KR101491391B1

KR101491391B1 - 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법

Info

Publication number: KR101491391B1
Application number: KR20130167900A
Authority: KR
Inventors: 노양수; 한민우; 성현; 정장훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-02-06
Also published as: US20150183458A1; US9604667B2; CN104742957B; CN104742957A

Abstract

본 발명은 전동식 조향 장치 및 차량의 상태 정보를 이용하여 주행 중인 차량이 운전자의 의도와 상관없이 주행 경로를 이탈하는 것을 방지하기 위한 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법에 관한 것으로, 전동식 조향 장치의 기능 고장시 발생할 수 있는 노 스티어링 등을 정확하게 검출하고 방지할 수 있는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 전동식 조향 장치의 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 다른 방향을 갖는지 여부를 판단하는 제1단계; 차량이 일정 차속 이상으로 주행하는지 여부를 판단하는 제2단계; 상기 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생하는지 여부를 판단하는 제3단계; 요 레이트의 변화율이 일정값 이하인지 여부를 판단하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 제공한다.

Description

자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법 {Method for determining driving course deviation of vehicle}

본 발명은 전동식 조향 장치 및 차량의 상태 정보를 이용하여 주행 중인 차량이 운전자의 의도와 상관없이 주행 경로를 이탈하는 것을 방지하기 위한 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법에 관한 것이다.

차량 내 부품들이 전자화됨에 따라 차량의 기능 안전에 대한 관심이 점차 높아지고 있으며, 차량 기능 안전에 관한 국제 표준인 ISO26262가 자동차 관련 업체들에게 큰 관심을 불러 일으키고 있다.

이에 차량의 전동식 조향 장치(MDPS, Motor Drive Power System) 분야에서도 국제 표준인 ISO26262를 만족하는 조향 장치를 제공하고자 하는 노력이 가속화되고 있다.

종래에는 전동식 조향 장치의 기능 안전성을 확보하기 위해 고장 발생시 고장 검출성을 높이고자 하였으며, 이러한 전동식 조향 장치의 고장으로 인해 발생할 수 있는 문제로서, 노 스티어링(No-steering, 혹은 locking)이 있다.

노 스티어링이란 차량이 일정한 속도 이상으로 주행하는 상황에서 선회를 위해 운전자 조향 토크를 발생할 때 모터 토크가 운전자 조향 토크와 반대 방향으로 같은 크기를 갖고 발생하면 운전자 조향 토크와 모터 토크가 서로 상쇄되어 조향이 불가능한 상황을 가리키는 용어이다.

도 1은 종래 차량의 주행시 노 스티어링이 발생한 경우를 보여주는 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 전동식 조향 장치에 고장이 발생하게 되면 차량이 선회를 시도할 시 정상 경로를 따라 선회하지 못하고 직진을 하게 된다.

즉, 전동식 조향 장치에 노 스티어링과 같은 고장이 발생하게 되면, 도 1의 ①지점에서 직진 주행을 하는 차량이 2초 후 운전자가 ②지점에서 선회를 시도함에도 불구하고 스티어링 락(steering lock)으로 인해 선회하지 못하고 직진하게 된다.

이와 같이 주행 중에 전동식 조향 장치의 고장 발생시 노 스티어링과 같은 위험 상황이 발생하는 경우, 운전자의 의도와 상관없이 정상 주행 경로를 이탈하게 되므로 큰 사고를 초래하게 된다.

종래에는 전동식 조향 장치의 고장 발생시 전동식 조향 장치의 기능에만 초점을 맞추어 위험이 예상되는 고장 발생시 차량의 상태에 대한 고려 없이 즉각적으로 조향 장치의 모터에 공급되는 전류를 차단하여 전동식 조향 장치의 작동을 정지시켰다.

그러나, 종래와 같이 전동식 조향 장치의 기능에만 초점을 맞추어 조향 장치의 고장을 검출하게 되면, 전동식 조향 장치의 기능 추가시 추가된 기능을 모니터링하기 위한 시스템이 요구되어 시스템이 복잡해지게 되는 문제점이 있다.

또한, 전동식 조향 장치의 고장 발생시 노 스티어링 등과 같은 현상이 반드시 발생하는 것은 아니므로, 노 스티어링 등의 현상을 정확하게 검출하기 위해서는 차량의 상태를 고려할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 전동식 조향 장치 및 차량의 상태 정보를 이용하여 전동식 조향 장치의 기능 고장시 발생할 수 있는 노 스티어링 등을 정확하게 검출하고 방지할 수 있는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 전동식 조향 장치의 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 다른 방향을 갖는지 여부를 판단하는 제1단계; 차량이 일정 차속 이상으로 주행하는지 여부를 판단하는 제2단계; 상기 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생하는지 여부를 판단하는 제3단계; 요 레이트의 변화율이 일정값 이하인지 여부를 판단하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, LKAS(Lane Keeping Assist System)를 탑재한 차량의 경우, 상기 제1 내지 제4단계와 더불어 상기 LKAS의 정상작동 여부를 판단하는 제5단계를 더 포함하며, 상기 LKAS의 정상작동 시에만 전동식 조향 장치의 고장으로 인한 차량의 주행 경로 이탈 발생 여부를 판단하게 된다.

또한 본 발명에 따른 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법은, 상기 각 단계의 판단 조건을 모두 만족하면 운전자가 선회를 위해 운전자 조향토크를 발생할 때 차량의 노 스티어링 등으로 인한 주행 경로 이탈이 발생한 것으로 판단하며, 전동식 조향 장치용 모터에 공급되는 전류를 차단하여 상기 모터를 오프시키게 된다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 전동식 조향 장치 및 차량의 상태 정보를 이용하여 노 스티어링을 정확하게 검출하고 방지함으로써 그로 인한 주행 경로 이탈 및 재난 상황에 대비할 수 있다.

둘째, 노 스티어링의 발생 감지시 전동식 조향 장치의 모터를 오프시켜 전동식 조향 장치의 기능 안전성을 확보할 수 있다.

셋째, 노 스티어링 감지시 조향 장치용 모터에 인가되는 전류를 차단하여 매뉴얼 스티어링(manual steering) 상태로 전환함으로써 주행 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래 차량의 주행 중 노 스티어링이 발생한 경우를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 설명하기 위한 순서도
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법을 검증하기 위한 노 스티어링의 시뮬레이션 조건을 나타낸 도면
도 4는 도 3의 시뮬레이션 조건에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 전동식 조향 장치의 고장에 의해 발생할 수 있는 차량의 노 스티어링 등과 같은 조향 불능의 위험 상황을 조기에 감지하여 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동식 조향 장치는 차량의 주행 중에 스티어링 휠이 작동하게 되면 스티어링 휠의 각도 변화나 토크 변화에 따라 모터를 작동시켜 운전자가 차량의 주행 방향을 변경하는 것을 용이하도록 한다.

즉, 전동식 조향 장치는 운전자가 스티어링 휠을 조작하면 토크 센서가 이를 감지하고 전자제어장치(MDPS ECU)가 스티어링 휠의 조향 방향과 조향 토크의 값에 대응되는 지령을 모터에 전달하고, 상기 모터가 이에 상응되게 동작하여 차량의 앞바퀴 축을 움직임으로써 운전자가 차량의 주행 방향을 바꾸는 것을 용이하게 한다.

도 2를 참조로 설명하면, 본 발명에 따른 주행 경로 이탈 감지 방법에서는, 먼저 운전자 조향토크(혹은 스티어링 휠의 조향토크)와 모터토크 간에 방향을 비교하여 두 토크의 방향이 동일한지 또는 서로 다른지를 판단한다(S100).

상기 운전자 조향토크는 운전자가 주행중 원하는 방향으로 스티어링 휠을 조작시 발생하는 토크값이고, 상기 모터토크는 전동식 조향 장치용 모터의 토크값이다.

자동차의 전동식 조향 장치에는 토크 센서가 장착되어 있어서, 운전자가 스티어링 휠을 조작하면 상기 토크 센서가 운전자의 조향 의도에 따른 운전자 조향토크를 감지하게 된다.

그리고 전술한 바와 같이, 차량이 노 스티어링 상태가 되면 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 반대 방향으로 발생하게 된다.

따라서 상기 운전자 조향토크와 모터토크 간에 방향을 비교하기 위해, 운전자 조향토크와 모터토크를 승산한 값을 '0'과 비교할 수 있으며, 이때 운전자 조향토크와 모터토크를 승산한 값이 '0' 미만이면 두 토크가 서로 다른 방향을 갖는 것, 즉 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 반대 방향으로 발생한 것으로 판단하게 된다.

또한 전술한 바와 같이, 차량의 노 스티어링은 차량이 일정 속도 이상으로 주행하는 상황에서 발생하게 되므로, 다음으로 차량이 일정 차속 이상으로 주행하는지 여부를 판단한다(S110).

차량이 일정 차속 이상으로 주행시 전동식 조향 장치의 고장이 발생하면 노 스티어링 등의 위험 상황이 발생가능한 것으로 판단할 수 있다.

이에, 차량의 현재 주행속도를 판단하기 위해, 즉 차량이 일정 차속 이상으로 운행하는지 판단하기 위해, 차량의 현재 주행속도를 미리 설정해둔 차속기준값과 비교한다.

상기 차속기준값은 미리 설정해둔 차량의 속도값으로, 전동식 조향 장치의 고장 검출에 더욱 민감하게 작동되어야 할 속도로서 임의로 결정될 수 있다.

예를 들면, 전동식 조향 장치의 고장은 저속 주행시보다는 고속 주행시 노 스티어링에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 감안하여 상기 차속기준값을 결정할 수 있다.

또한 전술한 바와 같이, 차량의 노 스티어링 상태에서는 운전자가 차량의 선회를 위해 운전자 조향토크를 발생할 때 모터토크가 운전자 조향토크와 반대 방향으로 같은 크기로 발생하게 되어 운전자 의지에 따른 조향이 불가능하게 된다.

따라서 차량의 노 스티어링을 검출하기 위해 전동식 조향 장치의 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생하는지 여부를 판단하며, 이를 위해 모터토크를 미리 설정해둔 토크기준값과 비교한다(S120).

모터토크의 크기가 토크기준값 이상인 것으로 판단되면, 즉 모터토크가 일정치 이상으로 발생하면, 요 레이트(Yaw Rate)의 변화율이 일정값 이하인지 여부를 판단한다(S130).

알려진 바에 의하면, 요 레이트(Yaw Rate)는 자동차의 중심을 관통하는 수직선 주위에 회전각(요각)이 변하는 속도를 나타내는 것으로, 요 레이트의 변화율 즉, 요 레이트의 미분값을 통해 차량의 요(yaw) 상태를 판단할 수 있게 된다.

또한, 전동식 조향 장치는 정상 상태인 경우 모터토크가 일정값 이상으로 발생하면 요 레이트 변화율이 일정값 이상이 되어 차량이 선회하게 된다.

따라서 모터토크가 일정값 이상으로 발생할 때 요 레이트 변화율이 일정값 이하이면 차량이 직진 주행하는 것으로 판단할 수 있다.

상기 요 레이트 변화율을 판단하기 위해, 요 레이트의 크기를 미분한 값을 미리 설정한 변화기준값과 비교하여 요 레이트의 변화율이 변화기준값 이하인지 여부를 판단한다(S130).

모터토크가 토크기준값 이상인 조건하에서, 요 레이트의 크기를 미분한 값이 미리 설정한 변화기준값 이하이면, 즉 요 레이트의 크기를 미분한 값이 일정값 이하이면, 차량이 직진 주행중인 것으로 판단할 수 있다.

상기한 조건을 모두 만족하면, 다시 말해 모터토크가 운전자 조향토크와 반대 방향으로 발생하는 조건과 차속이 일정값(차속기준값) 이상으로 발생하는 조건과 모터토크의 크기가 일정값(토크기준값) 이상으로 발생하는 조건 및 요 레이트 변화율이 일정값(변화기준값) 이하로 발생하는 조건을 모두 만족하면, 운전자 조향토크 발생시 전동식 조향 장치의 고장으로 인한 차량의 주행 경로 이탈이 발생한 것으로 판단하게 된다.

즉, 상기한 조건을 모두 만족하면, 운전자가 선회를 위해 스티어링 휠을 조작하여 운전자 조향토크를 발생할 때 차량이 정상 경로를 따라 선회하지 못하고 직진 주행을 하여 정상 주행 경로를 이탈하게 되는 위험 상황이 발생한 것으로 판단하게 되며, 이에 따라 차량의 노 스티어링이 발생한 것으로 판단하게 된다(S150).

한편, 일부 차량에 탑재되어 있는 LKAS(Lane Keeping Assist System)는, 자동차가 주행시에 자동으로 차선을 벗어나지 못하게 해주는 시스템으로 흰선이나 중앙선 등을 센서로 구분할 수 있으며, 차선을 벗어날 경우 스티어링 휠의 진동이나 경고음 등으로 운전자에게 알리는 것에 그치지 않고 스티어링 휠을 조향하여 차선을 유지하게 하는 기능이 있는 것으로 알려져 있다.

따라서 LKAS를 탑재한 차량의 경우 LKAS의 고장으로 인해 노 스티어링 상태가 발생할 수 있으므로, LKAS의 정상작동 여부를 판단하여 LKAS의 정상작동 중에만 MDPS ECU에서 MDPS의 고장으로 인한 노 스티어링 상태를 검출하도록 함으로써 LKAS의 이상으로 인한 노 스티어링을 배제할 수 있도록 한다.

즉, LKAS를 탑재한 차량의 경우 LKAS가 정상작동 중인 조건하에서만 MDPS의 고장으로 인한 노 스티어링을 검출한다.

참고로, LKAS의 이상시 LKAS ECU에서는 LKAS의 작동을 중단하게 된다.

이와 같이 전동식 조향 장치의 고장으로 인한 노 스티어링 등으로 인해 차량의 정상 주행 경로 이탈이 발생한 것으로 판단되면(S150), 전동식 조향 장치용 모터에 공급되는 전류를 차단하여 상기 모터를 오프시킴으로써(S160) 매뉴얼 스티어링(manual steering) 상태로 전환하여 주행 안전성을 확보하게 된다.

본 발명에서는 차량 내 탑재된 전자제어장치(예를 들면, MDPS ECU)가 해당 센서 및 시스템 등으로부터 각 조건의 판별을 위한 신호를 제공받아 전동식 조향 장치의 고장에 의해 발생하는 노 스티어링 등의 위험 상황을 검출하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법의 정확성 및 신뢰성을 확인 및 검증하기 위하여, 도 3과 같은 시뮬레이션 조건으로 노 스티어링을 발생시켜 도 4와 같은 시뮬레이션 결과를 얻었다.

도 3을 참조로 상기 시뮬레이션 조건을 설명하면, 80KPH로 직진을 시작하고 2초 후 선회를 시도하는 시점에서 차량의 전동식 조향 장치에 고장을 일으켜 노 스티어링의 발생을 유도하였다.

전동식 조향 장치의 고장으로 인한 노 스티어링을 검출 및 판단하기 위한 조건으로는, 앞서 언급한 바와 같이 모터토크가 운전자 조향토크와 반대 방향으로 발생하는 조건과 차속이 일정값(차속기준값) 이상으로 발생하는 조건과 모터토크의 크기가 일정값(토크기준값) 이상으로 발생하는 조건과 요 레이트 변화율이 일정값(변화기준값) 이하로 발생하는 조건 및 LKAS가 정상작동 중인 조건을 사용하였다.

도 4를 참조로 시뮬레이션 결과를 설명하면, 차량의 직진 시작 후 2초를 주행한 지점에서 전동식 조향 장치의 고장이 발생함에 따라, 운전자 조향토크와 모터토크의 승산값이 '0' 미만의 값을 갖게 되고, 모터토크는 점차 증가하여 일정 크기 이상으로 발생하게 되고, 요 레이트 변화율은 일정값 이하로 발생하게 됨을 확인하였다.

또한 도 4에 나타내지는 않았으나, 상기 시뮬레이션 결과 차속은 일정값 이상으로 발생함을 확인하였다.

이와 같이 본 발명에 따른 주행 경로 이탈 감지 방법을 통해 전동식 조향 장치의 고장으로 인한 노 스티어링의 검출이 가능함을 확인하였다.

따라서 차속과 모터토크, 요 레이트의 변화율에 대한 임계값으로서 적절한 차속기준값, 토크기준값, 및 변화기준값을 설정하는 경우, 본 발명에 따른 방법을 적용하여 오류 없이 자동차의 노 스티어링을 검출 가능함을 알 수 있다.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 의해 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims

전동식 조향 장치의 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 다른 방향을 갖는지 여부를 판단하는 제1단계;
차량이 일정 차속 이상으로 주행하는지 여부를 판단하는 제2단계;
상기 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생하는지 여부를 판단하는 제3단계;
요 레이트의 변화율이 일정값 이하인지 여부를 판단하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
LKAS(Lane Keeping Assist System)를 탑재한 차량의 경우, 상기 LKAS의 정상작동 여부를 판단하는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 각 단계의 판단 조건을 모두 만족하면 운전자가 선회를 위해 운전자 조향토크를 발생할 때 차량의 주행 경로 이탈이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 각 단계의 판단 조건을 모두 만족하면 차량의 노 스티어링이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 각 단계의 판단 조건을 모두 만족하면 차량의 주행 경로 이탈이 발생한 것으로 판단하고, 전동식 조향 장치용 모터에 공급되는 전류를 차단하여 상기 모터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1단계에서는 운전자 조향토크와 모터토크를 승산한 값이 '0'보다 작으면 운전자 조향토크와 모터토크가 서로 다른 방향을 갖는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제4단계에서는, 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생시, 요 레이트의 변화율이 일정값 이하이면 차량이 직진 주행하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제4단계에서는, 모터토크가 일정 크기 이상으로 발생시, 요 레이트의 크기를 미분한 값이 일정값 이하이면 차량이 직진 주행하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 주행 경로 이탈 감지 방법.