KR102311281B1 - 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR102311281B1 KR1020200047221A KR20200047221A KR102311281B1 KR 102311281 B1 KR102311281 B1 KR 102311281B1 KR 1020200047221 A KR1020200047221 A KR 1020200047221A KR 20200047221 A KR20200047221 A KR 20200047221A KR 102311281 B1 KR102311281 B1 KR 102311281B1
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정정주
정용우
김원희
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

자율 주행 시스템에서의 차량 제어 장치 및 그 방법이 개시된다. 자율 주행 시스템에서의 차량 제어 장치는, 자율 주행 모드에서 주어진 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00199
)과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00200
)를 계산하는 임피던스 피니언각 발생기; 및 차량의 조향각(
Figure 112020040207278-pat00201
)이 상기 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00202
)을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산하는 추종 제어기를 포함한다.

Description

자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법{Steering control device and method in autonomous driving system}
본 발명은 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
자율 주행 상황에서 운전자의 의지를 감지하고, 이를 반영하여 조향권을 자율 주행 시스템으로부터 운전자에게 전환하는 일은 자율 주행 경로를 어떻게 생성할 것인 것인지, 주변 환경을 어떻게 인지할 것인지와 같이 중요한 이슈 중 하나이다.
그러나, 자율 주행 상황 중 예기치 못한 비상 상태(예를 들어, 운전자의 장애물 인지)에서 운전자가 핸들을 제어하더라도 자율 주행 상황에서 차량이 원래의 위치를 유지하고자 하는 힘에 의해 모터가 움직이지 않아 정상적인 핸들 조향이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 자율 주행 상황에서 자율 주행 해제 없이 운전자의 수동 차량 운행이 가능케 할 수 있는 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 자율 주행 중인 상태에서 센서 오작동으로 인해 차량에서 장애물을 감지하지 못한 경우, 자율 주행 모드 해제 없이 운전자의 의도가 반영된 차량 조향이 가능하도록 할 수 있는 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자율 주행 모드에서 주어진 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00001
)과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00002
)를 계산하는 임피던스 피니언각 발생기; 및 차량의 조향각(
Figure 112020040207278-pat00003
)이 상기 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00004
)을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산하는 추종 제어기를 포함하는 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치가 제공될 수 있다.
상기 조향 추종각은 하기 수학식을 이용하여 계산되되,
Figure 112020040207278-pat00005
여기서,
Figure 112020040207278-pat00006
는 스티어링 칼럼 강성을 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00007
는 스티이렁 칼럼 관성 모멘트를 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00008
는 스티어링 칼럼 점성 댐핑을 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00009
이며,
Figure 112020040207278-pat00010
는 임피던스 관성 계수를 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00011
는 임피던스 점성 댐핑 계수를 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00012
는 임피던스 강성 계수를 나타낸다.
상기 임피던스 관성 계수, 상기 임피던스 점성 댐핑 계수, 및 상기 임피던스 강성 계수는 차량 주행 경로의 곡률, 차량의 속도 및 차선 변경 방향 중 적어도 두개에 따라 결정될 수 있다.
상기 추종 제어기는 차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 및 상기 차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 변화량이 제로(0)으로 수렴되는 토크 제어 입력을 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 자율 주행 시스템에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00013
)을 입력받는 단계; 운전자 토크를 획득하는 단계; 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00014
)과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00015
)를 계산하는 단계; 및 차량의 조향각(
Figure 112020040207278-pat00016
)이 상기 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00017
)을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산하는 단계를 포함하는 자율 주행 시스템에서의 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치 및 그 방법을 제공함으로써, 자율 주행 상황에서 자율 주행 해제 없이 운전자의 수동 차량 운행이 가능케 할 수 있다.
또한, 본 발명은 자율 주행 중인 상태에서 센서 오작동으로 인해 차량에서 장애물을 감지하지 못한 경우, 자율 주행 모드 해제 없이 운전자의 의도가 반영된 차량 조향이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 센서 오작동시, 조향 제어를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 제어 실험 결과를 나타낸 그래프.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 설명에서 사용되는 각각의 변수에 대해 우선 정의하기로 한다.
Figure 112020040207278-pat00018
: 랙 포지션[m]
Figure 112020040207278-pat00019
: 모터 전류[A]
Figure 112020040207278-pat00020
: 운전자 토크[
Figure 112020040207278-pat00021
]
Figure 112020040207278-pat00022
: 칼럼 바(column bar)로부터 전달되는 랙-피니언 힘[
Figure 112020040207278-pat00023
]
Figure 112020040207278-pat00024
: 스크류-너트(screw-nut)로부터 전달되는 랙-피니언 힘[N]
Figure 112020040207278-pat00025
: 너트의 토크[
Figure 112020040207278-pat00026
]
Figure 112020040207278-pat00027
: 스티어링 휠의 부하 토크[
Figure 112020040207278-pat00028
]
Figure 112020040207278-pat00029
: 랙에 장착된 전동 파워 스티어링의 입력 토크[
Figure 112020040207278-pat00030
]
Figure 112020040207278-pat00031
: 스티어링 칼럼 관성 모멘트[
Figure 112020040207278-pat00032
]
Figure 112020040207278-pat00033
: 스티어링 칼럼 점성 댐핑[
Figure 112020040207278-pat00034
]
Figure 112020040207278-pat00035
: 스티어링 칼럼 강성[
Figure 112020040207278-pat00036
]
Figure 112020040207278-pat00037
: 스티어링 칼럼 피니언 반경[m]
Figure 112020040207278-pat00038
: 랙의 질량[Kg]
Figure 112020040207278-pat00039
: 랙의 점성 댐핑[
Figure 112020040207278-pat00040
]
Figure 112020040207278-pat00041
: 타이어 스프링 속도[
Figure 112020040207278-pat00042
]
Figure 112020040207278-pat00043
: 랙바의 리드[m/rad]
Figure 112020040207278-pat00044
: 볼-스크류 기어 반경 감속[m]
Figure 112020040207278-pat00045
: 볼-스크류의 나사산 각도[m]
Figure 112020040207278-pat00046
: 너트의 관성 모멘트[
Figure 112020040207278-pat00047
]
Figure 112020040207278-pat00048
: 모터 샤프트의 기어비
Figure 112020040207278-pat00049
: 모터의 관성 모멘트[
Figure 112020040207278-pat00050
]
Figure 112020040207278-pat00051
: 모터 샤프트 점성 댐핑[
Figure 112020040207278-pat00052
]
Figure 112020040207278-pat00053
: 임피던스 관성 계수[
Figure 112020040207278-pat00054
]
Figure 112020040207278-pat00055
: 임피던스 점성 댐핑 계수[
Figure 112020040207278-pat00056
]
Figure 112020040207278-pat00057
: 임퍼던스 강성 계수[
Figure 112020040207278-pat00058
]
Figure 112020040207278-pat00059
: 차량의 요레이트[rad/s]
Figure 112020040207278-pat00060
: 차량의 속도[m/s]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 센서 오작동시, 조향 제어를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템은 횡 방향 제어기를 통해 센서를 통해 획득된 정보들과 차량의 스티어링 휠 각을 이용하여 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00061
)이 계산되며, 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00062
)을 추종하도록 제어될 수 있다.
이하에서는 차량이 자율 주행 중인 상태에서, 센서 오작동으로 인해 장애물(오브젝트)를 검출하지 못한 경우, 운전자의 핸들 조작에 따른 운전자 토크(
Figure 112020040207278-pat00063
)를 추종 오차로서 반영하여 자율 주행 상태를 해제하지 않은 상태에서 운전자의 의도가 반영된 조향 제어가 가능하도록 할 수 있다. 이에 대해서는 하기의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템의 임피던스 제어 장치(200)는 임피던스 피니언각 발생기(210) 및 추종 제어기(220)를 포함하여 구성된다.
임피던스 피니언각 발생기(210)는 자율 주행 상태에서 자율 주행에 따른 추종 조향각에 운전자 토크가 반영된 추종 오차를 적용한 새로운 추종 조향각을 계산한다.
이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 우선 R-EPS 동역학 모델에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
R-EPS 동역학 모델은 조향 핸들, 중간축(intermediate-shaft), 토션 바(torsion bar), 랙 피니언(rack-pinion), 랙-바(rack-bar), 감속 기어 및 모터로 구성될 수 있다.
여기서, 조향 핸들 부분 축을 수학식으로 나타내면 수학식 1과 같다.
Figure 112020040207278-pat00064
여기서,
Figure 112020040207278-pat00065
는 핸들의 관성을 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00066
는 스티어링 핸들 각도를 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00067
는 토션 바 하단 피니언 각도를 나타내고, FR은 기구부에서 나타내는 비선형 마찰 성분을 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00068
는 운전자 토크를 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00069
는 토션 바의 강성을 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00070
는 토션 바의 점성 감쇠를 나타낸다.
랙(rack) 변위의 강성 구성 요소로 랙 바의 끝에서 영향을 받는 타이어 힘을 고려하면, 랙 바의 동적 방정식과 연결된 시스템 간의 흐름 구성 요소 관계 방정식은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00071
여기서,
Figure 112020040207278-pat00072
는 랙-바의 상대 위치를 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00073
는 랙-바와 모터 연결부에 존재하는 스크류 기어 회전각을 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00074
와
Figure 112020040207278-pat00075
는 칼럼 축, 랙-바, 및 모터 축 사이의 스케일링 인자(scaling factor)를 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00076
는 랙-피니언 구조에서 전달되는 힘을 나타내고,
Figure 112020040207278-pat00077
는 스크류-너트 구조로부터 전달되는 반발력(reaction force)를 나타낸다.
Figure 112020040207278-pat00078
과
Figure 112020040207278-pat00079
사이의 관계식은 수학식 3과 같다.
Figure 112020040207278-pat00080
여기서,
Figure 112020040207278-pat00081
이다.
스크류 너트 구조와 모터를 연결하는 벨트 역학을 무시하면 모터와 스크류 너트의 동역학은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00082
수학식 1 내지 수학식 4에 의해 R-EPS의 동역학은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00083
여기서,
Figure 112020040207278-pat00084
이다.
또한, 상태 벡터
Figure 112020040207278-pat00085
이고,
Figure 112020040207278-pat00086
는 모터의 토크 입력을 나타낸다.
운전자의 토크가 R-EPS 시스템에 적용될 때, 원하는 임피던스 피니언 각(
Figure 112020040207278-pat00087
)은 자율 주행 시스템에서 계산된 추종 임피던스각(조향각)(
Figure 112020040207278-pat00088
)과 운전자 토크(
Figure 112020040207278-pat00089
)를 이용하여 계산될 수 있다.
운전자의 토크가 없는 경우,
Figure 112020040207278-pat00090
는 자율 주행 시스템에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00091
)과 동일하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 조향각(
Figure 112020040207278-pat00092
)이 운전자 토크가 반영된 임피던스 조향각(조향 추종각)(
Figure 112020040207278-pat00093
)을 추종하도록 제어될 수 있다.
운전자 토크 측정에 사용되는 토션 바로 인해 조향 휠과, 피니언각은 서로 상이하다.
운전자 토크가 없는 경우,
Figure 112020040207278-pat00094
과
Figure 112020040207278-pat00095
사이의 관계식은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00096
Figure 112020040207278-pat00097
이 자율 주행 시스템의 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00098
)을 추종할지라도 운전자의 토크(
Figure 112020040207278-pat00099
)가 R-EPS 시스템에 입력되는 경우,
Figure 112020040207278-pat00100
과
Figure 112020040207278-pat00101
사이에 차이가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 임피던스 제어를 위한 추종 에러(
Figure 112020040207278-pat00102
)를 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00103
여기서,
Figure 112020040207278-pat00104
이며,
Figure 112020040207278-pat00105
는 아직 정의되지 않았다.
해당 오차를 바탕으로 자율 주행 시스템이 동작중인 상태에서, 운전자 조향 의지를 적극 반영하되, 전체 차량 시스템의 안전도를 보장하기 위해 수학식 8과 같이 운전자가 가하는 조향 토크에 따라 추종하고자 하는 조향각에 의도적인 추종 오차를 설계할 수 있다.
즉, 운전자의 토크(
Figure 112020040207278-pat00106
)로부터
Figure 112020040207278-pat00107
으로의 임피던스 전달 함수
Figure 112020040207278-pat00108
는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00109
여기서,
Figure 112020040207278-pat00110
와
Figure 112020040207278-pat00111
은 각각
Figure 112020040207278-pat00112
와
Figure 112020040207278-pat00113
의 라플라스 변환을 나타내며,
Figure 112020040207278-pat00114
,
Figure 112020040207278-pat00115
및
Figure 112020040207278-pat00116
는
Figure 112020040207278-pat00117
의 계수 파라미터로, 원하는 임피던스 관성 계수, 원하는 임피던스 제동 계수 및 원하는 임피던스 강성 계수를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이들 계수 파라미터는 곡률, 차량의 속도, 차선의 변경 방향 및 오브젝트까지의 거리 중 적어도 복수에 의해 결정될 수 있다.
수학식 5와 같은 R-EPS 시스템을 가정할 때, 운전자 토크를 반영한 임피던스 피니언각(
Figure 112020040207278-pat00118
)은 수학식 9와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00119
여기서,
Figure 112020040207278-pat00120
이다.
만일
Figure 112020040207278-pat00121
이면, 운전자의 토크(
Figure 112020040207278-pat00122
)로부터
Figure 112020040207278-pat00123
으로의 임피던스 전달 함수
Figure 112020040207278-pat00124
는 수학식 8과 같다.
수학식 2에서,
Figure 112020040207278-pat00125
의 동역학은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00126
여기서,
Figure 112020040207278-pat00127
를 대체함으로써, 수학식 10에서 수학식 9를 획득하고,
Figure 112020040207278-pat00128
를 곱함으로써,
Figure 112020040207278-pat00129
의 동역학은 수학식 11과 같이 변경될 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00130
수학식 6의 관계식을 사용하여 수학식 11은 수학식 12와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00131
수학식 12는 수학식 13과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00132
결과적으로, 만일
Figure 112020040207278-pat00133
이면, 운전자의 토크(
Figure 112020040207278-pat00134
)로부터
Figure 112020040207278-pat00135
으로의 임피던스 전달 함수
Figure 112020040207278-pat00136
는 수학식 8과 같은 것을 알 수 있다.
따라서,
Figure 112020040207278-pat00137
가
Figure 112020040207278-pat00138
를 추종하도록 함으로써, 운전자의 의도는 자율 주행 모드에 완전히 반영될 수 있다.
운전자의 토크가 없는 경우, 조향 추종각(추종 임피던스 피니언 각(
Figure 112020040207278-pat00139
))은 자율 주행 모드에서 생성된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00140
)와 동일하다. 따라서, 스터어링 시스템의 피니언각(조향각)(
Figure 112020040207278-pat00141
)은 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00142
)을 추종하도록 제어될 수 있다.
자율 주행 시스템에 운전자의 토크가 반영되는 경우, 수학식 8을 포함하는 스티어링 제어을 위한 운전자 토크를 반영하는 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00143
)은 자율 주행 모드에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00144
)과는 상이하다.
본 발명의 일 실시예에서는 센서 고장으로 인해 자율 주행 운전 중 운전자가 장애물을 피하기 위해 조향 제어를 이양할 수 있는 경우를 고려하였다. 스테이렁 제어를 위해 의도된 운전자 토크가 장애물을 피하기 위해, 운전자 토크는 설계된 임피던스에 의해 스테이렁 제어를 위해 반영될 수 있다.
추종 제어기(220)는 운전자 토크가 반영된 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00145
)을 추종하도록 토크 제어 입력을 생성하기 위한 수단이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추종 제어기(220)는 R-EPS 동역학 모델을 기반한 Super-Twist Sliding 알고리즘을 사용하여 파생될 수 있다.
슬라이딩 표면
Figure 112020040207278-pat00146
은 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00147
여기서,
Figure 112020040207278-pat00148
이고,
Figure 112020040207278-pat00149
와
Figure 112020040207278-pat00150
는 상수이다.
Figure 112020040207278-pat00151
와
Figure 112020040207278-pat00152
는 다항식
Figure 112020040207278-pat00153
이 Hurwitz가 되도록 설계되었다.
수학식 5, 수학식 8 및 수학식 9를 가정하면, 제어 입력(
Figure 112020040207278-pat00154
)은 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00155
여기서,
Figure 112020040207278-pat00156
이다.
추종 에러(e)는 0으로 수렴되며, 운전자 토크 (
Figure 112020040207278-pat00157
)로부터
Figure 112020040207278-pat00158
으로의 임피던스 전달 함수
Figure 112020040207278-pat00159
는 수학식 8이 된다.
제어 입력을 수학식 15와 같이 결정하면, 전체 에러 동역학은 수학식 16과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112020040207278-pat00160
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 추종 제어기(220)는 조향각(피니언 각)의 추종 오차와 변화량이 제로(0)로 수렴하도록 토크 제어 입력을 계산할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
단계 310에서 차량 제어 장치(200)는 차량의 자율 주행 시스템에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00161
)을 입력받는다.
단계 315에서 차량 제어 장치(200)는 운전자 토크를 획득한다.
단계 320에서 차량 제어 장치(200)는 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00162
)과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00163
)을 계산한다.
단계 325에서 차량 제어 장치(200)는 차량의 조향각(
Figure 112020040207278-pat00164
)이 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00165
)을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산한다.
이는 도 2에서 상세히 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프로, 도 4는 운전자 토크 그래프이며, 도 5는 피니언 각 그래프를 나타내고, 도 6은 횡방향 오프셋을 나타내고, 도 7은 헤딩각 그래프를 나타낸다.
도 4에서 보여지는 바와 같이, 4~6 초 사이의 장애물을 피하기 위해 운전자의 토크가 R-EPS 시스템에 입력된다. 따라서, 4초 이전에는 운전자의 토크가 R-EPS 시스템에 입력되지 않기 때문에, 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00166
)은 자율 주행 모드에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00167
)이 거의 같은 것을 알 수 있다.
4초 이후, 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00168
)이 자율 주행 모드에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00169
)과 다르다.
도 5에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 운전자의 토크가 입력되더라도, 조향각이 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00170
)을 잘 추종하는 것을 알 수 있다.
제로 측면 오프셋은 차량이 차선 중앙에 유지됨을 의미한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 4초 이전에 측면 오프셋은 대략 0이며, 4 초 후 운전자가 장애물을 피하기 위해 의도적으로 스티어링 휠을 조작한다. 운전자가 제안한 방법에 의해 자율 주행 시스템으로부터 조향 제어가 원활하게 수행되므로 차량이 원활하게 이동하게 된다. 따라서,
Figure 112020040207278-pat00171
는 차량 주행 방향과 비교하여 반대 방향으로 생성되며, 차량이 장애물을 성공적으로 회피한 경우, 운전자가 스티어링 휠을 조작함에 따라 운전자의 토크가 R-EPS 시스템에 입력되기 전에는 조향 추종각(
Figure 112020040207278-pat00172
)은 자율 주행 모드에서 계산된 추종 조향각(
Figure 112020040207278-pat00173
)이 거의 동일하며 조향각은 추종 조향각을 추적하므로 차량이 차선 중앙에 유지되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 자율 주행 시스템에서의 조향 제어 장치
210: 임피던스 피니언각 발생기
220: 추종 제어기

Claims (7)

  1. 자율 주행 모드에서 주어진 추종 조향각(
    Figure 112021067711021-pat00210
    )과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
    Figure 112021067711021-pat00211
    )을 계산하는 임피던스 피니언각 발생기; 및
    차량의 조향각(
    Figure 112021067711021-pat00212
    )이 상기 조향 추종각(
    Figure 112021067711021-pat00213
    )을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산하는 추종 제어기를 포함하되,
    상기 추종 제어기는 차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 및 상기 차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 변화량이 제로(0)로 수렴되는 토크 제어 입력을 계산하되,
    상기 조향 추종각은 하기 수학식을 이용하여 계산되되,
    Figure 112021067711021-pat00214

    여기서,
    Figure 112021067711021-pat00215
    는 스티어링 칼럼 강성을 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00216
    는 스티이렁 칼럼 관성 모멘트를 나타내며,
    Figure 112021067711021-pat00217
    는 스티어링 칼럼 점성 댐핑을 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00218
    이며,
    Figure 112021067711021-pat00219
    는 임피던스 관성 계수를 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00220
    는 임피던스 점성 댐핑 계수를 나타내며,
    Figure 112021067711021-pat00221
    는 임피던스 강성 계수를 나타내되,
    상기 임피던스 관성 계수, 상기 임피던스 점성 댐핑 계수, 및 상기 임피던스 강성 계수는 차량 주행 경로의 곡률, 차량의 속도 및 차선 변경 방향 중 적어도 두개에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템에서의 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 차량의 자율 주행 시스템에서 계산된 추종 조향각(
    Figure 112021067711021-pat00222
    )을 입력받는 단계;
    운전자 토크를 획득하는 단계;
    추종 조향각(
    Figure 112021067711021-pat00223
    )과 핸들각 사이의 오차 관계식에 기반하여 운전자 토크에 따른 추종 오차가 반영된 조향 추종각(
    Figure 112021067711021-pat00224
    )을 계산하는 단계; 및
    차량의 조향각(
    Figure 112021067711021-pat00225
    )이 상기 조향 추종각(
    Figure 112021067711021-pat00226
    )을 추종하도록 토크 제어 입력을 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 토크 제어 입력을 계산하는 단계는,
    차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 및 상기 차량의 조향각과 상기 추종각 사이의 추종 오차 변화량이 제로(0)으로 수렴되는 토크 제어 입력을 계산되되,
    상기 조향 추종각은 하기 수학식을 이용하여 계산되되,
    Figure 112021067711021-pat00227

    여기서,
    Figure 112021067711021-pat00228
    는 스티어링 칼럼 강성을 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00229
    는 스티이렁 칼럼 관성 모멘트를 나타내며,
    Figure 112021067711021-pat00230
    는 스티어링 칼럼 점성 댐핑을 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00231
    이며,
    Figure 112021067711021-pat00232
    는 임피던스 관성 계수를 나타내고,
    Figure 112021067711021-pat00233
    는 임피던스 점성 댐핑 계수를 나타내며,
    Figure 112021067711021-pat00234
    는 임피던스 강성 계수를 나타내되,
    상기 임피던스 관성 계수, 상기 임피던스 점성 댐핑 계수, 및 상기 임피던스 강성 계수는 차량 주행 경로의 곡률, 차량의 속도 및 차선 변경 방향 중 적어도 두개에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 자율 주행 시스템에서의 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제5 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114897306A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 重庆大学 一种考虑自动驾驶专用车道混合交通流路段阻抗计算方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002002519A (ja) * 2000-06-27 2002-01-09 Mitsubishi Electric Corp 車両の操舵制御装置
JP2010012852A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Aisin Aw Co Ltd 運転支援装置、運転支援方法および運転支援プログラム
JP2015063244A (ja) * 2013-09-25 2015-04-09 日産自動車株式会社 車両用運転制御装置及び車両用運転制御方法
KR101581286B1 (ko) * 2014-01-17 2015-12-31 전남대학교산학협력단 무인운전차량의 자율 주행을 위한 경로 추종 시스템 및 방법
KR101639525B1 (ko) * 2015-05-19 2016-07-13 한양대학교 산학협력단 차선 유지 시스템, 차선 유지 방법과 이에 사용되는 제어 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002002519A (ja) * 2000-06-27 2002-01-09 Mitsubishi Electric Corp 車両の操舵制御装置
JP2010012852A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Aisin Aw Co Ltd 運転支援装置、運転支援方法および運転支援プログラム
JP2015063244A (ja) * 2013-09-25 2015-04-09 日産自動車株式会社 車両用運転制御装置及び車両用運転制御方法
KR101581286B1 (ko) * 2014-01-17 2015-12-31 전남대학교산학협력단 무인운전차량의 자율 주행을 위한 경로 추종 시스템 및 방법
KR101639525B1 (ko) * 2015-05-19 2016-07-13 한양대학교 산학협력단 차선 유지 시스템, 차선 유지 방법과 이에 사용되는 제어 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114897306A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 重庆大学 一种考虑自动驾驶专用车道混合交通流路段阻抗计算方法
CN114897306B (zh) * 2022-04-12 2024-04-26 重庆大学 一种考虑自动驾驶专用车道混合交通流路段阻抗计算方法

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