KR20200059754A - 라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템 - Google Patents

라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라이다 센서를 이용하는 차량에 장착되는 브레이크에 대한 것으로 3D Laser 스캐닝 기반 라이다 센서 모듈, 차량의 ECU, 브레이크 동작 모듈, 장착형 브레이크를 포함한다. 라이다 센서에서 인식된 영상을 바탕으로 사람, 사물의 구분, 인식된 객체물의 거리, 이동 속도를 연산처리하여 차량의 이동속도와 각도를 고려해 충돌여부를 판단하고 충돌을 될 것이라고 예측이 되는 순간 차량의 ECU로 신호를 전송 브레이크를 동작시켜 기존 브레이크 위에 장착한 라이다 센서 연동 브레이크를 동작시켜 차량을 제동한다.
본 발명에 의하면 일반차량 및 전기주행 차량에서 기존 차량의 브레이크를 크게 수정하지 않고 라이다 센서와 연동된 브레이크를 장착하는 것만으로 사람 및 사물이 차량과 충돌할 것이라고 예측되는 순간 자동긴급제동을 하여 차량의 운전 안전도를 향상시키는 효과가 있다.

Description

라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템{Brake system of vehicle using LiDAR sensor}
본 발명은 청구항 1에 따른, 발진 시 차량의 운전자를 지원하기 위한 라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템에 관한것이다.
S-클래스에 채용된 프리-세이프 브레이크나 Volvo사(예를 들어, XC60 모델)가 제공하는, 시속 약 0km에서부터 시속 약 30km 사이에서 활성화되는 안전 시스템처럼 시속 약 0km에서부터 활성화하는 시스템도 출시되고 있다.
비상 브레이크 보조 시스템의 시스템 설계에서 핵심 사항은 오활성화의 방지 및 처리이다. 이는 주변센서와 주변 해석의 결함에 의한 것임을 배제할 수 없는 바, 주변센서의 신호 품질은 대개의 경우 QM(품질관리)으로서만, 즉 안전과 관련되지 않은 ISO 26262에 따라, 최상급인 경우에도 ISO 26262에 따른 ASIL(자동차 안전 무결성 레벨) A등급으로서 분류되어 있기 때문이다.
사용된 주변센서에 따라 특히 저속일 때 오활성화될 수 있다. 또한 사용한 주변센서에 따라 그 앞에 있는 물체가 문제를 야기하여 어떤 오작동의 원인이 될 수 있다. 이러한 문제는 특히 현재 비상 브레이크 보조 시스템에 흔히 사용되는 레이더 센서장치에서 많이 발생한다.
비상 브레이크 보조 시스템의 활성화 및 중단 컨셉트에는 조향, 방향전환, 제동 및 가속과 같은 운전자의 반응과 정확한 동작도 포함된다. 또 다른 안전 컨셉트에는 더 나아가 중단 의도를 인식하거나 또는 활성화 의도를 수용할 수 없는 교통 상황을 인식할 때 활성화를 중단하거나 또는 억제해야 한다는 점도 포함된다. 안전과 관련된 이러한 목표는 SIL(안전 무결성 레벨) 규격이나 ASIL D등급에 따른 SIL3으로 평가되며, 이러한 목표는 업계에서도 널리 인정되고 있다. 어떤 활성화의 중단과 억제는 기본적으로 운전자가 가속페달을 밟을 때 일어난다. 운전자의 가속 또는 발진 의도는 "비제동 의지"로서 해석되는바, 이는 소위 말하는 킥-다운(운전자가 가속페달을 완전히 밟은 동작)의 경우에 특히 더 그러하다. 이를 위해 가속페달 작동의 기울기 및/또는 절대값을 해석 임계값에 의해 평가한다.
이러한 상황에서 본 발명의 과제는 발진 시 차량의 운전자를 지원하는 라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템을 제안하는 것이다.
이러한 과제는 발진 시 차량의 운전자를 지원하는, 청구항 1에 따른 특징을 가진 비상 브레이크 지원 시스템에 의해 해결된다. 본 발명의 또 따른 형태는 이 와 관련된 청구항에 의해 나타난다.
본 발명의 기본적인 발상은 가속 시에도 운전자를 위한 비상 제동 지원을 마련한다는 데에 있다. 서두에서 언급한 바와 같이 기존의 비상 제동 보조장치 컨셉트에서는 대개 가속에 의해 비상 제동 지원 기능의 활성화가 비활성화되거나 또는 억제되고 바로 이로 인하여 발진시 단점이 될 수 있는바, 예를 들어 운전자가 교통 상황을 잘못 판단할 경우, 즉 가속페달을 밟았으나 선행 차량이 있다는 것을 간과하거나 또는 자기 차량의 가속도보다 강하게나 또는 약하게 제동한 경우 등에 추돌사고가 발생할 있다. 이러한 교통 상황은 예컨대 가속 차선이 없는 고속도로의 공사 현상에서 흔히 발생한다. 이러한 상황일 경우 운전자는 목표로 하는 차선에 위치한 후행 차량과 현재 있는 차선에 있는 선행 차량에 대해 동시에 판단해야 한다. 이때는 대개 빠른 가속이 필요한바, 이로인해 긴장을 많이 하게 되고 오류를 범할 수 있다. 이 차량의 운전자와 선행 차량의 운전자가 이러한 상황을 서로 다르게 해석하는 경우가 있는바, 이때 이 차량의 운전자는 선행 차량이 가속을 한다고 판단하는 경우가 많다. 만약 이 선행 차량이 가속을 하지 않거나 또는 갑자기 가속을 중단하면 추돌사고가 발생할 수 있다. 본 발명은 이러한 경우에 대비하는 방안으로서, 즉 주변센서와 가속페달센서의 데이터를 바탕으로 충돌 위험을 인식하여 충돌을 방지하는 하나 이상의 조치를 취함으로써 운전자를 지원하는 방안이다. 여기서 발진이란 정지 상태 또는 저속 상태에서 [0015] 가속하는 것을 의미한다. 본 발명은 앞에서 기술한 발진 시의 추돌 사고 상황을 대비한 방안인 바, 이러한 상황에 현재의 기술 수준에서 알려진 기존의 시스템은 (ISO 26262에 따른 기능적 15 인 안전 요건을 충족시키기 위한) 비상 안전으로 인해 대처하지 못하기 때문이다.
이러한 상황에서 본 발명의 과제는 발진 시 차량의 운전자를 지원하는 비상 브레이크 지원 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비상 브레이크 지원 시스템의 예시 모델에 대한 블록 선도이다.
이하에서는 동일하거나 기능적으로 동일한 요소에 동일한 참조 기호를 붙일 수 있다. 이하에 기재된 절대값과 치수는 예시한 값일 뿐이므로 본 발명이 이러한 값으로만 제한되는 것은 아니다.
비상 브레이크 지원 시스템(10)은 하나의 도면에 표시되어 있는 바, 이 시스템은 충돌 위험 인식장치(12)와 충돌 방지장치(18)로 구성되어 있다. 시스템(10)은 예를 들어 전자식 컨트롤유닛(ECU: 또는 ECU에 장착하기 위한 내장형 회로의 형태로 구성되어 있을 수 있다. 본 시스템의 양 장치(12와 18)은 여러 방식으로 구현될 수 있는 바, 예컨대 별도로 내장된 회로로서나 또는 내장된 회로에서는 기능 모듈로서, 또는 ECU의 고성능 프로세서에 의해 실행되는 비상 제동 지원 프로그램의 모듈로서 구현되어 본 발명에 따른 비상 제동 지원 기능을 실현할 수 있다.
비상 브레이크 지원 시스템(10)에는 이 시스템(10)이 장착된 차량의 현재 가속도([0054] ax)와 현재의 속도(vx)가 입력된다. 더 나아가 비상 브레이크 지원 시스템(10)은, 더 엄밀히 말하여 차량의 주변센서(14) 및 가속페달센서(16)과 연결된 충돌위험 인식장치(12)는 이 양 센서의 데이터를 수신할 수 있다.
비상 브레이크 지원 시스템(10)은 다른 센서장치의 신호, 예를 들어 TMC(탠덤 마스터 실린더)나 BLS(제동등 스위치)의 브레이크 (페달) 센서장치나 스티어링 휠 센서장치, 휠속도 센서장치 또는 관성 센서장치나 특히 ESC(차량자세 제어장치)의 신호를 수신하여 처리하도록 구성되어 있을 수 있다.
주변센서(14)는 차량 앞에 장착되어 차량 앞의 구역과 선행 차량과 같이 이 구역이 있는 물체를 인식할 수 있다. 주변센서(14)로서는 레이더센서, 라이다센서, 카메라센서 및 초음파센서와 같이 운전자 지원 시스템에 흔히 사용되는 센서장치를 사용할 수 있다. 이러한 센서장치를 개별적으로나 또는 서로 조합하여 장착할 수 있다.
더 나아가 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 주변센서(14)와 가속페달센서(16)의 수신한 데이터에 따라 제동 개입 신호(20), 가속 차단 신호(24) 및 비활성화 신호(34)를 발생시켜 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 제동 개입 신호(20)는 (자발적인) 제동압을 (자발적으로) 구축하기 위하여 전자식 제동 시스템(22)을 제어할 수 있도록 예를 들어 차량의 버스 시스템을 통해 전자식 제동 시스템에서 이용된다. 가속 차단 신호(24)는 운전자가 원하는 가속을 차단할 수 있도록 예를 들어 차량 버스 시스템을 통해 엔진 컨트롤러(26)에서 이용된다. 비활성화 신호(34)는 운전자의 가속 의도를 인식할 때 안전 컨셉트의 중단 및 활성화 억제 조건을 지정된 시간 동안 일시적으로 비활성화하는데 사용된다. 차량이 서행하는 선행 차량으로나 정지해 있는 물체로 접근할 때 예컨대 비상 제동 지원 기능에 의해 이 안전 컨셉트가 작동할 수 있으며, 무엇보다도 운전자가 가속하여 추돌 사고를 유발하지 않도록 저지할 것이다. 물론 앞에서 기술한 바와 같이 이 컨셉트는 발진 시와 같은 어떤 특정 상황에서 억제되며, 그러면 비록 짧은 시간 동안이긴 하지만 비활성화될 것이다.
끝으로 이 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 시각적, 청각적 및 촉각적 경고(28,30 및 32)를 출력하도록 구성되어 있다. 시각적 경고(28)는 예컨대 차량의 계기판에 장착된 경고등이 점등됨으로써 표시될 수 있고, 청각적 경고(30)는 명확히 지각할 수 있는 경고음이 발생됨으로써 그리고 촉각적 경고는 예컨대 스티어링 휠이나 가속페달이 진동함으로서 이루어질 수 있다.
이제 아래에서 신호(20, 24, 28, 30 및 32)의 신호를 발생시키는 주변센서(14)와 가속페달센서(16)의 데이터가충돌 위험 인식장치(12)와 충돌 방지장치(18)에 의해 어떻게 처리되는지를 상세히 기술하겠다.
이때 충돌 위험 인식장치(12)는 주변센서(14)의 데이터를 평가하여 주변센서(14)의 모니터링 구역에 특히 선행차량이 있는지를 판단한다. 또한 충돌 위험 인식장치(12)는 가속페달센서(16)의 데이터를 평가하여 이 센서가 운전자가 가속할 의도가 있다는 신호를 보내는지를 평가한다. 선행 차량을 인식하고 가속할 의도가 있으면, 충돌 위험 인식장치(12)는 변경할 수 있는 시간 프레임/시간 동안 가속페달센서의 데이터를 이용하여 차량의 예상되는 가속도를 계산한다. 차량의 이렇게 예측된 가속도는 변경할 수 있는 시간 프레임 동안 계속하여 업데이트된다. 차량의 예측된 가속도에 의해 선행 차량과의 충돌이 예상되면 충돌 위험 인식장치(12)는 충돌 위험을 인식한다. 또한 충돌 위험 인식장치(12)는 주변센서(14)의 데이터와 차량의 예측된 가속도에서 다음을 계산한다:
ㆍ선행 차량과의 충돌까지의 시간 ttc ([0068] time to collision),
ㆍ선행 차량과의 충돌을 피하기 위해 필요한 제동 동작 때까지의 시간[ttb(time to brake)],
ㆍ선행 차량과의 충돌을 피하기 위해 필요한 조향 동작 때까지의 시간[tts (time to steer)] 및/또는
ㆍ충돌을 방지하는데 필요한 지연(a_nec).
충돌 위험이 인식되면, 충돌 위험 인식센서(12)가 이에 대한 신호를 충돌 방지 센서(18)에 보낸다. 또한 ttc,ttb, tts 및 a_nec의 값도 충돌 방지센서(18)에 전송된다.
충돌 방지센서(18)은 수신된 값을 이용하여 자발적이고 빠르며 시간적으로 제한적인 전자식 제동 시스템(22)의 제동 개입을 계산하여 적절한 제동 개입 신호(20)를 발생시켜, 이를 제동 시스템(22)으로 출력한다. 그 외에도 충돌 방지센서(18)는 가속 차단 신호(24)를 발생시켜 이를 엔진 컨트롤러(26)로 출력한다. 전자식 제동 시스템(22)는 제동 개입 신호(20)를 수신한 후 해당 제동압을 차량을 브레이크 내에 구축하여 차량이 충돌을 피할 수 있는 정도로 차량을 지연시킨다. 엔진 컨트롤러(26)는 가속 차단 신호(24)를 수신한 후 차량의 엔진인 가속되지 않도록 연료 공급을 제어한다. 또한 충돌 방지센서(18)는 운전자를 위해 시각적, 청각적 및 촉각적 경고(28, 30 또는 32)를 발생시킨다.
대개의 경우 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 다른 운전자 지원 시스템과 함께, 특히 서두에 기술한 비상 브레이크 시스템과 함께 차량 내에 장착되는바, 이 비상 브레이크 시스템은 예컨대 정체된 도로나 신호대에서 빠른 속도로 선행 차량에 접근할 때 차량이 추돌 사고를 일으키는 것을 방지하는데 사용된다. 이 비상 브레이크 시스템에서는 서두에서 기술한 바와 같이 운전자가 가속할 때, 즉 가속 페달을 밟을 때 제동 동작이 비상 안전으로 인해 중단되기 때문에 이러한 비상 브레이크 시스템은 본 발명에 따른 비상 브레이크 지원 시스템과 원활하게 공조해야 하는바, 즉 비상 브레이크 시스템의 안전 컨셉트에 필요한 중단 및 활성화 억제 조건 "가속 페달을 밟아 드러낸 운전자 중단 및 가속의도"가 특정한 시간 동안 일시적으로 차단 또는 억제되어 본 발명에 따른 비상 브레이크 지원 시스템(10)이 어려움 없이 작동될 수 있도록 해야 한다. 일시적인 차단의 지속 시간은 시스템의 상태나 특정한 교통 상황의 인식에 따라 또는 그 상태에 맞추어 고정적으로 지정되어 있거나 변경될 수 있다. 특히 이러한 중단 및 활성화 억제 조건의 일시적인 비활성화를 항상 또는 발진 상황과 같은 어떤 특정한 주행 상황에서만 실현할 수 있다. 중단 조건의 일시적인 비활성화에 의해 본 발명에 따른 비상 브레이크 지원 시스템(10)이 이러한 상황에 개입하므로, 일반적으로 비상 브레이크 시스템에 필요한 안전 컨셉트를 위협하지 않는다. 비상 브레이크 시스템에 채용된 안전 컨셉트의 일시적인 비활성화 지속 시간은 약 1 . 3초 정도일 수 있다. 하지만 이 지속 시간은 시스템의 모델에 따라 다를 수 있다. 지속 시간이 경과한 후 중단 조건이 다시 활성화된다. 오활성화의 경우 운전자의 가속 또는 중단 의도는 제한된 이 지속 시간 동안만 억제되므로 지속 시간이 경과한 후 즉시 전환될 수 있다. 따라서 비상 브레이크 시스템은 확장되어 위에서 기술한 상황에 사용된다.
중단 및 활성화 억제 조건의 일시적인 비활성화를 항상 또는 어떤 특정한 주행 상황(예를 들어 발진 상황)에서만 실현할 수 있다. 발진 상황에서 어떤 조건적 비활성화가 실현되기 위해서는 발진 상황의 인식이 이루어지는 바, 즉 예컨대 차량이 정지한 상태이거나 차량이 음의 가속(지연 아님)이 아닌 낮은 속도 임계값 아래이면 발진상황으로 해석된다. 이를 위해 비상 브레이크 지원 시스템(10)에 현재의 종방향 가속(ax)과 현재의 종방향 속도(vx)가 입력된다. 데이터(ax와 vx)는 예를 틀어 ABS나 ESP와 같은 다른 ECU의 차량 버스를 통해 이용될 수 있다. 조건 xv < 속도 임계값과 ax > 0이 충족되면 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 차량이 발진 상황이라고 인식할 수 있다. 또는 운전자의 가속 의도 시작(양의 가속페달 경사도)도, 이는 특히 가속페달센서(16)의 데이터에서 추출할 수 있는바, 발진 상황의 인식에 개입하므로 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 발진 상황을 신뢰할수 있고 확실하게 인식할 수 있다. 비상 브레이크 시스템(10)이 발진 상황을 인식하면 이 시스템은 비활성화 신호(34)를 출력할 수 있는바, 이 신호가 비상 브레이크 시스템에 전송되어 중단 및 활성화 억제 조건을 일시적으로 차단하여 발진 시 비상 제동이 작동되는 것을 방지한다. 비상 제동 상황(발진 상황 아님)이 있어 일반적인 상황에서 중단 의도를 억제할 수 없는 경우, 중단 및 활성화 억제 조건의 일시적 차단이 추가적인 안전 기준으로서 작동될 수 없다. 이러한 경우 비상 브레이크 지원 시스템(10)은 비활성화 신호(34)를 출력하지 않는다.
본 발명을 채용하기 위해서는 사정 범위가 1-10 미터면 되기 때문에 표준 장거리 레이더센서에 비해 기술적 요건이 까다롭지 않은 주변센서만으로도 충분할 수 있다. 예를 들어 라이다센서나 카메라가 본 발명의 목적에 상당히 부합된다. 위에서 이미 기술할 바와 같이 운전자를 위한 경고나 시스템 개입 정보는 인간-기계 인터페이스에 의한 개입 중과 그 후에 예건대 계기판에 출력될 수 있다. 이러한 경고는청각적, 시각적 및/또는 촉각적으로 출력될 수 있는바, 예를 들어 문자 메시지로서, 계기판에 점등된 기호로서,청각적 경보 및/또는 스티어링 휠, 가속페달 또는 브레이크페달의 진동으로서 출력될 수 있다.
본 발명은 비상 제동 지원 기능에 의해 특히 발진 시 차량 운전자를 지원함으로써, 특히 공사 현장과 같은 어떤 특정한 교통 상황에서 추돌 사고를, 즉 운전자가 잘못 판단하여 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있다.
10 : 비상 브레이크 지원 시스템
12 : 충돌 위험 인식장치
14 : 주변센서
16 : 가속페달센서
18 : 충돌 방지장치
20 : 제동 개입 신호
22 : 전자식 브레이크 시스템
24 : 가속 차단 신호
26 : 엔진 컨트롤러
28 : 시각적 경고
30 : 청각적 경고
32 : 촉각적 경고
34 : 비활성화 신호

Claims (1)

  1. 발진 시 차량의 운전자를 지원하는, 아래의 장치가 장착된 비상 브레이크 지원 시스템(10)으로서,- 차량 앞의 물체를 인식하는 주변센서 (14)의 데이터와 운전의 가속 의도를 파악하는 가속페달센서 (16)의 데이터를 기반으로 차량 앞 물체와의 충돌 위험을 인식하도록 구성된 충돌 위험 인식장치(12), 및- 충돌 위험 인식장치의 데이터에 따라 차량 앞 물체와의 충돌 위험을 방지하기 위한 조치를 취할 수 있도록 구성된 충돌 방지장치(18)를 포함하며,
    - 이때 비상 브레이크 지원 시스템 (10)은 지정된 속도 임계값보다 느린 속도로 가속할 때 운전자의 가속 의도를 인식하는 경우 중단 조건 및 활성화 억제 조건의 비활성화를 지정된 시간 동안 일시적으로 실행하도록 구성되는, 라이다 센서를 이용하는 차량의 브레이크 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113954794A (zh) * 2021-11-17 2022-01-21 上海炯神汽车科技有限公司 紧急制动辅助方法、装置、存储介质及车辆

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