KR20240059847A - 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법 - Google Patents

자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율주행 차량의 핸들 조작력을 모니터링하여 운전자의 조작 유무를 감지하는, 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 이의 감지 장치는 자율주행 차량 내 스티어링 휠의 내부 프레임에 부착되어 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형으로 핸들 조작력을 감지하는 스트레인 게이지 센서, 스트레인 게이지 센서와 근접하게 설치되어 주변 온도를 측정하는 온도 센서, 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들 조작력을 모니터링하되 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하고, 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 운전자에 의한 조작임을 판별하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING STEERING OVERRIDE FOR AUTONOMOUS VECHICLE}
본 발명은 자율주행 차량의 운전자 조작 감지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율주행 차량의 핸들 조작력을 감지하여 운전자의 조작인지를 판단하는, 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스티어링 휠(steering wheel)은 차량의 진행 방향을 바꾸기 위하여 운전자가 조작하는 기구로서, 도 1에 나타낸 바와 같이 외측에 원 또는 타원형의 림(rim; 1)과 중앙 부분의 허브(hub; 3), 림과 허브를 연결하는 스포크(spoke; 2)로 구성된다.
종래 스티어링 휠을 이용한 핸들 조작력 감지 장치는, 스티어링 휠의 스포크(3)의 상면에 정전형 센서를 장착하고 스포크(3)의 상면에 가해진 드래그 동작 또는 일정 회수 반복되는 터치 동작을 인식한 후 이를 기반으로 운전자의 핸들 조작 유무를 감지하는 것이다.
그런데, 종래 스터어링 휠을 이용한 핸들 조작력 감지 장치는, 운전자의 터치를 감지하는 정전형 센서가 스티어링 휠의 스포크(3)에 구비되어 있어, 운전자가 스티어링 휠의 림(1)에서 손을 떼야 감지가 가능한 불편함이 있다.
또한, 스터어링 휠의 스포크에는 차량 내 방향지시등, 비상등, 와이퍼, 오디오 볼륨 등을 조작하기 위한 조작수단이 구비되어 있어서, 종래의 스티어링 휠을 이용한 핸들 조작력 감지 장치는 운전자의 터치가 조향을 위한 터치인지, 조작을 위한 터치인지 정확한 판별이 되지 않는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1755913호(2017. 07. 03 등록)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스트레인 게이지(strain gauge) 센서를 이용하여 차량의 미세한 핸들 움직임을 감지함으로써 핸들의 움직임이 차량 내 진동이나 외부 영향에 의한 것인지, 운전자의 조작에 의한 것인지 정확한 판별하고 운전자의 조작에 의한 것이면 운전자의 조작을 우선시하는, 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치는, 자율주행 차량 내 스티어링 휠의 내부 프레임에 부착되어 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형(strain)으로 핸들 조작력을 감지하는 스트레인 게이지 센서; 상기 스트레인 게이지 센서와 근접하게 설치되어 주변 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들 조작력을 모니터링하되, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하고 상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 상기 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별하는 컨트롤러;를 포함한다.
이때, 상기 컨트롤러는, 주변 온도에 민감하게 반응하는 스트레인게이지값에 대하여, 상기 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 상기 기준값을 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 핸들의 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별한 경우, 운전자의 조작을 우선시하도록 제어한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치는, 상기 스티어링 휠의 림에 장착되어 운전자의 터치를 감지하는 터치식 센서;를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 추가적으로 상기 터치식 센서를 통해 운전자가 스티어링 휠을 잡고 있는지 여부를 감지하고, 감지 결과 운전자가 스티어링 휠을 터치한 상태인 경우에 한하여 운전자의 조작임을 판별할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 방법은, 자율주행 차량의 핸들 조작력을 감지하는 방법으로서, 상기 차량의 스티어링 휠에 부착된 스트레인 게이지 센서가 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형(strain)으로 핸들 조작력을 감지하는 단계; 상기 스트레인 게이지 센서에 근접 설치된 온도 센서가 주변 온도를 측정하는 단계; 컨트롤러가, 상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값과 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값을 각각 수신하는 단계; 상기 컨트롤러가, 상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들의 조작력을 모니터링하되, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하는 단계; 상기 컨트롤러가, 상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 상기 스티어링 휠에 대한 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하는 단계는, 주변 온도에 민감하게 반응하는 스트레인게이지값에 대하여, 상기 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 상기 기준값을 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 스트레인 게이지(strain gauge) 센서를 이용하여 차량의 미세한 핸들 움직임을 감지할 수 있고, 특히 온도 센서를 이용하여 주변 온도에 민감한 스트레인게이지값을 보정해 줌으로써 핸들의 움직임이 차량 내 진동이나 외부 영향에 의한 것인지, 운전자의 조작에 의한 것인지 정확한 판별할 수 있는 효과가 있다.
자율주행 차량의 경우, 운전자의 조작에 의한 핸들 움직임을 감지하면 운전자의 조작을 우선시하도록 제어함으로써 자율주행 차량에 적용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 스티어링 휠의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 과정에서 추가 센서를 통해 운전자의 조작을 감지하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치를 도시한 구성도이다.
여기서, 오버라이드(override)란 이전에 진행하던 동작을 중단(무시)하고 우선시한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 브레이크 오버라이드는 차량의 전자제어장치가 브레이크와 가속페달을 동시에 보낼 때 브레이크를 우선시하여 강제로 차를 세우게 하는 소프트웨어 기능을 말한다.
본 실시예에서 언급하는 스티어링 오버라이드(steering override)는 자율주행시 소프트웨어적으로 스티어링 휠로 보내지는 조작신호보다, 하드웨어적으로 스티어링 휠의 수동 조작을 우선시하는 기능을 말한다. 다시 말해, 차량의 핸들조작을 인식하여 운전자의 수동 조작 의도를 인지한다. 이 기능은 차량이 주행주행 모드로 주행 중 운전자의 판단에 의하여 긴급하게 스티어링을 조작해야 할 경우에 사용되며, 본 발명의 실시예에 따른 장치는 신속하게 의도를 인식하여 자율주행모드를 해제할 수 있도록 한다.
이를 구현하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 오버라이드 감지 장치(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이 적어도 스트레인 게이지 센서(110)와, 온도 센서(120), 컨트롤러(130)를 포함한다.
스트레인 게이지 센서(110)는 기계적인 미세한 변화(strain)를 전기 신호로 검출하는 센서이다. 본 실시예에서 스트레인 게이지 센서(110)는 차량 내 스티어링 휠(10)의 내부 프레임(14)에 부착되어 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형(strain)으로 핸들 조작력을 감지한다. 도면부호 12는 스티어링 휠의 칼럼(회전축)이다.
보통 스트레인 게이지(strain gauge)는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라 피측정물 표면의 변형을 측정한다. 게이지를 스티어링 내부 프레임에 부착하여 미세한 핸들의 움직임을 감지한다.
스트레인 게이지 센서(110)은 작은 저항치 변화를 효율적으로 전기 신호로 검출하기 위해 휘스톤 브리지 회로를 적용하고, 휘스톤 브리지의 출력전압은 증폭기를 통해 증폭된 신호로 출력된다.
온도 센서(120)는 스트레인 게이지 센서(110)와 근접하게 설치되어 주변 온도를 측정한다.
컨트롤러(130)는 스트레인 게이지 센서(110)로부터 검출된 스트레인게이지값을 수신하고, 이와 동시에 온도 센서(120)로부터 측정된 온도값을 수신한다.
그리고, 컨트롤러(130)는 스트레인게이지값에 따라 핸들 조작력을 모니터링하되 온도 센서(120)를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링할 수 있다.
이때, 컨트롤러(130)는 스트레인게이지값에 대한 기준값을 사전에 정의해두고, 스트레인 게이지 센서(110)로부터 검출된 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되는지 비교한다. 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별하고, 스트레인게이지값이 기준값 이하이면 운전자의 조작이 아닌 차량 내 진동이나 외부 영향에 의한 것으로 판별할 수 있다.
운전자에 의한 조작임을 판별한 경우, 컨트롤러(130)는 자율주행 모드의 동작을 중단하고 운전자의 핸들 조작을 우선시하도록 제어한다.
한편, 스트레인 게이지 센서(110)는 주변 온도에 민감하게 반응하여 스트레인게이지값이 다르게 출력될 수 있다. 예를 들어, 운전자가 동일한 힘으로 핸들을 수동 조작한다고 가정하고, 스트레인 게이지 센서(110)를 통해 측정된 스트레인게이지값을 분석해보니 주변온도가 10도일 때에는 스트레인게이지값이 20인데 반해 주변온도가 30도 이상일 때에는 스트레인게이지값이 30이 되었다.
따라서, 컨트롤러(130) 주변 온도에 민감하게 반응하는 스트레인게이지값에 대하여, 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 기준값을 온도 센서(120)를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정한다.
온도가 0도에서 10도인 경우에는 기준값을 17으로 보정하고, 온도가 영하인 경우에는 기준값을 12로 낮게 보정하며, 온도가 27도 내지 37도 인 경우 기준값을 25로 높게 보정할 수 있다. 이와 같이 온도값에 따른 기준값은 테이블화되어 저장 및 관리된다. 기준값은 앞서 설명한 것처럼 일정한 값이 될 수 있고, 또는 범위로 지정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 스티어링 오버라이드 감지 장치(100)는, 도 2에 도시하지 않았으나 스티어링 휠(10)의 림에 장착되어 운전자의 터치를 감지하는 터치식 센서를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 컨트롤러(130)는 독립적으로 터치식 센서를 통해 핸들 조작력을 감지할 수 있지만, 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 추가적으로 터치식 센서를 적용하여 운전자의 수동 조작 유무를 판별하는 데 활용할 수 있다.
즉, 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 터치식 센서를 통해 운전자가 스티어링 휠을 잡고 있는지 여부를 감지하고, 감지 결과 운전자가 스티어링 휠을 터치한 상태인 경우에 한하여 운전자의 조작임을 판별한다.
이러한 과정을 통해, 컨트롤러(130)는 핸들의 움직임이 차량 내 진동이나 외부 영향에 의한 것인지, 운전자의 조작에 의한 것인지 더 정확하게 판별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에서 설명한 장치의 구성을 참조하여 스티어링 오버라이드 감지 방법을 설명하면, 먼저 스티어링 휠 내부 프레임에 부착된 스트레인 게이지 센서(110)가 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형으로 핸들 조작력을 감지하는 과정이 선행되어야 한다.
다음, 온도 센서(120)가 주변 온도를 측정한다.
그러면, 컨트롤러(130)가 스트레인 게이지 센서(110)로부터 검출된 스트레인게이지값과 온도 센서(120)를 통해 측정된 온도값을 각각 수신한다(S100, S110).
다음, 컨트롤러(130)가, 스트레인 게이지 센서(110)로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들의 조작력을 모니터링하되, 온도 센서(120)를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링한다. 이는 주변 온도에 의해 스트레인 게이지 센서(110)가 민감하게 반응하여 출력되는 것을 보정하기 위함이다.
즉, 컨트롤러(130)가 온도값에 따라 기준값이 매칭되어 있는 테이블 정보를 참조하여, 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 기준값을 온도 센서(120)를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정한다(S120).
다음, 컨트롤러(130)가, 스트레인 게이지 센서(110)로부터 검출된 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되는지를 비교 판단한다(S130). 여기서, 기준값은 앞서 단계에서 온도값에 따라 보정된 기준값이 된다.
판단 결과, 스트레인게이지값이 기준값 이상(또는 초과)이 되면 컨트롤러(130)는 스티어링에 대한 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별한다(S140).
판단 결과, 스트레인게이지값이 기준값 미만(또는 이하)이 되면 컨트롤러(130)는 스티어링에 대한 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작이 아님을 판별한다(S150).
또 판단 결과, 스트레인게이지값이 기준값 이상(또는 초과)이 되면, 도 4에 도시한 것처럼, 추가 감지 센서를 통해 운전자가 핸들을 잡고 있는지 여부를 감지할 수 있다(S132).
다음, 컨트롤러(130)가, 핸들의 터치가 있는지를 판단한다(S134).
다음, 터치가 감지된 경우 컨트롤러(130)는 운전자의 조작임을 판별하고(S140), 터치가 감지되지 않은 경우 운전자의 조작이 아님을 판별할 수 있다(S150).
이러한 도 4의 과정은 스트레인 게이지 센서를 통한 판별 과정 이외에 추가적으로 수행되는 것으로, 스트레인게이지값이 기준값 이상이지만 추가 감지 센서를 통해 운전자가 스티어링 휠을 터치한 상태인 경우에 한하여 운전자의 조작임을 판별한다.
따라서, 핸들의 움직임이 차량 내 진동에 의한 것인지, 운전자의 조작에 의한 것인지 더 정확하게 판별한다.
이상에서 본 발명들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 스티어링 휠 12: 칼럼
14: 프레임 100: 스티어링 오버라이드 감지 장치
110: 스트레인 게이지 센서 120: 온도 센서
130: 컨트롤러

Claims (6)

  1. 자율주행 차량 내 스티어링 휠의 내부 프레임에 부착되어 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형(strain)으로 핸들 조작력을 감지하는 스트레인 게이지 센서;
    상기 스트레인 게이지 센서와 근접하게 설치되어 주변 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들 조작력을 모니터링하되, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하고 상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 상기 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별하는 컨트롤러;
    를 포함하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    주변 온도에 민감하게 반응하는 스트레인게이지값에 대하여,
    상기 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 상기 기준값을 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스티어링 휠의 림에 장착되어 운전자의 터치를 감지하는 터치식 센서;를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 추가적으로 상기 터치식 센서를 통해 운전자가 스티어링 휠을 잡고 있는지 여부를 감지하고, 감지 결과 운전자가 스티어링 휠을 터치한 상태인 경우에 한하여 운전자의 조작임을 판별하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 핸들의 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별한 경우, 운전자의 조작을 우선시하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 장치.
  5. 자율주행 차량의 핸들 조작력을 감지하는 방법으로서,
    상기 차량의 스티어링 휠에 부착된 스트레인 게이지 센서가 미세한 외부 압력에 의해 발생되는 변형(strain)으로 핸들 조작력을 감지하는 단계;
    상기 스트레인 게이지 센서에 근접 설치된 온도 센서가 주변 온도를 측정하는 단계;
    컨트롤러가, 상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값과 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값을 각각 수신하는 단계;
    상기 컨트롤러가, 상기 스트레인 게이지 센서로부터 검출된 스트레인게이지값에 따라 핸들의 조작력을 모니터링하되, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하는 단계;
    상기 컨트롤러가, 상기 스트레인게이지값이 기준값 이상이 되면 상기 스티어링 휠에 대한 핸들 조작력이 운전자에 의한 조작임을 판별하는 단계;
    를 포함하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 모니터링하는 단계는,
    주변 온도에 민감하게 반응하는 스트레인게이지값에 대하여,
    상기 운전자에 의한 조작임을 판별하는 기준이 되는 상기 기준값을 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도값에 기초하여 보정하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량의 스티어링 오버라이드 감지 방법.
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