KR100765891B1 - 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템 및 그제어방법 - Google Patents

운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템 및 그제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자의 조향성향에 맞추어 조향제어가 가능한 차선유지 지원시스템(LKAS) 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 조향성향을 분석하여 3가지 모드로 분류하고, 운전자가 선택한 모드에 맞추어 LKAS의 조향력을 제어하여 운전자의 감성을 향상시킬 수 있는 차선유지 지원시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차선유지 지원시스템은 운전자가 자신의 조향성향 모드를 선택할 수 있도록 하는 모드 선택부와, 차량이 차선을 따라 주행중인 경우에 주행중인 차선에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출하는 차선정보 추출부와, 차량의 횡방향 동역학에 근거하여 차량의 자세를 계산하는 차량거동 산출부와, 상기 모드 선택부, 차선정보 추출부 및 차량거동 산출부의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향(모터)토크를 계산하여 조향모터를 구동하는 제어부와, 상기 조항력에 따라 구동되어 주행중인 차량의 차선을 유지하도록 지원하는 조향모터를 포함한다.
조향성향, 선택스위치, LKAS, 예방안전.

Description

운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템 및 그 제어방법{Lane Keeping Assist/Support System}
도 1은 조향성향 분류에 따른 조향조작 소요시간을 나타낸 그래프,
도 2a와 도 2b는 LKAS를 위하여 사용되는 모델을 나타낸 도면,
도 3은 운전자 조향성향을 고려한 모터토크의 그래프를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차선유지 지원시스템의 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 차선유지 지원 제어방법의 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 차선정보 획득부 12: 카메라
20: 차량거동 검출부 22: 자이로 센서
24: 차속 센서 26: 조향각 센서
30: 모드선택 스위치 40: 차선정보 추출부
50: 차량거동 산출부 60: 제어파라미터 선택부
70: 제어부 80: 조향모터 구동부
82: 조향모터 90: HMI장치 구동부
92: HMI장치
본 발명은 운전자의 조향성향에 맞추어 조향제어가 가능한 차선유지 지원시스템(Lane Keeping Assist/Support System, 이하 LKAS) 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 조향성향을 분석하여 3가지 모드로 분류하고, 운전자가 선택한 모드에 맞추어 LKAS의 조항력을 제어하여 운전자의 감성을 향상시킬 수 있는 차선유지 지원시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
차량의 도로주행시, 운전자의 핸들조작을 보조하여 주행차선으로부터 이탈을 방지하는 LKAS는 운전자의 부주의를 감지하여 안전운전을 지원하는 보조장치로, 운전자의 조향부담 경감 및 주행차선 이탈에 따른 대형사고를 미리 방지하기 위해서, 주행차선 이탈이 발생할 것으로 판단되는 상황에서 조향모터를 이용하여 조향휠에 토크를 가해 주행차선의 중앙으로 차량을 복귀 및 유지하게 한다.
그런데 종래의 LKAS는 운전자의 조향성향을 고려하지 않고 일괄적으로 조향제어를 수행하였다.
즉, 운전자의 조향성향에 무관하게 같은 조건에서 동일한 조향제어특성(최대토크, 응답특성)을 갖도록 조향제어부를 설계하였다.
그러나 일반적으로 운전자의 조향성향은 운전자에 따라서 그 특성이 다르다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분류 a에 해당하는 운전경험이 많은 운전자는 조향휠의 조작이 평균치 보다 빠르고, 분류 c에 해당하는 여성 및 고령 운전자는 조향휠의 조작이 평균치 보다 늦다고 알려져 있다.
그래서, 다른 조향성향을 가진 운전자에게 일괄적인 방법(특히, 응답특성)으로 LKAS의 조향제어를 한다면, 운전자의 조향성향과 맞지 않은 부분만큼 운전자에게 위압감(감성 품질)을 야기할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 운전자의 조향성향을 분석하여 3가지 모드로 분류하고, 운전자가 선택한 모드에 맞추어 LKAS의 조항력을 제어하여 운전자의 감성을 향상시킬 수 있는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템은, 운전자가 자신의 조향성향 모드를 선택할 수 있도록 하는 모드 선택부와, 차량이 차선을 따라 주행중인 경우에 주행중인 차선에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출하는 차선정보 추출부와, 차량의 횡방향 동역학에 근거하여 차량의 자세를 계산하는 차량거동 산출부와, 상기 모드 선택부, 차선정보 추출부 및 차량거동 산출부의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향(모터)토크를 계산하여 조향모터를 구동하는 제어부와, 상기 조항력에 따라 구동되어 주행중인 차량의 차선을 유지하도록 지원하는 조향모터를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원 제어방법은, 주행중인 도로의 전방 차선에 대한 영상을 획득하여, 이 영상 이미지의 데이터를 처리하여 차선정보에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출하는 단계와, 주행중인 차량의 차속, 요각, 조향각을 검출하여 차량의 자세를 계산하는 단계와, 운전자가 조향성향 모드 중에서 자신의 모드를 선택하는 경우에 그 선택된 조향성향 모드별 제어파라미터를 선택하여 계산하는 단계와, 상기 차선정보, 차량거동, 모드의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향토크(모터토크)를 계산하는 단계와, 상기 조항력에 따라 조향모터를 구동하여 주행중인 차량의 차선유지를 지원하는 단계를 포함한다.
도 2a와 도 2b는 LKAS를 위하여 사용되는 모델을 나타낸 도면으로써, 도 2a는 도로 및 차량 모델을 나타낸 것이고, 도 2b는 본 발명에 따른 조향 모델을 나타낸 그림이다.
상기 LKAS는 모델 기반으로 제어기가 설계되고 있는바, 도 2a에서 도로 모델은 고속도로 또는 고속화도로에서 작동영역이 제한되므로, 차량 모델은 4륜이 아닌 2륜으로 근사화된 모델을 사용하고 있다.
도 2b에서 LKAS의 조향 제어를 수행하는 조형모터(조향 액추에이터(82))가 조향휠(84)과 바퀴(85) 사이에 연결된 조향 샤프트(86)에 장착되고, HPS(88)는 유압식동력 조향장치이다.
도 2에서 상태변수 및 파라미터 α는 조향각(steering wheel angle), Th는 드라이버 토크(driver torque), Tm는 모터 토크 또는 조향토크(assist torque), δf는 전륜각(front wheel angle), ξ는 열 길이(trail length), kg는 조향 기어비(steering gear ratio), β는 슬립각(slip angle), r은 요각(yaw angle), v는 횡 속도(lateral velocity), yf는 목표라인으로부터의 변위(displacement from target line), Pc는 차량의 중력중심(vehicle's center gravity), Pi는 카메라의 관측 위치(view position of camera), Kf(Kr)는 코너링 파워, If(Ir)는 차량의 중력중심으로부터 전륜(후륜)과의 거리(distance from vehicle's center gravity to front(rear) wheels)이다.
상기한 바와 같이, 도로와 차량 및 조향 모델을 동역학에 근거하여 수학적인 모델로 표시하면 아래의 수학식 1과 같이 6차 상태방정식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006065623585-pat00001
여기서,
Figure 112006065623585-pat00002
Figure 112006065623585-pat00003
,
Figure 112006065623585-pat00004
Figure 112006065623585-pat00005
이다.
이때, 운전자 조향성향을 고려한 LKAS의 조향제어는 운전자가 자신에 맞는 조향성향 모드(스포츠 a / 정상 b / 안락 c)를 선택하면, 운전자 조향성향에 맞추어 정해진 모드별 조향제어 파라미터가 수학식 2와 같이 결정되고, 그 결과 수학식 3과 같은 모터토크(조향토크)에 의해 도 3과 같이 운전자 조향성향에 근접한 조향제어할 수 있게 된다.
Figure 112006065623585-pat00006
Figure 112006065623585-pat00007
도 4는 본 발명에 따른 차선유지 지원시스템의 블록도이다.
본 발명에 따른 차선유지 지원시스템은 차선정보 획득부(10), 차량거동 검출부(20), 모드선택 스위치(30), 차선정보 추출부(40), 차량거동 산출부(50), 제어파 라미터 선택부(60), 제어부(70), 조향모터(82) 및 HMI장치(92)를 포함하여 구성된다.
차선정보 획득부(10)는 주행중인 도로의 차선에 대한 정보를 획득하는 것으로, 본 발명에서는 차선정보 획득부(10)가 차량의 전방부위에 장착되어 주행중인 도로의 전방 차선에 대한 영상을 획득하여 송출하는 카메라(12)로 이루어진다.
차량거동(20) 검출부는 주행중인 차량의 거동이나 상태 정보를 검출하기 것으로, 본 발명에서는 차량거동 검출부(20)가 주행중인 차량의 주행속도를 검출하는 차속 센서(24)와, 차량 좌우 흔들림의 정도 즉, 요각을 검출하는 자이로 센서(22)와, 운전자의 조작에 의한 조향휠(84)의 조향각을 검출하는 조향각 센서(26)로 이루어진다.
모드선택 스위치(30)는 조향성향의 분류에 따른 모드를 운전자가 선택할 수 있도록 하기 위한 스위치로, 운전자의 조향성향에 따라 빠른 조향제어를 하는 a모드, 보통 조향제어를 하는 b모드, 느린 조향제어를 하는 c모드로 분류하는 경우에 이 모드선택 스위치(30)를 누름에 따라 a모드 -> b모드 -> c모드가 차례대로 선택된다.
차선정보 추출부(40)는 카메라(12)에서 송출한 영상 이미지의 데이터를 처리하여 주행차선의 차선정보 즉, 이탈각과 이탈거리를 추출한다.
차량거동 산출부(50)는 차량거동 검출부(20)에서 보내온 차속, 요각, 조향각으로 차량의 횡방향 동역학에 근거한 차량의 자세를 산출한다.
제어파라미터 선택부(60)는 모드선택 스위치(30)를 통해 사용자가 선택한 주 행성향 모드에 따른 파라미터를 상기 수학식 2와 같이 선택하여 결정한다.
제어부(70)는 상기 차선정보 추출부(40), 차량거동 산출부(50)의 결과값들로써 제어파라미터 선택부(60)에서 선택된 제어파라미터를 가지고 모드별 차선유지에 필요한 조향토크 즉, 모터토크를 수학식 3에 의해 계산하여, 조향모터 구동부(80)를 제어한다.
조향모터 구동부(80)는 상기 제어부(70)의 제어에 의해 계산된 조향토크를 실제로 발생시키는 조향모터(82)를 구동하여 차선유지를 지원하도록 제어한다.
HMI(Human Machine Interface)장치 구동부(90)는 상기 제어부(70)의 제어에 의해 LKAS의 작동상태를 화면 표시나 안내음 등의 방법으로 실시간으로 운전자에게 알려주는 HMI장치(92)를 구동한다.
도 5는 본 발명에 따른 차선유지 지원 제어방법의 순서도이다.
차량의 주행 중에서 LKAS 스위치를 ON하면(S502), LKAS가 작동하면서 차선정보 획득부(10)의 카메라에서(12)는 주행중인 도로의 전방 차선에 대한 영상을 획득하여 차선정보 추출부(40)에 송출하고(S512), 차선정보 추출부(40)는 이 영상 이미지의 데이터를 처리하여 차선정보에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출한다(S514).
동시에 차량거동 검출부(20)에서는 차속, 요각, 조향각을 검출하여 차량거동 산출부(50)에 송출하고(S522), 차량거동 산출부(50)는 상기 차속, 요각, 조향각을 기준으로 차량의 자세를 계산한다(S524).
이와 같이 차선정보가 추출되고 차량거동이 산출된 상태에서 운전자가 모드 선택 스위치(30)로 조향성향 분류에 따른 모드 중에서 하나의 모드를 선택하면(S532), 제어파라미터 선택부(60)에서 그 조향성향 모드별 제어파라미터를 선택하여 계산한다(S534).
제어부(70)는 상기 차선정보, 차량거동, 모드의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향토크(모터토크)를 계산하고(S536), 이 조항력에 따라 조향모터(82)를 구동하여(S542) 주행중인 차량의 차선유지를 지원한다.
또한, 제어부(70)는 HMI장치(92)를 구동하여(S552) LKAS의 작동상태를 실시간으로 운전자에게 알려준다.
이상에서와 같이 운전자 보조장치인 LKAS에 운전자가 자신의 조향성향에 가까운 조향성향 모드(스포츠 / 정상 / 안락)를 선택하여 운전자 조향성향에 근접하게 LKAS의 조향모터(82)를 제어함으로써 LKAS 작동시 운전자의 조향 감성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 LKAS 조향제어 방식보다 운전자 조향성향 선택 및 제어기능이 추가되어 LKAS의 상품성이 향상되고, 운전자 조향성향을 3가지로 나누어 운전자 본인의 조향성향과 가장 가까운 모드로 선택해서 조향제어를 수행할 수 있기 때문에 LKAS 작동시 운전자의 조향감성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 운전자가 자신의 조향성향 모드를 선택할 수 있도록 하는 모드 선택부와,
    차량이 차선을 따라 주행중인 경우에 주행중인 차선에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출하는 차선정보 추출부(40)와,
    차량의 횡방향 동역학에 근거하여 차량의 자세를 계산하는 차량거동 산출부(50)와,
    상기 모드 선택부, 차선정보 추출부(40) 및 차량거동 산출부(50)의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향(모터)토크를 계산하여 조향모터(82)를 구동하는 제어부(70)와,
    상기 조항력에 따라 구동되어 주행중인 차량의 차선을 유지하도록 지원하는 조향모터(82)를 포함하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차선정보 추출부(40)는 차량의 전방부위에 장착되어 주행중인 도로의 전방 차선에 대한 영상을 획득하는 카메라(12)로부터 차선정보를 얻는 것을 특징으로 하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차량거동 산출부(50)는 주행중인 차량의 주행속도를 검출하는 차속 센 서(24)와, 차량 좌우 흔들림의 정도 즉, 요각을 검출하는 자이로 센서(22)와, 운전자의 조작에 의한 조향휠(84)의 조향각을 검출하는 조향각 센서(26)로부터 차량거동 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모드 선택부는 조향성향에 따라 빠른 조향제어를 하는 a모드, 보통 조향제어를 하는 b모드, 느린 조향제어를 하는 c모드로 분류하는 경우에, 스위치를 누름에 따라 a모드 -> b모드 -> c모드가 차례대로 선택되는 모드선택 스위치(30)인 것을 특징으로 하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(70)의 제어에 의해 차선유지 지원시스템의 작동상태를 실시간으로 운전자에게 알려주는 HMI장치(92)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원시스템.
  6. 주행중인 도로의 전방 차선에 대한 영상을 획득하여, 이 영상 이미지의 데이터를 처리하여 차선정보에 대한 차량의 이탈각과 이탈거리를 추출하는 단계와,
    주행중인 차량의 차속, 요각, 조향각을 검출하여 차량의 자세를 계산하는 단계와,
    운전자가 조향성향 모드 중에서 자신의 모드를 선택하는 경우에 그 선택된 조향성향 모드별 제어파라미터를 선택하여 계산하는 단계와,
    상기 차선정보, 차량거동, 모드의 결과값들로써 차선유지에 필요한 조향토크(모터토크)를 계산하는 단계와,
    상기 조항력에 따라 조향모터를 구동하여 주행중인 차량의 차선유지를 지원하는 단계를 포함하는 운전자 조향성향을 고려한 차선유지 지원 제어방법.
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