드라이빙 시뮬레이터 시스템{DRIVING SIMULATOR SYSTEM}

본 발명은 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 가상현실과 실시간 차량해석 프로그램을 이용하여 차량 평가 및 시험을 진행할 수 있도록 하는 드라이빙 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.

시뮬레이터는 실제 또는 가상의 동적 시스템 모형을 제작한 다음 컴퓨터 프로그램을 통해 시험 및 평가하는 것으로, 그에 대한 한 예로 풍동(風洞)을 사용하여 항공기의 비행중 상태를 시험 및 조사하거나 물탱크 안에서 배의 항해중 상태를 조사하는 것 등에 응용되고 있다.

종래에는 차량에 대한 시뮬레이션 장치가 제공되고 있지 않아 설계 제작된 자동차나 개발되는 임의의 부품에 대하여 실차 장착상태에서의 실험 분석 및 평가를 위해서는 실차에 실험 및 분석장치를 탑재시킨 다음 직접 운행시키고 있는 실정이다.

따라서, 신뢰성이 입증되지 못한 시험 제작 차량의 운행이나 부품의 적용에의한 운행으로 위험성이 항상 존재하게 되며 시험의 정확한 분석 평가를 위해서 반복적인 주행을 하여야 하므로 실차 상태로의 시험 시간에 많은 제약이 따르게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 실제 자동차를 직접 운행하지 않고서도 마치 실제 차량을 타고 주행하는 듯한 느낌의 가상현실을 제공하여 실시간 차량 해석 프로그램을 통한 차량 시험 평가 및 분석을 용이하게 수행할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터 시스템의 개략적인 구성도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 가상 현실로 시험 분석되는 차량 모델이 안치되는 로딩장치와, 차량 모델에서 운전자가 조작하는 각종 신호를 수신하여 시험 진행을 위한 해당 장치에 전송하는 제어힘 로딩시스템과, 상기 제어힘 로딩시스템에서 전송되는 차량 모델의 각종 신호를 설정된 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 통한 분석으로 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 제반적인 가상 현실 시험을 진행하는 차량 동역학 시스템과, 상기 차량 동역학 시스템에서 전송되는 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석하여 차량의 거동 조건을 연산하는 운동 시스템과, 상기 운동 시스템에서 인가되는 거동 조건에 따라 구동되는 운동 플랫폼과, 가상 현실 시험 중 차량에 관련되는 각종 소리를 스피커를 통해 재현시키는 청각 시 스템과, 가상 현실 공간의 주행 환경을 재현하여 주는 시각 시스템과, 시각 시스템에서 인가되는 신호에 따라 전후방의 주행 환경을 스크린을 통해이미지로 재현시키는 이미지 제너레이터와, 상기한 각각의 장치를 온라인 접속하여 장치간 시뮬레이션에 필요한 제반적인 정보를 인터페이스하는 네트워크 및, 가상 현실로 진행되는 차량 모델의 시험 결과를 모니터링하여 그 결과 데이터 저장하는 모니터링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이빙 시뮬레이션 시스템을 제공한다.

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

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 드라이빙 시뮬레이터 시스템은 로딩장치(10)와, 제어힘 로딩시스템(20), 차량 동역학 시스템(30), 운동 시스템(40), 청각 시스템(50), 시각 시스템(60), 모니터링 시스템(70), 운동 플랫폼(80), 제1,제2 이미지 제너레이터(90A)(90B), 제1,제2 스크린(100A)(100B) 및 네트워크(120)로 이루어지는데, 로딩장치(10)는 가상 현실 조건으로 시험되는 차량 모델(A)이 안치되고, 제어힘 로딩시스템(20)은 차량 모델(A)에서 운전자가 조작하는 각종 신호(가속페달의 구동 변위, 브레이크 페달의 구동, 이그니션 키의 접점, 변속단 선택 위치, 조향 휠의 각도 변위)를 수신한 다음 각각의 조건에 대하여 가상 현실 시험 진행을 수행시켜주는 해당 장치측에 전송한다.

차량 동역학 시스템(30)은 설정된 차량의 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 통하여 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 계산된 결과를 네트워크(120)를 통해 다른 시험 진행 장치측에 전송하며, 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 시험 모델(A)내의 클러쉬 패널에 차량의 속도나 RPM 등 운전자가 필요한 정보를 실시간으로 나타나게 하여 준다.

운동 시스템(40)은 'Inverse Kinematics'와 'Washout' 알고리즘을 통해 실제 차량 거동을 파악한 다음 운동 플랫폼(80)을 어떻게 움직여야 하는지를 연산하여 연산된 결과로 운동 플랫폼(80)을 동작시켜 준다.

청각 시스템(50)은 시험되는 가상 현실 상에서 차량에 관련되는 각종 소리(소음 포함), 즉 차량의 엔진 시동음과 주행음, 그리고 교행하는 차량이 있는 경우 교행음, 주변의 소음 등 모든 소리를 스피커(SPK)를 통해 재현시켜 운전자가 실제로 차를 타고 주행하는 듯한 느낌을 같게 하여 준다.

시각 시스템(60)은 가상 현실 기술을 사용하여 운전자가 현재 주행하고 있는 모든 환경, 즉 도로, 건물, 나무, 교행하는 차량 등을 재현하여 준다.

모니터링 시스템(70)은 모든 시스템의 정보를 수신하여 차량 상태를 감시하거나 차량의 위치 및 운전자가 조작하는 모든 것을 감시 혹은 데이터로 저장하는 역할을 수행하며, 각종 신호처리에 대한 전처리 및 후처리를 수행하는 시험 진행에서의 관측과 제어 및 데이터 수집 기능을 수행한다.

운동 플랫폼(80)은 운동 시스템(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 X축과 Y축 및 Z축으로 동작되어 로딩장치(10)에 안치되어 있는 차량 모델(A)에 탑승하고 있는 운전자에서 실제 차량에서 느끼는 롤링(Rolling)과 피칭(Pitching) 및 요잉(Yawing) 등의 모든 운동을 느낄 수 있도록 하여 준다.

제1이미지 제너레이터(90A)는 시각 시스템(60)에서 인가되는 정보에 따라 전방 스크린(100A)을 통해 가상 현실로 주행되어지는 전방 도로 및 주변의 화면을 재현시켜 운전자가 전방 상황을 관측할 수 있도록 하여주고, 제2이미지 제너레이터(90B)는 시각 시스템(60)에서 인가되는 정보에 따라 후방 스크린(100B)을 통해 가상 현실로 주행되어지는 도로의 후방 화면을 재현시켜 운전자가 룸미러나 사이드 미러를 통해 후방 시야를 관측할 수 있도록 한다.

네트워크(120)는 상기한 각각의 장치를 접속하여 장치간 시뮬레이션에 필요한 제반적인 정보의 인터페이스를 제공한다.

상기한 바와 같은 기능을 포함하는 구성으로부터 차량의 드라이빙 시뮬레이션을 수행하는 동작은 다음과 같다.

시험자가 로딩장치(10)에 실차의 조건과 동일하게 제작되어 있는 차량 모델(A)안에서 실차를 운전하듯이 모의 운전을 하게 되면 운전자가 조작하는 이그니션 키의 트리거 동작과 가속페달의 구동 변위, 브레이크 페달의 구동 여부 및 구동 변위, 변속단 선택, 조향휠의 조작 등 운전과정에서 이루어지는 제반적인 신호는 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 검출된 다음 차량 동역학 시스템(30)에 인가된다.

차량 동역학 시스템(30)은 모의 운전 과정에서 운전자의 조작에 의해 검출되는 제반적인 신호를 설정된 수학적인 모델 및 실시간 시뮬레이션 모델을 이용하여 차량의 상태를 실시간적으로 계산한 다음 계산된 결과를 네트워크(120)를 통해 접속되어 있는 다른 시스템에 전송하며, 동시에 제어힘 로딩시스템(20)을 통해 모델 차량(A)에 전송하여 클러쉬 패널상에 현재의 차량 속도와 RPM 등의 정보를 실시간적으로 지시하여 운전자에게 통지하여 준다.

또한, 네트워크(120)를 통해 차량 동역학 시스템(30)으로부터 현재의 차량 상태 정보를 제공받은 운동 시스템(40)은 'Inverse Kinematics' 와 'Washout' 알고리즘을 통해 현재의 차량 상태 정보를 분석하여 차량의 거동 상태를 연산한 다음 연산된 결과로 운동 플랫폼(80)을 구동시켜 차량 모델(A)에 앉아 있는 운전자가 실제 차량의 주행과정에서 느끼는 롤링과 피칭 및 요잉 등의 운동을 느낄 수 있도록 제어하며, 운동 플랫폼(80)의 구동 과정에서 검출되는 위치정보를 피드백 검출 분석하여 정밀 제어가 수행될 수 있도록 한다.

또한, 차량 동역학 시스템(30)으로부터 네트워크(120)를 통해 가상 시험되고 있는 차량의 상태정보를 수신한 청각 시스템(50)은 차량의 운행에서 발생되는 소음을 포함하는 각종 소리, 즉 차량의 시동음과 주행음, 교행하는 차량이 있는 경우 교행음 등 모든 소리를 스피커(SPK)를 통해 재현시켜 차량 모델(A)에 앉아 있는 운전자가 실제로 차를 운전하고 주행하는 듯한 느낌을 같게 하여 준다.

또한, 차량 동역학 시스템(30)으로부터 네트워크(120)를 통해 가상 시험되고 있는 차량의 상태정보를 수신한 시각 시스템(60)은 설정된 가상 현실 기술을 사용하여 제1,제2 이미지 제너레이터를 통해 운전자가 주행하고 있는 모든 환경, 즉 도로, 건물, 나무, 교행 차량 등을 재현시켜 운전자가 실제로 차를 운전하는 듯한 느낌을 갖게 하여 준다.

즉, 시각 시스템(60)은 제1이미지 제너레이터(90A)를 통해 전방 스크린(100A)상에 가상 현실로 주행되어지는 전방 도로 및 주변의 화면을 재현시켜 운전자가 전방 상황을 관측할 수 있도록 하여주고, 제2이미지 제너레이터(90B)를통해 후방 스크린(100B)상에 가상 현실로 주행되어지는 도로의 후방 화면을 재현시켜 운전자가 룸미러나 사이드 미러를 통해 후방 시야를 관측할 수 있도록 한다.

상기와 같이 가상 현실의 시뮬레이션이 진행되는 상태에서 모니터링 시스템(70)은 네트워크(120)를 통해 차량 상태를 감시하거나 차량의 위치 및 운전자가 조작하는 모든 것을 감시함과 동시에 수집되는 데이터를 저장하여 시험 결과의 분석에 활용할 수 있도록 하여 준다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차량의 실차 시험과 동일한 조건으로 가상 현실의 시험을 제공하므로, 실차 시험이 매우 어려운 각종 신기술의 개발시 실차 시험 대용으로 활용하고, ITS(Intelligent Transportation System)관련 신기술 및 장애인이나 노약자의 운전 거동 등을 연구하거나 완전히 새로운 차량 시스템의 개발시 혹은 적용시 운전자의 반응 연구에 효율적으로 활용한다.