KR100754266B1 - 회전 반경 산출 방법, 그 회전 반경 산출 방법을 이용한스티어링 보조 장치 및 주차 보조 장치, 회전 반경 산출프로그램 및 기록 매체 - Google Patents

회전 반경 산출 방법, 그 회전 반경 산출 방법을 이용한스티어링 보조 장치 및 주차 보조 장치, 회전 반경 산출프로그램 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

스티어링 각도와 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하는 관계식으로 스티어링 시스템 모델을 표현하는 단계; 설계 데이터에 기초하여 기지 파라미터의 데이터를 입력하는 단계; 제로 스티어링 상태에 대응하는 관계식과 풀 스티어링 상태에 대응하는 관계식으로부터 미지 파라미터를 산출하는 단계; 미지 파라미터에 대해 산출된 데이터가 입력된 관계식을 이용하여 제로 스티어링 상태와 풀 스티어링 상태 사이의 복수의 스티어링 각도에 대응하는 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출하는 단계; 외측 타이어 및 내측 타이어의 산출된 회전 각도에 대응하는 회전 반경을 산출하는 단계; 및 복수의 스티어링 각도 및 회전 반경에 기초하여 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 산출하는 단계를 포함하는 회전 반경 산출 방법이 개시된다.
회전 반경 산출 방법, 스티어링 보조 장치, 주차 보조 장치, 회전 반경 산출 프로그램, 기록 매체

Description

회전 반경 산출 방법, 그 회전 반경 산출 방법을 이용한 스티어링 보조 장치 및 주차 보조 장치, 회전 반경 산출 프로그램 및 기록 매체{TURNING RADIUS CALCULATION METHOD, STEERING ASSISTANCE APPARATUS AND PARKING ASSISTANCE APPARATUS EMPLOYING THE TURNING RADIUS CALCULATION METHOD, TURNING RADIUS CALCULATION PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM}
발명이 속하는 기술분야
본 발명은 스티어링 각도로부터 차량의 회전 반경을 산출하는 방법, 이 방법을 이용한 스티어링 보조 장치 및 주차보조장치, 컴퓨터가 이 방법을 실행하도록 하는 회전 반경 산출 프로그램 및 기록 매체에 관한 것이다.
종래기술
종래에는, 예를 들어 JP 2002-251632A에 개시된 바와 같이, 모니터 스크린 상에 CCD 카메라에 의해 캡쳐된 차량의 실제 리어뷰 (rear view) 이미지를 표시하고, 센서에 의해 검출된 스티어링 각도에 대한 정보에 따른 그 후진 이동 동안에 차량의 예상 위치를 겹쳐지는 방식으로 모니터 스크린 상에 표시함으로써 운전 조작을 보조하는 운전 보조 장치가 개발되어 있다. 상술한 운전 보조 장치는, 예를 들어, 운전자가 모니터 스크린 상에서 예상된 위치를 보면서 차량을 운전함으로써 주차 공간에 차량의 측면주차를 수행하도록 했다.
발명이 해결하고자 하는 과제
차량의 후진 이동 동안에 예상된 위치를 이러한 방식으로 도시하기 위해, 임의의 스티어링 각도에 대응하는 차량 회전 반경이 필요하다. 종래에는, 차량이 복수의 상이한 스티어링 각도로 회전한 후, 차량의 각각의 회전 반경들을 측정하고 그렇게 얻은 데이터를 다른 방식으로 삽입하거나 프로세스하여 차량의 회전 반경을 얻는다.
그러나, 회전 반경의 실제 측정은 복수의 상이한 스티어링 각도에 대응하는 복수의 회수만큼 수행되어야 한다. 이는 매우 번거롭다는 문제를 초래한다. 또한, 이 운전 보조 장치를 몇몇 차량 모델에 설치하려는 시도를 할 경우, 힘든 작업인 실제 측정을 통해 각 차량 모델의 차량 특성을 찾는 것이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제를 고려하여 만들어졌다. 본 발명의 목적은 실제 측정을 수행하지 않고 임의의 스티어링 각도에 대응하는 차량 회전 반경을 용이하게 얻을 수 있는 회전 반경 산출 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 회전 반경 산출 방법을 이용한 스티어링 보조 장치 및 운전 보조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 컴퓨터가 회전 반경 산출 방법을 실행하도록 하는 회전 반경 산출 프로그램 및 기록 매체를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 제 1 양태에 따른 회전 반경 산출 방법은, 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 (known) 파라미터와 미지 (unknown) 파라미터를 포함하는 관계식에 의해 스티어링 시스템 모델을 표현하는 단계; 설계 데이터에 기초하여 기지 파라미터에 대한 데이터를 입력하도록 요청하는 단계; 기지 파라미터에 대한 데이터의 입력 후 제로 스티어링 상태에 대응하는 관계식과 풀 스티어링 상태에 대응하는 관계식으로부터 미지 파라미터를 산출하는 단계; 미지 파라미터에 대해 산출된 데이터가 입력된 관계식을 이용하여, 제로 스티어링 상태와 풀 스티어링 상태 사이의 범위를 분할함으로써 얻은 복수의 스티어링 각도에 각각 대응하는 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도를 산출하는 단계; 산출된 회전 각도에 대응하는 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 반경을 산출하는 단계; 및 복수의 스티어링 각도 및 회전 반경에 기초하여 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 산출하는 단계를 포함한다.
차량의 설계 데이터에 기초한 기지 파라미터에 대한 데이터를 입력함으로써, 제로 스티어링 상태에 대응하는 관계식과 풀 스티어링 상태에 대응하는 관계식으로부터 미지 파라미터를 산출한다. 관계식을 이용하여 복수의 스티어링 각도에 대응하는 외측 및 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출한다. 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도로부터 회전 반경을 각각 산출한 후, 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 획득한다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 스티어링 보조 장치는 차량의 후진 이동 동안의 차량 리어뷰 이미지, 및 스티어링 각도에 대응하는 차량의 후진 이동 위치가 겹쳐지는 방식으로 모니터 상에 표시되는 스티어링 보조 장치에 관한 것이며, 차량의 후진 이동 위치는 상술한 회전 반경 산출 방법에 의해 스티어링 각도로부터 산출된 회전 반경에 기초하여, 모니터 상에 표시된다.
또한, 본 발명의 제 3 양태에 따른 주차 보조 장치는 차량을 목표 주차 공간에 주차하는 조작에 대한 안내를 제공하는 주차 보조 장치에 관한 것으로, 차량을 주차시키는 조작에 대한 안내는 상술한 회전 반경 산출 방법에 의해 스티어링 각도로부터 산출된 회전 반경에 기초하여 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 따른 회전 반경 산출 프로그램은 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하는 관계식에 의해 스티어링 시스템 모델을 표현하는 단계; 차량의 설계 데이터에 기초하여 기지 파라미터에 대한 데이터를 입력하는 단계; 기지 파라미터에 대한 데이터의 입력 후 제로 스티어링 상태에 대응하는 관계식과 풀 스티어링 상태에 대응하는 관계식으로부터 미지 파라미터를 산출하는 단계; 미지 파라미터에 대해 산출된 파라미터가 입력된 관계식을 이용하여, 제로 스티어링 상태와 풀 스티어링 상태 사이의 복수의 스티어링 각도에 각각 대응하는 외측 및 내측 타이어의 회전 각도를 산출하는 단계; 외측 타이어 및 내측 타이어의 산출된 회전 각도에 대응하는 회전 반경을 산출하는 단계; 및 복수의 스티어링 각도 및 회전 반경에 기초하여 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 산출하는 단계를 컴퓨터가 실행하도록 한다.
또한, 본 발명의 제 5 양태에 따른 기록 매체는 상술한 회전 반경 산출 프로그램이 기록되는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 관한 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 회전 반경 산출 방법을 도시한 플로우 차 트이다.
도 2는 본 실시형태에 사용되는 스티어링 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 3은 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도로부터 차량의 회전 반경을 산출하는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시형태에서 획득된 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 함수 식을 도시한 그래프이다.
도 5는 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도로부터 차량의 회전 반경을 산출하는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 주차 보조 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 각각 주차 보조 장치의 모니터 상에 표시된 차량 리어뷰 이미지를 도시한 도면이다.
본 발명을 수행하기 위한 실시형태 모드
이하, 첨부한 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 회전 반경 산출 방법의 플로우 차트를 도시한다. 먼저, 단계 S1 에서 스티어링 시스템 모델은 차량 설계 데이터의 소정의 피스를 사용하여 구성된다. 이 실시형태는 도 2에 예시된 스티어링 시스템 모델을 다룬다.
도 2를 참조하면, AB는 타이어와 일체로 점 A (kingpin) 를 회전하는 로커암 (rocker arm) 을 나타내고, DE는 타이어와 일체로 점 D (kingpin) 를 회전하는 로커암을 나타내고, CF는 스티어링 휠의 스티어링에 따라 측면으로 이동하는 랙 (rack) 을 나타내고, BC는 로커암과 랙에 연결된 타이 로드 (tie-rod) 를 나타내고, EF는 로커암과 랙에 연결된 타이 로드를 나타내고, H는 랙의 위치를 나타내고, J는 로커암의 길이를 나타내고, K는 타이 로드의 길이를 나타내고, 2L은 랙의 길이를 나타내고, 2M은 킹핀들 사이의 거리를 나타내고, S는 (스티어링 휠의 스티어링 각도 τ에 비례하는) 랙 스트로크 (stroke) 를 나타내고, θ는 로커암의 각도를 나타내고, α는 외측 타이어의 회전 각도를 나타내고, β는 내측 타이어의 회전 각도를 나타낸다.
도 2로부터 B와 C 사이의 거리의 제곱은 타이 로드의 길이 (k) 의 제곱과 같으며, E와 F 사이의 거리의 제곱은 타이 로드의 길이 (k) 의 제곱과 같다. 따라서, 다음의 관계식 (1) 과 (2) 를 얻는다.
[{M-Jcos(θ+α)}-(L+S)]2+[Jsin(θ+α)-H]2 = K2 … (1)
[{-M+Jcos(θ-β)}-(-L+S)]2+[Jsin(θ-β)-H]2 = K2 … (2)
그 다음 단계 S2에서, 설계 데이터에 기초하여, 타이 로드의 길이 (k), 랙의 길이 (2L), 킹핀들 사이의 거리 (2M), 랙의 최대 스트로크 (Sm), 외측 타이어의 최대 회전 각도 (αm), 및 내측 타이어의 최대 회전 각도 (βm) 를 포함하는 기지 파라미터의 데이터의 피스를 입력하기 위한 오퍼레이터가 필요하다.
오퍼레이터가 기지 파리미터에 대한 데이터의 피스들을 반드시 입력해야하는 것은 아니다. 미리 준비된 데이터를 자동적으로 또는 오퍼레이터에 의해 수행된 오퍼레이션을 통해 판독할 수도 있다.
기지 파라미터에 대한 데이터의 피스들이 단계 S2에서 입력될 때, 단계 S3에서 제로 스티어링 (중립 위치) 상태와 풀 스티어링 상태로부터 다음의 식을 얻는다.
먼저, 스티어링 양이 0일때, α = β = 0이고 S = 0이다. 따라서, 식 (1) 및 (2) 로부터 다음의 식 (3) 을 얻는다.
[{M-Jcos(θ)}-L]2+[Jsin(θ)-H]2 = K2 … (3)
또한, 스티어링 양이 최대일 때, α = αm, β = βm, 및 S = Sm이다. 따라서, 식 (1) 및 (2) 는 각각 다음의 식 (4) 및 (5)로 표현된다.
[{M-Jcos(θ+αm)}-(L+Sm)]2+[Jsin(θ+αm)-H]2 = K2 … (4)
[{-M+Jcos(θ-βm)}-(-L+Sm)]2+[Jsin(θ-βm)-H]2 = K2 … (5)
이하, 뉴튼-랩슨법과 같은 수치 해석법을 사용하여, 미지 파라미터 J, H, 및 θ에 대해 식 (3), (4), 및 (5) 를 푼다. 미지 파라미터 J, H, 및 θ의 얻은 해를 식 (1) 및 (2) 에 대입하면, 이들 식 (1) 및 (2) 는 외측 타이어의 회전 각도 α, 내측 타이어의 회전 각도 β 및 랙의 스트로크 (S) 를 변수로서 포함한다.
따라서, 단계 S4 에서, S = 0 부터 S = Sm 까지의 범위를 10등분 함으로써 얻은 값 Sn (n = 0 내지 10, S0 = 0, S10 = Sm) 이 랙의 스트로크 (S) 에 대해 주어지고, 식 (1) 및 (2) 를 뉴튼-랩슨법과 같은 수치해석법에 의해 α와 β에 대해 푼다. 이러한 방식으로, Sn에 대응하는 αn과 βn을 얻을 수 있다.
랙의 스트로크 (S) 가 스티어링 휠의 스티어링 각도 (τ) 에 비례하고, 풀 스티어링 각도 (τm) 가 차량의 설계데이터로서 알려져 있으므로, Sn에 대응하는 τn을 산출하는 것이 가능하다. 그 결과, 복수의 쌍의 외측 타이어의 회전 각도 (αn) 와 내측 타이어의 회전 각도 (βn) 를 스티어링 휠의 소정의 스티어링 각도 (τn) 에 대해 얻을 수 있다. 스티어링 휠의 스티어링 각도 (τ) 는 일측 상의 스티어링 정도를 나타내는 포지티브 값으로만 정의된다.
그 다음, 단계 S5에서 차량의 리어 차축의 중앙의 회전 반경을 외측 타이어의 회전 각도 (αn) 과 내측 타이어의 회전 각도 (βn) 로부터 산출한다. 우측 및 좌측 프론트 휠 (스티어링된 차량 휠) 의 축의 연장선의 교차점이 리어 휠의 축의 연장선 상에 위치한다면 (즉, Ackermann geometry의 경우), 회전 반경은 비교적 간단하게 산출될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 우측 프론트 휠과 좌측 프론트 휠의 축의 연장선의 교차점이 도 3에 도시한 바와 같이 리어 휠의 축의 연장선 상에 위치하지 않는다. 그러므로, 이 실시형태에서, 우측 프론트 휠의 차축과 리어 휠의 차축과의 각각의 교점과 좌측 프론트 휠의 차축과 리어 휠의 차축의 교점 사이의 중점을 회전 중심으로 간주하여 회전 반경을 산출한다.
도 3을 참조하면, 리어 차축 중심으로부터 내측 타이어의 차축과 리어 휠 차축과의 교점까지의 거리 (Rcin) 는 다음과 같다.
Rcin = WB/tan(βn)+M … (6)
리어 차축 중심으로부터 외측 타이어의 차축과 리어 휠 차축과의 교점까지의 거리 (Rcon) 는 다음과 같다.
Rcon = WB/tan(αn)-M … (7)
따라서, 회전 반경 (Rcn) 은 다음과 같이 표현된다.
Rcn = (Rcin+Rcon)/2
= WB[{1/tan(αn)}+{1/tan(βn)}]/2 … (8)
WB는 차량의 휠베이스, M은 킹핀간 거리의 절반을 나타낸다.
따라서, 외측 타이어의 소정의 회전 각도 (αn) 와 내측 타이어의 소정의 회전 각도 (βn) 에 대응하는 회전 반경 (Rcn) 이 산출된다.
단계 S4에 기술한 바와 같이, 외측 타이어의 회전 각도 (αn) 과 내측 타이어의 회전 각도 (βn) 은 소정의 스티어링 각도 (τn) 에 대해 획득되고, 이는 소정의 스티어링 각도 (τn) 에 대응하는 회전 반경 (Rcn) 이 그렇게 산출된다는 것을 의미한다.
또한, 회전 반경 (Rm) 이 다음의 계산을 수행함으로써 Rcn으로부터 획득된다.
Rmn = {(Rcn+M)2+WB2}1/2+IK
여기서, Rmn은 외측 프론트 휠 (즉, 회전의 외측에 위치한 스티어링된 차량 휠) 의 회전 반경을 나타내고, IK는 프론트 휠의 타이어의 중심과 킹핀 사이의 거리를 나타내며 이는 다음과 같이 표현된다.
IK = (TRF-2M)/2
여기서, TRF는 프론트 트레드 (front tread) 를 나타낸다.
단계 S5에서 산출된 복수의 쌍의 스티어링 각도 (τn) 와 회전 반경 (Rmn) 에 기초하여, 스티어링 각도 (τn) 에 대한 회전 반경 (Rmn) 의 근사 함수 R(τ)는 단계 S6에서 산출된다.
예를 들어, 근사 함수 R(τ)는 멱함수에 의해 근사되고 미지 계수 A 및 B를 포함하는 다음의 식 (9) 로 정의된다.
R(τ) = Aㆍ(τ)B … (9)
단계 S5에서 스티어링 각도 (τn) 와 회전 반경 (Rm) 에 대해 획득된 복수의 피스의 데이터로부터 다음의 식 (10) 이 이 근사 함수 R(τ) 에 대해 만들어질 수 있다.
Rmn = Aㆍ(τn)B + Dn (예를 들어, n = 0 내지 10) … (10)
그 다음, 편차 (Dn) 의 제곱의 합 (V), 즉, V = ∑(Dn)2 을 최소화하는 계수 A 및 B를 산출한다. 예를 들어, 심플렉스법과 같은 수치 해석법을 산출 방법으로 사용할 수 있다.
산출된 계수 A 및 B를 식 (9) 에 적용함으로써, 임의의 스티어링 각도에 대한 회전반경을 획득하기 위한 함수식 R(τ)를 얻는다.
스티어링 각도에 대한 회전 반경의 관계는, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 그렇게 획득된 함수식 R(τ)로부터 획득된다.
단계 S6에서 근사 함수 R(τ)를 산출시, 예를 들어, 10쌍의 스티어링 각도 (τn) 와 회전 반경 (Rmn) 을 모두 사용하는 대신, 적절한 수의 데이터의 쌍을 큰 스티어링측 (풀 스티어링 상태에 가까운 측) 으로부터의 선택하여 사용할 수 있으 며, 그렇게 함으로써 큰 스티어링측에 대한 보다 큰 정확성을 갖는 근사된 함수를 획득할 수 있다. 따라서, 차량의 후진 이동의 더욱 정확한 위치들을 제공할 수 있으며 스티어링 또는 주차 보조시 보다 정확한 주차안내를 제공할 수 있다.
근사 함수 R(τ) 는, 예를 들어, 10 쌍의 스티어링 각도 (τn) 와 회전 반경 (Rmn) 에 대한 데이터를 스티어링 양이 증가함에 따라 가중치를 두어 산출할 수도 있다.
또한, 근사 함수 R(τ) 는 멱함수 이외의 함수에 의해 근사될 수도 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 2개의 휠 모델이 사용되고 θcal은 프론트 휠의 가상 회전 각도를 나타낸다고 가정하면, 다음의 식 (11) 을 얻는다.
R(τ) = [WB2+(Rc+M)2]1/2+IK … (11)
상기 식에서, Rc = WB/tan(θcal) 및 θcal = Cτ2+Dτ+E이다. 큰 스티어링 측 (풀 스티어링 상태에 가까운 측) 으로부터 적당한 수의 데이터의 쌍을 선택함으로써 식 (11) 로부터 얻은 값과 회전 반경 (Rmn) 사이의 편차의 제곱의 합을 최소로 하는 계수 C,D 및 E를 산출한다.
산출된 계수 C, D 및 E를 식 (11) 에 대입함으로써, 임의의 스티어링 각도에 대한 회전 반경을 획득하기 위한 함수식 R(τ) 을 얻는다.
실시형태에서 J, H 및 θ가 미지 파라미터로 사용되었지만, 개별적으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 기지 파라미터로서 K 대신 H를 사용할 수도 있으며, 미지 파라미터 J, K 및 θ에 대한 해를 구할 수도 있다. 또한 다른 조합도 가능하다. 실제로 기지 파라미터를 사용함으로써 미지 파라미터에 대한 해를 구할 수도 있다.
실시형태에서, 복수의 스티어링 각도 (τn) 에 대한 회전 반경 (Rcn) 을 얻음으로써 근사 함수 R(τ) 의 계수를 산출한다. 그러나, 반대로, 복수의 회전 반경 (Rcn) 에 대한 스티어링 각도 (τn) 를 산출함으로써 근사 함수 R(τ) 의 계수를 산출할 수도 있다.
또한, 외측 타이어의 회전 각도 (αn) 와 내측 타이어의 회전 각도 (βn) 로부터 회전 반경을 산출하는 방법으로서, 우측 프론트 휠의 축과 리어 휠의 축의 교점과 좌축 프론트 휠의 축과 리어 휠의 축의 교점 사이의 중점을 회전 중심으로 가정하여 산출하는 대신에 프론트 휠의 슬립력이 균형을 이루도록하는 산출방법이 사용될 수 있다.
Δαn은 외측 타이어의 실제 진행 방향과 외측 타이어의 실제 각도 사이의 각도 편차를 나타내고, Δβ은 내측 타이어의 실제 진행 방향과 내측 타이어의 실제 각도 사이의 각도 편차를 나타낸다고 가정하면, 코너링력 Fo 및 Fi이 각각 그들에 수직한 방향으로 외측 타이어 및 내측 타이어에 인가된다. 코너링력은 각도 편차와 스피드에 비례하는 값으로 근사될 수 있다. 또한, 우측 휠 및 좌측 휠의 스피드는 우측 휠 및 좌측 휠의 회전 반경에 각각 비례한다. 다시 말해서, 코너링력 Fo 및 Fi 는 각각의 타이어의 각도 편차 및 회전 반경에 비례한다.
따라서, 다음의 식을 얻는다.
Fi ∝ WBiㆍΔβn/sin(βn+Δβn)
Fo ∝ WBoㆍΔαn/sin(αn-Δαn)
여기서, WBi는 내측의 프론트 휠과 리어 휠 사이의 거리를 나타내고, WBo는 외측의 프론트 휠과 리어 휠 사이의 거리를 나타낸다.
우측 프론트 휠과 좌측 프론트 휠에 인가된 코너링력에 대해 회전 원으로부터 편차가 관찰되지 않으므로, 회전원의 반지름 방향으로 각각의 컴포넌트가 서로 균형을 이룬다.
따라서, 다음의 식을 얻는다.
Fiㆍcos(Δβn) = Foㆍcos(Δαn)
따라서, 다음의 식 (12) 를 얻는다.
WBiㆍΔβnㆍcos(Δβn)/sin(βn+Δβn)
= WBoㆍΔαnㆍcos(Δαn)/sin(αn-Δαn) … (12)
또한, 다음의 식 (13) 을 우측 휠과 좌측 휠 사이의 회전 반경의 편차의 관계로부터 얻는다.
WBo/sin(αn-Δαn)- WBi/sin(βn+Δβn) = 2M … (13)
Δαn과 Δβn을 식 (12) 및 (13) 으로부터 산출한 후, 다음의 식으로부터 회전 반경을 산출할 수 있다.
Rmn = WBo/sin(αn-Δαn)
상술한 바와 같이 코너링력을 법선 방향으로 서로 균형시키는 대신에, 근사법 및 좌표계를 설정하는 방법에 따라 다양한 관계식을 설정할 수 있다. 그렇게 설정된 관계식에 기인하여, 다양한 방법에 따라 회전 반경을 산출할 수 있다. 어떠한 경우에라도, 회전 반경은 외측 및 내측 스티어링된 차량 휠의 회전 각도에 기초하여 산출된다.
실시형태에서, 회전 외측상의 스티어링된 차량 휠의 회전 반경 (Rm) 이 산출되지만, 회전 반경 (Rc) 또는 다른 휠의 회전 반경을 산출하는 것도 가능하다. 그러나, 회전 반경 (Rm) 이 산출될 경우 근사시 높은 정확도가 보장되므로, 회전 반경 (Rm) 을 산출하고 그것을 회전 반경 (Rc) 또는 다른 회전 반경으로 변환하는 것도 가능하다.
상술한 실시형태에 따른 회전 반경 산출법은 회전 반경 산출 프로그램으로서 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 기록될 수도 있다. 기록 매체는 자기, 빛, 전기 등과 같은 물리적인 양을 변경함으로써 상기 프로그램에 기술된 내용을 컴퓨터의 판독 유닛으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 자기 디스크, 광학 디스크, CD-롬, 반도체 메모리 등을 기록 매체로 사용한다.
상술한 회전 반경 산출법에 따른 임의의 스티어링 각도에 대응하는 회전 반경을 산출할 수도 있으며, 운전자에게 후진 이동 동안에 차량이 따라갈 위치 또는 산출된 회전 반경에 기초한 주차안내를 제공할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 반경 산출법이 적용되는 주차 보조 장치의 구성을 도시한다. 스티어링 휠의 스티어링 각도를 검출하는 스티어링 각도 센서 (2) 와 진로이탈 각도 방향으로의 차량의 각속도를 검출하는 진로이탈 레이트 센서 (3) 이 제어기 (1) 에 접속된다. 제어기 (1) 에 차량이 측면 주차를 수행한다는 것을 알리는 측면 주차 모드 스위치 (4) 와 제어기 (1) 에 차량이 평행 주차를 수행한다는 것을 알리는 평행 주차 모드 스위치 (5) 가 또한 제어기 (1) 에 접속된다. 또한, 운전자에게 운전 조작에 대한 정보를 제공하는 스피커 (6) 가 제어기 (1) 에 접속된다.
또한, 차량의 리어뷰 이미지를 포착하는 카메라 (7) 및 카메라 (7) 로부터 전송된 이미지를 표시하는 모니터 (8) 가 제어기 (1) 에 접속된다.
측면 주차 모드 스위치 (4), 평행 주차 모드 스위치 (5) 및 모니터 (8) 은 운전석에 위치한다. 예를 들어, 카메라 (7) 는 차량의 지붕에 부착된다.
제어기 (1) 에는 CPU (미도시), 제어 프로그램이 저장되는 롬, 및 동작 램이 장착된다.
측면 주차 및 평행 주차시에 주차를 보조하기 위한 상술한 회전 반경 산출 프로그램 및 제어 프로그램이 롬에 저장된다. CPU는 롬에 저장된 제어 프로그램에 기초하여 동작한다.
쉬프트 레버가 리버스 위치로 쉬프트 되었음을 쉬프트 센서 (미도시) 가 감지할 때, 제어기 (1) 는 카메라 (7) 에 의해 포착된 차량 리어뷰 이미지와 차량이 스티어링 각도 센서 (2) 에 의해 검출된 스티어링 각도를 유지하면서 소정 회전 각도로 후진이동하는 경우의 예상 후진 이동 위치를 겹쳐지는 방식으로 모니터 (8) 상에 표시한다. 이때, 임의의 스티어링 각도에 대응하는 회전 반경을 롬에 저장된 회전 반경 산출 프로그램에 따라 산출하고, 예상 후진 이동 위치 (9) 를 산출된 회전 반경을 사용하여 준비한다.
도 7은 리어뷰 이미지에서 포착된 운전자의 차량의 리어 범퍼 (10) 와 직선 후진 이동시 차량이 따라가는 돌출된 위치 (11) 를 도시한다.
또한, 제어기 (1) 는 진로 이탈 레이트 센서 (3) 로부터 입력된 차량 각속도로부터 차량의 진로이탈 각도를 산출하고, 차량의 회전 각도를 산출하고, 주차 조작 동안 각 단계에서 조작 방법 및 조작 타이밍에 대한 정보가 모니터 (8) 에 표시되거나 스피커 (6) 로부터 음향으로 출력되도록 한다. 이 안내 정보에 따라, 운전자는 차량을 목표 주차 공간에 주차시키는 조작을 쉽고 정확하게 수행할 수 있다.
또한, 평행 주차시, 도 8에 도시한 바와 같이, 스티어링 각도에 대응하는 차량의 예상 후진 이동 위치 (12) 와 의도한 주차 위치를 나타내는 차량 마크 (13) 가 모니터 (8) 에 표시된다. 운전자는 차량 주차시 그렇게 보조를 받는다.
여기에 예로서 도시된 주차 보조 장치에서, 스크린 상의 표시는 스티어링 양에 따라 달라지며, 따라서 그때의 스티어링 양이 적절한지의 여부를 판단할 수 있다. 그러나, 주차 보조 장치는 이 구성에 한정되지 않는다. 주차 보조 장치는 커서 등에 의해 스크린 상에 차량 마크 또는 적절한 위치를 먼저 설정하도록 설계될 수도 있으며, 그로부터 획득된 회전 반경을 상술한 식 (9) 또는 (11) 에 대입하여, 적절한 스티어링 양을 획득한다.
어떤 경우라도, 임의의 스티어링 각도와 그에 대응하는 회전 반경 사이의 관계식의 획득은 주차 보조 장치를 구성하는데 필수이다.
또한, 본 발명에 따른 회전 반경 산출법은 주차를 위한 안내정보를 제공하지 않고, 차량의 후진 이동 동안 모니터 상에 예상 후진 이동 위치를 표시하여 운전자 가 예상 후진 이동 위치를 보도록 함으로써 차량 후진시 스티어링을 보조하는 스티어링 보조 장치에 적용된다.
본 발명의 회전 반경 산출법에서, 상술한 바와 같이, 설계 데이터에 기초한 소정 기지 파라미터에 대한 데이터의 단순한 입력으로 실제 측정을 수행하지 않고 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 산출할 수 있다. 따라서, 이 회전 반경 산출법의 적용은 구조가 같은 복수의 차량 모델에 쉽게 설치할 수 있는 스티어링 또는 주차 보조 장치를 실현한다.
본 발명은 실제 측정을 수행하지 않고 임의의 스티어링 각도에 대응하는 차량 회전 반경을 쉽게 획득할 수 있게 한다.

Claims (14)

  1. 스티어링 시스템 모델을 구축함으로써 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하는 관계식을 작성하는 단계;
    설계 데이터에 기초하여 상기 기지 파라미터에 대한 데이터를 상기 관계식에 적용하는 단계;
    제로 (zero) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식과 풀 (full) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식으로부터 상기 미지 파라미터의 값을 산출하는 단계;
    상기 미지 파라미터의 값을 적용한 상기 관계식을 이용하여 상기 제로 스티어링 상태와 상기 풀 스티어링 상태 사이의 범위를 분할함으로써 얻은 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출하는 단계;
    외측 휠 및 내측 휠의 상기 산출된 회전 각도로부터 상기 스티어링 각도에 대응하는 회전반경을 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 스티어링 각도와 상기 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 회전 반경에 기초하여, 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사함수를 산출하는 단계를 포함하는, 회전 반경 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스티어링 휠의 스티어링에 따라 차량의 측면방향으로 이동하는 랙의 스트로크가 스티어링 각도에 대응하는 변수로서 상기 관계식에 포함되는, 회전 반경 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 회전 각도에 대응하는 상기 회전 반경은, 우측 프론트 (front) 휠의 축과 리어 (rear) 휠의 축의 교점과, 좌측 프론트 휠의 축과 리어 휠의 축의 교점 사이의 중점을 회전 중심으로 하여 산출하는, 회전 반경 산출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 회전 각도에 대응하는 상기 회전 반경은, 우측 및 좌측 프론트 휠에 인가되는 슬립력(slipping force) 이 회전원의 반지름 방향으로 평형을 이루도록 설정한 회전원의 중심을 회전 중심으로 하여 산출하는, 회전 반경 산출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 반경의 근사 함수는 멱함수인, 회전 반경 산출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 반경의 근사 함수는 2-휠 모델의 타이어 회전 각도로부터 상기 회전 반경을 산출하는 함수이고, 상기 2-휠 모델의 타이어 회전 각도는 상기 스티어링 각도의 2차 이상의 함수로 표현되는, 회전 반경 산출 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전 반경은 회전 외측의 스티어링된 차량 휠의 회전 반경인, 회전 반경 산출 방법.
  8. 차량의 후진 이동 동안의 차량의 리어뷰 이미지와, 스티어링 각도에 대응하는 차량의 후진 이동 위치가 겹쳐지는 방식으로 모니터 상에 표시되는 스티어링 보조 장치로서,
    스티어링 시스템 모델을 구축함으로써 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하는 관계식을 작성하는 수단;
    설계 데이터에 기초하여 상기 기지 파라미터에 대한 데이터를 상기 관계식에 적용하는 수단;
    제로 (zero) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식과 풀 (full) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식으로부터 상기 미지 파라미터의 값을 산출하는 수단;
    상기 미지 파라미터의 값을 적용한 상기 관계식을 이용하여 상기 제로 스티어링 상태와 상기 풀 스티어링 상태 사이의 범위를 분할함으로써 얻은 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출하는 수단;
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 산출된 회전 각도로부터 상기 스티어링 각도에 대응하는 회전반경을 산출하는 수단;
    상기 복수의 스티어링 각도와 상기 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 회전 반경에 기초하여, 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사함수를 산출하는 수단; 및
    스티어링 각도에 대한 회전 반경의 상기 근사함수를 이용하여 스티어링 각도로부터 산출되는 회전 반경에 기초하여 상기 모니터상에 상기 차량의 후진 이동 위치를 표시하는 수단을 포함하는, 스티어링 보조 장치.
  9. 차량을 목표 주차 공간에 주차하는 조작에 대한 안내를 제공하는 주차 보조 장치로서,
    스티어링 시스템 모델을 구축함으로써 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지며 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하는 관계식을 작성하는 수단;
    설계 데이터에 기초하여 상기 기지 파라미터에 대한 데이터를 상기 관계식에 적용하는 수단;
    제로 (zero) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식과 풀 (full) 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식으로부터 상기 미지 파라미터의 값을 산출하는 수단;
    상기 미지 파라미터의 값을 적용한 상기 관계식을 이용하여 상기 제로 스티어링 상태와 상기 풀 스티어링 상태 사이의 범위를 분할함으로써 얻은 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출하는 수단;
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 산출된 회전 각도로부터 상기 스티어링 각도에 대응하는 회전반경을 산출하는 수단;
    상기 복수의 스티어링 각도와 상기 복수의 스티어링 각도에 대응하는 상기 회전 반경에 기초하여, 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사함수를 산출하는 수단; 및
    스티어링 각도에 대한 회전 반경의 상기 근사함수를 이용하여 스티어링 각도로부터 산출되는 회전 반경에 기초하여 상기 차량을 주차하는 조작에 대한 안내를 제공하는 수단을 포함하는, 주차 보조 장치.
  10. 스티어링 시스템 모델로부터 작성된 관계식을 포함하는 회전 반경 산출 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체로서,
    상기 관계식은 스티어링 각도 및 외측 타이어와 내측 타이어의 회전 각도를 변수로 가지고, 기지 파라미터와 미지 파라미터를 포함하며,
    상기 프로그램은,
    차량의 설계 데이터에 기초하여 기지 파라미터의 데이터를 판독하는 단계;
    제로 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식과, 풀 스티어링 상태에 대응하는 상기 변수의 값을 상기 관계식에 적용시킴으로써 얻은 조건식으로부터 미지 파라미터의 값을 산출하는 단계;
    미지 파라미터의 값을 적용한 상기 관계식을 이용하여, 제로 스티어링 상태와 풀 스티어링 상태 사이의 복수의 스티어링 각도와 상기 복수의 스티어링 각도에 대응하는 외측 타이어 및 내측 타이어의 회전 각도를 각각 산출하는 단계;
    외측 휠 및 내측 휠의 산출된 회전 각도로부터 상기 스티어링 각도에 대응하는 회전 반경을 산출하는 단계; 및
    상기 복수의 스티어링 각도와 상기 복수의 스티어링 각도에 대응하는 회전 반경에 기초하여 스티어링 각도에 대한 회전 반경의 근사 함수를 산출하는 단계를 컴퓨터가 실행하도록 하는, 회전 반경 산출 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    스티어링 휠의 스티어링에 따라 차량의 측면방향으로 이동하는 랙의 스트로크는 스티어링 각도에 대응하는 변수로서 상기 관계식에 포함되는, 회전 반경 산출 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 회전 각도에 대응하는 상기 회전 반경은, 우측 프론트 휠의 축과 리어 휠의 축의 교점과 좌측 프론트 휠의 축과 리어 휠의 축의 교점을 사이의 중점을 회전 중심으로 하여 산출하는, 회전 반경 산출 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 외측 타이어 및 상기 내측 타이어의 상기 회전 각도에 대응하는 상기 회전 반경은, 우측 및 좌측 프론트 휠에 회전원의 반지름 방향으로 인가되는 슬립력이 균형을 이루도록 설정한 회전 원의 중심을 회전 중심으로 하여 산출되는, 회전 반경 산출 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  14. 삭제
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