KR102098350B1 - 차량의 최대 주행 속도 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량의 최대 주행 속도 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 기술은 실시간 교통정보와 목표 주행경로에 따라 차량의 최대 주행 속도를 제한하는 장치 및 방법을 개시한다. 본 실시예에 따른 차량의 최대 주행 속도 제어 장치는 GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 목적지까지의 주행 경로를 도출하는 네비게이션 장치, 상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보와 맵 정보를 이용하여 상기 주행 경로의 곡률을 연산하는 곡률 연산부, 상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보 및 상기 주행 경로에 대한 교통 정보와 날씨 정보를 이용하여 횡가속도를 결정하는 횡가속도 결정부 및 상기 곡률 연산부로부터 상기 주행 경로의 곡률을 제공받고 상기 횡가속도 결정부로부터 횡가속도를 제공받아 상기 주행 경로에 대한 최대 주행 속도를 계산하고, 계산된 최대 주행 속도에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 주행 제어부를 포함할 수 있다.

Description

차량의 최대 주행 속도 제어 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR LIMITTING MAXIMUM DRIVING VELOCITY IN VEHICLE AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 차량의 최대 주행 속도를 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 교통정보와 목표 주행 경로에 따라 차량의 최대 주행 속도를 제어함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 다양한 장치가 장착되어 운전자의 편의와 안전운행을 도와주는데, 최근에는 GPS(global positioning system)를 이용한 네비게이션(navigation) 시스템이 자동차에 장착되어 운전자들에게 가고자 하는 목적지에 대한 길 안내를 해준다.
GPS를 이용한 네비게이션 시스템은 복수의 위성들이 고도 20200km 상공에서 공전하며, 전 세계 어디에 있든지 대여섯 개 이상의 위성으로부터 전파를 수신할 수 있도록 설계되어 있다. 즉, 네비게이션 시스템은 복수개의 인공위성으로부터 위도 , 경도, 고도 등을 나타내는 전파를 수신하여 차량의 현재 위치를 연산한 후, 현재 위치가 저장된 지도 정보를 탑승자에게 표시한다.
따라서, 탑승자가 가고자 하는 목적지를 등록시키면 네비게이션 시스템은 현재 위치와 목적지까지의 도로 정보를 연산하고, 이에 따라 최적의 경로를 도출시켜 표시함으로써, 운전자는 이러한 표시 내용에 따라 운행만 하면 어려움 없이 목적지에 정확하게 도착할 수 있다.
또한 최근에는 IT 기술의 발전으로 인해 실시간 교통정보를 획득함으로써 교통정보를 반영하여 경로를 도출하는 것이 가능해졌다.
그런데 최근에는 운전자들이 네비게이션에 너무 의존하다 보니 주행경로에 대한 운전자들의 인지율이 떨어짐으로써 주행경로 상에 급격한 커브가 존재하는 경우 사고율이 증가하는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 실시간 교통정보와 목표 주행경로에 따라 차량의 최대 주행 속도를 제한함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시키고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 최대 주행 속도 제어 장치는 GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 목적지까지의 주행 경로를 도출하는 네비게이션 장치, 상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보와 맵 정보를 이용하여 상기 주행 경로의 곡률을 연산하는 곡률 연산부, 상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보 및 상기 주행 경로에 대한 교통 정보와 날씨 정보를 이용하여 횡가속도를 결정하는 횡가속도 결정부 및 상기 곡률 연산부로부터 상기 주행 경로의 곡률을 제공받고 상기 횡가속도 결정부로부터 횡가속도를 제공받아 상기 주행 경로에 대한 최대 주행 속도를 계산하고, 계산된 최대 주행 속도에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 주행 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 최대 주행 속도 제어 방법은 GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 목적지까지의 주행 경로를 도출하는 제 1 단계, 상기 주행 경로의 곡률을 연산하고, 상기 주행 경로에 교통정보 및 날씨 정보를 반영하여 항기 주행 경로에 대한 최대 횡가속도를 결정하는 제 2 단계 및 상기 주행 경로의 곡률 및 상기 최대 횡가속도를 이용하여 상기 주행 경로의 최대 주행 속도를 계산하고, 계산된 상기 최대 주행 속도에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 실시간 교통정보와 목표 주행경로에 따라 차량의 최대 주행 속도를 제한함으로써 차량의 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 주행 속도 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 곡률 연산부가 주행 경로의 곡률을 연산하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최재 주행 속도 결정을 위한 시간의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 도 1의 횡가속도 결정부가 최대 횡가속도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 주행 제어부에서 최대 주행 속도를 계산하고 그에 따라 차량의 주행을 제어하는 과정을 설명하기 위한 순서도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최대 주행 속도 제어 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1의 최대 주행 속도 제한 장치는 네비게이션 장치(10), 곡률 연산부(20), 횡가속도 결정부(30) 및 주행 제어부(40)를 포함할 수 있다.
네비게이션 장치(10)는 GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 현재의 위치에서부터 운전자가 입력한 목적지까지의 주행 경로를 도출하고 그 결과를 맵과 함께 화면에 표시해준다. 또한, 네비게이션 장치(10)는 주행 경로에 대한 정보를 곡률 연산부(20) 및 횡가속도 결정부(30)에 출력한다.
곡률 연산부(20)는 네비게이션 장치(10)로부터 제공받은 주행 경로에 대한 정보와 맵 정보를 이용하여 주행 경로의 곡률을 연산하여 주행 제어부(40)에 출력한다.
횡가속도 결정부(30)는 네비게이션 장치(10)로부터 제공받은 주행 경로 정보에 해당 주행 경로에 대한 실시간 교통정보(주행 경로에서의 실시간 사고율, 누적 사고율, 교통량 등)와 날씨 정보(강우량, 강설량)를 반영하여 주행 경로에 대한 최대 횡가속도를 결정한 후 그 값을 주행 제어부(40)에 출력한다. 예컨대, 횡가속도 결정부(30)는 날씨(비, 눈)에 따른 최대 횡가속도 가중치, 주행 경로의 실시간 사고율에 따른 최대 횡가속도 가중치 및 주행 경로의 누적 사고율에 따른 최대 횡가속도 가중치를 설정한 후 현재의 날씨, 실시간 사고율 및 누적 사고율에 따른 가중치 중에서 가장 작은 가중치를 노면의 마찰계수로 결정하고 이를 이용하여 최대 횡가속도를 결정한다.
주행 제어부(40)는 곡률 연산부(20)로부터 제공받은 주행 경로의 곡률 및 횡가속도 결정부(30)로부터 제공받은 최대 횡가속도를 이용하여 주행 경로에 대한 최대 주행 속도를 계산하고 이에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 제어 모드를 결정한다.
도 2는 도 1의 곡률 연산부가 주행 경로의 곡률을 연산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
곡률 연산부(20)는 네비게이션 맵을 이용하여 일정 거리(Preview Distance) 이후의 예상 주행 경로에 대한 정보를 획득하여 해당 주행 경로에 대한 곡률을 연산한다.
이때, 일정 거리(Preview Distance)는 차량의 속도 및 최대 주행 속도 결정을 위한 시간(Preview Time)에 따라 결정된다. 이때, 최대 주행 속도 결정을 위한 시간(Preview Time)은 예컨대, 도 3에서와 같이 제어 온(Control On) 대기시간, 최대 경고 시간(카운트) 및 최대 속도 제어시간을 포함할 수 있으며, 각각의 시간은 미리 설정될 수 있다.
일정 거리 이후의 예상 주행 경로에 대한 좌표(Xn, Yn)는 각각 아래와 같이 정의될 수 있다.
Xn = {x(1), x(2), … x(i), …, x(n)}
Yn = {y(1), y(2), … y(i), …, y(n)}
이때, 예상 주행 경로의 곡률은 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.
예상 주행 경로 = Mean{곡률(i)}
Figure 112014111639369-pat00001

곡률 연산부(20)는 상술한 바와 같이 계산된 주행 경로의 곡률에 대한 정보를 최대 속도 결정부(40)에 출력한다.
도 4는 도 1의 횡가속도 결정부가 최대 횡가속도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
주행 중인 차량은 지면과 마찰력에 의해 조향력을 발생시킨다. 이때 차량의 질량과 중력가속도에 비례하는 힘을 수직력으로 받게 되며 타이어와 지면의 마찰력(Fμ)은 이 수직력과 마찰계수에 함수로 나타낼 수 있다. 따라서 타이어가 지면에 대해 낼 수 있는 힘의 크기는 차량의 질량(m), 마찰계수(μ) 및 중력가속도(g)에 비례한다.
Figure 112014111639369-pat00002
그런데, 이러한 마찰력은 차량의 조향을 발생시키는 힘으로 쓰이게 되므로 차량의 횡가속도와 질량과의 관계식으로 나타내면 차량이 만들어 낼 수 있는 최대횡가속도(
Figure 112014111639369-pat00003
)는 마찰계수와 중력의 함수가 되는 것을 알 수 있다.
Figure 112014111639369-pat00004
Figure 112014111639369-pat00005
따라서, 마찰계수를 알고 있다면 최대 횡가속도(
Figure 112014111639369-pat00006
)를 결정할 수 있다.
본 실시예에서의 횡가속도 결정부(30)는 도 3에서와 같이 주행 경로에 대한 날씨, 실시간 사고율 및 누적 사고율 각각에 대해 가중치(1, a1, a2, b1, c1)를 부여한 후 아래의 식과 같이 현재의 날씨, 실시간 사고율 및 누적 사고율에 따른 가중치 중에서 가장 작은 값을 마찰계수로 결정하고, 그 값에 중력 가속도(g=9.81 ㎨)를 곱하여 최대 횡가속도를 결정할 수 있다.
최대 횡가속도 = Min(Factor날씨, Factor실시간사고율, Factor누적사고율) × 9.81 ㎨
횡가속도 결정부(30)는 상술한 바와 같이 결정된 최대 횡가속도에 대한 정보를 최대 속도 결정부(40)에 출력한다.
도 5는 주행 제어부에서 최대 주행 속도를 계산하고 그에 따라 차량의 주행을 제어하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
차량이 주행하는 동안, 주행 제어부(40)는 기 설정된 일정 시간 간격으로 곡률 연산부(20)로부터 제공받은 주행 경로의 곡률 및 횡가속도 결정부(30)로부터 제공받은 최대 횡가속도를 이용하여 최대 주행 속도(t)를 계산한다(단계 110).
이때, 최대 주행 속도(t)는 다음과 같은 식을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112014111639369-pat00007

주행 제어부(40)는 속도 제어가 요구될 가능성이 크다고 판단되는 경우(단계 112), 예컨대 예상 주행 경로의 곡률이 일정값 이상이 되는 경우 현재 계산된 최대 주행 속도{최대 주행 속도 (t)}와 이전에 계산된 최대 주행 속도{최대 주행 속도 (t-1)} 중에서 작은 값{min(최대 주행 속도(t), 최대 주행 속도(t-1))}을 최대 주행 속도로 결정한다(단계 114).
다음에, 주행 제어부(40)는 최대 주행 속도를 현재의 차속과 비교하여 차속이 최대 주행 속도를 넘어서는 정도를 확인하기 위한 카운트(제어 온 카운트)를 수행한다(단계 116).
예컨대, 주행 제어부(40)는 다음의 case 1 조건을 만족하면 제어 온(Control On) 카운트를 1씩 증가(+ 카운트)시키고, 다음의 case 2 조건을 만족하면 제어 온 카운트의 값을 유지(카운트 중단)하며, 다음의 case 3 조건을 만족하면 제어 온 카운트를 1씩 감소(?? 카운트)시킨다.
case 1 : 최대 주행 속도 < 차속
case 2 : 최대 주행 속도 - Vhysterisis < 차속 ≤ 최대 주행 속도
case 3 : 최대 주행 속도 - Vhysterisis ≥ 차속
즉, 본 실시예에서는 차속이 최대 주행 속도보다 커진다고 해서 바로 제어 모드로 진입하지 않고, 정말 현재의 상황이 제어 모드로 진입해야 하는 상황인지를 판단하기 위해 우선 차속이 최대 주행 속도보다 커지는 횟수를 카운트한다. 이때, Vhysterisis는 제어 시점을 조절하기 위한 오프셋(offset) 값으로 시스템 설계자에 의해 미리 설정될 수 있다.
주행 제어부(40)는 카운트 횟수가 기 설정된 임계값(Max1)에 도달했는지 여부를 확인한다(단계 118).
카운트 횟수가 임계값에 도달하면, 주행 제어부(40)는 운전자의 제동 행위 즉 운전자가 브레이크 페달을 밟아 속도를 감속시키려는 행위가 있는지 여부를 확인한다(단계 120).
운전자의 제동 행위가 있는 경우, 주행 제어부(40)는 제어 온 카운트를 "0"으로 리셋시키고 초기 단계로 되돌아간다(단계 122).
단계 120에서 운전자의 제동 행위가 없는 경우, 주행 제어부(40)는 단계 118에서 제어 온 카운트가 임계값(Max)에 도달한 후 기 설정된 시간(제어 온 대기 시간)이 경과했는지 여부를 확인한다(단계 124).
제어 온 카운트가 임계값(Max)에 도달한 후 제어 온 대기 시간이 경과된 경우, 주행 제어부(40)는 제어 모드 카운트를 수행한다(단계 126).
다음에, 주행 제어부(40)는 제어 모드 카운트가 기 설정된 최대 경고 카운트(최대 경고 시간)(Max2)에 도달했는지 여부를 확인한다(단계 128).
이때, 주행 제어부(40)는 제어 모드 카운트가 "0" 보다 크고 최대 경고 카운트보다 작은 경우에는 운전자에게 차속을 감속시키라는 경고 메시지를 출력한다(단계 130).
단계 128에서, 제어 모드 카운트가 최대 경고 카운트(Max2)에 도달한 경우,주행 제어부(40)는 최대 주행 속도 제어 모드로 진입하여 차량의 속도를 강제적으로 단계 114에서 결정된 최대 주행 속도로 감속시킨다(단계132).
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 네비게이션 장치
20 : 곡률 연산부
30 : 횡가속도 결정부
40 : 주행 제어부

Claims (8)

  1. GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 목적지까지의 주행 경로를 도출하는 네비게이션 장치;
    상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보와 맵 정보를 이용하여 상기 주행 경로의 곡률을 연산하는 곡률 연산부;
    상기 네비게이션 장치로부터의 상기 주행 경로에 대한 정보 및 상기 주행 경로에 대한 교통 정보와 날씨 정보를 이용하여 횡가속도를 결정하는 횡가속도 결정부; 및
    상기 곡률 연산부로부터 상기 주행 경로의 곡률을 제공받고 상기 횡가속도 결정부로부터 횡가속도를 제공받아 상기 주행 경로에 대한 최대 주행 속도를 계산하고, 계산된 최대 주행 속도에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 주행 제어부를 포함하되,
    상기 곡률 연산부는 상기 네비게이션 맵을 이용하여 차량의 위치로부터 일정거리(Preview Distance) 이후의 예상 주행 경로에 대한 정보를 획득하여 상기 곡률을 연산하며, 상기 일정거리는 상기 차량의 속도 및 상기 최대 주행 속도를 결정하기 위한 시간(Preview Time)에 따라 결정되는 차량의 최대 주행 속도 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 횡가속도 결정부는
    상기 주행 경로에서의 실시간 사고율, 누적 사고율 및 날씨 정보를 이용하여 횡가속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 횡가속도 결정부는
    날씨에 따른 횡가속도 가중치, 주행 경로의 실시간 사고율에 따른 횡가속도 가중치 및 주행 경로의 누적 사고율에 따른 횡가속도 가중치를 설정한 후 현재의 날씨, 실시간 사고율 및 누적 사고율에 따른 가중치 중에서 가장 작은 가중치를 노면의 마찰계수로 결정하고 이를 이용하여 최대 횡가속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 주행 제어부는
    상기 최대 주행 속도와 차속을 비교하여 차속이 상기 최대 주행 속도보다 큰 정도가 기 설정된 제 1 임계값에 도달하였으나 운전자가 차량의 속도를 감속시키지 않고 기 설정된 제 2 임계값에 도달하는 경우, 차속을 상기 최대 주행 속도로 감속시키는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 장치.
  5. GPS 정보 및 맵 정보를 이용하여 목적지까지의 주행 경로를 도출하는 제 1 단계;
    상기 주행 경로의 곡률을 연산하고, 상기 주행 경로에 교통정보 및 날씨 정보를 반영하여 상기 주행 경로에 대한 최대 횡가속도를 결정하는 제 2 단계; 및
    상기 주행 경로의 곡률 및 상기 최대 횡가속도를 이용하여 상기 주행 경로의 최대 주행 속도를 계산하고, 계산된 상기 최대 주행 속도에 따라 차량의 주행 속도를 제어하는 제 3 단계를 포함하되,
    상기 제2 단계에서, 차량의 위치로부터 일정거리(Preview Distance) 이후의 예상 주행 경로에 대한 정보를 획득하여 상기 곡률을 연산하며, 상기 일정거리는 상기 차량의 속도 및 상기 최대 주행 속도를 결정하기 위한 시간(Preview Time)에 따라 결정되는 차량의 최대 주행 속도 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 단계는
    상기 주행 경로에서의 실시간 사고율, 누적 사고율 및 날씨 정보를 이용하여 최대 횡가속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 단계는
    날씨에 따른 횡가속도 가중치, 주행 경로의 실시간 사고율에 따른 횡가속도 가중치 및 주행 경로의 누적 사고율에 따른 횡가속도 가중치를 설정한 후 현재의 날씨, 실시간 사고율 및 누적 사고율에 따른 가중치 중에서 가장 작은 가중치를 노면의 마찰계수로 결정하고 이를 이용하여 최대 횡가속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제 3 단계는
    상기 최대 주행 속도와 차속을 비교하여 차속이 상기 최대 주행 속도보다 큰 정도가 기 설정된 제 1 임계값에 도달하였으나 운전자가 차량의 속도를 감속시키지 않고 기 설정된 제 2 임계값에 도달하는 경우, 차속을 상기 최대 주행 속도로 감속시키는 것을 특징으로 하는 차량의 최대 주행 속도 제어 방법.
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