KR100851120B1 - 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

이에스피 통합형 차선 유지 지원장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 ESP(Electronic Stability Program) 통합형 차선 유지 지원장치는, 도로를 주행중인 주행 차량(1)의 차선 유지를 위한 피드백(Feedback)제어 값인 조향 각과 차속 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보를 통한 조향 장치의 제어에 더해, 주행 차량(1)의 차선 유지를 위한 피드포워드(Feedforward) 제어 값인 도로의 곡률 정보를 통한 ESP에 의해 후륜을 동시에 제어할 수 있도록 작용하는 특징을 갖고, 또한 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 통해 주행 차량(1)이 제어됨에 따라, 보다 정밀하면서 신뢰성 있는 차량 제어를 하면서도, 동시에 도로 곡률을 추종하기 위해 조향 액츄에이터를 직접 조작하지 않고 ESP를 통해 후륜을 제어하므로, 조향 액츄에이터를 포함한 조향 장치에 대한 운전자의 감성 품질이 악화 현상을 방지할 수 있는 특징이 있게 된다.

Description

이에스피 통합형 차선 유지 지원장치 및 그 제어 방법{Lane Keeping Assist/Support System combined Electronic Stability Program in vehicle and controlling method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 ESP 통합형 차선 유지 지원장치의 전체적인 하드웨어(Hardware)블록 구성도
도 2는 실 주행 차량의 도로 주행 거동을 추종하기 위한 주행 차량 모델 구성도
도 3은 실 차량 조향 장치의 거동을 추종하기 위한 조향 장치 모델 구성도
도 4는 본 발명에 따른 ESP 통합형 차선 유지 지원장치의 전체적인 제어 블록 구성도
도 5는 본 발명에 따른 ESP 통합형 차선 유지 지원장치의 제어 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 주행 차량 2 : HMI 장치
3 : 조향장치 4 : ESP
5 : 차량 상태 측정기 6 : 측정센서 유니트
6a : 조향각 센서 6b : 차속 센서
6c : 요율(Yaw Rate) 센서
7 : 센서 신호 처리기 8 : 차선 판단기
9 : 카메라 10 : 영상 신호 처리기
11 : 도로 정보 산출기 12 : 관측기
13 : 제어기
본 발명은 차선 유지 지원장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ESP(이에스피) 통합형 차선 유지 지원장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
현재는 도로를 주행하는 차량에 대한 자세 제어와 주행 안정성의 향상을 위한 장치들이 지속적으로 개발되고 있다.
일례로, 단순 제동 시 한계를 극복하면서 차량의 안정성을 향상하도록 제동 시 제동 액압을 제어하는 ABS(Anti lock brake system)이나, 차량의 급 발진이나 급 가속시 과대한 슬립을 방지하기 위해 엔진의 구동력을 조절하는 TCS(Traction control system)나, 또는 운전자가 요구하는 차량주행방향과 실제 차량의 주행방향과의 차이를 최소화시켜 어떠한 운전조건에서도 안전하게 운전자가 의도한 차량의 주행방향을 유지시켜 주는 ESP(Electronic Stability Program)등은 실차에 적용되어지는 기술들이다.
이에 더해 운전자의 부주의를 감지하여 안전운전을 지원하는 보조장치로서, 차량이 주행차선으로부터 이탈되는 현상을 방지하는 차선 유지 지원장치(LKAS, Lane Keeping Assist/Support System)가 개발되고 실차(주로 무인운전차량)에 적용되고 있는 추세인데, 이러한 LKAS는 운전자의 조향 부담 경감 및 주행차선 이탈에 따른 대형사고를 미연에 방지하기 위해서, 주행차선 이탈이 발생될 것으로 판단되는 상황에서는, 조향 액츄에이터를 이용하여 조향 장치에 토크를 가해 주행차선의 중앙으로 차량을 복귀시키면서 유지되도록 하는 기술이다.
즉, 예를 들어 LKAS의 제어는 이미지로 제공되는 차선 정보에 따라 차량의 진행 방향에 대한 각종 정보와, 이론적으로 가상한 조향과 차량 모델에 근거한 각종 정보를 계산한 후, 이들 값을 피드백(Feedback)시켜 주행중인 실 차량에 대한 제어를 수행하는 방식을 이용한다.
그러나, 이와 같은 LKAS의 제어 구현은 차량이 주행 중인 도로의 곡률에 대한 정보가 전혀 제공되지 않음에 따라, 선회 시 커브(Curve)에서 차선 유지를 위한 제어성능이 저하되고 심할 경우 제어를 적용 받더라도 차량이 차선을 이탈해버리는 현상을 발생시키게 된다.
이로 인해 주행 중인 도로의 곡률 정보를 취득해, 취득된 곡률 정보에 따라 선회 중인 차량의 조향 액츄에이터를 제어할 수 있게 되지만, 이러한 경우 조향 액츄에이터를 제어함에 따라 조향 액츄에이터를 포함한 조향 장치에 대해서 운전자의 조향감이 가벼워져 감성 품질이 악화되는 현상이 있게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 주행 중인 도로에 대한 차선 정보에 더해 도로의 곡률 정보를 제공함과 더불어 주행 차량의 제어 상태에 대한 각종 정보를 획득한 후, 이들 정보가 가상 모델과 주행 차량간의 거동을 추종하도록 피드백 제어(Feedback Control)와 피드포워드 제어(Feedforward Control)를 수행해, 주행 중인 도로의 곡률 정보에 기초한 정밀하면서 신뢰성 있는 차량 제어를 수행함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 도로의 곡률 정보에 기초한 차량 제어 시 조향 액츄에이터를 통하지 않고 ESP(Electronic Stability Program)를 이용해, 차량 후륜을 제어함에 따라 커브에서 차선 이탈을 방지하면서도 조향 액츄에이터를 포함한 조향 장치에 대한 운전자의 감성 품질이 악화 현상을 방지함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, ESP(이에스피) 통합형 차선 유지 지원장치가 차량의 주행 시 차선을 유지하기 위해 차량 정보에 따른 피드백(Feedback)제어 대상인 조향 액츄에이터와, 주행 도로의 곡률 값에 따른 피드포워드(Feedforward) 제어 대상인 ESP(Electronic Stability Program)로 이루어져, 주행 차량에 장착된 제어 대상 장치와;
조향 각을 검출하는 조향각 센서와 주행 속도를 검출하는 차속 센서 및 자세 변화를 검출하는 요율(Yaw Rate) 센서로 이루어진 측정센서 유니트와, 상기 측정센서 유니트를 통해 측정된 측정값에 대한 신호를 증폭이나 필터링(Filtering)하여 전송하는 센서 신호 처리기로 이루어져, 주행 차량의 주행에 따른 차량 상태에 대한 정보를 측정해 제공하는 차량 상태 측정기;
주행 차량에서 실제 측정된 조향 각과 주행 속도 및 요율(Yaw Rate)정보를 이용해, 가상 도로를 주행하는 가상 차량 모델에 장착된 가상 조향 장치 모델로부터 측정센서 유니트로 측정할 수 없는 제어기에 필요한 차량 주행 정보를 산출(추정)해내는 관측기;
주행중인 차량(1)의 전방 도로를 영상(Image)으로 제공하는 카메라와, 상기 카메라로부터 전송된 영상 정보를 가공 처리하는 영상 신호 처리기 및 상기 영상 신호 처리기로부터 제공된 도로 정보를 통해 주행 중인 도로의 차선과 도로 곡률 값에 대한 정보를 산출하는 도로 정보 산출기로 이루어져, 주행 차량이 주행하는 도로에 대해 획득된 이미지(Image)정보를 이용하여 가상 차량 모델과의 거동 비교 분석을 통해, 주행 차량의 차선 추종을 제어하기 위한 피드백 제어와 피드포워드 제어에 필요한 주행 차량과 전방 도로와의 상관 값 정보(차선이탈거리, 차선이탈각) 및 전방 도로의 곡률 값 정보를 산출하는 차선 판단기 및;
가상 차량 모델을 통한 거동 분석을 통해 제공된 제어 값을 피드백 제어 대상인 조향 액츄에이터와, 피드포워드 제어 대상인 ESP로 구분한 후, 각각의 제어 대상을 제어하는 제어기;
로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 운전자에게 주행 차량의 비정상적인 상태나 상황을 인식하도록 알려주기 위해, HMI(Human Machine Interface) 장치를 제어하는 기능을 더 포함한다.
그리고, 상기 차량 가상 모델은 동역학에 근거한 수학적 모델로서, 6차 상태 방정식으로 거동이 표현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어기는 조향 액츄에이터를 제어하며, ESP로 후륜을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치 제어 방법이 주행 차량의 제어 시 피드백(Feedback)제어 값을 이용하는 제어 대상과, 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 이용하는 제어 대상으로 구분하는 단계;
피드백(Feedback) 제어 대상에 대한 제어 값을 산출하도록 주행 차량으로부터 조향 각과 차속 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보를 얻어, 획득된 상기 정보를 이용하여 가상 도로와 가상 차량 및 가상 조향 장치 모델의 거동을 구현한 후, 6차 상태 방정식과 조향 토크(Tm) 운동 방정식을 통해 조향 액츄에이터 제어 값을 산출하는 단계;
피드포워드(Feedforward) 제어 대상에 대한 제어 값을 산출하도록 주행 차량으로부터 도로의 곡률 정보를 얻어, 획득된 상기 정보를 이용하여 가상 도로와 가상 차량 및 가상 조향 장치 모델의 거동을 구현한 후, 6차 상태 방정식과 후륜 코너링 포스 값 산출 방정식을 통해 ESP제어 값을 산출하는 단계;
산출된 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward)제어 값을 이용해 주행 차량에 대한 제어를 수행한 후, 이를 통해 변화된 주행 차량에 대한 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward)제어 값 산출을 위한 정보를 다시 획득한 다음, 다시 새로운 제어 값인 조향 액츄에이터 제어 값과 ESP제어 값을 산출을 반복해 수행하는 단계;
피드백(Feedback)제어와 피드포워드(Feedforward)제어 수행 중 운전자가 인식하여야 하는 상황에 대해, HMI(Human Machine Interface) 장치의 작동을 통하여 운전자에 게 알려주는 단계;
로 수행되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 ESP 통합형 차선 유지 지원장치의 전체적인 하드웨어(Hardware)블록 구성도를 도시한 것인바, 본 발명의 ESP 통합형 차선 유지 지원장치는 주행 차량(1)에 장착되어 제어 대상을 이루는 제어 대상 장치와; 주행 차량(1)의 주행에 따른 차량 상태에 대한 정보를 측정해 제공하는 차량 상태 측정기(5); 주행 차량(1)의 주행에 따른 차량 정보를 이용해 가상 차량 모델로부터 측정센서 유니트로써 측정할 수 없는 제어기에 필요한 차량 주행 정보를 산출(추정)해내는 관측기(12); 주행 차량(1)이 주행하는 도로에 대해 획득된 이미지(Image)정보를 이용하여 가상 차량 모델과의 거동 비교 분석을 통해, 주행 차량(1)의 차선 추종을 제어하기 위한 피드백(Feedback) 제어와 피드포워드(Feedforward) 제어에 필요한 주행 차량과 전방 도로와의 상관 값 정보(차선이탈거리, 차선이탈각) 및 전방 도로의 곡률값 정보를 산출하는 차선 판단기(8) 및; 가상 차량 모델을 통한 거동 분석을 통해 제공된 제어 값에 따라, 주행중인 주행 차량(1)을 피드백(Feedback)제어와 피드 포워드(Feedforward)제어를 수행하는 제어기(13); 로 이루어진다.
여기서, 상기 제어 대상 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 주행 차량(1)을 구성하는 각 구성요소, 즉 차량의 주행 시 차선을 유지하기 위해 차량 정보에 따른 피드백(Feedback) 제어 대상인 조향 액츄에이터(3 ; 도 3과 같이 유압식 파워 스티어링이 통합된 조향 장치를 고려하고 있으나, 전동식 파워 스티어링(EPS : Electric Power Steering)으로도 구현이 가능함은 물론이다.)와, 피드포워드(Feedforward) 제어 대상인 ESP(4, Electronic Stability Program)로 이루어진다.
이때, 상기 ESP는 휠의 회전속도, 요잉 모멘트(Yawing Monment), 스티어링 휠의 각도, 엑셀 페달의 답력 등이 각종의 센서에서 감지한 후 전자제어장치(ECU)에서 분석되고, 그 분석된 결과에 따라서 각 바퀴에 걸리는 제동력 및 구동력을 최적 제어해 차량의 주행 안정성이 확보되도록 하기 위한 장치로서, 본 발명과 같이 차선 유지 지원장치와 통합되어 사용 될 때는 후륜에 대한 제어를 수행하는 ESP가 적용대상을 이루게 된다.
그리고, 제어 대상 장치를 이루는 HMI 장치(2)는 운전자에게 주행 차량(1)의 비정상적인 상태나 상황을 인식하도록 알려주기 위한 것으로, 제어기(13)를 통해 작동되는 HMI(Human Machine Interface)를 의미한다.
그리고, 상기 차량 상태 측정기(5)는 주행 중인 차량(1)에 대한 정보를 검출하기 위한 측정센서 유니트(6)와, 상기 측정센서 유니트(6)를 통해 측정된 측정값에 대한 신호를 증폭이나 필터링(Filtering)하여 전송하는 센서 신호 처리기(7)로 구성되어진다.
여기서, 상기 측정센서 유니트(6)는 보다 정확한 주행 차량(1)에 대한 정보를 획득하기 위해 다양한 센서들을 이용하는데, 일례로 조향 장치(3)의 조향 상태를 측정하도록 조타된 조향 휠의 조향 각을 검출하는 조향각 센서(6a)와, 주행 차 량(1)의 주행 속도를 검출하는 차속 센서(6b) 및 주행 차량(1)의 곡선 도로 주행 시와 같은 자세 변화를 검출하는 요율(Yaw Rate) 센서(6c)등으로 구성되어진다.
또한, 상기 차선 판단기(8)는 주행중인 차량(1)의 전방 도로를 영상(Image)으로 제공하는 카메라(9)와, 상기 카메라(9)로부터 전송된 영상 정보를 가공 처리하는 영상 신호 처리기(10) 및 상기 영상 신호 처리기(10)로부터 제공된 도로 정보를 통해 주행 중인 도로의 차선과 도로 곡률 값에 대한 정보를 산출하는 도로 정보 산출기(11)로 구성되어진다.
여기서, 상기 차선 판단기(8)는 도로 주행 중 발생되는 거동을 구현하기 위한 가상 차량 모델을 이용하는데, 이는 가상 도로를 주행하는 가상 차량 모델에서 직진 주행을 위해 요구되는 차선과 도로 곡률 정보를 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 차선(Target Line)에 대해 간격을 유지하고 직진 하면서 임의의 전방 위치에 대한 차선의 곡률 값을 산출해, 피드포워드(Feedforward)제어 값으로 이용하게 된다.
그리고, 상기 관측기(12)는 가상 도로를 주행하는 가상 차량 모델에 장착된 즉, 도 3에 도시된 바와 같은, 조향 액츄에이터를 포함한 조향 장치 모델이 주행 차량(1)에서 실제 측정된 조향 각과 주행 속도 및 요율(Yaw Rate)을 통해, 측정센서 유니트로써 측정할 수 없는 제어기에 필요한 차량 주행 정보를 산출(추정)하게 된다.
이때, 피드포워드(Feedforward)제어 값인 도로 곡률 값과 피드백(Feedback)제어 값인 조향 각과 주행 속도 및 요율 등을 산출하기 위한 가상 모델은, 동역학에 근거한 수학적 모델로서 그 거동은 6차 상태 방정식으로 기술되어진다.
또한, 상기 제어기(13)는 가상 모델에 근거한 주행 차량(1)에 대해 각각 관 측기(12)와 차선 판단기(8)로부터 산출된 제어 값을 이용해, 주행 차량(1)의 제어 대상을 피드포워드(Feedforward)제어와 피드백(Feedback)제어 대상으로 구별하여, 각 제어 대상으로 제어 신호를 보내 제어를 수행하게 되며, 이를 위해 상기 제어기(13)는 도 4에 도시된 바와 같은 제어 블록도를 구성하게 된다.
즉, 상기 제어기(13)는 주행 차량(1)에 대해 차량 상태 측정기(5)에서 검출된 조향 휠의 조향 각과 주행 속도 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보를 이용하여 관측기(12)를 통해서, 운전자가 조작하는 조향 장치를 새로운 제어 값에 맞게 조절되도록 조향 액츄에이터를 피드백(Feedback) 제어하게 된다.
이와 동시에 상기 제어기(13)는 새로운 피드포워드(Feedforward) 제어 값인 주행 도로에 대한 곡률 값을 차선 판단기(8)를 통해 제공받아, 현재 주행 중인 차량(1)의 직진 정도를 조절하도록 제어 대상인 ESP(4)를 제어하게 된다.
이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 ESP 통합형 차선 유지 지원장치는 도 1,2에 도시된 바와 같이, 도로를 주행중인 주행 차량(1)의 차선 유지를 위한 피드백(Feedback) 제어 값인 조향 각과 주행 속도 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보를 통한 조향 액츄에이터의 제어에 더해, 주행 차량(1)의 차선 유지를 위한 피드포워드(Feedforward) 제어 값인 도로의 곡률 정보를 통한 ESP(Electronic Stability Program)에 의해 후륜을 동시에 제어할 수 있도록 작용하게 된다.
이와 같이 본 발명은 피드백(Feedback) 제어 값과 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 통해 주행 차량(1)이 제어됨에 따라, 보다 정밀하면서 신뢰성 있는 차량 제어를 하면서도, 동시에 도로 곡률을 추종하기 위해 조향 액츄에이터를 직접 조작하지 않고 ESP를 통해 후륜을 제어하므로, 조향 장치에 대한 운전자의 감성 품질이 악화되는 현상을 방지할 수 있는 특징이 있게 된다.
이러한 ESP(이에스피) 통합형 차선 유지 지원장치는 주행 차량(1)의 제어 대상을 피드백(Feedback) 제어 값을 이용하는 부분과, 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 이용하는 부분으로 분류하여 수행되는데, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 ESP(이에스피) 통합형 차선 유지 지원장치의 작동을 위해 스위치를 온(On)하게 되면, 제어기(13)는 주행중인 주행 차량(1)으로부터 제어에 필요한 조향 각과 주행 속도 및 요율(Yaw Rate) 정보와, 주행 중인 도로에 대한 곡률 정보 값을 획득하게 된다.
이때, 도로의 곡률 정보는 도 2에 도시된 바와 같은 동력학에 근거한 수학적 모델인 가상 도로 및 가상 차량 모델을 통해 산출되고, 조향 각과 주행 속도 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보는 도 2와 3에 도시된 바와 같은 동력학에 근거한 수학적 모델인 가상 차량 및 조향 장치 모델을 통해 산출되어진다.
이와 같이 주행중인 주행 차량(1)으로부터 입력된 조향 각과 차속 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보와 더불어, 주행 중인 도로에 대한 곡률 정보 값을 제공받은 관측기(12)와 차선 판단기(8)로부터, 제어기(12)는 동력학에 근거한 수학적 모델을 이용하여 다음과 같은 6차 상태 방정식을 거쳐 제어 값을 산출하게 된다.
(6차 상태 방정식)
Figure 112006092293353-pat00001
이때, 피드백(Feedback) 제어 값인 조향토크(Tm)와 피드포워드(Feedforward) 제어 값인 후륜 코너링 포스(Fr)는 제어 입력에 해당되는 반면, 도로 곡률(ρf)과 운전자 토크(Th)는 외력(외란, Disturbance)에 해당된다.
이어, 위와 같은 6차 상태 방정식을 이용하여 제어기(13)는 조향 액츄에이터(3)를 새롭게 피드백(Feedback) 제어하기 위한 액츄에이터 제어 값인 조향 토크(Tm)를 다음과 같은 방정식을 이용하여 산출하게 된다.
조향 토크(Tm) 산출 방정식
Figure 112006092293353-pat00002
이와 같이 산출된 제어 값을 이용해 제어기(13)는 조향 액츄에이터(3)를 제어한 후, 이어 주행 차량(1)으로부터 다시 새롭게 측정된 조향 각과 주행 속도 및 차량의 요율(Yaw Rate)을 다시 피드백(Feedback)하여 반복적인 과정을 수행하면서 피드백(Feedback) 제어를 지속하게 된다.
여기서, k1 ~ k6 는 피드백(Feedback) 제어 성능을 특성짓는 제어 파라미터이며, 실차 튜닝을 통해서 적당한 값으로 결정된다. 그리고, 측정센서 유니트로 측정이 불가능한 조향각속도(
Figure 112008005737318-pat00013
)와 횡속도(v)는 관측기(12)로부터 산출된다.
또한, 위와 같은 6차 상태 방정식을 이용하여 차선 판단기(8)는 제공된 주행 도로에 대한 차선 정보를 이용하여 피드포워드(Feedforward) 제어하기 위한 ESP 제어값인 후륜 코너링 포스(Fr) 값을 다음과 같은 방정식을 이용하여 산출하게 된다.
후륜 코너링 포스 값 산출 방정식
Figure 112006092293353-pat00003
Figure 112006092293353-pat00004
이와 같이 산출된 후륜 코너링 포스 값을 이용해 제어기(13)는 ESP(4)를 제어하여, 주행 차량(1)의 후륜이 산출된 도로 곡률을 추종하여 차선이 벗어나지 않고 정상적인 주행 상태를 유지하도록 하고, 이어 주행 중인 도로 전방에 대한 도로 곡률을 지속적으로 산출하기 위한 과정을 반복적으로 수행하면서 피드포워드(Feedforward) 제어를 지속하게 된다.
이때, 이와 같은 피드백(Feedback) 제어 값과 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 산출하기 위해, 동역학에 근거한 수학적 모델인 각각의 가상 도로와 가상 차량 모델과 가상 조향 장치 모델과 더불어, 상기 6차 상태 방정식과 조향 토크(Tm) 산출 방정식 및 후륜 코너링 포스 값 산출 방정식에 사용되는 상태변수와 파라미터(Parameter)는 표1과 같다.
표 1
Figure 112008005737318-pat00014

Figure 112008005737318-pat00015
이와 같은 피드포워드(Feedforward)제어와 피드백(Feedback)제어를 수행하는 제어기(13)는 반복적인 제어 과정에서, 주행 차량(1)에서 제어를 벗어나 발생되는 이상 상황들에 대하여 HMI(Human Machine Interface) 장치(2)를 작동하게 되며, 운전자는 이러한 HMI장치(2)의 작동을 통하여 주행 차량(1)의 비정상적인 상태나 상황을 인식하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, LKAS(Lane Keeping Assist/Support System)가 ESP(Electronic Stability Program)와 통합됨에 따라, 도로를 주행중인 주행 차량의 차선 유지를 위한 피드백(Feedback) 제어를 위한 조향 액츄에이터 제어에 더해, 주행 차량의 차선 유지를 위한 피드포워드(Feedforward) 제어 값인 도로의 곡률 정보를 통한 ESP에 의해 후륜을 동시에 제어할 수 있어, 주행 차량을 향상된 정밀성을 갖고 신뢰성 있는 제어를 수행 할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명은 ESP 통합형 LKAS가 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 통해 주행 차량(1)이 제어됨에 따라, 보다 정밀하면서 신뢰성 있는 차량 제어를 하면서도, 동시에 도로 곡률을 추종하기 위해 조향 액츄에이터를 직접 조작하지 않고 ESP를 통해 후륜을 제어하므로, 조향 액츄에이터를 포함한 조향 장치에 대한 운전자의 감성 품질이 악화 현상을 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명은 LKAS(Lane Keeping Assist/Support System)가 ESP(Electronic Stability Program)와 통합됨에 따라, 각각 별도로 작용되던 LKAS와 ESP의 상호 보완을 통한 성능 향상의 극대화와 더불어 LKAS의 신뢰성 있는 제어 성능 향상을 통하여 LKAS의 이용성을 증가시켜 줄 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (7)

  1. 차량의 주행 시 차선을 유지하기 위해 차량 정보에 따른 피드백(Feedback) 제어 대상인 조향 액츄에이터(3)와, 주행 도로의 곡률 값에 따른 피드포워드(Feedforward) 제어 대상인 ESP(4, Electronic Stability Program)로 이루어져, 주행 차량(1)에 장착된 제어 대상 장치와;
    조향 각을 검출하는 조향각 센서(6a)와 주행 속도를 검출하는 차속 센서(6b) 및 자세 변화를 검출하는 요율(Yaw Rate) 센서(6c)로 이루어진 측정센서 유니트(6)와, 상기 측정센서 유니트(6)를 통해 측정된 측정값에 대한 신호를 증폭이나 필터링(Filtering)하여 전송하는 센서 신호 처리기(7)로 이루어져, 주행 차량(1)의 주행에 따른 차량 상태에 대한 정보를 측정해 제공하는 차량 상태 측정기(5);
    주행 차량(1)에서 실제 측정된 조향 각과 주행 속도 및 요율(Yaw Rate)정보를 이용해, 가상 도로를 주행하는 가상 차량 모델에 장착된 가상 조향 장치 모델로부터 측정센서 유니트(6)로써 측정할 수 없는 제어기에 필요한 차량 주행 정보를 산출해내는 관측기(12);
    주행중인 차량(1)의 전방 도로를 영상(Image)으로 제공하는 카메라(9)와, 상기 카메라(9)로부터 전송된 영상 정보를 가공 처리하는 영상 신호 처리기(10) 및 상기 영상 신호 처리기(10)로부터 제공된 도로 정보를 통해 주행 중인 도로의 차선과 도로 곡률 값에 대한 정보를 산출하는 도로 정보 산출기(11)로 이루어져, 주행 차량(1)이 주행하는 도로에 대해 획득된 이미지(Image)정보를 이용하여 가상 차량 모델과의 거동 비교 분석을 통해, 주행 차량(1)의 차선 추종을 제어하기 위한 피드백(Feedback) 제어와 피드포워드(Feedforward) 제어에 필요한 주행 차량과 전방 도로와의 상관 값 정보 및 전방 도로의 곡률 값 정보를 산출하는 차선 판단기(8) 및;
    가상 차량 모델을 통한 거동 분석을 통해 제공된 제어 값을 피드백(Feedback)제어 대상인 조향 액츄에이터(3)와, 피드 포워드(Feedforward)제어 대상인 ESP(4)로 구분한 후, 각각의 제어 대상을 제어하는 제어기(13);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(13)는 운전자에게 주행 차량(1)의 비정상적인 상태나 상황을 인식하도록 알려주기 위해, HMI(Human Machine Interface) 장치(2)를 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 차량 가상 모델은 동역학에 근거한 수학적 모델로서, 아래의 6차 상태 방정식으로 거동이 표현되는 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치.
    (6차 상태 방정식)
    Figure 712008001601422-pat00016
    (파라미터)
    Figure 712008001601422-pat00022
    Figure 712008001601422-pat00023
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(13)는 조향 장치(3)의 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(13)는 ESP(4)로 후륜을 제어하는 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치.
  6. 주행 차량(1)의 제어 시 피드백(Feedback)제어 값을 이용하는 제어 대상과, 피드포워드(Feedforward) 제어 값을 이용하는 제어 대상으로 구분하는 단계;
    피드백(Feedback) 제어 대상에 대한 제어 값을 산출하도록 주행 차량(1)으로부터 조향 각과 차속 및 차량의 요율(Yaw Rate) 정보를 얻고, 관측기(12)로부터 조향각속도(
    Figure 112008005737318-pat00017
    )와 횡속도(v) 정보를 얻고, 차선 판단기(8)로부터 차선이탈거리(yf)와 차선이탈각(θf) 정보를 얻어, 획득된 상기 정보를 이용하여 가상 도로와 가상 차량 및 가상 조향 장치 모델의 거동을 구현한 후, 6차 상태 방정식과 조향 토크(Tm) 운동 방정식을 통해 조향 액츄에이터(3)의 제어 값을 산출하는 단계;
    피드포워드(Feedforward) 제어 대상에 대한 제어 값을 산출하도록 주행 차량(1)으로부터 도로의 곡률 정보를 얻어, 획득된 상기 정보를 이용하여 가상 도로와 가상 차량 및 가상 조향 장치 모델의 거동을 구현한 후, 6차 상태 방정식과 후륜 코너링 포스 값 산출 방정식을 통해 ESP(4)제어 값을 산출하는 단계;
    산출된 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward)제어 값을 이용해 주행 차량(1)에 대한 제어를 수행한 후, 이를 통해 변화된 주행 차량(1)에 대한 피드백(Feedback)제어 값과 피드포워드(Feedforward)제어 값 산출을 위한 정보를 다시 획득한 다음, 다시 새로운 제어 값인 조향 액츄에이터(3)의 제어 값과 ESP(4)제어 값 산출을 반복해 수행하는 단계;
    피드백(Feedback) 제어와 피드포워드(Feedforward) 제어 수행 중 운전자가 인식하여야 하는 상황에 대해, HMI(Human Machine Interface) 장치(2)의 작동을 통하여 운전자에게 알려주는 단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 이에스피 통합형 차선 유지 지원장치 제어 방법.
    (6차 상태 방정식)
    Figure 112008005737318-pat00018
    (조향 토크(Tm) 운동 방정식과 후륜 코너링 포스 값 산출 방정식)
    Figure 112008005737318-pat00019
    (파라미터)
    Figure 112008005737318-pat00020
    Figure 112008005737318-pat00021
  7. 삭제
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