이다와, 현재 주행중인 차량의 속도를 검출하여, 이를 전기적 신호로 출력하는 차속 센서, 운전자에 의해 가변된 스티어링 휠의 회전 각도를 검출하여 이를 전기적 신호로 출력하는 조향각 센서, 상기 레이다에서 출력하는 신호를 입력받아 도로 곡률 반경을 산출하고 차속 센서 및 스티어링 각 센서에서 출력하는 신호를 입력받아 차속, 스티어링 각을 산출하며, 산출한 값으로 설정된 차량 동역학의 코너링 방정식을 통해 도로 곡률을 판단하고, 이를 운전자가 확인할 수 있도록 하는 제어부 및 상기 제어부에서 출력하는 제어 신호에 따라 상기 제어부가 산출한 도로 곡률에 대한 정보를 운전자가 볼 수 있도록 하는 디스플레이부를 포함하는 도로 곡률 취득 시스템에 있어서,
    상기 제어부는 상기 조향각 센서의 신호를 통해 앞으로 진행하려는 차량의 방향이 도로에서 벗어나는지를 판단하고, 차량이 도로에서 벗어나려는 경우 상기 디스플레이부로 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 취득 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 다음의 수학식으로 상기 레이다부에서 출력하는 신호를 통해 곡률 반경을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 취득 시스템.
    Figure 112005072313016-pat00003
    여기서, R: 도로 곡률, L1: 윤곽 묘출기와 제1 지점에 위치한 차량과의 거리, L2: 상기 윤곽 묘출기와 제2 지점에 위치한 차량과의 거리, θ1: 상기 윤곽 묘출기의 수평 연장선인 스캐닝 중심선을 기준으로 한 상기 제1 지점에 위치한 차량의 상기 윤곽 묘출기에 대한 각도, θ2: 상기 스캐닝 중심선을 기준으로 한 상기 제2 지점에 위치한 차량의 상기 윤곽 묘출기에 대한 각도이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 다음의 수학식으로 언더스티어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 취득 시스템
    Figure 112005072313016-pat00004
    여기서, L: 차축 거리, V: 차속, δ: 조향각, ρ: 조향 휠 각도, g: 중력 가속도, A: 도로에 밀착되는 타이어의 면적, K: 언더스티어값.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 경고 메시지를 발생하여 운전자가 차량이 도로에서 벗어나려 함을 알리는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 취득 시스템.
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