KR102295544B1

KR102295544B1 - 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템과 그 방법

Info

Publication number: KR102295544B1
Application number: KR1020190165184A
Authority: KR
Inventors: 유창희; 황정규; 권순만; 조현종; 정기우
Original assignee: 상신브레이크주식회사
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-08-31
Also published as: KR20210074476A

Abstract

본 발명은 HILS(Hardware-In-The_Loop Simulation) 기반의 통합 시뮬레이터를 이용하여 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써 개발 기간을 단축시키고 개발 초기 단계에서의 안정성 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 자동차 네트워크 기술 개발에 대응 및 설계 변경에 대한 빠른 대처가 가능하며, 수동 프로그래밍 과정에서의 설계 오류 발생을 줄일 수 있도록 한 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 시뮬레이션 프로그램 환경을 셋팅하고 모니터링하는 호스트 컴퓨터(PC)와, 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 신호 입출력과 연산 및 통신과 모델링 환경을 연산하고 동적 거동을 분석하는 PXI와, 차량모델에 따른 제어기와 차량자세제어장치 및 긴급제동장치로 구성되는 플랜트(Plant)를 포함한다.

Description

상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템과 그 방법{Integrated simulation system and method for emergency braking and vehicle position control for commercial vehicles}

본 발명은 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 HILS(Hardware-In-The_Loop Simulation) 기반의 통합 시뮬레이터를 이용하여 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써 개발 기간을 단축시키고 개발 초기 단계에서의 안정성 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 자동차 네트워크 기술 개발에 대응 및 설계 변경에 대한 빠른 대처가 가능하며, 수동 프로그래밍 과정에서의 설계 오류 발생을 줄일 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 내연기관에서 배출되는 이산화탄소에 의한 지구 온난화 문제와 화석연료의 고갈 문제 등에 대처하기 위해 전기자동차, 하이브리드 전기 자동차 및 연료 전지 자동차 등의 좀 더 친환경적이고 이산화탄소 배출량이 상대적으로 적은 자동차에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있을 뿐 아니라, 최근에는 하이브리드 개념을 상용차까지 영역을 확대, 적용하기 위한 개발이 이루어지고 있다.

새로운 차량의 개발에 따라 개발된 시스템(장치), 부품 또는 제어기 등은 실차에 적용되기 전에 그 유효성을 검증하는 절차를 거치게 되는바, 종래에는 개발된 부품이나 제어기 등을 실차에 장착하여 테스트하였으나, 이 경우 상당한 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있으므로, 최근에는 개발된 부품이나 제어기를 실차에 장착하여 테스트하는데 따른 문제점을 해소하고 실험실 내에서의 다양한 시험방법을 통해 차량 시스템의 안전성을 확보하기 위해 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 시스템이 개발되어 다양하게 사용되고 있으며, 이에 따라 많은 자동차 개발 업체들이 HILS 시스템을 이용한 차량 모델개발에 심혈을 기울이고 있다.

상기 HILS 시스템은 시뮬레이션 툴을 이용하여 차량이나 도로 조건 등을 컴퓨터에서 설정해 놓고 실제의 장치나 부품(hardware)이 어떻게 작동하는지를 테스트할 수 있도록 구현된 플랫폼으로, 새로운 부품(장치)이나 제어기(Electronic Control Unit)의 개발이 필수적이며 이에 따라 자동차 설계에는 자동차를 구성하는 복잡한 기계 장치들과 ECU를 비롯한 각종 전자시스템 및 소프트웨어를 통합 설계한 HILS 시스템을 기반으로 한 테스트 방법이 주로 이용되고 있다.

특히, 상용차는 승용차와는 달리 동급(출력) 차량이라 하더라도 사용목적 및 운전환경이 매우 다양하며, 복합적이고 변동성이 큰 부하 조건에서 운전되는 특징을 가지고 있기 때문에 HILS 시스템을 기반으로 하는 부품 또는 시스템의 개발이 거의 절대적이라 할 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0052713호(발명의 명칭: 보행자 시선을 고려한 차량의 자동긴급제동 시스템 및 방법, 2017. 05. 15. 특허공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1281121호(발명의 명칭: HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치, 2013. 07. 02. 특허공고)

본 발명은 다양한 센서들을 에뮬레이션 처리를 통하여 HILS 시스템에 적용함으로써 실제의 상용차가 주행하면서 장애물이나 노면상태 등에 따른 상용차의 긴급제동 및 차량자세제어를 시뮬레이션할 수 있는 상용차용 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC) 통합 시뮬레이션 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템은, 상용차용 시뮬레이션 프로그램 환경을 셋팅하고 모니터링하는 호스트 컴퓨터; 상용차의 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 신호 입출력과 연산 및 통신과 모델링 환경을 연산하고 동적 거동을 분석하는 PXI; 상용차의 차량 모델에 따른 제어기와 차량자세제어장치와 긴급제동장치장치로 구성되는 플랜트; 를 포함하고, 상기 호스트 컴퓨터는, 입력수단으로 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과, 시뮬레이션 프로그램, 제어계측 프로그램 등을 설정하는 설정부와, 시뮬레이션 그래프, 데이터, 차량 영상 등을 화면 출력하는 모니터를 포함하고, 상기 PXI는, 차량자세제어장치 및 긴급제동장치로부터 출력되는 데이터를 제어하고 계측하는 데이터제어계측장치 및 시뮬레이션부와, 실시간 연산을 수행하고 차량자세제어장치 및 긴급제동장치에 대한 입출력신호의 고속 처리를 담당하는 시뮬레이터부 및 연산 로직부를 더 포함하고, 상기 차량자세제어장치 및 긴급제동장치의 시뮬레이션 결과는 호스트 컴퓨터의 모니터에 그래프 형태로 화면 출력되는 제동 관련 파라미터와 긴급제동장치 관련 파라미터를 포함하되, 상기 제동 관련 파라미터는 조향휠 각도, 가속도, 브레이크 토크, 차속, 휠속도, 브레이크 압력 슬립율, 밸브류 상태 및 각 파라미터, 풋브레이크 상태를 포함하고, 상기 긴급제동장치 관련 파라미터는 대상물의 인식거리, 인식여부, 제동 타이밍, 감속도를 포함한다.

상기 PXI에는 차량 모델의 가상 주행시험을 이루기 위해 차량 운동방정식을 포함하는 차량자세제어모듈을 더 포함하고, 상기 차량자세제어장치는 급제동, 급선회 등 운전자가 차량을 제어하기 힘든 상황에서 제어기(ECU)와 함께 엔진과 차량 바퀴의 제동력을 능동적으로 제어하는 가상 주행시험을 하기 위해 차체자세제어장치 신호를 이용하도록 함을 특징으로 할 수 있다.

상기 플랜트는, 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과 실제 상용차에 적용되는 제어기; 브레이크, 에어챔버, 압력제어밸브, 모듈레이터, 솔레노이드 밸브, 센서로 구성되는 차량자세제어장치; 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)와 초음파센서와 카메라 모듈 중 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 긴급제동장치; 를 포함하되, 상기 제어기는 전기적인 신호에 의해 동작하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서, 전압센서, 전류센서, 라이다, 레이더, 초음파센서, 카메라 모듈 등을 제어하되 전기적으로 동일한 회로가 사용된 가상 부하가 적용되도록 함을 특징으로 할 수 있다.

본 발명 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 방법은, a) 호스트 컴퓨터의 설정부를 통하여 시뮬레이션 대상 상용차에 해당하는 차량 동력학 모델을 적용하는 단계; b) 노면조건, 차속, 시험모드 등의 주행조건을 설정하는 단계; c) 시뮬레이션 시험을 시작하는 단계; d) 시뮬레이션 시험 시작에 의해 시뮬레이션 하는 단계; e) 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 각 부품류가 동작하는 단계; f) 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 동작 데이터를 연산하는 단계; g) 실시간 시뮬레이션 결과를 호스트 컴퓨터의 모니터 화면으로 표시하는 단계; h) 시뮬레이션을 종료하는 단계; i) 시뮬레이션 결과를 표시하고 애니메이션, 그래프, 데이터 값을 저장하는 단계; 상기 시뮬레이션을 종료하는 h) 단계에서, j) 시뮬레이션을 종료하지 않는 경우 차량 동력학 모델을 재 동작시켜 신호 계측 및 생성하고 피드백하는 단계를 거쳐 시뮬레이션을 시작한 다음 시뮬레이션이 종료될 때까지 진행하는 단계; 를 포함하고, 상기 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 각 부품류가 동작하는 e) 단계에서 생성되는 데이터는, 차량자세제어장치를 구성하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서, 전압센서, 전류센서의 데이터 및 긴급제동장치를 구성하는 라이다(Lidar), 레이더(RADAR), 초음파센서, 카메라 모듈 데이터를 포함하며, 이들 데이터는 PXI로 입력되어 연산된 다음 호스트 컴퓨터의 모니터로 화면 표시되도록 함을 특징으로 할 수 있다.

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본 발명은 HILS(Hardware-In-The_Loop Simulation) 기반의 통합 시뮬레이터를 이용하여 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써 개발 비용을 줄이고, 개발 기간을 단축시키고, 개발 초기 단계에서의 안정성 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 차량 동력학 모델링에 기반한 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC) 통합 시뮬레이션 시스템이 제공되므로, 대상 상용차의 동역학 모델과 실제 차량에 적용되는 부품(제어기, 공압밸브류, 센서 등)으로 차량의 동적 거동 분석을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 연구실에서 대상 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션 및 검증해 볼 수 있어서 다양한 자동차 네트워크 기술 개발에 대응 및 설계 변경에 대한 빠른 대처가 가능하며, 수동 프로그래밍 과정에서의 설계 오류나 그 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 모델링과 부품의 조합으로 차량의 동향을 영상 및 데이터(센서류, 밸브류, 제어기 입출력 등)로 표현할 수 있어서 쉽게 인식할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 실제 상용차의 운전전략에 따른 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 동적 거동분석을 개발단계에서부터 산출할 수 있어 개발에 따른 비용을 절감하고 최적의 상용차 시스템과 이를 제어하는 운전전략을 개발할 수 있는 여건을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 HILS 기반의 통합시뮬레이션을 통하여 수많은 반복 실험이 추가비용없이 이루어질 수 있어 개발 비용을 절감할 수 있으며 위험 상황을 가정한 극한 시험이나 여러 변수를 모사한 자유로운 시험이 가능한 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 시뮬레이션 시스템 구성도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 시뮬레이션 순서도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 차량 동력학 모델 설정 화면.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 제어 및 계측 그래프.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 시뮬레이션 결과 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템 구성도로, HILS(Hardware-In-The_Loop Simulation) 기반의 시뮬레이션 프로그램 환경을 셋팅하고 모니터링하는 호스트 컴퓨터(10)와, 해당 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 신호 입출력과 연산 및 로직과 통신 등의 실제적인 동작을 하고, 모델링 환경을 연산하고 동적 거동을 분석하는 PXI(20)와, 차량모델에 따른 제어기(ECU)와 차량자세제어장치 및 긴급제동장치(AEB)등으로 구성되는 플랜트(Plant)(30)를 포함한다.

상기 호스트 컴퓨터(10)는, 입력수단을 갖는 설정부(12)를 통하여 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과, 시뮬레이션 프로그램, 제어계측 프로그램 등을 설정하고, 모니터(11)를 통하여 각종 그래프, 데이터, 차량 영상 등을 화면 출력하게된다.

상기 PXI(20)는 시뮬레이션 상용차 모델에 대한 입출력 신호의 모니터링 및 파라미터 캘리브레이션, ECU 시험 자동화 및 리포트 생성, 상기 시뮬레이션부(22) 및 연산 로직부(23)의 운전 및 제어를 담당하며, 차량자세제어장치(ABS/ESC)(32) 및 긴급제동장치(AEB)(33)로부터 출력되는 데이터를 제어하고 계측하는 데이터제어계측장치(21)와, 시뮬레이션 상용차 모델의 실시간 연산을 수행하고, 상기 차량자세제어장치 및 긴급제동장치(AEB)에 대한 입출력신호의 고속 처리를 담당하는 시뮬레이터부(22) 및 연산 로직부(23)를 포함한다.

상기 PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)(20)는 콤팩트 PCI에 윈도즈 운영 시스템과 통합된 모듈형 계측 시스템 규격으로, 데스크톱 PC보다 높은 신뢰성과 통합성 및 확장성을 제공하는 콤팩트 PCI와의 상호 운용성을 가지고 있으며, 시스템에 내장된 타이밍(Timing) 및 트리거링(Triggering)과 고속 PCI가 결합하여 다양한 응용 프로그램 수행을 신속하게 해 주는 측정, 데이터 수집 및 자동화에 대한 업계 개방 규격이다.

상기 플랜트(30)는, 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과 실제 상용차에 적용되는 제어기(ECU)(31), 및 브레이크, 공압밸브류, 센서 등의 차량자세제어장치(ABS/ESC)(32)와, 라이다(Lidar)와 레이더(Radar) 등의 긴급제동장치(AEB)(33)를 포함하며, 가상주행을 이루면서 성능 시험을 수행할 수 있도록 동작하게 된다.

상기 제어기(31)는 상용차의 ECU를 적용하거나 전용 ECU를 적용한 임베디드 시스템을 적용할 수 있고, 통신 기능을 가지고 적어도 하나 이상의 차량용 소자를 구동하는 드라이버를 포함한다.

상기 차량자세제어장치(32)를 구성하는 부품에는 브레이크(Drum, Disc), 에어챔버(Air Chamber), 압력제어밸브(Pressure Control Valve), 모듈레이터(Modulator), 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve), 센서류 등을 예로 들 수 있다.

상기 차량자세제어장치(32)에 구성되는 센서류에는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서(Yaw rate sensor), 전압센서, 전류센서 등을 예로 들 수 있다.

상기 긴급제동장치(33)를 구성하는 센서류에는 라이다(Lidar), 레이더(RADAR), 초음파센서, 카메라 모듈 등을 예로 들 수 있다.

상기 데이터제어계측장치(21)는 차량자세제어장치(32)와 긴급제동장치(AEB)(33)의 제어 및 계측을 할 수 있으며, 또한 이들을 시뮬레이션할 수 있다.

상기 차량자세제어장치(32)와 긴급제동장치(33)의 제어 및 계측의 예로는 차속, 엔진 상태, 브레이크 압력, CAN 통신 상태 등의 설정 및 제어 값들을 확인할 수 있다.

상기 차량자세제어장치(32)와 긴급제동장치(33)의 시뮬레이션 결과는 호스트 컴퓨터(10)의 모니터(11)에 그래프 등의 형태로 화면 출력되며, 시뮬레이션 결과 그래프에 표시되는 항목으로는, 제동 관련 파라미터와, 긴급제동장치(33) 관련 파라미터를 포함한다.

상기 제동 관련 파라미터로는 조향휠 각도(Steering wheel angle), 가속도, 브레이크 토크, 차속, 휠속도, 브레이크 압력 슬립율, 밸브류 상태 및 각 파라미터, 풋브레이크 상태 등을 예로 들 수 있으며, 긴급제동장치(33) 관련 파라미터로는 대상물의 인식거리, 인식여부, 제동 타이밍, 감속도 등을 예로 들 수 있다.

상기 호스트 컴퓨터(10)와 PXI(20)는 LAN, RS-232, RS-485 등의 통신으로 연결되며, PXI(20)와 플랜트(30)는 CAN, LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, RS-232, MOST와 같은 통신 프로토콜을 통해 통신하게 되며 또한 로직(Logic)된다.

상기 PXI(20)에는 차량 모델의 가상 주행시험을 이루기 위해 차량 운동방정식을 포함하는 차량자세제어모듈을 더 포함한다.

상기 차량자세제어장치(32)는 급제동, 급선회 등 운전자가 차량을 제어하기 힘든 상황에서 제어기(ECU)(31)와 함께 엔진과 차량 바퀴의 제동력을 능동적으로 제어하는 가상 주행시험을 하기 위해 차체자세제어장치 신호를 이용한다.

상기 제어기(31)는 전기적인 신호에 의해 동작하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서(Yaw rate sensor), 전압센서, 전류센서, 라이다(Lidar), 레이더(RADAR), 초음파센서, 카메라 모듈 등을 제어하게 되며, 실제 로드 또는 전기적으로 동일한 회로가 사용되어 가상 부하를 적용하게 된다.

상기 라이다(Lidar)는, 레이저 펄스를 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 장치이다. 라이다는 대상 물체까지의 거리 뿐 아니라 움직이는 속도와 방향, 온도, 주변의 대기 물질 분석 및 농도 측정 등에 쓰인다. 자외선, 가시광선, 근적외선 등을 사용하여 금속성인 아닌 바위나 구름, 빗방울, 에어로졸 등을 감지할 수 있어서 기상 관측에도 이용되고 있으며, 지형을 정밀하게 그려내거나, 비행체의 착륙 유도나 자율 주행차의 주변 인식 장치로 사용되며, 또한 분자마다 잘 산란시키는 빛의 파장이 다른 현상을 이용하여 공기 중에 섞여 있는 기체의 화학적 조성을 알아내는데 쓰이기도 한다.

상기 레이더(Radar)는 전자기파를 발사하여 그 전자기파가 대상 물체에서 반사되여 돌아오는 반향파를 수신하여 물체를 식별하거나 물체의 위치, 움직이는 속도 등을 탐지하는 장치로, 주행중 도로상의 환경들(시설물, 차량, 사람 등)에 대한 3D 정보와 거리 등을 파악하게 된다.

상기 호스트 컴퓨터(10)는 운영프로그램, 연산 장치, 키보드 및 마우스, 터치스크린과 같은 입력장치, 및 모니터 및 프린터 등의 출력 장치를 포함하는 것으로서, 상기 연산 장치는 마이크로 프로세서, 및 마이크로 프로세서의 동작에 이용되는 예를 들어, 주기억 장치(RAM 및 ROM) 등의 주변기기를 가진 컴퓨터 유닛으로서 제공된다.

상기 호스트 컴퓨터(10)는 실시간 PXI(20)와의 통신에 있어 높은 데이터 속도와 낮은 지연을 보장하기 위해 특별히 최적화된 인터페이스 카드(기가비트 이더넷)가 사용되기도 한다.

상기 데이터제어계측장치(21)는 차량자세제어장치(32)와 긴급제동장치(33)의 시뮬레이션에 필요한 제어신호를 제어기(31)로 출력하고, 제어기(31)는 차량자세제어장치(32) 및 긴급제동장치(33)가 동작하도록 제어신호를 출력하게되며, 상기 동작 및 제어에 의해 발생되는 계측신호는 PXI(20)로 입력되어 연산 및 로직 처리되고, 처리 데이터는 LAN 등의 통신을 통하여 호스트 컴퓨터(10)의 입력되어 영상처리된 다음 모니터(11)로 화면 출력된다.

도 2는 본 발명 일 예로 도시한 시뮬레이션 순서도로, 호스트 컴퓨터(10)의 설정부(12)를 통하여 시뮬레이션 대상 상용차에 해당하는 차량 동력학 모델을 적용하는 단계(S1)와, 노면조건, 차속, 시험모드 등의 주행조건을 설정하는 단계(S2)와, 시뮬레이션 시험을 시작하는 단계(S3)와, 상기 시험 시작 전에 차량 동력학 모델이나 주행조건을 재설정할 필요가 있는 경우 차량 동력학 모델 적용 단계(S1) 또는 주행조건 설정 단계(S2)로 돌아가고, 시뮬레이션 시험 시작에 의해 시뮬레이션하는 단계(S4)와, 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 각 부품류가 동작하는 단계(S5)와, 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 부품류 동작 데이터를 연산하는 단계(S6)와, 실시간 시뮬레이션 결과를 호스트 컴퓨터(10)의 모니터(11) 화면으로 표시하는 단계(S7)와, 시뮬레이션을 종료하는 단계(S8)와, 시뮬레이션 결과를 표시하고 애니메이션, 그래프, 데이터 값 들을 저장하는 단계(S10)를 포한한다.

상기 시뮬레이션을 종료하는 단계(S8)에서, 시뮬레이션을 종료하지 않는 경우 차량 동력학 모델을 재 동작시켜 신호 계측 및 생성하고 피드백하는 단계(S9)를 거쳐 시뮬레이션을 시작한 다음(S10) 시뮬레이션이 종료(S8)될 때까지 진행하는 단계를 더 포함한다.

상기 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 각 부품류가 동작하는 단계(S5)에서 생성되는 데이터는, 차량자세제어장치(32)를 구성하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서(Yaw rate sensor), 전압센서, 전류센서 등의 센서 데이터(계측 데이터)와, 긴급제동장치(AEB)(33)를 구성하는 라이다(Lidar), 레이더(RADAR), 초음파센서, 카메라 모듈 등을 데이터를 예로 들 수 있으며, 이들 데이터는 PXI(20)로 입력되어 연산 및 로직된다음 호스트 컴퓨터(PC)의 모니터(11)로 화면 출력된다.

도 3은 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동력학 모델을 설정하는 화면을 예시한 것으로 다양한 시뮬레이션 데이터를 설정할 수 있는 버튼이나 선택창 및 입력창이 나열되고 시뮬레이션 대상 상용차가 이미지로 출력된다.

도 4는 차량자세제어장치의 부품류 제어 및 계측의 예를 도시한 것으로, 차속, 엔진 상태, 브레이크 압력, CAN 통신 상태 등의 설정 및 제어값들을 그래프로 화면 출력한 것이다.

도 5는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프 예시도로, 시뮬레이션 결과 그래프에 표시되는 항목을 예시하면, 제동 관련 파라미터에는 조향휠 각도(Steering wheel angle), 가속도, 브레이크 토크, 차속, 휠속도, 브레이크 압력 슬립율, 밸브류 상태 및 각 파라미터, 풋브레이크 상태 등을 예로 들 수 있으며, 긴급제동장치(AEB) 관련 파라미터에는 대상물의 인식거리, 인식여부, 제동 타이밍, 감속도 등을 예로 들 수 있으며, 화면 좌측에는 시뮬레이션되는 상용차의 이미지가 화면 출력된다.

본 발명은 HILS(Hardware-In-The_Loop Simulation) 기반의 통합 시뮬레이터를 이용하여 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션할 수 있도록 함으로써 개발 비용을 줄이고, 개발 기간을 단축시키고, 개발 초기 단계에서의 안정성 문제를 해결할 수 있다.

본 발명은 지능화/고급화되고 있는 전자제어 시스템 개발에 대응하여 차세대 상용차용 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 개발 기술을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 개발 및 평가에 활용되어 상용차의 신뢰성 향상 및 개발기간 단축에 기여할 수 있다.

본 발명은 차량 동력학 모델링에 기반한 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC) 통합 시뮬레이션 시스템이 제공되므로, 대상 상용차의 동역학 모델과 실제 차량에 적용되는 부품(제어기, 공압밸브류, 센서 등)으로 차량의 동적 거동 분석을 제공할 수 있다.

본 발명은 연구실에서 대상 상용차의 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)를 시뮬레이션 및 검증해 볼 수 있어서 다양한 자동차 네트워크 기술 개발에 대응 및 설계 변경에 대한 빠른 대처가 가능하며, 수동 프로그래밍 과정에서의 설계 오류나 그 발생을 줄일 수 있다.

본 발명은 모델링과 부품의 조합으로 차량의 동향을 영상 및 데이터(센서류, 밸브류, 제어기 입출력 등)로 표현할 수 있어서 쉽게 인식할 수 있으며, 실제 상용차의 운전전략에 따른 긴급제동장치(AEB) 및 차량자세제어장치(ABS/ESC)의 동적 거동분석을 개발단계에서부터 산출할 수 있어 개발에 따른 비용을 절감하고 최적의 상용차 시스템과 이를 제어하는 운전전략을 개발할 수 있는 여건을 제공할 수 있다.

본 발명은 HILS 기반의 통합시뮬레이션을 통하여 수많은 반복 실험이 추가비용없이 이루어질 수 있어 개발 비용을 절감할 수 있으며 위험 상황을 가정한 극한 시험이나 여러 변수를 모사한 자유로운 시험이 가능한 발명이다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(10)--호스트 컴퓨터 (11)--모니터
(12)--설정부 (20)--PXI
(21)--데이터제어계측장치 (22)--시뮬레이션부
(23)--연산 및 로직부 (30)--플랜트(Plant)
(31)--제어기(ECU) (32)--차량자세제어장치(ABS/ESC)
(33)--긴급제동장치(AEB)

Claims

상용차용 시뮬레이션 프로그램 환경을 셋팅하고 모니터링하는 호스트 컴퓨터;
상용차의 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 신호 입출력과 연산 및 통신과 모델링 환경을 연산하고 동적 거동을 분석하는 PXI;
상용차의 차량 모델에 따른 제어기와 차량자세제어장치와 긴급제동장치장치로 구성되는 플랜트; 를 포함하고,
상기 호스트 컴퓨터는, 입력수단으로 시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과, 시뮬레이션 프로그램, 제어계측 프로그램 등을 설정하는 설정부와, 시뮬레이션 그래프, 데이터, 차량 영상 등을 화면 출력하는 모니터를 포함하고,
상기 PXI는, 차량자세제어장치 및 긴급제동장치로부터 출력되는 데이터를 제어하고 계측하는 데이터제어계측장치 및 시뮬레이션부와, 실시간 연산을 수행하고 차량자세제어장치 및 긴급제동장치에 대한 입출력신호의 고속 처리를 담당하는 시뮬레이터부 및 연산 로직부를 더 포함하고,
상기 차량자세제어장치 및 긴급제동장치의 시뮬레이션 결과는 호스트 컴퓨터의 모니터에 그래프 형태로 화면 출력되는 제동 관련 파라미터와 긴급제동장치 관련 파라미터를 포함하되,
상기 제동 관련 파라미터는 조향휠 각도, 가속도, 브레이크 토크, 차속, 휠속도, 브레이크 압력 슬립율, 밸브류 상태 및 각 파라미터, 풋브레이크 상태를 포함하고,
상기 긴급제동장치 관련 파라미터는 대상물의 인식거리, 인식여부, 제동 타이밍, 감속도를 포함하는 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템.
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청구항 1에 있어서;
상기 플랜트는,
시뮬레이션 대상 상용차의 차량 동역학 모델과 실제 상용차에 적용되는 제어기;
브레이크, 에어챔버, 압력제어밸브, 모듈레이터, 솔레노이드 밸브, 센서로 구성되는 차량자세제어장치;
라이다(Lidar)와 레이더(Radar)와 초음파센서와 카메라 모듈 중 적어도 어느 하나 이상으로 구성되는 긴급제동장치; 를 포함하되,
상기 제어기는 전기적인 신호에 의해 동작하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서, 전압센서, 전류센서, 라이다, 레이더, 초음파센서, 카메라 모듈 등을 제어하되 전기적으로 동일한 회로가 사용된 가상 부하가 적용되도록 함을 특징으로 하는 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 시스템.
a) 호스트 컴퓨터의 설정부를 통하여 시뮬레이션 대상 상용차에 해당하는 차량 동력학 모델을 적용하는 단계;
b) 노면조건, 차속, 시험모드 등의 주행조건을 설정하는 단계;
c) 시뮬레이션 시험을 시작하는 단계;
d) 시뮬레이션 시험 시작에 의해 시뮬레이션 하는 단계;
e) 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 각 부품류가 동작하는 단계;
f) 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 동작 데이터를 연산하는 단계;
g) 실시간 시뮬레이션 결과를 호스트 컴퓨터의 모니터 화면으로 표시하는 단계;
h) 시뮬레이션을 종료하는 단계;
i) 시뮬레이션 결과를 표시하고 애니메이션, 그래프, 데이터 값을 저장하는 단계;
상기 시뮬레이션을 종료하는 h) 단계에서,
j) 시뮬레이션을 종료하지 않는 경우 차량 동력학 모델을 재 동작시켜 신호 계측 및 생성하고 피드백하는 단계를 거쳐 시뮬레이션을 시작한 다음 시뮬레이션이 종료될 때까지 진행하는 단계; 를 포함하고,
상기 긴급제동장치 및 차량자세제어장치의 각 부품류가 동작하는 e) 단계에서 생성되는 데이터는 차량자세제어장치를 구성하는 압력센서, 휠속도센서, 회전각센서, 요 레이트 센서, 전압센서, 전류센서의 데이터 및 긴급제동장치를 구성하는 라이다(Lidar), 레이더(RADAR), 초음파센서, 카메라 모듈 데이터를 포함하며, 이들 데이터는 PXI로 입력되어 연산된 다음 호스트 컴퓨터의 모니터로 화면 표시되도록 함을 특징으로 하는 상용차용 긴급제동 및 차량자세제어 통합 시뮬레이션 방법.
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