KR102002334B1 - 차선 유지 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차선 유지 제어 장치에 관한 것으로서, 차량의 전면방향을 기준으로 횡방향으로 경사를 이루는 도로인 뱅크 로드(bank road)를 주행하는 차량의 차선 유지 제어 장치에 있어서, 상기 차량의 횡가속도를 측정하는 센서부와; 상기 센서부에서 얻어지는 횡가속도를 이용하여 상기 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각을 산출하는 뱅크 각도 추정부와; 상기 뱅크각에 따라 조향각 보상값을 산출하는 조향각 보상값 산출부를 포함하는 조향각 보상부를 구비하며, 상기 조향각 보상부로부터 산출되는 상기 조향각 보상값을 보상하여 최종 조향각 목표값을 산출되게 하고, 상기 최종 조향각 목표값을 기반으로 상기 차량이 차선 이탈을 방지하게 제어하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 뱅크 로드 상에서 주행하는 차량의 차선 유지 제어 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

차선 유지 제어 장치{Lane Keeping Assist Apparatus}
본 발명은 차량의 차선 유지 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량의 전면방향을 기준으로 횡방향으로 경사를 이루는 도로인 뱅크 로드(bank road)에서, 뱅크 로드의 횡방향 경사각인 뱅크각을 보상하여 차량의 차선 유지 제어 성능을 향상시키도록 차량의 조향각을 제어하는 차선 유지 제어 장치에 관한 것이다.
지능형 차량의 제어 시스템에 있어서, 차선 유지 제어 시스템(Lane Keeping Assist System, 이하, LKAS라 한다.)은 운전자의 안전을 위해 필수적인 시스템이다. 이러한 시스템은 통상적으로, 차선을 검출하고 차량의 주행 상태를 감지하여 차량이 검출된 차선을 이탈하지 않도록 차선 유지 제어를 수행하거나, 차선이탈을 경고할 수 있도록 구성된다.
차선은, 차량의 윈드쉴드와 룸미러 사이에 장착된 카메라 센서를 통해 전방의 도로 이미지를 획득하고, 획득된 도로 이미지를 LKAS 카메라 시스템에서 영상 처리하여 검출할 수 있다. 그리고 차량의 주행 상태는 차량에 장착된 각종 센서 및 ECU(Electronic Control Unit)로부터 얻은 정보를 통해 감지될 수 있다. 아울러, 차량의 차선 유지 제어를 위해서는, 검출된 차선 대비 차량의 횡방향 위치(lateral offset), 도로의 곡률(curvature), 검출된 차선과 차량 중심선이 이루는 각(heading angle) 등과 같은 정보들이 활용될 수 있다.
차량이 차선을 벗어나려고 하는 경우, LKAS는 차량의 조향 액츄에이터인 MDPS(Motor Driven Power System)를 통해 조향을 제어하여, 해당 차량이 차선을 유지하여 주행하도록 제어하게 된다.
종래의 한국공개특허공보 제10-2009-0062491호인 '타이어 공기압을 고려한 차선유지 보조 시스템'은 타이어공기압 측정시스템에서 측정된 타이어 공기압 변화값를 이용하여 코너링 강성값을 산출하고 이를 기초로 차량 주행의 차선유지 제어를 수행할 수 있다. 즉, 주행 중 차량의 타이어 특성을 고려하여 차선유지를 수행한다.
도 1을 참조하여 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 차선유지 보조 시스템은 제어부(10), 센서부(20) 및 타이어 센서부(30) 및 구동부(40)를 포함한다.
여기서, 제어부(10)는 센서부(20) 및 타이어 센서부(30)에서 측정된 차량의 동역학적 변수값을 전달받고 차선유지를 위한 차량의 요구전방각(Desired Front Angle)을 산출하고 이를 기초로 구동부(40)의 동작신호를 생성하며, 센서부(20)는 차량의 사이드슬립각, 측정 요레이트, 차량의 이탈각, 차량의 이탈거리, 차선의 곡률, 차량 속도 등을 측정할 수 있다. 한편, 타이어 센서부(30)는 타이어의 공기압을 측정하고 그 정보를 제어부(10)에 전달하며, 구동부는 제어부(10)에서 전달된 동작신호에 따라 차량의 스티어링 휘 또는 차량의 주행 방향을 변화시킨다.
또한, 종래의 한국공개특허공보 제10-2009-0063110호인 '편향조향휠각을 고려한 경로추종 시스템'은 조향축의 비틀림으로 인하여 발생하는 편향조향휠각을 고려하여 차량의 경로를 추정한다.
도 2를 참조하여 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 경로추종 시스템은 차량의 동적특성 변수값 및 횡방향 운동정보와 같은 입력정보를 생성하는 입력정보 생성부(50), 입력정보 생성부(50)로부터 전달된 입력정보를 이용하여 편향조향휠각을 산출하는 편향조향휠각 계산부(70) 및 입력정보 생성부(50)로부터 전달된 입력정보를 이용하여 명령조향휠각을 산출하고, 상기 명령조향휠각과 편향조향휠각 계산부(70)로부터 전달된 편향조향휠각의 합인 보정명령조향휠각을 산출하는 제어부(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 종래기술은 타이어의 공기압 또는 조향축의 비틀림에 대하여는 조향각을 보상을 고려하고 있으나, 차량의 진행방향의 횡방향으로 경사를 이루는 도로인 뱅크 로드가 차량에 미치는 영향을 고려하고 있지 않은 문제가 있다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량이 뱅크 로드(bank road)를 주행하는 경우 LKAS 제어 성능에 영향을 주기 때문이다. 즉, 차량이 차선을 따라 주행하기 위해서는 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각에 상응하는 조향각을 보상하지 않으면 차선 유지 제어 장치의 성능이 저하되고, 뱅크각의 기울어진 각도 및 방향에 따라 성능 저하가 상이하게 나타나는바 차량이 뱅크 로드 상에서 주행하고 있을 때 이에 대응하는 적절한 조치가 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량이 뱅크 로드(bank road)를 주행하는 상황으로 판단될 때, 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각에 따른 조향각 보상값을 보상하여 산출되는 최종 조향각 목표값을 구하고, 최종 조향각 목표값을 기반으로 차량이 차선 이탈을 방지하게 제어하는 차선 유지 제어 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 본 발명에 따른 차량의 전면방향을 기준으로 횡방향으로 경사를 이루는 도로인 뱅크 로드(bank road)를 주행하는 차량의 차선 유지 제어 장치에 있어서, 상기 차량의 횡가속도를 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 얻어지는 횡가속도를 이용하여 상기 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각을 산출하는 뱅크 각도 추정부와, 상기 뱅크각에 따라 조향각 보상값을 산출하는 조향각 보상값 산출부를 포함하는 조향각 보상부를 구비하며, 상기 조향각 보상부로부터 산출되는 상기 조향각 보상값을 보상하여 최종 조향각 목표값을 산출되게 하고, 상기 최종 조향각 목표값을 기반으로 상기 차량이 차선 이탈을 방지하게 제어하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 조향각 보상값은 상기 센서부로부터 얻어지는 상기 횡가속도로부터 상기 뱅크각을 추정하는 단계와; 산출된 상기 뱅크각이 임계값(Threshold) 보다 큰 경우가 기 설정된 시간 동안 유지될 때 상기 뱅크 로드 상태에서 상기 차량이 주행하고 있음을 판단하는 단계와; 상기 뱅크각에 따라 조향각 보상값을 산출하는 조향각 보상값을 산출하는 단계에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치는 뱅크 로드 상에서 주행하는 차량에 대하여 뱅크 로드의 횡방향 경사각인 뱅크각을 고려하여 산출되는 조향각 보상값을 보상함으로써 차선 유지 제어 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 1은 한국공개특허공보 제10-2009-0063110호인 '타이어 공기압을 고려한 차선유지 보조 시스템'을 나타낸 도면이고,
도 2는 한국공개특허공보 제10-2009-0063110호인 '편향조향휠각을 고려한 경로추종 시스템'을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치의 뱅크 로드 상의 차량을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치의 조향각을 제어하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치의 롤 모션 모델(Roll motion model)을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치에서 조향각 보상값을 산출해내는 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호(참조번호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)에 대하여 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하여 살펴보면, 도로의 배수를 위해 도로 자체에 횡방향으로 기울기가 있는 뱅크 로드(bank road)(3)에서 차량(2)이 차선(4)을 따라 주행되게 하기 위하여, 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)는 뱅크 로드(bank road)(3)의 횡방향 경사각인 뱅크각(θ)에 상응하는 만큼의 조향각 보상값을 보상한다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)는 차선 정보 획득부(100), 제어 개입 시점 설정부(200), 목표 요레이트 계산부(300), 조향각 보상부(400), 목표 조향각 계산부(500) 및 조향각 제어부(600)를 포함한다.
차선 정보 획득부(100)는 차선(4)을 검출한다. 즉, 차선 정보 획득부(100)에서는 차량(2)의 윈드쉴드와 룸미러 사이에 장착된 카메라 센서와 같은 영상 장치 등을 통해 전방의 도로 이미지를 획득하고, 획득된 도로 이미지를 LKAS 카메라 시스템 등에서 영상 처리하여 차선(4)을 검출함으로써 차선(4) 정보를 획득할 수 있다.
제어 개입 시점 설정부(200)는 차선 정보 획득부(100)에서 얻어진 차선(4)의 정보를 기반으로 차량(2)이 차선(2)에 소정의 거리로 접근시 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)에 의한 제어 개입 시점을 판단한다.
목표 요레이트 계산부(300)는 차선 정보 획득부(100)에서 얻어진 차선(4) 정보, 차량(2)의 위치, 차량(2)과 차선(4)의 위치 차이 및 차량의 속도 등을 고려하여 차량(2)의 차선(4) 유지를 위한 목표 요레이트(Yaw Late) 값을 산출한다. 여기서, 상기 목표 요레이트는 차량속도, 칼만 추정기로부터 전달된 횡방향 운동정보, 기 설정된 차량의 무게중심에서 차량에 설치된 GPS와의 거리 등의 정보를 이용하여 산출될 수 있음은 물론이다.
조향각 보상부(400)는 뱅크 로드 상에서 주행하는 차량(2)의 차선 유지 성능의 저하를 막기 위해 조향각 보상값을 산출하여 목표 조향각 계산부(500)로 전달한다.
여기서, 조향각 보상부(400)는 센서부(410), 뱅크 각도 추정부(420) 및 조향각 보상값 산출부(430)를 포함한다.
센서부(410)는 뱅크 로드를 추정하기 위하여 차량(2)의 횡가속도(ay)를 감지하고 측정한다. 여기서, 센서부(410)는 자이로 센서(Gyro sensor)나 또는 횡가속도(ay)를 감지하고 계측하기 위한 다른 종류의 센서(sensor)가 이용될 수 있다. 또한, 센서부(410)는 횡가속도(ay) 이외에도 필요에 따라 다양한 센서가 설치되어 조향휠각, 요레이트, 차량의 위치 등의 정보를 감지하고 측정할 수 있음은 물론이다.
뱅크 각도 추정부(420)는 센서부(410)에서 얻어지는 횡가속도(ay)를 이용하여 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각(θ)을 산출한다.
이하, 도 5 내지 도 6을 참조하여 뱅크 각도 추정부(420)에서 산출되는 뱅크각(θ)과 관련하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)의 롤 모션 모델(Roll motion model)을 나타내고, 도 6은 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)에서 조향각 보상값을 산출해내는 과정을 나타낸다. 여기서, 뱅크 로드 상의 뱅크각(θ)과 차량(2)의 진행 방향의 축의 회전 각도인 롤각도(Roll angle)(Φ)는 동일한 것으로 간주하며, 차량(2)의 서스펜션에 의하여 발생하는 롤각도(Roll angle)는 무시한다.
이하, 센서부(410)로부터 얻어지는 횡가속도(ay)로부터 뱅크각(θ)을 추정하는 단계(S10)에 관하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 롤각도(Roll angle)(Φ)를 발생시키는 차량(2)의 롤 모션(Roll Motion)은 횡가속도(ay)에 의한 관성력에 의해서 발생한다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 1과 같다.
Figure 112012095549324-pat00001
여기서, Ixx는 종방향 관성 모멘트,Φ는 롤각도, Croll는 차량의 롤 뎀핑 계수, kroll는 차량의 롤 탄성 계수, Ms은 차량의 중량, ay는 횡방향 가속도, hroll은 차량 무게중심의 높이를 나타낸다.
수학식 1에서 차량(2)이 종/횡방향으로 등가속 운동한다고 가정할 경우 미분항은 그 영향이 미미하므로 무시할 수 있다. 따라서, 롤각도(Φ)는 다음과 같이 수학식 2로 정리되며, 롤각도(Φ)는 뱅크각(θ)와 동일한 것으로 간주할 수 있다.
Figure 112012095549324-pat00002
상술된 바와 같이, 차량(2)의 횡가속도(ay)를 이용하여 뱅크각(θ)을 추정하는 방법은 뱅크 각도 추정부(420)에서 뱅크각(θ)을 추정하기 위한 일례이며, 이외에도 뱅크각(θ)은 자이로 센서(Gyro Sensor)의 롤레이트(Roll Rate) 또는 차량(2)에 설치되는 기타 센서의 측정값을 기반으로 칼만 필터(kalman filter) 등의 방법을 통해 추정될 수 있다.
이하, 뱅크 로드 상에서 차량이 주행하고 있음을 판단하는 단계(S20)에 대하여 살펴보기로 한다. 여기서, 뱅크 로드 상에서 차량이 주행하고 있음을 판단하는 단계(S20)는 상기 수학식을 통해 산출된 뱅크각(θ)이 임계값(Threshold) 보다 큰 값을 갖는지 여부를 판단하는 단계(S21)와 기 설정된 시간 동안 임계값(Threshold) 보다 큰 뱅크각(θ)이 유지되는지 여부를 판단하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.
뱅크 로드 상에서 차량이 주행하고 있음을 판단하는 단계(S20)에서는 상기 수학식을 통해 산출된 뱅크각(θ)이 임계값(Threshold) 보다 큰 경우가 기 설정된 시간 동안 유지될 때 뱅크 로드(3) 상태에서 차량(2)이 주행하고 있음을 판단할 수 있다.
즉, 센서부(410)로부터 얻어지는 횡가속도(ay)로부터 뱅크각(θ)을 추정하는 단계(S10)에 의하여 뱅크각(θ)을 산출할 수 있으며, 산출된 뱅크각(θ)이 임계값(Threshold) 보다 큰 값을 갖는지 여부에 관하여 판단한다(S21). 여기서, 임계값은 소정의 기준값이 입력되거나 시험치에 의하여 결정될 수 있다.
그리고, 뱅크각(θ)이 임계값(Threshold)보다 크다면 기 설정된 시간 동안 임계값(Threshold) 보다 큰 뱅크각(θ)이 유지되는지 여부를 판단한다(S22). 여기서, 임계값(Threshold) 보다 큰 뱅크각(θ)이 유지되는 유지 시간은 도 6에 도시된 바와 같이 1초 이상으로 설정될 수 있으며, 상기 유지 시간은 차량(2)이 뱅크 로드(3)를 주행하고 있는 상태가 유지고 있음을 신뢰할 수 있는 시험치에 의하여 결정될 수 있음은 물론이다.
이하, 뱅크각(θ)에 따라 조향각 보상값을 산출하는 조향각 보상값을 산출하는 단계(S30)에 대하여 살펴보기로 한다.
뱅크 로드 상에서 차량이 주행하고 있음을 판단하는 단계(S20)에서, 차량(2)이 뱅크 로드(3) 상에서 주행하고 있다고 판단될 경우 조향각 보상값(δB)은 하기의 수학식 3에 개시된 바와 같이 뱅크각(θ)에 의하여 결정된다.
Figure 112012095549324-pat00003
여기서, 롤각도(Φ)는 뱅크각(θ)와 동일한 것으로 간주되는바, Φ Max는 최대 뱅크각, δMax는 최대 뱅크각에 따른 최대 조향각 보상값을 나타낸다. 여기서, 최대 뱅크각 및 최대 뱅크각에 따른 최대 조향각 보상값은 기 설정된 기준값이 입력되거나 시험치에 의하여 결정될 수 있음은 물론이다.
목표 조향각 계산부(500)는 조향각 보상부(400)로부터 산출되는 조향각 보상값(δB)을 보상하여 차량(2)이 차선(3) 이탈을 방지하게 하는 최종 조향각 목표값을 산출한다. 즉, 조향각 보상부(400)로부터 출력된 조향각 보상값(δB)은 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치(1)에서 상기 목표 요레이트를 기반으로 산출된 목표 조향각에 더해져 최종 조향각 목표값으로 조향각 제어부(600)에 입력된다.
그리고, 조향각 제어부(600)는 상기 최종 조향각 목표값을 기반으로 하여 차량(2)이 차선(4)을 이탈하지 않도록 차량(2)을 제어한다.
본 발명에 따른 다양한 실시 예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 실시 예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 본질적인 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명이 변형된 형태로 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 본 발명에 따른 차선 유지 제어 장치
2 : 차량 3 : 뱅크 로드(Bank Road)
4 : 차선 100 : 차선 정도 획득부
200 : 제어 개입 시점 설정부 300 : 목표 요레이트 계산부
400 : 조향각 보상부 500 : 목표 조향각 계산부
600 : 조향각 제어부 θ : 뱅크각

Claims (2)

  1. 차량의 전면방향을 기준으로 횡방향으로 경사를 이루는 도로인 뱅크 로드(bank road)를 주행하는 차량의 차선 유지 제어 장치에 있어서,
    상기 차량의 횡가속도를 측정하는 센서부와;
    상기 센서부에서 얻어지는 횡가속도를 이용하여 상기 뱅크 로드(bank road)의 횡방향 경사각인 뱅크각을 산출하는 뱅크 각도 추정부와;
    상기 뱅크각에 따라 조향각 보상값을 산출하는 조향각 보상값 산출부를 포함하는 조향각 보상부를 구비하며,
    상기 조향각 보상부로부터 산출되는 상기 조향각 보상값을 보상하여 목표 조향각 계산부를 통해 최종 조향각 목표값이 산출되게 하고, 상기 최종 조향각 목표값을 기반으로 상기 차량의 차선 이탈을 방지할 수 있도록 제어하는 조향각 제어부를 포함하되,
    상기 조향각 보상값 산출부는,
    상기 뱅크각을 기 설정된 최대 뱅크각으로 나눈 값에 기 설정된 최대 뱅크각에 따른 최대 조향각 보상값을 곱하여 조향각 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조향각 보상부는,
    상기 센서부로부터 얻어지는 상기 횡가속도로부터 상기 뱅크각을 추정하고, 상기 산출된 상기 뱅크각이 임계값(Threshold) 보다 큰 경우가 기 설정된 시간 동안 유지될 때 상기 뱅크 로드 상에서 상기 차량이 주행하고 있음을 판단하여, 상기 뱅크각에 따라 조향각 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 제어 장치.
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