KR20150119136A - 차량에서 전방 도로의 상태를 결정하는 방법 및 빔 센서 모듈 - Google Patents

차량에서 전방 도로의 상태를 결정하는 방법 및 빔 센서 모듈 Download PDF

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지크하르트 슈래블러
베른트 하트만
마르크 멘젤
한스 마그누손
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
콘티 테믹 마이크로일렉트로닉 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 차량 전방에 도로의 상태를 결정하는 방법으로서, 본 방법에 따르면 상기 도로 표면(113)을 센서 빔(106, 106')으로 조명하고 상기 센서 빔(106, 106 ')이 상기 도로 표면(113)의 상태에 따라 반사되고 흡수되어 상기 반사된 센서 빔(115)에 기초하여 상기 도로의 상태를 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 주행 방향으로 차량 전방에 있는 도로 표면(113)이 조명되는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 대응하는 빔 센서 모듈에 관한 것이다.

Description

차량에서 전방 도로의 상태를 결정하는 방법 및 빔 센서 모듈{METHOD AND BEAM SENSOR MODULE FOR DETERMINING THE CONDITION OF THE ROAD AHEAD IN A VEHICLE}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 청구된, 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 방법, 및 청구항 7의 전제부에 청구된, 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 빔 센서 모듈에 관한 것이다.
종래 기술에서, 환경을 센싱하는 다수의 상이한 센서 시스템이 자동차 분야에 이미 알려져 있다. 이 센서 시스템에 의해, 예를 들어, 다른 차량, 도로 표지판 및 차선 경계를 검출할 수 있다. 이 상황에서 사용되는 센서는 종종 카메라 센서, 라이더(lidar) 센서, 레이저 센서 또는 레이더(radar) 센서이다. 이런 방식으로 센싱된 환경 정보는, 특히, 예를 들어, 자동 브레이크 개입 또는 스티어링 개입과 같은 안전-관련 개입에 사용될 수 있다. 나아가, 차량의 상태를 기본적으로 결정하지만, 또한 예를 들어 기울기 센서와 같은 환경 상태에 관한 결론을 도출할 수 있는 차량 센서들이 알려져 있다.
이런 상황에서, DE 10 2007 062 203 A1은 차량의 가속 동안 자동차 타이어와 차도(roadway)의 표면 사이에 마찰 계수를 결정하는 방법을 개시한다. 이런 상황에서, 제1 마찰 계수 파라미터는 주행 의존 방식으로 결정되는 자동차 타이어의 슬립(slip)과 제1 마찰 계수 파라미터 사이에 기능 관계를 미리 한정한 모델을 사용하여 결정된다. 나아가, 제2 마찰 계수 파라미터는 자동차 타이어의 접촉력과 길이방향 힘 사이의 몫으로부터 결정되고, 최종적으로 마찰 계수는 회귀 추정 알고리즘(recursive estimation algorithm)에 의해 제1 및 제2 마찰 계수 파라미터로부터 결정된다. 이 슬립은 여기서 회전 휠 속력, 결정된 엔진 토크로부터 길이방향 힘, 및 길이방향 가속과 측방향 가속으로부터 접촉력으로부터 결정된다. 회전 휠 속력은 통상 ABS 센서 시스템에 의해 결정된다.
DE 10 2009 008 959는 네비게이션 및/또는 운전자 보조를 제공하는 차량 시스템을 개시한다. 이 차량 시스템은 소위 가상 수평에 걸쳐 환경에 대한 정보를 운전자에 제공하고, 환경에 대한 정보는 센서에 의해 센싱된 환경 정보를 더 포함하고, 도로의 상태에 대한 결론을 도출할 수 있게 한다. 이를 위해, 예를 들어 브레이크 과정에서 전자 브레이크 시스템에 의해 낮은 마찰 계수를 검출할 수 있다. 습도는 강우 센서(rain sensor)에 의해 또는 윈드실드 와이퍼(windshield wiper)의 작동에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 동결점(freezing point) 부근 온도와 브리지(bridge)의 통과를 조합한 것으로부터 도로의 잠재적인 결빙을 검출할 수 있다.
DE 10 2012 203 187 A1은 자동차의 움직임 궤적(movement trajectory)을 예측하고 적응하여 운전자의 주행 작업을 보조하거나 및/또는 충돌을 방지하거나 또는 사고의 발생을 감소시키는 방법을 개시한다. 이런 상황에서, 계산된 움직임 궤적의 함수로서 브레이크 및/또는 스티어링 시스템에서 만들어진 브레이크 및/또는 스티어링 개입이 제공된다. 브레이크 및/또는 스티어링 개입을 조합한 결과 움직임 궤적으로부터 초래되는 휠 힘이 최대 이용가능한 마찰 계수보다 항상 미만인 것을 보장하기 위해, 상기 마찰 계수는 레이저 센서 및/또는 카메라 센서와 같은 광 차도 센서에 의해 결정된다. 마찬가지로, 최대 이용가능한 마찰 계수는, 주행 동적 제어 시스템, 구동 안정성 제어 시스템, 슬립 제어 시스템과, 강우 센서, 온도 센서 또는 타이어 센서로부터 오는 정보와, 차량-X간 통신(car-to-X communication)에 의해 수신된 정보의 포함에 의해 결정된다.
DE 10 2011 015 527 A1은 자동차의 차도 표면의 상태를 결정하는 센서를 개시한다. 이 상태는 이런 상황에서 습한 상태(wet), 건조 상태(dry), 결빙 상태(icy), 눈으로 덮힌 상태 또는 이들이 조합된 상태일 수 있다. 이 센서는 적어도 2개의 상이한 파장을 갖는 광을 방출하는 광원 유닛과, 상기 광원 유닛의 반사된 광을 센싱하는 적어도 2개의 검출기를 포함한다. 상기 상이한 파장이 차도 표면의 상태에 따라 상이한 정도로 반사되기 때문에, 상기 반사된 광으로부터 차도 표면의 상태에 관한 정보를 도출할 수 있다. 개시된 센서는 10 cm 내지 100 cm의 거리에서 본질적으로 수직으로 조사를 받는 차도 표면의 상태를 검출하는데 적절하다.
그러나, 종래 기술에 알려진 방법 및 디바이스의 단점은 도로의 상태를 많은 경우에 직접 결정할 수 없고, 대신, 예를 들어, 온도 및 습도와 같은 다른 파라미터로부터 단지 도출할 수 있다는 것이다. 도로의 상태를 종래 기술에 따라 직접 센싱할 수 없는 한, 이것은 본질적으로 조사할 도로 부분을 주행할 때에만 간접적으로 가능하다. 특히, 도로의 상태를 센싱하는 광 센서를 사용할 때, 종래 기술에 따라 이 광 센서는 차량의 밑면에 장착되고 차량 밑면 도로 표면을 향한다. 그러나, 이것은 주행 동적 제어 시스템이 도로의 상태에 관해 직접 측정된 예측 정보를 갖고 있지 않기 때문에 주행 동적 제어 시스템의 효과를 제한한다.
그리하여 본 발명의 목적은 도로의 상태를 예측적으로 결정할 수 있는 방법을 제안하는 것이다.
본 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 따른 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명은, 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 방법으로서, 도로 표면은 센서 빔으로 조명되고, 상기 센서 빔은 상기 도로 표면의 상태에 따라 반사되고 흡수되며, 상기 도로의 상태는 상기 반사된 센서 빔에 기초하여 결정되는, 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 도로 표면을 상기 주행 방향으로 차량의 전방을 조명하는 것으로 한정된다.
도로의 상태라는 용어는 본 발명의 의미에서 마찰 계수 면에서 도로 표면의 의미 있는 상이한 상태를 의미하는 것으로 이해되고, 특히, "습한 상태", "건조 상태", "얼음으로 덮힌 상태" 및 "눈으로 덮힌 상태"가 구별되고, 제시된 도로의 상태의 조합이 또한 가능한 것으로 이해된다. 예를 들어, 물 웅덩이가 얼음층을 커버할 수 있어서, 그 결과 "습한 상태"와 "얼음으로 덮힌 상태"의 도로 상태의 조합이 존재할 수 있고 대응하여 이를 검출할 수 있다.
본 발명에 따라, 그리하여 차량 바로 아래뿐만 아니라 차량의 전방에 있는 도로의 상태가 예측적으로 결정된다. 이것은, 결정된 도로의 상태가, 예를 들어, 구동 안정성 제어 시스템에 조기에 이용가능하게 될 수 있다는 장점을 제공한다. 그리하여 구동 안정성 제어 시스템은 상기 상황이 일어나기 전에 중요한 상황(critical situation)에 상황-특정 방식으로 적시에 준비될 수 있다. 차량의 현재 속력과 센서 빔의 설정 범위를 고려함으로써, 각각 조명된 도로 표면을 주행한 시간을 결정하여, 그 결과 모든 검출된 도로 상태에 최적의 방식으로 주로 적응되는 방식으로 구동 안정성 제어 시스템을 설정할 수 있는 것이 더 가능하다.
마찬가지로, 운전자에 경고를 예측적으로 출력하여, 예를 들어, 얼음으로 덮힌 도로 표면 위를 짧게 주행하고 이에 대응하여 난폭한 스티어링 조작 또는 브레이크 공정 또는 가속 공정을 회피하여야 한다는 것을 운전자에 알려줄 수 있다.
바람직하게는 상기 도로 표면을 조명하고 상기 반사된 센서 빔을 동기화된 펄스 방식으로 센싱하는 것이 제공된다. 한편, 평균 출력 복사선 파워(radiation power)가 그리하여 감소될 수 있고, 이는 사용되는 빔 요소의 수명을 증가시키는데 기여한다. 나아가 센서 빔을 보는 사람 또는 동물의 눈에 손상을 야기하는 위험이 감소된다. 동시에, 개별 광 펄스의 에너지가 동일한 시간 기간에 연속적인 동작 모드에서 출력되는 에너지의 양보다 상당히 더 클 수 있고, 그 결과 반사된 센서 빔에서 정보의 신호-대-잡음 비가 도로의 상태를 결정하는 동안 크게 개선된다. 특히, 이 신호-대-잡음 비를 개선하기 위해 여기서 센싱이 조명과 동기적으로 일어나는 것이 중요하다.
나아가, 센서 빔은 상이한 파장, 특히 적어도 2개의 상이한 파장에서 최대 세기 값을 갖는 레이저 빔을 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 상이한 도로 상태를 결정하는 것, 특히, 구별하는 것을 간단하게 한다. 레이저 빔이 적어도 2개의 상이한 파장에서 최대 세기 값으로 사용될 때, 이들 장점은 비교적 좁은 파장 대역의 레이저 빔의 광 세기가 비교적 높은 것에 의해 더 승격된다.
특히 반사된 센서 빔에서 상이한 파장의 세기 값에 기초하여 도로의 상태를 결정하는 것이 바람직하다. 도로 표면의 상이한 상태는 상이한 광 특성을 구비하고 이에 대응하여 특정 파장을 흡수하고 다른 파장을 반사하는 방식으로 작용하기 때문에, 조명된 도로 표면의 각 상태는 반사된 센서 빔으로부터 추론될 수 있다. 이것의 일례로서, 예를 들어, 파장(1550㎚)은, 비교적 높은 정도로 얼음에 의해 흡수된다.
나아가, 반사된 센서 빔(115)에 있는 상이한 파장은 확률적 배정 방법(stochastic assignment method)에 의해, 특히 지지 벡터 방법(support vector method)에 의해 및/또는 k-수단 알고리즘(k-means algorithm)에 의해 도로의 상태에 배정되는 것이 특히 바람직하다. 이것은 검출을 위한 강성으로 미리 한정된 제한 값으로 가능한 것보다 상이한 도로 상태를 비교적 보다 신뢰성 있게 검출할 수 있게 한다. 무엇보다도, 예를 들어, 물 층 위에 위치된 눈 층과 같은 동시에 존재하는 도로 상태의 조합을 검출하는 것에 있어서 이것은 신뢰성 있는 검출에 상당한 개선을 도입하는 것이 명백하다. 도로 상태의 이러한 조합을 검출하는 것은, 눈 층 아래에 놓여 있는 얼음층이 위에 놓여 있는 눈 층으로부터 명백한 것보다 차량의 구동 안정성에 상당히 더 큰 위험을 구성하는 한, 중요성이 증가된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이 상황에서 분산(variance), 표준 편차(standard deviation) 및 평균 값(mean value)과 같은 반사된 센서 빔의 특성을 고려하면서 도로의 각 상태에 배정할 수 있는 상이한 적절한 확률적 배정 방법을 알고 있다. 특히, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 다차원 공간에서 반사된 센서 빔에 정보를 나타내고, 도로의 상태를 신뢰성 있게 결정할 수 있게 하는 공간적 분배를 갖는 지지 벡터 방법이라고 언급되는 것을 알고 있다. 이들 지지 벡터 방법은 발생하는 국부 최소 값에 의해 공정이 중단(disrupted)됨이 없이 일반적으로 전체 최소 값의 위치를 효율적으로 결정할 수 있게 한다. 이것은, 특히, 다차원 벡터 공간을 사용하는 것에 의해 달성된다. 지지 벡터 방법의 추가적인 장점은 전자 연산 파워를 비교적 거의 요구하지 않는다는 것이다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 또한 유사한 객체의 세트로부터 요소를 미리 한정된 개수의 상이한 그룹에 배정하는 k-수단 알고리즘이라고 언급되는 것을 알고 있다. 그리하여 k-수단 알고리즘은 종종 또한 클러스터 분석이라고 언급되는 것에 사용된다. 나아가, 바람직하게는 상이한 도로 상태들이 초기에 학습 방법에 의해 학습되는 것으로 제공된다. 이것은 또한 상이한 도로 상태를 검출하는 동안 신뢰성을 개선시킨다.
나아가, 도로의 특정 상태는 적어도 하나의 구동 안정성 제어 시스템 및/또는 구동 동적 제어 시스템, 특히 잠김 방지 브레이크 시스템(anti-lock brake system) 및/또는 전자 안정성 프로그램 및/또는 승차감 레벨 제어 시스템으로 전달되고, 여기서 상기 적어도 하나의 구동 안정성 제어 시스템 및/또는 구동 동적 제어 시스템은 도로의 특정 상태에 의해 위치-동기 방식으로 적응된 제어를 수행하는 것으로 제공된다. 그리하여 이미 설명된 바와 같이 이러한 구동 안정성 제어 시스템 또는 구동 동적 제어 시스템이 이미 도로 표면의 예상된 마찰 계수를 미리 알고 있어서 이에 대응하여 후속 제어를 위한 시작 지점으로 프리셋팅(presetting)을 미리 설정할 수 있기 때문에 이러한 구동 안정성 제어 시스템 또는 구동 동적 제어 시스템을 제어하는 것이 개선된다. 위치-동기 방식으로 적응된 제어는 본 발명에 따라 도로 상태가 결정된 도로 표면의 각 지점을 주행한 시간이 차량 속력을 고려하여 획득되어서, 대응하는 프리셋팅이 각 경우에 각각 이 지점을 통해 주행과 동기적으로 이루어질 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
또한 본 발명은, 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 빔 센서 모듈로서, 적어도 2개의 빔 요소, 적어도 하나의 검출기 요소, 분석 모듈 및 센서 하우징을 포함하고, 상기 적어도 2개의 빔 요소는 센서 빔으로 도로 표면을 조명하고, 상기 센서 빔은 상기 도로 표면의 상태에 따라 반사되고 흡수되며, 상기 적어도 하나의 검출기 요소는 반사된 센서 빔을 센싱하고, 상기 분석 모듈은 적어도 하나의 검출기 요소에 의해 센싱된 반사된 센서 빔에 기초하여 상기 도로의 상태를 결정하는, 빔 센서 모듈에 관한 것이다. 상기 빔 센서 모듈은 상기 센서 하우징이 차량 윈드실드의 내부측에 부착하도록 설계된 것으로 한정된다.
여기서 상기 센서 하우징은 상기 빔 요소, 상기 검출기 요소 및, 적절한 경우, 상기 분석 모듈을 포함하고, 여기서 상기 분석 모듈은 또한 상기 센서 하우징 외부에 배열될 수 있다. 상기 센서 하우징은 바람직하게는 일측 쪽으로 개방된다. 상기 개방된 측면은 상기 센서 하우징을 상기 윈드실드에 부착한 결과 차량 윈드실드에 의해서만 폐쇄된다.
상기 빔 센서 모듈은 바람직하게는 백미러(rearview mirror)의 베이스의 레벨에서 차량 윈드실드의 내부측에 부착된다. 이 위치에서, 이 모듈은 전방 쪽으로 운전자의 시야를 제한하지 않고, 차량 전방에 있는 도로 표면에 우수한 조명 상태를 제공한다. 이 부착 위치의 추가적인 장점은 상기 센서 빔을 출력하고 센싱하는 상기 센서 하우징의 개방된 측면이 상기 차량의 윈드실드 와이퍼 또는 와이퍼들에 의해 규칙적으로 클리닝된다는 것이다. 이것은 상기 빔 센서 모듈이 상기 센서 빔의 빔 경로의 오염에 의해 기능하는 방법에 악영향을 받지 않는 것을 보장한다. 한편, 이것은 차량 아래에 통상 부착된 종래 기술의 광 센서를 통해서는 얻을 수 없다.
상기 빔 센서 모듈이 부착으로 인해 차량 전방의 주행 방향에 있는 도로 표면을 조명하기 때문에, 이것은 또한 이런 상황에서 이미 언급된 장점을 제공한다.
상기 빔 요소는 900㎚ 내지 1700㎚의 파장 범위에서 상이한 파장을 갖고, 특히 파장(980㎚ 및/또는 1310㎚ 및/또는 1550㎚)에 최대 세기 값을 갖는 반도체 레이저인 것이 바람직하다. 이들 파장은 모두 적외선 스펙트럼 범위라고 언급되는 것이고, 그리하여 사람의 눈에는 보이지 않으나, 그럼에도 불구하고 사람의 눈에 손상을 줄 수 있으므로 위험을 구성한다. 이것은 다른 도로 사용자를 자극하는 것을 회피한다. 제시된 파장은 또한 반도체 레이저에 의해 생성될 수 있다는 장점을 제공하고, 특히, 갈륨-비화물(gallium-arsenide)-기반 반도체 레이저와 인듐-인화물(indium-phosphite)-기반 반도체 레이저가 이에 적절하다. 게르마늄-기반 반도체 레이저가 또한 적절하다. 반도체 레이저는 높은 복사선 파워를 갖는 비교적 비용-효과적이고 매우 콤팩트한 부품이다.
단 하나의 검출기 요소만을 사용하여 반사된 센서 빔을 센싱하는 경우, 바람직하게는 빔 요소들이 연대순으로 오프셋 방식으로 동작될 수 있고, 그 결과 각 경우에 단 하나의 빔 요소만이 동작하고 이에 대응하여 단 하나의 파장만이 방출 또는 반사되는 것으로 제공된다. 분석 모듈은 여기서 개별 빔 요소의 각 동작 시간을 알고 있다. 그리하여 상이한 파장은 연대적으로 연속인 것으로 평가될 수 있다.
나아가 적어도 2개의 빔 요소의 복사선 파워는 각 경우에 1㎽를 초과하지 않고, 상기 복사선 파워는, 특히, 상기 윈드실드의 외부 측에서 결정되는 것이 바람직하다. 이것은 상기 복사선 파워로 인해 사람과 동물의 눈에 손상을 주는 것을 회피하는 것을 보장한다. 상기 윈드실드의 외부 측에서의 복사선 파워만이 결정되고 1㎽로 설정되기 때문에, 위험 없이 사용될 수 있는 복사선 파워가 역 복사선 효과의 결과 윈드실드를 통해 미사용된 채 통과하는 것이 허용되지 않는다. 감소된 복사선 파워는 또한 가능한 센서 범위에 감소를 수반하기 때문에, 상기 복사선 파워는 바람직하게는 상기 윈드실드의 외부 측에서 결정되고 1㎽로 설정된다. 그리하여 사람의 눈에 위험하지 않은 최대 가능한 복사선 파워가 사용된다. 복사선 파워의 40% 내지 60%는 통상 윈드실드를 통해 빔 센서 모듈로 직접 되반사된다.
특히 복사선 파워는 펄스화된 방식으로 출력되는 것이 바람직하다. 평균적으로 출력되는 복사선 파워는 사람 또는 동물의 눈에 손상을 주는데 결정적이기 때문에, 그리하여 빔 요소의 "온 위상(on phase)" 동안 훨씬 더 높은 레벨의 에너지가 1㎽의 복사선 파워를 초과함이 없이 동일한 시간 기간에 연속적인 동작으로 가능할 수 있는 것보다 짧은 시간 동안 출력될 수 있다. 도로의 상태를 결정하는 신뢰성에 있어서, 반사된 센서 빔에서 정보의 신호-대-잡음 비가 도로의 상태를 결정하는 동안 증가되기 때문에 상당한 개선을 달성하는 것이 가능하다. 그 결과, 도로의 상태를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 빔 센서 모듈의 범위가 증가된다.
검출기 요소는 복사선 파워의 일부가 윈드실드에 의해 빔 센서 모듈로 되반사되는지를 결정하고, 빔 센서 모듈은 되반사된 부분에 기초하여 차량 윈드실드의 외부 측에서 복사선 파워를 제어하는 것이 유리하다. 이것은 사람의 눈에 여전히 무해한 최대 가능한 복사선 파워가 도로의 상태를 결정하는데 항상 이용가능하다는 장점을 제공한다. 예를 들어, 빔 요소의 노화 효과(aging effect)가 그리하여 보상될 수 있다.
특히, 되반사가 더 이상 검출되지 않는 경우, 빔 요소가 스위치오프되는 것이 유리하다. 이 경우에, 예를 들어 차량의 사고 또는 작업장에서 수리로 인해 차량 윈드실드가 빔 센서 모듈의 전방에 더 이상 위치되지 않는 것으로 가정하는 것이 가능하여야 한다. 눈에 손상을 회피하기 위하여, 상기 빔 요소는 이 상황에서 스위치오프된다.
나아가, 빔 센서 모듈은, 각 빔 요소에 대해 이 각 빔 요소의 최대 세기 값의 파장에 대응하는 각 최대 감도값을 갖는 개별 검출기 요소를 포함하는 것이 유리하다. 그리하여 또한 동시에 방출될 수 있는 반사된 센서 빔을 동시에 분석하는 것이 가능하다. 그리하여 빔 요소를 연대순으로 오프셋시켜 작동시키고 검출기 요소를 동기화시키는 것이 필요치 않다. 나아가, 이 경우에 각 빔 요소의 최대 세기 값의 파장에서 파장의 각 최대 감도값을 갖는 검출기 요소가 사용될 수 있고, 이는 도로의 상태를 비교적 보다 신뢰성 있게 결정할 수 있고 빔 센서 모듈의 범위를 더 크게 할 수 있다. 그러나, 검출기 요소는 빔 센서 모듈에서 비교적 값비싼 부품을 구성하기 때문에, 상이한 빔 요소의 상이한 파장을 검출하는 데 충분히 넓은 감도 범위를 가지는 개별 검출기 요소가 또한 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 파장-의존 정정 팩터를 사용하는 것이 적절할 수 있다.
유리하게는 검출기 요소가 포토다이오드, 특히 인듐-갈륨-비화물-기반 포토다이오드 또는 게르마늄-기반 포토다이오드인 것으로 제공된다. 포토다이오드는 입사하는 광의 파장과 광의 세기에 의존하는 전기 전류를 생성한다. 그리하여, 포토다이오드는 본 발명에 따른 검출기 요소로 매우 적합하다. 여기서 생성된 전류는 반사된 또는 흡수된 센서 빔의 측정 변수이다. 게르마늄-기반 포토다이오드가 검출기 요소로 사용될 때, 상기 포토다이오드는 바람직하게는, 예를 들어 펠티에 소자(Peltier element)에 의해 냉각된다.
유리하게는 상기 빔 센서 모듈이 가시광을 차단하는 차단 필터를 더 포함하고, 차단 필터는 상기 검출기 요소를 스크리닝(screen)하는 것이 제공된다. 이것은 간섭 영향을 감소시키고 부정확한 검출을 방지한다. 도로의 상태를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 범위가 그리하여 증가될 수 있다.
바람직하게는 빔 센서 모듈은 반사된 센서 빔을 적어도 하나의 검출기 요소에 집광시키는 적어도 하나의 집광 렌즈를 더 포함하는 것이 제공된다. 검출기로 향하는 반사된 센서 빔의 세기가 그리하여 증가된다. 이것은 또한 도로의 상태를 보다 신뢰성 있게 결정하고 빔 센서 모듈의 유효 센서 범위를 증가시킨다. 적외선 센서 빔을 흡수하지 않는, 적어도 하나의 집광 렌즈에 적절한 물질을 선택하는 것이 필요한 것으로 이해된다.
유리하게는 상기 빔 센서 모듈은 차량 버스와 연결되는 연결부를 포함하고, 특히, 상기 도로의 검출된 상태에 관한 정보를 적어도 하나의 추가적인 차량 시스템에 전달하는 것이 제공된다. 검출된 도로 상태에 관한 정보는 그리하여 추가적인 차량 시스템, 예를 들어 구동 안정성 제어 시스템에 이용가능하게 이루어질 수 있다. 상기 시스템이 각각 직접 다음 도로 상태에 관한 정보를 예측 방식으로 이미 공급받았기 때문에, 상기 시스템은 또한 상기 도로 표면과 상기 타이어 사이에 예상되는 마찰 계수를 예측 방식으로 결정할 수 있고, 이에 스스로 이를 설정할 수 있다. 이것은, 각 도로 표면이 직접 주행할 때까지 마찰 계수를 결정할 수 없어서, 상기 마찰 계수를 예측적으로 설정할 수 없는 시스템에 비해 구동 안정성 제어를 간단하게 하고 구동 안정성과 구동 안전성을 증가시킨다.
유리하게 상기 적어도 2개의 빔 요소가 차량의 정지 상태에서 임의의 빔 파워를 출력하지 않는 것으로 제공된다. 특히 차량의 정지 상태에서, 사람, 예를 들어 보행자가 짧은 거리로부터 빔 요소를 직접 보아서 증가된 눈 손상 위험에 노출될 위험이 있다. 그리하여 이 위험이 회피될 수 있다.
나아가 상기 빔 센서 모듈은 청구항 1 내지 청구항 5 중 적어도 하나에 청구된 방법을 실행하는 것이 바람직하다. 이것은 이미 설명된 장점을 제공한다.
추가적인 바람직한 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하 상세한 설명과 종속 청구항에서 찾아볼 수 있다:
도 1은 도로 상태를 결정하는 동안 본 발명에 따른 빔 센서 모듈의 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 방법의 가능한 시퀀스를 갖는 흐름도; 및
도 3은 3개의 상이한 파장에서 물과 얼음의 흡수력을 도시하는 도면.
도 1은 빔 센서 모듈(101)이 백미러의 베이스 레벨에서 차량 윈드실드(102)의 내부에 배열될 수 있는 방식으로 구현된 하우징(103)을 갖는 빔 센서 모듈(101)을 도시한다. 윈드실드(102)는 하우징(103)에서 개방된 전방측을 폐쇄한다. 명료함을 위하여, 빔 센서 모듈(101)은 도 1에서 단면으로 도시되고, 그 결과 측면을 폐쇄하는 하우징(103)의 벽은 도시되어 있지 않고, 하우징(103)의 내부 쪽 뷰가 드러나 있다. 또한 빔 센서 모듈(101)은, 예로서, 인듐-갈륨-비화물 포토다이오드로 구현된 검출기 요소(104), 상기 검출기 요소(104)에서 햇빛에 의해 야기된 간섭 영향의 범위를 감소시키는 차단 필터(105), 반사된 센서 빔(106, 106')과, 상기 센서 빔(106 및 106')들 사이에 이어지는 모든 센서 빔(미도시)을 집광시켜 상기 검출기 요소(104)에 더 높은 광 세기를 생성하는 집광 렌즈(111), 상기 반사된 센서 빔을 분석하고 도로 상태를 예측적으로 결정하는 분석 모듈(107), 및 파장(980㎚, 1310㎚ 및 1550㎚)을 가지는 반도체 레이저로 구현된 3개의 빔 요소(108, 108' 및 108")를 포함한다. 반도체 레이저(980㎚, 1310㎚ 및 1550㎚) 각각의 전방에는, 반도체 레이저(108, 108' 및 108")에 의해 생성되어 방출된 광, 즉, 센서 빔(115)을 집광시켜, 대부분 평행한 빔 다발을 형성하는 추가적인 시준 렌즈(collimator lens)(109, 109' 및 109")가 더 배열된다. 빔 요소(108, 108' 및 108")는 검출기 요소(104)로부터 세퍼레이터 다이어프램(separator diaphragm)(119)에 의해 분리되어 빔 요소(108, 108' 및 108")로부터 오는 산란된 복사선이 검출기 요소(104)로 전달되는 것을 회피하여 도로 상태를 결정하는 신뢰성 또는 정밀도에 악영향을 미치는 것을 회피한다. 또한 빔 센서 모듈(101)은 검출기 요소(104), 분석 모듈(107) 및 빔 요소(108, 108' 및 108")를 전기적으로 연결하는데 필요한 전도체 트랙을 구비하는 회로 기판(110)을 더 포함한다. 빔 요소(108, 108' 및 108")의 가요성 배향을 보장하기 위하여, 검출기 요소(104)와는 대조적으로 이들 요소는 회로 기판(110)에 강성으로 연결되지 않고, 대신 센서 빔(115)을 윈드실드의 전방으로 그리하여 주행 방향으로 차량 전방으로 7m 지점(114)에 있는 도로 표면(113)을 조명하는 방식으로 빔 센서 모듈(101)을 차량 윈드실드(102)에 부착하는 동안 가요성 와이어 연결부(112, 112' 및 112")에 의해 배열될 수 있다. 예를 들어, 지점(114)에 있는 도로 표면(113)에 센서 빔(115)이 입사하는 각도는 12°이다. 빔 요소(108, 108' 및 108")에 의해 생성되어 지점(114)에서 센서 빔(115)으로 입사하는 상이한 파장(980㎚, 1310㎚ 및 1550㎚)은 이 예시적인 실시예에 따라 부분적으로 확산 반사되고 부분적으로 흡수된다. 지점(114)에는 물 층(116)으로 커버되어 있는 얼음층(115)이 있다. 1310㎚의 파장은 물에서 비교적 높은 정도로 흡수되기 때문에, 이 파장은 물 층(116)의 표면에서 단지 약하게 반사된다. 따라서, 검출기 요소(104)는 반사된 센서 빔(106 및 106')에서만 약하게 1310㎚의 파장을 센싱한다. 980㎚와 1310㎚에서 나머지 파장은 물 층(116)을 비교적 잘 투과하여 얼음층(115)에 도달한다. 얼음층(115)은 비교적 높은 흡수 방식으로 1550㎚의 파장에 작용하여, 그 결과 검출기 요소(104)는 또한 반사된 센서 빔(106 및 106')에서 단지 약하게 1550㎚의 파장을 센싱할 수 있다. 이와 대조적으로, 980㎚의 파장은 또한 얼음층(116)을 비교적 잘 투과하고 최종적으로 얼음층(116) 아래에 놓여 있는 도로 표면(113)에 의해 반사된다. 검출기 요소(104)는 그리하여 비교적 높은 정도로 980㎚의 파장을 센싱하지만, 1310㎚와 1550㎚의 파장을 비교적 단지 약하게 센싱하기 때문에, 분석 모듈(107)은 얼음층(115)과 물 층(116)으로 덮힌 지점(114)에서 도로 상태를 결정한다. 추가적으로 운전자에 보이지 않는 얼음층(115)의 마찰 계수는 낮은 것으로 인해, 얼음은 물 층(116) 아래에 은닉되어 있기 때문에, 지점(114)은 차량에 위험을 구성한다. 도로 상태 및 연관된 낮은 마찰 계수에 관한 정보는 차량 CAN 버스와 연결되는 연결부(117)를 통해 구동 안정성 시스템으로 전달되고, 구동 안정성 시스템은 그리하여 예측 방식으로 대응하는 제어 값을 이미 결정할 수 있어서 지점(114) 위를 주행할 때에만 이 값을 결정하는 것은 아니다. 나아가, 빔 센서 모듈(101)은 에너지를 공급하는 차량 에너지 공급원과 연결되는 연결부(118)를 구비한다.
도 2는 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 본 발명에 따른 방법의 가능한 시퀀스를 갖는 흐름도를 도시한다. 방법 단계(21)에서, 도로 표면은 센서 빔으로 조명되고, 센서 빔은 펄스화된 방식으로 출력되고 1㎽의 평균 복사선 파워를 초과하지 않는다. 다음 방법 단계(22)에서, 도로 표면에 입사하는 센서 빔의 제1 부분은 도로 표면에 흡수되고, 단계(23)에서 도로 표면에 입사하는 센서 빔의 제2 부분은 도로 표면에 반사된다. 반사된 센서 빔은 최종적으로 검출기 요소에 의해 단계(24)에서 센싱되고, 단계(25)에서 차량 전방 도로의 상태는 반사된 센서 빔의 상이한 파장의 세기에 기초하여 분석 모듈에 의해 결정된다. 이 결정은 지지 벡터 방법이라고 언급되는 것에 의해 수행된다.
도 3은 전자기 복사선의 3개의 상이한 파장에 대한 물과 얼음의 흡수력을 도시한다. Y축에는 흡수력이 표시되고, X축에는 파장(980㎚, 1310㎚ 및 1550㎚)이 표시된다. 흡수력은 축척에 맞게 표시된 것은 아니다. 볼 수 있는 바와 같이, 980㎚의 파장은 전반적으로 대부분 약하게 흡수되고, 물(31)의 흡수력은 여기서 얼음(32)의 흡수력에 비해 약간 더 강하다. 1310㎚의 파장은 980㎚의 파장보다 물(33)과 얼음(34)에 더 강하게 흡수된다. 나아가, 1310㎚에서 물(33)의 흡수력은 얼음(34)의 흡수력보다 상당히 더 강하다. 물(35)과 얼음(36)의 흡수력은 1550㎚의 파장에서 훨씬 더 강하다. 그러나, 전술한 파장과는 대조적으로, 1550㎚의 파장에서는 얼음(35)의 흡수력이 물(36)에 의한 흡수력보다 더 높다.

Claims (18)

  1. 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 방법으로서, 도로 표면(113)이 센서 빔(106, 106')으로 조명되고, 상기 센서 빔(106, 106')은 상기 도로 표면(113)의 상태에 따라 반사되고 흡수되며, 상기 도로의 상태는 상기 반사된 센서 빔(115)에 기초하여 결정되되,
    주행 방향으로 상기 차량의 전방에 있는 상기 도로 표면(113)이 조명되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도로 표면(113)이 조명되고, 상기 반사된 센서 빔(115)은 동기화된 펄스 방식으로 센싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센서 빔(106, 106')은 상이한 파장, 특히 적어도 2개의 상이한 파장에서 최대 세기 값을 갖는 레이저 빔(106, 106')을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도로의 상태는 상기 반사된 센서 빔(115)에서 상이한 파장의 세기 값에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사된 센서 빔(115)에서 상이한 파장은 확률적 배정 방법에 의해, 특히 지지 벡터 방법 및/또는 k-수단 알고리즘에 의해 상기 도로의 상태에 배정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도로의 특정 상태는 적어도 하나의 구동 안정성 제어 시스템 및/또는 구동 동적 제어 시스템, 특히 잠김 방지 브레이크 시스템 및/또는 전자 안정성 프로그램 및/또는 승차감 레벨 제어 시스템으로 전달되고, 상기 적어도 하나의 구동 안정성 제어 시스템 및/또는 구동 동적 제어 시스템은 상기 도로의 특정 상태에 의해 위치-동기 방식으로 적응된 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 차량에서 도로의 상태를 예측적으로 결정하는 빔 센서 모듈(101)로서, 적어도 2개의 빔 요소(108, 108', 108"), 적어도 하나의 검출기 요소(104), 분석 모듈(107) 및 센서 하우징(103)을 포함하되, 상기 적어도 2개의 빔 요소(108, 108', 108")는 센서 빔(106, 106')으로 도로 표면(113)을 조명하고, 상기 센서 빔(106, 106')은 상기 도로 표면(113)의 상태에 따라 반사되고 흡수되며, 상기 적어도 하나의 검출기 요소(104)는 상기 반사된 센서 빔(115)을 센싱하고, 상기 분석 모듈(107)은 적어도 하나의 검출기 요소(104)에 의해 센싱된 상기 반사된 센서 빔(115)에 기초하여 상기 도로의 상태를 결정하되,
    상기 센서 하우징(103)은 차량 윈드실드(102)의 내부측에 부착하도록 설계된 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  8. 제7항에 있어서, 상기 빔 요소(108, 108', 108")는 900㎚ 내지 1700㎚의 파장 범위에서 상이한 파장을 갖는, 특히 파장(980㎚ 및/또는 1310㎚ 및/또는 1550㎚)에서 최대 세기 값을 갖는 반도체 레이저(108, 108', 108")인 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 적어도 2개의 빔 요소(108, 108', 108")의 복사선 파워는 각 경우에 1㎽를 초과하지 않고, 상기 복사선 파워는, 특히, 윈드실드(102)의 외부 측에서 결정된 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  10. 제9항에 있어서, 상기 빔 파워는 펄스 방식으로 출력되는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 검출기 요소(104)는 빔 파워의 일부가 상기 윈드실드(102)에 의해 상기 빔 센서 모듈(101)로 되반사되었는지를 결정하고, 상기 빔 센서 모듈(101)은 되반사된 부분에 기초하여 상기 윈드실드(102)의 외부 측에서 빔 파워를 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 센서 모듈(101)은, 각 빔 요소(108, 108', 108")에 대해, 상기 각 빔 요소(108, 108', 108")의 최대 세기 값의 파장에 대응하는 각 최대 감도값을 갖는 개별 검출기 요소(104)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기 요소(104)는 포토다이오드(104), 특히 인듐-갈륨-비화물-기반 포토다이오드(104) 또는 게르마늄-기반 포토다이오드(104)인 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 센서 모듈(101)은 가시광을 차단하는 차단 필터(105)를 더 포함하되, 상기 차단 필터(105)는 상기 검출기 요소(104)를 스크리닝하는, 빔 센서 모듈(101).
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 센서 모듈(101)은 상기 반사된 센서 빔(115)을 상기 적어도 하나의 검출기 요소(104)에 집광시키는 적어도 하나의 집광 렌즈(111)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 센서 모듈(101)은 차량 버스와 연결되는 연결부(117)를 포함하고, 특히, 검출된 도로 상태에 관한 정보를 적어도 하나의 추가적인 차량 시스템에 전달하는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  17. 제7항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 빔 요소(108, 108', 108")는 상기 차량의 정지 상태에서는 빔 파워를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
  18. 제7항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔 센서 모듈(101)은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 것을 특징으로 하는 빔 센서 모듈(101).
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