KR20090063311A - 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템 - Google Patents

충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템 Download PDF

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KR20090063311A
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Abstract

본 발명은 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이더 등에 의해 자차와 선행차와의 차간거리, 상대속도를 검출해, 충돌 가능성이 큰 경우에 우선 경보를 발생해서 충돌을 피할 수 없다고 판단했을 경우에 자동 브레이크를 작동시켜 충돌 피해를 경감하는 브레이크 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템은, 주행중인 자차의 속도를 검지하는 차속센서와, 상기 자차와 선행차량 사이의 차간거리와 상대속도를 검지하고 계산하는 레이더와, 운전자가 조향휠을 회전하는 경우에 조향휠의 조향각을 검지하는 조향센서로 이루어지는 검지수단과, 상기 차간거리와 상대속도를 이용하여 TTC를 계산하고, 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도를 토대로 브레이크 패턴을 구분하여 그 구분 패턴에 따라 TTC 구간별로 다른 감속도를 갖도록 브레이크 패턴을 출력하는 브레이크 제어장치와, 상기 브레이크 제어장치에 출력되는 브레이크 패턴에 따라 다르게 제동되어 충돌 속도를 저감하는 브레이크 장치를 포함하여 구성된다.
충돌 피해 경감, 브레이크 제어, 브레이크 패턴, 충돌 회피

Description

충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템 {Collision Damage Mitigation Brake Control System}
본 발명은 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이더 등에 의해 자차와 선행차와의 차간거리, 상대속도를 검출해, 충돌 가능성이 큰 경우에 우선 경보를 발생해서 충돌을 피할 수 없다고 판단했을 경우에 자동 브레이크를 작동시켜 충돌 피해를 경감하는 브레이크 제어시스템에 관한 것이다.
충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템은 충돌 속도를 저감하는 것이 목적이며, 충돌을 회피하는 것을 목적으로 하지 않는다.
왜냐하면, 충돌을 회피하는 시스템은 사용법에 따라서 운전자가 브레이크 조작을 하지 않아도 안전하게 주행할 수 있도록 하는 자동 장치가 구비되어 자동차는 운전자가 운전할 것이라고 하는 대원칙에 반하는 것이기 때문이다.
한편, 일본 특개2003-205804호에는 차량용 충돌 피해 경감 장치가 개시되어 있다.
상기 선행 특허는 차량간의 거리(△L), 차량간의 상대속도(△V), 양 차량의 운동성 한계 등에 근거해 충돌 확률을 요구하고, 확률이 있는 값을 넘으면 자동 브레이크가 작동해 충돌을 회피/경감하는 것이다.
이 경우, 계산에 수반한 제정보는 레이더에 의해 수집되고 있지만, 차선 변경을 수반하는 추월의 경우, 차량간의 거리(△L)가 작아지고 나서 조향휠을 회전하는 경우에 운전자의 의사에 무관하게 자동 브레이크가 작동하기 때문에 오히려 위험한 경우가 있다.
또한, 레이더의 오검지에 의한 오작동을 염려해 충돌시간(TTC: Time To Collision, TTC=차간거리/상대속도)이 작은 경우에만(예를 들어, TTC<0.6초) 긴급 브레이크를 작동시키는 장치가 실용화되고 있으나, 이 경우 충돌 피해 경감 브레이크 장치에 의한 충돌시의 속도 저감량(현재속도v1 - 감속후 속도v2)은 약 10kn/h 정도로 작은 실정이다.
또 상기 장치는 TTC가 매우 작을 때에 충돌 피해 경감 브레이크가 작동(자동 브레이크가 우선)하는 것으로, 운전자에 의한 조향 회피와의 간섭은 고려되어 있지 않은 문제점이 있었다.
충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템에 의한 충돌시의 속도 저감을 20km/h 이상(드라이버가 급브레이크를 조작하고 있는 경우는 40km/h 이상)으로 하고 또 레이더가 만일 오검지 했을 때에도 갑자기 강한 브레이크가 작동해 운전자가 놀라게 하는 등의 영향을 최소화하기 위해, 아래와 같은 브레이크 제어를 하는 것을 목적으로 한다.
첫째 본 발명은 충돌 속도를 저감하는 것이 목적이므로 충돌을 회피하는 기능을 포함하지 않는다.
둘째 충돌 속도의 저감은 20km/h 이상으로 한다.
셋째 운전자가 급브레이크를 조작하고 있을 때에는 레이더의 오검지의 가능성이 매우 낮기 때문에 더욱 큰 자동 브레이크를 작동시켜 충돌 피해 경감 브레이크 장치의 효과를 한층 더 높인다.
넷째 레이더가 오검지를 일으킬 가능성이 있으므로, 자동 브레이크 작동은 비교적 작은 속도 저감으로부터 개시해 서서히 크게 하는 제어를 도입해, TTC가 비교적 클 때 레이더가 오검지해도 운전자에의 영향(갑자기 강한 브레이크가 작동해 드라이버를 놀라게 하는 등)을 최소한으로 한다.
다섯째 운전자가 선행차를 아슬아슬하게 추월하는 경우를 고려해서, 자동 브레이크를 TTC가 비교적 큰 단계에서 작동시켰을 경우에는 운전자의 조향에 의한 충돌 회피와 간섭할 가능성이 있으므로, 운전자의 조향 상황(조향 각도, 조향각 회전 속도)을 감시해, 운전자의 조향으로 장애물(선행차)과의 충돌 회피 가능이라고 판단했을 경우는 브레이크 제어를 금지한다.
본 발명은 상기 조건을 만족하는 충돌 피해 경감 브레이크 장치를 간단하고 쉬운 제어 로직으로 제공하는 것이 목적이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템은, 주행중인 자차의 속도를 검지하는 차속센서와, 상기 자차와 선행차량 사이의 차간거리와 상대속도를 검지하고 계산하는 레이더와, 운전자가 조향휠을 회전하는 경우에 조향휠의 조향각을 검지하는 조향센서로 이루어지는 검지수단과, 상기 차간거리와 상대속도를 이용하여 TTC를 계산하고, 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도를 토대로 브레이크 패턴을 구분하여 그 구분 패턴에 따라 TTC 구간별로 다른 감속도를 갖도록 브레이크 패턴을 출력하는 브레이크 제어장치와, 상기 브레이크 제어장치에 출력되는 브레이크 패턴에 따라 다르게 제동되어 충돌 속도를 저감하는 브레이크 장치를 포함하여 구성된다.
상술한 과제 해결 수단에 의하면, 20km/h 이상의 충돌 속도를 저감할 수 있고 특히 운전자 자신이 급브레이크를 조작하고 있는 경우는 보다 큰 감속 효과를 얻을 수 있으며, 운전자의 조향 회피와의 간섭을 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 브레이크 제어시스템의 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 레이더(12), 조향센서(14), 차속센서(16), 브레이크 제어장치(20), 브레이크 장치(30)를 포함하여 구성된다.
차속센서(16)는 주행중인 자차의 속도를 검지하고, 레이더(12)는 자차와 선행차량 사이의 차간거리와 상대속도를 검지하며, 조향센서(14)는 운전자가 조향휠을 회전하는 경우에 조향각(steering angle)를 검지한다.
상기 브레이크 제어장치(20)는 차간거리, 상대속도를 이용하여 TTC를 계산하고, 이 TTC와 조향각과 조향각 회전속도를 토대로 선행차와의 충돌 회피 가능 여부를 판단하고, 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도를 토대로 브레이크 패턴을 4가지로 구분하여 선행차와의 충돌 회피가 불가능하다고 판단하면 서로 다른 4가지 구분 패턴으로 브레이크 패턴을 출력함으로써 브레이크 장치(30)를 제어한다.
브레이크 장치(30)는 상기 출력되는 브레이크 패턴에 따라 다르게 제동하여 충돌 속도를 저감함으로써 충돌 피해를 경감한다.
그러나 상기 브레이크 제어장치(20)는 운전자의 조향으로 선행차와 충돌 회피가 가능하다고 판단하면 브레이크 패턴을 출력하지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 제어방법의 순서도이다.
먼저, 차속센서(16)와 레이더(12)는 주행중인 자차의 속도와, 선행차와의 차간거리 및 상대속도를 브레이크 제어장치(20)에 입력한다(S202).
상기 브레이크 제어장치(20)는 상기 차간거리와 상대속도를 이용하여 충돌시 간(TTC=차간거리/상대속도)를 계산한다(S204).
조향센서(14)는 운전자의 조향휠 회전에 의한 조향각를 브레이크 제어장치(20)에 입력한다(S206).
상기 브레이크 제어장치(20)는 상기 TTC와 조향각, 조향각 회전속도를 이용해 선행차와의 충돌 회피 가능 여부를 판단한다(S208).
즉, 운전자의 조향에 의한 충돌 회피와 본 발명에 따른 충돌 피해 경감 브레이크 제어장치와의 간섭을 방지하기 위해, 아래와 같은 조건인 경우에 자동 브레이크를 금지한다.
드라이버가 급조향을 할 때는 실험적으로 선행차를 아슬아슬하게 추월하는 경우가 많으므로, 아래와 같은 3가지 조건으로 운전자가 급조향할 때, 선행차와의 충돌 회피 가능이라고 판단한다.
상기 3가지 조건은 TTC 범위가 1.4s ≤ TTC ≤ 3.5s이고, 조향각 회전속도(│dθs/dt│) ≥ 60이며, 조향각(θs)이 상기 TTC 범위(1.4s - 3.5s) 내에서 24°- 9°의 기울기 이상인 경우로서(도 4 참조), 이 3가지 조건을 모두 만족하면 선행차와의 충돌 회피 가능이라고 판단하여 IFLAG=1로 한다.
상기 3가지 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않으면 선행차와의 충돌 회피 불가능이라고 추정하여 IFLAG=0으로 한다.
다음 브레이크 제어장치(20)는 TTC를 경보기준시간(twarn)과 비교하여(S210) 경보기준시간 미만이면 경보를 발생하고(S212), 경보기준시간 이상이면 경보를 발 생하지 않으며, 이후 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도로 브레이크 패턴을 구분하여(S214) 브레이크 패턴을 출력함으로써 제동을 실시한다(S216).
즉 TTC < 1.4s 미만인 경우에 아래와 같이 4종류의 브레이크 패턴으로 제동하는 것으로 효과적으로 감속 효과를 얻는다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 브레이크 패턴 그래프이다.
도 3a의 제1브레이크 패턴은 기본 패턴으로서, 상대속도 > 5m/s이고 운전자의 브레이크에 의한 감속도 < 4m/s2인 조건(S214a)에 적용하는 패턴이다.
제1브레이크 패턴은 충돌 속도의 저감은 20km/h 이상이고 또 TTC가 비교적 클 때 레이더가 오검지해도 운전자의 영향(갑자기 자동 브레이크가 작동해 운전자를 놀라게 하는 등)을 작게 하기 위해 상기와 같은 조건을 적용한다.
상기 제1브레이크 패턴에서는 TTC 1.5s 이상인 구간에서 아주 작은 감속도를 갖도록 브레이크 장치(30)를 제어하되, TTC 1.5s에서 1.4s에 구간에서는 2m/s2 감속도까지, 1.4s에서 0.7s 구간에서는 3.5m/s2 감속도까지, 0.7s에서 0.6s 구간에서는 5m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치(30)를 제어하며, TTC가 0.6s 이하인 구간에서는 5m/s2 감속도를 유지하도록 브레이크 장치(30)를 제어한다.
도 3b의 제2브레이크 패턴은 운전자 급제동시 패턴으로서, 상대속도 > 5m/s이고 운전자의 브레이크에 의한 감속도 ≥ 4m/s2인 조건(S214b)에 적용하는 패턴이 다.
제2브레이크 패턴은 운전자가 급브레이크를 조작하고 있을 때 레이더의 오검지의 가능성이 작기 때문에 더욱 큰 자동 브레이크를 작동시키기 위해 상기와 같은 조건을 적용한다.
상기 제2브레이크 패턴에서는 TTC 1.5s 이상인 구간에서 아주 작은 감속도를 갖도록 브레이크 장치(30)를 제어하되, TTC 1.5s에서 1.4s에 구간에서는 2m/s2 감속도까지, 1.4s에서 0.7s 구간에서는 3.5m/s2 감속도까지, 0.7s에서 0.6s 구간에서는 7m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치(30)를 제어하며, TTC가 0.6s 이하인 구간에서는 7m/s2 감속도를 유지하도록 브레이크 장치(30)를 제어한다.
도 3c의 제3브레이크 패턴은 소상대속도(小相對速度) 패턴으로서, 1.5m/s ≤ 상대속도 ＜ 5m/s인 조건(S214c)에 적용하는 패턴이다.
제3브레이크 패턴은 자동 브레이크 작동에 의한 충돌 방지 기능을 금지하기 위해 상기와 같은 조건을 적용한다.
상기 제3브레이크 패턴에서는 TTC 1.5s 이상인 구간에서 아주 작은 감속도를 갖도록 브레이크 장치(30)를 제어하되, TTC 1.5s에서 1.4s에 구간에서는 2m/s2 감속도까지, 1.4s에서 0.7s 구간에서는 3.5m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치(30)를 제어하며, TTC가 0.7s 이하인 구간에서는 3.5m/s2 감속도를 유지하도록 브 레이크 장치(30)를 제어한다.
도 3d의 제4브레이크 패턴은 미소상대속도(微小相對速度) 패턴으로서, 상대속도 ＜ 1.5m/s인 조건(S214d)에 적용하는 패턴이다.
제4브레이크 패턴은 자동 브레이크 작동에 의한 충돌 방지 기능을 금지하기 위해 상기와 같은 조건을 적용하고 TTC 전 구간에서 아주 작은 감속도를 갖도록 브레이크 장치(30)를 제어한다.
상술한 바와 같이 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도 조건으로 4종류 브레이크 패턴을 구분한 후 S208단계를 통해 선행차와의 충돌 회피 불가능이라고 판단한 경우(IFLAG=0)에는 브레이크 패턴에 따라 브레이크 장치를 제어하여(S216) 제동을 하고, 선행차와의 충돌 회피 가능이라고 판단한 경우(IFLAG=1)에는 운전자 조향 회피와의 간섭을 방지하기 위해 브레이크 패턴 출력을 금지한다.
이하에서는 본 발명의 효과에 대해 설명한다.
사고통계적인 충돌 피해는 어느 정도의 충돌 속도로 사고가 일어나고 있는 지를 나타내는 속도별 사고비율과, 어느 속도로 충돌했을 때에 어느 정도의 피해를 낳을 가능성이 있는 지를 나타내는 속도별 충돌피해비율을 기본으로 계산할 수 있다.
또 충돌 피해 경감 브레이크 제어장치의 효과는 속도별 사고비율의 분포가 저속측에 시프트하는 것에 의해 얻을 수 있다.
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위한 배리어환산속도별 사고비율과 MAIS2+비율을 나타내는 그래프이다.
개략적으로 시장에서의 충돌 속도는 배리어 환산속도 X 2이고, 사고비율은 해당 속도로의 사고 건수/전사고 건수이다.
AIS(Abbreviated Injury Scale)는 장해정도를 나타내는 지수로 6등급으로 이루어져 1은 경상, 2는 중상(中傷), 6은 사망을 의미하며, MAIX(Maximum AIS)2+는 장애정도가 중상 이상인 것을 의미한다.
MAIS2+비율=해당 속도로의 MAIS2+장해건수/해당속도의 전사고 건수이다.
도 6은 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위한 속도저감량에 따른 MAIS2+사고저감율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 계산 결과로서 충돌 피해 경감 브레이크 제어장치의 속도 저감이 20km/h일 때, 중상 이상의 장해의 약 35%가 중상 이하(경상 또는 물손(物損))로 줄어드는 것을 알 수 있다.
아래의 표 1은 자차속도, 선행차속도, 운전자의 브레이크 조작으로 감속도를 변경하였을 경우의 속도저감량을 나타낸다.
Figure 112007089908162-PAT00001
상기 표 1에서 CDM(collision Damage Mitigation) 제어는 충돌 피해 경감을 위한 브레이크 장치의 제어이다.
상기 표 1의 test No 1에서 충돌 회피 기능은 금지되고 있고, test No 3에서 최대 저감 속도 20km/h 이상을 달성하며, test No 5에서 운전자의 브레이크 조작시 제어감속도 7m/s2 로 하는 것으로, 큰 속도 저감을 실현할 수 있음을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 표 1의 경우에 본 발명에 따른 속도 저감량을 나타내는 그래프로서, 도 7a는 test No 1의 경우를, 도 7b는 test No 3의 경우를, 도 7c는 test No 5의 경우를 나타낸다.
상기 표 1과 도 7에서 비교적 빠른 단계에서 브레이크장치를 제어하는 것에 의해 감속 효과가 큰 것을 알 수 있고, 운전자 자신이 급브레이크 조작을 하고 있는 경우는 충돌의 가능성이 크기 때문에 자동 브레이크 성능을 높이는 것으로 보다 큰 감속 효과가 얻어짐을 알 수 있다.
아래의 표 2는 간섭방지 로직 On/Off에 따른 CDM 제어를 나타낸다.
Figure 112007089908162-PAT00002
운전자의 조향 회피금지 로직이 없는 경우는 test No 7(도 8)과 같이 자동 브레이크가 작동하고 있지만, 운전자의 조향 상태를 감시해 조향으로 충돌 회피 가능이라고 판단했을 경우는 test No 6과 같이 자동 브레이크가 금지되어 운전자와 장치의 간섭을 방지할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 브레이크 제어시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 제어방법의 순서도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 브레이크 패턴 그래프,
도 4는 본 발명에 따라 선행차 충돌 회피 가능 조건의 기준이 되는 조향각 그래프,
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위한 배리어환산속도별 사고비율과 MAIS2+비율을 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위한 속도저감량에 따른 MAIS2+사고저감율을 나타내는 그래프,
도 7a 내지 도 7c는 발명에 따른 속도 저감량을 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 조향 회피 금지 로직이 없는 경우의 CDM 작동을 나타내는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12: 레이더 14: 조향센서
16: 차속센서 20: 브레이크 제어장치
30: 브레이크 장치

Claims (8)

  1. 주행중인 자차의 속도를 검지하는 차속센서와, 상기 자차와 선행차량 사이의 차간거리와 상대속도를 검지하고 계산하는 레이더와, 운전자가 조향휠을 회전하는 경우에 조향휠의 조향각을 검지하는 조향센서로 이루어지는 검지수단과,
    상기 차간거리와 상대속도를 이용하여 TTC(Time To Collision)를 계산하고, 상대속도와 운전자의 브레이크 감속도를 토대로 브레이크 패턴을 구분하여 그 구분 패턴에 따라 TTC 구간별로 다른 감속도를 갖도록 브레이크 패턴을 출력하는 브레이크 제어장치와,
    상기 브레이크 제어장치에 출력되는 브레이크 패턴에 따라 다르게 제동되어 충돌 속도를 저감하는 브레이크 장치를 포함하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 TTC, 조향각 및 조향각 회전속도를 토대로 운전자의 조향에 의한 선행차와의 충돌 회피 가능 여부를 판단하여, 상기 선행차와의 충돌 회피 가능이라고 판단한 경우에 브레이크 장치의 제어를 금지하는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 TTC 범위가 1.4s ≤ TTC ≤ 3.5s이고, 조향각 회전속도 ≥ 60이며, 조향각이 상기 TTC 범위(1.4s - 3.5s) 내에서 24°- 9°의 기울기 이상인 조건을 모두 만족하는 경우에, 상기 선행차와의 충돌 회피 가능이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 브레이크 패턴은 상대속도 > 5m/s이고 브레이크에 의한 감속도 < 4m/s2인 조건에 적용하는 기본 패턴과, 상대속도 > 5m/s이고 브레이크에 의한 감속도 ≥ 4m/s2인 조건에 적용하는 운전자 급제동시 패턴과, 1.5m/s ≤ 상대속도 ＜ 5m/s인 조건에 적용하는 소상대속도 패턴과, 상대속도 ＜ 1.5m/s인 조건에 적용하는 미소상대속도 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 기본 패턴인 경우에, TTC 1.4s에서 0.7s 구간에서는 2m/s2 감속도에서 3.5m/s2 감속도까지, 0.7s에서 0.6s 구간에서는 3.5m/s2 감속도에서 5m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치를 제어하고, TTC가 0.6s 이하인 구간에서는 5m/s2 감속도를 유지하도록 브레이크 장치를 제어하는 것을 특징으로 하 는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 운전자 급제동시 패턴인 경우에, TTC 1.4s에서 0.7s 구간에서는 2m/s2 감속도에서 3.5m/s2 감속도까지, 0.7s에서 0.6s 구간에서는 3.5m/s2 감속도에서 7m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치를 제어하고, TTC가 0.6s 이하인 구간에서는 7m/s2 감속도를 유지하도록 브레이크 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 소상대속도 패턴인 경우에, TTC 1.4s에서 0.7s 구간에서는 2m/s2 감속도에서 3.5m/s2 감속도까지 감속되도록 브레이크 장치를 제어하고, TTC가 0.7s 이하인 구간에서는 3.5m/s2 감속도를 유지하도록 브레이크 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이크 제어장치는 미소상대속도 패턴인 경우에, 자동 브레이크 작동에 의한 충돌 방지 기능을 금지하기 위해 브레이크 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 충돌 피해 경감 브레이크 제어시스템.
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