KR20140111081A - 차량속도 설정시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 차량속도 설정시스템은, 경로상의 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리와, 차량의 현재 주행속도를 감지하는 감지부; 상기 곡선주로 곡률과 횡가속도 임계치를 입력값으로 곡선주로 한계속도를 산출하고, 상기 곡선주로 한계속도와 차량의 제동성능과 차량의 현재 주행속도와 곡선주로 진입지점까지의 거리를 입력값으로 현위치 목표속도를 산출하는 제어부;를 포함한다. 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템을 이용하면, 차량의 특성에 따라 적정한 곡선주로 안전속도를 제시하고 여러 조건에 따라 차량의 적정 감속비를 산출하여 알릴 수 있으므로 안전운행이 가능해지며, 차량의 현재 속도를 실시간으로 감지하고 이에 따라 차량 감속비를 실시간으로 보정해 가면서 차속을 제어하므로 보다 정확한 감속이 가능해진다는 장점이 있다.

Description

차량속도 설정시스템{Speed setting system for vehicle}
본 발명은 도로 정보를 기반으로 차량속도를 설정하여 이를 운전자에게 알리거나 차량의 속도를 제어하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 곡선주로의 곡률뿐만 아니라 곡선주로 진입지점까지의 거리, 차량의 성능까지 고려하여 차량의 목표속도를 설정하도록 구성되는 차량속도 설정시스템에 관한 것이다.
최근 자동차 관련 기술이 비약적으로 발전됨에 따라 운전자의 편의를 획기적으로 개선한 자동차 시스템이 다양한 패턴으로 상용화되고 있다. 이러한 자동차의 편의기능 중 대표적인 것으로는 SCC(Smart Cruise Control) 시스템이 있는데, 이는 운전자가 설정해놓은 설정속도로 차량 속도가 유지되도록 차량을 자동으로 구동 및 제동함으로써, 운전자로 하여금 종방향의 자유로움을 주는 편의 장치이다. 또한, 주행 경로를 감지하는 편의기능으로 LDW(Lane Departure Warning) 시스템이 있는데, 이는 카메라 센서를 이용하는 Vision 시스템의 일종으로서, 카메라를 이용하여 도로의 차선을 인식함으로써 운전자가 졸음이나 부주의로 인해 차량이 차선을 이탈하려고 할 경우, 운전자에게 경고를 주도록 구성된다. 상기 두 시스템은 현재 상용화 되어 있는 시스템으로 고급 차종에 운전자 편의 혹은 안전 시스템으로 장착 되어 있다.
또한 최근 들어서는 경로 상에 곡선주로가 존재하는 경우 곡선주로로 진입 시점의 안전속도를 운전자에게 알림으로써, 차량이 원심력에 의해 곡선주로를 벗어나는 등의 사고를 방지할 수 있는 곡선주로 진입속도 안내시스템이 제안된 바 있다. 그러나 이와 같은 종래의 곡선주로 진입속도 안내시스템은 곡선주로의 곡률만을 고려하여 산출되므로 차량의 제동특성이나 차량의 원심력 등은 고려되지 아니하는바, 차량 별 정확한 안전속도를 제안하는데 한계가 있다는 단점이 있다.
또한, 직선주로를 주행하던 중 전방 경로 상에 곡선주로가 나타나면, 차량 속도를 곡선주로 안전속도로 감속시켜야 하는데, 이때 감속이 시작 지점부터 감속이 종료되는 지점(곡선주로 진입지점)까지 동일한 크기로 감속이 되어야 편안한 승차감을 느낄 수 있는데, 종래와 같이 단순히 곡선주로 안전속도만을 안내하는 시스템만으로는 어느 정도의 비율로 감속을 해야 하는지를 판단할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 차량의 현재 속도와 관계없이 차량의 감속이 시작되도록 설정되는데, 차량의 현재속도가 높은 경우 급정거를 할 수밖에 없으므로 승차감이 매우 불량해지고, 차량의 현재속도가 비교적 낮은데 너무 일찍부터 감속을 하게 되면 곡선주로 진입지점까지 도달하는데 너무 많은 시간이 소요된다는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 특성에 따라 적정한 곡선주로 안전속도를 제시할 수 있고, 여러 조건에 따라 차량의 적정 감속비를 산출하여 알릴 수 있으며, 차량의 현재 속도에 따라 감속시기를 조정할 수 있는 차량속도 설정시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템은, 경로상의 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리와, 차량의 현재 주행속도를 감지하는 감지부; 상기 곡선주로 곡률과 횡가속도 임계치를 입력값으로 곡선주로 한계속도를 산출하고, 상기 곡선주로 한계속도와 차량의 제동성능과 차량의 현재 주행속도와 곡선주로 진입지점까지의 거리를 입력값으로 현위치 목표속도를 산출하는 제어부;를 포함한다.
상기 감지부는 곡선주로 진입지점까지의 거리를 실시간으로 측정하고, 상기 제어부는 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리를 실시간으로 전달받아 상기 현위치 목표속도를 실시간으로 산출하도록 구성된다.
상기 현위치 목표속도를 화상이나 음향 중 어느 하나 이상으로 운전자에게 알리는 알람부를 더 포함한다.
상기 제어부는, 차량의 현재 주행속도가 해당지점의 현위치 목표속도에 도달되도록, 제동장치와 가속장치를 구비하는 구동부의 동작을 제어한다.
운전자가 상기 차량의 횡가속도 임계치를 직접 입력할 수 있는 횡가속도 입력장치를 구비하는 조작부를 더 포함한다.
상기 감지부는, 전방 도로를 화상 또는 영상으로 촬영하여 상기 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리를 획득하는 비젼센서(Vision sensor)를 포함한다.
상기 감지부는, GPS 신호를 전달받아 도로 정보를 전달받는 내비게이션(Navigation)을 포함한다.
상기 제어부는, 하기 [식 1]을 통해 곡선주로 한계속도를 산출하도록 구성된다.
[식 1]
Figure pat00001
(Vlimit : 곡선주로 한계속도, ay_limit : 횡가속도 임계치, k : 도로 곡률)
상기 제어부는, 하기 [식 2]를 통해 현위치 목표속도를 산출하도록 구성된다.
[식 2]
Figure pat00002
(Vtarget : 현위치 목표속도, ax : 차량 제동 감속도, S : 곡선주로 진입지점까지의 거리, Vlimit : 곡선주로 한계속도)
본 발명에 의한 차량속도 설정시스템을 이용하면, 차량의 특성에 따라 적정한 곡선주로 안전속도를 제시하고 여러 조건에 따라 차량의 적정 감속비를 산출하여 알릴 수 있으므로 안전운행이 가능해지며, 차량의 현재 속도를 실시간으로 감지하고 이에 따라 차량 감속비를 실시간으로 보정해 가면서 차속을 제어하므로 보다 정확한 감속이 가능해진다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템의 블록도이다.
도 2는 직선주로를 주행하던 차량이 곡선주로로 진입하여 주행하는 과정을 도시하는 평면도이다.
도 3은 주행도로 지점 별 차량속도를 도시하는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템의 블록도이고, 도 2는 직선주로를 주행하던 차량이 곡선주로로 진입하여 주행하는 과정을 도시하는 평면도이다.
일반적으로 직선주로를 주행을 하다가 곡선주로에 진입하게 되면 차량에 원심력이 발생되므로, 운전자는 차량이 도로를 이탈하지 않도록 차량을 감속해야 하는데, 이때 감속 비율은 곡선주로의 곡률이나 차속, 차량 중량 등 여러 조건에 따라 달라진다. 현재까지는 운전자가 자신의 경험에 의존하여 차량 감속비를 적절하게 설정해 왔는데, 초보자의 경우 적절한 차량 감속비를 예측하기 어려우므로 곡선주로에서의 차선이탈 사고가 빈번히 발생된다는 문제점이 있다. 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 경로상의 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리와 차량의 현재 주행속도 등을 감지하는 감지부(100)와, 곡선주로에서 안정적인 주행이 가능한 최대속도(이하 '곡선주로 한계속도'라 약칭한다)와, 현재 차량이 위치하는 지점부터 차량을 감속하였을 때 곡선주로 진입지점에서의 차량 속도가 상기 곡선주로 한계속도에 이를 수 있기 위해 현재 지점에서 유지되어야 할 속도(이하 '현위치 목표속도'라 약칭함)를 산출하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 산출된 곡선주로 한계속도와 현위치 목표속도는, 알람부(400)를 통해 운전자에게 전달되도록 구성될 수도 있고, 구동부(500)로 입력되어 곡선주로 진입지점까지는 차량의 속도가 현위치 목표속도로 자동 제어되고 곡선주로에서는 차량의 속도가 곡선주로 한계속도로 자동 제어되도록 구성될 수 있다. 이때 상기 알람부(400)는, 곡선주로 한계속도 및 현위치 목표속도를 시각적으로 출력하는 화상 출력장치(410)를 구비하도록 구성될 수도 있고, 곡선주로 한계속도 및 현위치 목표속도를 음향으로 출력하는 음향 출력장치(420)를 구비하도록 구성될 수도 있다. 한편, 제어부(300)가 구동부(500)에 포함된 제동장치(510) 및 가속장치(520)를 제어하여 차량의 주행속도를 일정 범위 이내로 유지시키는 기술은 종래의 SCC(Smart Cruise Control) 시스템에서 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
해당 차량이 곡선주로 한계속도와 현위치 목표속도가 알람부(400)를 통해 운전자에게 전달되도록 구성되는 경우, 운전자는 알람부(400)를 통해 인지한 받은 현위치 목표속도에 맞춰 차량 속도를 조절해 가면서 운전하고, 곡선주로에서는 곡선주로 한계속도에 맞춰 차량을 운전함으로써, 안전한 운행을 할 수 있게 된다. 또한 현위치 목표속도 및 곡선주로 한계속도에 맞춰 차량 속도가 자동으로 제어되는 경우, 운전자는 별도의 조작 없이도 곡선주로에서 안전한 운행을 할 수 있게 되고, 이와 같은 기술이 자동주행 기술에 접목되는 경우 곡선주로에서의 자동주행에 대한 신뢰성이 향상된다는 장점이 있다. 이때, 곡선주로 한계속도와 현위치 목표속도가 알람부(400)를 통해 전달되는 경우는 현위치 목표속도 및 곡선주로 한계속도에 맞춰 차량 속도가 자동으로 제어되는 경우와 비교하였을 때, 현위치 목표속도 및 곡선주로 한계속도를 산출하는 과정까지 동일하고, 현위치 목표속도 및 곡선주로 한계속도를 출력한다는 점에 있어서만 차이가 있으므로, 이하에서는 현위치 목표속도 및 곡선주로 한계속도에 맞춰 차량 속도가 자동으로 제어되는 경우를 예로 들어 설명한다.
한편, 차량이 곡선주로를 주행할 때에는 원심력에 의해 차량의 횡방향으로 횡가속도가 발생되는데, 차량의 성능에 따라 견딜 수 있는 횡가속도 크기에 차이가 있으므로 차량 종류에 따라 곡선주로 한계속도는 상이하게 설정된다. 즉, 차량이 비교적 높은 횡가속도에도 정상적인 주행을 할 수 있다면 상기 곡선주로 한계속도는 높게 설정되어야 하고, 차량이 비교적 낮은 횡가속도에도 정상적인 주행이 어려워진다면 상기 곡선주로 한계속도는 낮게 설정되어야 한다. 따라서 상기 제어부(300)는, 차량이 곡선주로를 주행할 때 원심력에 의해 차량의 횡방향으로 발생되는 가속도의 임계치(이하 '횡가속도 임계치'라 약칭한다)를 입력값으로 곡선주로 한계속도를 산출하도록 구성된다.
또한, 상기와 같이 차량이 곡선주로를 주행함에 따라 횡가속도가 발생되면 운전자는 원심력에 의해 바깥 방향으로 몸이 쏠리게 되는데, 이때 운전자별로 큰 불쾌감 없이 버틸 수 있는 원심력 크기가 모두 상이하다. 따라서 상기 횡가속도 임계치는 차량의 제원에 따라 일정한 값으로 설정될 수도 있지만, 운전자가 일정 범위 이내에서 상기 횡가속도 임계치를 가감하여 입력하도록 구성될 수도 있다. 이때, 차량의 조작부(200)에는 주행을 위한 조작장치 이외에 횡가속도 입력장치(210)가 별도로 구비되어야 할 것이다. 상기 언급한 바와 같이 운전자가 자신의 운전 스타일 및 성향에 맞춰 횡가속도 임계치를 입력할 수 있도록 구성되면, 편안한 운전스타일의 운전자는 횡가속도 임계치를 낮게 입력하여 차량이 곡선주로를 천천히 주행하도록 함으로써 원심력에 의한 쏠림현상 없이 편안한 운전을 할 수 있게 되고, 다이내믹한 운전스타일의 운전자는 횡가속도 임계치를 높게 입력하여 차량이 곡선주로를 빠르게 주행하도록 함으로써 스피디한 운전을 즐길 수 있게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 직선주로를 주행하던 차량이 곡선주로로 진입될 때 차량 속도가 제어되는 과정에 대해 상세히 설명한다.
차량이 직선주로의 한 지점인 A 지점을 주행하던 도중에 감지부(100)가 S1 거리만큼 앞쪽에 위치한 지점 즉, B 지점부터 곡선주로가 시작됨이 감지되면, 제어부(300)는 곡선주로의 곡률과 횡가속도 임계치를 이용하여 곡선주로 한계속도를 산출한다. 이때 상기 곡선주로 한계속도는 하기 [식 1]에 의해 계산된다.
[식 1]
Figure pat00003
(Vlimit : 곡선주로 한계속도, ay_limit : 차량의 횡가속도 임계치, k : 도로 곡률)
곡선주로 한계속도가 산출되면, 상기 제어부(300)는 하기 [식 2]를 통해 현위치 목표속도를 산출한다.
[식 2]
Figure pat00004
(Vtarget : 현위치 목표속도, ax : 차량 제동 감속도, S : 곡선주로 진입지점까지의 거리, Vlimit : 곡선주로 한계속도)
이때, 차량 제동 감속도 ax는 차량 설계 시 설정되는 브레이크 응답 성능으로서, 차종에 따라 각각 상이한 값을 나타낸다.
이와 같이 현위치 목표속도가 산출되면, 제어부(300)는 차량이 B 지점에 도달할 때까지 즉, S1 구간을 주행하는 동안 차량의 현재 속도를 실시간으로 반복 감지하고, 제어부(300)는 S1 구간을 주행하는 동안 차량의 현재 속도를 실시간으로 전달받아 현위치 목표속도를 반복 산출하고 새롭게 산출된 현위치 목표속도에 맞춰 제동장치(510) 및 가속장치(520)를 지속적으로 제어한다.
상기와 같이 차량의 현재 속도 및 현위치 목표속도가 S1 구간을 주행하는 동안 지속적으로 반복 산출되고 제어부(300)가 새롭게 산출된 현위치 목표속도에 맞춰 S1 구간을 주행하는 동안 차속을 실시간으로 제어하게 되면, 차량이 곡선주로 진입지점 즉, B 지점에 이르렀을 때 차량 속도는 곡선주로 한계속도에 도달하게 된다. 즉, 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템을 이용하면, 곡선주로 진입지점에 이를 때까지 급제동 없이 일정한 감속비율로 차속이 감속되므로, 승차감이 매우 향상된다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 차량속도 설정시스템을 이용하면 곡선주로 진입지점에 도달할 때까지 현재 차속을 실시간으로 계속 측정하고, 이에 따라 현위치 목표속도를 실시간으로 계속 보정하므로, 곡선주로 진입지점에 이르렀을 때의 차속이 곡선주로 한계속도에 정확하게 일치될 수 있다는 장점이 있다.
한편 상기 감지부(100)는, 도로 곡률 및 거리를 감지하는 도로정보 센서(110)와, 현재 차속을 측정하는 차속 센서(120)로 구분될 수 있다. 상기 도로정보 센서(110)는 전방 도로를 화상 또는 영상으로 촬영하여 상기 곡선주로의 곡률을 산출하고 현 위치에서 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리를 획득할 수 있는 비젼센서(Vision sensor)로 적용되고, 상기 차속 센서(120)는 차량에 이미 설치되어 있는 센서로 활용될 수 있다. 상기 비젼센서는 도로를 화상 또는 영상으로 촬영하여 차선의 구배를 계측하여 각종 도로정보를 획득하는 장치로서, 이와 같은 비젼센서는 본 발명이 해당되는 기술분야에서 널리 적용되고 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한 상기 감지부(100)는, GPS 신호를 전달받아 도로 정보를 전달받는 내비게이션(Navigation)으로 적용될 수도 있다. 상기 내비게이션은 도로 곡률 및 거리뿐만 아니라 차량의 속도까지 획득할 수 있으므로, 상기 언급한 도로정보 센서(110)와 차속 센서(120)의 기능을 모두 수행할 수 있게 된다.
도 3은 주행도로 지점 별 차량속도를 도시하는 그래프이다.
자동주행 기능이 구비된 차량으로 주행을 하는 경우, 직선주로에서는 사용자가 설정한 최대속도 Vc 이하의 속도로 주행하다가, A 지점부터 B 지점까지는 감속이 진행되어 곡선주로 구간 S2를 지나는 동안에는 곡선주로 한계속도 Vlimit이하의 속도를 유지하며, 곡선주로 구간이 끝나고 나면 다시 최대속도 Vc 이하의 속도로 주행된다. 이때, 직선주로를 주행하던 차량의 속도가 매우 빠른 경우에는, 도 2 및 도 3에 도시된 A 지점부터 감속할 때 매우 높은 감속 비율로 감속을 해야 하므로 승차감이 불량해진다는 문제점이 있다. 반대로 직선주로를 주행하던 차량의 속도가 느린 경우에는 A 지점부터 감속할 때 비교적 낮은 감속 비율로 감속을 하게 되므로 승차감은 양호하지만 B 지점까지 도달하는데 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다.
본 발명에 의한 차량속도 설정시스템은 현재의 차량 속도 및 현위치 목표속도를 실시간으로 반복하여 산출하도록 구성되므로, 현재의 차량 속도에 따라 감속 시작점이 다르게 설정되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어 현재의 차량 속도가 매우 빨라 급제동이 필요할 것으로 예상되는 경우 A 지점에 이르기 이전부터 즉, 도 3에 도시된 A′지점부터 감속을 수행할 수 있다. 이와 같이 A′지점부터 감속을 하게 되면 제동구간이 S1′으로 길어지므로 승차감이 불량해지는 현상을 방지할 수 있게 된다. 반대로, 현재의 차량 속도가 매우 느려 너무 일찍부터 감속을 할 필요가 없을 것으로 예상되는 경우 A 지점을 지난 지점부터 즉, 도 3에 도시된 A″지점부터 감속을 수행할 수 있다. 이와 같이 A″지점부터 감속을 하게 되면 제동구간이 S1″으로 짧아지므로 B 지점까지 도달하는데 소요되는 시간이 단축된다는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 차량의 현재 속도에 따라 제동거리를 다르게 설정하도록 구성되면, 승차감을 양호하게 유지하면서 목적지점까지 도달하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 감지부 110 : 도로정보 센서
120 : 차속 센서 200 : 조작부
210 : 횡가속도 입력장치 300 : 제어부
400 : 알람부 410 : 화상 출력장치
420 : 음향 출력장치 500 : 구동부
510 : 제동장치 520 : 가속장치

Claims (9)

  1. 경로상의 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리와, 차량의 현재 주행속도를 감지하는 감지부;
    상기 곡선주로 곡률과 횡가속도 임계치를 입력값으로 곡선주로 한계속도를 산출하고, 상기 곡선주로 한계속도와 차량의 제동성능과 차량의 현재 주행속도와 곡선주로 진입지점까지의 거리를 입력값으로 현위치 목표속도를 산출하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 곡선주로 진입지점까지의 거리를 실시간으로 측정하고,
    상기 제어부는 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리를 실시간으로 전달받아 상기 현위치 목표속도를 실시간으로 반복 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 현위치 목표속도를 화상이나 음향 중 어느 하나 이상으로 운전자에게 알리는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 차량의 현재 주행속도가 해당지점의 현위치 목표속도에 도달되도록, 제동장치와 가속장치를 구비하는 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    운전자가 상기 차량의 횡가속도 임계치를 직접 입력할 수 있는 횡가속도 입력장치를 구비하는 조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는, 전방 도로를 화상 또는 영상으로 촬영하여 상기 곡선주로 곡률과 상기 곡선주로 진입지점까지의 거리를 획득하는 비젼센서(Vision sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는, GPS 신호를 전달받아 도로 정보를 전달받는 내비게이션(Navigation)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 하기 [식 1]을 통해 곡선주로 한계속도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.

    [식 1]
    Figure pat00005

    (Vlimit : 곡선주로 한계속도, ay_limit : 횡가속도 임계치, k : 도로 곡률)
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 하기 [식 2]를 통해 현위치 목표속도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량속도 설정시스템.

    [식 2]
    Figure pat00006

    (Vtarget : 현위치 목표속도, ax : 차량 제동 감속도, S : 곡선주로 진입지점까지의 거리, Vlimit : 곡선주로 한계속도)
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