KR101427930B1 - 차량의 안전 운전시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

차량의 안전 운전시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티어링 휠의 각도와 차량내에 장착된 각종 센서들로부터 수집되는 정보를 기반으로 주행상태를 판정하고, 비정상적인 주행이 판정되면 이를 운전자에게 경보하여 사고 발생을 사전에 예방할 수 있도록 하는 차량의 안전 운전시스 템 제어방법이 개시된다.
본 발명은 주행상태에서 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 각속도를 포함하는 차량정보를 검출하는 과정; 차량정보를 분석하여 운전모드를 구분하고, 고속 운전모드이면 차속과 횡가속도를 적용하여 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단하는 과정; 노면상태의 판정에서 양호한 노면의 고속 주행일 때 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 비정상 운전 여부를 실시간으로 판정하고, 비정상 운전에 대한 경고 메시지를 설정된 소정의 방식으로 출력하는 과정를 포함한다.

Description

차량의 안전 운전시스템 및 그 제어방법{SAFETY DRIVING SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 안전 운전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티어링 휠의 각도와 차량내에 장착된 각종 센서들로부터 수집되는 정보를 기반으로 주행상태를 판정하고, 비정상적인 주행이 판정되면 이를 운전자에게 경보하여 사고 발생을 사전에 예방할 수 있도록 하는 차량의 안전 운전시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
차량에 대한 안정성이 중요시되면서 ESC(Electronic Stability Control), ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction Control System)등을 포함하는 다양한 능동 안전시스템이 개발되어 적용되고 있으며, 차량에 장착되는 다양한 센서와 영상 및 차량내 외부데이터를 통한 ADAS(Advanced Driver Assistance System)와 같은 넓은 개념의 안전편의시스템이 연구되고 있다.
또한, 차량의 운전 중에 운전자가 졸거나 또는 부주의한 상태로 운전할 때 경고음을 출력하여 안전 운전을 유도하는 다양한 방법이 제공된다.
한국등록특허 제191035호에 제시된 졸음 방지방법 기술은 차량내의 소정위치에 장착된 카메라로 운전자의 눈동자 움직임을 수집하여 눈이 감기는 것으로 판단되면 졸음 운전으로 판정하여 경고장치를 통해 소정의 형식으로 경고한다.
또한, 조향각센서로 차량의 주행 방향을 검출하여 차량의 주행 방향이 갑자기 틀어지거나 지그재그로 진행하는 경우 졸음 운전으로 판단하고 경고장치를 소정의 형식으로 경고한다.
그리고, 카메라로 차선을 감지하여 주행 차선을 이탈 여부를 감지하고, 주행 차선을 반복적으로 이탈하면 졸음 운전으로 판정하여 경고장치를 통해 소정의 형식으로 경고한다.
상기한 기술은 운전자의 눈동자 움직임을 정확하게 파악할 수 없는 단점이 있으며, 운전자의 인위적인 조작에 의한 조향각 변경이나 차선이동이 반복될 수 있으나, 이에 대하여 졸음 운전으로 판정하여 오경보를 출력할 수 있다.
공개특허공보 제10-2012-0106691호(2012.09.26.) 공개특허공보 제10-2011-0103764호(2011.09.21.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 그 목적은 스티어링 휠의 각도와 차량내에 장착된 각종 센서들로부터 수집되는 정보를 기반으로 주행상태를 판정하고, 비정상적인 주행이 판정되면 이를 운전자에게 경보하여 사고 발생을 사전에 예방할 수 있는 차량의 운전 안전 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 주행중에 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 각속도를 포함하는 차량정보를 검출하는 차량상태검출부; 상기 차량상태검출부에서 제공되는 정보를 분석하여 운전모드와 노면상태를 판정하고, 양호한 노면의 고속 주행일 때 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 비정상 운전 여부를 실시간으로 판정하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 따라 비정상 운전에 대한 경고 메시지를 설정된 소정의 방식으로 출력하여 사고 발생을 사전에 예방시키는 경보부를 포함하는 차량의 운전 안전시스템이 제공된다.
상기 차량상태검출부는 스티어링 휠의 각도 변화를 검출하는 스티어링 검출부; 주행 차속을 검출하는 차속검출부; 주행 차량의 종방향 움직임을 검출하는 종가속도검출부; 주행 차량의 횡방향 움직임을 검출하는 횡가속도검출부; 주행 차량의 각 속도 변화를 검출하는 각속도검출부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 차량의 종방향 가속도와 횡방향 가속도, 각속도 및 차속을 분석하여 운전모드를 저속, 중속, 고속으로 구분할 수 있다.
상기 제어부는 차량의 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단할 수 있다.
상기 제어부는 노면 정보에 차속 정보를 적용하여 노면이 양호한 도로의 고속 주행으로 판정되면 스티어링 휠 각도의 미세 움직임을 검출하여 휠 각도의 역전 횟수 평균, 역전시간의 평균, 역전간 각도의 변화량 평균을 연산하고, 연산된 값들이 설정된 정상범위를 벗어나는 경우 비정상 운전으로 판정하여 경고 메시지를 출력할 수 있다.
주행상태에서 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 각속도를 포함하는 차량정보를 검출하는 과정; 상기 차량정보를 분석하여 운전모드를 구분하고, 고속 운전모드이면 차속과 횡가속도를 적용하여 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단하는 과정; 상기 노면상태의 판정에서 양호한 노면의 고속 주행일 때 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 비정상 운전 여부를 실시간으로 판정하고, 비정상 운전에 대한 경고 메시지를 설정된 소정의 방식으로 출력하는 과정를 포함하는 차량의 운전 안전시스템 제어방법이 제공된다.
상기 운전자의 비정상 운전 판정은 스티어링 휠 각도의 미세 움직임을 검출하여 휠 각도의 역전 횟수 평균, 역전시간의 평균, 역전간 각도의 변화량 평균을 연산하고, 연산된 값들이 설정된 정상범위를 벗어나는 경우 비정상 운전으로 판정할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 스티어링 휠의 각도와 종/횡가속도, 각속도, 차속 등을 포함하는 정보로부터 운전모드와 노면상태 및 운전자 상태를 실시간으로 분석하여 졸음, 피로, 음주, 신체이상 등의 비정상 운전을 판정하여 설정된 경고 메시지를 출력하여 사고 발생을 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 운전 안전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 안전제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 운전 안전시스템에서 비정상 운전 판정의 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 운전 안전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량상태검출부(100)와 제어부(200) 및 경보부(300)를 포함한다.
상기 차량상태검출부(100)는 차량의 주행중에 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 차량의 종방향 가속도, 차량의 횡방향 가속도 및 각속도 등을 포함하는 제반적인 상태정보를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(200)에 제공한다.
상기 차량상태검출부(100)는 주행중에 운전자가 작동시키는 스티어링 휠의 각도 변화를 검출하는 스티어링 검출부(101), 변속기의 출력축 회전수로부터 주행 차속을 검출하는 차속검출부(102), 주행 차량에서 종방향의 움직임을 검출하는 종가속도검출부(103), 주행 차량에서 횡방향의 움직임을 검출하는 횡가속도검출부(104) 및 주행 차량의 각 속도 변화를 검출하는 각속도검출부(105)를 포함한다.
제어부(200)는 상기 차량상태검출부(100)에서 제공되는 정보로부터 운전모드와 노면상태를 판정하고, 판정된 운전모드 및 노면상태에서 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 상태를 실시간으로 분석하여 졸음, 피로, 음주, 신체이상 등의 비정상 운전 여부를 판정하고, 비정상 운전이 판정되면 경보부(300)를 통해 설정된 경고 메시지를 출력하여 사고 발생을 사전에 예방한다.
상기 제어부(200)는 상기 차량상태검출부(100)에서 제공되는 차량의 종방향 가속도와 횡방향 가속도, 각속도 및 차속 등을 분석하여 저속, 중속, 고속운전 등의 운전모드를 분석한다.
상기 제어부(200)는 저속이나 중속 운전모드는 보통 시내 운행, 국도 운행, 주차, 정체 등의 상황이 발생하므로 졸음 운전 등의 가능성이 상대적으로 낮고, 도로 굴곡도가 높고 회전이 많아 스티어링 휠 각 분석에서 운전자의 의지 외의 외부 여건이 많이 반영되므로 이러한 경우에서는 안전운전 모드를 실행하지 않는다.
따라서, 상기 제어부(200)는 설정된 일정시간 이상 스티어링 휠이 많이 움직이지 않는 고속 직선 주행에서 운전 안전모드가 실행된다.
상기 제어부(200)는 상기 차량상태검출부(100)에서 제공되는 차속과 횡가속도를 분석하여 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단한다.
상기 제어부(200)는 스티어링 휠 각도의 미세한 변화를 통하여 비정상 운전을 판정하므로 비포장 도로나 벨지안 도로를 주행하는 경우 노면 주행의 충격이 스티어링 휠로 전해져서 사용자의 의지 외에도 노이즈 성분이 많이 포함된다.
따라서, 제어부(200)는 노면 상태를 판정하여 비포장 도로나 벨지안 도로 등의 주행으로 노면 상태가 불량일 경우에는 비정상 운전 여부를 판정하지 않는다.
상기 제어부(200)는 상기 판단된 노면 상태의 정보에 차속 정보를 적용하여 노면이 양호한 도로를 고속으로 주행하는 상태로 판정되면 스티어링 휠 각도의 미세 움직임을 검출하여 휠 각도의 역전 횟수 평균, 역전시간의 평균, 역전간 각도의 변화량 평균 등을 연산하고, 그 값의 범위가 설정된 정상범위를 벗어날 경우 경고부(300)는 통해 설정된 경고 메시지를 출력하여 사고 발생을 사전에 예방한다.
상기 제어부(200)는 스티어링 휠 각도의 미세 움직임 분석에서 휠 각도의 역전 횟수가 적고 역전 간격이 높아질수록 졸음, 휠놓음, 힘빠짐 등의 비정상 운전 발생으로 판정하고, 휠 각도의 역전 횟수가 많고 역전 간격이 낮을수록 긴장, 초보, 음주 등의 비정상 운전으로 판정한다.
또한, 상기 제어부(200)는 스티어링 휠 각도의 움직임이 외부에서 보일 정도의 차량 거동으로 나타나는 정도이면 지그재그, 난폭/위험, 휠바로 잡음 등의 특성으로 판정한다.
경보부(300)는 부저 혹은 디스플레이로 구성되어, 제어부(200)에서 제공되는 경보 메시지를 설정된 소정의 형식으로 음성 또는 화면으로 표시하여 운전자에게 경보한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 차량의 운행이 개시되면(S101) 차량상태검출부(100)는 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 차량의 종방향 가속도, 차량의 횡방향 가속도 및 각속도 등을 포함하는 제반적인 상태정보를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(200)에 제공한다(S102).
이때, 제어부(200)는 차량상태검출부(100)에서 제공되는 차량의 종방향 가속도와 횡방향 가속도, 각속도 및 차속 등을 정보를 분석하여 저속, 중속, 고속운전 등의 운전모드를 판정한다(S103).
저속이나 중속 운전모드는 보통 시내 운행, 국도 운행, 주차, 정체 등의 상황이 발생하므로 졸음 운전 등의 가능성이 상대적으로 낮고, 도로 굴곡도가 높고 회전 등이 많아 스티어링 휠 각 분석에서 운전자의 의지외에 외부 여건이 많이 반영되므로 이러한 경우에서는 안전운전 모드를 실행하지 않는다.
따라서, 제어부(200)는 상기 S103에서 판정된 운전모드가 설정된 차속 이상이고, 설정된 일정시간 이상 스티어링 휠이 많이 움직이지 않는 고속 운전모드인지를 판단한다(S104).
상기 제어부(200)는 상기 S104의 판단에서 고속 운전모드로 판단되면 상기 차량상태검출부(100)에서 제공되는 차속과 횡가속도를 분석하여 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단하고(S105), 판단된 노면 상태가 양호한 도로인지를 판단한다(S106).
상기 제어부(200)는 스티어링 휠각의 미세한 변화를 통하여 비정상 운전을 판정하므로 비포장 도로나 벨지안 도로를 주행하는 경우 노면 주행의 충격이 스티어링 휠로 전해져서 사용자의 의지 외에도 노이즈 성분이 많이 포함된다.
따라서, 제어부(200)는 S106에서 판정된 노면 상태가 비포장 도로나 벨지안 도로 등의 주행으로 불량한 노면이면 비정상 운전 여부를 판정하지 않는다.
그러나 제어부(200)는 상기 S106에서 노면이 양호한 고속도로의 주행으로 판정되면 도 3에 도시된 바와 같이 스티어링 휠 각도의 미세 움직임 변화에 대한 휠 각도의 역전 횟수(P1,P2), 역전시간(△t) 및 역전간 각도의 변화량(H)를 검출한 다음 이들 각각을 평균한다(S107).
상기 제어부(200)는 상기 S107에서 평균된 휠 각도의 역전 횟수, 역전시간, 역전간 각도의 변화량을 설정된 정상범위의 기준값과 비교하여 운전상태를 판정한다(S108).
상기 제어부(200)는 S108의 운전상태 판정에서 스티어링 휠 각도의 미세 움직임 분석에서 휠 각도의 역전 횟수가 적고 역전 간격이 높아질수록 졸음, 휠놓음, 힘빠짐 등의 비정상 운전 발생으로 판정하고, 휠 각도의 역전 횟수가 많고 역전 간격이 낮을수록 긴장, 초보, 음주 등의 비정상 운전으로 판정한다.
또한, 상기 제어부(200)는 S108의 운전상태 판정에서 스티어링 휠 각도의 움직임이 외부에서 보일 정도의 차량 거동으로 나타나는 정도이면 지그재그, 난폭/위험, 휠바로 잡음으로 판정한다.
상기 제어부(200)는 상기 S108의 운전상태 판정에서 졸음, 피로, 음주, 신체이상 등의 비정상 운전이 판정되면(S109), 경보부(300)를 통해 음성이나 디스플레이, 경고음 등을 포함하는 설정된 소정의 방식으로 경고 메시지를 출력하여 운전자에게 통지함으로써, 사고가 발생을 사전에 예방할 수 있다(S110).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 차량정보검출부 200 : 제어부
300 : 경보부

Claims (8)

  1. 주행중에 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 각속도를 포함하는 차량정보를 검출하는 차량상태검출부;
    상기 차량상태검출부에서 제공되는 정보를 분석하여 운전모드와 노면상태를 판정하고, 양호한 노면의 고속 주행일 때 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 비정상 운전 여부를 실시간으로 판정하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 비정상 운전에 대한 경고 메시지를 설정된 소정의 방식으로 출력하여 사고 발생을 사전에 예방시키는 경보부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 노면 정보에 차속 정보를 적용하여 노면이 양호한 도로의 고속 주행으로 판정되면 스티어링 휠 각도의 미세 움직임을 검출하여 휠 각도의 역전 횟수 평균, 역전시간의 평균, 역전간 각도의 변화량 평균을 연산하고, 연산된 값들이 설정된 정상범위를 벗어나는 경우 비정상 운전으로 판정하여 경고 메시지를 출력하는 차량의 운전 안전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량상태검출부는 스티어링 휠의 각도 변화를 검출하는 스티어링 검출부;
    주행 차속을 검출하는 차속검출부;
    주행 차량의 종방향 움직임을 검출하는 종가속도검출부;
    주행 차량의 횡방향 움직임을 검출하는 횡가속도검출부;
    주행 차량의 각 속도 변화를 검출하는 각속도검출부;
    를 포함하는 차량의 운전 안전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 차량의 종방향 가속도와 횡방향 가속도, 각속도 및 차속을 분석하여 운전모드를 저속, 중속, 고속으로 구분하는 차량의 운전 안전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 차량의 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단하는 차량의 운전 안전시스템.
  5. 삭제
  6. 주행상태에서 스티어링 휠의 각도 변화, 주행 차속, 종방향 가속도, 횡방향 가속도, 각속도를 포함하는 차량정보를 검출하는 과정;
    상기 차량정보를 분석하여 운전모드를 구분하고, 고속 운전모드이면 차속과 횡가속도를 적용하여 속도별 횡방향 가속도의 변화시간과 떨림 폭을 연산하여 노면 상태를 판단하는 과정;
    상기 노면상태의 판정에서 양호한 노면의 고속 주행일 때 스티어링 휠의 각도 변화를 분석하여 운전자의 비정상 운전 여부를 실시간으로 판정하고, 비정상 운전에 대한 경고 메시지를 설정된 소정의 방식으로 출력하는 과정;
    를 포함하고,
    상기 스티어링 휠 각도의 미세 움직임을 검출하여 휠 각도의 역전 횟수 평균, 역전시간의 평균, 역전간 각도의 변화량 평균을 연산하고, 연산된 값들이 설정된 정상범위를 벗어나는 경우 비정상 운전으로 판정하는 과정;
    을 포함하는 차량의 운전 안전시스템 제어방법.
  7. 삭제
  8. 차량정보를 검출하는 차량상태검출부;
    상기 차량상태검출부에서 제공되는 정보를 분석하여 운전상태를 판정하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 따라 경고 메시지를 출력하는 경보부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 설정된 프로그램에 따라 동작되어 상기 제6항의 방법을 실행하여 양호한 노면의 고속 운전에서 운전자의 비정상 운전을 실시간으로 판정하고 경보 메시지를 출력하는 차량의 운전 안전시스템.
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