KR101728903B1

KR101728903B1 - 목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101728903B1
Application number: KR1020100058218A
Authority: KR
Inventors: 김민성
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2017-04-20
Also published as: KR20110138090A

Abstract

본 발명은 목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 방법 및 장치에 관한 것으로 본 발명의 일면에 따른 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법은, 차량 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 연산하는 단계와, 목표 주차 경로를 이용하여 현재 운동 자세로부터 차량의 목표 운동 자세를 도출하는 단계와, 현재 운동 자세 및 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산하는 단계를 포함한다.

Description

목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR STEERING CONTROL OF VEHICLES FOR FOLLOWING TARGET PARKING PATH}

본 발명은 목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는 목표 주차 경로를 추종하여 평행 주차를 할 때, 필요한 조향 장치의 제어 조향 각도를 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

차량을 목표 위치로 자동으로 유도하기 위해서는, 차량이 이동하는 동안 목표 경로와 차량의 현재 위치간의 관계를 실시간으로 감시하는 것이 요구된다. 이는 현재 차량 위치를 추정하는 것이 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 일반적으로, 현재 차량의 위치 추정은, 요율 센서 및 차륜 속도 센서에 의하여 검출되는 차량의 제어된 조향각 및 이동량(이동 거리)을 기초로 한다. 하지만, 예를 들어, 카나야마(Kanayama) 경로 추종 이론을 바탕으로 하는 종래의 기술은 현재 명령을 주어야 할 조향 각도를 산출함에 있어서, 미래의 차량 운동 상태를 반영하고 있어 이를 구현하는 것이 비현실적이라는 문제점이 있었으며, 또한 최종 시스템 성능과 무관하거나, 그 영향이 미비한 계산 파라미터를 사용하여 연산이 복잡해지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 다른 형태로 구현되는 차량의 조향 제어 방법 및 장치를 제공하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 목표 주차 경로를 추종하기 위한 차량의 조향 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법은, 차량 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 연산하는 단계와, 목표 주차 경로를 이용하여 현재 운동 자세로부터 차량의 목표 운동 자세를 도출하는 단계와, 현재 운동 자세 및 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 면에 따른 차량의 조향 제어 장치는, 차량 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 검출하는 차량 동작상태 검출부와, 차량 동작상태 검출부로부터 출력된 신호를 입력 받아, 차량의 목표 운동 자세를 도출하는 목표 운동자세 도출부와, 현재 운동 자세와 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산한 후, 제어 조향각에 따라 차량의 주차를 유도하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따르면 제어 조향각을 생성하는 데 있어서, 현재의 차량 상태를 반영하고, 영향이 미비한 계산 파라미터를 제거함으로써, 연산 복잡도를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 제어 조향각 생성 방법을 구현하는 데 있어서, 소프트웨어 및 하드웨어의 복잡도 역시 줄일 수 있는 이점이 있고, 제어 조향각을 생성하는 연산이 단순해짐에 따라, 차량의 부품이 줄어들고, 공정이 단순화되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 차량의 조향 제어 장치를 나타내는 블록도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 차량의 목표 운동 자세를 도출하기 위한 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.

먼저, 차량의 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 연산한다(S110). 차량의 전자 제어 유닛은 차량의 현재 위치 및 자세 상태를 연산하기 위하여 차량 내 네트워크를 통해, 지속적으로 차량의 속도 및 요레이트(Yaw Rate) 정보를 포함하는 차량의 내부 정보를 취득한다.

그리고 차량의 전자 제어 유닛은 차량 내 네트워크를 통해, 취득한 차량의 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 위치 및 자세 상태를 기 설정된 목표 주차 경로와 동일한 좌표 공간에서 도출한다.

여기서 차량 내 네트워크는 CAN(Controller Area Network)통신, 시리얼통신(Serial), 플렉스 레이(Flex Ray), LIN(Local Interconnect Network)통신 및 모스트 통신 중 어느 1개 이상의 통신 방법을 의미한다.

구체적으로 차량 전자 장치용 네트워크 통신 규격 중에 하나인 CAN(Controller Area Network)은 차량에 설치된 마이컴 사이에 신속한 정보 교환과 전달을 목적으로 한 통신 장치로, 각 콘트롤러에 상호 필요한 모든 정보를 주고 받을 수 있고 어떤 컨트롤러에 추가로 정보가 필요시 하드웨어의 변경 없이 소프트웨어만 변경하여 대응이 가능하다. 캔(CAN)은 엔진과 변속기 계통에 주로 사용되는 고속 캔과 차체 섀시 계통에 사용되는 저속 캔으로 구분되며, 고속캔은 125kbps~1Mbps, 저속캔은 125kbps 이하의 통신 속도를 나타낸다.

또한 린(LIN: Local Interconnect Network)은 20kbps 이하의 느린 통신규격으로 도어, 미러, 윈도, 와이퍼, 전조등과 같이 비교적 빠르지 않는 응답속도를 요구하는 장치에 주로 사용된다.

플렉스레이(Flex Ray)는 최대 10Mbps의 빠른 통신 속도로 차량의 엔진 등 동력계통과 브레이크, 조향장치 등 섀시를 제어하는 전자장치(ECU)간의 통신을 원활하게 해주는 차세대 프로토콜 규격이다.

모스트 통신은 차량 멀티미디어 네트워크 통신규격으로 최대 24.5Mbps의 통신 속도를 내며, 차량에서 사용하는 내비게이션, 오디오/비디오, 스피커, 오토 PC, DMB, 텔레매틱스 등의 통신에서 활용된다.

다음으로 이미 설정된 차량의 목표 주차 경로를 이용하여 현재 차량의 운동 자세로부터 차량의 목표 운동 자세를 도출한다(S120). 구체적으로 S110 단계에서 구해지는 현재 운동 자세로부터 이미 설정된 목표 주차 경로를 이용하여 차량의 목표 위치 및 자세 상태를 도출한다.

도 3을 참조하면, 차량의 목표 주차 경로가 생성되는 X축과 Y축으로 이루어지는 2차원 좌표 평면에서, 만약 현재 위치의 X좌표 값보다 50 센티미터 후방의 값을 목표 위치의 X좌표 값으로 설정한다면, 이 값을 바탕으로 원 과 원 사이의 이동 궤적 방정식을 이용하여 목표 위치의 Y좌표 값 및 요레이트 값을 도출할 수 있다.

다음으로 S110 단계와 S120 단계에서 구해진 현재 운동 자세 및 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산한다(S130). 제어 조향각은 차량의 전자 제어 유닛에서 연산되고, 도출된 제어 조향각은 최종적으로 차량의 조향 장치의 전자 제어 유닛으로 전달되어 조향 장치가 제어된다. 제어 조향각을 연산하기 위한 하나의 예를 이하에서 설명한다.

제어 조향각을 연산하기 위해서, 먼저 제어 이득 값을 선정한다. 제어 이득은 차량의 목표 주차 경로가 생성되는 X축과 Y축으로 이루어지는 2차원 좌표 평면에서, X축 제어 이득, Y축 제어 이득 및 요레이트 제어 이득으로 구성된다.

이하에서 제어 이득 값을 선정하는 방법의 일례로 시뮬레이션을 이용한 게인스케쥴링(Gain Scheduling) 기법을 설명한다. 제어 이득 값을 선정하기 위한 시뮬레이션 결과, 일정한 후진 속도에서 최상의 제어 성능을 주는 제어 이득 값을 다른 후진 속도에서도 동일하게 사용하면 제어 성능이 많이 저하되는 것으로 나타났다. 따라서, 후진 가능한 속도 범위 내에서 속도를 조금씩 변화시켜가며 각각의 속도에서 최상의 제어 성능을 제시하는 제어 이득 값을 시뮬레이션을 통해서 구할 수 있다.

이와 같이 시뮬레이션을 이용한 게인 스케쥴링 기법은 차량 속도가 낮을수록 오차를 줄이기 위하여 큰 제어 이득 값이 필요하다는 시뮬레이션 결과를 이용하여, 매 샘플링 시간마다 차량 속도를 감지하여 그 속도에 적합한 제어기의 제어 이득 값을 함수에 의해 구하는 것이다.

다음으로 현재 운동 자세 및 목표 운동 자세를 이용하여 위치 에러를 연산한다. 예를 들어, 아래의 수학식 1을 이용하여 위치 에러를 연산할 수 있다.

[수학식 1]

다음으로 앞서 선정한 제어 이득 값과 위치 에러를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 연산한다. 예를 들어 아래의 수학식 2를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 연산할 수 있다.

[수학식 2]

수학식 2는 아래의 수학식 3으로부터 도출된 것으로, 상세하게는 수학식 3에서의 차량의 목표 요레이트 값인 W_r 및 X축 제어 이득 값인 K_x 를 무시하고, 차량의 목표 차속인 V_r를 차량의 현재 차속인 V_c 와 동일하게 하는 간소화 작업으로부터 도출된 것이다.

수학식 2는 수학식 3이 표상하는 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것이다. 수학식 3은 현재 알 수 없는 차량의 관한 미래 값을 파라미터로 이용하여 비현실적인 문제 해결 방법이라는 점에서 문제가 있었지만, 수학식 2는, 미래 목표 지점에서의 차량 자세를 그 시점에서 정지된 형태로 가정하여 차량의 목표 요레이트 값을 '0'으로 설정함으로써 수학식 3이 가지는 비현실성을 극복한 것이다.

[수학식 3]

마지막으로 명령 차속 및 명령 요레이트를 이용하여 제어 조향각을 연산한다. 예를 들어 아래의 수학식 4를 이용하여 제어 조향각을 연산할 수 있다,

[수학식 4]

도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예인 차량의 조향 제어 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 조향 제어 장치(200)는 차량 동작상태 검출부(210)와, 목표 운동자세 도출부(220)와, 제어부(230)로 구성된다.

차량 동작상태 검출부(210)는 차량의 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 검출한다.

차량 동작상태 검출부(210)는 차량의 속도를 실시간으로 검출하는 차속 센서와, 차량의 전/후방에 장착되어 장애물과 차량의 거리를 감지하여 주차 공간을 판단하는 초음파 센서와, 차량의 후진 상태 감지를 위한 변속단 검출부와, 차량의 요레이트를 검출하기 위한 요레이트 검출부를 포함할 수 있다.

차량 동작상태 검출부(210)는 차량 내 네트워크를 통해 획득한, 차속 및 요레이트 정보를 이용하여 차량의 현재 위치 및 자세 상태를 연산한다.

목표 운동자세 도출부(220)는 차량 동작상태 검출부(210)에서 출력된 신호를 입력 받아, 차량의 목표 운동 자세를 도출한다.

구체적으로 목표 운동자세 도출부(220)는 차량 동작상태 검출부(210)에서 출력되는 결과인 현재 운동 자세로부터 이미 설정된 목표 주차 경로를 이용하여 차량의 목표 위치 및 자세 상태를 도출한다. 차량의 목표 위치 및 자세를 도출하는 방법의 일례를 아래에 설명한다.

차량의 목표 주차 경로가 생성되는 X축과 Y축으로 이루어지는 2차원 좌표 평면에서, 만약 현재 위치의 X좌표 값보다 50 센티미터 후방의 값을 목표 위치의 X좌표 값으로 설정한다면, 이 값을 바탕으로 원 과 원 사이의 이동 궤적 방정식을 이용하여 목표 위치의 Y좌표 값 및 요레이트 값을 도출할 수 있다.

제어부(230)는 제어 조향각을 연산하기 전의 전 처리 과정을 수행하는 제1 연산 처리부(231)와 제1 연산 처리부(231)에서 도출된 신호를 입력 받아, 최종적으로 제어 조향각을 계산하는 제2 연산 처리부(232)로 구성된다.

제어부(230)는 제1 연산 처리부(231)와 제2 연산 처리부(232)로 구성되어, 최종적으로 제어 조향각을 연산하고 이를 이용하여 차량의 조향 장치를 제어하는 신호를 출력한다.

제1 연산 처리부(231)는 제어 이득 값을 선정하고, 현재 운동 자세 및 목표 운동 자세를 이용하여 위치 에러를 계산하고, 선정된 제어 이득 값과 위치 에러를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 연산한다. 예를 들어, 제1 연산 처리부(231)는 상기 수학식 2를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 연산할 수 있다.

제2 연산 처리부(232)는 제1 연산 처리부(231)에서 도출된 명령 차속 및 명령 요레이트를 이용하여 제어 조향각을 연산한다. 예를 들어, 제2 연산 처리부(232)는 상기 수학식 4를 이용하여 제어 조향각을 연산할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 도는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: 차량의 조향 제어 장치.
210: 차량 동작상태 검출부
220: 목표 운동자세 도출부
230: 제어부
231: 제1 연산 처리부
232: 제2 연산 처리부

Claims

목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법에 있어서,
차량 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 연산하는 단계;
상기 목표 주차 경로를 이용하여 상기 현재 운동 자세로부터 상기 차량의 목표 운동 자세를 도출하는 단계; 및
상기 현재 운동 자세 및 상기 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 제어 조향각을 연산하는 단계는,
제어 이득 값을 선정하고, 상기 현재 운동 자세와 상기 목표 운동 자세 사이의 상기 차량의 진행 방향(X축)의 오차, 측면 방향(Y축)의 오차 및 각도의 오차를 포함하는 위치 에러를 연산하는 단계;
상기 제어 이득 값과 상기 위치 에러를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 연산하고, 상기 명령 차속 및 상기 명령 요레이트를 이용하여 제어 조향각을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 명령 차속 및 상기 명령 요레이트는 아래의 수학식 2에 의해 계산되고,
[수학식 2]

상기 V는 명령 차속이고, 상기 W는 명령 요레이트이고, 상기 Vc 는 현재 차속이고, 상기 Ky 는 상기 차량의 측면 방향(Y축) 제어 이득이고, 상기 K_θ 는 상기 차량의 요레이트 제어 이득이고, 상기 Ye 는 상기 측면 방향(Y축)의 오차이고, 상기 θ_e는 상기 각도의 오차이고,
상기 수학식 2는 아래의 수학식 3에서 차량의 목표 요레이트 값인 W_r 및 X축 제어 이득 값인 K_x 를 무시하고, 차량의 목표 차속인 V_r 를 차량의 현재 차속인 Vc로 치환하여 도출된 것이며,
[수학식 3]

임을 특징으로 하는 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 현재 운동 자세를 연산하는 단계는,
차량 내 네트워크를 통해 획득한 차속 및 요레이트(Yaw Rate) 정보를 이용하여, 상기 차량의 현재 위치 및 자세 상태를 연산하는 단계를 포함하는 것
인 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 목표 운동 자세를 도출하는 단계는,
상기 현재 운동 자세로부터 상기 목표 주차 경로를 이용하여, 상기 차량의 목표 위치 및 자세 상태를 도출하는 것
인 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 제어 조향각은,

의해 계산되고,
상기 W 는 상기 명령 요레이트이고, 상기 l 은 차량 축거이고, 상기 V_c는 현재 차속인 것
인 목표 주차 경로를 추종하기 위한 조향 제어 방법.
차량 내부 정보를 이용하여 차량의 현재 운동 자세를 검출하는 차량 동작상태 검출부;
상기 차량 동작상태 검출부로부터 출력된 신호를 입력 받아, 상기 차량의 목표 운동 자세를 도출하는 목표 운동자세 도출부; 및
상기 현재 운동 자세와 상기 목표 운동 자세를 이용하여 제어 조향각을 연산한 후, 상기 제어 조향각에 따라 상기 차량의 주차를 유도하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
제어 이득 값을 선정하고, 상기 현재 운동 자세와 상기 목표 운동 자세 사이의 상기 차량의 진행 방향(X축)의 오차, 측면 방향(Y축)의 오차 및 차량 각도의 오차를 포함하는 위치 에러를 계산하며, 상기 제어 이득 값과 상기 위치 에러를 이용하여 명령 차속 및 명령 요레이트를 계산하는 제1 연산 처리부; 및
상기 명령 차속 및 상기 명령 요레이트를 이용하여 제어 조향각을 계산하는 제2 연산 처리부를 포함하고,
상기 제1 연산 처리부는,
상기 명령 차속 및 상기 명령 요레이트를 아래의 수학식 2로 계산하고,
[수학식 2]

상기 V는 명령 차속이고, 상기 W는 명령 요레이트이고, 상기 Vc는 현재 차속이고, 상기 Ky 는 상기 차량의 측면 방향(Y축) 제어 이득이고, 상기 K_θ는 상기 차량의 요레이트 제어 이득이고, 상기 Ye는 상기 측면 방향(Y축)의 오차이고, 상기 θ_e는 상기 각도의 오차이고,
상기 수학식 2는 아래의 수학식 3에서 차량의 목표 요레이트 값인 W_r 및 X축 제어 이득 값인 K_x 를 무시하고, 차량의 목표 차속인 V_r 를 차량의 현재 차속인 Vc로 치환하여 도출된 것이며,
[수학식 3]

임을 특징으로 하는 차량의 조향 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 차량 동작상태 검출부는,
차속 검출을 위한 차속 센서와, 상기 차량의 전방 및 후방에 각각 장착되어 장애물과의 거리 감지를 위한 초음파 센서와, 상기 차량의 후진 상태 감지를 위한 변속단 검출부와, 상기 차량의 요레이트를 검출하기 위한 요레이트 검출부를 포함하는 것
인 차량의 조향 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 차량 동작상태 검출부는,
차량 내 네트워크를 통해 획득한, 차속 및 요레이트 정보를 이용하여, 상기 차량의 현재 위치 및 자세 상태를 연산하는 것
인 차량의 조향 제어 장치.
삭제
삭제
제7항에 있어서, 상기 제2 연산 처리부는,
상기 제어 조향각을
의해 계산하고,
상기 W 는 명령 요레이트이고, 상기 l 은 차량 축거이고, 상기 V_c는 현재 차속인 것
인 차량의 조향 제어 장치.