KR101846734B1 - 운전 상태 판단 장치 및 방법 - Google Patents

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김진권
류성숙
이병준
김삼용
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 운전 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는, 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 저크 계산부, 상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 판단부, 및 상기 판단부에 의해 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 충돌 회피 제어를 수행하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

운전 상태 판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING DRIVING STATE}
본 발명은 운전 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
저크(Jerk)는 가속도의 시간 변화율을 지정하는 벡터. 변위 시간에 관한 3차 미분으로서, 차량의 급가속 또는 변속단계에서 발생하는 차량 전후 방향의 진동 현상을 나타낸다. 최근, 저크는 순간의 운전자의 승차감을 평가하는 지표로서 사용되고 있다.
운전자는 급가속 또는 변속 시 선호 또는 허용하는 범위 내에서 저크가 발생하지 않도록 운전조작을 한다. 하지만, 운전자마다 운전 중 선호 또는 허용하는 저크의 범위가 상이하다.
한편, 차량의 충돌 제어 시스템은 선행차량과의 예상 충돌 시간을 계산하여 그에 따라 충돌 회피 제어를 수행한다. 하지만, 종래의 충돌 회피 제어는 운전자의 저크를 고려하지 않기 때문에 운전자에 따라 위협감을 크게 느낄 수 있다.
운전자마다운전 중 선호허용하는 의 범위가 있고안전 또는 편안하다고 느끼는 승차감의 범위각 운전자는 이 범위를 벗어나기 전 운전조작을 취하여 가 크게 발생하지 않도록 노력함제안 기술은 어느 상황에서 운전자의 평소 허용 범위를 벗어나는 가 예상되는데도 운전조작을 하지 않는 경우를 이상상황으로 감지하고 이때 부주의 운전 경보 또는 유관 서비스를 제공하는 것을 목표로 함
본 발명의 목적은, 운전자의 상태를 감지하는 별도의 센서 없이도, 특정 구간에서 예상되는 최소 예상 저크를 비교하여 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 운전 조작 여부에 따라 부주의 운전 상태를 판단할 수 있는 운전 상태 판단 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 운전자가 느끼는 저크를 반영하여 충돌 제어할 수 있도록 하는 운전 상태 판단 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 저크 계산부, 상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 판단부, 및 상기 판단부에 의해 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는, 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 저크 계산부, 상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 판단부, 및 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하고, 상기 부주의 운전 상태에 대한 정보를 포함하는 메시지를 상기 자차량 내의 충돌 제어 시스템으로 전달하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 획득하는 단계, 상기 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 단계, 상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 단계, 및 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 운전자의 상태를 감지하는 별도의 센서 없이도, 특정 구간에서 예상되는 최소 예상 저크를 비교하여 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 운전 조작 여부에 따라 부주의 운전 상태를 판단할 수 있는 이점이 있으며, 운전자가 느끼는 저크를 반영하여 충돌 제어를 수행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치가 적용된 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치의 저크 계산 동작을 설명하는데 참조되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치가 적용된 차량을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 운전 상태 판단 장치(100)는 선행차량(20)의 현재 시점의 위치(xl), 속도(vl), 가속도(al)와 자차량(10)의 현재 시점의 위치(xe), 속도(ve), 가속도(ae)를 이용하여 자차량(10)이 선행차량(20)의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크(jerk)를 계산하고, 계산된 최소 예상 저크가 자차량(10)의 운전자가 허용하는 허용 저크의 범위 내인지에 따라 부주의 운전 상태를 확인하여 그에 따른 경보고 및/또는 충돌 회피 제어를 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 운전 상태 판단 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 운전 상태 판단 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 여기서, 운전 상태 판단 장치(100)는 차량의 구동장치, 조향장치, 가/감속장치 등과 연계되어 동작할 수도 있다.
이에, 운전상태 판단 장치(100)의 세부 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 운전 상태 판단 장치(100)는 제어부(110), 인터페이스부(120), 센서부(130), 통신부(140), 저장부(150), 저크 계산부(160), 판단부(170) 및 신호 처리부(180)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(110)는 운전 상태 판단 장치(100)의 각 구성들 간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다.
먼저, 인터페이스부(120)는 사용자로부터의 제어 명령을 입력받기 위한 입력수단과 운전 상태 판단 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등을 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다.
여기서, 입력수단은 키 버튼을 포함할 수 있으며, 마우스, 조이스틱, 조그 셔틀, 스타일러스 펜 등을 포함할 수도 있다. 또한, 입력수단은 디스플레이 상에 구현되는 소프트 키를 포함할 수도 있다.
출력수단은 디스플레이를 포함할 수 있으며, 스피커와 같은 음성출력수단을 포함할 수도 있다. 이때, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 터치 센서가 디스플레이에 구비되는 경우, 디스플레이는 터치 스크린으로 동작하며, 입력수단과 출력수단이 통합된 형태로 구현될 수 있다.
이때, 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 전계 방출 디스플레이(Feld Emission Display, FED), 3차원 디스플레이(3D Display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그 외에도, 출력수단은 경보음을 출력하는 스피커, LED, 및/또는 부저 등을 더 포함할 수 있다.
센서부(130)는 차량 주변에 위치한 장애물, 예를 들어, 차량 전방에 위치한 선행차량(20)을 탐지하고, 해당 장애물 간 거리를 측정하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 센서부(130)는 초음파 센서, 스캐너, 카메라 등을 포함할 수 있다. 물론, 그 외에도 센서는 장애물을 탐지하고 거리 측정이 가능한 센서라면 어느 것이든 적용 가능하다.
한편, 센서부(130)는 차량의 속도 및/또는 가속도를 측정하는 센서를 더 포함할 수도 있다.
통신부(140)는 차량에 구비된 전장품 및/또는 제어유닛들과의 통신 인터페이스를 지원하는 통신모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 통신모듈은 CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등의 차량 네트워크 통신을 지원하는 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 통신모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈 또는 근거리 통신(Short Range Communication)을 위한 모듈을 포함할 수도 있다. 여기서, 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN, WLAN), 와이브로(Wireless Broadband, Wibro), 와이 파이(Wi-Fi), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, Wimax) 등이 포함될 수 있으며, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association, IrDA) 등이 포함될 수 있다.
이에, 통신부(140)는 차량 주변에 위치한 다른 차량, 예를 들어, 선행차량(20)과의 V2V 통신을 수행할 수 있다. 이때, 통신부(140)는 선행차량(20)과의 V2V 통신을 통해 선행차량(20)의 정보, 예를 들어, 선행차량(20)의 위치, 속도, 가속도 정보를 수신할 수 있다. 통신부(140)는 선행차량(20)과의 V2V 통신을 통해 수신한 선행차량(20)의 정보를 저장부(150)에 저장한다.
저장부(150)는 운전 상태 판단 장치(100)가 동작하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등을 저장할 수 있다.
저장부(150)는 센서부(130) 및/또는 통신부(140)를 통해 획득한 선행차량(20)의 정보가 저장될 수 있으며, 자차량(10)의 정보가 저장될 수 있다. 예를 들어, 선행차량(20)과 자차량(10)의 위치, 속도, 가속도 정보가 저장될 수 있다.
또한, 저장부(150)는 운전 상태 판단 장치(100)가 선행차량(20)과 자차량(10) 사이 구간의 예상 저크를 계산하고, 운전자의 허용 저크를 계산하는 데 이용되는 알고리즘이 저장될 수 있다. 또한, 저장부(150)는 운전자의 부주의 상태를 판단하기 위한 조건 정보가 저장될 수 있으며, 부주의 상태에서 차량을 제어하기 위한 명령 등이 저장될 수 있다.
여기서, 저장부(150)는 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), PROM(Programmable Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)와 같은 저장매체를 포함할 수 있다.
저크 계산부(160)는 자차량(10)과 선행차량(20)의 위치, 속도, 가속도 및 시간 정보를 이용하여 자차량(10)과 선행차량(20) 사이 구간의 최소 예상 저크(jerk)를 계산한다.
일 예로, 저크 계산부(160)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 현재 시점의 자차량(10)의 위치, 속도, 가속도가 xe, ve, ae이고, 동일 시점의 선행차량(20)의 위치, 속도, 가속도가 xl, vl, al 인 경우, xe, ve, ae 및 xl, vl, al 을 이용하여 자차량(10)과 선행차량(20) 사이 구간의 최소 예상 저크(jerk)를 계산할 수 있다.
여기서, 저크는 가속도의 시간 변화율을 지정하는 벡터로서 변위 시간에 관한 3차 미분으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 저크는 자차량(10)이 시작 시점에서 출발하여 종료 시점에 정지할 때 해당 구간에서의 가속도를 미분한 값으로 나타낼 수 있다. 여기서, 종료 시점은 자차량이 선행차량의 위치에 도달했을 때 선행차량과 충돌하기 직전 위치에 정지하는 시점을 의미한다.
이때, 최소 예상 저크를 위한 자차량(10)의 운동 조건은 아래 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00001
[수학식 1]에서, x(t)는 t 시점에서의 자차량(10)의 위치, t는 시점, ak는 임의 계수를 나타낸다.
여기서, 자차량(10)의 현재 위치에서의 시점, 즉, 시작 시점은 0이고, 자차량(10)이 선행차량(20)에 충돌하기 직전 시점, 즉, 종료 시점은 T라 가정했을 때, x(0)은 시작 시점의 자차량(10)의 위치, 즉, 현재 위치(이하에서는 '제1 위치'라 칭한다.), x(T)는 종료 시점(T)의 자차량(10)의 위치(이하에서는 '제2 위치'라 칭한다.)를 나타낸다. 여기서, x(0)은 자차량(10)의 시작 시점의 위치이므로 0이 될 수 있다.
또한, 시작 시점(t=0)에서의 자차량(10)의 속도(이하에서는 '제1 속도'라 칭한다.)는 x'(0), 가속도(이하에서는 '제1 가속도'라 칭한다.)는 x"(0)으로 나타낼 수 있으며, 종료 시점(t=T)에서 자차량(10)의 속도(이하에서는 '제2 속도'라 칭한다.)는 x'(T), 가속도(이하에서는 '제2 가속도'라 칭한다.)는 x"(T)로 나타낼 수 있다.
여기서, 본 발명은 차량이 시작 시점에서 종료 시점에 도달했을 때 정지하는 조건에서 최소 저크를 계산해야 한다. 따라서, 차량은 종료 시점에 정지 상태가 되어야 하므로, 제2 속도인 x'(T)와 제2 가속도인 x"(T)는 0의 값을 가지게 된다.
저크 계산부(160)는 [수학식 1]의 x(t)에 t=0을 적용하여 a0=x(0)을 도출할 수 있다. 또한, 저크 계산부(160)는 [수학식 1]을 미분한 x'(t)에 t=0을 적용하여 a1=x'(0)을 도출할 수 있다. 또한, 저크 계산부(160)는 x'(t)를 미분한 x"(t)에 t=0을 적용하여 a2=x"(0)/2를 도출할 수 있다.
한편, 저크 계산부(160)는 [수학식 1]의 x(t), x'(t), x"(t)에 t=T를 적용하여 아래 [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 도출해 낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00002
Figure 112016109713248-pat00003
Figure 112016109713248-pat00004
여기서, [수학식 2] 내지 [수학식 4]를 행렬식으로 정리하면, 아래 [수학식 5] 및 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있으며, 이때 [수학식 6]으로부터 [수학식 1]의 a3, a4, a5를 도출할 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00005
Figure 112016109713248-pat00006
한편, 자차량(10)이 선행차량(20)과 충돌하기 직전 시점, 즉, 종료 시점에 정지하는 경우 선행차량(20)은 주행 상태일 수 있으며, 또한 정지 상태일 수 있다.
만일, 선행차량(20)이 종료 시점에 주행 상태인 경우, 선행차량(20)이 시작시점의 운동상태를 유지한다고 가정했을 때 선행차량(20)의 속도(vl) 및 가속도(al)는 vl+alT ＞ 0이 될 수 있다. 이 경우, 시작 시점에 획득한 선행차량(20)의 위치(xl), 속도(vl) 및 가속도(al)를 [수학식 2]에 적용하면, 자차량(10)의 제2 위치는 아래 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00007
반면, 선행차량(20)이 종료 시점에 정지 상태인 경우, 선행차량(20)이 시작 시점의 운동상태를 유지한다고 가정했을 때 선행차량(20)의 속도(vl) 및 가속도(al)는 vl+alT ≤ 0이 될 수 있다. 이 경우, 시작 시점에 획득한 선행차량(20)의 위치(xl), 속도(vl) 및 가속도(al)를 [수학식 2]에 적용하면, 자차량(10)의 제2 위치는 아래 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00008
앞서 계산한 바와 같이, [수학식 6]의 행렬식에서 a0=x(0)=0, a1=x'(0), a2=x"(0)/2, x'(T)=0, x"(T)=0이고, 제1 속도인 x'(0)이 ve, 제1 가속도인 x"(0)이 ae 라 가정했을 때, 저크 계산부(160)는 [수학식 7]로부터 산출된 자차량(10)의 제2 위치 x(T)를 [수학식 6]에 적용하여 행렬식을 계산아래 [수학식 8] 내지 [수학식 10]과 같이 [수학식 1]의 a3, a4, a5의 값을 유도할 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00009
Figure 112016109713248-pat00010
Figure 112016109713248-pat00011
저크 계산부(160)는 [수학식 1]의 x(t)를 3차 미분한
Figure 112016109713248-pat00012
를 저크로 계산할 수 있다. 따라서, 저크 계산부(160)는 앞서 계산된 a0, a1, a2, a3, a4, a5의 값을 [수학식 1]에 적용하고, [수학식 1]의 x(t)를 3차 미분하여 아래 [수학식 12]와 같이 저크 계산식을 도출해 낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00013
여기서, 자차량(10)은 종료 시점에 정지하기 때문에, 종료 시점의 저크는 0이 될 수 있다. 따라서, 저크 계산부(160)는 [수학식 12]에서
Figure 112016109713248-pat00014
이 되는 시점, 즉, 종료 시점 T를 계산한다.
종료 시점에 선행차량(20)이 주행 상태인 것으로 가정했을 때 자차량(10)의 제2 위치 x(T)를 나타내는 [수학식 7]을 이용하여 [수학식 12]를 T로 정리하면, 자차량(10)이 정지하게 되는 종료 시점 Tmov는 아래 [수학식 13] 및 [수학식 14]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00015
Figure 112016109713248-pat00016
한편, 종료 시점에 선행차량(20)이 정지 상태인 것으로 가정했을 때 자차량(10)의 제2 위치 x(T)를 나타내는 [수학식 8]을 이용하여 [수학식 12]를 T로 정리하면, 자차량(10)이 정지하게 되는 종료 시점 Tstop는 아래 [수학식 15] 및 [수학식 16]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016109713248-pat00017
Figure 112016109713248-pat00018
여기서, 저크 계산부(160)는 [수학식 13] 및 [수학식 14]의 Tmov 중 선행차량(20)의 정지 시점 -(vl/al) 보다 작은 Tmov를 종료 시점 T로 결정할 수 있다. 만일, [수학식 13] 및 [수학식 14]의 Tmov가 모두 선행차량(20)의 정지 시점 -(vl/al) 보다 큰 경우, 저크 계산부(160)는 [수학식 15] 및 [수학식 16]의 Tstop 중 양수이면서 작은 Tstop를 종료 시점 T로 결정할 수 있다.
상술한 과정을 거쳐 종료 시점 T가 결정되면, 저크 계산부(160)는 시작 시점에서부터 결정된 종료 시점 T 사이 구간의 저크
Figure 112016109713248-pat00019
의 제곱합을 최소 예상 저크로 계산할 수 있다.
한편, 저크 계산부(160)는 운전자의 허용 저크를 계산할 수 있다. 운전자의 허용 저크는 각 운전자 마다 상이하기 때문에, 저크 계산부(160)는 각 운전자별로 허용 저크를 계산하도록 한다.
이때, 저크 계산부(160)는 예상 저크가 0이고 브레이크를 밟은 경우의 마스터 실린더 압력(Master Cylinder Pressure, MCP)의 증가 속도 분포를 이용하여 운전자의 허용 저크를 계산할 수 있다. 일 예로, 예상 저크가 0인 상태에서 운전자가 브레이크를 밟은 경우의 마스터 실린더 압력(MCP)의 증가 속도 분포는 도 4a와 같이 나타낼 수 있다.
도 4a의 도면부호 411에서와 같이, 마스터 실린더 압력(MCP)의 증가 속도 분포가 0 내지 15 [bar/s] 인 구간에서는 운전자가 위협을 느끼지 않는 상태임을 알 수 있다.
도 4b는 마스터 실린더 압력(MCP)의 증가 속도에 따른 예상 저크를 나타낸 것이다. 도 4b에서 도면부호 431은 운전자의 허용 저크를 나타낸 것으로, 일 예로, 2.2 [m/s2]이 해당 운전자의 허용 저크일 수 있다. 여기서, 저크는 그 값이 클 수록 운전자가 느끼는 위협감이 커진다.
만일, 앞서 계산한 시작 시점과 종료 시점 사이의 최소 예상 저크가 도 4b의 도면부호 433과 같이, 운전자의 허용 저크 이하이면 운전자가 위협을 느끼지 않는 상태이며, 도 4b의 도면부호 435와 같이 운전자의 허용 저크를 초과하면 운전자가 위협을 느끼는 상태라 할 수 있다.
따라서, 판단부(170)는 시작 시점과 종료 시점 사이의 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단한다. 이때, 시작 시점과 종료 시점 사이의 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하면, 판단부(170)는 운전자에 의한 운전 조작 상태를 판단한다.
만일, 시작 시점과 종료 시점 사이의 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우에 운전자에 의한 별도의 운전 조작이 감지되지 않으면, 판단부(170)는 부주의 운전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
일 예로, 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하는 상태에서 가속 페달이 20% 초과하도록 가압된 경우, 가속페달을 누르는 속도가 100%/초를 초과한 경우, 마스터 실린더 압력이 5[bar/s]를 초과한 경우, 조향각의 절대값이 5도 이상 유지되는 경우 또는 조향각 속도가 초당 20도로 유지되는 경우, 판단부(170)는 부주의 운전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
이에, 신호 처리부(180)는 판단부(170)에 의해 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면, 인터페이스부(120)의 디스플레이, 스피커, LED, 부저 등을 통해 경보를 출력할 수 있다.
또한, 신호 처리부(180)는 경보 출력 후에 자차량(10)의 구동유닛으로 명령을 전달하여 충돌 회피 제어를 수행하거나 통신부(140)를 통해 연결된 충돌 제어 시스템으로 부주의 운전 상태를 알리는 메시지를 전달할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 장치의 동작 흐름을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 운전 상태 판단 장치(100)는 현재 시점을 기준으로 자차량(10)의 위치를 기반으로 선행차량(20)의 정보, 예를 들어, 위치, 속도, 가속도 정보를 확인한다(S110). 'S110' 과정에서 운전 상태 판단 장치(100)는 거리측정센서를 통해 선행차량(20)의 정보를 획득할 수 있으며, 선행차량(20)과의 V2V 통신을 통해서 선행차량(20)의 정보를 수신할 수도 있다.
운전 상태 판단 장치(100)는 현재 시점의 자차량(10)의 위치, 속도, 가속도 및 동일 시점의 선행차량(20)의 위치, 속도, 가속도를 이용하여, 선행차량(20)의 위치를 기준으로 자차량(10)이 선행차량(20)과의 충돌 전 정치하는 종료 시점을 계산하고(S120), 현재 시점을 시작 시점으로 했을 때 시작 시점과 'S120' 과정에서 계산한 종료 시점 사이 구간에 대한 자차량(10)의 최소 예상 저크를 계산한다(S130).
종료 시점 및 자차량(10)의 최소 예상 저크를 계산하는 실시예는 [수학식 1] 내지 [수학식 16]을 참조한다.
또한, 운전 상태 판단 장치(100)는 운전자의 허용 저크를 계산한다(S140). 'S140' 과정에서, 운전자의 허용 저크는 예상 저크가 0이고 브레이크를 밟은 경우의 마스터 실린더 압력(Master Cylinder Pressure, MCP)의 증가 속도 분포를 이용하여 계산될 수 있다.
이후, 운전 상태 판단 장치(100)는 'S130' 과정에서 계산한 최소 예상 저크 및 'S140' 과정에서 계산한 운전자의 허용 저크를 비교한다. 만일, 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크를 초과하면(S150), 운전 상태 판단 장치(100)는 운전자에 의한 별도의 운전 조작이 있는지 확인한다.
만일, 최소 예상 저크가 허용 저크를 초과함에도 불구하고 운전자로부터 별도의 조작이 없으면(S160), 운전 상태 판단 장치(100)는 부주의 운전 상태인 것으로 판단하여 경보를 출력할 수 있다(S170).
반면, 'S150' 과정에서 최소 예상 저크가 운전자의 허용 저크 미만이거나, 'S160' 과정에서 운전자에 의한 별도의 조작이 있는 것으로 확인되면, 운전 상태 판단 장치(100)는 부주의 상태가 아닌 것으로 판단하여 'S110' 이후 과정을 수행할 수 있다.
한편, 운전 상태 판단 장치(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 'S270' 과정에서 경보를 출력한 이후에, 부주의 운전 상태 정보 메시지를 차량의 충돌 제어 시스템으로 전달할 수도 있다(S280).
도 6에 도시된 'S210' 내지 'S270' 과정은 도 5와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
상기에서와 같이 동작하는 본 실시예에 따른 운전 상태 판단 장치(100)는 독립적인 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)로서 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 상태 판단 방법이 실행되는 컴퓨팅 시스템을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 자차량 20: 선행차량
100: 운전 상태 판단 장치 110: 제어부
120: 인터페이스부 130: 센서부
140: 통신부 150: 저장부
160: 저크 계산부 170: 판단부
180: 신호 처리부

Claims (20)

  1. 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 저크 계산부;
    상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부에 의해 부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하는 신호 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    현재 시점을 시작 시점으로 정의하고 자차량이 선행차량과 충돌하기 직전 위치에 정지하는 시점을 종료 시점으로 정의하여 상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 예상 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 상기 자차량의 위치를 3차 미분하여 예상 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    아래 수학식을 이용하여 상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 상기 자차량의 위치를 정의하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
    [수학식]
    Figure 112016109713248-pat00020

    (여기서, x(t)는 t 시점의 자차량의 위치, ak는 임의 계수를 의미한다.)
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 수학식을 이용하여 상기 시작 시점의 자차량의 제1 위치, 제1 속도 및 제1 가속도 정보 및 상기 종료 시점의 자차량의 제2 위치, 제2 속도 및 제2 가속도를 정의하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 자차량의 상기 제1 위치, 상기 제2 속도 및 상기 제2 가속도는 0의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 시작 시점의 자차량의 제1 위치, 제1 속도 및 제1 가속도 정보 및 상기 종료 시점의 자차량의 제2 위치, 제2 속도 및 제2 가속도를 이용하여 상기 수학식의 각 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 시작 시점의 상기 선행차량의 주행 상태에 따른 위치, 속도, 가속도를 이용하여 상기 종료 시점의 자차량의 제2 위치, 제2 속도 및 제2 가속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 종료 시점에 상기 선행차량이 주행 상태이면 아래 수학식을 이용하여 상기 예상 저크가 0이 되는 종료 시점을 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
    [수학식]
    Figure 112016109713248-pat00021

    (여기서, T는 종료 시점, x(T)는 종료 시점의 자차량의 위치, xl은 시작 시점의 선행차량의 위치, vl은 시작 시점의 선행차량의 속도, 그리고 al은 시작 시점의 선행차량의 가속도를 의미한다.)
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 종료 시점에 상기 선행차량이 정지 상태이면 아래 수학식을 이용하여 상기 예상 저크가 0이 되는 종료 시점을 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
    [수학식]
    Figure 112016109713248-pat00022

    (여기서, T는 종료 시점, x(T)는 종료 시점의 자차량의 위치, xl은 시작 시점의 선행차량의 위치, vl은 시작 시점의 선행차량의 속도, 그리고 al은 시작 시점의 선행차량의 가속도를 의미한다.)
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 예상 저크의 제곱 합을 최소 예상 저크로 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 저크 계산부는,
    저크가 0인 상태에서 브레이크가 작동한 경우의 마스터 실린더 압력의 증가 속도 분포를 이용하여 상기 운전자의 허용 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간의 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우, 상기 운전자에 의해 별도의 운전 조작이 없으면 부주의 운전 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 획득하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  15. 청구항 1에서,
    상기 선행차량과의 V2V 통신을 통해 상기 선행차량의 위치, 속도 및 가속도 정보를 수신하는 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  16. 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 저크 계산부;
    상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 판단부; 및
    부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하고, 상기 부주의 운전 상태에 대한 정보를 포함하는 메시지를 상기 자차량 내의 충돌 제어 시스템으로 전달하는 신호 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 장치.
  17. 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 획득하는 단계;
    상기 현재 시점의 자차량의 위치, 속도 및 가속도 정보와, 선행차량의 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 상기 자차량이 상기 선행차량의 위치에 도달하기까지의 구간에서 발생하는 최소 예상 저크를 계산하고, 상기 자차량의 운전자의 허용 저크를 계산하는 단계;
    상기 구간에서 계산된 최소 예상 저크가 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는지 판단하여 상기 운전자의 허용 저크를 초과하는 경우 상기 운전자의 운전 조작 상태에 따라 부주의 운전 상태를 판단하는 단계; 및
    부주의 운전 상태인 것으로 확인되면 경보를 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 저크를 계산하는 단계는,
    현재 시점을 시작 시점으로 정의하고 자차량이 선행차량과 충돌하기 직전 위치에 정지하는 시점을 종료 시점으로 정의하여 상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 예상 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 저크를 계산하는 단계는,
    상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 상기 자차량의 위치를 3차 미분하여 예상 저크를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 저크를 계산하는 단계는,
    상기 시작 시점과 상기 종료 시점의 사이 구간에서 각 시점의 예상 저크의 제곱 합을 최소 예상 저크로 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 상태 판단 방법.
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