KR20030013431A - 개량된 자동차 레이더 시스템 - Google Patents

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Abstract

주차량내의 주행제어 또는 다른 시스템에 데이터를 제공하는 데 이용될 수 있는 자동차 레이더에 있어서, 주차량의 운동방향으로부터 정지물체의 스페이싱에서의 겉보기 변동의 존재를 검출함으로써 레이더 보어사이트 미스얼라인먼트를 측정하고 임의의 미스얼라인먼트를 보상하도록 그러한 검출을 이용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동자 레이더.

Description

개량된 자동차 레이더 시스템{IMPROVEMENTS IN OR RELATING TO AUTOMOTIVE RADAR SYSTEMS}
최근 몇년동안 자동차용, 더 특히 고속도로 사용을 위한 적응 주행 제어(ACC) 시스템의 개발에 많은 관심이 있어왔다. 그러한 시스템은 시스템이 설치된 주차량의 속도 및 동일 차선에서의 전방에 있는 차량으로부터 주차량의 거리를 측정하는 것을 포함한다. 그후, 주행제어는 선행차량으로부터의 안전 거리를 유지하기 위해서 주차량의 속도를 제어하고 소정의 최대 속도가 초과되지 않는 것을 보장하도록 작동한다. 선행차량의 레인지 및/또는 속도를 측정하는 명백한 방법은 레이더를 사용하는 것이다. 이러한 목적에 적합한 레이더는, 인접 차선의 선행차량으로부터, 주차량과 동일 차선의 선행차량 사이를 먼 레인지에서 믿을만하게 분간할 수 있어야 하므로 매우 우수한 각도 분해능(angular resolution)을 가져야 할 뿐 아니라 주차량의 주행방향과 매우 정확한 레이더 보어사이트 얼라인먼트를 가져야함은 명백하다.
우수한 각도 분해능은 알려진 협역빔 레이더 기술을 사용하여 제공될 수 있으나, 여태껏 필요한 보어사이트 얼라인먼트 정확도는 자동차의 대량 생산에서의 사용에 알맞은 비교적 간단한 방식으로 그리고 신뢰할만하게 달성하는 것이 불가능은 아닐지라도 매우 더 어려운 것이었다.
본 발명은 자동차 레이더 시스템에 관한 것이고 더 특히 레이더를 사용하는 자동차 주행제어 시스템에 관한 것이나 전적으로 그에 관한 것만은 아니다.
도 1은 자동차 레이더 시스템이 설치되어 있는 주차량의 선도,
도 2는 도 1에 도시된 레이더 시스템을 구체화하는 주행제어 시스템의 개략 블록선도.
본 발명의 중요한 목적은 레이더 보어사이트(boresight)가 주차량의 주행방향에 관하여 정확하게 효과적으로 얼라이닝되고 대량 생산에 응용하기에 적합한 자동차 레이더 시스템을 제공하는 것이다.
넓게 생각되는 바와 같이 본 발명에 따라, 주차량내의 다른 시스템 또는 주행제어(cruise control)를 위한 데이터를 제공하는 데 이용될 수 있는 자동차 레이더는 주차량의 운동방향으로부터 정지물체의 스페이싱에서의 겉보기(apparent) 변동의 존재를 검출함으로써 레이더 보어사이트 미스얼라인먼트를 측정하고 임의의 미스얼라인먼트를 보상하도록 그러한 검출을 이용하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 주차량내의 다른 시스템 또는 주행제어를 위한 데이터를 제공하는 데 이용될 수 있는 자동차 레이더는 주차량의 전방에 있는 차량 및 다른 물체의 방위각(bearing)을 측정하고 주차량으로부터의 그러한 차량/물체 거리를 측정하기 위한 레이더 장치, 주차량의 전방에 있는 차량/물체의 상대속도를 측정하기 위한 레이더 도플러 필터, 주차량 속도 센서, 감지된 주차량 속도에 반대이고 동일한 상대속도를 갖는 물체를 정지물체로서 식별하는 정지물체 식별기 수단, 및 그렇게 식별된 정지물체의 레인지에 관한 방위각의 변화에 의존해서 주차량의 운동방향에 관하여 레이더 보어사이트의 미스얼라인먼트를 검출하고 적절한 보정을 적용하는 컴퓨터 수단을 포함한다.
시스템은, 동일 차선의 선행차량으로부터의 레이더 리턴으로서, 주차량의 운동방향에 중심맞춰진 소정의 협역빔(narrow beam)내에서 수신되는 그들 레이더 리턴만을 인식하도록 배치될 수 있고, 상기 적절한 보정은 보어사이트 미스얼라인먼트가 보상되도록 빔을 오프셋하는 것을 포함하고, 그로써 보어사이트가 운동방향에 대하여 얼라이닝된다.
따라서 시스템은 임의의 보어사이트 미스얼라인먼트를 고려하여 차량의 운동방향에 중심맞춰진 소정의 협각내로부터의 레이더 리턴만을 고려하도록 배치될 수 있다.
레이더 보어사이트가 주차량의 운동방향에 대하여 얼라이닝될 때 가로등 및 중앙분리대와 같은 정지물체의 일측까지의 거리는, 레인지를 갖는 방위각의 변화율에 의존하여 측정되는 바와 같이, 일정하게 있을 것이고 따라서 이러한 거리에서의 겉보기 변화의 검출은 임의의 보어사이트 미스얼라인먼트를 검출하고 그것에 대하여 적절하게 보정하는 데 사용될 수 있음이 명백할 것이다.
본 발명에 따른 자동차 레이더는 주행제어 시스템에 대한 사용에 대단히 적합하지만, 충돌 위험을 나타낼 수도 있는 차량 경로의 물체의 존재를 식별하도록 레이더를 사용하는 자동 비상 브레이킹 시스템과 같은 다른 제어 시스템에 대한 사용에 또한 적합할 수 있다고 생각된다.
본 발명에 따른 레이더 시스템을 구체화하는 주행제어 시스템은 다양한 차량 파라미터를 측정 또는 검출하기 위한 다른 센서를 포함할 수 있다.
그러한 센서는 브레이크 압력 센서, 기어 박스 센서, 조향각(steering angle) 센서, 및 스로틀 센서를 포함할 수 있다.
조향각 센서는 주차량이 정상적인 전진 운동방향으로부터 벗어났음을 나타내는 데이터를 제공함으로써 보정을 적용할 때 적절하다고 고려될 수 있는 주차량 주행의 커브(curved) 방향에 관계된 데이터를 제공하도록 본 발명에 따른 레이더에서 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예가 첨부 도면을 참조하여 단지 예의 방식으로 이하 설명될 것이다.
이제 도 1을 참조하면, 고속도로 차선(3)을 따라 방향(2)으로 주행하는 주차량(1)에는 레이더 시스템(4)이 설치되어 있고, 레이더 시스템은 동일 차선에 있는 선행차량의 존재, 레인지, 및 속도를 검출하고 주행제어 시스템의 일부를 형성하도록 사용된다. 레이더 시스템은 보어사이트(5)를 따라 협역빔을 발생시키고, 보어사이트는 방위각(φe)만큼 발생 미스얼라인먼트에 기인하여 주차량(1)의 운동방향으로부터 본의아니게 오프셋되어, 정지물체(6)로부터의 레이더 리턴이 방위각(φm)에있는 타겟으로부터 비롯된 것처럼 보인다. 주차량(1)과 동일한 차선에 있는 선행차량(7)이 차량(8)과 같은 인접 차선의 차량과 믿을만하게 구별되려면, 예를 들어, 이러한 오프셋의 효과는 보상되어야함이 명백하다.
정지물체(6)가 운동방향(2)으로부터 직각으로 떨어져 있는 거리(h)는 보어사이트(5)가 운동방향(2)에 대하여 얼라이닝된다면 레이더에 의해 측정되는 바와 같이 일정하게 있을 것이 명백하다. 따라서, 레인지에 대하여, 각(φm)에서의 변화를 고려하여 레이더에 의해 측정되는 바와 같이, 거리(h)에서의 임의의 겉보기 변화는 빔 보정 팩터를 계산하기 위한 기초로서 사용될 수 있음이 명백하고, 이를 하기 위한 시스템이 이제 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 주행제어 시스템(9)은 브레이크 압력 센서(10), 기어 박스 센서(11), 조향각 센서(12), 스로틀 센서(13), 주차량 속도 센서(14), 및 도 1에 도시된 레이더 시스템(4)으로부터 데이터를 수신한다. 주행제어 시스템 자체는 본 발명에 핵심적인 것은 아니므로 여기서 그다지 상세히 설명되지는 않을 것이다. 통상적으로 그것은 레이더 tx/rx(16)로부터 방위각 데이터와 타겟 레인지 및 라인(18)을 통하여 도플러 필터(17)로부터 주차량 속도에 상대적인 타겟 속도를 공급받는 CPU(15)를 포함하는 레이더 시스템(4)을 포함하는 복수의 센서로부터 데이터를 수신한다. 또한 이러한 라인(18)은 속도 센서(14)로부터 데이터를 또한 수신하고 정지물체를 주차량의 속도에 반대이고 동일한 겉보기 속도를 갖는 것으로 인식하는 정지물체 검출기(19)에 공급되도록 배치되어 있다. 정지물체의 검출에 관계된 데이터는 정지물체 검출기(19)로부터 CPU(15)에 공급되고, CPU는, 레인지에 대하여 방위각의 변화를 고려하여, 운동방향(2)으로부터의 그들 레이더 리턴만이 동일 차선의 선행차량에 관계된 레인지 및 속도 데이터로서 인식되고 주행제어 시스템(9)에 적절한 것으로 루팅되도록 보정 팩터를 컴퓨팅한다.
CPU가 필요한 보정 팩터를 컴퓨팅하도록 연산하는 방식은 다음과 같다.
θe= 레이더의 각도 얼라인먼트 에러
θm= 타겟의 측정된 방위각
d = 타겟의 레인지
h = 타겟에 가장 근접한 거리
위와 같이 놓자.
차량이 직선으로 주행하고 있다면 거리(h)는 일정하게 있을 것이다. 그러나, 레이더가 완벽하게 얼라이닝되지 않으면 이 거리는 변화되어 보일 것이다. 이것이 본 방법의 원리이다.
거리(h)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
h = dsin(θm+ θe)ⅰ
이것을 전개하면 다음을 얻는다.
h = dsinθmcosθe+ dcosθmsinθeⅱ
데카르트(cartesian) 좌표로 변환하면(즉, x = dcosθm및 y = dsinθm), 다음과 같다.
h = ycosθe+ xsinθeⅲ
그러나, 실제 데이터에 대하여 약간의 측정 에러(e)가 있을 것이다.
ycosθe+ xsinθe- h = eⅳ
에러의 제곱합을 최소화함으로써(즉, ∑ei 2=e T e을 최소화함으로써) h의 최적 추정값을 구할 수 있다.
E =e T e= (xsinθe+ycosθe- h1)T(xsinθe+ycosθe- h1)ⅴ
여기서,e는 에러 벡터이고,1 T= (1,1...1)이다.
최소값을 구하기 위해
∂E/∂θe= 2e∂e/∂θe= 0
= -2×1 T(xsinθe+ycosθe- h1)
h1 T 1=1 T xsinθe+1 T ycosθe
n 측정에 대하여
1 T 1= ∑1×1 = n,1 T x= ∑1×xk= nx,1 T y= ∑1×yk= ny
⇒ nh = nxsinθe+ nycosθe
따라서, h의 최적 추정값은
h =xsinθe+ycosθe이다.
식 ⅲ에서 h를 치환하면
E =xsinθe+ycosθe-xsinθe 1-ycosθ1
E = (x-x 1)sinθe+ (y-y 1)cosθe
x-x 1=x i,y-y 1=y i라 놓으면
E =x isinθe+y icosθe
θe에 관하여 미분하면
∂E/∂θe= (x i Tcosθe-y i Tsinθe)(x isinθe+y icosθe)
= ∥x i∥2sinθecosθe- ∥y i∥2sinθecosθe+x i T y icos2θe-x i T y isin2θ = 0
따라서, 얼라인먼트 에러(θe)는 다음식으로부터 구할 수 있다.
θe=(1/2)tan-1[2x i T y i/(∥y i∥2- ∥x i∥2)]

Claims (9)

  1. 주차량내의 주행제어 또는 다른 시스템에 데이터를 제공하는 데 이용될 수 있는 자동차 레이더에 있어서, 주차량의 운동방향으로부터 정지물체의 스페이싱에서의 겉보기 변동의 존재를 검출함으로써 레이더 보어사이트 미스얼라인먼트를 측정하고 임의의 미스얼라인먼트를 보상하도록 그러한 검출을 이용하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동자 레이더.
  2. 제 1 항에 있어서, 주차량의 전방에 있는 차량 및 다른 물체의 방위각을 측정하고 주차량으로부터의 그러한 차량/물체 거리를 측정하기 위한 레이더 장치, 주차량의 전방에 있는 차량/물체의 상대속도를 측정하기 위한 레이더 도플러 필터, 주차량 속도 센서, 감지된 주차량 속도에 반대이고 동일한 상대속도를 갖는 물체를 정지물체로 식별하는 정지물체 식별수단, 및, 그렇게 식별된 정지물체의 레인지에 대한 방위각의 변화에 의존하여, 주차량의 운동방향에 대하여 레이더 보어사이트의 미스얼라인먼트를 검출하고 적절한 보정을 적용하는 컴퓨터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  3. 제 2 항에 있어서, 시스템은 주차량의 운동방향에 중심맞춰진 소정 협역빔내에서 수신되는 레이더 리턴만을 동일 차선의 선행차량으로부터의 레이더 리턴으로 인식하도록 배치되어 있고, 상기 적절한 보정은 보어사이트 미스얼라인먼트가 보상됨으로써 보어사이트가 운동방향에 대하여 얼라이닝되도록 빔을 오프셋하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  4. 제 3 항에 있어서, 시스템은 임의의 각도 보어사이트 미스얼라인먼트를 고려하여 차량 운동방향에 중심맞춰진 소정의 협각내로부터의 레이더 리턴만을 고려하는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차 레이더는 주행제어 시스템에 있는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  6. 제 5 항에 있어서, 주행제어 시스템은 브레이크 압력 센서, 기어 박스 센서, 조향각 센서, 및 스로틀 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 조향각 센서는 주차량이 정상적인 전진 운동방향으로부터 벗어났음을 나타내는 데이터를 제공함으로써 보정을 적용할 때 적절한 것으로서 고려되는 주차량 주행의 커브 방향에 관계된 데이터를 제공하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 레이더.
  8. 첨부 도면을 참조하여 상기된 것만큼 실제적인 자동차 레이더.
  9. 첨부 도면을 참조하여 상기된 것만큼 실제적이고 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 자동차 레이더를 포함하는 주행제어 시스템.
KR1020027016132A 2000-05-31 2001-05-31 개량된 자동차 레이더 시스템 KR20030013431A (ko)

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