KR101162248B1 - 차량의 자동 정지 및 출발 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 자동 정지 및 출발 시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 차량 감가속시, 보다 정밀한 제어를 통하여 안정성과 편의성을 향상시키고, 차량 정지시 전자식 주차 브레이크를 이용하여 지속적인 정차를 유지시킨다.
이를 위해 본 발명은 자동 정지 및 출발 시스템의 제어 모드를 결정하고, 유지하고자 하는 거리와 현재 전방 차량과의 상대거리, 상대속도를 이용하여 가속, 감속, 그리고 정지 명령을 판단하고, 차량의 현재속도와 전방차량과의 유지하고자 하는 거리에 기초하여 차량 가속과 감속에 따른 목표 속도와 목표 감속도를 결정하고, 가속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 속도에 기초하여 상기 엔진 제어장치를 제어하여 구동력을 형성시키고, 감속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 감속도에 기초하여 상기 제동 제어장치를 제어하여 제동력을 형성시키고, 차량이 정지하거나 주차하는 경우, 상기 전자식 주차 브레이크를 제어하여 차량의 정지상태를 유지시키는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 자동 정지 및 출발 시스템{QUEUE ASSIST CONTROL SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 차량의 자동 정지 및 출발 시스템의 제어블록도이다.
도 2는 도 1의 메인 제어기의 제어블록도이다.
도 3은 도 2의 QA 제어상태 머신의 작동을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 2의 가속제어를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 도 4의 스로틀 제어명령과 엔진 토크제어명령에 따라 실제속도가 목표속도를 추종하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 2의 감속제어를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 도 6의 브레이크 압력조절명령에 따라 실제 감속도가 목표 감속도에 추종해가는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 2의 정지제어에 따른 차량속도의 변화과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 8에서 주차 브레이크 제어를 수행한 경우의 차량속도의 변화과정을 설명하기 위한 그래프이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
본 발명은 차량의 자동 정지 및 출발 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 전방 물체감지센서를 부착하여 전방의 물체의 움직임에 따라 제어 차량과의 거리를 유지하고 속도를 제어하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 자동 정지 및 출발 시스템(QUEUE ASSIST CONTROL SYSTEM ; 이하 QA라 칭함)은 전방 물체감지센서를 이용하여 전방 물체의 상황판단에 따라 제어 차량의 거동을 자동 제어 하는 시스템이다. 이러한 시스템은 정체된 교통체증 흐름속에서 전방차량과의 적정한 거리를 유지하는데 필요한 가속, 감속, 정지와 같은 운전자의 반복적인 작업에 대한 스트레스를 감소시킬 수 있다. 제어 차량을 정해진 속도로 자동 운행하고 전방 물체의 움직임에 따라 자동으로 감속 가속하는 것은 적응적 주행 제어(Adaptive Cruise Control ; 이하 ACC라 칭함)시스템과 같은 차량 종방향 제어의 자동 주행 시스템과 유사하다. ACC 시스템은 차량 자세 제어(Electronic Stability Program ; ESP)시스템에 전방 물체감지센서를 장착, 전방의 차량 또는 물체를 감지해 운전자에게 경고 신호를 주고 속도를 자동으로 조절해 앞 차량과 일정한 거리를 유지시켜 주는 첨단 제동시스템이다.
그러나 이 차량의 자동 정지 및 출발 시스템은 주로 고속도로나 도심지에서의 정체구간에서 사용될 수 있는 시스템이기 때문에 ACC 시스템과는 달리 상대적으로 가까운 거리와 낮은 속도 영역을 제어할 필요가 있다. 또한, 움직이는 물체뿐만 아니라 정지물체까지 전방에 감지되는 모든 물체에 대해서 그 움직임을 파악해야 할 필요가 있다.
이러한 이유로, 종래에는 전방 차량과의 거리를 조절할 때, 낮은 속도와 가까운 거리를 제어하기 때문에 가속과 감속시 요구되는 안정성과 편의성을 함께 만족시키기 어렵다. 또한, 제어 중 차량 정지시 유압 제동제어 장치의 한계 때문에 무한 지속적인 차량 정지를 유지할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량 감가속시, 보다 정밀한 제어를 통하여 안정성과 편의성을 향상시킬 수 있고, 차량 정지시 전자식 주차 브레이크를 이용하여 지속적인 정차를 유지시킬 수 있는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 자동 정지 및 출발 시스템은 차량을 가속시키거나, 차량을 제동시켜 전방 차량과의 전방 유지거리를 조절하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템에 있어서, 차량 전방의 물체의 상대속도와 상대거리를 감지하기 위한 전방물체감지센서와, 차량을 제동시키기 위한 제동 제어장치와, 차량을 가속시키기 위한 엔진 제어장치와, 정차 및 주차시 제동력을 유지하기 위한 전자식 주차 브레이크와, 상기 전방물체감지센서를 통해 검출된 정보를 이용하여 운전자가 원하는 전방 유지거리를 조절하도록 상기 제동제어장치와 엔진제어장치를 제어하는 전자제어유닛을 포함하고, 상기 전자제어유닛은 자동 정지 및 출발 시스템의 제어 모드를 결정하고, 유지하고자 하는 거리와 현재 전방 차량과의 상대거리, 상대속도를 이용하여 가속, 감속, 그리고 정지 명령을 판단하고, 차량의 현재속도와 전방차량과의 유지하고자 하는 거리에 기초하여 차량 가속과 감속에 따른 목표 속도와 목표 감속도를 결정하고, 가속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 속도에 기초하여 상기 엔진 제어장치를 제어하여 구동력을 형성시키고, 감속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 감속도에 기초하여 상기 제동 제어장치를 제어하여 제동력을 형성시키고, 차량이 정지하거나 주차하는 경우, 상기 전자식 주차 브레이크를 제어하여 차량의 정지상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전자제어유닛은 가속이 필요한 경우, 현재의 차량속도를 상기 결정된 목표 속도에 도달시키도록 상기 엔진 제어장치에 스로틀 제어명령과 엔진 토크명령을 출력하여 엔진의 흡기 밸브를 제어하는 스로틀제어와 엔진의 적정 토크를 제어하는 엔진 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자제어유닛은 감속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표감속도와 현재 차량의 감속도사이의 차이를 이용하여 상기 제동 제어장치 내의 유압밸브와 모터의 구동주기 및 제어량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자제어유닛은 차량의 정지 및 주차시, 차량이 정지상태에 이르면, 소정시간동안 상기 제동 제어장치의 유압 밸브로 그 정지상태를 유지하고, 소정시간이 경과한 후에는 상기 전자식 주차 브레이크를 이용하여 그 정지상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전자제어유닛은 상기 가속제어와 감속제어 중 나타날 수 있는 차량 안정성 위험에 대처할 수 있도록 차량의 움직임을 검출하기 위한 각 움직임센서로부 터 얻은 차량거동이 위험한 경우, ABS, TCS ESP와 협조 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 차량의 자동 정지 및 출발 시스템은 차량에 전방 물체감지센서를 부착하여 전방의 물체의 움직임에 따라 제어 차량과의 거리를 유지하고 속도를 제어하는 시스템이다. 차량의 전방 물체감지센서로부터 제어 차량과 목표 차량 사이의 간격, 상대 속도, 제어 차량의 진행방향과의 각도를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 차량의 자동 정지 및 출발 시스템의 제어기는 이러한 전방 물체감지센서를 이용하여 운전자가 원하는 전방 유지 거리를 조절하기 위하여 가속제어 장치, 엔진제어 장치, 제동 제어 장치에 명령을 내린다. 이 시스템의 제어기는 전방 물체감지센서의 제한된 영역에서 차량을 제어하기 위해 제한된 속도에서만 작동하도록 되어 있으며, 제어 중 운전자의 가속 감속 의지를 충분히 반영하도록 설계되어 있다.
본 발명에 따른 차량의 자동 정지 및 출발 시스템은 제어 전반을 관장하는 전자제어유닛(ECU), 차량 전방의 물체의 상대속도와 상대거리를 감지할 수 있는 전방 물체감지센서, 차량의 움직임을 파악할 수 있는 각 움직임 센서, 차량의 제동력을 발생시켜주는 제동 제어장치, 정차 및 주차시 제동력을 유지하기 위한 전자식 주차 브레이크, 제어의 시작과 모드, 그리고 제어 상황과 오작동 상황을 운전자와 연결하여 통신할 수 있는 인터페이스로 구성되어 있다.
본 발명에서는 종래기술의 한계를 극복하기 위해 정밀한 가속제어를 위해 스 로틀 제어와 엔진 토크 제어로 제어부를 구성하였으며, 차량 정지시 지속적인 정차유지를 위해 전자식 주차 브레이크를 이용하였다.
본 발명에 따른 차량의 정지 및 출발 시스템의 주요 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 제어기가 있는 ECU(전자제어유닛)에서는 큐 온/오프의 정보로부터 운전자의 제어 시작과 헤더웨이 시간정보로부터 원하는 유지 거리를 입력 인터페이스를 통해 입력받고, 전방 물체감지센서로서의 레이더 센서의 정보로부터 전방 차량의 거동을 인식하도록 하며, 운전자의 감속 의지를 브레이크 페달과 마스터실린더압력을 통해 판단할 수 있고, 가속의지를 가속페달의 위치나 엔진 스로틀의 열림 정도를 측정하여 정보를 받는다. 또한, 각 바퀴의 휠 속도센서로부터 차량의 현재 속도와 감속도, 가속도를 판단하고, 조향각 센서, 요레이트센서, 종가속도센서로부터 차량의 거동 안정성을 판단할 수 있다. 출력 인터페이스에서는 연산된 정보를 통해 제동시 제동 제어장치에 차량의 유압 브레이크를 제어할 수 있는 제어 명령을 출력하고, 가속시 엔진 제어장치에 제어 명령을 출력한다. 또한 차량 정지시 이용하는 전자식 주차 브레이크에 제어 명령을 출력하며, 표시부와 음성출력부로 이루어진 운전자 인터페이스를 통해 제어 상황을 운전자에게 알려주고, 제어 중 시스템 오작동시 경고음을 내보내어 운전자의 수동운전이 가능하도록 한다.
도 1의 메인 제어기는 도 2와 같이 이루어져 작동한다. 먼저, 메인 제어기는 1) QA제어상태 머신을 통해 자동 정지 및 출발 시스템의 제어 모드를 결정한다. 2) 헤더웨이 거리제어를 통해 유지하고자 하는 거리와 현재 전방 차량과의 상대거리, 상대속도를 얻고, 이를 이용하여 가속, 감속, 그리고 정지 명령을 판단하고, 목표 속도나 목표 감속도를 결정한다. 3) 가속 제어에서는 엔진의 흡기 밸브를 제어하는 스로틀제어와 엔진의 적정 토크를 제어하는 엔진토크를 제어한다. 4) 감속 제어에서는 목표 감속도를 이용해 유압장치에 명령을 하여 제동력을 형성시킨다. 5) 이러한 가속, 감속 제어 중 나타날 수 있는 차량 안정성 위험에 대처하기 위해 차량의 각 움직임 센서들을 이용하여 위험도를 판단하고 ABS, TCS, ESP와의 협조제어를 수행한다.
자동 정지 및 출발 시스템의 제어 모드는 도 3과 같이 구성된다. 제어의 시작과 종료는 운전자가 스위치를 이용하여 가능하고, 운전자의 가속페달이나 브레이크 페달에 의한 중복이 없는 상태에서 자동 정지 및 출발 시스템의 주요 기능들이 동작한다. QA_FOLLOW 모드에서는 전방 차량과의 안전 유지거리에 따라 가속 및 감속 제어를 수행하며, 전방 차량이 감지되지 않는 경우에는 QA_CRUISE 모드에서 미리 정해진 한계 속도로 주행하게 된다.
가속제어는 도 4와 같이 나타낼 수 있는데, 현재의 차량 속도를, 헤더웨이 거리제어에서 결정된 목표 속도에 도달하도록 스로틀 제어 명령과 엔진 토크 제어 명령을 내린다. 제어 방법은 도 5에서 볼 수 있듯이 가속제어에서 차량 속도 응답성을 빠르게 하기 위해 스로틀의 열림 명령을 목표속도에 맞게 내리고, 엔진 ECU에 토크량 명령도 함께 내린다. 이는 차량 가속시 보다 빠른 응답성과 목표치를 정확하게 맞추기 위한 위함이다.
또한, 감속도 제어는 도 6에서 볼 수 있는 것과 같이, 헤더웨이 거리제어에서 결정된 차량 감속도와 현재 차량의 감속도 값의 차(에러)를 이용하여 유압장치 의 유압 밸브와 모터 구동주기 및 제어량을 결정한다. 이와 같은 제어의 경향은 도 7에서 볼 수 있다. 또한, 감속도 제어에서 결정된 유압장치에 대한 구동명령은 차량의 안정성 제어 기능인 EBD, ABS, TCS, ESP에서 결정하는 유압장치에 대한 구동 명령과 연계하여 협조제어를 수행한다.
한편, 차량의 정지제어는 도 8과 9에 도시된 바와 같이, 전방 레이더 센서로부터 얻은 정보를 이용하여 차간 거리를 조절하다 차량이 0 KPH의 정지상태에 이르게 되면, T_max동안 유압장치의 유압 밸브로 그 정지상태를 유지하고 그 이상의 시간이 흐르면 전자식 주차 브레이크로 그 정지 상태를 유지한다. 이 때의 주차 브레이크는 전기모터로 케이블을 당기는 방식이 있을 수 있고, 캘리퍼 브레이크의 유압실린더에서 밀고 있는 피스톤의 위치를 기계적으로 물려 놓는 방법이 있다. 만일, 운전자의 출발의지나 제어에 의한 차량 출발이 감지되면 각 브레이크의 정지시키는 힘을 풀게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 차량 감가속시, 보다 정밀한 제어를 통하여 안정성과 편의성을 향상시킬 수 있고, 차량 정지시 전자식 주차 브레이크를 이용하여 지속적인 정차를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량을 가속시키거나, 차량을 제동시켜 전방 차량과의 전방 유지거리를 조절하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템에 있어서,
    차량 전방의 물체의 상대속도와 상대거리를 감지하기 위한 전방 물체감지센서와, 차량을 제동시키기 위한 제동 제어장치와, 차량을 가속시키기 위한 엔진 제어장치와, 정차 및 주차시 제동력을 유지하기 위한 전자식 주차 브레이크와, 상기 전방 물체감지센서를 통해 검출된 정보를 이용하여 운전자가 원하는 전방 유지거리를 조절하도록 상기 제동제어장치와 엔진제어장치를 제어하는 전자제어유닛을 포함하고,
    상기 전자제어유닛은 자동 정지 및 출발 시스템의 제어 모드를 결정하고, 유지하고자 하는 거리와 현재 전방 차량과의 상대거리, 상대속도를 이용하여 가속, 감속, 그리고 정지 명령을 판단하고, 차량의 현재속도와 전방차량과의 유지하고자 하는 거리에 기초하여 차량 가속과 감속에 따른 목표 속도와 목표 감속도를 결정하고, 가속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 속도에 기초하여 상기 엔진 제어장치를 제어하여 구동력을 형성시키고, 감속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표 감속도에 기초하여 상기 제동 제어장치를 제어하여 제동력을 형성시키고, 차량이 정지하거나 주차하는 경우, 상기 전자식 주차 브레이크를 제어하여 차량의 정지상태를 유지시키고,
    차량의 정지 및 주차시, 차량이 정지상태에 이르면, 소정시간 동안 상기 제동 제어 장치의 유압 밸브로 그 정지상태를 유지하고, 소정시간이 경과한 후에는 상기 전자식 주차 브레이크를 이용하여 그 정지상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자제어유닛은 가속이 필요한 경우, 현재의 차량속도를 상기 결정된 목표 속도에 도달시키도록 상기 엔진 제어장치에 스로틀 제어명령과 엔진 토크명령을 출력하여 엔진의 흡기 밸브를 제어하는 스로틀제어와 엔진의 적정 토크를 제어하는 엔진 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자제어유닛은 감속이 필요한 경우, 상기 결정된 목표감속도와 현재 차량의 감속도사이의 차이를 이용하여 상기 제동 제어장치 내의 유압밸브와 모터의 구동주기 및 제어량을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자제어유닛은 상기 가속이 필요한 경우와 감속이 필요한 경우 중 나타날 수 있는 차량 안정성 위험에 대처할 수 있도록 차량의 움직임을 검출하기 위한 각 움직임센서로부터 얻은 차량거동이 위험한 경우, ABS, TCS ESP와 협조 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 자동 정지 및 출발 시스템.
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