KR20140044648A - 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법 - Google Patents

환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 운전자의 시야가 좁아지는 어두운 환경, 예를 들어 터널이나 야간 운전의 경우, 그리고 제동거리에 영향을 미치는 우천 시 충돌위험도가 감지되면 경고 및 제동 제어 등의 제어 개입 시점을 가변시켜 충돌 위험을 저감함으로써 안전성을 확보할 수 있는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법은 충돌 방지 제어 시스템을 작동시키는 단계; 선행 차량과의 충돌위험도를 연산하는 단계; 레인 센서로부터 감지신호를 입력받은 경우에 상대 거리 옵셋을 적용하는 단계; 조도 센서로부터 감지신호를 입력받는 경우에 충돌위험도의 기준값을 변경하는 단계; 및 상기 충돌위험도를 판단한 후 경고 및 제동 제어를 수행하는 단계; 상기 충돌위험도에 따라 경고, 프리필, 프리 브레이크, 브레이크 보조 및 액티브 브레이크 등의 경고 및 제동 제어가 이루어지며, 강수량 및 전조등이 켜지는 경우 충분한 제동거리를 확보하여 환경에 따라 안전성을 높일 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법{Method for Adaptive Pre-crash Safety Control}
본 발명은 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행 환경을 고려하여 충돌 방지 시스템의 경고 및 제동 제어 개입 시점을 전략적으로 가변시킴으로서 전방 충돌 안전성을 높일 수 있는 적응형 충돌방지제어방법에 관한 것이다.
도로에 운행하는 차량이 점차적으로 증가함에 따라 차량의 운행에서 운전자 및 동승자의 안전과 직결되는 차량간 충돌 혹은 장애물과의 추돌 위험성이 증가하고 있다.
이에 따라 보다 안전하고 지능적인 자동차를 원하는 소비자의 욕구와 자동차 관련산업의 발전이 접목되어 지능형 안전 시스템이 개발되어 적용되고 있다.
특히, 자차와 선행차량 혹은 자차와 후속차량간의 충돌경고 및 회피에 관한 많은 연구가 진행되고 있는데, 이러한 충돌 방지장치는 복잡한 도로상황 속에서 더욱 안전하고 쾌적한 운전환경을 보장받을 수 있도록 하고 있다.
하지만, 충돌 경고 및 회피 시점과 방법에 대한 확실한 해답이 없기 때문에 앞으로도 많은 연구와 시험이 진행되어야 하는 과제가 산재하고 있는 실정이다.
상기 차량 충돌 방지 장치는 차량 전방의 소정 위치에 설치되는 거리 감지센서인 레이더(Radar)를 통해 선행 차량 혹은 주변 물체를 감지하고, 제어수단에서 상기 레이더를 통해 감지되는 신호로부터 자차와 선행차량 간 혹은 자차와 주변 물체간의 상대거리를 파악한다.
그리고, 자차의 속도를 적용하여 상대속도와 가속도를 추출한 다음 임계 경고거리를 계산하고 임계 경고거리가 선행 차량 혹은 주변 물체와 충돌할 것으로 예측되는 경우 다양한 방법을 통해 운전자에게 차량의 충돌 위험을 경고하고, 브레이크를 동작시켜 자차의 속도를 감속시킴으로써, 충돌을 방지하거나 충돌시 발생할 수 있는 피해를 최소화한다.
그러나, 종래의 차량 충돌 방지 장치의 경우 우천 시 혹은 야간 운행 등 외부 환경을 고려하지 않아서 비 등으로 노면이 미끄럽거나 야간 운전 시 시야 좁아짐으로 인해 선행 차량과의 충돌할 위험도가 높다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 운전자의 시야가 좁아지는 어두운 환경, 예를 들어 터널이나 야간 운전의 경우, 그리고 제동거리에 영향을 미치는 우천 시 충돌위험도가 감지되면 경고 및 제동 제어 등의 제어 개입 시점을 가변시켜 충돌 위험을 저감함으로써 안전성을 확보할 수 있는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법은 충돌 방지 제어 시스템을 작동시키는 단계; 선행 차량과의 충돌위험도를 연산하는 단계; 레인 센서로부터 감지신호를 입력받은 경우에 상대 거리 옵셋을 적용하는 단계; 조도 센서로부터 감지신호를 입력받는 경우에 충돌위험도의 기준값을 변경하는 단계; 및 상기 충돌위험도를 판단한 후 경고 및 제동 제어를 수행하는 단계; 상기 충돌위험도에 따라 경고, 프리필, 프리 브레이크, 브레이크 보조 및 액티브 브레이크 등의 경고 및 제동 제어가 이루어지며, 강수량 및 전조등이 켜지는 경우 충분한 제동거리를 확보하여 환경에 따라 안전성을 높일 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 상대 거리 옵셋을 적용하는 단계는 레인 센서로부터 입력된 강수량에 따라 상대거리 옵셋(실제 상대거리에서 안전거리 옵셋)을 빼줌으로써 경고 및 제동 제어가 더 빠른 시점에 작동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 충돌위험도의 기준값을 변경하는 단계는 어두움(전조등 온)에 따라 TTB 기준값에 가중치(Weighting factor;0<W<1)를 곱해 충돌위험도가 기존(default)보다 낮은 상태에서 충돌 방지 제어(PCS 제어)가 작동되는 것을 특징으로 한다.
상기 충돌위험도의 판단 기준은 하기 식으로부터 산출되는 TTB(Time-to-Brake)와 요구감속도(areq)에 의해 정하여지고, 하기 식에서 Vleading는 선행 차량 속도, Vsubject는 적응형 충돌방지시스템 탑재 차량(APCS 차량) 속도, asubject _ set는 APCS 차량의 최대 감속도, Drel은 선행 차량과 APCS 차량 간 상대 거리이며, 하기 식은
Figure pat00001
인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 레인 센서의 입력 강수량에 따라 상대거리 옵셋(offset)을 빼줌으로써 TTB 값은 더 작은 값(충돌위험도가 상승함), 요구감속도 areq는 더 큰 값(충돌위험도가 상승함)을 갖게 되어, 경고 및 제동 제어가 더 빠른 시점에 작동되도록 하고, 전조등이 켜진 경우(어두운 경우)에 TTB 기준값에 가중치(Weighting factor)를 곱해 충돌 위험도 threshold 값이 기존(Default) 보다 높은 상태에서 즉, 충돌 위험도가 기존보다 낮은 상태에서 PCS 제어를 작동시킴으로써, 전방차량과 안전거리를 확보할 수 있다.
또한, 어둡고 강수량이 있는 경우에는 상기 두 조건을 모두 적용하여 충분한 제동거리를 확보할 수 있도록 충돌위험도가 조금만 높아도 PCS 제어가 작동됨으로 함으로써 환경에 따라 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 시스템의 구성을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 보여주는 순서도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 보여주는 순서도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
본 발명은 전방 충돌에 대한 안전성을 높일 수 있는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법에 관한 것이다.
자동차 충돌 방지 장치는 차량 전방에 설치된 레이더를 통해 선행 차량과의 충돌위험도를 감지하고, 충돌위험도가 증가함에 따라 1차 경고, 2차 경고, 프리 필(pre-fill), 프리 브레이크(pre-brake), 브레이크 보조(brake assist), 액티브 브레이크(active brake) 순으로 작동이 개입된다.
상기 프리필(pre-fill)이란 운전자 제동시 반응시간 단축을 위해 약 3bar 정도의 제동압을 미리 생성하도록 브레이크 시스템을 작동시키는 것을 말한다.
상기 프리 브레이크(Pre-brake)란 약한 제동력(0.2~0.3G)을 발생시키는 것을 말한다.
상기 브레이크 보조(Brake Assist)란 운전자 제동시 부족한 제동력을 보조 (~1G)하도록 브레이크 시스템을 작동시키는 것을 말한다.
상기 액티브 브레이크(Active Brake)란 충돌 임박 상황 즉, 브레이크 작동이 이루어지지 않는다면 충돌이 불가피한 상황을 판별하고 운전자가 여전히 제동입력을 가하지 않을 경우 자동으로 강한 제동력(~1G)을 발생시키는 것을 말한다.
주행 중 제동거리 및 운전자 시야에 영향을 미치는 주변 환경의 영향 등을 고려하기 위해 본 발명에 따른 차량용 충돌 방지 장치는 레인(rain) 센서, 조도 센서(12)와, 충돌방지제어부(13) 및 PCS(Pre-Crash Safety Control System) 기능 작동부를 포함한다.
상기 레인 센서(11)는 차량 주변의 강수량을 감지하는 역할을 하고, 레인 센서(11)에서 검출된 출력 신호는 충돌방지제어부(13)로 전송되어, 강수량에 따른 제동 거리를 확보하기 위해 프리 브레이크, 브레이크 보조, 및 액티브 브레이크의 제어 개입 시점을 가변시킬 수 있도록 한다.
예를 들어 강수량의 정도를 약, 중, 강으로 분류할 경우 강수량이 강이면 경고 및 프리 필 등의 제어 개입 시점을 빠른 시점에서 작동시키도록 한다.
상기 조도 센서(12)는 차량 주변의 밝기 정도를 감지하는 역할을 하고, 조도 센서(12)에서 검출된 출력 신호는 충돌방지제어부(13)로 전송되어, 밝기 정도에 따른 운전자 시야 확보 및 안전 거리 유지를 위해 1차 경고, 2차 경고 및 프리 필 등의 제어 개입 시점을 가변시킬 수 있도록 한다.
예를 들어 야간 운행으로 차량 주변이 매우 어두운 경우 경고 및 MFL 필 등의 제어 개입 시점을 빠른 시점에서 작동시킬 수 있다.
상기 레인 센서(11) 및 조도 센서(12)의 사용 목적은 차량 운행 중 주변 환경을 더욱 정확하게 판단하기 위함이다.
왜냐하면, 운전자의 직접 입력 여부, 예를 들어 우천 시 혹은 야간 운행 시 운전자가 와이퍼를 작동시키거나 조명 스위치를 작동시킬지 여부는 운전자의 성향에 따라 다를 수 있기 때문에 정확한 판단을 위해 상기 레인 센서(11) 및 조도 센서(12)를 직접 이용하거나, 또한 기존에 장착된 센서를 이용함으로써 추가적인 원가를 절감할 수 있다.
상기 충돌방지제어부(13)는 본 발명에 따른 적응형 충돌방지제어시스템(APCS, Adaptive Pre-Crash Safety Control System)의 각 기능의 제어 조건을 판단하고, PCS 기능 작동부의 작동을 제어하는 역할을 한다.
충돌방지제어부(13)는 APCS의 각 기능의 제어 조건을 판단하기 위해 선행 차량과의 충돌위험도를 판단하는 충돌위험 판단부(14a)와, 충돌할 위험이 있는 선행 차량을 선정하기 위한 위험차량 선정부(14b)와, 운전자가 차량 주변 환경에 적절하게 대응하는지 여부를 판단하는 운전자의지 판단부(14c) 등의 제어판단부(14)를 포함한다.
또한, 충돌방지제어부(13)는 PCS 기능 작동부의 작동을 제어하기 위해 HMI(15)(Human Machine Interface)를 이용하여 제어신호를 전달하고, ESC(16)(Electronic Stability Control) 시스템과 통신하여 차량 자세 제어와 함께 협조제어할 수 있다.
상기 PCS 기능 작동부는 선행 차량과 충돌 위험이 있을 경우에 이를 운전자에게 알려주는 시청각 경고수단과, 충돌위험도에 따라 브레이크를 자동으로 제어할 수 있는 자동 브레이크 장치를 포함한다.
이때, 시청각 경고 수단으로 헤드업 디스플레이(HUD:Head Up Display), "안전거리를 확보하세요", "브레이크" 등과 같은 경고 메시지를 발생시키는 경고음 발생부 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 자동차 충돌 방지 방법을 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 보여주는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법을 보여주는 순서도이다.
먼저, 주행 환경을 고려한 충돌방지로직이 탑재된 APCS 시스템을 작동시킨다(S1).
그 다음 운행 중 차량 전방에 설치된 레이더 센서(10)를 통해 선행 차량이 있는지 여부(S2) 및 선행 차량과 자차의 상대 거리를 측정한다.
이때, 선행 차량이란 레이더 센서(10)를 통해 자차 바로 앞쪽의 동일 직선상에 있는 차량을 모두 포함한다.
상기 선행 차량을 감지하면 경고 및 제동 제어 등의 APCS 각 기능의 제어를 위해 선행 차량과의 상대 거리 측정을 통해 충돌위험도를 연산한다(S3).
상기 충돌위험도의 판단 기준은 TTB(Time-To-Brake)와 요구 감속도(areq)를 기반으로 한다.
상기 TTB란 선행 차량과의 충돌을 회피하기 위해 최대 제동하기까지 남은 시간을 의미하며, TTB가 작을수록 충돌을 회피하기 위해 남은 시간이 부족하므로 충돌위험도가 크다.
또한, 요구감속도가 크면 클수록 충돌위험도가 크다.
여기서, 우천 시, 터널 및 야간 운행 시 등의 주행 환경을 고려하기 위해 충돌방지제어부(13)는 레인 센서(11)로부터 감지된 신호를 입력받으며, 레인 센서(11)의 신호 입력 여부를 판단한다(S4).
상기 레인 센서(11)의 신호를 입력받은 경우에 상대거리 옵셋을 적용한다(S5).
계속해서, 충돌방지제어부(13)는 조도 센서(12)로부터 감지된 신호를 입력받으며, 조도 센서(12)의 신호 입력 여부를 판단한다(S6).
상기 조도 센서(12)의 신호를 입력받은 경우에 충돌위험도 기준값을 변경한다(S7).
이와 같이 레인 센서(11) 및 조도 센서(12)를 통해 감지된 신호를 입력받은 경우에 이를 충돌위험도 판단에 추가 적용하여 충돌위험도를 판단한다(S8)).
상기 주행 환경 고려 후 충돌위험도가 높다고 판단되는 경우에 경고 및 제동 제어를 수행하고(S9), 충돌위험도가 낮다고 판단된 경우에 S3(충돌위험도 연산 단계)으로 진행한다.
강수량 및 밝기에 따른 제어 기준값(Threshhold)을 나타내면 표 1과 같다.
Figure pat00002
표 1에서 Drel은 상대거리, Drel _ input은실제 상대거리(레이더 센서(10)로부터 감지된 측정값), Db1, Db2, Db3, Db4는 각각 안전거리 옵셋1, 안전거리 옵셋2, 안전거리 옵셋3, 안전거리 옵셋4, W1, W2, W3는 각각 가중치(Weighing factor)1, 가중치2, 가중치3이다.
예를 들면 상기 강수량의 많고 적음을 약, 중, 강의 3단계로, 밝기 정도는 밝음 및 어두움(전조등 ON 단계)의 2단계로 구분할 수 있다.
표 1을 참조하여 강수량 및 밝기에 따른 제어 기준값 결정방법을 살펴보면 다음과 같다.
표 1에 나타낸 바와 같이 강수량이 영(0)이고 밝은 경우에 TTBthres= TTBdefault 으로 TTB 기준값(TTBthres)이 기존과 동일하고, 강수량이 영이며 어두운 경우에 경고/프리필에만 제어 개입 시점을 빠르게 적용하고, TTBthres= TTBdefault ×W1으로 TTB 기준값은 기존의 TTB 기준값(TTBdefault)에 가중치 W1(1<W1)을 곱하여 기존(default)보다 높게 설정한다.
그리고, 강수량이 약 및 중인 경우는 제동거리에 영향을 미치므로 제동 제어(프리 브레이크, 브레이크 보조, 액티브 브레이크)에만 제어 개입 시점을 빠르게 적용하고, 제동 거리를 고려하여 실제 거리에서 안전거리를 빼고 TTB와 요구감속도를 연산한다.
또한, 강수량이 약 및 중이며 어두운 경우에 경고 및 프리필은 TTB 기준값(TTBthres)을 가변 적용하고, 제동 제어는 안전거리를 고려한 상대거리 값으로 TTB와 요구감속도를 연산하여 적용한다.
아울러, 강수량이 강인 경우는 운전자 시야 및 제동거리에 모두 영향을 미치므로 안전거리를 고려한 상대거리 값으로 전 기능에 모두 적용한다.
상기와 같이 환경 상태에 따라 제어 시점을 전략적으로 가변시키는 이유는 경고 및 제동 제어 개입의 최소화를 통해 운전자에게 이질감을 감소시키고 상품성을 향상시킬 수 있다.
이때, 미등 온 상태는 상기 밝기에 영향을 미치지 않으므로 제외된다.
여기서, 상기 가중치(W1,W2,W3)은 1보다 큰 값이고, 충돌 위험도가 증가함에 따라 TTB값은 감소하므로, TTB threshold 값을 높게 설정하여 안전거리를 확보할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 충돌 방지 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 실시예에 따른 충돌 방지 방법은 선행 차량과의 충돌위험도에 따라 경고/프리필/프리 브레이크/BAS(브레이크 보조 장치)/액티브 브레이크 등이 HMI(15)를 통한 경고 및 제동 제어가 이루어지게 된다.
상기 충동 위험도를 판단하는 기준은 TTB와 요구 감속도이며 다음 식으로부터 산출할 수 있다.
Figure pat00003
상기 식에서, Vleading는 선행 차량 속도, Vsubject는 적응형 충돌방지시스템 탑재 차량(APCS 차량) 속도, asubject _ set는 APCS 차량의 최대 감속도, Drel은 선행 차량과 APCS 차량 간 상대 거리이다.
그 다음, 충돌방지제어부(13)는 레인 센서(11) 및 조도 센서(12)의 감지신호을 입력받아제어 기준값을 결정한 후, 조건 1 내지 조건 4를 만족하는지 여부를 판단한다.
조건 1은 TTB<TTBthresh1 && areq>areq_ thresh1, 조건 2는 TTB<TTBthresh2 && areq>areq_thresh2, 조건 3은 TTB<TTBthresh3 && areq>areq_ thresh3, 조건 4는 TTB<TTBthresh4 && areq>areq_thresh4 이다.
상기 조건에서 TTBthresh1>TTBthresh2>TTBthresh3>TTBthresh4, areq_thresh1<areq_thresh2<areq_thresh3<areq_thresh4 이다.
여기서, 상기 조건을 만족하지 않은 경우 각각 충돌위험도 계산단계로 되돌아 가고, 조건 1을 만족하는 경우 다음 조건 2로, 조건 2를 만족하는 경우 다음 조건 3으로, 조건 3을 만족하는 경우 다음 조건 4로 넘어가서 조건 만족 여부를 판단한다.
이때, 상기 조건 1을 만족하는 경우에 운전자에게 경고메시지를 알리고, 조건 2를 만족하는 경우에 프리필을 수행하고, 조건 3을 만족하는 경우에 프리필을 수행한다.
상기 조건을 모두 만족하는 경우에 운전자의 제동의지가 있는지 여부를 판단한다.
그리고, 운전자의 제동의지가 있는 경우에 브레이크 어시스트를 수행하고, 운전자의 제동의지가 없는 경우에 액티브 브레이크를 수행한다.
따라서, 본 발명에 의하면 레인 센서(11)의 입력 강수량에 따라 상대거리 옵셋(offset)을 빼줌으로써 TTB 값은 더 작은 값(충돌위험도가 상승함), 요구감속도 areq는 더 큰 값(충돌위험도가 상승함)을 갖게 되어, 경고 및 제동 제어가 더 빠른 시점에 작동되도록 하고, 전조등이 켜진 경우(어두운 경우)에 TTB 기준값에 가중치(Weighting factor)를 곱해 충돌 위험도 threshold 값이 기존(Default) 보다 높은 상태에서 즉, 충돌 위험도가 기존보다 낮은 상태에서 PCS 제어를 작동시킴으로써, 전방차량과 안전거리를 확보할 수 있다.
또한, 어둡고 강수량이 있는 경우에는 상기 두 조건을 모두 적용하여 충분한 제동거리를 확보할 수 있도록 충돌위험도가 조금만 높아도 PCS 제어가 작동됨으로 함으로써 환경에 따라 안전성을 높일 수 있다.
10 : 레이더 센서
11 : 레인 센서
12 : 조도 센서
13 : 충돌방지제어부
14 : 제어판단부
14a : 충돌위험도 판단부
14b : 위험차량 선정부
14c : 운전자의지 판단부
15 : HMI
16 : ESC

Claims (4)

  1. 충돌 방지 제어 시스템을 작동시키는 단계;
    선행 차량과의 충돌위험도를 연산하는 단계;
    레인 센서(11)로부터 감지신호를 입력받은 경우에 상대 거리 옵셋을 적용하는 단계;
    조도 센서(12)로부터 감지신호를 입력받는 경우에 충돌위험도의 기준값을 변경하는 단계;
    상기 충돌위험도를 판단한 후 경고 및 제동 제어를 수행하는 단계;
    상기 충돌위험도에 따라 경고, 프리필, 프리 브레이크, 브레이크 보조 및 액티브 브레이크 등의 경고 및 제동 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상대 거리 옵셋을 적용하는 단계는 레인 센서(11)로부터 입력된 강수량에 따라 상대거리 옵셋(실제 상대거리에서 안전거리 옵셋)을 빼줌으로써 경고 및 제동 제어가 더 빠른 시점에 작동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충돌위험도의 기준값을 변경하는 단계는 어두움(전조등 온)에 따라 TTB 기준값에 가중치(Weighting factor;0<W<1)를 곱해 충돌위험도가 기존(default)보다 낮은 상태에서 충돌 방지 제어(PCS 제어)가 작동되는 것을 특징으로 하는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 충돌위험도의 판단 기준은 하기 식으로부터 산출되는 TTB(Time-to-Brake)와 요구감속도(areq)에 의해 정하여지고, 하기 식에서 Vleading는 선행 차량 속도, Vsubject는 적응형 충돌방지시스템 탑재 차량(APCS 차량) 속도, asubject _ set는 APCS 차량의 최대 감속도, Drel은 선행 차량과 APCS 차량 간 상대 거리인 것을 특징으로 하는 환경을 고려한 자동차 충돌 방지 방법.
    Figure pat00004
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