KR101988915B1 - 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템 및 이를 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법 - Google Patents

Abstract

차량 간 충돌 가능성 판단 시스템 및 이를 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서, 상기 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템은, 자차에 설치된 GPS 단말기가 수신하는 위도 및 경도를 이용하여 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 계산부, 상기 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역을 나타내는 지구좌표계를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 상대거리 측정부 및 상기 측정된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량의 충돌 위험을 판별하고 위험을 경고하는 충돌 경고부를 포함한다.

Description

차량 간 충돌 가능성 판단 시스템 및 이를 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법 {SYSTEM OF PREDICTING COLLISION PROBABILITY FOR MOVING VEHICLES AND METHOD OF PREDICTING COLLISION FOR MOVING VEHICLES USING SAME}

본 발명은 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템 및 이를 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도로 주행 중인 차량 간의 충돌 가능성을 예측하여 충돌 가능성이 있을 경우 위험을 경고하는 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템 및 이를 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에 관한 것이다.

종래의 차량 간 충돌 가능성을 판단하는 장치 내지 판단 시스템은 초음파 센서, 레이더, 영상 카메라, 기타 센서를 사용하여 자차와 주변 차량 사이의 거리를 구하고 거리가 일정 범위 이내이면 충돌의 위험을 경고하거나 제동을 체결하여 충돌을 예방하거나 피해를 경감시키는 것이 주류이다.

이러한 방법들은 각 차량에 다수의 센서를 장착하여야 하며 다수의 센서가 주고받는 신호를 처리하기 위한 장치를 필요로 한다. 다수의 센서와 장치가 사용되므로 소비전력과 비용이 상승할 수 있고 시스템의 고장률이 증가하는 단점이 있다.

또한, 해상을 이동하는 두 이동체 사이의 충돌 방지에 관한 대한민국 공개특허 제10-2010-0064287에서는 GPS 신호를 이용하여 각 이동체를 원으로 표시하고 각 이동체의 운행경로를 예측하여 두 원이 겹치면 충돌의 위험이 있는 것으로 판단하고 있다.

그러나, 해상의 이동체와 같이 두 물체 사이에 충분한 여유 공간이 있는 경우에는 이와 같이 이동체를 GPS 수신점을 기준으로 원으로 표시하여도 어느 정도 유용성이 있을 수 있으나, 도로상을 운행하는 자동차는 두 이동체 사이에 이격거리가 짧은 경우에는 20-30 cm 정도로 아주 짧고 일반적인 경우에도 50-100 cm 정도이므로 자동차의 특성을 반영한 훨씬 더 정밀한 이동체의 영역 표시와 자동차의 제동거리를 고려한 충돌 가능성을 판단하는 장치 및 방법이 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0064287호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 차량 각각에 설치된 GPS 단말기 및 차량 간 무선통신을 이용하여 주행 중인 차량 간의 충돌 가능성을 예측하여 충돌 가능성이 있을 경우 위험을 경고하는 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템을 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템은 자차에 설치된 GPS 단말기가 수신하는 위도 및 경도를 이용하여 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 계산부, 상기 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역을 나타내는 지구좌표계를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 상대거리 측정부 및 상기 측정된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량의 충돌 위험을 판별하고 위험을 경고하는 충돌 경고부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 자차 및 상기 주변차량이 각각 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 차량의 충돌 안전영역을 설정하고, 상기 자차 및 상기 주변차량 각각의 상기 차량의 충돌 안전영역이 서로 겹쳐지는 지를 판단하여 상기 자차 및 상기 주변차량 간 충돌 가능성을 판단할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서, 자차에 설치된 GPS 단말기가 수신한 위도 및 경도를 이용하여 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산한다. 상기 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타낸다. 상기 지구좌표계를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산한다. 상기 측정된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량의 충돌 가능성을 판단하고 위험을 경고한다.

일 실시예에서, 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 단계에서, 상기 자차의 GPS 수신점 A를 원점으로 한

좌표계 및 상기 자차의 진행방향을 고려한

좌표계를 정의하고, 상기 좌표계들을 이용하여 상기 평면상의 영역을 사각형으로 근사하여 나타낼 수 있다.

일 실시예에서, 임의의 점 P의 좌표는 상기

좌표계 및 상기

좌표계를 이용하여 하기 식들,

(1)

(2)

로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 점 P의 위도

및 경도

는 상기 자차의 GPS 수신점 A의 위도

와 경도

를 이용하여 하기 식들,

(3)

(4)

로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타내는 단계에서, 상기 사각형의 네 모서리 A1, A2, A3, A4 의 좌표를 상기

좌표계로 나타낸 후 상기

좌표계를 지구좌표계

로 나타내며,

상기 모서리 A1 에서의 지구좌표계

는 하기 식들,

(9)

(10)

로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서, 상기 자차의 속도

및 상기 주변 차량의 속도

는 하기 식들,

(11)

(12)

로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서, 상기 자차를 기준으로 상기 자차에 대한 상기 주변차량의 상대속도를 X와 Y방향으로 나누어 상기 자차를 기준으로 경도 방향의 상대속도

와 상기 자차를 기준으로 위도 방향의 상대속도

를 구하며,

상기

및 상기

는 하기 식들,

(13)

(14)

로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서, 상기 자차 및 상기 주변차량이 차지하는 평면상의 영역이 지구좌표계의 경도방향과 위도방향으로 서로 겹치는지를 판단하고, 만약 겹친다면 상기 자차 및 상기 주변차량 간 최소거리를 계산하여 최소거리가 설정값 이하이면 충돌 위험을 경고할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차와 상기 주변차량의 충돌 가능성을 판단하고 위험을 경고하는 단계에서, 상기 자차 및 상기 주변차량이 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 차량의 충돌 안전영역(안전거리)을 설정하고 각 차량의 충돌 안전영역(안전거리)이 서로 겹쳐지는 지를 판단하여 두 차량 간 충돌 가능성을 판단할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차와 상기 주변차량 간의 안전거리는 하기 식,

=

+

(17)

(

=제동거리,

=감속도,

=운전자가 제동을 체결하는데 필요한 시간

동안 주행하는 공주거리)으로 정의될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 단계에서, 상기 자차가 차지하는 평면상의 영역을 타원형으로 근사하여 나타낼 수 있다.

일 실시예에서, 상기 타원형의 타원 방정식은

좌표계로 나타내어,

(18)

상기 식으로 정의되고,

상기 식은 좌표변환을 통하여

좌표계로 나타내어,

(19)

(20)

상기 식들로 정의되고,

상기

,

는 지구좌표계

로 나타내어,

(21)

(22)

상기 식들로 정의될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 대부분의 차량에 설치되어 있는 GPS 신호 하나만을 이용하여 자차와 주변 차량의 충돌 위험성을 예측하여 경고함으로써, 별도의 센서를 설치할 필요가 없어 보다 간단하고 효율적이며 비용을 절감할 수 있다.

또한, 자차 및 주변 차량이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 사각형 또는 타원형으로 근사하고 상기 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타냄으로써 보다 더 정확하고 정밀하게 자차 및 주변 차량이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템을 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법을 도시한 개념도이다.
도 4는 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차와 주변 차량 한 대만 도시한 개념도이다.
도 5는 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차가 차지하는 평면상의 영역을 사각형으로 표시할 때 사각형의 모서리 A1, A2, A3, A4의 좌표를

좌표계로 표현한 것을 도시한 개념도이다.
도 6은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차가 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 차량의 충돌 안전영역을 설정하고 각 차량의 충돌 안전영역이 서로 겹쳐지는 지를 판단하여 두 차량 간 충돌 가능성을 판단하는 것을 도시한 개념도이다.
도 7은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차의 한 점에서 측정한 GPS 단말기의 경도와 위도를 이용하여 차량의 외곽을 타원으로 표시하는 것을 도시한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템을 이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 도 2의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법을 도시한 개념도이고, 도 4는 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차와 주변 차량 한 대만 도시한 개념도이고, 도 5는 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차가 차지하는 평면상의 영역을 사각형으로 표시할 때 사각형의 모서리 A1, A2, A3, A4의 좌표를

좌표계로 표현한 것을 도시한 개념도이고, 도 6은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차의 한 점에서 측정한 GPS 단말기의 경도와 위도를 이용하여 차량의 외곽을 타원으로 표시하는 것을 도시한 개념도이고, 도 7은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차가 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 차량의 충돌 안전영역을 설정하고 각 차량의 충돌 안전영역이 서로 겹쳐지는 지를 판단하여 두 차량 간 충돌 가능성을 판단하는 것을 도시한 개념도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 실시예에 의한 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템(1) 및 상기 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템이용한 차량 간 충돌 가능성 판단 방법(2)을 동시에 설명한다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 차량 간 충돌 경고 장치(1)는 계산부(10), 상대거리 측정부(20) 및 충돌 경고부(30)를 포함한다.

차량에는 각각 GPS 단말기가 설치되며, 상기 차량에 설치된 GPS 단말기는 수신하는 위도 및 경도를 수신한다. 상기 GPS 단말기는 GPS 신호를 수신하고, 충돌 경고 및 방지에 필요한 자료를 가공하여 주변 차량과 무선으로 송수신 할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 자차(사용자가 운전하는 차량 혹은 탑승하고 있는 차량, 100)는 GPS 단말기를 구비하며, 상기 계산부(10)는 상기 GPS 단말기가 수신한 상기 위도 및 상기 경도를 이용하여 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산한다(단계 S100).

먼저, 상기 자차(100)의 상기 GPS 단말기가 처리할 수 있는 범위를 원으로 나타낸다. 상기 범위는 무선통신의 유효 전파거리를 고려하여 정할 수 있다. 상기 범위가 너무 넓으면 상기 자차(100)가 감시해야 할 주변 차량의 수가 많아지게 되어 데이터를 처리하고 송수신 하는 데 더 많은 시간이 소요되고 상기 GPS 단말기가 더 많은 전력을 소모하게 되는 단점이 잇다.

반면, 상기 범위가 너무 좁으면 범위 밖에 있는 주변 차량이 상기 자차의 주행 안전에 영향을 미칠 수 있어도 상기 주변 차량의 상태를 감시할 수 없으므로 자차와 주변 차량의 충돌위험을 예방하는 효과가 저감되는 단점이 있다.

따라서, 상기 범위는 차량의 운행속도와 단말기의 전력소비, 무선통신 방식 등을 고려하여 적절히 선정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 저속으로 운행하는 도심지에서는 상기 범위를 좁게 설정하고, 고속으로 운행하는 고속도로에서는 넓게 설정하는 가변적인 방법도 가능하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자차(100)의 주변에서 운행되고 있는 주변 차량들(110, 120, …, 160, 170)이 있다. 이 중, 상기 주변 차량들(110, 120, 130, 140, 170)이 상기 자차(100)의 상기 GPS 단말기가 처리할 수 있는 범위 내에 있으며, 상기 주변 차량들(110, 120, 130, 140, 170) 각각에 GPS 단말기들이 설치되어 있다. 상기 자차(110) 및 상기 주변 차량들(110, 120, 130, 140, 170)에 설치된 각 GPS 단말기들의 GPS 수신점 A, B, C, D, E, F를 점()으로 표시한다.

다음, 상기 자차(100)가 차지하는 상기 평면상의 영역(200)을 표시한다. 상기 평면상의 영역(200)은 차량을 평면상에 투시하였을 때 나타나는 제일 외곽선을 기준으로 설정하면 정확하지만 일반적인 차량의 모양을 고려하여 차량의 외곽을 감싸는 최소 사각형으로 정하여도 상당히 정확하게 실제 차량이 차지하는 영역을 나타낼 수 있다.

차량 간 통신에 사용할 수 있는 무선통신은 와이파이, LTE, LTE-R, 와이브로, 4G, 5G, NFC (Near Field Communication), 블루투스, 지그비 (Zigbee), UWB (Ultra Wideband), 그리고 IEEE 802, 1609 규격에서 제시하는 WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment) 방식의 통신이 사용될 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다.

상기 자차(100)에 설치된 상기 GPS 단말기의 GPS 수신점 A는 상기 자차(100)의 위도, 경도, 속도 및 진행방향을 제공할 수 있다.

상기 GPS 수신점 A가 제공하는 경도 좌표는 그리니치 천문대를 지나는 본초 자오선을 기준으로 얼마나 떨어져 있는가를 나타내는 척도로 지구의 둘레를 동쪽으로 180 등분, 그리고 서쪽으로 180 등분하여 각각 표시하며 각각 동경, 서경으로 표시하고 단위로는 도(˚)를 사용하며, 위도 좌표는 지구의 적도를 기준으로 북쪽 혹은 남쪽으로 떨어진 정도를 나타내는 척도로 북극점까지 90 등분, 남극점까지 90 등분하여 각각 북위, 남위로 표시하며 단위는 도(˚)를 사용한다.

도 4는 상기 차량 간 충돌 가능성 판단 방법(2)을 보다 자세히 설명하기 위해 상기 자차(100)와 상기 주변 차량(110) 한 대만을 도시한 것이다.

상기 자차(100)의 상기 GPS 수신점 A를 원점으로 한 국부좌표계

를 정의한다.

각 차량의 고도 차이는 본 실시예를 구현하는데 큰 영향이 없으므로 편의상 (x, y) 평면에 수직한 직각 방향은 고려하지 않는다.

상기 국부좌표계

는 GPS를 표시하는 지구좌표계 (X, Y)의 원점을 차량의 상기 GPS 수신점 A로 평형 이동시킨 것이다.

상기 자차(100)의 진행방향을 고려한 새로운 국부좌표계

의 원점은 상기 국부좌표계

와 동일하다. 상기 새로운 국부좌표계

는

축이 차량의 진행방향과 일치하게 상기 국부좌표계

를 원점을 기준으로 회전한 좌표계이다.

도 4에서

축은 국부좌표계

의 y 축을 국부좌표계의 원점을 기준으로

만큼 회전한 위치에 있다. 임의의 점 P의 좌표는

좌표와

좌표로 표시할 수 있고 이들 사이의 관계는 하기 식 (1) 및 식 (2)와 같이 표현된다.

(1)

(2)

점 P의 위도

와 경도

는 A 점의 위도

와 경도

를 이용하여 상기 식 (1) 및 상기 식 (2)를 각각 하기 식 (3) 및 식 (4)로 나타낼 수 있다.

(3)

(4)

따라서 임의의 지점에 대해 경도와 위도는

,

, 혹은

좌표로 표시할 수 있다. 이러한 관계를 이용하여 도 5를 참조하면, 상기 자차(100)의 상기 평면상의 영역(200)을 사각형으로 표시할 때 상기 사각형의 모서리 A1, A2, A3, A4 의 좌표를

좌표계로 각각 하기 식 (5), 식 (6), 식 (7) 및 식 (8)로 간단하게 표현할 수 있다.

(5)

(6)

(7)

(8)

따라서

좌표계로 표현된 상기 A1의 좌표는 식 (1), (2), (3) 및 (4)를 이용하여 지구좌표계

로 표현할 수 있다(단계 S200).

(9)

(10)

상기 A2, 상기 A3, 상기 A4의 좌표도 상기와 같은 방법으로 지구좌표계

로 표현할 수 있다. 상기 주변 차량(110)의 사각형의 모서리 B1, B2, B3, B4 의 좌표도 상기와 같은 방법으로 지구좌표로 표현할 수 있다(단계 S200).

따라서 상기 자차(100)의 상기 평면상의 영역이 상기 지구좌표계

로 확정되며, 상기 주변 차량(110)의 위도 및 경도 값을 수신하여 차량 간 충돌 위험을 다양한 알고리즘을 이용하여 쉽게 판정할 수 있다.

이 후, 상기 상대거리 측정부(20)는 상기 지구좌표계

를 이용하여 상기 자차(100)와 상기 주변 차량(110) 간 상대거리를 계산한다(단계 S300).

상기 상대거리를 구하기 위해, 상기 자차(100)와 상기 주변 차량(110)의 속도

,

를 벡터로 표시하면 하기 식 (11) 및 식 (12)와 같다.

(11)

(12)

여기서,

와

는 각각 X, Y 방향의 단위 벡터이다.

상기 자차(100)를 기준으로 상기 자차(100)에 대한 상기 주변 차량(110)의 상대속도를 X와 Y방향으로 나누어

와

로 나타내면 하기 식 (13) 및 식 (14)로 표현된다. 상기

는 상기 자차(100)를 기준으로 경도 방향의 상대속도이고, 상기

는 위도 방향의 상대속도이므로 각 방향의 충돌 가능성을 판단하는데 유용한 값으로 사용될 수 있다.

(13)

(14)

상기 충돌 경고부(30)는 상기 측정된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변 차량의 충돌 가능성을 판단하고 위험을 경고한다(단계 S400).

구체적으로, 상기 충돌 경고부(30)가 상기 차량(100)과 상기 주변 차량(110)의 충돌 가능성을 판별하기 위해서는 두 차량의 경로가 겹쳐지는 지를 판단할 필요가 있다.

Y 방향의 충돌 가능성을 판단하는 경우를 좀 더 자세히 설명하면 우선

,

,

, 혹은

중 한 점이 상기 자차(100)가 차지하고 있는 경도의 범위 내부에 위치하는 가를 판단하여 내부에 위치한다면 두 차량 간 Y 축 방향의 최소거리(상대거리)를 구하여 최소거리가 설정값 이하이면 충돌 위험을 경고한다.

상기 최소거리는

,

,

, 혹은

좌표와

,

,

, 혹은

좌표를 이용하여 구한다. 좀 더 정확한 상기 자차(100)와 상기 주변 차량(110) 간 거리를 구하기 위해서

,

,

,

와 같이 상기 평면상의 영역을 표시하는 선에 추가로 거리 계산에 필요한 위치를 추가할 수 있다. 충돌 안전에 필요한 차량 간 이격거리 설정값을 여러 개로 하여 충돌 경보를 여러 단계로 할 수도 있다. 상기 이격거리 설정값은 다양한 방법으로 설정할 수 있지만 유용한 하나의 방법은 제동거리 예측값을 사용하는 것이다. 차량의 제동거리는 속도의 제곱에 비례하고 감속도에 반비례 한다. Y 방향의 상대속도

, 감속도

라 하면 제동거리

는 하기 식 (15)와 같이 표현된다.

(15)

여기서,

는 차량의 제원과 노면 상태에 따라 적절한 값을 사용할 수 있다. 그렇지만 이 감속도의 최대값은 타이어와 노면의 최대 마찰계수

에 의해 제한을 받으므로 감속도의 최대값은

(

는 중력가속도) 이상이 될 수는 없다.

충돌을 피할 수 있는 안전한 이격거리는 제동거리에 운전자가 실제 제동을 체결하는 데 필요한 반응시간 (

) 동안 주행한 공주거리 (

, )와 여유거리를 더하여 설정할 수 있다.

유사한 방법으로 X 방향의 충돌 가능성을 판단하는 경우를 설명하면 우선

,

,

, 혹은

중 한 점이 상기 자차(100)가 차지하고 있는 위도의 범위 내부에 위치하는 가를 판단하여 내부에 위치한다면 상기 자차(100) 및 상기 주변 차량(110) 간 X 축 방향의 최소거리를 구하여 상기 최소거리가 설정값 이하이면 충돌 경보를 한다.

,

,

, 혹은

좌표와

,

,

, 혹은

좌표를 이용하여 구한다. 차량 간 충돌을 방지하기 위해 필요한 X축 방향의 이격거리 설정값을 여러 개로 하여 충돌 경보를 여러 단계로 할 수도 있다. 상기 이격거리 설정값은 다양한 방법으로 설정할 수 있지만 유용한 하나의 방법은 제동거리 예측값을 사용하는 것이다. 차량의 제동거리는 속도의 제곱에 비례하고 감속도에 반비례 한다. X 방향의 상대속도

, 감속도

라 하면 제동거리

는 하기 식 (16)과 같이 표현된다.

(16)

여기서, 감속도

는 차량의 제원과 노면 상태에 따라 적절한 값을 사용할 수 있다. 충돌 경보를 위한 차량 간 이격거리는 이 제동거리에 적절한 여유거리를 더하여 설정하는 것이 바람직하다.

도 6은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 차량의 충돌 안전영역을 설정하고 각 차량의 충돌 안전영역이 서로 겹쳐지는 지를 판단하여 두 차량 간 충돌 가능성을 판단하는 것을 도시한 개념도이다.

상기

,

,

,

은 상기 자차(100)가 차지하는 영역을 나타내는 사각형의 꼭지점이다.

상기 자차(100)가

속도로

방향으로 주행하다가 제동이 체결되어 멈추는 경우 제동거리는

이고 (

는 감속도) 운전자가 제동을 체결하는데 필요한 시간

동안 주행하는 공주거리는

이므로 안전거리는 하기 식 (17)로 설정할 수 있다.

=

+

(17)

따라서 자차(100)의 안전영역은

,

,

를 꼭지점으로 하는 사각형 영역으로 설정할 수 있다. 이들 꼭지점의 지구좌표계 (X,Y)는 위에서 설명한 바와 같이 좌표변환을 이용하여 구할 수 있다. 상기 주변차량(110)에 대해서도 동일한 방법으로

,

,

를 꼭지점으로 하는 사각형 영역으로 안전영역을 설정할 수 있다.

그리하여 상기 경고부(30)는 상기 두 안전영역이 충돌하는 지를 판정하여 충돌하면 충돌위험 경고를 운전자가 인식할 수 있도록 소리, 빛, 진동 등으로 표출한다.

도 7은 도 3의 차량 간 충돌 가능성 판단 방법에서 자차의 한 점에서 측정한 GPS 단말기의 경도와 위도를 이용하여 차량의 외곽을 타원으로 표시하는 것을 도시한 개념도로, 상기 자차(100)의 GPS 수신점 A에서 측정한 GPS 단말기의 경도와 위도를 이용하여 상기 평면상의 영역을 타원으로 표시하는 방법을 보여준다.

,

,

,

은 타원의 장축과 단축이

,

축과 만나는 위치를 표시한다. 이 점들은 차량의 외곽과 일치하는 점으로 취할 수도 있고, 적당한 여유거리를 두어 설정할 수 있다. 타원의 방정식은

좌표계로 하기 식 (18)과 같이 표현된다.

(18)

좌표변환을 통하여

좌표계로 표현된 식을

좌표계로 표현된 식으로 하기 식 (19) 및 식 (20)로 바꾸어 표현한다.

(19)

(20)

다음, (x,y) 좌표계로 표시된 식을 지구좌표계

로 표현된 식으로 하기 식 (21) 및 식 (22)으로 바꾸어 표현한다.

(21)

(22)

본 실시예에 의한 차량 간 충돌 가능성을 판단하는 방법은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 차량 외곽을 사각형으로 표시한 경우와 유사하다. 여기서는 상기 자차(100)와 주변 차량(110) 간 상대거리 계산과 상기 자차(100)와 상기 주변 차량(110) 간 경로가 겹치는 지를 판단할 때, 상기 자차(100)는 타원의 네 점을

,

,

,

을 기준점으로 하고 상기 주변 차량(110)도 이에 타원상의 네 점을 취하여 계산하면 충분하지만 이 방법에 국한할 필요는 없다. 상기 차량 간 상대속도 계산과 차량 간 안전 이격거리 기준 설정은 앞에서 설명한 바와 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 대부분의 차량에 설치되어 있는 GPS 신호 하나만을 이용하여 자차와 주변 차량의 충돌 위험성을 예측하여 경고함으로써, 별도의 센서를 설치할 필요가 없어 보다 간단하고 효율적이며 비용을 절감할 수 있다.

또한, 자차 및 주변 차량이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 사각형 또는 타원형으로 근사하고 상기 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타냄으로써 보다 더 정확하고 정밀하게 자차 및 주변 차량이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 나타낼 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템
2 : 차량 간 충돌 가능성 판단 방법
10 : 계산부 20 : 상대거리 측정부
30 : 충돌 경고부
100 : 자차 110 : 주변 차량
200 : 평면상의 영역

Claims (14)

1. 자차의 GPS 단말기가 처리하는 범위 내에서, 자차 및 주변차량의 GPS 단말기들의 GPS 수신점이 표시된 상태에서,
   자차 및 주변차량들 각각에 설치된 GPS 단말기가 수신하는 위도 및 경도를 이용하여 상기 자차 및 주변차량들 각각이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 각각 계산하는 계산부;
   상기 자차 및 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역을 나타내는 지구좌표계를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량들 간 상대거리를 계산하는 상대거리 측정부; 및
   상기 계산된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량들 간의 충돌 위험을 판별하고 위험을 경고하는 충돌 경고부를 포함하고,
   상기 충돌 경고부는,
   상기 자차 및 상기 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 자차 및 주변차량들 각각의 차량의 충돌 안전영역을 설정하고, 상기 자차 및 주변차량들 각각의 상기 차량의 충돌 안전영역이 서로 중첩되는 지를 판단하여 상기 자차 및 주변차량들 간 충돌 가능성을 판단하고,
   상기 충돌 안전영역 중첩여부의 판단은, 상기 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역의 네 모서리에 해당하는 좌표들 중 적어도 하나가, 상기 자차의 충돌 안전영역의 내부에 위치하는 가의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 시스템.
2. 삭제
3. 자차의 GPS 단말기가 처리하는 범위 내에서, 자차 및 주변차량의 GPS 단말기들의 GPS 수신점을 표시하는 단계;
   자차 및 주변차량들 각각에 설치된 GPS 단말기가 수신한 위도 및 경도를 이용하여 상기 자차 및 주변차량들 각각이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 각각 계산하는 단계;
   상기 자차 및 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타내는 단계;
   상기 지구좌표계를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량들 간 상대거리를 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 상대거리를 이용하여 상기 자차와 상기 주변차량들 간의 충돌 가능성을 판단하고 위험을 경고하는 단계를 포함하고,
   상기 위험을 경고하는 단계에서,
   상기 자차 및 상기 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역에 제동거리를 더하여 자차 및 주변차량들 각각의 차량의 충돌 안전영역을 설정하고, 상기 자차 및 주변차량들 각각의 상기 차량의 충돌 안전영역이 서로 중첩되는 지를 판단하여 상기 자차 및 주변차량들 간 충돌 가능성을 판단하고,
   상기 충돌 안전영역 중첩여부의 판단은, 상기 주변차량들 각각이 차지하는 평면상의 영역의 네 모서리에 해당하는 좌표들 중 적어도 하나가, 상기 자차의 충돌 안전영역의 내부에 위치하는 가의 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 자차 및 주변차량들 각각이 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 단계에서,
   상기 자차의 GPS 수신점 A를 원점으로 한

   

   좌표계 및 상기 자차의 진행방향을 고려한

   

   좌표계를 정의하고, 상기 좌표계들을 이용하여 상기 평면상의 영역을 사각형으로 근사하여 나타내는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
5. 제4항에 있어서,
   임의의 점 P의 좌표는 상기

   

   좌표계 및 상기

   

   좌표계를 이용하여 하기 식들,
   

   

   (1)
   

   

   (2)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 점 P의 위도

   

   및 경도

   

   는 상기 자차의 GPS 수신점 A의 위도

   

   와 경도

   

   를 이용하여 하기 식들,
   

   

   (3)
   

   

   (4)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 자차 및 주변차량이 차지하는 평면상의 영역을 지구좌표계로 나타내는 단계에서,
   상기 사각형의 네 모서리 A1, A2, A3, A4 의 좌표를 상기

   

   좌표계로 나타낸 후 상기

   

   좌표계를 지구좌표계

   

   로 나타내며,
   상기 모서리 A1 에서의 지구좌표계

   

   는 하기 식들,
   

   

   (9)
   

   

   (10)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서,
   상기 자차의 속도

   

   및 상기 주변 차량의 속도

   

   는 하기 식들,
   

   

   (11)
   

   

   (12)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서,
   상기 자차를 기준으로 상기 자차에 대한 상기 주변차량의 상대속도를 X와 Y방향으로 나누어 상기 자차를 기준으로 경도 방향의 상대속도

   

   와 상기 자차를 기준으로 위도 방향의 상대속도

   

   를 구하며,
   상기

   

   및 상기

   

   는 하기 식들,
   

   

   (13)
   

   

   (14)
   로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 자차와 상기 주변차량 간 상대거리를 계산하는 단계에서,
    상기 자차 및 상기 주변차량이 차지하는 평면상의 영역이 지구좌표계의 경도방향과 위도방향으로 서로 겹치는지를 판단하고, 만약 겹친다면 상기 자차 및 상기 주변차량 간 최소거리를 계산하여 최소거리가 설정값 이하이면 충돌 위험을 경고하는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
11. 삭제
12. 제3항에 있어서,
    상기 자차와 상기 주변차량 간의 충돌 안전영역에 대한 안전거리는 하기 식,
    

    

    =

    

    +

    

    (17)
    (

    

    =제동거리,

    

    =감속도,

    

    =운전자가 제동을 체결하는데 필요한 시간

    

    동안 주행하는 공주거리)
    으로 정의하는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
13. 제3항에 있어서, 상기 자차가 지표면에서 차지하는 평면상의 영역을 계산하는 단계에서,
    상기 자차가 차지하는 평면상의 영역을 타원형으로 근사하여 나타내는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 타원형의 타원 방정식은

    

    좌표계로 나타내어,
    

    

    (18)
    상기 식으로 정의되고,
    상기 식은 좌표변환을 통하여

    

    좌표계로 나타내어,
    

    

    (19)
    

    

    (20)
    상기 식들로 정의되고,
    상기

    

    ,

    

    는 지구좌표계

    

    로 나타내어,
    

    

    (21)
    

    

    (22)
    상기 식들로 정의되는 것을 특징으로 하는 차량 간 충돌 가능성 판단 방법.

Images