KR102335985B1 - 조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법 - Google Patents

조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향각 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 장치는 조향각 오차값에 따라 조향각 게인(Gain) 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 조향각 게인 가변 판단부; 상기 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 조향각 게인 계산부; 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 조향각 게인 조정부; 및 상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 조향토크 산출부;를 포함할 수 있다.

Description

조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법{Apparatus for controlling steering angle, lane keeping assist system having the same and method thereof}
본 발명은 조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전자의 조향각 이질감을 최소화하는 동시에 차량 산포 및 외란 시 강건한 조향각 제어를 수행할 수 있는 기술에 관한 것이다.
차로 추종 보조 시스템은 차로의 중앙을 주행하도록 조향 장치를 자동 제어하는 시스템이다. 차선을 인지하는 센서를 이용하여 차량의 차로 내 위치를 파악하고 차량을 차로 중앙에 위치하도록 필요한 요구 조향각을 산출한 후, 요구 조향각을 추종하기 위한 조향 토크를 산출하여 산출된 조향 토크에 맞게 차량의 조향을 제어한다.
그러나, 도로의 횡구배나 조향계 산포 발생 시 조향계의 회전 토크와 복원 토크 차이가 발생하게 되며 회전 토크가 큰 방향으로 조향각도가 발생하게 되면서 차량이 쏠리게 되는 문제점이 있다.
특히 차로 추종 보조시스템의 경우 운전자의 차로 유지 행위를 보조해주지만 차로 추종을 위한 강한 조향 제어 시 운전자가 이질감을 느낄 수 있다. 이에 현재의 차로 추종 보조 시스템은 운전자의 이질감을 최소화하는 방향으로 조향 제어를 수행함으로써 조향 제어가 약하게 설정되어 차량 산포 및 외란에 의해 영향을 영향을 받기 쉽고 특히 도로 횡구배나 조향계 산포 발생 시 차량이 치우쳐져 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예는 조향각 제어 비례 게인을 상황에 따라 가변시킴으로써 조향각 오차값이 작을 때는 작은 게인을 적용하여 운전자의 조향 이질감을 최소화하고 차량 산포 및 외란 시 추종 오차가 커지면 큰 게인을 적용하여 강건한 제어가 가능하도록 할 수 있는 조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 운전자 토크에 따른 게인 증가속도 감쇄 및 회복 속도를 제한하여 시스템의 안정성을 증대시킬 수 있는 조향각 제어 장치, 그를 포함한 차로 추종 보조 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 장치는 조향각 오차값에 따라 조향각 게인(Gain) 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 조향각 게인 가변 판단부; 상기 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 조향각 게인 계산부; 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 조향각 게인 조정부; 및 상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 조향토크 산출부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변 판단부는, 상기 조향각 오차값을 산출하고, 상기 조향각 오차값을 미리 정한 기준치와 비교하여 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 가변속도 판단부; 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 판단 시 최대 게인을 선정하는 최대 게인 선정부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변 판단부는, 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 초기 게인에서 상기 최대 게인까지 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 증가 가변속도를 결정하는 증가 가변속도 결정부; 및 상기 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 최대 게인에서 상기 초기 게인으로 감소하여 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 감소 가변속도를 결정하는 감소 가변속도 결정부;를 더 포함할 수 있다
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변 판단부는, 조향토크가 최대값에 도달하였는지를 판단하여, 상기 조향토크가 최대값에 도달한 경우 상기 조향각 게인 가변속도를 제로로 설정하는 것을 가변속도 설정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가변속도 판단부는, 조향각 오차값을 산출하여, 상기 조향각 오차값이 기준치 이상이면 상기 조향각 게인 가변속도를 증가시키는 것으로 판단하고 상기 조향각 오차값이 상기 기준치 미만이면 상기 조향각 게인 가변속도를 감소시키는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가변속도 판단부는, 실제 조향각과 요구 조향각의 차이값을 산출하여 상기 조향각 오차값을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 조정부는, 운전자 개입 시 상기 조향각 게인을 하향 조정하여 제 1 게인 조정비율을 산출하는 제 1 게인 조정비율 산출부; 상기 운전자 개입 후 상기 제 1 게인 조정비율의 회복을 제한하여 제 2 게인 조정비율을 산출하는 제 2 게인 조정비율 산출부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 조정부는, 상기 조향각 게인에 상기 제 2 게인 조정비율을 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출하는 운전자 의지 반영부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 조정부는, 상기 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 상기 최종 조향 게인을 산출하는 최종 조향 게인 산출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 조정부는, 상기 운전자 의지 반영 조향각 게인의 최대값 및 최소값을 설정하는 운전자 의지 반영 조향각 게인 제한부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향 토크 산출부는, 상기 최종 조향 게인, 상기 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 상기 조향 토크를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차로 추종 보조 시스템은 차량의 조향각을 센싱하여 실제 조향각을 출력하는 조향각 센서; 차량의 차로 추종을 위한 요구 조향각을 산출하여 출력하는 차로 추종 위치 제어기; 차량의 토크값을 센싱하여 출력하는 토크 센서; 및 상기 실제 조향각과 상기 요구 조향각의 차이값인 조향각 오차값에 따라 조향각 게인을 조정하는 조향각 제어장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 제어장치는, 상기 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 미만이면 상기 조향각 게인을 감소시키고 상기 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 이상이면 상기 조향각 게인을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 제어장치는, 상기 조향각 오차값에 따라 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 조향각 게인 가변 판단부; 상기 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 조향각 게인 계산부; 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 조향각 게인 조정부; 및 상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 조향토크 산출부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법은 조향각 오차값에 따라 조향각 게인(Gain) 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계; 상기 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 단계; 상기 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 단계; 및 상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계는, 상기 조향각 오차값을 산출하고, 상기 조향각 오차값을 미리 정한 기준치와 비교하여 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 단계; 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 판단 시 최대 게인을 선정하는 단계; 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 초기 게인에서 상기 최대 게인까지 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 증가 가변속도를 결정하는 단계; 및 상기 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 최대 게인에서 상기 초기 게인으로 감소하여 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 감소 가변속도를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계는, 조향토크가 최대값에 도달하였는지를 판단하여, 상기 조향토크가 최대값에 도달한 경우 상기 조향각 게인 가변속도를 제로로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 단계는, 조향각 오차값을 산출하여, 상기 조향각 오차값이 기준치 이상이면 상기 조향각 게인 가변속도를 증가시키는 것으로 판단하고 상기 조향각 오차값이 상기 기준치 미만이면 상기 조향각 게인 가변속도를 감소시키는 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 최종 조향 게인을 산출하는 단계는, 운전자 개입 시 상기 조향각 게인을 하향 조정하여 제 1 게인 조정비율을 산출하는 단계; 상기 운전자 개입 후 상기 제 1 게인 조정비율의 회복을 제한하여 제 2 게인 조정비율을 산출하는 단계; 상기 조향각 게인에 상기 제 2 게인 조정비율을 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출하는 단계; 및 상기 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 상기 최종 조향 게인을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조향 토크를 산출하는 단계는, 상기 최종 조향 게인, 상기 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 상기 조향 토크를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
본 기술은 조향각 오차값이 작을 때는 작은 게인을 적용하여 운전자의 조향 이질감을 최소화하고 차량 산포 및 외란 시 조향각 오차값이 커지면 큰 게인을 적용하여 강건한 제어가 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 기술은 운전자 토크에 따른 게인 증가속도 감쇄 및 회복 속도를 제한하여 시스템의 안정성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 장치를 포함하는 차로 추종 보조 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 조향각 게인 가변 판단부의 세부 구성도이다.
도 3은 도 2의 최대 게인 선정부에서 최대 게인을 선정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 게인 조정부의 세부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 개입으로 인한 가변 속도 조정예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법의 상세 순서도이다.
도 8은 종래의 조향각 제어 경로와 본 발명의 조향각 제어 경로를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차로 추종 보조 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 조향각 게인(Gain) 가변 판단부의 세부 구성도이며, 도 3은 도 2의 최대 게인 선정부(412)에서 최대 게인을 선정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 게인 조정부의 세부 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차로 추종 보조 시스템은 조향각 센서(100), 차로 추종 위치 제어기(200), 토크센서(300), 조향각 제어 장치(400)를 포함한다.
조향각 센서(100)는 차량의 현재 조향각을 감지하여 실제 조향각을 조향각 제어 장치(400)로 출력한다.
차로 추종 위치 제어기(200)는 차량의 차로 추종 제어를 위한 요구 조향각을 산출하여 조향각 제어 장치(400)로 출력한다.
토크센서(300)는 차량의 현재 토크값을 감지하여 조향각 제어장치(400)로 출력한다.
조향각 제어 장치(400)는 조향각 게인을 상황에 따라 가변시킴으로써 조향각 오차값이 작을 때는 작은 게인을 적용하여 운전자의 조향 이질감을 최소화하고 차량 산포 및 외란 시 조향각 오차값이 커지면 큰 게인을 적용하여 강건한 제어가 가능하도록 한다. 여기서 조향각 오차값은 요구 조향각과 실제 조향각의 차이값으로서 추종오차값이라고도 한다. 또한, 조향각 제어 장치(400)는 운전자 토크를 이용하여 운전자 의지를 반영한 조향각 게인을 산출하여 적용함으로써 조향각 제어 시 운전자의 만족감을 증대시킨다.
이를 위해, 조향각 제어 장치(400)는 조향각 게인 가변 판단부(410), 조향각 게인 계산부(420), 조향각 게인 조정부(430), 조향토크 산출부(440)를 포함한다.조향각 게인 가변 판단부(410)는 조향각 오차값(추종 오차값)에 따라 조향각 게인의 가변여부를 판단하고, 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정한다. 이때, 일반적으로 조향각 게인은 초기값(Kini)이 고정으로 적용되는데, 본 발명에서는 조향각 게인이 조향각 오차값에 따라 초기값(Kini)과 최대값(Kmax) 사이의 범위 내에서 가변된다. 이처럼 조향각 게인이 가변되는 방향이 초기값(Kini)에서 최대값(Kmax)으로 커져가는 방향은 증가방향, 최대값(Kmax)에서 초기값(Kini)으로 감소되는 방향은 감소 방향이라고 한다. 증가방향으로 변할때의 증가 속도를 증가 가변 속도라고 하고, 감소 방향으로 변할때의 감소 속도를 감소 가변 속도라고 한다.
또한, 조향각 게인 가변 판단부(420)는 조향각 게인의 최대값을 선정하고 최대값과 초기값을 이용하여 증가 가변 속도와 감소 가변 속도를 결정한다.
조향각 게인 계산부(420)는 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출한다.
조향각 게인 조정부(430)는 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출한다.
조향토크 산출부(440)는 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출한다.
도 2를 참조하면, 조향각 게인 가변 판단부(410)는 조향각 게인 가변 판단부(410)는 요구 조향각 대비 실제 조향각의 오차값을 이용하여 조향각 게인의 가변 여부를 판단한다. 즉, 조향각 게인 가변 판단부(410)는 조향각 오차값에 따라 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정한다.
이를 위해, 조향각 게인 가변 판단부(410)는 가변속도 판단부(411), 최대 게인 선정부(412), 증가 가변속도 결정부(413), 감소 가변속도 결정부(414), 가변속도 설정부(415)를 포함한다.
가변속도 판단부(411)는 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 이상일 때는 조향각 게인 가변속도를 증가속도로 설정하고, 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 미만일 경우 조향각 게인 가변속도를 감소속도로 설정한다.
Figure 112017064069298-pat00001
Figure 112017064069298-pat00002
는 요구 조향각,
Figure 112017064069298-pat00003
는 실제 조향각,
Figure 112017064069298-pat00004
는 미리 정한 기준치이다.
조향각 게인을 무한히 증가시키는 경우 조향시스템(453)이 불안정해질 수 있으므로, 최대 게인 선정부(412)는 증가 가변속도 γ+ 와 감소 가변속도 γ- 를 결정하기 위하여 조향시스템(453)을 안정하게 유지하기 위한 최대 게인 Kmax을 선정한다. 도 3에서 계산부(451)는 목표 조향각 R(s) 및 현재 조향각 Y(s)의 차이를 연산하고, 계산부(452)는 조향각 오차에 조향각 게인을 곱하여 조향 토크를 계산하고, 조향계 시스템(453)는 조향 토크를 입력받아 회전하여 조향각을 변화시킨다.
이때, 최대 게인 kmax 는 아래 수학식 2와 같은 방법으로 선정한다.
Figure 112017064069298-pat00005
이때, Y(s)는 현재 조향각, R(s)는 목표 조향각, C(s)는 라플라스 변환값을 의미한다. 최대 게인 선정부(412)는 수학식 2에서 kmaxC(s)=-1을 만족시키는 모든 S에 대하여 복소평면의 좌반부에 존재하도록 최대 게인 kmax를 선정한다.
Figure 112017064069298-pat00006
증가 가변속도 결정부(413)는 상기 수학식 3과 같이 최대 게인 Kmax와 초기 게인 Kini의 차이값을 초기 게인인 kini 값부터 결정된 최대 게인 kmax까지 도달하는데 소요되는 시간 tinc으로 나누어, 증가 가변 속도 γ+를 결정한다. 이때, 시간 tinc은 양산시 결정될 수 있다.
Figure 112017064069298-pat00007
감소 가변속도 결정부(414)는 상기 수학식 4와 같이 최대 게인 Kmax와 초기 게인 Kini의 차이값을 최대 게인 kmax 에서 초기 게인 kini 값까지 감소되는 시간tdec 으로 나누어 감소 가변 속도 γ-를 결정한다. 시간tdec 은 양산시 결정될 수 있다.
Figure 112017064069298-pat00008
가변속도 설정부(415)는 증가 가변 속도 결정부(413) 및 감소 가변속도 결정부(414)에서 결정되는 증가 가변 속도 또는 감소 가변 속도를 설정한다. 다만, 조향 토크가 최대값에 도달하여 조향각 추종 오차가 발생하는 경우 불필요한 게인 증가를 막기 위하여 상기 수학식 5와 같이 조향각 게인 가변속도를 0으로 설정할 수 있다. 이때, Tsys는 실제 조향 토크이고 Tmax는 최대 조향토크이다.
Figure 112017064069298-pat00009
Ka(t)는 현재 샘플링타임의 조향각 가변 게인이고, ka(t-1)은 이전 샘플링 타임의 조향각 가변 게인이고
Figure 112021108503217-pat00010
은 조향각 게인 계산부(420)는 수학식 6과 같이 증가 가변 속도 또는 감소 가변 속도를 이용하여 조향각 게인을 산출한다. 도 4를 참조하면, 조향각 게인 조정부(430)는 조향각 게인 계산부(420)에서 산출된 조향각 게인에 운전자 의지를 반영하여 최종 조향 게인을 산출한다. 이를 위해, 조향각 게인 조정부(430)는 제 1 게인 조정비율 산출부(431), 제 2 게인 조정비율 산출부(432), 운전자 의지 반영부(433), 운전자 의지 반영 조향각 게인 제한부(434), 최종 조향 게인 산출부(435)를 포함한다.
제 1 게인 조정비율 산출부(431)는 아래 수학식 7과 같이, 운전자 개입 시 불필요한 게인 상승을 방지하기 위하여 게인을 하향 조정한다.
Figure 112017064069298-pat00011
여기서 L은 게인 조정 비율1, Tdrv는 운전자 토크이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 개입으로 인한 가변 속도 조정예를 설명하기 위한 그래프로서 가로축은 운전자 토크이고 세로축은 L값을 의미한다.도 5를 참조하면 운전자 토크가 0.5이하에서는 L이 1을 유지하다가 운전자 토크가 0.5이상이 되면 L이 감소하여 L이 운전자 토크가 1이상이 되면 L이 0이 됨을 알 수 있다.
제 2 게인 조정비율 산출부(432)는 아래 수학식 8과 같이, 운전자의 조향 개입 후 일정 시간 동안 불필요한 게인 상승을 막기 위하여 L 값의 회복을 제한한다.
Figure 112017064069298-pat00012
여기서, F는 게인 조정 비율2이다.
이때, L값의 회복을 제한하기 위한 로직은 아래 수학식 9와 같다.
Figure 112017064069298-pat00013
운전자 의지 반영부(433)는 아래 수학식 10과 같이, 조향각 가변 게인에 운전자 의지를 반영한다. 운전자 의지는 운전자 토크 Tdrv를 적용하여 반영할 수 있다.
Figure 112017064069298-pat00014
Kad는 운전자 의지가 반영된 조향각 가변 게인이고, ka는 조향각 가변 게인이다.
운전자 의지 반영 조향각 게인 제한부(434)는 아래 수학식 11과 같이, 조향각 게인의 최대값 및 최소값을 설정하여 조향각 게인의 범위를 제한한다.
Figure 112017064069298-pat00015
최종 조향 게인 산출부(435)는 아래 수학식 12와 같이 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 최종 조향 게인을 산출한다.
Figure 112017064069298-pat00016
즉 최종 조향 게인 산출부(435)는 운전자 의지가 반영된 조향각 가변 게인 kad에 기존 게인 초기값 kini을 더하여 최종 조향 제어 비례 게인 ktot를 산출한다.
조향토크 산출부(440)는 아래 수학식 13과 같이 최종 조향각 게인에 대한 조향 토크를 산출한다.
Figure 112017064069298-pat00017
ktot는 조향제어 비례게인이고 kder은 조향제어 미분 게인, kintg는 조향제어 적분 게인이다. 조향토크 산출부(440)는 최종 조향 게인, 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 조향 토크를 산출한다.
이와 같이, 본 발명은 조향각 게인을 가변 제어하여, 운전자의 조향감을 유지하면서도 차량 산포와 외란에 대하여 강건한 제어가 가능하도록 할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법을 설명하기로 한다.
조향각 제어장치(400)는 실제 조향각과 요구 조향각의 차이인 조향각 오차값을 산출한다(S100).
그 후, 조향각 제어장치(400)는 조향각과 요구 조향각의 조향각 오차값에 따른 조향각 가변 속도를 결정하고(S200), 조향각 제어장치(400)는 조향각 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출한다(S300).
조향각 제어장치(400)는 조향각 게인을 이용하여 조향각 게인 조정하여 최종 조향 게인 산출한다(S400). 조향각 제어장치(400)는 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출한다(S500).
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
조향각 제어장치(400)는 조향각 오차값을 산출하여 조향각 오차크기가 미리 정한 기준치보다 큰지를 판단하여(S101), 조향각 오차 크기가 미리 정한 기준치보다 크면 조향각 게인 가변속도를 증가로 적용하고(S102), 조향각 오차 크기가 미리 정한 기준치보다 작으면 조향각 게인 가변속도를 감소로 적용한다(S103).
이후, 조향각 제어장치(400)는 차량의 조향토크가 최대 토크인지를 판단하고(S104), 조향 토크가 최대값에 도달한 경우 조향각 게인 가변속도를 제로로 설정한다(S105).
그 후, 조향각 제어 장치(400)는 조향각 게인 가변속도를 이용하여 조향각 게인을 산출하고, 상기 과정 S104에서 차량의 조향토크가 최대값이 도달하지 않은 경우 가변속도를 유지하면서 조향각 게인을 산출한다(S106).
이어, 조향각 제어장치(400)는 산출된 조향각 게인에 운전자 토크를 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출한다(S107).
이때, 조향각 제어장치(400)는 운전자 의지 반영 조향각 게인의 최대값 및 최소값을 설정하고(S108), 최종 조향 게인을 계산한다(S109). 즉, 조향각 제어장치(400)는 운전자 개입 시 조향각 게인을 하향 조정하여 제 1 게인 조정비율을 산출하고, 운전자 개입 후 상기 제 1 게인 조정비율의 회복을 제한하여 제 2 게인 조정비율을 산출하고, 조향각 게인에 제 2 게인 조정비율을 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출하고, 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 최종 조향 게인을 산출한다.
이 후, 조향각 제어장치(400)는 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출한다. 이때, 조향 토크는 최종 조향 게인, 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 산출될 수 있다.
도 8은 본 발며의 실시예에 따른 종래의 조향각 제어 경로와 본 발명의 조향각 제어 경로를 비교하여 나타내는 그래프로서, 개선전 주행경로에 비해 개선 후 주행경로의 조향각이 안정적임을 알 수 있다.
아래 표 1은 개선전과 개선 후의 조향각 추종 최대오차, 차량 중심 횡위치의 변화, 타이어의 차로 이탈거리를 나타낸다.
Figure 112017064069298-pat00018
조향각 제어 비례 게인을 상황에 따라 가변시킴으로써 추종 오차가 작을때는 작은 게인을 적용하여 조향이질감을 최소화 하고 추종 오차가 커지면 큰 게인이 적용되어 강건한 제어가 가능하게 된다. 표 1을 보면 실제 횡구배 발생 구간에서 실차 시험 결과 차량 횡위치 이동량이 0.95m에서 0.52m 로 감소되어 45%의 개선 효과를 보임을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 조향각을 가변 제어하여 운전자의 조향감을 유지하면서도 차량 산포와 외란에 대하여 강건한 조향각 제어를 수행하도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 조향각 제어 방법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 조향각 센서
200 : 차로 추종 위치 제어기
300 : 토크 센서
400 : 조향각 제어 장치
410 : 조향각 게인 가변 판단부
420 : 조향각 게인 계산부
430 : 조향각 게인 조정부
440 : 조향 토크 산출부
411 : 가변속도 판단부
412 : 최대 게인 선정부
413 : 증가 가변속도 결정부
414 : 감소 가변속도 결정부
415 : 가변속도 설정부

Claims (20)

  1. 요구 조향각과 실제 조향각의 차이값인 조향각 오차값에 따라 조향각 게인(Gain) 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 조향각 게인 가변 판단부;
    상기 조향각 게인 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 조향각 게인 계산부;
    조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 조향각 게인 조정부; 및
    상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 조향토크 산출부;
    를 포함하는 조향각 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변 판단부는,
    상기 조향각 오차값을 산출하고, 상기 조향각 오차값을 미리 정한 기준치와 비교하여 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 가변속도 판단부;
    상기 조향각 게인 가변속도의 증가 판단 시 최대 게인을 선정하는 최대 게인 선정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변 판단부는,
    초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 초기 게인에서 상기 최대 게인까지 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 증가 가변속도를 결정하는 증가 가변속도 결정부; 및
    상기 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 최대 게인에서 상기 초기 게인으로 감소하여 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 감소 가변속도를 결정하는 감소 가변속도 결정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변 판단부는,
    조향토크가 최대값에 도달하였는지를 판단하여, 상기 조향토크가 최대값에 도달한 경우 상기 조향각 게인 가변속도를 제로로 설정하는 것을 가변속도 설정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 가변속도 판단부는,
    조향각 오차값을 산출하여, 상기 조향각 오차값이 기준치 이상이면 상기 조향각 게인 가변속도를 증가시키는 것으로 판단하고 상기 조향각 오차값이 상기 기준치 미만이면 상기 조향각 게인 가변속도를 감소시키는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가변속도 판단부는,
    실제 조향각과 요구 조향각의 차이값을 산출하여 상기 조향각 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조향각 게인 조정부는,
    운전자 개입 시 상기 조향각 게인을 하향 조정하여 제 1 게인 조정비율을 산출하는 제 1 게인 조정비율 산출부;
    상기 운전자 개입 후 상기 제 1 게인 조정비율의 회복을 제한하여 제 2 게인 조정비율을 산출하는 제 2 게인 조정비율 산출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 조향각 게인 조정부는,
    상기 조향각 게인에 상기 제 2 게인 조정비율을 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출하는 운전자 의지 반영부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조향각 게인 조정부는,
    상기 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 상기 최종 조향 게인을 산출하는 최종 조향 게인 산출부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조향각 게인 조정부는,
    상기 운전자 의지 반영 조향각 게인의 최대값 및 최소값을 설정하는 운전자 의지 반영 조향각 게인 제한부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 조향 토크 산출부는,
    상기 최종 조향 게인, 상기 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 상기 조향 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 장치.
  12. 차량의 조향각을 센싱하여 실제 조향각을 출력하는 조향각 센서;
    차량의 차로 추종을 위한 요구 조향각을 산출하여 출력하는 차로 추종 위치 제어기;
    차량의 토크값을 센싱하여 출력하는 토크 센서; 및
    상기 실제 조향각과 상기 요구 조향각의 차이값인 조향각 오차값에 따라 조향각 게인을 조정하는 조향각 제어장치를 포함하고,
    상기 조향각 제어장치는,
    상기 조향각 오차값에 따라 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 조향각 게인 가변 판단부;
    상기 조향각 게인 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 조향각 게인 계산부;
    조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 조향각 게인 조정부; 및
    상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 조향토크 산출부;
    를 포함하는 차로 추종 보조 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 조향각 제어장치는,
    상기 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 미만이면 상기 조향각 게인을 감소시키고 상기 조향각 오차값이 미리 정한 기준치 이상이면 상기 조향각 게인을 증가시키는 것을 특징으로 하는 차로 추종 보조 시스템.
  14. 삭제
  15. 요구 조향각과 실제 조향각의 차이값인 조향각 오차값에 따라 조향각 게인(Gain) 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계;
    상기 조향각 게인 가변속도에 따른 조향각 게인을 산출하는 단계;
    상기 조향각 게인에 운전자 의지를 반영한 최종 조향 게인을 산출하는 단계; 및
    상기 최종 조향 게인을 이용하여 조향 토크를 산출하는 단계
    를 포함하는 조향각 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계는,
    상기 조향각 오차값을 산출하고, 상기 조향각 오차값을 미리 정한 기준치와 비교하여 상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 단계;
    상기 조향각 게인 가변속도의 증가 판단 시 최대 게인을 선정하는 단계;
    초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 초기 게인에서 상기 최대 게인까지 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 증가 가변속도를 결정하는 단계; 및
    상기 초기 게인, 상기 최대 게인, 상기 최대 게인에서 상기 초기 게인으로 감소하여 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 감소 가변속도를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 결정하는 단계는,
    조향토크가 최대값에 도달하였는지를 판단하여, 상기 조향토크가 최대값에 도달한 경우 상기 조향각 게인 가변속도를 제로로 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 조향각 게인 가변속도의 증가 또는 감소를 판단하는 단계는,
    조향각 오차값을 산출하여, 상기 조향각 오차값이 기준치 이상이면 상기 조향각 게인 가변속도를 증가시키는 것으로 판단하고 상기 조향각 오차값이 상기 기준치 미만이면 상기 조향각 게인 가변속도를 감소시키는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 최종 조향 게인을 산출하는 단계는,
    운전자 개입 시 상기 조향각 게인을 하향 조정하여 제 1 게인 조정비율을 산출하는 단계;
    상기 운전자 개입 후 상기 제 1 게인 조정비율의 회복을 제한하여 제 2 게인 조정비율을 산출하는 단계;
    상기 조향각 게인에 상기 제 2 게인 조정비율을 적용하여 운전자 의지 반영 조향각 게인을 산출하는 단계; 및
    상기 운전자 의지 반영 조향각 게인과 초기 게인을 합산하여 상기 최종 조향 게인을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 조향 토크를 산출하는 단계는,
    상기 최종 조향 게인, 상기 조향각 오차값, 조향 제어 미분 게인, 조향 제어 적분게인을 이용하여 상기 조향 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 조향각 제어 방법.
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