Journal Archive

차량 선회에 의한 인식영역은 요(Yaw) 회전각 ψ만큼 선회한 차량의 위치 내에 보행자가 위치할 때 충돌을 한다는 것을 근거로 정의하였다.

요 회전각 ψ는 정지시거 d_ssd만큼 후륜 중심의 최소 회전반경 R_rc로 선회 이동을 한 각도와 같으며, 이를 식으로 표현하면 식 (1)과 같다.

여기서 정지시거 d_ssd는 식 (2)와 같다.

where,
ν_c : vehicle velocity (m/s )
t_prt : perception reaction time (s )
g : acceleration of gravity (m/s²)
f : coefficient of friction

식 (1)에서 R_rc는 후륜 내외륜의 최소 회전반경 R_rr, R_rl의 중간값이므로 식 (3)과 같이 표현된다.

식 (3)에서 R_rl, R_rr을 구하기 위한 식은 식 (4), (5)와 같다.

where,
R_fl : minimum turning radius of front left (m)
L_wb : wheelbase (m)

where,
T_wb : tread (m)

식 (3)에 식 (4), (5)를 대입하면 R_rc는 최종적으로 식 (6)과 같다.

보행자 이동에 의한 인식영역은 보행자가 직선 이동에 의해 정지상태인 차량과 충돌을 한다는 것을 근거로 정의하였다.

보행자 이동에 의한 인식영역 d_p는 식 (7)과 같다,

where,
ν_p : walking velocity (m/s )

Fig. 1은 차량 선회와 보행자 이동을 동시에 고려한 인식영역이다. 보행자 이동을 고려한 인식영역 d_p의 사다리꼴 변위 d_p′은 식 (8)과 같다.

Fig. 1 
Collision area of considering both vehicle turning and pedestrian movements

대상 승합차의 전후 오버행 O_f, O_r을 반영한 변수 L₁과 L₂는 식 (9), (10)과 같고, 이를 이용한 변수 d₁과 d₂는 식(11), 식 (12)와 같다.

측면 보행자 충돌을 고려한 인식영역의 사다리꼴 전후 측면 변위 d_f, d_r은 앞에서 구한 사다리꼴 변위 d_p′과 변수 d₁, d₂를 이용하면 식 (13), (14)와 같다.

본 논문에 사용되는 초음파 센서 및 승합차 모델의 제원은 Table 1, 2와 같으며, 승합차 제원 중 최소 회전반경은 바깥 쪽 앞바퀴 자국의 중심선을 기준으로 한다.

d_ssd를 구하는 식 (2)에서 차량이 정지상태로 시작해 짧은 시간동안 주행하기 때문에 υ_c는 1.38m/s (5km/h)의 값을 대입하고, 운전자가 주의를 집중한다는 가정하에 t_prt의 값은 0.5초, 차량이 저속으로 주행하기 때문에 f는 0.8의 값을 대입하면 최종적으로 d_ssd는 0.8113 m로 도출된다.

식 (6)에 Table 2 차량 제원 값을 대입하면, R_rc는 3.7657 m로 도출된다.

앞에서 도출된 d_ssd, R_rc를 식 (1)에 대입하면 ψ는 12.3442°의 값을 가진다.

식 (7)에서 υ_p를 업무지역의 평균 보행속도인 1.38 m/s(5 km/h)⁷⁾, 인지반응시간 t_prt를 보행자가 주의를 집중한다고 가정하여 0.5초로 선정하면 d_p는 0.69 m로 도출된다.

앞에서 구한 ψ와 d_p의 값을 식 (8)에 대입하면 d_p′은 0.7063 m의 값을 가진다.

식 (11)와 식 (12)에 Table 2 승합차의 전후 오버행 값과 축거 값을 대입하면 d₁은 0.8872 m, d₂는 0.272m의 값을 가지게 된다.

최종적으로 앞에서 구한 d_p′, d₁, d₂값을 식 (13), (14)에 대입하면 Fig. 2와 같이 d_f는 1.5935 m, d_r은 0.4722 m의 값이 도출된다.

Fig. 2 
Recognition area

본 연구에서는 배선 작업이 용이한 램프류 인근 중 보행자의 키에 따른 거리 값 변화, 사이드미러 감지로 인한 오작동 문제가 발생하지 않는 Fig. 3과 같은 후미등과 측면등 부근을 초음파 센서의 장착위치로 선정했다.

Fig. 3 
Ultrasonic sensor location

Fig. 4는 측면 보행자 유무의 판단이 주목적인 경우, 초음파 센서의 장착위치 및 감지방향이다. 센서 ①과 ②사이 6°의 각이 있지만 사이각의 측면 충돌인식영역 끝부분인 1.4 m 지점에서 간격은 약 0.15 m이다. 어린이의 평균 머리 둘레는 약 0.5 m로 직경은 약 0.16 m이다. 간격보다 어린이의 머리 직경이 크기 때문에 측면 충돌 인식영역의 보행자가 존재하면 최소 1개의 센서에는 감지된다. 센서 ③은 음파의 충돌각에 의해 차량 측면을 감지하지 않는다.

Table 3은 장착된 센서로 측면 보행자충돌을 고려한 인식영역 내 보행자의 유무를 판단하는 각 Case의 알고리즘이다.

Fig. 4 
Direction and location of ultrasonic sensor

Fig. 5(a)는 Case 1 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ①의 값이 1.75보다 작으면 인식영역 내에 보행자가 있다고 판단한다.

Fig. 5 
Detection area

Fig. 5(b)는 Case 2 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ②와 ③의 공동 인식영역이다. 센서 ②와 ③에서 원의 방정식은 식 (15), 식 (16)과 같다.

여기서, D₂는 센서 ②에서 측정되는 보행자까지의 거리이고, D₃는 센서 ③에서 측정되는 보행자까지의 거리이다. 식 (15), 식 (16)을 이용하여 두 원의 교점 x좌표 x_p와 y좌표 y_p는 식 (17), 식 (18)과 같이 나타낼 수 있다.

센서 ②, ③의 값이 0보다 클 때, 알고리즘 식을 만족하면 보행자가 인식영역 내에 위치한다고 판단한다.

Fig. 5(c)는 Case 3 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ②에는 감지가 안되고 ③에만 감지가 될 때 인식영역 내에 보행자가 있다고 판단한다.

Fig. 6은 최종적인 영역 인식 기반의 감지영역이다.

Fig. 6 
Detection area on the base of area

Fig. 7은 차량 측면에 보행자가 존재할 때 위치에 따른 위험도 판단이 주목적인 경우 초음파 센서의 장착위치 및 감지방향이고, 인식 알고리즘은 Table 4와 같다.

Fig. 7 
Direction and location of ultrasonic sensor

Fig. 8(a)는 Case 1 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ①의 값이 0보다 크고 1.6보다 작으면 위험영역 내에 보행자가 있다고 판단하고, 1.6보다 크고 2.5보다 작으면 경고영역 내에 보행자가 위치한다고 판단한다.

Fig. 8 
Detection area

Fig. 8(b)는 Case 2 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ②의 값이 0보다 크고 0.6보다 작으면 위험영역 내에 보행자가 있다고 판단하고, 0.6보다 크고 1.3보다 작으면 경고영역 내에 보행자가 위치한다고 판단한다.

Fig. 8(c)는 Case 3 알고리즘의 감지영역을 나타낸 것으로 센서 ③과 ④의 값이 0보다 클 때, 알고리즘식을 만족하면 보행자가 인식영역 내에 위치한다고 판단한다.

Fig. 9는 최종적인 위치인식 기반 감지영역이다.

Fig. 9 
Detection area on the base of location

승합차 모델이 정지상태일 때 차량 측면 전 영역에 직경 0.1 m, 높이 1 m의 원기둥과 키 1.2 m, 어깨 폭 0.5 m, 가슴에서 등까지의 폭 0.4 m의 어린이 모델을 위치시켜 실험을 진행하였다.

영역 기반의 인식 결과는 Fig. 10, 11과 같고, 위치기반의 인식 결과는 Fig. 12, 13과 같다.

Fig. 10 
Cylinder recognition

Fig. 11 
Child recognition

Fig. 12 
Cylinder recognition

Fig. 13 
Child recognition

차량이 선회 운동을 하고 보행자가 위험영역에 위치한 상황에서 알고리즘을 검증하였다. 보행자가 안전한 영역에 있을 시에는 브레이크 조작을 하지 않았고, 위험영역에 있을 때 풀 브레이크를 인가하였다.

결과는 Fig. 14, 15와 같다.

Fig. 14 
Child recognition

Fig. 15 
Child recognition