KR20230020038A - 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
주행차량의 타이어 내부에 가속도센서를 설치하여 미끄러운 노면에서 주행차량의 타이어가 미세하게 미끄러지는 현상에 대응하여 가속도센서 측정값을 분석함으로써 노면상태를 신속하게 판정할 수 있고, 또한, 타이어 내부에 설치된 가속도센서가 측정한 가속도 데이터에 기반하여 노면상태를 연속 측정함으로써 공간적으로 연속적인 데이터를 수집할 수 있으며, 또한, 차량 내 데이터 분석장치를 통해 실시간 판정된 노면상태정보를 후방차량에게 전달함으로써 노면 미끄럼에 의한 교통사고를 방지할 수 있는, 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 노면상태 연속 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 주행차량에 설치된 가속도센서가 측정한 가속도 데이터에 기반하여 데이터를 수집 분석함으로써 노면상태를 연속 판정하는, 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 결빙, 적설 등의 악천후 노면상태정보는 효율적인 도로관리 및 교통안전에 중요한 역할을 한다. 특히, 고속도로에서 발생하는 겨울철 사고와 같이, 운전자가 인지하기 힘든 노면상태는 교통안전을 위협하는 요소로 작용하기 때문에 결빙, 적설 등 위험한 노면상태정보를 사전에 인지하는 것이 무엇보다 중요하다. 예를 들면, 종래에는 노면의 미끄럼 상태에 대한 정보 수집을 위해 기상청 대기기상 정보를 이용하거나, 도로에 고정식으로 설치되는 도로기상정보시스템(RWIS)을 활용하였다.
하지만, 기상청 기상자료는 도로에서 수집한 자료가 아니므로 노면의 상태를 추정하는데 한계가 있고, 도로기상정보시스템(RWIS) 경우에도 도로상 한 지점에 고정식으로 설치하여 노면정보를 수집함에 따라 100m 전후에서도 다른 양상을 보이는 도로살얼음 등 노면결빙 정보를 수집하는데 한계점이 존재한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 노면센서로서 매설형 센서를 예시하는 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 매설형 센서(10)는 포장 덧씌우기, 중차량에 의한 파손 등의 문제가 있고, 이동성이 없어 연속적인 구간에 대한 정보수집이 불가능하다는 문제점이 있다.
한편, 도로의 동결, 적설 등의 위험 상태를 자동으로 감지하여 이를 운전자에게 미리 알려줌으로써 운전 사고를 줄이기 위한 노면상태 판별장치에 관한 여러 기술들이 공지되어 있다.
종래의 노면상태 판별장치들로서, 도 1에 도시된 매설식 센서를 장착하거나 또는 사람이 도로의 각 지점에 설치되어 있는 카메라를 주시하여 판단하는 방법을 이용하였다. 그러나 종래의 노면상태 판별장치들은 상대적으로 높은 장착비용, 인건비 상승 및 잦은 고장 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도로에 설치된 카메라로부터 취득된 영상 정보와 주변에 설치된 센서를 통해 획득된 온도 또는 습도 등의 추가 정보를 분석하여 노면상태를 자동으로 판단하는 노면상태 판별장치가 연구되고 있다. 예를 들면, 편광필터를 회전시키면서 노면상태를 판정하는 방법이 있다.
한편, 이러한 편광필터를 이용한 노면상태 판정과 관련된 선행특허로서, 일본 공개특허번호 제2003-57168에는 "노면 판별 장치 및 동 장치의 설치 조정 방법"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 노면 판별장치는, 도로의 상방에 투광 수단(21)，제1 및 제2 CCD 카메라(22, 23)를 설치하고, 이때, 투광 수단(21)의 전면에 수평 편광필터를 부착하며，제1 및 제2 CCD 카메라(22, 23) 각각의 전면에 수직 및 수평 편광필터를 부착한다
이때, 제1 및 제2 CCD 카메라(21, 22)는 각각 촬상한 화상 데이터를 1차원 퓨리에 변환하여 공간주파수 분포를 구한 후, 이에 대응하여 노면상태를 판별한다. 이러한 노면 판별장치는 환경이 변화하여도 안정적으로 측정할 수 있고，도로 상방에 용이하게 설치할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 경우, 별도의 투광 수단을 설치하여야 하고, 두 개의 CCTV 카메라를 사용하여 편광영상을 수집하기 때문에 많은 비용이 요구된다.
또한, 현재 많은 도로관리기관에서는 도로 감시용 CCTV를 구축 및 운영 중이므로 이러한 CCTV를 활용하여 특히 악천후시 노면상태를 자동검지하고 있다. 이러한 CCTV를 활용한 노면상태 자동검지를 위해서는 평상시 CCTV 영상이 아닌 수직 및 수평 편광영상이 필요하다는 한계점이 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1265744호에는 "편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 3b는 도 3a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량(50)은, 전방에 차량외부 센서(41), 예를 들면, 비접촉식 온도 센서를 장착하여 노면온도를 측정한다. 이러한 비접촉식 온도센서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 차량(50) 전면의 범퍼 또는 라디에이터 그릴(Radiator Grille) 안쪽에 장착 가능한 구조로서, 차량(50)의 훼손 없이 안정적으로 장착되고, 노면온도 측정 지점의 조절이 가능하도록 각도 조절이 가능한 구조를 갖는다.
또한, 차량(50)의 ECU(42)로부터 차량주행 정보 및 외부온도 정보인 주행환경 정보를 취득할 수 있다. 이때, ECU(42)의 OBD-Ⅱ 단자 전용 커넥터를 사용하는 OBD 단자 전용케이블을 제작함으로써, ECU(42)와 센서정보 취합 모듈(43)의 연결을 용이하게 한다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 차량(50)의 유리창에 영상취득 모듈(45), 예를 들면, 수평/수직 편광필터가 부착된 2대의 카메라를 장착하여 차량 전방의 노면영상을 촬영한다. 이때, 차량외부 센서(41)로부터 측정된 센서정보 및 ECU(42)로부터 생성된 주행환경 정보는 센서정보 취합 모듈(43)에서 취합하여 영상처리 모듈(44)로 전달한다. 이에 따라 영상처리 모듈(44)은 주행환경정보, 센서정보 및 노면영상 정보에 따라 노면상태를 판단하게 된다.
영상처리 모듈(44)은 도로 표면의 분류가 가능하고, 불량 노면상태를 판단하며, 노면영상 및 데이터를 저장할 수 있다. 즉, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량(50)은 도로 구간의 단위 노면상태를 이동식으로 측정하는 시험차량(Probe Car)으로서, 추후 분석이 가능하도록 원시 데이터(Raw Data) 정보 및 촬영 영상을 저장할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템의 경우, 주간 환경에서는 노면상태를 비교적 정확하게 판단 및 분류해 낼 수 있는 반면에, 야간 환경에서는 정확도가 현저히 떨어지며, 다양한 노면상태를 판단할 수 없다는 문제점이 제시되고 있는데, 예를 들면, 노면상태를 젖음과 결빙을 하나의 노면상태로 판단할 우려가 매우 높다는 문제점이 있다.
종래의 기술에 따른 편광영상을 활용한 기술은 태양광을 이용하여 편광계수를 산출하기 때문에 주간에 한해서 측정이 가능하며, 주간의 경우에도 매우 흐린 날일 때, 편광계수를 정확하게 산출할 수 있는지에 대한 확인이 어렵다는 문제점이 있다
한편, 노면상태 판정과 관련된 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허 출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1936769호에는 "차량데이터와 영상데이터를 활용한 노면상태 측정 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 기존의 고정식 도로 기상정보 수집기술의 한계점을 극복하기 위하여 도로 위를 주행하는 차량이 수집하는 구동축 회전속도와 피구동축 회전속도의 차량데이터와 영상데이터를 이용하여 노면의 상태정보를 수집할 수 있고, 또한, 차량에 기보급되어 있는 장치, 예를 들면, DTG, C-ITS OBU, 블랙박스, 스마트폰, 자율주행차량 센서 등에 용이하게 적용함에 따라 별도의 하드웨어 보급 없이도, 노면상태 측정 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 차량데이터와 영상데이터를 활용한 노면상태 측정 시스템의 경우, 차량데이터 이외에도 영상데이터를 함께 활용하여 노면상태를 측정해야 하므로, 시스템이 복잡해지는 한계가 있다.
또한, 노면상태 판정과 관련된 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허 출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-2129127호에는 "차량센서 데이터를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 주행차량이 전체 노면에 대한 노면 미끄럼정보를 계측하고, 이를 평균적인 차량 조건으로 노면 미끄럼정보를 정규화 처리함으로써 기존의 고정식 도로 기상정보 수집 방법에 비해 노면 미끄럼정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 차량센서 데이터를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 경우, 도로 위를 주행하는 차량이 수집하는 차량 데이터인 슬립율 및 감속도를 이용하여 노면의 미끄럼정보를 수집하되, 개별차량의 상태에 따라 달라지는 노면 미끄럼정보를 다수의 개별차량에 대해 정규화함으로써 노면 미끄럼정보의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 차량센서 데이터를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템은, 주행차량이 전체 노면에 대한 노면 미끄럼정보를 계측하고, 관제센터 서버가 이를 평균적인 차량 조건으로 노면 미끄럼정보를 정규화 처리하여 노면 미끄럼정보를 생성해야 하는 한계가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 주행차량의 타이어 내부에 가속도센서를 설치하여 미끄러운 노면에서 주행차량의 타이어가 미세하게 미끄러지는 현상에 대응하여 가속도센서 측정값을 분석함으로써 노면상태를 신속하게 판정할 수 있는, 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 타이어 내부에 설치된 가속도센서가 측정한 가속도 데이터에 기반하여 노면상태를 연속 측정함으로써 공간적으로 연속적인 데이터를 수집할 수 있는, 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 차량 내 데이터 분석장치를 통해 실시간 판정된 노면상태정보를 후방차량에게 전달함으로써 노면 미끄럼에 의한 교통사고를 방지할 수 있는, 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템은, 가속도센서, 무선통신모듈 및 전원공급장치를 포함하며 주행차량의 타이어 내에 설치되어 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성하는 가속도센서 모듈; 상기 주행차량 내에 탑재되며, 상기 가속도센서 모듈로부터 가속도 데이터를 수집하고, 휠스피드센서로부터 차량속도 데이터를 수집함으로써 타이어 접지면 길이를 파악하고, 노면상태를 연속 판정하여 노면상태정보를 생성하는 데이터 분석장치; 상기 주행차량의 차륜속도를 검출하여 휠스피드 센서 데이터를 생성하는 휠스피드센서; 및 상기 노면상태정보와 결합하여 함께 전송될 수 있도록 상기 주행차량의 위치를 검출하여 차량위치 데이터를 생성하는 GPS 모듈을 포함하되, 상기 데이터 분석장치는, 상기 가속도센서가 설치된 부분이 노면에 닿을 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출한 후, 노면상태를 연속 판정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가속도센서 모듈은, 상기 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 차량 진행방향 가속도를 검출하여 가속도센서 데이터를 생성하는 가속도센서; 상기 가속도센서에서 측정된 가속도에 따른 가속도 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈; 및 상기 가속도센서 및 무선통신모듈의 작동을 위한 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가속도센서는 노면상태에 따른 가속도센서의 변동 특성이 가장 잘 나타날 수 있도록 상기 타이어의 가운데 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가속도센서는 샘플링 주기가 1/1000초 이하인 3축(x, y, z) 가속도센서인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 데이터 분석장치는, 상기 가속도센서 모듈의 가속도센서에서 생성된 가속도 데이터를 수집하고, 상기 휠스피드센서로부터 차량속도 데이터를 수집하며, 상기 GPS 모듈로부터 주행차량의 위치정보를 수집하는 데이터 수집부; 상기 가속도센서에서 생성된 가속도 데이터와 상기 휠스피드센서로부터 생성된 차량속도 데이터를 곱하여 타이어 접지면 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 파악모듈; 상기 타이어 접지면 길이가 유효한지 여부를 분석하는 데이터 분석부; 상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위의 표본수에 대한 x축 가속도 데이터를 추출한 후, 노면상태를 판정하는 노면상태 판정부: 및 상기 노면상태 판정부에 의해 판정된 노면상태정보를 전송하는 노면상태정보 전송부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노면상태 판정부는 상기 추출된 데이터의 분산을 구하여 임계값 범위를 벗어날 경우, 결빙 노면으로 판정할 수 있다.
여기서, 상기 노면상태 판정부에 의해 판정된 노면상태정보는 관제센터를 통해 후방차량에게 전달된다.
여기서, 상기 타이어 접지면 길이 파악모듈은, 상기 가속도센서가 설치된 부분이 노면에 닿을 때의 제1 피크값과 상기 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때의 제2 피크값에 대해 피크 사이 시간간격을 산출하는 피크 시간간격 산출부; 상기 휠스피드센서에서 측정한 차량속도를 산출하는 차량속도 산출부; 및 상기 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 산출부를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법은, a) 타이어 내에 가속도센서 모듈이 설치된 차량이 도로 노면을 따라 주행하는 단계; b) 상기 가속도센서 모듈의 가속도센서가 상기 차량의 차륜의 회전에 대응하는 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성하는 단계; c) 상기 차량 내에 탑재된 데이터 분석장치의 데이터 수집부가 상기 가속도 데이터를 무선으로 수집하는 단계; d) 상기 가속도센서가 검출한 가속도 데이터의 피크 시간간격 및 휠스피드센서가 검출한 차량속도에 따른 타이어 접지면 길이를 산출하는 단계: e) 상기 산출된 타이어 접지면 길이가 유효한 데이터인지 분석하는 단계; 및 f) 상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위 이전의 x축 가속도 데이터를 추출하여 노면상태를 결빙 노면 또는 마른 노면으로 판정하는 단계를 포함하되, 상기 가속도센서가 설치된 부분이 노면에 닿을 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출한 후, 노면상태를 연속 판정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 주행차량의 타이어 내부에 가속도센서를 설치하여 미끄러운 노면에서 주행차량의 타이어가 미세하게 미끄러지는 현상에 대응하여 가속도센서 측정값을 분석함으로써 노면상태를 신속하게 판정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 타이어 내부에 설치된 가속도센서가 측정한 가속도 데이터에 기반하여 노면상태를 연속 측정함으로써 공간적으로 연속적인 데이터를 수집할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량 내 데이터 분석장치를 통해 실시간 판정된 노면상태정보를 후방차량에게 전달함으로써 노면 미끄럼에 의한 교통사고를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 노면센서로서 매설형 센서를 예시하는 사진이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 3b는 도 3a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 4b는 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 파악모듈의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 가속도센서 모듈이 타이어 내에 장착되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 데이터 분석장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 산정 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 결빙 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 마른 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 노면 판별장치의 구성도이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 편광영상 및 ECU 정보를 활용한 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량을 예시하며, 도 3b는 도 3a에 도시된 이동식 노면상태 자동검지 시스템을 구비한 차량의 주행을 예시하는 도면이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 4b는 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 파악모듈의 구체적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 가속도센서 모듈이 타이어 내에 장착되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 데이터 분석장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 산정 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 결빙 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 마른 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 측허 출원되어 공개된 대한민국 공개특허번호 제2021-74433호에는 "중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명하며, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 4b는 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 구체적인 구성도이다.
도 4a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템은, 개별 주행차량(70)에서 수집한 휠스피드 센서(71)의 데이터, 중력가속도 센서(72)의 데이터 및 GPS 모듈(73)의 GPS 데이터를 분석하여 결빙 등에 의한 노면 미끄럼정보를 판단하고, 이를 관제센터에 구비된 관제센터 서버(80)로 전송한다. 이때, 관제센터 서버(80)는 동일 도로(60)상의 다수의 주행차량(70)으로부터 전송되는 노면 미끄럼정보 등의 수집 데이터를 시간적 및 공간적으로 분석하여 후방 차량(90)에게 노면 미끄럼정보를 제공하는 역할을 담당한다.
구체적으로, 도 4b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템은, 주행차량(70), 관제센터 서버(80) 및 후방 차량(90)을 포함한다.
주행차량(70)은, 휠스피드 센서(71), 중력가속도 센서(72) 및 GPS 모듈(73)을 구비하며, 도로를 주행하면서 상기 휠스피드 센서(71)가 차륜속도를 검출하고, 중력가속도 센서(72)가 차량 진행방향 가속도를 검출하고, GPS 모듈(73)이 차량 위치정보를 생성하며, 차륜속도 및 차량 진행방향 가속도에 따른 차량 이동속도를 산출하고, 이동속도에 따른 노면 미끄럼정보를 생성한다. 이때, 주행차량(70)의 이동속도는 차륜속도를 기준으로 소정 수집주기동안 중력가속도 센서(72)의 센서 데이터를 사용하여 산출된다.
관제센터 서버(80)는 주행차량(70)으로부터 각각 차량별 수집 데이터를 수신하여, 수집 데이터를 처리 및 분석하여 노면 미끄럼정보를 생성하고, 동일 도로(60)상의 후방차량(90)에게 노면 미끄럼정보를 제공한다.,
구체적으로, 주행차량(70)은, 주행차량의 차륜속도(차륜회전속도)를 검출하여 휠스피드 센서 데이터를 생성하는 휠스피드 센서(71); 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 주행차량의 차체에 가해지는 차량 진행방향 가속도를 검출하여 중력가속도 센서 데이터를 생성하는 중력가속도 센서(72); 주행차량의 위치정보를 검출하여 GPS 데이터를 생성하는 GPS 모듈(73); 주행차량에 기장착되어, 휠스피드 센서(71)의 센서 데이터의 차륜속도 및 중력가속도 센서(72)의 센서 데이터인 차량 진행방향 가속도에 따라 차량 이동속도를 산출하고, 이동속도에 따른 노면 미끄럼정보를 생성하는 ECU(Electronic Control Unit: 74); 및 ECU(74)가 생성한 노면 미끄럼정보를 포함한 수집 데이터를 관제센터 서버(80)에게 전송하는 수집 데이터 전송부(75)를 포함한다.
또한, ECU(74)는, 휠스피드 센서(71), 중력가속도 센서(72) 및 GPS 모듈(73)로부터 각각의 데이터를 수집하는 데이터 수집부(74a); 중력가속도 센서(72)의 센서 데이터를 필터링하는 저역통과 필터(74b); 중력가속도 센서(72)가 측정한 차량 진행방향 가속도 및 휠스피드 센서(71)가 측정한 차륜속도에 따라 차량 이동속도를 산출하고, 차륜속도와 이동속도의 속도 차이를 기설정된 임계치와 비교하여 노면 미끄럼정보를 산출하는 노면 미끄럼정보 산출부(74c); 및 차륜속도와 이동속도의 속도 차이가 기설정된 임계치보다 큰 경우, 노면 미끄럼 알람을 생성하여 주행차량(70)의 운전자에게 제공하는 노면 미끄럼 알람 발생부(74d)를 포함한다.
또한, 관제센터 서버(80)는, 동일 도로를 주행하는 적어도 하나 이상의 주행차량 각각으로부터 차량별 수집 데이터를 수신하는 차량별 데이터 수신부(81); 차량별 데이터 수신부(81)가 수신한 차량별 수집 데이터를 정규화 처리하여 서버 DB(83)에 저장하는 차량별 데이터 처리부(82); 차량별 데이터 처리부(82)에서 처리된 정규화 데이터에 따라 노면 미끄럼 상태를 분석하여 노면 미끄럼정보를 생성하는 노면 미끄럼 상태 분석부(84); 및 생성된 노면 미끄럼정보를 도로상의 후방 차량(90)에게 제공하는 노면 미끄럼정보 제공부(85)를 포함한다.
이에 따라, 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템은, 도로(60)를 주행주인 주행차량(70)의 휠스피드 센서(71)의 데이터, 예를 들면, 차량계기판 속도 데이터와 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 차량운행기록계 등을 통해 획득할 수 있는 중력가속도 센서(72)의 데이터 및 GPS 모듈(73)의 GPS 데이터를 이용하여 노면의 미끄럼정보를 수집하여 제공할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템의 경우, 중력가속도 센서 데이터를 도로상의 주행차량 내의 휴대폰이나 차량운행기록계 등을 통해 획득하여야 하며, 또한, 관제센터 서버(80)가 다수의 주행차량(70)으로부터 각각 차량별 수집 데이터를 수신하여, 수집 데이터를 처리 및 분석하여 노면 미끄럼정보를 생성해야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템의 경우, 종래의 기술에 따른 중력가속도 센서와 휠스피드 센서를 이용한 노면 미끄럼정보 제공 시스템과 달리 주행차량의 타이어 내부에 가속도센서, 전원공급장치 및 무선통신 모듈을 설치하고, 차량 내부, 예를 들면, 대쉬 보드에 데이터 분석장치 또는 사용자 단말을 설치하고, 가속도센서가 수집하는 데이터를 분석함으로써 노면상태가 마른노면인지 결빙노면인지 여부를 신속하게 분류할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템은, 가속도센서를 타이어 내에 부착 설치함으로써 가속도 데이터를 생성하고, 타이어 접지면 길이를 산정함으로써 간편하게 노면상태를 연속적으로 파악할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템을 설명하고, 또한, 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법을 설명한다.
[가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템(100)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 파악모듈의 구체적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템(100)은, 가속도센서 모듈(110), 데이터 분석장치(120), 휠스피드센서(130) 및 GPS 모듈(140)를 포함하여 구성된다.
가속도센서 모듈(110)은 가속도센서(111), 무선통신모듈(112) 및 전원공급장치(113)를 포함하며, 주행차량의 타이어 내에 설치되어 차량 진행방향 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성한다.
구체적으로, 상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)는 상기 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 차량 진행방향 가속도를 검출하여 가속도센서 데이터를 생성한다. 예를 들면, 상기 가속도센서(111)는 샘플링 주기가 1/1000초 이하(1㎑ 이상)인 3축(x, y, z) 가속도센서를 사용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기 가속도센서(111)의 설치 위치는 노면상태에 따른 가속도센서(111)의 변동 특성이 가장 잘 나타날 수 있도록 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이 타이어(210)의 가운데 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가속도센서 모듈(110)의 무선통신모듈(112)은 상기 가속도센서(111)에서 측정된 가속도에 따른 가속도 데이터를 전송하며, 예를 들면, 상기 무선통신모듈(112)은 근거리 무선통신모듈일 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다. 다시 말하면, 상기 무선통신모듈(112)은 상기 가속도센서(111)가 수집하는 가속도 데이터를 실시간으로 차량 내 데이터 분석장치(120)로 전송하는 역할을 담당한다.
또한, 상기 가속도센서 모듈(110)의 전원공급장치(113)는 상기 가속도센서(111) 및 무선통신모듈(112)의 작동을 위한 전원을 공급하며, 예를 들면, 배터리일 수 있다.
데이터 분석장치(120)는 데이터 수집부(121), 타이어 접지면 길이 파악모듈(122), 데이터 분석부(123), 노면상태 판정부(124) 및 노면상태정보 전송부(125)를 포함하며 차량 내 대시보드에 설치될 수 있다. 또한, 상기 데이터 분석장치(120)는 상기 가속도센서 모듈(110)로부터 가속도 데이터를 수집하는 것 이외에 휠스피드센서(130)로부터 차량속도 데이터를 수집함으로써 타이어 접지면 길이를 파악하고, 노면상태를 판정하여 노면상태정보를 생성한다. 또한, 상기 데이터 분석장치(120)는 GPS 모듈(140)로부터 차량위치 데이터를 수집한다.
구체적으로, 상기 데이터 분석장치(120)의 데이터 수집부(121)는 상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터를 수집하고, 또한, 상기 휠스피드센서(130)로부터 차량속도 데이터를 수집한다. 또한, 상기 데이터 수집부(121)는 GPS 모듈(140)로부터 주행차량의 위치정보를 수집한다.
상기 데이터 분석장치(120)의 타이어 접지면 길이 파악모듈(122)은 상기 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터와 상기 휠스피드센서(130)로부터 생성된 차량속도 데이터를 곱하여 타이어 접지면 길이를 산출한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템(100)은, 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때, 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때, 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출하게 된다.
상기 데이터 분석장치(120)의 데이터 분석부(123)는 상기 타이어 접지면 길이가 유효한지 여부를 분석한다.
상기 데이터 분석장치(120)의 노면상태 판정부(124)는 노면상태 파악을 위해 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위의 표본수, 예를 들면, 약 500개의 데이터 이전의 x축 가속도 데이터를 추출한다. 이후, 추출된 데이터의 분산을 구하여 임계값 범위를 벗어날 경우, 결빙 노면으로 판정한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 결빙 노면에서는 타이어의 슬립(slip) 현상으로 인해 가속도센서 데이터 변동성이 도 11에 도시된 마른 노면에 비해 상대적으로 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
상기 데이터 분석장치(120)의 노면상태정보 전송부(125)는 상기 노면상태 판정부(124)에 의해 판정된 노면상태정보를 전송하며, 상기 노면상태정보는 관제센터(300)를 통해 후방차량(400)에게 전달될 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 휠스피드센서(130)는 상기 주행차량의 차륜속도(차륜회전속도)를 검출하여 휠스피드센서 데이터인 차량속도 데이터를 생성한다. 이때, 상기 휠스피드 센서(130)가 측정한 차륜속도는 차량계기판 속도를 적용할 수 있다.
GPS 모듈(140)은 상기 노면상태정보와 결합하여 함께 전송될 수 있도록 상기 주행차량의 위치를 검출하여 차량위치 데이터를 생성한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 타이어 접지면 길이 파악모듈은, 피크 시간간격 산출부(122a), 차량속도 산출부(122b) 및 타이어 접지면 길이 산출부(122c)를 포함한다.
피크 시간간격 산출부(122a)는 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때의 제1 피크값과 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때의 제2 피크값에 대해 피크 사이 시간간격을 산출한다.
차량속도 산출부(122b)는 상기 휠스피드센서(130)에서 측정한 차량속도를 산출한다. 이때, 상기 휠스피드센서(130)에서 측정한 차량속도 데이터는 OBD 데이터로 제공될 수 있다.
타이어 접지면 길이 산출부(122c)는 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출한다.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에 따르면, 타이어 내부에 가속도센서(111)를 설치하여 가속도를 산출하고, 차량의 속도를 파악하기 위해 휠스피드센서(130)를 활용하며, 특히, 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때, 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때, 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여, 두 경우의 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출하고, 이후, 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위 이전의 차륜 진행방향의 가속도 데이터를 추출하되, 추출된 데이터의 분산을 구하여 임계값의 범위를 벗어날 경우 결빙 노면으로 판정하게 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 가속도센서 모듈이 타이어 내에 장착되는 것을 나타내는 도면이다.
도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서, 가속도센서(111), 무선통신모듈(112) 및 전원공급장치(113)로 이루어진 가속도센서 모듈(110)은 타이어(210) 내에 설치되며, 특히, 상기 가속도센서(111)의 설치 위치는, 도 7의 b)에 도시된 바와 같이, 노면상태에 따른 가속도센서(111)의 변동 특성이 가장 잘 나타나도록 타이어(210)의 가운데 부분인 것이 바람직하다.
한편, 주행차량은 도로순찰 차량이나 자율주행 차량 등일 수 있다. 현재 고속도로 및 국도에는 약 3,000대의 도로 순찰차량이 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템을 도로순찰 차량에 설치하여 도로살얼음 정보를 수집할 수 있다. 이때, 수집정보는 제설(제빙), 운전자 정보제공(도로전광표지, 인터넷, 내비게이션 등)용으로 활용될 수 있다.
또한, 현재 자율주행 차량은 전방의 장애물만 인지하여 속도를 조절할 뿐이며 노면의 미끄럼 정도에 따른 안전속도 조절기능이 없지만, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템을 자율주행 차량에 적용할 경우, 노면 미끄럼 상태별 자율주행 차량의 안전속도 유지를 위한 기반기술로 활용할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 데이터 분석장치를 나타내는 도면이다.
도 8의 a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템(100)에서 데이터 분석장치(120)는 상기 가속도센서 모듈(110)의 무선통신모듈(112)이 전송한 실시간 가속도센서 데이터를 분석하여 노면상태를 분류하는 역할을 담당한다. 또한, 상기 데이터 분석장치(120)는, 도 8의 b)에 도시된 바와 같이, 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 대시보드 상에 디스플레이 형태로 제공될 수 있다.
한편, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 타이어 접지면 길이 산정 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때, 도 9b에 도시된 바와 같이, 차량바퀴 진행방향인 x축 가속도의 값이 급격히 떨어지고, 반대로 노면으로부터 떨어질 때, x축 가속도이 값이 급격히 높아진다. 이에 따라, 이러한 두 피크 사이 시간간격과 차량의 속도 값을 이용하여 타이어 접지면 길이(= 두 피크 사이 시간간격 x 차량 속도)를 산출할 수 있다.
여기서, 도 9b에 도시된 바와 같이, 접지면 선두 및 접지면 후미의 두 피크 사이 시간간격은 두 피크 사이의 가속도센서 샘플 수와 샘플링 주기값을 이용하여 산출할 수 있다. 또한, 차량의 속도는 휠스피드센서(130)를 통해 수집되는 OBD(On-Board Diagnostic) 데이터를 이용한다. 이렇게 산출한 타이어 접지면 길이가 유효한 값으로 판정될 경우, 노면상태 판정을 위한 추가 분석을 수행한다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 결빙 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템에서 노면상태가 마른 노면인 가속도센서 데이터를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템은, 타이어 내부에 가속도센서를 설치하여 가속도를 산출하고, 차량의 속도를 파악하기 위해 휠스피드센서를 활용하며, 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출하고, 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위 이전의 차륜 진행방향의 가속도 데이터를 추출하되, 추출된 데이터의 분산을 구하여 임계값의 범위를 벗어날 경우 결빙 노면으로 판정할 수 있다. 예를 들면, 도 10에서 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 결빙 노면에서는 타이어의 슬립(slip) 현상으로 인해 가속도센서 데이터 변동성이 도 11에서 도면부호 B로 도시된 바와 같이, 마른 노면에 비해 상대적으로 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
[가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법]
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법의 동작흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법은, 먼저, 타이어(210) 내에 가속도센서 모듈(110)이 설치된 차량이 도로 노면을 따라 주행한다(S110). 여기서, 상기 가속도센서 모듈(110)은, 상기 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 차량 진행방향 가속도를 검출하여 가속도센서 데이터를 생성하는 가속도센서(111); 상기 가속도센서(111)에서 측정된 가속도에 따른 가속도 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈(112); 및 상기 가속도센서(111) 및 무선통신모듈(112)의 작동을 위한 전원을 공급하는 전원공급장치(113)를 포함하며, 상기 가속도 센서(111)는 노면상태에 따른 가속도센서(111)의 변동 특성이 가장 잘 나타날 수 있도록 상기 타이어(210)의 가운데 부분에 설치되고, 또한, 상기 가속도센서(111)는 샘플링 주기가 1/1000초 이하인 3축(x, y, z) 가속도센서인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)가 상기 차량의 차륜의 회전에 대응하는 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성한다(S120).
다음으로, 상기 차량 내에 탑재된 데이터 분석장치(120)의 데이터 수집부(121)가 상기 가속도 데이터를 무선으로 수집한다(S130).
다음으로, 상기 가속도센서(111)가 검출한 가속도 데이터의 피크 시간간격 및 휠스피드센서(130)가 검출한 차량속도에 따른 타이어 접지면 길이를 산출한다(S140). 이때, 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출한 후, 노면상태를 연속 판정하게 된다.
다음으로, 상기 산출된 타이어 접지면 길이가 유효한 데이터인지 분석한다(S150).
다음으로, 상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위 이전의 x축 가속도 데이터를 추출하여 노면상태를 결빙 노면 또는 마른 노면으로 판정한다(S160).
다음으로, 상기 판정된 노면상태에 따른 노면상태정보를 생성하고, 상기 노면상태정보를 관제센터(300)를 통해 후방차량(400)에 전달한다(S170).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행차량의 타이어 내부에 가속도센서를 설치하여 미끄러운 노면에서 주행차량의 타이어가 미세하게 미끄러지는 현상에 대응하여 가속도센서 측정값을 분석함으로써 노면상태를 신속하게 판정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 타이어 내부에 설치된 가속도센서가 측정한 가속도 데이터에 기반하여 노면상태를 연속 측정함으로써 공간적으로 연속적인 데이터를 수집할 수 있다. 다시 말하면, 종래의 고정식 RWIS에 비해 공간적으로 연속적인 정보를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 차량의 급제동이나 급가속이 없이 정상적으로 주행하는 동안에도 노면의 상태를 연속적으로 파악할 수 있고, 이에 따라, 공간적으로 연속적인 자료수집이 중요한 도로살얼음 정보 수집용으로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 차량 내 데이터 분석장치를 통해 실시간 판정된 노면상태정보를 후방차량에게 전달함으로써 노면 미끄럼에 의한 교통사고를 방지할 수 있는, 다시 말하면, 선행하는 주행차량이 수집한 노면 미끄럼 정보를 후방차량에게 알려줄 수 있는데, 예를 들면, 2010년 미국 교통부 보고서에 따르면, 전방의 위험 정보를 사전에 인지할 경우, 해당 위험으로 인한 교통사고를 80%까지 줄일 수 있는 것으로 알려져 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 노면상태 연속 측정 시스템
110: 가속도센서 모듈 120: 데이터 분석장치
130: 휠스피드센서 140: GPS 모듈
111: 가속도센서 112: 무선통신모듈
113: 전원공급장치(배터리) 121: 데이터 수집부
122: 타이어 접지면 길이 파악모듈 123: 데이터 분석부
124: 노면상태 판정부 125: 노면상태정보 전송부
122a: 피크 시간간격 산출부 122b: 차량속도 산출부
122c: 타이어 접지면 길이 산출부 210: 타이어
300: 관제센터 400: 후방차량
110: 가속도센서 모듈 120: 데이터 분석장치
130: 휠스피드센서 140: GPS 모듈
111: 가속도센서 112: 무선통신모듈
113: 전원공급장치(배터리) 121: 데이터 수집부
122: 타이어 접지면 길이 파악모듈 123: 데이터 분석부
124: 노면상태 판정부 125: 노면상태정보 전송부
122a: 피크 시간간격 산출부 122b: 차량속도 산출부
122c: 타이어 접지면 길이 산출부 210: 타이어
300: 관제센터 400: 후방차량
Claims (15)
- 가속도센서(111), 무선통신모듈(112) 및 전원공급장치(113)를 포함하며, 주행차량의 타이어(210) 내에 설치되어 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성하는 가속도센서 모듈(110);
상기 주행차량 내에 탑재되며, 상기 가속도센서 모듈(110)로부터 가속도 데이터를 수집하고, 휠스피드센서(130)로부터 차량속도 데이터를 수집함으로써 타이어 접지면 길이를 파악하고, 노면상태를 연속 판정하여 노면상태정보를 생성하는 데이터 분석장치(120);
상기 주행차량의 차륜속도를 검출하여 휠스피드 센서 데이터를 생성하는 휠스피드센서(130); 및
상기 노면상태정보와 결합하여 함께 전송될 수 있도록 상기 주행차량의 위치를 검출하여 차량위치 데이터를 생성하는 GPS 모듈(140)을 포함하되,
상기 데이터 분석장치(120)는, 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출한 후, 노면상태를 연속 판정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 가속도센서 모듈(110)은,
상기 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 차량 진행방향 가속도를 검출하여 가속도센서 데이터를 생성하는 가속도센서(111);
상기 가속도센서(111)에서 측정된 가속도에 따른 가속도 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈(112); 및
상기 가속도센서(111) 및 무선통신모듈(112)의 작동을 위한 전원을 공급하는 전원공급장치(113)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 가속도센서(111)는 노면상태에 따른 가속도센서(111)의 변동 특성이 가장 잘 나타날 수 있도록 상기 타이어(210)의 가운데 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 가속도센서(111)는 샘플링 주기가 1/1000초 이하인 3축(x, y, z) 가속도센서인 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 데이터 분석장치(120)는,
상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터를 수집하고, 상기 휠스피드센서(130)로부터 차량속도 데이터를 수집하며, 상기 GPS 모듈(140)로부터 주행차량의 위치정보를 수집하는 데이터 수집부(121);
상기 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터와 상기 휠스피드센서(130)로부터 생성된 차량속도 데이터를 곱하여 타이어 접지면 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 파악모듈(122);
상기 타이어 접지면 길이가 유효한지 여부를 분석하는 데이터 분석부(123);
상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위의 표본수에 대한 x축 가속도 데이터를 추출한 후, 노면상태를 판정하는 노면상태 판정부(124): 및
상기 노면상태 판정부(124)에 의해 판정된 노면상태정보를 전송하는 노면상태정보 전송부(125)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 노면상태 판정부(124)는 상기 추출된 데이터의 분산을 구하여 임계값 범위를 벗어날 경우, 결빙 노면으로 판정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 노면상태 판정부(124)에 의해 판정된 노면상태정보는 관제센터(300)를 통해 후방차량(400)에게 전달되는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 타이어 접지면 길이 파악모듈(122)은,
상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때의 제1 피크값과 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때의 제2 피크값에 대해 피크 사이 시간간격을 산출하는 피크 시간간격 산출부(122a);
상기 휠스피드센서(130)에서 측정한 차량속도를 산출하는 차량속도 산출부(122b); 및
상기 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 산출부(122c)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - a) 타이어(210) 내에 가속도센서 모듈(110)이 설치된 차량이 도로 노면을 따라 주행하는 단계;
b) 상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)가 상기 차량의 차륜의 회전에 대응하는 가속도를 측정하여 가속도 데이터를 생성하는 단계;
c) 상기 차량 내에 탑재된 데이터 분석장치(120)의 데이터 수집부(121)가 상기 가속도 데이터를 무선으로 수집하는 단계;
d) 상기 가속도센서(111)가 검출한 가속도 데이터의 피크 시간간격 및 휠스피드센서(130)가 검출한 차량속도에 따른 타이어 접지면 길이를 산출하는 단계:
e) 상기 산출된 타이어 접지면 길이가 유효한 데이터인지 분석하는 단계; 및
f) 상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위 이전의 x축 가속도 데이터를 추출하여 노면상태를 결빙 노면 또는 마른 노면으로 판정하는 단계를 포함하되,
상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 떨어지고, 가속도센서가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때 차륜 진행방향의 가속도 값이 급격히 높아지는 점을 활용하여 타이어 접지면 길이를 산출한 후, 노면상태를 연속 판정하는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법. - 제9항에 있어서,
g) 상기 판정된 노면상태에 따른 노면상태정보를 생성하고, 상기 노면상태정보를 관제센터(300)를 통해 후방차량(400)에 전달하는 단계를 추가로 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법. - 제9항에 있어서, 상기 가속도센서 모듈(110)은,
상기 주행차량이 주행 중인 노면의 미끄럼에 대응하여 차량 진행방향 가속도를 검출하여 가속도센서 데이터를 생성하는 가속도센서(111);
상기 가속도센서(111)에서 측정된 가속도에 따른 가속도 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈(112); 및
상기 가속도센서(111) 및 무선통신모듈(112)의 작동을 위한 전원을 공급하는 전원공급장치(113)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법. - 제11항에 있어서,
상기 가속도 센서(111)는 노면상태에 따른 가속도센서(111)의 변동 특성이 가장 잘 나타날 수 있도록 상기 타이어(210)의 가운데 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 가속도센서(111)는 샘플링 주기가 1/1000초 이하인 3축(x, y, z) 가속도센서인 것을 특징으로 하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법. - 제9항에 있어서, 상기 c) 단계의 데이터 분석장치(120)는,
상기 가속도센서 모듈(110)의 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터를 수집하고, 상기 휠스피드센서(130)로부터 차량속도 데이터를 수집하며, 상기 GPS 모듈(140)로부터 주행차량의 위치정보를 수집하는 데이터 수집부(121);
상기 가속도센서(111)에서 생성된 가속도 데이터와 상기 휠스피드센서(130)로부터 생성된 차량속도 데이터를 곱하여 타이어 접지면 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 파악모듈(122);
상기 타이어 접지면 길이가 유효한지 여부를 분석하는 데이터 분석부(123);
상기 타이어 접지면 선두로부터 일정 범위의 표본수에 대한 x축 가속도 데이터를 추출한 후, 노면상태를 판정하는 노면상태 판정부(124): 및
상기 노면상태 판정부(124)에 의해 판정된 노면상태정보를 전송하는 노면상태정보 전송부(125)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법. - 제14항에 있어서, 상기 타이어 접지면 길이 파악모듈(122)은,
상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면에 닿을 때의 제1 피크값과 상기 가속도센서(111)가 설치된 부분이 노면으로부터 떨어질 때의 제2 피크값에 대해 피크 사이 시간간격을 산출하는 피크 시간간격 산출부(122a);
상기 휠스피드센서(130)에서 측정한 차량속도를 산출하는 차량속도 산출부(122b); 및
상기 피크 사이 시간간격과 차량의 속도를 곱하여 타이어 접지면의 길이를 산출하는 타이어 접지면 길이 산출부(122c)를 포함하는 가속도센서를 이용한 노면상태 연속 측정 방법.
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