KR101202453B1 - 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로; 차량의 측면에 설치되어 차량 측면과 정거장 또는 측면 지장물 사이의 간격을 감지하는 거리감지수단과, 차량 조향장치의 조향각을 계측하는 조향각감지수단과, 상기 거리감지수단으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단으로부터 입력되는 조향각 정보를 이용하여 조향장치 제어를 위한 최종제어지령을 결정하는 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템과, 그와 같은 조향 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 자동운전차량이 정거장 정차시 차량 측면이 정거장 측면이나 지장물 또는 승객 등과 충돌을 방지하기 위해 조향장치 제어를 위한 조향각 지령을 조향각한계 값을 연산 및 비교하여 최종 지령을 선택함으로써, 차량의 이상, 제어오류 및 지장물(인)의 개입 등에 대해 자동운전 중 발생할 수 있는 차량 및 정거장의 파손 및 인적상해를 방지하는 효과가 있다.

Description

자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법 { Control system and the method for preventing side impact of automatic driving vehicle }
본 발명은 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 자동운전차량이 정거장에 진입시에 차량의 바퀴 또는 차량 측면이 정거장이나 측면 돌출물 등과 접촉하여 파손되는 것을 방지할 수 있도록 차량 조향장치를 제어하는 시스템 및 그와 같은 조향 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 버스와 같은 대중교통수단의 경우 가능하면 정거장 승강단에 가까이 접근할수록 승객의 승하차를 편리하게 할 수 있다.
그러나, 이와 같은 차량이 정거장에 정차할 경우 운전자는 차량의 우측면과 정거장과의 측면 간격을 시각적으로 확인하기 어려워, 차량 바퀴나 측면이 정거장에 접촉할 우려가 있다.
한편, 전동차 등의 자동운전차량에 대해 국내외에서 연구개발이 수행되고 있고 이미 상용화된 차량도 운행되고 있는데, 이와 같은 자동운전차량의 경우 차량과 정거장 간의 간격이 최소 5㎝ 이내로 근접해야 휠체어, 유모차, 노약자 등 승객의 안전 및 편리 보장할 수 있다.
이 경우 차량이 정거장에 접근시에 차량 및 정거장의 파손을 방지하기 위한 제어시스템에 필요하다.
그런데, 종래의 자동운전차량은 정차를 위해 정거장에 접근시 측면 접촉이나충돌을 방지하기 위한 제어시스템이 구축되지 않아 자동운전 상태에서 차량의 정렬이 어긋나는 경우, 제어가 원활하지 못한 경우, 차량이 정거장과 근접하여 정차하는 경우, 바퀴 또는 차량측면이 정거장과 접촉하는 경우 등이 발생하였다.
또한, 차량이 진입하는 정거장 측면에 승객 또는 낙하물 등의 지장물을 운전자가 미처 발견하지 못할 경우 자동운전차량과 접촉할 수 있는 여지가 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 자동운전차량이 정거장에 진입시에 차량의 바퀴 또는 차량 측면이 정거장이나 측면 돌출물 등과 접촉하여 파손되는 것을 방지할 수 있도록 자동운전차량을 제어하는 시스템 및 그와 같은 조향 제어 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
차량의 측면에 설치되어 차량 측면과 정거장 또는 측면 지장물 사이의 간격을 감지하는 거리감지수단과, 차량 조향장치의 조향각을 계측하는 조향각감지수단과, 상기 거리감지수단으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단으로부터 입력되는 조향각 정보를 이용하여 조향장치 제어를 위한 최종제어지령을 결정하는 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템을 제공한다.
이때, 상기 거리감지수단은 초음파센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 조향각감지수단은 조향각센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는;
조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리(gab)를 차량설계시 계산되는
Figure 112010071532159-pat00001
과
Figure 112010071532159-pat00002
값을 이용해,
선형 근사방정식인
Figure 112010071532159-pat00003
와
Figure 112010071532159-pat00004
을 정의하고;
선형이득(a1)을 적용한
Figure 112010071532159-pat00005
, 접촉여유간격(gm)과
Figure 112010071532159-pat00006
을 이용해 조향제한각(theta_Limit)을 결정하고;
상기 조향제한각(theta_Limit)과 계산된 조향각지령(theta_con)을 비교하여 작은 값을 조향장치 제어를 위한 최종제어지령으로 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
자동운전차량의 주행 중에 거리감지수단을 통해 차량의 측면에 설치되어 차량 측면과 정거장 또는 측면 지장물 사이의 간격을 감지하며, 차량 조향장치의 조향각을 감지하는 제1단계;
상기 거리감지수단으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단으로부터 입력되는 조향각정보를 이용해 차량의 측면 충돌을 방지하기 위한 조향장치를 제어하기 위한 최종제어지령을 결정하는 제2단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 방법도 제공한다.
이때, 상기 제2단계는,
조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리(gab)를 차량설계시 계산되는
Figure 112010071532159-pat00007
과
Figure 112010071532159-pat00008
값을 이용해,
선형 근사방정식인
Figure 112010071532159-pat00009
와
Figure 112010071532159-pat00010
을 정의하고;
선형이득(a1)을 적용한
Figure 112010071532159-pat00011
, 접촉여유간격(gm)과
Figure 112010071532159-pat00012
을 이용해 조향제한각(theta_Limit)을 결정하고;
상기 조향제한각(theta_Limit)과 계산된 조향각지령(theta_con)을 비교하여 작은 값을 조향장치 제어를 위한 최종제어지령으로 결정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 자동운전차량이 정거장 정차시 차량 측면이 정거장 측면이나 지장물 또는 승객 등과 충돌을 방지하기 위해 조향장치 제어를 위한 조향각 지령을 조향각한계 값을 연산 및 비교하여 최종 지령을 선택함으로써, 차량의 이상, 제어오류 및 지장물(인)의 개입 등에 대해 자동운전 중 발생할 수 있는 차량 및 정거장의 파손 및 인적상해를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 차량 내 감지용 초음파센서 및 조향각센서의 설치도이다.
도 3은 본 발명의 차량 바퀴와 정거장 간의 간섭 여부를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 자동운전차량 측면충돌 방지를 위한 조향각 제한 곡선을 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 차량 내 감지용 초음파센서 및 조향각센서의 설치도이고, 도 3은 본 발명의 차량 바퀴와 정거장 간의 간섭 여부를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 자동운전차량 측면충돌 방지를 위한 조향각 제한 곡선을 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 4에 의하면, 본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템은 자동운전차량(100)이 정거장(1)에 정차하기 위해 진입시에 차량(100)의 바퀴(102) 또는 차량 측면(101)이 정거장 또는 측면 지장물(10) 등과 접촉하여 파손되는 것을 방지하기 위한 것으로, 차량(100)에 장착된 다수의 감지 수단을 이용하여 자동운전차량(100)의 차량 측면(101)과 정거장 또는 측면 지장물(10)간의 거리를 계측하고, 자동운전차량(100)의 조향각을 계측하여 자동운전차량의 조향장치(110)를 제어하여 바퀴(102)의 조향각을 조정한다.
이와 같은 본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템은 차량(100)의 측면에 설치되어 차량 측면(101)과 정거장 또는 측면 지장물(10) 사이의 간격을 감지하는 거리감지수단(120)과, 차량(100) 조향장치(110)의 조향각을 계측하는 조향각감지수단(130)과, 상기 거리감지수단(120)으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단(130)으로부터 입력되는 조향각 정보를 이용하여 조향각 지령정보를 계산하여 상기 차량(100)의 조향각을 조절하도록 상기 조향장치(110)를 제어하는 제어기(140)로 구성된다.
이때, 상기 거리감지수단(120)은 초음파센서를 이용하여 차량 측면(101)과 정거장 또는 측면 지장물(10) 사이의 간격을 감지하고, 상기 조향각감지수단(130)은 조향각센서를 이용하여 상기 바퀴(102)의 조향각을 감지한다. 물론, 상기 거리감지수단(120)과 조향각감지수단(130)은 초음파센서나 조향각센서 이외에 다양한 종류의 센서를 선택하여 사용할 수 있음은 당연하다.
즉, 본 발명은 차량(100) 바퀴(102)의 조향각에 따른 바퀴(102)의 측면 돌출길이와, 차량 측면(101)과 정거장(1) 간의 간격을 알 수 있다면, 현재 차량 측면(101)의 간격조건에서 측면 접촉 없는 조향각 허용 한계를 결정할 수 있다.
따라서, 바퀴(102)의 조향각 한계가 결정되면 제어기(140)에서 발생한 지령 조향각을 허용 조향각 내로 제한함으로써 차량 측면 충돌을 방지할 수 있다.
이와 같이 차량(100)의 바퀴(102)가 조향될 때 바퀴(102)는 차량(100) 측면으로 돌출된다. 조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리는 차량설계시 계산되고 차량 완성상태에서 측정하여 사용할 수 있다.
이때, 차량(100) 바퀴 조향각(theta)에 따른 바퀴(102)의 돌출거리가 결정되면, 이를 이용하여 임의 차량 측면간격(gab) 조건에서 허용 가능한 조향각 계산식을 구할 수 있다.
우선 조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리는 차량설계시 계산되는 것으로, 우선 구해진 아래의 식(1) 및 식(2)의 자료를 이용한다.
Figure 112010071532159-pat00013
(1)
Figure 112010071532159-pat00014
(2)
상기 식(1) 및 식(2)의 자료를 이용하여 선형 근사방정식을 아래의 식(4)와 같이 구할 수 있다.
이때, 정거장에 근접할 때 급격한 조향각(theta)이 적용되지 않으므로 10[deg] 이내의 값을 이용한다. 식(4)는 식(3)과 같은 선형관계식(비례식)을 정리하여 얻어진다.
Figure 112010071532159-pat00015
(3)
Figure 112010071532159-pat00016
(4)
이상의 식(4)에서 선형계수비가 결정되면 접촉여유간격(gm)을 고려한 선형이득(a1)이 아래의 식(5)와 같이 결정된다. 그리고 상기 식(5)의 선형이득(a1)을 적용한 조향제한각은 식(6)으로 결정된다.
Figure 112010071532159-pat00017
(5)
Figure 112010071532159-pat00018
(6)
즉, 예를 들어 상기 식(6)에 식(5)를 적용하고 접촉여유간격 gm=20[mm]으로 정하였을 때 차량측면 검출간격(gab)인 gab=62.26[mm]인 경우를 가정하면 조향 제한각은 7.57[deg]로 계산된다.
이와 같이 차량(100)의 정거장(1) 진입 및 진출시 조향각 제한값(조향제한각; theta_Limit)을 그래프로 정리하면 도 4와 같다.
이때, 진입 및 진출시의 직선 기울기는 상기 식(5)에 의해 결정된다. 그래프상의 'g1'은 측면 허용 최소 간격으로 결정할 수 있는 것으로 예를 들면 3cm이다.
즉, 차량(100)의 정거장 진입 시 차량(100)과 정거장(1) 간의 간격이 측면 허용 최소 간격(g1) 이하이면 조향각 제한값(조향제한각; theta_Limit)은 “0”으로 제한된다.
차량(100)의 정거장(1) 진입시 더 이상의 측면 접근을 차단하기 위한 위함이다.
한편, 차량(100)의 정거장(1) 진출 시에는 기울기에 의해서만 조향각이 제한된다. 진입시와 같은 제한곡선을 사용하면 진출시 긴 거리의 직선정거장이 요구된다.
도 4를 조건식으로 정리하면 아래와 같다. 근접간격에 따른 허용 조향각한계(theta_Limit)가 결정되면 제어기(140)에서 계산된 조향각 지령(theta_con)과 비교하여 작은 값이 최종제어지령으로 아래와 같은 식(7)과 같은 루틴을 수행함으로써 결정된다.
Figure 112010071532159-pat00019
(7)
이 경우, 상기 최종제어지령은 계산된 조향각 지령(theta_con)의 부호(+,-,0 중에 어느 하나)값에 조향각한계(theta_Limit)와 조향각 지령(theta_con)의 절대값 중에 작은 값을 곱해줌으로써 선택된다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참고로 본 발명에 따른 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 과정을 설명한다.
먼저, 자동운전차량의 측면 충돌을 방지하기 위해 차량(100)의 주행 중에 거리감지수단(120)을 통해 차량(100)의 측면에 설치되어 차량 측면(101)과 정거장 또는 측면 지장물(10) 사이의 간격을 감지하며, 차량(100) 조향장치(110)의 조향각을 감지한다.
상기 거리감지수단(120)으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단(130)으로부터 입력되는 조향각 정보는 조향장치(110)에서 연산과정을 거쳐 차량(100)의 정거장에서의 측면 층돌을 방지하기 위한 최종제어지령인 조향각 지령을 출력하여 조향장치(110)를 제어한다.
좀 더 상세하게 살펴보면 조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리에 관한 차량설계시 계산된 식(1) 및 식(2)을 이용해 선형 근사방정식인 식(4)를 유도하여 선형계수비를 결정한다.
그리고, 접촉여유(gm)를 고려한 선형이득(a1)을 식(5)와 같이 결정하고, 얻어진 선형이득(a1)을 적용한 조향제한각(theta_Limit)을 계산한다.
이와 같은 차량의 근접간격에 따른 허용 조향각한계(theta_Limit)가 결정되면, 제어기(140)에서 운전 제어를 위해 계산된 조향각 지령(theta_con)과 비교한다.
이때, 운전제어를 위한 조향각 지령(theta_con)이 조향각한계(theta_Limit)보다 큰 경우에는 차량 측면이 정거장 또는 측면 지장물(10)과 충돌을 일으킬 수 있으므로 제어기(140)에서 발생한 지령 조향각을 허용 조향각 내로 제한한다.
즉, 제어기(140)는 결정된 조향각한계(theta_Limit) 범위 내에서 조향각 지령(theta_con)이 존재하는 경우에는 조향각 지령(theta_con)을 출력하여 조향장치를 제어하지만, 조향각 지령(theta_con)이 조향각한계(theta_Limit)의 범위를 벗어나는 경우에는 차량 측면 충돌 방지를 위해 조향각한계(theta_Limit)값을 최종 지령으로 선택한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
1: 정거장 100: 자동운전차량
101: 차량 측면 102: 바퀴
110: 조향장치 120: 거리감지수단
130: 조향각감지수단 140: 제어기

Claims (6)

  1. 차량의 측면에 설치되어 차량 측면과 정거장 또는 측면 지장물 사이의 간격을 감지하는 거리감지수단과;
    차량 조향장치의 조향각을 계측하는 조향각감지수단과;
    상기 거리감지수단으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단으로부터 입력되는 조향각 정보를 이용하여 조향장치 제어를 위한 최종제어지령을 결정하는 제어기;로 구성되되,
    상기 제어기는;
    조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리(gab)를 차량설계시 계산되는
    Figure 112012052308162-pat00036
    과
    Figure 112012052308162-pat00037
    값을 이용해,
    선형 근사방정식인
    Figure 112012052308162-pat00038
    와
    Figure 112012052308162-pat00039
    을 정의하고;
    선형이득(a1)을 적용한
    Figure 112012052308162-pat00040
    , 접촉여유간격(gm)과
    Figure 112012052308162-pat00041
    을 이용해 조향제한각(theta_Limit)을 결정하고;
    상기 조향제한각(theta_Limit)과 계산된 조향각지령(theta_con)을 비교하여 작은 값을 조향장치 제어를 위한 최종제어지령으로 출력하는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 거리감지수단은 초음파센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조향각감지수단은 조향각센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 자동운전차량의 주행 중에 거리감지수단을 통해 차량의 측면에 설치되어 차량 측면과 정거장 또는 측면 지장물 사이의 간격을 감지하며, 차량 조향장치의 조향각을 감지하는 제1단계;
    상기 거리감지수단으로부터 입력되는 간격정보와 상기 조향각감지수단으로부터 입력되는 조향각정보를 이용해 차량의 측면 층돌을 방지하기 위한 조향장치를 제어하기 위한 최종제어지령을 결정하는 제2단계;로 구성되되,
    상기 제2단계는,
    조향각(theta) 대 바퀴의 돌출거리(gab)를 차량설계시 계산되는
    Figure 112012052308162-pat00026
    과
    Figure 112012052308162-pat00027
    값을 이용해,
    선형 근사방정식인
    Figure 112012052308162-pat00028
    와
    Figure 112012052308162-pat00029
    을 정의하고;
    선형이득(a1)을 적용한
    Figure 112012052308162-pat00030
    , 접촉여유간격(gm)과
    Figure 112012052308162-pat00031
    을 이용해 조향제한각(theta_Limit)을 결정하고;
    상기 조향제한각(theta_Limit)과 계산된 조향각지령(theta_con)을 비교하여 작은 값을 조향장치 제어를 위한 최종제어지령으로 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 방법.
  6. 삭제
KR1020100108285A 2010-11-02 2010-11-02 자동운전차량 측면충돌 방지 조향 제어 시스템 및 방법 KR101202453B1 (ko)

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