KR20040046088A

KR20040046088A - 차량의 추돌 경보장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20040046088A
Application number: KR1020020073908A
Authority: KR
Inventors: 심동수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-05
Also published as: KR100507090B1

Abstract

차량의 추돌 경보장치로 전방으로부터 반사되는 레이더 신호 중에서 경보에 필요한 신호만을 추출하여 추돌 경보를 출력하도록 하는 것으로,

밀리파 측정용 레이더 빔을 발진 변조하여 소정의 각도로 전방에 출력하는 과정과; 전방 목표물(장애물)로부터의 반사파를 수신하여 필터링한 후 디지털 신호로 변환하는 과정과; 상기 수신 반사파를 FFT변환하여 신호의 피크 포인트를 검출하는 과정과; 상기 검출되는 피크 포인트의 분석으로 장애물의 개수, 물체와의 거리, 각도 및 상대속도를 연산 추출하는 과정과; 상기 추출된 거리와 상대속도에 따라 추돌 여부를 판단 경보 송출 및 추돌 방지 제어하는 과정을 포함한다.

또한, 본 발명은 측정용 레이더 빔을 설정된 소정의 각도로 방사하여 목표물로부터 수신되는 반사파로부터 물체와의 거리, 상대속도, 각도 및 반사파의 파워로 구성되는 데이터를 취득하는 과정과; 상기 취득한 데이터중에서 차량과 다른 장애물을 구분하는 파워 데이터를 각 거리별로 설정되는 임계값을 적용하여 거리별 데이터를 추출하는 과정과; 상기 추출된 거리별 데이터에 대하여 하나의 대표값 데이터로 묶어 그룹화하는 과정과; 상기 그룹화한 데이터에 대하여 상대속도와 자차 속도의 절대값을 비교하여 정지 물체 및 반대 차선의 차량에 대하여 경보 대상에서 제외하는 과정과; 이전 프레임 데이터와 비교하여 랜덤하게 검출되는 데이터를 삭제하여 경보 적용을 위한 순수 데이터만을 추출하는 과정과; 상기 추출된 경보 대상의 데이터에 대하여 거리 및 상대속도를 기반으로 하는 안전거리의 연산을 통해경보 발생 여부를 판단 제어하는 과정을 포함한다.

Description

차량의 추돌 경보장치 및 그 방법{THE COLLISION ALARMING SYSTEM OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 추돌 경보장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전방으로부터 반사되는 레이더(Radar) 신호 중에서 경보에 필요한 신호만을 추출하여 추돌 경보를 출력하도록 하는 차량의 추돌 경보장치 및 방법에 관한 것이다.

자동차 관련 산업의 발전과 폭발적인 자동차의 보급에 따라 보다 안정하고 지능적인 자동차를 원하는 소비자의 욕구를 만족시키기 위하여 주행안내장치, 차선 이탈 및 졸음 방지장치 및 추돌 방지장치 등이 장착되고 있으며, 이러한 안전장치 및 운행 보조장치 등은 향후 자동차 시장을 주도하는 중요 기술로 부상하고 있다.

이는 운전자에게 편의성을 제공하는 방향으로 개발되고 있으나, 이보다 더 교통사고로 인해 늘어가는 부상자 및 사망자를 최소화하는 방향으로 개발되고 있으며, 눈이나 안개, 폭우, 등의 기타 악천우의 기상 및 도로 조건에서의 동작시 안정된 동작이 가능하도록 하는 지능형 시스템이 요구되고 있다.

이들 지능형 시스템에 적용되고 있는 전방 장애물 감지수단으로는 전방의 영상을 감지하는 영상 입력수단과, 초음파 센서, 레이저 센서 등이 적용되고 있다.

그러나, 자동차가 도로를 달릴 때 비나 눈, 안개 등의 기상장애로 시야가 확보되지 않을 경우 기존의 영상 입력수단이나 초음파 및 레이져 센서는 전방에 대한 감지 범위의 한계와 오작동에 대한 신뢰성이 결여되어 전방의 상황을 측정 및 분석하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량의 추돌 경보장치를 구현하는데 있어 전방의 상황을 측정하기 위하여 기상 환경의 영향에 대응력이 강한 레이더를 사용하여 전방감지수단으로 구성하였으며, 계측하는 장애물이 자동차나 오토바이, 사람 등으로 비교적 소형인 관계로 측정용 빔이 매우 좁아야 장애물의 판독 및 분리가 가능한 바, 이러한 요구에 부합할 수 있는 측정 매체로서 고주파의 밀리파 레이더를 적용하여 전방 장애물의 검출에 안정성 및 신뢰성을 제공하도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 도로 주행중 자차선에 주행하고 있는 선행 차량과의 상대속도 검출을 통해 추돌 위험이 발생하는 경우 경보가 송출되도록 하고, 전방의 주행중인 차량을 연속적으로 추적하여 차속에 따라 산출된 안전거리 이내로 좁혀질 때 운전자에게 경보가 송출되도록 한 것이다.

또한, 전방의 장애물로부터 반사되어 검출되는 신호 중에서 경보에 필요한 신호만을 추출하기 위하여 반사신호를 거리별 수신파워로 데이터화하였으며, 이를 근거로 난반사 신호 및 시스템 자체 노이즈, 기타 공기중의 빗물, 안개, 눈 등의 노이즈 신호를 필터링하고, 필터링된 신호에 대해 그룹핑과 2차 필터링과정을 통해경보가 요구되는 차량에 대해서만 추적이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에 대한 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 적용되는 레이더의 일부 절결 단면 사시도.

도 3은 본 발명에 적용되는 도 2의 NRD 방식 레이더에 대한 송수신 등가 구성도.

도 4는 본 발명에 다른 예로서 적용되는 FMCW 방식 레이더의 개념도.

도 5는 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 레이더 동작시 입력되는 대상에 대한 일시도.

도 6은 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 레이더 동작시 입력되는 대상의 정지 및 주행중 물체 인식에 대한 예시도.

도 7은 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 레이더에 입력되는 신호의 처리과정을 도시한 흐름도.

도 8a는 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 레이더 빔의 입출력 관계를 도시한 파형도.

도 8b는 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 비트 신호 검출에 대한 파형도.

도 9는 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에서 추돌 경보 처리 과정을 도시한 흐름도.

도 10은 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치에 추돌 경보를 위한 안전거리 산출에 대한 도식도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 전방측에 일정각도 이내의 범위로 측정용 빔을 발사한 다음 목표물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 레이더와; 상기 레이더로부터 인가되는 반사파에 포함된 데이터를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 추돌 가능 여부를 판단하여 추돌 방지 기능을 수행하는 추돌 경보 시스템과; 상기 추돌 경보 시스템에서 인가되는 제어신호에 따라 전방 장애물과의 추돌 가능성에 대한 상태 정보를 소정의 방법으로 지시하는 디스플레이와; 상기 추돌 경보 시스템측에 차속, 브레이크 신호 및 턴 시그널 램프 등의 차량 상태정보를 제공하고, 추돌 경보 시스템에서 인가되는 제어신호에 따라 추돌 방지를 위해 주변장치를 제어하는 ECU와; 배터리에서 인가되는 전원을 각 부하요소에 필요한 전원으로 처리하여 동작 전원으로 공급하는 전원부를 포함한다.

또한, 본 발명은 밀리파 측정용 레이더 빔을 발진 변조하여 소정의 각도로 전방에 출력하는 과정과; 전방 목표물(장애물)로부터의 반사파를 수신하여 필터링한 후 디지털 신호로 변환하는 과정과; 상기 수신 반사파를 FFT변환하여 신호의 피크 포인트를 검출하는 과정과; 상기 검출되는 피크 포인트의 분석으로 장애물의 개수, 물체와의 거리, 각도 및 상대속도를 연산 추출하는 과정과; 상기 추출된 거리와 상대속도에 따라 추돌 여부를 판단 경보 송출 및 추돌 방지 제어하는 과정을 포함한다.

또한, 본 발명은 측정용 레이더 빔을 설정된 소정의 각도로 방사하여 목표물로부터 수신되는 반사파로부터 물체와의 거리, 상대속도, 각도 및 반사파의 파워로 구성되는 데이터를 취득하는 과정과; 상기 취득한 데이터중에서 차량과 다른 장애물을 구분하는 파워 데이터를 각 거리별로 설정되는 임계값을 적용하여 거리별 데이터를 추출하는 과정과; 상기 추출된 거리별 데이터에 대하여 하나의 대표값 데이터로 묶어 그룹화하는 과정과; 상기 그룹화한 데이터에 대하여 상대속도와 자차 속도의 절대값을 비교하여 정지 물체 및 반대 차선의 차량에 대하여 경보 대상에서 제외하는 과정과; 이전 프레임 데이터와 비교하여 랜덤하게 검출되는 데이터를 삭제하여 경보 적용을 위한 순수 데이터만을 추출하는 과정과; 상기 추출된 경보 대상의 데이터에 대하여 거리 및 상대속도를 기반으로 하는 안전거리의 연산을 통해 경보 발생 여부를 판단 제어하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 추돌 경보장치는 레이더(100)와, 추돌 경보 시스템(200), 디스플레이(300), ECU(400) 및 전원부(500)로 구성되는데, 레이더(100)는 NRD 가이드 방식을 이용한 밀리파 레이더로 전방측에 일정각도 이내의 범위로 측정용 빔을 발사한 다음 전방 차량이나 오토바이, 기타 장애물로부터 반사된 각도, 거리, 상대속도 및 파워 등의 정보를 포함하고 있는 반사파를 수신한다.

추돌 경보 시스템(200)은 상기 레이더(100)로부터 인가되는 반사파에 포함된 전방 차량이나 오토바이, 보행자 및 기타 장애물과의 각도, 거리, 상대속도 및 파워 등을 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 추돌 가능 여부를 판단하고, 추돌 가능 상황임에도 불구하고 운전자의 적절한 대응이 없는 것으로 판단되면 1차적으로 음성 경보를 송출하여 준다.

상기의 1차의 음성 경보 송출 이후에도 불구하고 운전자의 응답이 없을 경우 비상등 점등과 보조 브레이크 및 음성 경보를 동시에 발생하여 추돌 가능성이 최대한 방지되도록 제어하며, 운전자에 의해 구동되는 브레이크 신호가 입력되거나 운전자의 스티어링 휠 조정에 의해 차선이 변경되어 추돌 가능 상황이 해제되는 경우 상시 송출되는 음성 경보를 해제함과 동시에 점멸 상태의 비상등을 소등 상태로 제어하고 제동 제어중에 있는 보조 브레이크를 해제 제어한다.

디스플레이(300)는 상기 추돌 경보 시스템(200)에서 인가되는 제어신호에 따라 전방 차량이나 보행자, 오토바이 및 전방 장애물과의 추돌 가능성에 대한 상태 정보를 문자 혹은 설정된 소정 방법을 통해 운전자에게 지시하여 준다.

또한, 운행중에 검출되는 각종 상태 정보를 디스플레이를 통해 운전자에게 지시하여 준다.

ECU(400)는 엔진 제어장치로 상기 추돌 경보 시스템(200)측에 차속, 브레이크 페달의 작동 여부, 턴 시그널 램프의 작동 여부에 대한 정보를 제공하고, 상기 추돌 경보 시스템(200)에서 인가되는 제어신호에 따라 전방 차량이나 보행자, 오토바이 및 기타 장애물과의 추돌 방지를 위한 보조 브레이크의 작동 및 해제, 음성 경보의 송출 및 해제, 비상등의 점멸 및 해제, 엔진 토크 저감 제어 등을 제어한다.

전원부(500)는 차량용 배터리에서 인가되는 12V 혹은 24V의 전원을 시스템을 구성하고 있는 각 부하요소에 필요한 전원으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원으로 공급한다.

상기에서 레이더(100)는 FM송신부(101)와 안테나(102) 및 수신부(103)로 구성되는데, FM송신부(101)는 전원부(500)에서 인가되는 동작 전원에 의해 활성화되며, 설정된 대역의 측정용 빔을 생성하여 출력한다.

안테나(102)는 상기 FM 송신부(101)에서 인가되는 측정용 빔을 전방측에 발사하고, 전방의 차량이나 오토바이, 보행자 및 기타 장애물로부터 반사된 반사파를 수신한다.

수신부(103)는 상기 안테나(102)를 통해 수신되어 인가되는 반사파를 정합하여 추돌 방지 시스템(200)측에 인가하는 기능을 담당한다.

또한, 추돌 경보 시스템(200)은 제1필터(201)와, A/D컨버터(202), FMCW선형펄스 발생회로(203), 전처리 프로세서(204), 후처리 프로세서(205), 제1메모리(206), 제2메모리(207), 제3메모리(208), 제4메모리(209), 인터페이스회로(210) 및 제2필터(211)로 구성되는데, 제1필터(201)는 저역 통과 필터로 이루어지며, 상기 레이더(100)에서 수신되어 인가되는 반사파를 설정된 대역으로 필터링, 바람직하게는 저역 통과 필터링을 통해 반사파에 포함되어 있는 잡음을 제거한다.

A/D컨버터(202)는 상기 필터링된 아날로그 반사파 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

FMCW 선형펄스 발생회로(203)는 전방측에 일정각도 이내의 범위로 측정용 빔이 연속적이고 선형적으로 발사될 수 있도록 FM 송신 선형펄스를 발생시켜 상기 레이더(100)내의 FM 송신부(101)를 드라이브한다.

상기의 FMCW 선형펄스 발생회로(203)는 연속한 송신파에 대하여 주파수 변조(일반적으로 삼각파로 조절)를 수행하고, 전방 차량이나 보행자, 기타 장애물 등의 목표물로부터의 반사파에서 목표물과의 상대속도 및 거리를 동시에 계측할 수 있게 하는 것이다.

예를 들어, 바람직하게는 77GHz를 중심 주파수로 하여 주파수 변조할 때 삼각파에 대한 선형성이 유지될 수 있도록 한다.

전처리 프로세서(204)는 상기 전방측에 측정용 빔을 발사하고, 반사파의 수신 분석을 실시간적으로 수행한다.

후처리 프로세서(205)는 상기 전처리 프로세서(204)에서 실시간적으로 분석되어 인가되는 반사파를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 추돌 방지 기능 수행을 위한 전방 차량이나, 보행자, 오토바이 및 기타 장애물과의 거리, 상대속도 등을 추출하여 추돌 가능성 여부의 판단 및 경보 출력과 추돌 방지를 위한 도시되지 않은 주변장치, 예를 들어 비상등, 보조 브레이크, 음성 경보장치 등의 구동을 제어하고, 추돌 방지 기능 제어가 수행되는 과정에서 운전자의 차선 변경이나 그에 조치가 검출되면 추돌 방지 기능의 수행을 해제 제어한다.

제1메모리(206)는 상기 전처리 프로세서(204)의 알고리즘 수행을 위한 데이터가 설정되고, 제2메모리(207)는 상기 전처리 프로세서(204)에서 수신 분석되는 데이터가 저장된다.

제3메모리(208)는 상기 후처리 프로세서(205)의 알고리즘 수행을 위한 데이터가 설정되고, 제4메모리(209)는 상기 후처리 프로세서(205)에서 분석되는 추돌 방지 기능 수행을 위한 데이터가 저장된다.

인터페이스회로(210)는 디코더 및 엔코더를 포함하며, 상기 후처리 프로세서(205)에서 최종적으로 연산된 전방 차량이나 보행자, 오토바이 및 기타 장애물과의 거리, 상대 속도 및 추돌 방지 기능 수행에 대한 각종 정보를 디스플레이한다.

제2필터(211)는 ECU(400)로부터 수신되는 차량 상태 정보, 즉 비상등과 보조 브레이크, 차속 등의 정보를 설정된 대역으로 필터링하여 후처리 프로세서(205)측에 인가하고, 상기 후처리 프로세서(205)에서 추돌 방지 기능 수행을 위한 제어신호를 설정된 대역으로 필터링하여 ECU(400)측에 인가한다.

상기에서 레이더(100)의 사양은 일 예를들어 하기의 표 1과 같이 설정한다.

항 목	사 양
작동방식	FMCW
모듈구성	NRD
사용주파수	76GHz
출력	10mW
감지거리	150m
스캐닝 각	±10 degree
대역폭	100MHz
모듈크기	150×100×150mm
통신방식	CAN Ver 2.0B

통상적으로, 금속은 전기를 잘 통과시키나 밀리파(mm)와 같이 주파수가 높을 때에는 전기를 잘 통과시키지 않으며, 마이크로파의 경우 스트립선로 1m에서 약 60dB정도의 손실이 발생하나 유전체로 선로를 만들면 3dB정도로 감쇄되어 약 백만분의 1로 손실이 감소된다.

그러나, 유전체 선로를 구부리면 선로의 연장선 방향으로 전파가 달아나 본질적으로는 저손실이나, 방사가 되어 결국 손실이 크게 되어 사용이 불가하다.

전파를 전혀 통과시키지 않는 공간에 유전체를 넣어 통과시키면 선로 굴곡에 상관없이 전파가 도망갈 수 없다.

즉, 상하에 금속판을 대고 반파장 이하로 하면 도파관은 절단되어 전파가 전혀 없게 되며, 여기에 선로를 넣게 되면 전파는 선로를 따라 흐르게 된다.

보통은 전파가 선로의 연장선 방향으로 진행하나 절단영역에서 전자파가 존재하지 않는 영역에 다다르므로 전파는 구부러진 선로로 흐르게 된다. 이러한 방사가 발생하지 않는 선로를 비방사선 선로(Non-Radiative Dielectric waveguide)라 한다.

이러한 원리를 적용하여 레이더(100)를 첨부된 도 2와 구성하는데, 그 구조는 도면에 도시된 바와 같이, 상부측과 하부측을 금속판(100A)(100B)으로 형성하고, 그 사이에 비금속 물질, 예를 들어 플라스틱 등과 같은 물질로 이루어지는 유전체(100C)를 설치하며, 상부측 금속판(100A)과 하부측 금속판(100B)은 소정의 공극이 형성되도록 하여 공기가 매질로 작용하도록 구성한다.

상기한 구조를 갖는 레이더(100)의 내부 등가회로는 도 3과 같이 구성되고, 이에 대한 개념을 정리하면 도 4와 같이 구성되며 그 작동 원리는 다음과 같다.

FM 변조기(111)에서 출력을 위한 레이더 빔의 변조폭이 결정되면 건 다이오드로 구성되는 발진기(112)는 결정된 변조폭의 주파수를 발진시켜서큘레이터(Circulator:115)끼고 안터나(116)를 통해 방사되며, 발진기(112)의 출력 일부는 터미네이터(113)의 영향을 받는 방향성 결합기(114)에 의해 저주파(Lo)신호가 믹서(117)로 전달된다.

이때, 안테나(116)로부터 입력되는 목표물로부터의 반사파(RF)가 믹서(117)에 입력되면, 믹서(117)는 방향성 결합기(114)에서 입력되는 저주파(Lo)와 안테나(116)에서 수신되는 반사파(RF)와 믹싱되어 중간 주파수(IF)로 형성되며, 이는 IF앰프(118)에 의해 증폭된 후 비트 신호로 수신된다.

따라서, 상기의 수신된 비트 신호의 분석을 통해 레이더 빔을 반사한 장애물과의 거리 및 상대속도를 추출할 수 있도록 하여 준다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명의 구성에서 추돌 경보 및 방지 동작을 수행하는 동작은 다음과 같다.

도 1의 추돌 경보 시스템(200)내의 FMCW 선형펄스 발생회로(203)에서의 선형성이 유지되는 삼각파 주파수의 변조를 위한 펄스가 발생되면(S701) 레이더(100)내의 FM 송신부(101)는 밀리파를 발진하여 안테나(102)를 통해 전방측으로 설정된 소정의 각도로 레이더 빔을 발사한다(S702).

이때, 주행 차량의 전방에는 도 6과 같이 차량, 가로등, 보행자 및 기타의 장애물이 존재하고 있는 상태이므로, 레이더(100)로부터 발사된 레이더 빔은 전방의 목표물과 충돌한 후 반사되어 안테나(102)에 수신된다(S703).

상기와 같이 전방의 목표물에서 반사되는 밀리파가 수신되면 추돌 경보 시스템(200)내의 제1필터(201)는 이를 저역 통과 필터링하여 수신되는 밀리파(반사파)에 포함되어 있는 잡음 성분을 제거한 후 A/D컨버터(202)를 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전처리 프로세서(204)에 인가하면(S704), 전처리 프로세서(204)는 FIFO 메모리로 이루어지는 제2메모리(207)에 저장한다(S705).

이후, 전처리 프로세서(204)는 선입 선출 방식으로 제2메모리(207)에 저장된 데이터를 엑세스하여 후처리 프로세서(205)측에 인가하면, 후처리 프로세서(205)는 인가되는 각 반사파(밀리파)를 FFT(Fast Fourier Transform)변환을 통해 장애물로 인식하는 신호의 피크 포인트(Peak Point)를 검색한다(S706).

이후, 상기 검출되는 피크 포인트에 대한 장애물의 개수, 주파수 등의 데이터를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 전방 장애물과의 거리와 위치 및 상대속도 등을 추출한다(S707).

상기와 같이 전방 장애물과의 거리와 위치 및 상대속도가 검출되면 ECU(400)로부터 수신되는 자동차의 주행 속도, 브레이크 페달의 구동 여부, 스티어링 휠의 정보 등을 확인한 후(S708) 추돌 가능성 여부를 분석하여 그에 대한 정보를 디스플레이(300)를 통해 출력하여 운전자에게 지시하여 준다(S709).

상기에서 추돌 가능성이 있는 것으로 판단되면 1차적으로 음성 경보를 송출하고 경보하고, 경보 송출 이후에 일정시간 이내에 운전자의 반응이 검출되지 않으면 추동 방지를 위한 주변 장치, 예를들어 비상등, 보조 브레이크, 엔진 토크 제어, 조향 방향등의 제어를 수행하여 추돌 사고가 미연에 방지될 수 있도록 한다.

상기한 동작을 좀더 구체화하여 설명하면 다음과 같다.

레이더(100)에서 방사되는 삼각파로 주파수 변조된 송신파(밀리파)를 f_b1~,~~f_b2라 하고, 반복 주파수를라 하면 f_b1~, ~~f_b2는 하기의 수학식 1과 같이 표현된다.

상기의 수학식 1에서 f_d 는 도플러 주파수이고, c는 광속이다.

따라서, 감소하는 구간에서 비트 주파수를 구하면 거리 R과 상대속도 V로 이동하는 목표물(장애물)로부터의 반사파는 도 8과 같이 변화하게 된다.

그러므로, 송신파와 반사파의 믹싱으로 얻을 수 있는 비트 주파수는 도플러 효과에 의해 동작됨을 알 수 있다.

따라서, f_0, f_1, f_2의 합과 차를 얻어서 목표물(장애물)까지의 거리R과 상대속도 v를 하기의 수학식 2를 통해 추출할 수 있다.

또한, 레이더와 목표물(장애물)이 함께 정지해 있을 때 즉, 속도가 '0'으로 검출되는 경우에서의 비트 주파수는 f_b`````= ````f_b1 ``````= `````f_b2가 되고 거리는 하기의 수학식 3을 통해 추출된다.

상기한 바와 같은 데이터 추출을 통해 추돌 방지를 위한 구체적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

레이더(100)를 구동시키게 되면 설정된 각도, 예를들어 -10˚∼10˚사이의 각도를 기준으로 하여 -10˚에서부터 10˚쪽으로 연속적으로 삼각파로 주파수 변조된 밀리파를 방사한다(S901).

이때, 한번의 동작에 걸리는 시간은 100ms이며 동작이 반복되면서 목표물(장애물)로부터 반사된 반사파가 연속적으로 들어오며, 하나의 반사파에 포함되어 있는 목표물(장애물)과의 거리, 상대속도, 각도, 반사신호의 파워 등에 대한 데이터를 취득한다(S902).

상기 반사파에 포함된 데이터는 복잡한 도로 등 인식되는 물체가 많은 경우와 한적한 도로와 같이 인식될 수 있는 물체가 적은 경우 등의 도로 상황에 따라 데이터의 개수 또는 양은 가변된다.

상기와 같이, 전방 목표물(장애물)로부터 반사되어 레이더(100)에 수신되는 반사파에 포함된 데이터는 첨부된 도 5와 같이 원하는 전방의 차량 데이터 이외에 가로등이나 이정표, 또는 공기중의 먼지 등이 포함되어 있다.

따라서, 하나의 데이터를 구성하는 구성요소인 각도, 거리, 상대속도 및 파워를 고려하여 우선적으로 노이즈로 추정되는 요소를 제거한다.

여기서는 네 가지 데이터만을 고려하고 있으므로 실제 차량 데이터와 유사한 특징을 가지는 다른 물체에 대한 고려는 이루어지지 않는다.

이 데이터로부터 차량에서부터 들어오는 신호와 다른 데이터 사이에 구별 가능한 조건인 파워값, 즉 차량에 의한 반사신호의 파워값을 측정한 후 필터링을 위한 임계값을 결정한다.

이 파워값은 거리에 따라 같은 물체라도 다르게 나오며 140에서 160사이에 분포되며, 차량의 거리에 따른 반사신호의 파워를 데이터화 한 후 각 거리별 임계값을 결정하면 하기의 표 2와 같이 결정된다.

거리	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150
파워	157	142	141	134	153	163	162	160	163	141	153	142	158

상기에서 반사파로부터 추출되는 데이터를 상기한 조건으로 설정되는 임계값에 적용하여(S903) 차량으로 고려할 수 있는 물체에 대한 데이터만을 추출한다(S904).

상기에서 추출된 각 데이터는 거리에 따라 하나의 물체에서 반사되어 들어오는 데이터의 양이 달라진다.

즉, 가까운 거리에서는 하나의 물체에서도 여러개의 데이터로 인식이 되지만 먼거리에 있는 물체는 하나의 데이터로 표시되므로 이러한 각각의 데이터를 하나의 대표값으로 묶어 그룹의 형태로 데이터를 지정한다(S905).

이때, 하나의 물체를 하나의 그룹으로 지정한다.

따라서, 가까운 거리의 물체는 여러개의 데이터가 하나의 그룹으로 묶여 대표값으로 표시되고, 먼 거리의 데이터는 하나의 데이터가 하나의 그룹으로 지정된다.

상기의 데이터 그룹핑은 수평 임계값(Horizontal Threshold)과 수직임계값(Vertical Threshold)를 적용한다.

즉, 연속된 물체가 수평 임계값과 수직 임계값의 범위안에 포함되면 이 데이터는 이전 데이터의 그룹으로 인식한다.

상기와 같이 데이터의 그룹핑을 적용하면 데이터들간의 인식된 거리와 각도에 따라 여러개의 데이터가 하나 또는 여러개의 그룹으로 지정된다.

상기와 같이, 그룹으로 지정되는 데이터는 기본적으로 전방의 물체를 나타내고 있으나, 도로에서 전방의 차량 외에 데이터로 검출될 수 있는 물체들은 여러 가지가 있으며, 전방에서 주행하고 있는 차량을 제외한 나머지 물체들은 정지되어 있기 때문에 경보 조건에 만족되는 경우가 있다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 전방에 연속적으로 달리는 선행차와 정지되어 있는 가로등이 있다면 가로등의 경우 경보조건을 만족하게 된다.

또한, 반대차선에서 달려오는 차량도 경보조건을 만족할 수 있다.

이런 경우 상대속도와 자차의 차속을 비교하여 하기의 수학식 조건을 만족할 경우 정지된 가로등이나 가로수 및 반대차선 차량이라 간주하여 경보대상에서 제외한다.

｜상대속도｜ ≥ ｜자차속｜

또한, 레이더로부터 수신되는 데이터는 정해진 주기마다 연속적으로 들어오게 되고, 차량이 주행하고 있으면 전방의 정지된 물체는 아주 빠른 속도로 차량을 향해 접근하는 것으로 인식이 되므로, 아주 짧은 시간 인식되었다 사라지는 특성을가진다.

그러나 전방에서 주행하는 차량의 경우는 이전 프레임에 데이터가 존재하고 있으므로, 랜덤(Random)하게 발생하는 데이터는 전방의 차량이 아닌 경우이며 이들 데이터는 경보 적용 이전에 제거해야 한다.

따라서, 검출되는 데이터를 이전 프레임의 데이터를 고려하여 데이터의 존재 여부를 판단하고 돌발적으로 발생하는 랜덤 데이터인 것으로 판단되면 랜덤 데이터를 제거하여(S907), 경보에 적용할 데이터 그룹만을 추출한다(S908).

이후, 상기의 데이터 그룹만을 이용하여 추돌 경보 조건을 판정한 다음(S909) 경보 조건을 만족하는 것을 판단되면 추돌 경보 로직을 작동시켜 1차적으로 경보 메시지를 송출하고, 설정된 시간 이내에 운전자의 조치가 취해지지 않는 경우 추돌 방지를 위한 주변장치를 작동시킨다(S910).

상기에서 추돌 경보 조건의 판정은 다음과 같이 절차를 통해 수행한다.

전방에 경보대상 차량이 주행할 때 경보 시점을 언제로 할까하는 문제는 신뢰성 면에서 민감한 문제이고, 추돌이 발생하지 않기 위해서는 안전거리를 유지하는 것이 제일 중요하며 이 안전거리 이내로 좁혀지는 시점에서 경보를 발생하면 추돌을 방지할 수 있다.

안전거리는 선행차량이 언제든 급정차를 할 경우 주행차량도 브레이크를 밟아 선행차량과 추돌을 하지 않고 정지가 가능한 거리이면 된다.

따라서, 도 10을 참조하여 안전거리를 산출하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

D : t=0일때 차간거리(안전거리), D_f: 정지후 차간거리, D₁: 자차가 제동하여 정지할 때까지 이동거리, D₂: 선행차가 제동하여 정지할 때까지 이동거리, T₁: 자차가 제동하여 정지할 때까지 걸린 시간, T₂: 선행차가 제동하여 정지할 때까지 걸린 시간, A₁: 자차의 가속도(가속시+,감속시-), A₂: 선행차의 가속도(가속시+,감속시-), T_B: 공주시간, V₁: t=0일 때의 자차 속도, V₂: t=0일 때의 선행 차속이라 정의하면,

D₁= V₁T_B+ V₁T₁+ 0.5A₁T₁ ²이고, D₂= V₂T₂+ 0.5A₂T₂ ²이다.

또한, D_f= D - D₁+ D₂,

= D - V₁T_B+ V₁T₁+ 0.5A₁T₁ ²+ V₂T₂+ 0.5A₂T₂ ²이다.

이때, 추돌이 발생하지 않을 조건은 D_f≥0이다.

또한, T₁= - V₁/A₁, T₂= - V₂/A₂이므로, 이 두식을 이용하여 안전거리 D를 구하면 D = V₁T_B+ (V₁-V₂)²/V₁+ V₂ ²/2A₂- V₁ ²/2A₁(Km)(Human Factor고려)이다.

여기서, T_B= 1Sec, A₁= 90000Km/H², A₂= 85000Km/H²이다.

따라서, 상대속도 R = V₁- V₂라 하면 안전거리 D = (10/36)V₁+ 10R²/36V₁+V₁ ²/180 - V₂ ²/170(m)로 추출된다.

상기한 바와 같이 추출되는 차속에 따른 안전거리는 하기의 표 3과 같이 정리된다.

차속(KPH)	상대속도	선행차속	안전거리(M)
50	5	45	16.0049
55	8	47	19.4124
60	11	49	23.1033
65	14	51	27.0653
70	17	53	31.2899
75	20	55	35.7706
80	23	57	40.5028
85	26	59	45.4826
90	29	61	50.7074
95	32	63	56.1748
100	35	65	61.8831
105	38	67	67.8308
110	41	69	74.0168
115	44	71	80.4400
120	47	73	87.0997

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 밀리파 레이더를 이용하는 차량 추돌 경보 시스템의 구현을 통해 도로 주행중 자차선에 주행하고 있는 선행차량에 대해 추돌 위험이 발생시 경보의 송출로 운행에 안정성과 편리성 및 신뢰성을 제공된다.

또한, 기존의 초음파 센서나 레이져 센싱 기술로 구현할 수 없었던 상대속도의 검출과 기상환경이나 도로 환경에 강한 시스템의 제공과 전방의 주행중인 차량을 연속적으로 추적하여 차속에 따라 산출된 안전거리 이내로 좁혀질 때 경보가 출력되도록 하여 추돌 방지 시스템의 기능에 신뢰성이 제공된다.

또한, 물체의 거리, 상대속도 등의 정확한 계측을 통해 영상센서를 이용한차선이탈 경보장치와 함께 연동하여 동작할 수 있는 ICC(Intelligent Cruise Control) 차량에 적용하는 경우에 그 기능이 더욱 향상된다.

Claims

전방측에 일정각도 이내의 범위로 측정용 빔을 발사한 다음 목표물로부터 반사되는 반사파를 수신하는 레이더와;

상기 레이더로부터 인가되는 반사파에 포함된 데이터를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 추돌 가능 여부를 판단하여 추돌 방지 기능을 수행하는 추돌 경보 시스템과;

상기 추돌 경보 시스템에서 인가되는 제어신호에 따라 전방 장애물과의 추돌 가능성에 대한 상태 정보를 소정의 방법으로 지시하는 디스플레이와;

상기 추돌 경보 시스템측에 차속, 브레이크 신호 및 턴 시그널 램프 등의 차량 상태정보를 제공하고, 추돌 경보 시스템에서 인가되는 제어신호에 따라 추돌 방지를 위해 주변장치를 제어하는 ECU와;

배터리에서 인가되는 전원을 각 부하요소에 필요한 전원으로 처리하여 동작 전원으로 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더는 NRD 방식의 밀리파 레이더를 적용하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더는 ±10°의 각도 범위에서 레이더 빔을 방출 및 수신하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더는 상부측과 하부측을 금속판으로 형성하고, 그 사이에 소정의 폭을 갖는 비금속 물질의 유전체를 설치하며, 상부측 금속판과 하부측 금속판 사이에 공기가 매질로 작용하도록 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더는 동작 전원에 의해 활성화되며, 설정된 대역의 측정용 빔을 생성하여 출력하는 FM 송신부와;

상기 FM 송신부에서 인가되는 측정용 빔을 전방측에 발사하고, 전방의 목표물(장애물)로부터 반사된 반사파를 수신하는 안테나 및;

상기 안테나를 통해 수신되는 반사파를 정합하여 추돌 방지 시스템측에 인가하는 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더를 통해 수신되는 반사파에는 장애물과의 거리, 개수, 상대속도 및 파워에 대한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 레이더는, 출력되는 레이더 빔의 변조폭을 결정하는 FM 변조기와;

상기 결정된 변조폭의 주파수를 발진시키는 발진기와;

레이더 빔의 출력과 반사파의 수신을 조정하는 서큘레이터와;

상기 발진기의 출력 일부를 억제시키는 터미네이터와;

억제시킨 발진기의 RF 신호를 저주파 신호로 처리하는 방향성 결합기와;

상기 방향성 결합기에서 인가되는 저주파 신호와 수신되는 고주파의 반사파를 믹서하여 중간 주파수로 형성하는 믹서와;

상기 믹서에서 출력되는 중간 주파수를 비트 시그널 추출을 위한 설정된 값으로 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제1항에 있어서,

상기 추돌 경보 시스템은 상기 레이더에서 수신되는 반사파를 설정된 대역으로 필터링하여 반사파에 포함되어 있는 잡음을 제거하는 제1필터와;

필터링된 아날로그 반사파 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기와;

측정용 레이더 빔이 연속적이고 선형적으로 출력될 수 있도록 FM 송신 선형펄스를 발생시키는 FMCW 선형 펄스 발생기;

상기 측정용 레이더 빔을 발사와 반사파의 수신 분석을 실시간적으로 처리하는 전처리 프로세서와;

상기 실시간적으로 수신되는 반사파를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 목표물(장애물)과의 거리, 상대속도를 추출하여 추돌 가능성 여부의 판단, 경보 출력 및 추돌 방지 기능 제어를 수행하는 후처리 프로세서와;

전처리 프로세서의 알고리즘 수행을 위한 데이터가 설정되는 제1메모리와;

전처리 프로세서에서 수신 분석되는 데이터를 저장하는 제2메모리와;

후처리 프로세서의 알고리즘 수행을 위한 데이터가 설정되는 제3메모리와;

후처리 프로세서에서 분석되는 추돌 방지 기능 수행을 위한 데이터가 저장되는 제4메모리와;

디코더 및 엔코더를 포함하며, 상기 후처리 프로세서에서 최종적으로 연산된 목표물(장애물)과의 거리, 상대 속도 정보를 표시하는 디스플레이와;

상기 ECU에서 수신되는 차량 상태 정보를 필터링하고, 상기 후처리 프로세서에서 출력되는 추돌 방지 기능 제어신호를 필터링하는 제2필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제8항에 있어서,

상기의 FMCW 선형펄스 발생기는 측정용 레이더 빔을 77GHz를 중심 주파수로 하여 삼각파로 주파수 변조하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
제8항에 있어서,

상기 후처리 프로세서는 목표물과의 거리 및 상대속도의 분석으로 추돌 가능성이 판단되면 주변장치를 제어하여 추돌 가능성을 경보하고, 설정된 일정시간 이내에 운전자의 조치가 검출되지 않으면 보조 브레이크 작동 및 엔진 토크 저감을 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보장치.
밀리파 측정용 레이더 빔을 발진 변조하여 소정의 각도로 전방에 출력하는 과정과;

전방 목표물(장애물)로부터의 반사파를 수신하여 필터링한 후 디지털 신호로 변환하는 과정과;

상기 수신 반사파를 FFT변환하여 신호의 피크 포인트를 검출하는 과정과;

상기 검출되는 피크 포인트의 분석으로 장애물의 개수, 물체와의 거리, 각도 및 상대속도를 연산 추출하는 과정과;

상기 추출된 거리와 상대속도에 따라 추돌 여부를 판단 경보 송출 및 추돌 방지 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제11항에 있어서,

상기 측정용 레이더 빔은 하기의 식을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.

상기에서 f_b1~는 송신 주파수이고, f_b2는 수신 주파수이며,는 반복 n파수이고, f_d 는 도플러 주파수이며, c는 광속이다.
제11항에 있어서,

상기에서 전방 목표물까지의 거리(R) 및 상대속도(V)는 측정용 레이더 빔의 중심 주파수와 출력 주파수 및 반사파 주파수의 합과 차에 대하여 하기의 식을 통해 연산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제11항에 있어서,

자차와 목표물(장애물)이 함께 정지해 있는 경우 하기의 식을 통해 거리를 추출하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
측정용 레이더 빔을 설정된 소정의 각도로 방사하여 목표물로부터 수신되는 반사파로부터 물체와의 거리, 상대속도, 각도 및 반사파의 파워로 구성되는 데이터를 취득하는 과정과;

상기 취득한 데이터중에서 차량과 다른 장애물을 구분하는 파워 데이터를 각 거리별로 설정되는 임계값을 적용하여 거리별 데이터를 추출하는 과정과;

상기 추출된 거리별 데이터에 대하여 하나의 대표값 데이터로 묶어 그룹화하는 과정과;

상기 그룹화한 데이터에 대하여 상대속도와 자차 속도의 절대값을 비교하여 정지 물체 및 반대 차선의 차량에 대하여 경보 대상에서 제외하는 과정과;

이전 프레임 데이터와 비교하여 랜덤하게 검출되는 데이터를 삭제하여 경보 적용을 위한 순수 데이터만을 추출하는 과정과;

상기 추출된 경보 대상의 데이터에 대하여 거리 및 상대속도를 기반으로 하는 안전거리의 연산을 통해 경보 발생 여부를 판단 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제15항에 있어서,

상기에서 전방 장애물로부터 취득되는 데이터에 대하여 저역 필터링을 통해 반사파에 포함되어 있는 노이즈 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제15항에 있어서,

상기 거리별 데이터의 그룹화는 가까운 거리의 물체에 대한 데이터는 여러개의 데이터가 하나의 그룹으로 묶여 대푯값으로 표시되고, 먼 거리의 물체에 대한 데이터는 하나의 데이터가 하나의 그룹으로 표시되는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제15항에 있어서,

상기 거리별 데이터의 그룹화는 수평 임계값과 수직 임계값의 조건을 적용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.
제15항에 있어서,

상기 거리별 데이터의 그룹화에서 연속된 물체에 대한 데이터가 수평 임계값과 수직 임계값의 범위에 포함되면 해당 데이터는 이전 데이터의 그룹으로 인식하는 것을 특징으로 하는 차량의 추돌 경보방법.