KR101418204B1 - 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비 - Google Patents

차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비 Download PDF

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박진섭
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교통안전공단
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Abstract

본 발명은 차량 방호울타리의 성능시험을 위하여 차량을 자동으로 운행시킬 수 있는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비와 관한 것으로서,
무인차량의 전방 시야를 확보할 수 있도록 하는 전방 카메라(11)와; 노면에 설치된 유도선(55)을 감지하는 유도 센서(12)를 포함하는 차선 유도부와; 조향 핸들을 제어하는 조향 제어부(16)와; 변속 기어를 조작하고 변속 위치를 감지하는 변속 제어부(13)와; 무인 차량에 구비된 각종 페달을 제어하는 페달 제어부(14)와; 무인차량의 속도를 감지하는 속도 측정부(15)와; 상기한 각 제어부를 통합제어하며 무인차량에 설치된 데이터 계측장비가 유선 연결된 메인 컨트롤러(10)와; 상기 메인 컨트롤러(10)에 무선 이더넷(12)으로 연결되어 차량의 주행 상황을 확인함과 아울러 상기 메인 컨트롤러(10)를 통해 차량의 각부를 제어하는 외부 모니터링 장치(20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비{Driving Apparatus of Driverless Vehicle for Test of Roadside Barriers}
본 발명은 차량 방호울타리의 성능시험을 위하여 차량을 자동으로 운행시킬 수 있는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 관한 것으로서, 특히 차량을 정해진 경로로 이동시켜 차량 방호울타리에 충돌시켜 차량 방호울타리의 성능을 시험할 수 있도록 한 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 관한 것이다.
일반적으로 도로를 주행하는 차량은 운전 부주의 등으로 인한 각종 교통사고의 위험에 노출되어 있다. 이에 따라 도로에서 차량의 이탈이나 정면 충돌과 같은 교통사고의 피해를 줄이기 위해 도로에는 각종 차량방호 안전시설이 설치되어 있다.
이러한 차량방호 안전시설에는 노측용 방호울타리, 중앙분리대용 방호울타리, 교량용 방호울타리 및 충격흡수시설 등이 있다.
흔히 '가드 레일'이라고 불리는 차량 방호울타리는, 차량의 충돌에 따른 변형 여부에 따라 가요성 방호울타리와 강성 방호울타리로 구분되고 있다. 일반적인 방호울타리는 가요성 방호울타리로 구성되어 있고, 시멘트 구조물 등이 강성 방호울타리에 해당한다.
이러한 차량 방호울타리는 실물차량의 충돌시험을 거치게 되는데, 크게 구조적인 안전 성능을 평가하기 위한 강도성능 기준과, 탑승자의 안전성을 평가하기 위한 탑승자 보호성능 기준, 그리고 충돌 후 충돌차량의 안전성능과 2차 피해를 방지하기 위한 성능 기준을 모두 만족하여야 안전한 차량 방호울타리로 인정되고 있다.
이러한 실물차량의 충돌시험시에는 안전을 위하여 사람이 탑승하지 않은 무인차량을 이용하게 된다.
상기 무인차량을 움직이기 위한 방법으로는 무인차량 구동장비를 이용하는 방법과 주행레일을 따라 케이블로 견인하는 방법이 있는데, 주행레일을 따라 케이블로 견인하는 방법의 경우 충돌 각도를 변화시킬 때마다 주행레일을 다시 설치해야 하는 단점이 있다.
한편, 무인차량 구동장비를 이용하여 차량을 이동시킬 경우에는 차량이 정해진 경로를 따라 이동하도록 제어하여야 한다. 이렇게 차량을 정해진 경로를 따라 제어하는 기술로는, 도로에 설치된 전선 또는 자석을 따라 차량이 이동하도록 하는바닥 감지방식과, 차량 전방의 정보를 확인하면서 차량이 이동하도록 하는 전방감지 방식이 있다.
한편, 무인차량의 구동과 관련한 선행기술들로는 다음의 특허문헌에 기재된 바와 같이 매우 다양하게 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 무인차량의 조향장치와 관련한 기술이 기재되어 있고, 특허문헌 2와 특허문헌 4에는 무인차량의 제동장치와 관련한 기술이 기재되어 있으며, 특허문헌 3은 무인차량의 변속장치와 관련한 기술이 기재되어 있고, 특허문헌 5에는 무인차량의 주행장치와 관련한 기술이 기재되어 있다.
그러나 상기한 선행기술들은 무인차량의 안전한 주행과 관련되어 있을 뿐 방호울타리의 성능을 시험하기 위한 차량의 구동과는 관련이 없다.
또한, 종래의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비는, 시험시 각종 데이터를 받는 계측기와 차량을 제어하기 위한 컨트롤러가 별개의 시스템으로 분리 운용되어 시험 후 결과 처리에 많은 시간이 요구되는 문제점이 있다.
KR 10-2001-0059335 A KR 10-2001-0059336 A KR 10-1999-0059787 A KR 10-1999-0053643 A KR 10-1999-0042854 A
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정해진 경로를 따라 이동하는 시험차량에 탑재되어 시험 결과를 측정하기 위한 계측기와 차량 제어를 위한 컨트롤러를 일체로 형성하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제어 기록과 측정 결과를 데이터베이스화함으로써 측정 결과에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있고 다양한 속도와 충돌각도로 시험을 실시할 수 있는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 시험시 각종 데이터를 받는 계측기와 차량을 제어하기 위한 컨트롤러를 일체로 형성함으로써, 시험 후 결과 처리시간을 단축할 수 있도록 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량 방호울타리에 무인차량을 충돌시켜 차량 방호울타리의 성능을 시험할 수 있도록 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 있어서, 무인차량의 내부에 설치되어 전방 시야를 확보할 수 있도록 하는 전방 카메라와; 노면에 설치된 유도선을 감지할 수 있도록 무인차량의 전방에 좌우 대칭으로 설치된 유도 센서를 포함하는 차선 유도부와; 조향 핸들에 설치되어 핸들을 조작하고 핸들의 회전각을 감지하는 조향 제어부와; 무인차량의 변속기에 설치되어 변속 기어를 조작하고 변속 위치를 감지하는 변속 제어부와; 무인차량에 설치된 가속 페달과 브레이크 페달을 조작하고 그 위치를 감지하는 페달 제어부와; 무인차량의 바퀴 외측에서 바퀴의 회전속도를 감지하는 속도 측정부와; 상기한 각 제어부를 통합제어하며 무인차량에 설치된 데이터 계측장비가 유선 연결된 메인 컨트롤러와; 상기 전방 카메라 및 메인 컨트롤러에 무선 이더넷으로 연결되어 차량의 주행 상황을 확인함과 아울러 상기 메인 컨트롤러를 통해 차량의 각부를 제어하는 외부 모니터링 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 상기 조향 제어부는, 조향 핸들의 축에 타이밍 벨트로 연결되어 조향 핸들을 회전시키는 DC 모터를 포함하여 구성되어 DC 모터에서 발생되는 모터 회전신호를 감지하여 조향핸들의 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 유도센서에 의해 무인차량을 제어하고 외부 모니터링 장치에 설치된 조이스틱을 이용하여 조향핸들과 가감속 페달을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 상기 변속 제어부는 변속축에 설치된 축 홀더와, 스크류 축을 이용하여 상기 축 홀더를 변속 방향에 대응하여 직선 이동시키는 하나 또는 두 개의 서보 모터와, 상기 축 홀더의 외측에서 상기 축 홀더의 이동을 안내하는 변속 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 상기 페달 제어부는 무인차량에 구비된 복수의 페달을 각각 독립적으로 구동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 상기 메인 컨트롤러는 주행기록을 분석할 수 있도록 DAS(Data Acquisition System)와 연결된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 상기 메인 컨트롤러는 각 제어부와 차선 유도부, 속도측정부, 전방 카메라, 데이터 계측부, 외부 모니터링 장치 및 배터리가 연결될 수 있도록 디지털 In/Out 16 채널을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 무인차량에 탑재되는 모든 제어회로는 내충격성, 내진성, 내열성을 갖는 충격완화장치를 구비하고, 상기 충격완화장치는 제어회로가 형성된 전자기판을 감싸는 알루미늄 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 의하면, 메인 컨트롤러가 복수의 제어부를 통해 무인차량 내부의 각종 조종장치를 제어함으로써, 실제와 동일한 조건에서 차량 방호울타리에 대한 충돌 시험을 실시할 수 있게 하여 시험 결과에 대한 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 외부 모니터링 장치를 통해 운전자의 시야를 확보한 상태에서 실제 차량과 동일하게 무인차량을 제어할 수 있으며, 차량 내부에 설치된 각종 조종장치를 원격 제어하여 시험자의 안전을 확보한 상태에서 충돌 속도와 충돌각도 등을 변경하면서 다양한 시험을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, DAS를 통해 각종 데이터를 수집하여 계측장치의 데이터와 비교하면서 무인차량을 운행할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 시험시 각종 데이터를 받는 계측기와 차량을 제어하기 위한 컨트롤러가 일체로 형성됨으로써 시험 후에 결과 처리시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 따르면, 무인차량 내부에 설치된 각종 제어장치들의 제어회로를 안전하게 보호할 수 있어 내충격성과 내진성을 구비한 하드웨어의 제작이 가능해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비를 이용한 시험 모습이 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비의 구성도.
도 3은 본 발명의 요부 구성인 메인 컨트롤러와 각 제어부의 연결 관계를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 요부 구성인 조향 제어부의 개념도.
도 5는 본 발명의 요부 구성인 변속 제어부의 개념도.
도 6은 본 발명의 요부 구성인 충격완화장치의 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비는, 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 차량 방호울타리(50)에 무인차량을 충돌시켜 차량 방호울타리(50)의 성능을 시험할 수 있도록 하는 장비이다.
상기한 무인차량 구동장비는, 무인차량의 내부에 설치되어 전방 시야를 확보할 수 있도록 하는 전방 카메라(11)와; 노면에 설치된 유도선(55)을 감지할 수 있도록 무인차량의 전방에 좌우 대칭으로 설치된 유도 센서(12)를 포함하는 차선 유도부와; 조향 핸들에 설치되어 핸들을 조작하고 핸들의 회전각을 감지하는 조향 제어부(16)와; 무인차량의 변속기에 설치되어 변속 기어를 조작하고 변속 위치를 감지하는 변속 제어부(13)와; 무인차량에 설치된 가속 페달과 브레이크 페달을 조작하고 그 위치를 감지하는 페달 제어부(14)와; 무인차량의 바퀴 외측에서 바퀴의 회전속도를 감지하는 속도 측정부(15)와; 상기한 각 제어부를 통합제어하며 무인차량에 설치된 데이터 계측장비가 유선 연결된 메인 컨트롤러(10)와; 상기 메인 컨트롤러(10)에 무선 이더넷(12)으로 연결되어 차량의 주행 상황을 확인함과 아울러 상기 메인 컨트롤러(10)를 통해 차량의 각부를 제어하는 외부 모니터링 장치(20);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 데이터 계측장비로는 독일 KAYSER-THREDE사(社)의 32채널 MINIDAU(K3700)과 같이 MS Window7 이상에서 제어되는 계측장비를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 메인 컨트롤러(10)는 도 3과 같이, 각 제어부와 차선 유도부, 속도측정부(15), 전방 카메라(11), 데이터 계측부, 무선 이더넷 장치(17) 및 배터리(19)를 연결하고 제어할 수 있도록 디지털 In/Out 32 채널을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외부 모니터링 장치(20)에 설치되며 리모트 컨트롤 기능이 구비된 조이스틱을 이용하여 조행핸들을 조작하고, 상기 외부 모니터링 장치(20)의 가감속 스위치 및 변속 스위치를 이용하여 무인차량의 변속기어 및 페달들을 조작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 조향 제어부(16)는 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 조향 핸들의 축에 설치된 조향 기어(16c)에 타이밍 벨트(16b)로 연결되어 조향 핸들을 회전시키는 모터(16a)를 구비한다.
이에 따라 상기 모터(16a)를 작동시키면 조향 기어가 설치된 조향 핸들이 회전하면서 차량의 조향이 이루어지게 된다. 이때, 무인차량의 조향 정도는 상기 모터(16a)의 회전수를 감지하여 파악하거나 속도측정부(15)에서 바퀴의 회전 정도를 감지하여 파악할 수 있다.
그리고, 상기 변속 제어부(13)는 변속축에 설치된 축 홀더(13c)와, 스크류 축(13b)을 이용하여 상기 축 홀더(13c)를 변속 방향에 대응하여 직선 이동시키는 하나 또는 두 개의 모터(13a)와, 상기 축 홀더(13c)의 외측에서 상기 축 홀더(13c)의 이동을 안내하는 변속 케이스(13d)를 포함한다.
또한 상기 변속 제어부(13)는 자동 변속기 차량 및 수동 변속기 차량 모두에 적용될 수 있다.
즉, 승용차와 같은 자동 변속기 차량의 경우에는 하나의 모터(13a)를 이용하여 변속축을 Y축 방향으로만 이동시키고, 트럭 등 수동 변속기 차량의 경우에는 두 개의 모터(13a)를 이용하여 변속축을 X축 방향과 Y축 방향으로 각각 이동시켜 원하는 변속위치로 변속축을 이동시켜 변속이 이루어지도록 한다.
또, 상기 페달 제어부(14)는 무인차량에 구비된 복수의 페달을 각각 독립적으로 구동시키기 위한 액츄에이터를 포함한다. 여기서 가속페달과 제동페달 및 클러치 페달을 독립적으로 구동할 수 있다면 액츄에이터의 종류나 작동 방식은 어느 것을 사용하여도 무방하다.
한편, 상기 메인 컨트롤러(10)는 상기 데이터 계측장비 외에도 주행기록을 분석할 수 있도록 DAS(Data Acquisition System, 18)와 연결되는 것이 바람직하다. 이에 따라 무인차량이 유도선을 따라 주행하여 차량 방호울타리에 충돌할 때까지의 각종 주행기록을 분석할 수 있게 된다.
그리고, 무인차량에 탑재되는 모든 제어회로는 독립적인 충격완화장치(30)를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 충격완화장치는 도 6과 같이, 제어회로가 형성된 전자 기판(31)을 감싸주는 완충실리콘(32)과, 상기 전자 기판(31)과 완충실리콘(32)이 내장되는 알루미늄 케이스(33)로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라 차량의 각종 제어회로에 대한 내충격성 및 내진성을 갖출 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비는, 실제 차량에서 운전자가 직접 조작하는 것과 마찬가지로 무인차량을 제어하여 차량 방호울타리에 충돌시킴으로써 차량 방호울타리에 대한 성능시험의 신뢰도를 향상시키게 된다.
성능 시험자는 외부 모니터링 장치(20)에서 메인 컨트롤러(10)를 통해 무인차량의 내부에 구비된 변속기와 페달 및 조향 핸들과 같은 각종 조종장치를 원격 제어한다. 이에 따라 실제 사람이 탑승했을 때와 동일한 방식으로 무인차량이 운행될 수 있도록 한다.
이때, 전방 카메라(11)를 통해 시야를 확보함으로써 외부 모니터링 장치(20)에서 화면을 통해 실제 운전자와 동일한 전방 시야를 확보할 수 있다. 이 상태에서 조이스틱과 가감속 스위치 및 페달 스위치를 조작하여 조향 핸들과 변속기어 및 각종 페달을 움직여 무인차량을 조정한다.
이와 동시에 차량 전방 범퍼의 좌우에 설치된 유도 센서(12)를 이용하여 무인차량이 유도선(55)으로부터 어느 정도 벗어나는지를 확인하여 보정할 수 있으며, 차량의 주행과 관련한 차량의 모든 데이터가 DAS(18)를 통해 메인 컨트롤러(10)로 입력된다.
이에 따라 메인 컨트롤러(10)는 데이터 계측장치에 의해 계측된 데이터와 실시간으로 비교하게 되고, 이를 이용하여 무인차량을 정밀하게 제어하면서 차량 방호울타리에 대한 실차 충돌시험을 실시할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
10...메인 컨트롤러(Main Controller)
11...전방 카메라
12...유도 센서
13...변속 제어부
13a...모터
13b...스크류 축
13c...축 홀더(Holder)
13d...변속 케이스
14...페달 제어부
15...속도 측정부
16...조향 제어부
16a...모터
16b...타이밍 벨트
16c...조향 기어
17...무선 이더넷(Ethernet) 장치
18...DAS
19...배터리
20...외부 모니터링 장치
30...충격완화장치
31...전자 기판
32..완충실리콘
33...알루미늄 케이스
50...차량 방호울타리
55...유도선

Claims (8)

  1. 차량 방호울타리(50)에 무인차량을 충돌시켜 차량 방호울타리(50)의 성능을 시험할 수 있도록 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비에 있어서,
    무인차량의 내부에 설치되어 전방 시야를 확보할 수 있도록 하는 전방 카메라(11)와;
    노면에 설치된 유도선(55)을 감지할 수 있도록 무인차량의 전방에 좌우 대칭으로 설치된 유도 센서(12)를 포함하는 차선 유도부와;
    조향 핸들에 설치되어 핸들을 조작하고 핸들의 회전각을 감지하는 조향 제어부(16)와;
    무인차량의 변속기에 설치되어 변속 기어를 조작하고 변속 위치를 감지하는 변속 제어부(13)와;
    무인차량에 설치된 가속 페달과 브레이크 페달을 조작하고 그 위치를 감지하는 페달 제어부(14)와;
    무인차량의 바퀴 외측에서 바퀴의 회전속도를 감지하는 속도 측정부(15)와;
    상기한 각 제어부를 통합제어하며 무인차량에 설치된 데이터 계측장비가 유선 연결된 메인 컨트롤러(10)와;
    상기 메인 컨트롤러(10)에 무선 이더넷(17)으로 연결되어 차량의 주행 상황을 확인함과 아울러, 상기 메인 컨트롤러(10)를 통해 차량의 각부를 제어하는 외부 모니터링 장치(20);를 포함하고,
    상기 조향 제어부(16)는, 조향 핸들의 축에 타이밍 벨트로 연결되어 조향핸들을 회전시키는 모터(16a)를 포함하여 구성되어, 상기 모터(16a)에서 발생되는 모터 회전신호를 감지하여 조향핸들의 위치를 결정하며,
    상기 유도센서(12)에 의해 무인 차량을 제어하고, 외부 모니터링 장치(20)에 설치된 조이스틱을 이용하여 조행핸들과 가감속 페달을 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변속 제어부(13)는, 변속축에 설치된 축 홀더(13c)와, 스크류 축(13b)을 이용하여 상기 축 홀더(13c)를 Y축 방향 또는 X축 및 Y축 방향으로 이동시키는 하나 또는 두 개의 모터(13a)와, 상기 축 홀더(13c)의 외측에서 상기 축 홀더(13c)의 이동을 안내하는 변속 케이스(13d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 페달 제어부(14)는, 무인차량에 구비된 복수의 페달을 각각 독립적으로 구동시키기 위한 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러(10)는 주행기록을 분석할 수 있도록 DAS(Data Acquisition System, 18)와 연결된 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러(10)는, 각 제어부와 차선 유도부, 속도측정부(15), 전방 카메라(11), 데이터 계측부, 무선 이더넷 장치(17) 및 배터리(19)가 연결될 수 있도록 디지털 In/Out 32 채널을 구비한 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
  8. 제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    무인차량에 탑재되는 모든 제어회로는 내충격성, 내진성, 내열성을 갖는 충격완화장치(30)를 구비하고, 상기 충격완화장치는 제어회로가 형성된 전자 기판(31)을 감싸는 알루미늄 케이스(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 방호울타리 시험용 무인차량 구동장비.
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