차선이탈방지장치 원리 - chaseon-italbangjijangchi wonli

안녕하세요 내차사랑 블로그의 인디:D입니다.

바람이 불고 선선해진 날씨로 인해 완연한 가을이 왔음을 느낄 수 있는 요즘. 주말에 가족 혹은연인과 함께 나들이를 떠나시는 분들이 많은데요. 교통량이 증가하면서 그에 따른 교통사고 발생량도 늘어나고 있습니다. 특히 가장 빈번하게 발생하는 사고가 ‘졸음운전’ 입니다. 

교통안전공단에 따르면 지난 10년간 고속도로 교통사고 발생원인중 가장 큰 비중을 차지한 것은 졸음운전(22.5%)으로 나타났습니다. 몰려오는 졸음으로 잠깐 눈을 감는 순간 잡고 있던 핸들은 옆으로 틀어지고, 운전자도 모르는 새 이탈하여 마주보고 달려오는 차량과 충돌하는 끔직한 사고로 이어질 수 있는데요. 

이처럼 ‘차선 이탈’은 대형사고로 이어질 수 있는 매우 위험한 행동입니다. 그래서 이를 사전에 방지하기 위해 개발된 기술이 바로 ‘차선이탈경보시스템(LDWS)’입니다. 

오늘은 인디:D와 함께 안전한 자동차의 스마트한 기술 ‘차선이탈경보시스템(LDWS)’에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

차선이탈경보시스템(LDWS)란?

차선이탈경보방지시스템은 차량 내부에 설치된 카메라가 전방의 차선을 인식하여 자동차가 차선을 이탈하려는 위험이 감지될 때 경보음을 울려 운전자에게 위험상황을 알리는 시스템입니다. 

위 이미지처럼 전방의 차선을 인식하여, 옆 차선으로 차량이 치우치면 경보 알람이 울리는데요. 차선을 이탈하는 행위 외에도 차선변경 시 방향지시등을 켜지 않고 30cm 이상만 움직여도 바로 경보음이 울려 운전자가 주의할 수 있도록 도와줍니다. 

조작방법 또한 간편한데요. 차량 구입 시 LDWS를 옵션으로 선택하신 분들은 ‘차선이탈방지’버튼을 눌러 시스템을 가동하시면 됩니다. 이후 차량이 시속 60km 이상이 되면 자동으로 차선이탈경보시스템이 작동합니다. 옵션을 선택하지 않으셨을 경우에는 내비게이션에 장착된 기능으로 차선이탈경보시스템을 이용하실 수 있습니다. 

운전자의 안전을 지키는 기술 

안전운전을 위한 스마트 기술에서 첨단운전자보조시스템(ADAS)를 빼놓을 수 없습니다. ADAS는 차량 앞 유리에 부착된 카메라로 전방의 물체를 인지하는데요. 앞차와의 충돌을 인지하기 위해서는 내 차량의 속도와 앞차의 속도, 그리고 두 차량 사이의 거리를 알아야 합니다. 따라서 ADAS가 전면을 촬영하면 이미지시그널프로세싱(ISP) 센서가 전방의 물체가 무엇인지 판단을 하게 됩니다. 예를 들어 사각형 형태에 차체와 타이어가 있으면 이를 차량으로 인지하고, 머리와 다리를 인지하면 사람으로 인지하는 식 입니다. 

이와 비슷한 원리로 충돌을 사전에 방지할 수 있는 기술이 바로 차선이탈경보시스템(LDWS)입니다. 운전 중 졸거나 부주의로 차선을 이탈하려 할 때 경보음이 울리는 시스템인데요. 차량 주행 시 전방을 카메라로 촬영해 분석한 뒤, 운전자가 방향지시등을 켜지 않고 차선을 변경하거나 이탈하면 경보알람을 울려 이탈을 방지하는 원리입니다.

이처럼 운전자에게 주의를 주거나 자동으로 컨트롤 할 수 있는 스마트한 기술들이 졸음운전으로 인한 대형사고를 막을 수 있는 대책으로 거론되고 있습니다. 국토교통부가 올해 3월에 입법예고한 ‘자동차 및 자동차의 부품의 성능과 기준에 관한 규칙 개정안’에 따르면 내년부터 신차 중 11m 이상 버스, 무게 20t 이상의 화물/특수차에 졸음운전 사고를 방지할 첨단 안전장치를 의무적으로 장착하는 방안이 담겨있습니다. 

이 중 자동긴급제동장치(AEBS)와 차선이탈경보시스템(LDWS)가 포함되었습니다. 처음 입법이 예고되었을 때 업계의 반발이 심했습니다. 이는 두 장치의 가격이 500만원 정도여서 신차 가격이 크게 뛴다는 이유였는데요. 이에 국토부는 올해 공제조합 측 자금 50억 원으로 차량 1만5000대의 장치 도입을 지원하고 내년에는 정부 예산으로 나머지 13만5000대에 장치를 모두 장착할 계획이라고 밝혔습니다. 국토부는 내년부터 신규 제작되는 대형 승합/화물 차량 및 버스 등에 자동긴급제동장치(AEBS)와 LDWS 장착을 의무화할 계획을 밝히며, 해당 장치의 효과를 확인하기 위한 시범 사업을 시행할 것을 밝혔습니다. 

확실한 안전을 위한 검증 필요 

교통안전의 약 90%는 운전자 과실로 발생한다고 하는데요. 운전자의 과실을 줄일 수 있는 기술이 탑재되어 있다면 교통사고 발생률을 줄일 수 있겠죠? 미국연방교통안전위원회(NTBS)는 2012년 ADAS를 장착할 경우 방지할 수 있는 사망 사고가 승용차의 경우 전체 사고의 93.7%, 상용차의 경우 82.3%에 이른다고 분석했습니다. 하지만 이는 안전장치들이 정상작동 했을 때의 이야기인데요. 현재 첨단안전장치 기술들이 제대로 작동하는지에 대해 객관적으로 검사할 수 있는 여건이 없어, 이에 대한 개선의 목소리가 높아지고 있습니다. 

기존에 있는 기본적인 안전전자장치의 정상 작동 여부를 검사하는 제도는 일부 업체들의 정보제공 거부로 5년째 제대로 시행이 되지 않고 있는 실정이며, 현재 자동차관리법 시행규칙 73조에는 자동차검사기준 및 방법에 대해 적시돼있는데, 이 중 전자장치 검사방법에 대해 ‘전자장치진단기로 각종 센서의 정상 작동 여부 확인’의 검사대상은 ‘구동력제어장치(TCS), 바퀴잠김방지식제동장치(ABS), 에어백’ 등 매우 기본적인 부분들만 포함되어 있습니다. 

독일의 경우 이러한 기술의 정상 작동 여부를 검사할 수 있는 범용진단기를 개발해 지난해 8월부터 도입한 상태이며, 독일 운행차연구기관 FSB는 안전전자장치 기능에 대해 테스트 적용이 들어간 상태입니다. 

지금까지 차선이탈경보시스템(LDWS)과 첨단안전기술에 대해 살펴보았는데요. 우리나라도 앞으로 나오는 첨단안전기술에 관한 검사 규정을 만들어, 운전자들이 직접 눈으로 보고 안심할 수 있는 환경이 만들어지기를 바라며, 인디:D는 다음에 더 유익한 소식으로 찾아오겠습니다.  

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 차량(100)의 차선이탈 경보장치의 정상적인 작동상태 검사를 위해 상하/좌우 구동프레임(112)과 스폿판(114)을 구비하여 차량(100)의 전방에 설치된 검사모듈(110); 상기 차량(100)의 높이 측정과 정확한 위치 파악을 위해 검사모듈(110) 후방 바닥의 양측에 설치된 측정모듈(120); 및 상기 측정모듈(120)과 연결되어 검사모듈(110)의 스폿판(114)을 타겟으로 차선이탈 경보장치의 정상적인 동작상태 여부를 테스트하기 위한 차량(100)의 차선 가이드 라인을 제공하는 가이드 드라이브 라인(130);을 포함하여 구성되는 차량의 차선이탈 경보장치 검사시스템을 제시한다.

또한 본 발명에 의하면, 차량(100)의 정렬작업을 거친 후 차량(100)을 차선이탈 경보장치 검사시스템의 정 위치에 셋팅하는 단계; 상기 차선이탈 경보장치의 검사모듈(110)에 설치된 상하/좌우 구동 프레임(112)을 구동시키는 단계; 상기 상하/좌우 구동프레임(112)이 좌측/우측/상측/하측으로 이동함에 따라 차선이탈 경보장치의 전방 촬영부(102)의 감지영역과 겹쳐지는 스폿판(114)의 스폿 이탈범위에 따른 데이터를 측정하는 단계; 상기 차선이탈 경보장치 검사시스템에 등록된 차선이탈 패턴 데이터와의 측정 데이터를 비교하여 차선이탈 경보장치의 동작상태를 판 단하는 단계; 및 상기 측정된 데이터가 등록된 차선이탈 패턴 데이터의 범위를 벗어나는 경우 차량이탈 경보장치 검사시스템에서 차선이탈 경보장치가 비정상적인 동작상태임을 판정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 차량의 차선이탈 경보장치 검사방법을 제시한다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서 본 발명과 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 기술은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차선이탈 경보장치 검사시스템의 전체 구성도이다. 도 2는 차선이탈 경보장치의 상세 구성도이다. 도 3은 차선이탈 경보장치의 검사모듈 개략도이다. 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따라 차선이탈 경보장치 검사시스템의 측정 방법을 나타낸 개략도이다. 도 5는 본 발명에 따른 차선이탈 경보장치 시스템의 검사 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명에 의하면 차선이탈 경보장치가 구비된 차량(100)의 차선이탈 경보장치의 정상적인 작동상태 검사를 위해 상하/좌우 구동프레임(112)과 스폿판(114)을 구비하여 전방에 설치된 검사모듈(110); 상기 차량(100)의 높이 측정과 정확한 위치 파악을 위해 검사모듈(110) 후방 바닥의 양측에 설치된 측정모듈(120); 상기 측정모듈(120)과 연결되어 검사모듈(110)의 스폿판(1124)을 타겟으로 차선이탈 경보 장치의 정상적인 동작상태 여부를 테스트하기 위한 차량(100)의 차선 가이드 라인을 제공하는 가이드 드라이브 라인(130);으로 구성된다.

상기 차선이탈 경보장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 차량(100)의 전방영상을 촬영하여 영상신호를 출력하는 전방 촬영부(102); 상기 전방 촬영부(102)에서 인가되는 영상신호를 처리하여 주행차선을 검출하며, 상기 검출된 주행차선을 기준으로 차선이탈 여부를 판단하여 이를 경보하기 위한 동작을 제어하는 제어부(104); 상기 제어부(104)의 제어신호에 따라 원격 제어되는 원격제어부(106); 및 상기 원격제어부(106)의 인가 신호에 따라 전방의 좌우측 차선의 사각지역을 디스플레이하며, 차선 이탈을 경고하기 위한 A/V 모니터부(108);로 구성되어 있다.

상기 제어부(104)는 전방 촬영부(102)에서 촬영된 영상신호에서 차선을 검출하여 차선을 모델링하며, 상기 모델링된 차선과 차량의 주행 경로를 비교하여 차량의 주행차선 이탈여부를 판단한다.

여기서, 본 발명의 차선이탈 경보장치의 작동원리는 칼만 필터원리를 이용한다. 칼만 필터원리는 공분산과 확률을 이용한 일종의 예측 알고리즘으로서 어떤 사건이 일어날 확률을 분석하고 그것을 최대화 혹은 최소화를 통하여 정확히 어떠한 상황을 예측하는 원리를 말한다.

또한, 차선이탈 경보장치의 차량진행 중 얻어지는 데이터 변수는 차선너비, 차선곡률, 곡률변화, 차량 바깥쪽의 변위, 차량의 벗어남 정도, 피치 각도 등이 포함된다.

상기 검사모듈(110)은 도 3에 도시된 바와 같이‘I’자 형태의 상하/좌우 구 동 프레임(112)에 스폿(spot)판(114)이 부착되며, 상기 상하/좌우 구동프레임(112)은 검은색 플레이트로 구성되며, 스폿판(114)의 스폿은 흰색 포인트로 구성된다. 또한, 상기 스폿판(114)에는 측정영역의 수가 30개이므로 30개의 스폿이 구비되어 있다.

상기 검사모듈(110)을 이용한 차량(100)의 차선이탈 경보장치의 작동 상태 판정은 상하/좌우 구동프레임(112)이 이동함에 따라 차량(100)의 전방 촬영부(102)의 감지영역(102a)과 겹쳐지는 스폿판(114)의 스폿이 이탈된 범위의 갯수를 이용하여 차량(100)과의 통신을 통해 차선이탈 경보장치의 정상적인 작동 유무를 판단하게 된다.

즉, 상하/좌우 구동프레임(112)이 좌측/우측/상측/하측으로 이동함에 따라 차선이탈 경보장치의 전방 촬영부(102)의 감지영역(102a)과 겹쳐지는 스폿판(114)의 스폿 이탈범위에 따라 차선이탈 경보장치의 정상 작동 유무를 판단한다.

만약, 상기 상하/좌우 구동프레임(112)이 좌측/우측으로 이동함에 따라 차량의 좌측차선 이탈상태 혹은 우측차선으로 이탈상태를 측정할 수 있으며, 상기 상하/좌우 구동프레임(112)이 상측/하측으로 이동함에 따라 차량의 곡선도로 이탈상태를 측정할 수 있게 된다.

따라서, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 전방 촬영부(102)의 감지영역(102a)과 겹쳐지는 스폿판(114)의 스폿 숫자가 5개 감소하는 경우 차선이탈 경보장치 검사시스템에서는 이들 인지하여 차선이탈 경보장치의 정상적인 작동상태의 유무를 판단한다.

이어서, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 차선이탈 경보장치의 정상 작동상태 유무에 대한 검사과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 차량(100)의 정렬작업을 거친 후 차량(100)을 차선이탈 경보장치 검사시스템의 정위치에 셋팅하게 되면 작업시작의 신호를 받게 된다(S100).

그 상태에서 차선이탈 경보장치의 검사모듈(110)에 설치된 상하/좌우 구동 프레임(112)을 구동시킨다(S110).

그러면 상하/좌우 구동프레임(112)이 좌측/우측/상측/하측으로 이동함에 따라 차선이탈 경보장치의 전방촬영부(102)의 감지영역(102a)과 겹쳐지는 검사모듈(110)의 스폿판(114)의 스폿 이탈범위에 따른 데이터를 측정하여 차선이탈 경보장치 검사시스템으로 전송하게 된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상하/좌우 구동프레임(112)이 좌측/우측/상측/하측으로 이동함에 따라 차선이탈 경보장치의 전방 촬영부(102)의 감지영역(102a)과 겹쳐지는 스폿판(114)의 스폿 이탈범위 데이터를 측정하게 된다(S120).

따라서 차선이탈 경보장치 검사시스템에서는 등록된 차선이탈 패턴 데이터와의 측정 데이터를 비교하여 차선이탈 경보장치의 정상적인 작동상태를 판단하게 된다(S130).

만약, 상기 측정된 데이터가 등록된 차선이탈 패턴 데이터의 범위를 벗어나는 경우 차량이탈 경보장치 검사시스템에서는 차선이탈 경보장치가 비정상적인 작동상태임을 판정하게 된다(S140).

물론, 상기 측정된 데이터가 등록된 차선이탈 패턴 데이터의 범위 이내의 경우 차선이탈 경보장치가 정상적인 작동상태임을 판정하게 된다(S150).

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.