KR101763915B1 - 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템 - Google Patents

차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

이동통신 단말기, 상기 이동통신 단말기와 블루투스 통신에 의하여 연결되는 차량상태 모니터링 장치, 및 상기 차량상태 모니터링 장치에 의하여 수집된 차량상태에 관한 데이터 그리고 상기 이동통신 단말기에 의하여 생성된 차량의 위치 및 진동에 관한 데이터를 상기 이동통신 단말기로부터 수신하고, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터로부터 도로상태를 평가하며, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터와 상기 평가한 도로상태에 기초하여 안전운전을 안내하는 안전운전 안내서버를 포함하는 빅데이터 수집 및 분석 시스템이 개시된다. 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서, 상기 안전운전 안내서버는 상기 차량의 위치 및 속도에 따른 진동수준 또는 진동패턴을 평가하여 해당 위치의 도로상태를 안전 또는 위험으로 평가하고, 어떤 차량이 도로상태가 위험한 속도로 주행하고 있는 경우에, 해당 차량의 상기 이동통신 단말기에게 도로상태가 안전하게 되는 속도 이하로 차량의 속도를 줄이라는 알림을 통지하는 것이다. 본 발명에 따른 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 차량상태에 관한 정보로부터 도로상태를 평가하고, 그러한 도로상태에 따라 운전자가 안전운전을 수행할 수 있게 하는 속도를 안내함으로써 운전자가 안전하게 운전할 수 있게 한다.

Description

차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템{System For Collecting And Analyzing Big Data By Monitoring Car's And Road's Conditions}
본 발명은 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동일한 도로를 주행하는 많은 차량들로부터 수신한 차량상태에 관한 데이터에 기초하여 차량 위치 및 속도에 따른 도로상태를 안전 또는 위험으로 평가하여 운전자에게 도로상태에 따라 안전한 속도로 주행할 수 있게 안내하는, 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 차량의 안전운전 및 연비향상 운전에 관한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 안전운전을 위한 전자장치가 차량에 탑재되고 있다. 또한 연비향상 운전을 유도하기 위하여, 차량에 탑재된 차량진단기(OBD)에 의하여 제공되는 차량상태에 관한 정보를 운전자에게 제공하는 차량상태 모니터링 장치가 개발되어 왔다.
차량상태에 관한 정보를 모니터링하는 기술에 관한 제안은 특허등록 제10-0400347호(2003. 09. 22. 등록), 특허공개 제2002-0007474호(2002. 01. 29. 공개), 특허공개 제2002-0048459호(2002. 06. 24. 공개), 특허공개 제2001-0100954호(2001. 11. 14. 공개), 특허공개 제2003-0039108호(2003. 05. 17. 공개), 특허등록 제10-0866617호(2008. 10. 28. 등록), 특허등록 제10-1430071호(2014. 08. 07. 등록) 등에서 찾을 수 있다.
한편, 특허등록 제10-1418091호(2014. 07. 03. 등록)는 데이터 베이스와 차속 보정을 이용한 노면 평탄성 측정 시스템 및 방법을 개시한다. 이 특허발명은 차량의 주행 중 발생하는 차량의 기울기나 진동의 변화를 근거로 하여 노면의 평탄성을 측정하고, 차량의 고유한 주행 상황으로 인해 발생하는 기울기나 진동의 변화를 필터링하여 신뢰성있는 노면의 평탄성 정보를 제공하는 것으로서, 차량의 속도와 상관없이 노면의 평탄성을 측정할 수 있는 것이다.
이외에도 노면의 평탄성 측정에 관한 발명들은 특허등록 제10-1168503호(2012. 07. 18. 등록), 특허등록 제10-1206064호(2012. 11. 22. 등록) 등에서 찾을 수 있다.
상기한 특허등록 제10-1418091호는 차량의 기울기에 따라 측정한 도로상태를 예를 들어, 안전단계, 위험단계 및 보수단계로 구분하여 체계적인 도로관리를 할 수 있다고 제안하였다. 그러나, 이러한 제안은 체계적인 도로관리의 관점에서 제안된 것일 뿐이고, 운전자의 안전운전을 위한 직접적인 지침을 주기는 어렵다.
운전자가 안전하게 운전을 하기 위해서는 도로의 상태를 단순하게 아는 것만으로는 부족하다. 운전자가 안전운전을 하기 위해서는 도로의 상태에 따라 어느 정도의 속도로 주행을 하여야 안전할 수 있는지에 대한 지침이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은 운전자가 도로상태에 따라 안전운전을 수행할 수 있게 하는 속도를 안내함으로써 운전자가 안전하게 운전을 할 수 있게 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 차량이 경사도로의 내리막구간을 주행하고 있을 때 연료차단 관성주행을 수행하라는 알림을 운전자에게 통지함으로써 운전자가 연료차단 관성주행을 수행하게 하여 차량의 연비를 향상시키는, 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 블루투스 통신을 지원하고, 또한 GPS 수신기와 진동센서를 구비하는 이동통신 단말기, 차량에 내장된 차량진단기(OBD)에 유선 또는 무선 통신에 의하여 연결되고 또한 상기 이동통신 단말기와 블루투스 통신에 의하여 연결되는 차량상태 모니터링 장치, 및 상기 차량상태 모니터링 장치에 의하여 수집된 차량상태에 관한 데이터 그리고 상기 이동통신 단말기에 의하여 생성된 차량의 위치 및 진동에 관한 데이터를 상기 이동통신 단말기로부터 수신하여 자신의 데이터베이스에 저장하고, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터로부터 도로상태를 평가하며, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터와 상기 평가한 도로상태에 기초하여 안전운전을 안내하는 안전운전 안내서버를 포함한다.
상기 안전운전 안내서버는 상기 차량의 위치 및 속도에 따른 진동수준 또는 진동패턴을 평가하여 해당 위치의 도로상태를 안전 또는 위험으로 평가하고, 어떤 차량이 도로상태가 위험한 속도로 주행하고 있는 경우에, 해당 차량의 상기 이동통신 단말기에게 도로상태가 안전하게 되는 속도 이하로 차량의 속도를 줄이라는 알림을 통지하는 것이다.
상기 안전운전 안내서버는 상기 차량의 위치 및 속도에 따른 진동패턴으로부터 해당 위치의 도로 상태를 보통 도로, 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중 어느 하나로 평가하고, 상기 알림시에 그러한 사항을 통지하는 것이 바람직하다.
상기 안전운전 안내서버는 어떤 차량이 도로상태가 위험한 속도로 주행하고 있지 않더라도 해당 차량의 전방에 위험요소를 갖는 도로상태, 즉 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중 어느 하나가 있는 경우에 그러한 도로상태에서 안전하게 운전할 수 있는 안전속도를 상기 이동통신 단말기에게 통지하는 것이 바람직하다.
상기 안전운전에 관한 상기 알림의 내용은 상기 해당 위치에 대하여 상기 알림을 받는 차량보다 선행한 다른 차량들로부터 수신한 데이터를 기초로 하여 평가한 것이 바람직하다.
상기 안전운전 안내서버는 상기 차량이 경사도로의 내리막구간을 주행하고 있는 때에는 연료차단 관성주행을 수행하라는 알림을 상기 이동통신 단말기에게 통지하는 단계;
상기 내리막구간의 시작지점 또는 연료차단 관성주행 시작지점에서 상기 차량의 속도(V1), 즉 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출하는 단계;
상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정하는 단계;
주행저항력(F) = 차중(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
상기 식(1)에 의하여 감속도(a퓨얼컷)를 산출하는 단계;
V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
상기 식(2)에 의하여 V = V2가 될 때까지 연료차단 관성주행 중 상기 차량의 속도(V) 프로파일을 산출하는 단계;
s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
상기 식(3)에 의하여 상기 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 산출하는 단계;
V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
상기 식(4)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후, 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸리는 시간(Δt재가속)을 산출하는 단계;
s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
(여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
상기 식(5)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 산출하는 단계;
상기 내리막구간의 시작지점으로부터 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 상기 내리막구간의 길이(s) 또는 상기 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)를 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단하는 단계;
상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정하는 단계;
상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계;
상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 증가시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계; 및
상기 차량이 상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 하고 있을 때, 상기 차량의 속도가 상기 내리막구간에서 상기 확정적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)에 도달할 때, 재가속을 실행하라는 알림을 상기 이동통신 단말기에게 통지하는 단계를 수행하는 것일 수 있다.
주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차중 x 중력가속도 …………… (1-2)
공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
구배저항력 = 차중 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
(여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
(상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
상기 주행저항력(F)은 상기 내리막구간에서 상기 식들에 의하여 산출되는 것이 바람직하다.
상기 안전운전 안내서버는 소모품 교환주기에 다다른 상기 차량의 상기 이동통신 단말기에게 해당 소모품의 교환에 관한 안내를 제공하거나, 상기 차량에 내장된 상기 차량진단기(OBD)가 진단한 상기 차량의 고장 또는 이상상태에 관한 안내를 제공하는 것이 바람직하다.
상기 안전운전 안내서버는 또한 유선 또는 무선 통신에 의하여 차량 제조사 또는 판매사 또는 차량 정비업체의 컴퓨터에게 교환하여야 할 상기 소모품 내역 또는 차량의 고장 또는 이상상태를 해결하기 위한 정비내용을 통지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 차량상태에 관한 정보로부터 도로상태를 평가하고, 그러한 도로상태에 따라 운전자가 안전운전을 수행할 수 있게 하는 속도를 안내함으로써 운전자가 안전하게 운전할 수 있게 한다. 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 또한 경사도로의 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 운전자에게 권유함으로써 차량의 연비향상에 기여한다. 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 또한 운전자에게 그리고 차량 제조사, 차량 판매사 또는 차량 정비업체에게 소모품 교환 및 차량의 고장 또는 이상상태에 관한 안내를 제공함으로써 운전자가 차량 관리를 편리하게 수행할 수 있게 해준다.
도 1은 본 발명의 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안내서버의 안전운전에 관한 작동을 나타낸 흐름도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안내서버의 연비향상 운전에 관한 작동을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안내서버가 차량의 기준속도(V1)를 설정하는 한 방식에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안내서버가 차량의 기준속도(V1)를 설정하는 다른 방식에 대한 흐름도이다.
도 8은 내리막구간에서 연료차단 관성주행 없이 주행한 실험에서 얻은 연료소모율과 연비를 나타낸 도면이다.
도 9는 내리막구간에서 연료차단 관성주행 및 재가속을 한 실험에서 얻은 연료소모율과 연비를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 이은 재가속주행이 최적의 연비를 얻을 수 있는 방법임을 입증하는 시뮬레이션을 수행하는 상황을 설명한 도면이다.
도 11은 도 10의 시뮬레이션에 따른 계산 결과를 보여주는 표이다.
도 12는 도 10의 시뮬레이션에 따른 계산 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 도 10의 시뮬레이션에 따른 다른 계산 결과를 보여주는 표이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 이동통신 단말기(100), 차량상태 모니터링 장치(200) 및 안전운전 안내서버(300)를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 차량상태 모니터링 장치(200)는 차량에 내장된 차량진단기(OBD)(400)에 유선 또는 무선 통신에 의하여 연결되는 것이고 또한 이동통신 단말기(100)와 블루투스 통신에 의하여 연결되는 것이다. 통상적으로 차량상태 모니터링 장치(200)는 차량 OBD(400)와의 연결을 위한 인터페이스 그리고 이동통신 단말기와 블루투스 통신을 하기 위한 블루투스 모듈을 가진다. 또한 차량상태 모니터링 장치(200)는 차량 OBD(400)를 통하여 수신한 차량상태에 관한 데이터를 이동통신 단말기에게 전송하는 작업을 수행하며, 이를 위하여 제어부 및 메모리부를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 이동통신 단말기(100)는 블루투스 통신을 지원하고, GPS 수신기와 진동센서를 구비하는 것이며, 바람직하게는 스마트폰일 수 있다. 이동통신 단말기(100)는 차량상태 모니터링 장치(200)로부터 차량상태에 관한 데이터를 수신하여 안내서버(300)에게 전송한다. 이동통신 단말기(100)는 또한 GPS 수신기와 진동센서를 사용하여 스스로 차량상태에 관한 데이터도 생성하여 그것을 마찬가지로 안내서버(300)에게 전송한다. GPS 수신기에 의해서는 차량의 위치에 관한 정보가 생성되며, 진동센서에 의해서는 차량의 진동수준 및 진동패턴에 관한 데이터가 생성된다. 여기에서 차량의 진동수준은 어떤 시각에서의 차량의 진동의 진폭을 나타내는 것이고, 진동패턴은 어떤 시간범위에서 나타나는 진동진폭의 집합 및 진동진폭의 변화를 나타내는 것이다.
본 발명에서 안전운전 안내서버(300)는 차량상태 모니터링 장치(200)에 의하여 수집된 차량상태에 관한 데이터 그리고 이동통신 단말기(100)에 의하여 생성된 차량의 위치 및 진동에 관한 데이터를 이동통신 단말기(100)로부터 수신하여 자신의 데이터베이스에 저장하는 것이다. 안내서버(300)는 그렇게 수신한 차량상태에 관한 데이터로부터 도로상태를 평가하고, 또한 수신한 차량상태에 관한 데이터와 평가한 도로상태에 기초하여 안전운전에 관한 지침을 이동통신 단말기(100)에게 통지함으로써 운전자에게 안전운전을 안내하는 것이다.
구체적으로, 본 발명에서 안전운전 안내서버(300)는 차량의 위치 및 속도에 따른 진동수준 또는 진동패턴을 평가하여 해당 위치의 도로상태를 안전 또는 위험으로 평가하고, 어떤 차량이 도로상태가 위험한 속도로 주행하고 있는 경우에, 해당 차량의 상기 이동통신 단말기에게 도로상태가 안전하게 되는 속도 이하로 차량의 속도를 줄이라는 알림을 통지하는 것이다. 안전운전 안내서버(300)는 어떤 차량이 도로상태가 위험한 속도로 주행하고 있지 않더라도 해당 차량의 전방에 위험요소를 갖는 도로상태가 있는 경우에 그러한 도로상태에서 안전하게 운전할 수 있는 안전속도를 이동통신 단말기에게 통지하는 것일 수 있다. 위험요소를 갖는 도로상태는 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중 어느 하나일 수 있다.
이제, 도 2를 참조하여 안내서버(300)가 차량상태에 관한 데이터로부터 어떻게 도로상태를 평가하는지 그리고 어떻게 안전운전을 안내하는지에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
안내서버(300)는 먼저 이동통신 단말기(100)로부터 차량상태에 관한 데이터를 수신하여 자신의 데이터베이스에 저장한다(단계 S100). 본 발명에서 사용되는 차량상태에 관한 데이터는 차량의 속도, 위치, 진동수준, 진동패턴, 속도변화 또는 가속도, 브레이크 작동 여부, 가속페달 작동 여부 등일 수 있다. 이러한 데이터는 하나의 차량에 대하여만 수집되는 것이 아니라 각종 도로를 주행하는 매우 많은 차량으로부터 수집되는 것이다.
차량상태 모니터링 장치(200) 및 이동통신 단말기(100)는 실시간으로 연속적으로 차량상태에 관한 데이터를 수집하고 생성하지만, 동일한 시간간격으로 안내서버(300)에게 전송하는 것은 안내서버(300) 및 통신네트워크에 상당한 부담을 주기 때문에 일반적으로는 차량상태 모니터링 장치(200)가 데이터를 수집하는 시간간격 및 이동통신 단말기(100)가 데이터를 생성하는 시간간격보다는 긴 시간간격 마다 이동통신 단말기(100)가 안내서버(300)에게 그러한 데이터를 전송하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이동통신 단말기(100)는 차량상태에 관한 데이터를 3초 간격, 1초 간격 또는 0.1 간격 마다 안내서버(300)에게 전송할 수 있다.
매우 많은 차량으로부터 수집되는 차량상태에 관한 데이터에 대하여, 안내서버(300)는 각 차량의 진동수준이 임계치보다 큰지 여부를 판단한다(단계 S110). 이때 각 차량의 속도 등의 조건은 매우 다양할 것이다. 어떤 차량의 진동수준이 임계치보다 크다면 그것은 일반적으로 도로상태가 그 속도에서 주행하기에 적합하지 않은 것으로 평가할 수 있다.
도로상태는 예를 들어, 보통상태의 도로 또는 정상적인 도로, 포트홀(pot hole), 과속방지턱을 포함하는 돌출턱, 비포장도로를 포함하는 거친도로, 젖은 도로, 결빙구간 및 모래가 뿌져진 도로와 같은 미끄러운 도로, 굽은 도로 등으로 평가할 수 있다. 이 중에서 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로, 굽은 도로는 잠재적으로 안전운전에 위험요소가 되는 도로상태이다. 이러한 위험요소가 있는 도로에서는 차량의 속도가 높으면 사고로 이어질 수 있으므로 차량의 속도를 적절하게 낮추어야 한다.
일반적으로 운전자는 자신의 운전경험에 비추어 전방의 도로상태에 따라 속도조절을 하면서 운전을 하지만, 아주 노련한 운전자라도 착오를 일으킬 수 있으며, 초보운전자 또는 숙련이 덜 된 운전자는 전방의 도로상태를 잘못 판단함으로써 위험한 상황을 초래할 수도 있다. 따라서, 상기와 같은 위험요소가 있는 도로상태에서는 제한속도보다 훨씬 낮은 속도로 주행하여야 하는 경우가 많으며, 그렇지 않은 경우에는 교통사고 또는 차량의 파손으로 이어질 수 있다.
안내서버(300)는 단계 S110에서 어떤 차량의 진동수준이 임계치보다 크다면 그것은 그 차량이 있는 위치의 도로상태가 그 차량의 속도에 대해서는 위험한 상태라고 판단하고 그러한 사실을 후행하는 차량의 운전자에게 알림으로써 운전자가 그러한 위험을 미연에 방지할 수 있게 한다. 따라서, 본 발명은 선행하는 차량들에 대한 차량상태로부터 도로상태를 평가한 후에 후행하는 차량들에게 속도에 따른 도로상태를 통지함으로써 안전운전을 도모하는 것이다.
다시 도 2로 돌아가서 설명을 계속하면, 안내서버는 어떤 차량의 진동수준이 임계치보다 작다면 도로상태에 관한 위험요소를 파악하지 못하였으므로, 단계 S100으로 돌아가 계속적으로 차량상태에 관한 데이터를 수신하고 저장한다.
한편, 어떤 차량의 진동수준이 임계치보다 크거나 같다면 위에서 언급한 바와 같이, 그것은 그 차량이 있는 위치의 도로상태가 그 차량의 속도에 대해서는 위험하다는 것을 의미하므로, 다음으로 차량의 진동수준에 더하여 진동패턴을 분석하여 도로상태가 어떤 이벤트 종류에 해당하는지를 평가한다(단계 S120). 여기에서, 도로상태의 이벤트 종류라 함은 도로상태가 위험요소를 가지는 것으로서, 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중에서 어느 것에 해당하는지를 의미하는 것이다.
진동패턴은 임계치를 넘는 진동수준을 가진 시각을 기준으로 그러한 기준시각의 전후로 미리 정해진 시간범위에 대하여 나타나는 진동진폭의 집합을 의미하는 것이다. 이러한 진동패턴을 검토하면, 도로상태가 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중에서 어느 것에 해당하는지를 파악할 수 있게 된다.
이를 위하여 사전에 차량의 속도별로 각 도로상태에 따른 진동패턴이 어떻게 나타나는지에 대한 실험을 함으로써 기준 진동패턴을 마련할 수 있다. 기준 진동패턴을 마련하는 실험은 다양한 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로에 대하여 여러번 수행함으로써 기준 진동패턴에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
결론적으로 어떤 차량으로부터 수신된 차량의 진동패턴을 기준 진동패턴과 비교함으로써 도로상태의 이벤트 종류를 평가할 수 있게 된다. 이러한 도로상태의 이벤트 종류를 평가함에 있어서, 경우에 따라서는 차량의 가속도, 즉 속도변화, 브레이크 페달의 작동여부 등을 함께 분석함으로써 더욱 정확한 평가가 이루어질 수 있다.
예를 들어 포트홀에 대한 기준 진동패턴을 정하는 실험에서, 다양한 속도에 대하여 일정한 속도로 다양한 포트홀을 지나갈 때 나타나는 진동패턴을 측정하는 것뿐만 아니라 실제 운전을 반영하기 위하여 전방에 위치한 포트홀을 발견하고 속도를 줄이면서 포트홀을 지나가는 상황에서의 진동패턴도 측정하는 것이 바람직하다. 이렇게 측정된 기준 진동패턴과 비교할 때에는 진동패턴과 기준 진동패턴을 비교함에 더하여 진동패턴의 피크치 전에 브레이크 페달을 밟았는지 여부 또는 차량의 속도가 감속되었는지 여부도 비교하는 것이 바람직하다. 즉 먼저 진동패턴의 피크치 전에 브레이크 페달을 밟았는지 여부를 판단하고 브레이크 페달을 밟았다면 브레이크 페달을 밟았을 때 나타나는 기준 진동패턴과 비교하고, 진동패턴의 피크치 전에 브레이크 페달을 밟지 않았다면 브레이크 페달을 밟지 않았을 때 나타나는 기준 진동패터과 비교하게 된다.
이와 같이, 위험요소를 가지는 도로상태의 이벤트 종류를 평가하였다면, 안내서버(300)는 도로상태에 대한 이벤트 종류, 발생 위치 및 차량의 속도를 자신의 데이터베이스에 저장한다(단계 S130).
그런 후 안내서버(300)는 해당 위치에 진입하기 전인 차량에게 해당 위치에 대한 이벤트 종류 및 안전속도를 통지한다(단계 S140). 여기에서 차량에게 통지한다는 것은 그 차량에 있는 이동통신 단말기(100)에게 통지하여 그 차량의 운전자가 알 수 있게 한다는 것을 의미한다. 본 발명에서 위험요소가 있는, 즉 이벤트가 있는 도로상태에 대한 안전속도는 해당 위치의 도로상태에서 위험으로 평가되는 속도들 중에서 가장 낮은 속도(이하, '가장 낮은 위험속도'라 함)보다 낮은 속도이어야 하는데, 예를 들어 가장 낮은 위험속도의 90%에 해당하는 속도로 산출할 수 있다. 물론 이러한 안전속도는 더욱 정밀한 실험 및 본 발명의 적용 경험의 축적에 따라 더욱 정밀하게 설정할 수 있을 것이다.
예를 들어, 안내서버(300)는 어떤 차량에 대하여 전방의 도로에 포트홀이 있는 경우로 판단되는 경우, "전방에 포트홀로 추정되는 장애물이 있습니다. 속도를 30 km/h 이하로 운전하시고 장애물에 주의하시기 바랍니다"와 같은 안내 멘트를 해당 차량의 이동통신 단말기(100)에게 전송한다. 또한 안내서버(300)는 어떤 차량에 대하여 전방의 도로가 굽은 경우, "전방에 굽은 도로가 있습니다. 속도를 80 km/h 이하로 운전하시기 바랍니다"와 같은 안내 멘트를 해당 차량의 이동통신 단말기(100)에게 전송할 수 있다.
다음으로, 안내서버(300)는 프로그램 종료에 대한 요청이 있으면(단계 S150) 절차를 종료하고, 그렇지 않으면 단계 S100으로 돌아가 절차를 계속한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 안전운전 안내절차는 도면에는 도시하지 않았지만, 안내서버(300)의 데이터베이스에 대한 갱신 및 새로운 판단을 포함할 수 있다. 일반적으로 도로상태는 악화되기도 하지만, 도로공사의 관리에 의하여 개선되기도 한다. 즉 어떤 시각에서 어떤 위치에 포트홀이 있고 그 포트홀 위치에서 예를 들어 안전속도가 30 km/h라고 평가하였다고 하더라도, 이후에 도로공사가 보수공사를 하여 그 포트홀이 사라졌다면 그 시각 이후로는 예를 들어 위험속도 33 km/h보다 높은 속도로 주행하는 차량들에서 포트홀의 이벤트에 해당하는 진동패턴을 찾을 수 없다면 안내서버(300)는 해당 위치의 포트홀은 사라졌다고 평가하고, 자신의 데이터베이스를 갱신하는 것이 바람직하다.
위 사항은 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로에 대해서도 마찬가지이다. 도로 위에 모래가 뿌려져서 도로가 미끄러운 상태가 되었다면 이러한 상태는 오래동안 지속되지는 않고 빠른 시간 내에 개선될 수 있다. 겨울철에 결빙구간에 대해서도 오전에는 결빙되었다가 오후에는 결빙이 사라져서 결빙이 자연스럽게 개선되기도 한다. 본 발명은 그러한 개선 전에는 운전자들에게 경보를 통지하는 것이고, 개선된 이후에는 보통상태의 도로와 같이 안내하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명은 차량의 위치 및 속도에 따른 도로상태가 거의 즉각적으로 반영되기 때문에 매우 유용하다.
한편, 굽은 도로에 대해서는, 도로가 완공되고 나면 일반적으로 도로의 경사도 및 굽은 정도가 변경되는 것은 드문 일이지만, 가끔 도로의 굽은 정도가 새로운 도로공사에 의하여 변경되기도 한다. 본 발명은 이러한 경우에도 도로상태에 대한 평가를 즉각적으로 수행하게 되어 운전자들에게 유용한 정보를 제공할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 상기와 같은 안전운전 기능에 더하여, 또는 이와 별도로, 아래에서 설명하는 바와 같은 연비향상 운전을 안내하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 차량이 경사도로의 내리막구간을 주행하고 있을 때 연료차단 관성주행을 수행하라는 알림을 운전자에게 통지함으로써 운전자가 연료차단 관성주행을 수행하게 하여 차량의 연비를 향상시키는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템(10)에서, 안전운전 서버(300)는 차량이 내리막구간에 진입할 때 운전자에게 연료차단 관성주행을 시작하라는 통지를 발령하도록 이동통신 단말기(100)에게 통지하고, 차량이 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 감속을 종료하고 재가속을 시작하여야 할 재가속 시작속도를 산출하며, 차량이 내리막구간에서 그러한 재가속 시작속도에 도달했을 때 운전자에게 재가속을 시작하라는 통지를 발령하도록 이동통신 단말기(100)에게 통지하는 것이다.
안전운전 서버(300) 및 이동통신 단말기(100)는 그러한 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 자신의 메모리부에 저장하며 또한 자신의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장한다.
또한 운전자의 설정은 예를 들어, 이동통신 단말기(100) 또는 차량상태 모니터링 장치(200)에 의하여 안전운전 서버(300)에게 전송되어 데이터베이스에 저장된다. 본 발명에서 안전운전 서버(300)가 내리막구간에서 재가속 시작속도를 산출하려면 차량의 주행저항력(F)가 먼저 산출되어야 한다. 차량의 주행저항력(F)은 차량의 속도, 차량의 중량 즉 차중(W), 내리막구간의 도로경사도, 엔진회전수 및 차량 실험을 통하여 결정한 차량에 관한 각종 저항계수에 관한 데이터를 알아야 산출할 수 있다. 따라서, 운전자는 자신이 소유한 차량의 종류를 입력함으로써 안전운전 서버(300)가 그러한 차량의 차중, 각종 저항계수에 관한 데이터를 알 수 있게 한다. 이때 안전운전 서버(300)는 차량의 종류에 따른 각종 데이터를 자신의 데이터베이스에 저장하고 있어야 한다.
한편, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템(10)에서 안전운전 서버(300)는 도로에 관한 지도정보를 저장함으로써 도로경사도를 알 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템(10)에서 안전운전 서버(300)가 연비향상 운전을 수행하는 절차에 대하여 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 서버(300)는 먼저 차량이 내리막구간의 시작지점에 있는지를 판단한다(단계 S100). 차량이 내리막구간에 미치지 않았으면, 서버(300)는 특별한 동작을 하지 않고 차량이 내리막구간에 진입할 때까지 계속적으로 상황을 판단한다.
차량이 내리막구간의 시작지점에 진입하였다면, 서버(300)는 사용자가 연료차단 관성주행을 시작하게 하는 통지를 이동통신 단말기(100)가 발령하도록 지시한다(단계 S110). 그러면, 이동통신 단말기(100)는 서버(300)의 지시에 따라 사용자에게 연료차단 관성주행을 시작할 것을 통지한다. 이러한 통지는 시각적 방법 및 청각적 방법 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 서버(300)는 차량의 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출한다(단계 S120). 여기에서 차량의 기준속도(V1)는 두 가지 방법에 의하여 설정할 수 있다.
첫째로, 도 6에 도시한 바와 같이, 차량의 기준속도(V1)는 운전자가 연료차단 관성주행을 시작한 시작지점에서의 차량의 속도로 설정될 수 있다. 서버(300)는 내리막구간의 시작지점에서 운전자에게 연료차단 관성주행을 수행할 것을 통지하게 하지만, 운전자는 스스로의 판단에 의하여 내리막구간의 시작지점보다 더욱 진입한 지점에서 연료차단 관성주행을 비로소 시작할 수도 있다. 따라서, 차량이 내리막구간의 시작지점에 진입한 후 내리막구간을 주행하면서 운전자가 가속페달에서 발을 뗌으로써 연료차단 관성주행을 하기 전까지는 차량은 운전자가 가속페달을 누르는 정도에 따라 가속, 정속 또는 감속될 수 있다.
이 경우에 서버(300)는 차량이 연료차단 관성주행을 시작하였는지를 판단한다(단계 S111). 여기에서 차량이 연료차단 관성주행을 시작하였는지 여부는 연료분사여부 또는 가속페달이 눌려진 상태인지 여부 그리고 차량의 엔진회전수 및 속도에 기초하여 판단될 수 있다. 차량 상태에 관한 이러한 데이터는 위에서 언급한 바와 같이, 차량상태 모니터링 장치(200)로부터 얻을 수 있다.
차량이 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 시작하였다면, 서버(300)는 연료차단 관성주행 시작시점에서의 차량 속도를 기준속도(V1)로 설정하고(단계 S113), 그러한 차량 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출한다(단계 S120).
반면에 차량이 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 시작하지 않았다면, 서버(300)는 계속적으로 차량이 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 시작하였는지를 확인한다.
둘째로, 도 7에 도시한 바와 같이, 차량의 기준속도(V1)는 차량이 내리막구간의 시작지점을 막 진입하였을 때의 속도, 즉 내리막구간의 시작지점에서의 차량 속도로 설정될 수 있다. 이 경우에는 운전자는 연료차단 관성주행 시작을 안내하는 통지 발령에 따라 내리막구간의 시작지점에서 즉각적으로 연료차단 관성주행을 시작한 것으로 간주하는 것이다.
이 경우에 서버(300)는 차량이 연료차단 관성주행을 실제로 시작하였는지 여부를 판단하지 않고 곧바로 연료차단 관성주행 시작지점에서의 차량 속도를 기준속도(V1)로 설정하고(단계 S111), 그러한 차량 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출한다(단계 S120).
다시 도 3으로 돌아와 설명을 계속하면, 주행저항력(F)은 다음 식에 의하여 산출된다.
주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
상기 식(1-1)에서 구름마찰저항력은 타이어와 노면 사이의 구름저항을 나타낸 것이고, 공기저항력은 공기에 의한 저항력을 나타낸 것이며, 구배저항력은 도로 구배에 의한 저항력으로 내리막구간에서는 저항이 아니고 구동을 보조해주는 역할을 하게 된다. 따라서 구배저항력은 내리막구간에서 다른 저항력들과 달리 부호가 마이너스(-)로 되어 있다. 내부저항력은 타이어와 엔진까지 연결된 상태로 각종 기어류와 보기류(에어콘, 발전기, 냉각수펌프 등) 마찰손실에 의한 저항력으로 엔진회전수에 비례하는 것이다. 이러한 저항력들은 아래 식들에 의하여 산출된다.
구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차중 x 중력가속도 …………… (1-2)
공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
구배저항력 = 차중 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
(여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
(상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
다음으로, 서버(300)는 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정한다(단계 S130). 이때, 임시적으로 설정하는 재가속 시작속도(V2)가 최종적으로 확정하는 재가속 시작속도(V2)와 차이가 많은 경우에는 아래에서 설명하는 절차를 반복하는 횟수가 많아지므로, 가급적 최종적으로 확정하는 재가속 시작속도(V2)에 근사하게 설정하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 사전에 충분한 실험을 통하여 내리막길의 경사도 및 길이 그리고 차량의 속도에 대한 재가속 시작속도(V2)의 관련성을 확인할 수 있다. 이러한 관련성에 의하면, 임시적으로 설정하는 재가속 시작속도(V2)는 최종적으로 확정되는 재가속 시작속도(V2)에 더욱 근접하게 설정될 수 있을 것이다.
다음으로, 서버(300)는 차량이 내리막구간에서 기준속도(V1)로 연료차단 관성주행을 시작하였을 때 위에서 산출한 주행저항력(F)에 의하여 차량의 속도가 감소되는 정도, 즉 감속도(a퓨얼컷)를 다음 식(1)에 의하여 산출한다(단계 S140).
주행저항력(F) = 차중(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
그런 후, 서버(300)는 연료차단 관성주행 중 차량의 속도(V)가 재가속 시작속도(V2)로 될 때까지 차량의 속도(V) 프로파일을 다음 식(2)에 의하여 산출한다(단계 S150). 여기에서 차량은 기준속도(V1)에서 재가속 시작속도(V2)까지 연료차단 관성주행을 하게 된다.
V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
다음으로, 서버(300)는 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 다음 식(3)에 의하여 산출한다(단계 S160).
s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
그런 후 서버(300)는 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후 재가속 시작속도(V2)에서 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸린 시간(Δt재가속)을 다음 식(4)에 의하여 산출한다(단계 S170). 여기에서, 재가속도(a재가속)는 메모리부(200)에 상수로서 미리 설정되어 저장되어 있는 것이다. 재가속도(a재가속)는 예를 들어, 0.5m/s2으로 설정될 수 있다.
V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
다음으로, 서버(300)는 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 다음 식(5)에 의하여 산출한다(단계 S180).
s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
(여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
그런 후, 서버(300)는 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)(도 7에 도시한 실시예의 경우) 또는 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)(도 6에 도시한 실시예의 경우)를 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단한다(단계 S190). 여기에서, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)는 서버(300)에 저장된 지도정보에서의 내리막구간의 길이로 설정하는 것이다. 또한 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)는 서버(300)에 저장된 지도정보에서의 내리막구간의 길이로부터 내리막구간의 시작지점의 위치에서 연료차단 관성주행 시작지점의 위치까지의 거리를 뺀 값으로 설정하는 것이다. 서버(300)는 이동통신 단말기로부터 차량의 위치를 실시간으로 수신하기 때문에 내리막구간의 시작지점에 차량이 진입할 때 연료차단 관성주행의 시작을 운전자에게 통지할 수 있을 뿐만 아니라 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)를 산출할 수 있다.
내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)(도 7에 도시한 실시예의 경우) 또는 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)(도 6에 도시한 실시예의 경우)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우에는 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정한다(단계 S200).
그런 후 서버(300)는 차량의 속도(V)가 재가속 시작속도(V2)에 도달하였는지를 판단하고(단계 S210), 그러한 경우에는 이동통신 단말기(100)에게 재가속 시작을 안내하는 통지를 발령하도록 지시한다(단계 S220). 그러면, 서버(100)의 그러한 지시에 따라 이동통신 단말기(100)는 운전자에게 재가속 시작을 안내하는 통지를 발령함으로써 하나의 내리막구간에서의 절차를 종료하게 된다.
한편, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)(도 7에 도시한 실시예의 경우) 또는 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)(도 6에 도시한 실시예의 경우)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우(단계 S230), 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후(단계 S240) 절차는 단계 S130으로 되돌아가 상기 과정을 반복한다.
반면에, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)(도 7에 도시한 실시예의 경우) 또는 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)(도 6에 도시한 실시예의 경우)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우(단계 S230), 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후(단계 S260) 절차는 단계 S130으로 되돌아가 상기 과정을 반복한다.
상기에서 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 다시 설정하기 위한 감소 정도 또는 증가 정도는 길이(s) 또는 거리(s) 및 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합 간의 차이값 정도에 따라 적절하게 선택함으로써 반복되는 횟수를 줄일 수 있다.
상기에서 제시한 본 발명에 따른 방법이 내리막구간에서 최적의 연비를 실현함을 보이기 위하여 도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같은 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다.
먼저 유사한 도로 및 주행 조건의 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 사용하지 않는 경우와 본 발명에 따른 연료차단 관성주행 후 재가속주행을 실시하는 경우, 평균속도 및 도로경사도가 유사함에도 불구하고 연비는 약 3~4배 차이가 남을 도 8 및 도 9에 의하여 확인할 수 있었다.
도 8을 참조하면, 경사도 0.72도인 내리막구간에서 평균속도 69.7km/h로 이동거리 800m를 연료차단 관성주행 없이 주행하였을 때 연비는 15.2km/L이었는데 반하여, 도 9를 참조하면, 경사도 1.07도인 내리막구간에서 평균속도 66.7km/h로 이동거리 800m를 본 발명에 따른 연료차단 관성주행 후 재가속하는 방식으로 주행하였을 때 연비는 51.6km/L이었다.
다음으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 내리막구간 전 1km를 110km/h로 주행하고, 수평거리 2km이고 높이가 20m, 40m 및 60m인 경사도를 가지는 내리막구간을 연료차단 관성주행을 하여 100km/h, 95km/h, 90km/h 및 85km/h에서 각각 0.5m/s2의 가속도로 재가속하여 원래 기준속도 110km/h로 돌아오고, 내리막구간이 끝난 다음 3km의 평지구간을 주행하는 상황에 대한 시뮬레이션을 연비 시뮬레이션 소프트웨어인 CRUISE 프로그램을 사용하여 설정하고 또한 계산하였다.
먼저 도 11 및 도 12를 참조하면, 도로구배 10m/km 및 20m/km에서 100km/h, 95km/h, 90km/h 및 85km/h의 속도에서 재가속하는 경우, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리(원래 기준속도 110km/h까지 도달하는데 걸리는 거리)의 합은 모두 내리막구간의 거리보다 짧았으며, 연료차단 관성주행 거리가 길수록 연비가 양호하게 나타났다. 여기에서, 도로구배는 높이/수평거리로 표시하였다. 반면에 도로구배 30m/km에서 100km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 짧았으나, 95km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 약간 길었고, 90km/h 및 85km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 길었다. 그 결과 95km/h의 속도에서 재가속하는 경우 가장 좋은 연비를 얻을 수 있었다. 도 11에서 연료소모량은 주행 전구간에서의 연료소모량이고, 연비는 연료차단 관성주행 거리 및 재가속거리의 합에 대한 연비이다.
더욱 정교한 시뮬레이션 결과가 도 13에 도시되어 있다. 도 13를 참조하면, 도로구배 10m/km의 내리막구간에서는 68.6km/h의 속도에서 재가속하면 그리고 도로구배 20m/km의 내리막구간에서는 82km/h의 속도에서 재가속하면, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리와 같게 되고, 그 때 연비가 각각 26.4km/L 및 42.1km/L로서 최고가 된다.
한편, 도로구배 30m/km의 내리막구간에서는 95.3km/h의 속도에서 재가속하면 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리와 같게 되고, 그 때 연비가 75.5km/L로서 최고가 된다. 만약 연료차단 관성주행을 더욱 진행하여 속도가 95km/h에서 재가속을 시작하게 되면, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리보다 크게 된다. 이것은 재가속을 하여 원래 기준속도 110km/h로 되었을 때는 내리막구간의 끝 지점을 지난 평지구간에 있게 됨을 의미한다. 재가속을 시작하는 속도가 95km/h일 때 연비는 68.1km/L로서 최적의 연비(75.5km/L)보다 작아짐을 도 13에 의하여 확인할 수 있었다.
다음으로, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안전운전 안내서버는 소모품 교환주기에 다다른 차량의 이동통신 단말기에게 해당 소모품의 교환에 관한 안내를 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 엔진오일을 교환한 후의 차량에 대하여 10,000km를 주행하였다면 엔진오일을 다시 교환하라는 안내를 할 수 있다. 점화플러그에 대해서는 40,000km, 타이밍벨트에 대해서는 100,000km를 주행한 후에 소모품 교환을 안내하는 것일 수 있다.
본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안전운전 안내서버는 또한 차량에 내장된 차량진단기(OBD)가 진단한 차량의 고장 또는 이상상태에 관한 안내를 제공하는 것일 수 있다. 예를 들어, 정상 주행조건에서 오일유압이 낮은 경우 엔진오일을 보충하라는 알림을 통지할 수 있다. 또한 정상 주행조건에서 냉각수온이 높은 경우 냉각수를 보충하라는 알림을 통지할 수 있고, 정상 주행조건에서 배터리 전압이 낮은 경우 배터리 교체 또는 발전기 점검에 관한 알림을 통지할 수 있다. 그 외에도 차량에 내장된 차량진단기(OBD)에서 알려주는 고장진단 코드에 해당하는 다양한 부품의 점검/교체에 관한 알림을 통지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 운전자가 차량 관리를 편리하게 수행할 수 있게 해준다.
또한 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에서 안전운전 안내서버는 유선 또는 무선 통신에 의하여 차량 제조사 또는 판매사 또는 차량 정비업체의 컴퓨터에게 교환하여야 할 소모품 내역 또는 차량의 고장 또는 이상상태를 해결하기 위한 정비내용을 통지하는 것일 수 있다.
차량 제조사 또는 판매사는 차량의 부품을 공급하는데, 차량의 부품 공급이 원활하지 않으면, 심각한 경우에는 차량의 운행이 중단될 수도 있다. 한편, 차량 제조사 또는 판매사는 차량의 부품을 너무 많이 재고로 가지고 있게 되면 효율성이 떨어지게 되므로, 가능하면 적은 재고를 유지하기를 원한다.
따라서, 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템은 차량으로부터 차량 상태에 관한 정보를 수집하여 차량 제조사 또는 판매사에게 제공함으로써 차량 제조사 또는 판매사가 차량 부품의 재고를 많이 가지지 않으면서도 차량 부품 공급을 원활하게 할 수 있도록 하는 것이다.
또한 차량 제조사 또는 판매사는 본 발명의 빅데이터 수집 및 분석 시스템에 의하여 운전자에게 차량 관리에 관한 정보를 제공한다면, 이것은 차량 관리에 관한 편의성을 운전자에게 제공하는 것이 되고, 그러면 운전자와의 지속적인 교류를 통하여 자사의 차량 판매를 위한 고객관리활동을 강화하게 되는 셈이 된다. 이러한 활동에 의하면 운전자는 해당 차량 제조사의 차량을 재구매할 가능성이 높아지게 된다.
10: 빅데이터 수집 및 분석 시스템 100: 이동통신 단말기
200: 차량상태 모니터링 장치 300: 안전운전 안내서버
400: 차량 OBD

Claims (8)

  1. 블루투스 통신을 지원하고, 또한 GPS 수신기와 진동센서를 구비하는 이동통신 단말기, 차량에 내장된 차량진단기(OBD)에 유선 또는 무선 통신에 의하여 연결되고 또한 상기 이동통신 단말기와 블루투스 통신에 의하여 연결되는 차량상태 모니터링 장치, 및 상기 차량상태 모니터링 장치에 의하여 수집된 차량상태에 관한 데이터 그리고 상기 이동통신 단말기에 의하여 생성된 차량의 위치 및 진동에 관한 데이터를 상기 이동통신 단말기로부터 수신하여 자신의 데이터베이스에 저장하고, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터로부터 도로상태를 평가하며, 상기 수신한 차량상태에 관한 데이터와 상기 평가한 도로상태에 기초하여 안전운전을 안내하는 안전운전 안내서버를 포함하며,
    상기 안전운전 안내서버는 상기 이동통신 단말기로부터 차량의 속도, 위치, 진동수준 및 진동패턴을 포함하는 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 단계; 각 차량의 진동수준이 임계치보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 어떤 차량의 진동수준이 임계치보다 큰 경우, 그 차량이 있는 위치의 도로상태를 그 차량의 속도로 주행하기에 적합하지 않은 위험한 상태, 즉 안전운전에 위험요소가 있는 도로상태인 것으로 판단하고, 상기 차량의 진동수준에 더하여 상기 차량의 진동패턴을 기준 진동패턴과 비교함으로써 상기 도로상태가 어떤 위험요소를 가지는지를 평가하는 단계; 상기 도로상태에 대한 위험요소, 상기 위험요소의 위치 및 상기 차량의 속도를 데이터베이스에 저장하는 단계; 및 상기 위험요소가 있는 위치에 진입하기 전인 차량에게 해당 위치에 대한 위험요소의 종류 및 안전속도에 관한 안전운전안내를 통지하는 단계를 실행하는 것이고,
    상기 안전운전 안내서버는 상기 차량이 경사도로의 내리막구간을 주행하고 있는 때에는 연료차단 관성주행을 수행하라는 알림을 상기 이동통신 단말기에게 통지하는 단계;
    상기 내리막구간의 시작지점 또는 연료차단 관성주행 시작지점에서 상기 차량의 속도(V1), 즉 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출하는 단계;
    상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정하는 단계;
    주행저항력(F) = 차중(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
    상기 식(1)에 의하여 감속도(a퓨얼컷)를 산출하는 단계;
    V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
    상기 식(2)에 의하여 V = V2가 될 때까지 연료차단 관성주행 중 상기 차량의 속도(V) 프로파일을 산출하는 단계;
    s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
    상기 식(3)에 의하여 상기 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 산출하는 단계;
    V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
    상기 식(4)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후, 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸리는 시간(Δt재가속)을 산출하는 단계;
    s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
    (여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
    상기 식(5)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 산출하는 단계;
    상기 내리막구간의 시작지점으로부터 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 상기 내리막구간의 길이(s) 또는 상기 내리막구간의 연료차단 관성주행 시작지점에서 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)를 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정하는 단계;
    상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계;
    상기 길이(s) 또는 거리(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 증가시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계; 및
    상기 차량이 상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 하고 있을 때, 상기 차량의 속도가 상기 내리막구간에서 상기 확정적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)에 도달할 때, 재가속을 실행하라는 알림을 상기 이동통신 단말기에게 통지하는 단계를 수행하는 것임을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안전운전 안내서버는 상기 차량의 위치 및 속도에 따른 진동패턴으로부터 해당 위치의 도로 상태를 보통 도로, 포트홀, 돌출턱, 거친도로, 미끄러운 도로 및 굽은 도로 중 어느 하나로 평가하는 것임을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안전속도는 해당 위치의 도로상태에서 위험으로 평가되는 속도들 중에서 가장 낮은 속도보다 낮게 설정되는 속도인 것을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
    구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차중 x 중력가속도 …………… (1-2)
    공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
    구배저항력 = 차중 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
    (여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
    내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
    (상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
    상기 주행저항력(F)은 상기 내리막구간에서 상기 식들에 의하여 산출되는 것임을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안전운전 안내서버는 소모품 교환주기에 다다른 상기 차량의 상기 이동통신 단말기에게 해당 소모품의 교환에 관한 안내를 제공하거나, 상기 차량에 내장된 상기 차량진단기(OBD)가 진단한 상기 차량의 고장 또는 이상상태에 관한 안내를 제공하는 것임을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 안전운전 안내서버는 유선 또는 무선 통신에 의하여 차량 제조사 또는 판매사 또는 차량 정비업체의 컴퓨터에게 교환하여야 할 상기 소모품 내역 또는 차량의 고장 또는 이상상태를 해결하기 위한 정비내용을 통지하는 것임을 특징으로 하는 차량 및 도로 상태 모니터링을 이용한 빅데이터 수집 및 분석 시스템.
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