KR101389963B1 - 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템은, 차량에 대한 전방물체의 유무를 감지하는 전방감지센서 및 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 상대속도 또는 상기 차량의 절대속도를 감지하는 차속센서를 구비한 센서부; 상기 차량의 브레이크 응답속도를 결정하는 브레이크 반응속도 설정부 및 상기 차량이 정지한 경우 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 거리를 결정하는 충돌 전 잔여거리 설정부를 구비한 운전자 조작부; 상기 센서부의 센싱값을 이용하여 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 산출하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출된 충돌 위험도에 따라 상기 차량을 제동시키는 제동부;를 포함하며, 상기 제동부는 상기 브레이크 반응속도 설정부에서 설정된 브레이크 응답속도에 따라 상기 차량이 제동되는 시점을 조절할 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 전방물체와의 거리와 차량의 속도를 통해 전방물체와 차량의 충돌 위험도를 판정하고 충돌 위험이 판단되면 설계자가 설계한 요구 감속도와 브레이크의 성능을 고려하여 차량을 제동할 수 있다.

Description

브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR BREAKING VEHICLE CONSIDERING RESPONSE-PREFORMANCE OF BRAKE}
본 발명은 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브레이크의 응답성능 또는 응답속도를 고려함으로써 운전자의 조작 편의성을 구현함과 동시에 차량의 충돌을 막는 안전성을 확보할 수 있는 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
일반적으로, 차량의 전방 충돌 경고 및 충돌 경감 시스템(Forward collision warning and mitigation system)은 차량 주행 중 차량 전방에 선행 차량 등 위험 장애물이 감지되었을 때, 충돌 위험도에 따라 운전자에게 충돌 위험을 경고하거나 필요한 경우 자동 제동을 수행하여 충돌 속도를 최소화하는 시스템이다. 이러한 시스템에서 전방 장애물에 대한 충돌 위험도의 결정은 충돌 경고 및 자동 제동의 시점을 결정하는데 있어서 매우 중요한 요소이다.
종래 차량의 전방 충돌 경고 및 충돌 경감 시스템에서는 자차와 선행 차량 사이의 거리를 두 차량의 상대속도로 나눈 값인 TTC(Time-To-Collision), 전방 장애물에 충돌을 방지할 수 있는 종감속도 값인 Deceleration-To-Avoid 등과 같이 차량의 종방향 운동에 따라 충돌 위험도를 결정하는 방법을 이용하였다.
그런데 TTC의 경우 선행 차량이 급감속하는 경우에 대하여 선행 차량의 감속도를 고려하지 않기 때문에 적절한 충돌 위험도를 결정하는데 한계가 있으며, Deceleration-To-Avoid를 사용하는 경우 자차와 선행 차량 간의 상대속도가 큰 경우에는 운전자가 조향으로 충분히 충돌을 회피할 수 있음에도 불구하고 충돌 경고를 수행하게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 차량 자동 제동 기술은 저속에서만 선행 차량 또는 전방의 충돌물체를 감지하고 자동으로 차량을 제동하거나, 차량의 안전성을 위해서 차량의 자동 제동에 관한 정보를 운전자가 조작할 수 없다는 한계가 있다. 따라서, 차량의 충돌을 방지하기 위해 차량을 자동으로 제동할 수 있는 안전 시스템이면서 동시에 운전자의 설정 또는 조작으로 다양한 성능을 구현할 수 있는 운전자 편의 시스템이 될 수 있는 차량 자동 제동 기술에 대한 요구가 점차 커지고 있다.
본 발명은 차량의 주행속도와 상관없이 전방 물체에 대한 위험도로서 에너지 기법을 사용하여 전방 물체에 대한 충돌 위험도를 예측하고, 고속에서도 전방 물체와의 충돌을 방지하도록 차량을 자동으로 제동할 수 있는 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
본 발명은 설계 변수를 요구감속도, 브레이크 응답 속도, 충돌 전 남은 거리로 설정하여 운전자의 설계 변수 조작에 따라 다양한 성능을 구현할 수 있는 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
본 발명은 운전자의 편의성을 구현함과 동시에 차량의 안전성을 확보할 수 있는 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
본 발명은 요구 감속도(target deceleration)를 고려하여 성능을 최대한 발휘할 수 있고, 브레이크의 응답속도를 고려하여 차량이 충돌하기 전에 안전하게 정지할 수 있는 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템은, 차량에 대한 전방물체의 유무를 감지하는 전방감지센서 및 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 상대속도 또는 상기 차량의 절대속도를 감지하는 차속센서를 구비한 센서부; 상기 차량의 브레이크 응답속도를 결정하는 브레이크 반응속도 설정부 및 상기 차량이 정지한 경우 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 거리를 결정하는 충돌 전 잔여거리 설정부를 구비한 운전자 조작부; 상기 센서부의 센싱값을 이용하여 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 산출하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출된 충돌 위험도에 따라 상기 차량을 제동시키는 제동부;를 포함하며, 상기 제동부는 상기 브레이크 반응속도 설정부에서 설정된 브레이크 응답속도에 따라 상기 차량이 제동되는 시점을 조절할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 전방물체와의 거리와 차량의 속도를 통해 전방물체와 차량의 충돌 위험도를 판정하고 충돌 위험이 크거나 있다고 판단되면 설계자가 설계한 요구 감속도와 브레이크의 성능을 고려하여 차량을 제동할 수 있다.
상기 브레이크 반응속도 설정부는 운전자의 성향에 따라 반응속도변수를 사용하여 제동 시점을 앞당기거나 늦출 수 있다.
상기 제어부는 상기 반응속도변수를 이용하여 상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 예측함으로써 상기 충돌 위험도를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리와 상기 제동거리의 차이에 따라 상기 충돌 위험도를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 차량의 속도와 무관하게 상기 제동부를 작동시킬 수 있다.
상기 제동부는 스탠바이모드, 주행모드, 제동모드 및 정지모드 순서로 상기 차량을 주행시키거나 제동시킬 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면 본 발명은, 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계; 상기 차량의 전방에 상기 전방물체가 존재하는지 여부를 감지하는 단계; 상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계; 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계; 상기 차량의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계; 및 상기 차량이 상기 전방물체와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 충돌 전 잔여거리와 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리를 비교하는 단계;를 포함하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법을 제공할 수 있다.
상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계는, 상기 전방감지센서가 상기 전방물체를 감지하기 전까지 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키면서 상기 스탠바이모드를 유지할 수 있다.
상기 차량의 전방에 상기 전방물체가 존재하는지 여부를 감지하는 단계에서, 상기 전방물체가 존재하지 않는 것으로 감지되면 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계가 수행되고, 상기 전방물체가 존재하는 것으로 감지되면 전방물체감지신호를 생성하는 단계가 수행되며, 상기 전방물체감지신호를 생성하는 단계의 수행 이후에 상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계는 상기 주행모드에서 수행되고, 상기 주행모드는 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계와 동일한 상태로 상기 차량을 주행시키며 상기 전방감지센서 및 상기 차속센서를 이용하여 상기 제동거리를 계산할 수 있다.
상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계는 하기 [수학식 1]에 의해서 상기 제동거리를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012073587186-pat00001
[수학식 1]에서 Dstop는 제동거리, Vcar는 차량속도, ax는 요구감속도, Jact는 반응속도이다.
상기 반응속도변수는 상기 차량의 브레이크 반응속도로서, 상기 반응속도변수에 따라 상기 차량의 제동시점 또는 상기 제동거리가 달라질 수 있다.
상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계는, 상기 타겟거리와 상기 제동거리의 차이에 해당하는 거리차이와 허용거리의 크기를 비교하여 충돌 위험도를 판단하고, 상기 거리차이가 상기 허용거리 보다 크면 상기 제동거리를 계산하는 단계가 수행되고, 상기 거리차이가 상기 허용거리 보다 작으면 상기 제동력을 계산하는 단계가 수행될 수 있다.
상기 차량의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계는, 에너지 기법에 근거하고 하기 [수학식 3]에 의해서 제동력을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112012073587186-pat00002
[수학식 3]에서 Brake는 제동력, Brkgain은 제동이득, Vcar는 차량속도, Dtarget은 타겟거리이다.
상기 차량이 상기 전방물체와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 충돌 전 잔여거리와 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리를 비교하는 단계에서, 상기 충돌 전 잔여거리가 상기 타겟거리 보다 크면 상기 제동력을 계산하는 단계가 수행되고, 상기 충돌 전 잔여거리가 상기 타겟거리 보다 작으면 상기 정지모드가 수행되어 상기 차량을 정지시킬 수 있다.
상기 정지모드는 상기 전방물체와 상기 차량 사이에 상기 충돌 전 잔여거리가 유지되도록 상기 차량을 정지시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법은 차량이 저속으로 주행하는 경우 뿐만 아니라 고속으로 주행하는 경우에도 전방 물체와의 위험도로서 에너지 기법을 사용하여 충돌 위험도를 예측하여 전방 물체와의 충돌을 방지하도록 차량을 자동으로 제동할 수 있다.
본 발명에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법은 요구감속도, 브레이크 응답 속도, 충돌 전 남은 거리 등과 같은 설계변수를 운전자가 설정하거나 조작할 수 있기 때문에 다양한 성능을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법은 운전자가 브레이크의 응답성능을 설정하고 이에 따라 제동 시점을 결정할 수 있기 때문에 운전자의 편의성을 고려할 수 있을 뿐만 아니라, 운전자의 조작 없이 전방 물체와의 충돌이 감지되면 차량을 자동으로 제동시킴으로써 차량의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 차량 제동 제어시스템에 따라 차량이 제동되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 1에 따른 차량 제동 제어시스템의 검증 결과를 도시한 그래프이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1에 따른 차량 제동 제어시스템에 따라 차량이 제동되는 과정을 설명하기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법을 설명하기 위한 순서도, 도 4는 도 1에 따른 차량 제동 제어시스템의 검증 결과를 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템(100)은, 차량(260)에 대한 전방물체(280)의 유무를 감지하는 전방감지센서(111) 및 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 상대속도 또는 상기 차량의 절대속도를 감지하는 차속센서(116)를 구비한 센서부(110), 차량(260)의 브레이크 응답속도를 결정하는 브레이크 반응속도 설정부(121) 및 차량(260)이 정지한 경우 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 거리를 결정하는 충돌 전 잔여거리 설정부(126)를 구비한 운전자 조작부(120), 센서부(110)의 센싱값을 이용하여 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 충돌 위험도를 산출하는 제어부(130) 및 제어부(130)에서 산출된 충돌 위험도에 따라 차량(260)을 제동시키는 제동부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 제동부(140)는 브레이크 반응속도 설정부(121)에서 설정된 브레이크 응답속도 또는 브레이크 반응속도에 따라 차량(260)이 제동되는 시점을 조절할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 전방물체(280)와 차량(260)의 거리 그리고, 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 속도(즉, 상대속도)를 통해 전방물체(280)와 차량(260)의 충돌 위험도를 판정하고, 충돌 위험이 판단되면 설계자가 설계한 요구 감속도와 브레이크의 성능을 고려하여 차량(260)을 자동으로 제동할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제동 제어시스템(100)은 운전자의 의사와 무관하게 충돌 위험이 감지되면 차량(260)을 자동으로 정지시킴으로써 차량의 안전도를 높일 수 있다.
센서부(110)는 주행 중인 차량(260)의 앞쪽에 전방물체(280)가 있는지 여부를 감지하는 전방감지센서(111)와 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 상대속도 또는 차량(260)의 절대속도를 측정하는 차속센서(116)를 포함할 수 있다.
전방감지센서(111)로는 레이더(radar), 카메라(camera), 스캐너(scanner), 초음파센서, 광센서 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이러한 종류의 센서에 국한되는 것은 아니다. 또한, 자동주행제어(Auto Cruise Control) 기능이 탑재되어 있는 차량이라면 본 발명이 보다 용이하게 적용될 수도 있다.
한편, 전방감지센서(111)는 전방물체(280)의 존재 유무 뿐만 아니라 차량(260)과 전방물체(280) 간의 상대속도, 차량(260)과 전방물체(280) 간의 상대거리를 측정할 수도 있다. 특히, 전방감지센서(111)가 레이더(Radar)인 경우에는 차량(260)과 전방물체(280) 간의 상대속도를 측정할 수가 있다.
차속센서(116)는 차량(260)과 전방물체(280)의 상대속도 즉, 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 속도 또는 차량(260) 자신의 절대속도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 전방물체(280)가 움직이지 않은 상태에 대해 차량(260)의 속도를 구할 수 있다. 차속센서(116)는 차량(260) 또는 전방물체(280) 중 적어도 하나가 움직이는 경우에도 둘의 상대속도를 측정하거나 차량(260) 자신의 절대속도를 측정할 수 있다. 차속센서(116)는 단독으로 차량(260)의 상대운동을 측정할 뿐만 아니라, 전방감지센서(111)와 연동하여 차량(260)의 상대운동을 측정할 수도 있다.
센서부(110)는 전방물체(280)의 유무정보, 차량(260)의 상대속도 값 또는 절대속도 값을 제어부(130)로 전송하고, 제어부(130)는 센싱값을 이용하여 충돌 위험도를 연산할 수 있다.
운전자 조작부(120)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제동 제어시스템(100)의 성능을 운전자가 직접 결정할 수 있도록 조작할 수 있는 부분이다. 운전자 조작부(120)는 브레이크의 반응 속도를 결정하는 브레이크 반응속도 설정부(121)와 충돌 전 잔여거리(Dmin)을 설정하는 충돌 전 잔여거리 설정부(126)를 포함할 수 있다.
브레이크 반응속도 설정부(121)는 운전자가 직접 브레이크의 반응속도를 조절할 수 있도록 브레이크의 반응속도를 입력하거나 변경할 수 있는 부분이다. 여기서, 브레이크 반응속도는 브레이크 응답속도와 동일하거나 비슷한 의미를 가지며, 운전자 입장에서는 브레이크 페달을 급하게 밟는 사람이 있거나, 반대로 미리 밟아서 부드럽게 제동을 할 수 있도록 하는 사람이 있을 수 있는데, 이러한 운전자의 성향을 고려하여 브레이크 반응속도를 변수로 사용하여 운전자 성향에 맞게 브레이크의 반응속도 또는 브레이크의 응답속도를 조작할 수 있다.
브레이크 반응속도 설정부(126)는 운전자의 성향에 따라 반응속도변수(Jact)를 설정하거나 사용하여 제동 시점을 앞당기거나 늦출 수 있다. 브레이크의 반응 속도를 결정하는 부분은 후술하는 [수학식 1]에서는 Jact 변수이며, 이 값을 조정함으로써 차량(260)을 급격하게 제동할 것인지 부드럽게 제동할 것인지를 결정하게 된다.
운전자의 성향에 따라 차량(260)을 조금 늦게 제동시키려면 이 값을 조정해서 제동의 시점을 늦출 수 있고, 반대로 차량을 조금 늦게 제동시키는 것이 운전자에게 위기감을 느끼기 하는 경우에는 제동 시점을 당겨 차량이 부드럽게 제동되게 하여 안전하고 편안한 느낌이 들 수 있도록 브레이크 반응속도를 운전자의 성향에 따라 조작할 수 있다.
충돌 전 잔여거리 설정부(126)는 차량 제동 제어시스템(100)에 의해 차량(260)이 전방물체(280)와 충돌하기 전에 차량(260)이 완전히 정지한 경우, 전방물체(280)와 차량(260) 사이의 충돌 전 잔여거리(Dmin) 즉 충돌 전 남은 거리를 운전자로 하여금 설정하게 하는 부분이다. 운전자가 충돌 전 잔여거리(Dmin)를 길게 설정하면 차량(260)이 보다 빨리 제동하기 시작하게 되고, 충돌 전 잔여거리(Dmin)를 짧게 설정하면 차량(260)이 늦게 제동하기 시작하고 전방물체(280)에 근접한 지점에서 차량(260)이 멈추게 될 것이다. 충돌 전 잔여거리(Dmin)를 큰 값으로 설정하면 전방물체(280)와 차량(260)의 거리를 멀리 가져가는 것이며, 작을수록 차량(260)은 전방물체(280)에 가깝게 정지하게 된다.
제어부(130)는 차량 제동 제어시스템(100)이 작동할 수 있는 제어 수식이 실제로 탑재된 부분이며, 센서부(110)와 운전자 조작부(120)의 센싱값 및 설정값이 입력되어 연산되는 부분이다. 또한, 제어부(130)는 충돌 위험도에 따라서 차량(260)의 주행 상태를 제어하거나 결정할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(130)는 산출된 차량의 충돌 위험도에 따라서 스탠바이모드(210, Standby mode), 주행모드(220, Cruise mode), 제동모드(230, Brake mode) 및 정지모드(240, Stop mode)로 차량(260)의 주행 상태를 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(130)는 상기 4가지의 모드 순서대로 차량(260)의 주행 상태를 조절하며, 정지모드(240)가 수행되어 차량(260)이 완전히 정지된 후에 차량(260)이 다시 주행하게 되면 다시 스탠바이모드(210)가 수행될 수 있다.
첫 번째, 스탠바이모드(210)는 차량(260)의 앞쪽에 충돌할 수 있는 전방물체(280)가 없기 때문에 충돌 위험도가 없는 상황이다. 즉, 센서부(110)의 전방감지센서(111)에 의해 감지된 전방물체(280)가 없기 때문에 타겟거리(Dtarget)는 무한대(∞)가 되며, 이 모드에서는 차량(260)은 정상 주행 상태가 된다. 차속센서(116)는 차량(260)의 속도(Vcar)를 센싱하게 된다.
여기서, 타겟거리(Dtarget)는 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 거리이다. 도 2에서는 전방물체(280)가 고정된 벽으로 도시되어 있는데, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 전방물체(280)가 움직이는 물체일 수도 있다.
주행모드(220)는 차량(260)의 앞쪽에 전방물체(280)가 존재하는 것으로 감지되고, 에너지 방법으로 전방물체(280)와 차량(260)의 충돌 거리를 예측하게 된다. 여기서, 말하는 충돌 거리는 제동거리(Dstop)로써 제동을 시작하는 거리를 나타낸다. 즉, 제동거리(Dstop)는 차량(260)이 전방물체(280)와 충돌하지 않기 위해서 완전히 정지하는데 필요한 거리이다. 주행모드(220)의 경우, 예측된 제동거리(Dstop)가 차량과(260)과 전방물체(280) 사이의 실제 거리인 타겟거리(Dtarget) 보다 짧아서 아직 충돌 위험도가 낮은 상태를 나타내고 차량은 정상 주행을 하게 된다.
주행모드(220)에서 제어부(130)는 브레이크 반응속도변수(Jact)를 이용하여 차량(260)이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 예측함으로써 충돌 위험도를 판단할 수 있다. 제동거리(Dstop)는 다음 [수학식 1]에 의해서 산출될 수 있다.
Figure 112012073587186-pat00003
[수학식 1]에서 Dstop는 제동거리, Vcar는 차량속도, ax는 요구감속도, Jact는 반응속도이다. 요구감속도(ax)는 운전자가 설정하거나 조작할 수 있는 변수이다.
[수학식 1]에서 브레이크 반응속도 설정부(121)에서 운전자에 의해서 설정되는 브레이크 반응속도(Jact)는 [수학식 1]의 2번째 및 3번째 항에 사용되며, [수학식 1]은 에너지 방법을 사용하고 있다. 또한, [수학식 1]에서 브레이크 반응속도변수(Jact)를 크게 설정하면 제동거리(Dstop)가 작아져서 차량(260)은 급격하게 제동하게 되는 반면에, 작게 설정하면 제동거리(Dstop)가 커져서 차량(260)은 부드럽게 제동될 수 있다. [수학식 1]에서 알 수 있듯이, 운전자가 브레이크 반응속도변수(Jact)를 조작함으로써 운전자 스스로 차량을 갑자기 제동시킬 것인지, 부드럽게 제동시킬 것인지 결정할 수 있다. 이는 곧 운전자의 성향을 고려한 것이기 때문에 운전자의 편의성을 만족시킬 수도 있다.
또한, 제어부(130)는 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 거리인 타겟거리(Dtarget)와 제동거리(Dstop)의 차이에 해당하는 거리차이(Derr)를 계산하고, 거리차이(Derr)에 따라 상기 충돌 위험도를 판단할 수 있다. 거리차이(Derr)는 다음 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012073587186-pat00004
한편, 도 2에서 Derr _ offset은 허용거리이다. 여기서, 허용거리(Derr _ offset)는 차량(260)의 정지 제동이 시작되는 시점을 나타낸다. 주행모드(220)에서 거리차이(Derr)는 허용거리(Derr _ offset) 보다 큰 상태가 된다.
세 번째, 제동모드(230)는 전방물체(280)와 차량(260) 사이의 타겟거리(Dtarget)가 제동거리(Dstop)와 일치하거나 타겟거리(Dtarget) 보다 제동거리(Dstop)가 작기 때문에 차량(260)을 자동으로 제동하기 시작하는 모드이다. 제동모드(230)의 경우에는 거리차이(Derr)는 허용거리(Derr _ offset) 보다 작은 상태가 된다.
제동모드(230)에서는 에너지 방법을 사용하여 제동의 량을 결정하게 된다. 제동의 량은 하기 [수학식 3]에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112012073587186-pat00005
[수학식 3]에서 Brake는 제동력, Brkgain은 제동이득, Vcar는 차량속도, Dtarget은 타겟거리이다. 제동의 량은 차량의 속도(Vcar)의 제곱에 비례하고 타겟거리(Dtarget)에 반비례하는 값으로 표현될 수 있다.
마지막 정지모드(240)는 전방물체(280)와 차량(260)이 충돌하기 전 원하는 거리만큼 남겨두고 차량(260)을 완전히 정지시키는 제동력을 발생하는 모드이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 정지모드(240)에서 차량(260)은 전방물체(280)와 충돌 전 잔여거리(Dmin)를 남겨 둔 상태로 완전히 정지하게 된다. 정지모드(240)에서 타겟거리(Dtarget)는 충돌 전 잔여거리(Dmin) 보다 작고, 허용거리(Derr _ offset)는 타겟거리(Dtarget) 및 충돌 전 잔여거리(Dmin) 보다 큰 상태가 된다.
정지모드(240)에서는 차량(260)이 완전히 정차하게 되고 전방물체(280)와의 거리는 설계변수인 충돌 전 잔여거리(Dmin)만큼 남겨두게 된다.
이와 같이, 제어부(130)는 센서부(110)에서 측정한 차량속도(Vcar) 및 타겟거리(Dtarget)와 같은 측정변수, 요구감속도(ax), 브레이크 반응속도(Jact), 허용거리(Derr _ offset), 충돌 전 잔여거리(Dmin) 등과 같은 설계변수를 이용하여 차량(260)의 충돌 위험도를 판단하고, 충돌 위험도에 따라서 차량이 상기 4가지 모드에 따라 순서대로 움직이도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(130)는 차량(260)의 속도와 무관하게 제동부(140)를 작동시킬 수 있다. 제동부(140)는 제동부(130)에서 연산되어 나온 신호를 통해 실제로 차량(260)을 제동시키는 엑츄에이터(actuator)이다. 제동부(140)는 제어부(130)에 의해 작동되는데, 차량(260)이 저속으로 움직이는 경우 뿐만 아니라 고속으로 움직이는 경우에도 작동될 수 있다. 즉, 차량의 속도 크기에 무관하게 차량을 자동으로 제동시킬 수 있다.
제동부(140)는 스탠바이모드(210), 주행모드(220), 제동모드(230) 및 정지모드(240)의 순서로 차량(260)을 주행시키거나 제동시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법에 대해서 설명한다. 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법은 상기에서 설명한 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템(100)을 사용하여 차량 제동을 제어하는 방법이다.
도 3에 도시된 순서도를 참조하면, 본 발명에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법은, 차량(260)을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계(310), 차량(260)의 전방에 전방물체(280)가 존재하는지 여부를 감지하는 단계(320), 차량(260)이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340), 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 충돌 위험도를 판단하는 단계(350), 차량(260)의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계(360) 및 차량(260)이 전방물체(280)와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 충돌 전 잔여거리(Dmin)와 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 타겟거리(Dtarget)를 비교하는 단계(370)를 포함할 수 있다.
차량(260)을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계(310)는 제어부(130)에 의해 산출된 충돌 위험도에 따라 차량(260)을 스탠바이모드(210)로 주행시키는 단계이다. 즉, 전방감지센서(111)에 의해서 전방물체(280)가 감지 되기 전까지는 운전자의 의지 또는 속도 제어기(cruise controller, 미도시)로 설정된 속도로 차량은 일반적인 주행을 하게 된다.
이와 같이, 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계(310)는, 전방감지센서(111)가 전방물체(280)를 감지하기 전까지 차량(260)을 설정된 주행 속도로 주행시키면서 스탠바이모드(210)를 유지할 수 있다.
차량(260)의 전방에 전방물체(280)가 존재하는지 여부를 감지하는 단계(320)에서, 전방감지센서(111)에 의해서 전방물체(280)가 감지되면 전방물체감지신호를 생성하게 되며, 전방물체감지신호가 발생하면 차량 제동 제어시스템(100)이 작동하게 된다. 만약, 전방감지센서(111)가 전방물체(280)를 감지하지 않으면 일반주행 또는 스탠바이모드(210)가 실행된다.
차량(260)의 전방에 전방물체(280)가 존재하는지 여부를 감지하는 단계(320)에서, 전방물체(280)가 존재하지 않는 것으로 감지되면 차량(260)을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계(310)가 수행되고, 전방물체(280)가 존재하는 것으로 감지되면 전방물체감지신호를 생성하는 단계(330)가 수행되며, 전방물체감지신호를 생성하는 단계(330)의 수행 이후에 차량(260)이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340)가 수행될 수 있다.
전방물체감지신호가 발생되면, 차량(260)이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340)가 수행된다. 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340)는 주행모드(220)에서 수행될 수 있다. 주행모드(220)는 전방물체(280)가 감지되기 전 일반주행 상태와 동일하며, 운전자 의지 혹은 설정된 속도로 차량의 주행을 시도한다.
다시 말하면, 차량(260)이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340)는 주행모드(220)에서 수행되고, 주행모드(220)는 차량(260)을 설정된 주행 속도(220)로 주행시키는 단계(310)와 동일한 상태로 차량(260)을 주행시키며 전방감지센서(111) 및 차속센서(116)를 이용하여 제동거리(Dstop)를 계산할 수 있다. 보다 자세하게는 전방감지센서(111) 및 차속센서(116)의 센싱값을 이용하여 제동거리(Dstop)를 계산할 수 있다
차량이 정지하는데 필요한 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340)는 주행모드(220)에서 실행되고 제동을 하지 않으며 상기 [수학식 1]에 의해서 제동거리(Dstop)를 계산할 수 있다.
[수학식 1]에서 알 수 있듯이, 브레이크 반응속도변수(Jact)는 차량(260)의 브레이크 반응속도로서, 반응속도변수(Jact)에 따라 차량(260)의 제동시점 또는 제동거리(Dstop)가 달라질 수 있다.
전방물체(280)에 대한 차량(260)의 충돌 위험도를 판단하는 단계(350)는, 타겟거리(Dtarget)와 제동거리(Dstop)의 차이에 해당하는 거리차이(Derr)와 허용거리(Derr _ offset)의 크기를 비교하여 충돌 위험도를 판단하게 된다.
즉, 전방물체(280)에 대한 차량(260)의 충돌 위험도를 판단하는 단계(350)에서, 거리차이(Derr)가 허용거리(Derr _ offset) 보다 크면 제동거리(Dstop)를 계산하는 단계(340) 또는 주행모드(220)가 수행되고, 거리차이(Derr)가 허용거리(Derr _ offset) 보다 작으면 제동력을 계산하는 단계(360) 또는 제동모드(230)가 수행될 수 있다.
차량의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계(360)는 제동모드(230)에서 수행되고, 에너지 방법에 따라 상기 [수학식 3]에 의해서 제동력을 계산할 수 있다. 계산된 제동력에 따라 차량은 제동을 시작하게 되고, 타겟거리(Dtarget)와 충돌 전 잔여거리(Dmin)을 비교하여 제동모드(230)를 반복 수행하게 된다.
차량(260)이 전방물체(280)와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 충돌 전 잔여거리(Dmin)와 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 타겟거리(Dtarget)를 비교하는 단계(370)에서, 충돌 전 잔여거리(Dmin)가 타겟거리(Dtarget) 보다 크면 제동력을 계산하는 단계(360)가 수행되고, 충돌 전 잔여거리(Dmin)가 타겟거리(Dtarget) 보다 작으면 정지모드(240)가 수행되어 차량(260)을 완전히 정지시킬 수 있다.
차량을 정지시키는 단계(380) 또는 정지모드(240)는 전방물체(280)와 차량(260) 사이에 충돌 전 잔여거리(Dmin)가 유지되도록 차량(260)을 정지시킬 수 있다. 정지모드(240)에서는 차량(260)을 완전히 정지시킬 수 있는 제동력이 발생하게 된다.
도 4는 도 1에 따른 차량 제동 제어시스템의 검증 결과를 도시한 그래프이며, (a)는 차량의 속도를 나타내고, (b)는 브레이크 압력을 나타내며, (c)는 전방물체와 차량 간의 남은 거리를 나타낸다. 도 4는 차량(260)과 전방물체(280) 사이의 타겟거리(Dtarget)는 500m, 차량의 요구 속도(Vcar)는 100kph인 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제동 제어시스템(100)에 대해서 실험한 결과 그래프이다.
본 실험 내용은 전방물체(280)가 차량(260)의 500m 전방에 있다고 설정하였기 때문에 스탠바이모드(210)는 없다. 제동 제어시스템(100)은 바로 주행모드(220)에서 시작하게 된다.
주행모드(220)에서 차량은 충돌 위험도가 낮기 때문에 설정한 속도까지 가속 주행을 하게 된다. 그러다가 전방물체(280)와의 타겟거리(Dtarget)와 제동거리(Dstop)가 일치하는 약 22초부터 제동을 시작하는 제동모드(230)가 작동한다. 약 10초 동안을 제동을 하게 되고, 속도가 충분히 감소하고 전방물체(280)와 차량(260)의 거리가 가까워진 약 34초에 차량이 완전히 정지하는 정지모드(240)로 작동하게 된다. 도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제동 제어시스템(100) 및 제어방법에 의하면 차량(260)과 전방물체(280) 사이에 충돌 전 잔여거리(Dmin)를 확보한 상태로 차량이 자동적으로 제동됨을 확인할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템 및 제어방법은 상기 [수학식 1]을 통해서 차량의 충돌 위험도를 판별하게 된다. 충돌 위험도는 [수학식 1]에 의해 추정된 제동거리(Dstop)와 실제 전방물체와의 타겟거리(Dtarget)를 비교 하여 판별하는 것이다. 추정된 제동거리(Dstop)의 경우 [수학식 1]에서 브레이크 반응속도(Jact)값의 설정에 따라 제동거리(Dstop)의 길이가 달라지게 된다. 즉, 동일한 시점(차량의 속도)에서 추정된 제동거리(Dstop)의 값이 클수록 부드러운 제동을 시도하며, 추정된 제동거리(Dstop) 값이 작을수록 급격한 제동을 시도한다. 본 발명에 따른 차량 제동 제어시스템(100)을 안전시스템의 관점에서 비상브레이크(emergency brake)로 사용할 경우, [수학식 1]의 브레이크 반응속도(Jact)값을 최대 성능을 낼 수 있는 값으로 설정하면 되고, 편의 시스템으로 사용할 경우에는 브레이크 반응속도(Jact)값을 작게 조작하여 전방물체와의 거리가 충분히 먼 거리에서도 제동을 할 수 있도록 설정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템
110: 센서부 111: 전방감지센서
116: 차속센서 120: 운전자 조작부
121: 브레이크 반응속도 설정부 126: 충돌 전 잔여거리 설정부
130: 제어부 140: 제동부

Claims (16)

  1. 차량에 대한 전방물체의 유무를 감지하는 전방감지센서 및 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 상대속도 또는 상기 차량의 절대속도를 감지하는 차속센서를 구비한 센서부;
    상기 차량의 브레이크 응답속도를 결정하는 브레이크 반응속도 설정부 및 상기 차량이 정지한 경우 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 거리를 결정하는 충돌 전 잔여거리 설정부를 구비한 운전자 조작부;
    상기 센서부의 센싱값을 이용하여 상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 산출하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 산출된 충돌 위험도에 따라 상기 차량을 제동시키는 제동부;를 포함하고,
    상기 제동부는 상기 브레이크 반응속도 설정부에서 설정된 브레이크 응답속도에 따라 상기 차량이 제동되는 시점을 조절하는 것을 포함하며,
    상기 브레이크 반응속도 설정부는 운전자의 성향에 따라 반응속도변수를 사용하여 제동 시점을 앞당기거나 늦출 수 있는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 반응속도변수를 이용하여 상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 예측함으로써 상기 충돌 위험도를 판단하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리와 상기 제동거리의 차이에 따라 상기 충돌 위험도를 판단하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템.
  5. 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 차량의 속도와 무관하게 상기 제동부를 작동시키는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제동부는 스탠바이모드, 주행모드, 제동모드 및 정지모드 순서로 상기 차량을 주행시키거나 제동시키는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어시스템.
  7. 제6항에 따른 차량 제동 제어시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계;
    상기 차량의 전방에 상기 전방물체가 존재하는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계;
    상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계;
    상기 차량의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계; 및
    상기 차량이 상기 전방물체와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 충돌 전 잔여거리와 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리를 비교하는 단계;
    를 포함하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계는,
    상기 전방감지센서가 상기 전방물체를 감지하기 전까지 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키면서 상기 스탠바이모드를 유지하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차량의 전방에 상기 전방물체가 존재하는지 여부를 감지하는 단계에서,
    상기 전방물체가 존재하지 않는 것으로 감지되면 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계가 수행되고, 상기 전방물체가 존재하는 것으로 감지되면 전방물체감지신호를 생성하는 단계가 수행되며,
    상기 전방물체감지신호를 생성하는 단계의 수행 이후에 상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계가 수행되는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계는 상기 주행모드에서 수행되고,
    상기 주행모드는 상기 차량을 설정된 주행 속도로 주행시키는 단계와 동일한 상태로 상기 차량을 주행시키며 상기 전방감지센서 및 상기 차속센서를 이용하여 상기 제동거리를 계산하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차량이 정지하는데 필요한 제동거리를 계산하는 단계는 하기 [수학식 1]에 의해서 상기 제동거리를 계산하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
    [수학식 1]
    Figure 112012073587186-pat00006

    [수학식 1]에서 Dstop는 제동거리, Vcar는 차량속도, ax는 요구감속도, Jact는 반응속도이다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반응속도변수는 상기 차량의 브레이크 반응속도로서, 상기 반응속도변수에 따라 상기 차량의 제동시점 또는 상기 제동거리가 달라지는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전방물체에 대한 상기 차량의 충돌 위험도를 판단하는 단계는,
    상기 타겟거리와 상기 제동거리의 차이에 해당하는 거리차이와 허용거리의 크기를 비교하여 충돌 위험도를 판단하고,
    상기 거리차이가 상기 허용거리 보다 크면 상기 제동거리를 계산하는 단계가 수행되고, 상기 거리차이가 상기 허용거리 보다 작으면 상기 제동력을 계산하는 단계가 수행되는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 차량의 제동에 필요한 제동력을 계산하는 단계는,
    에너지 기법에 근거하고 하기 [수학식 3]에 의해서 제동력을 계산하는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
    [수학식 3]
    Figure 112012073587186-pat00007

    [수학식 3]에서 Brake는 제동력, Brkgain은 제동이득, Vcar는 차량속도, Dtarget은 타겟거리이다.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 차량이 상기 전방물체와 충돌하지 않고 정지하는 경우에 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 충돌 전 잔여거리와 상기 차량과 상기 전방물체 사이의 타겟거리를 비교하는 단계에서,
    상기 충돌 전 잔여거리가 상기 타겟거리 보다 크면 상기 제동력을 계산하는 단계가 수행되고, 상기 충돌 전 잔여거리가 상기 타겟거리 보다 작으면 상기 정지모드가 수행되어 상기 차량을 정지시키는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정지모드는 상기 전방물체와 상기 차량 사이에 상기 충돌 전 잔여거리가 유지되도록 상기 차량을 정지시키는, 브레이크 응답성능을 고려한 차량 제동 제어방법.
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