KR20020029114A - 차량 제어 시스템 및 차량 제어 방법 - Google Patents

차량 제어 시스템 및 차량 제어 방법 Download PDF

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울프-디에트리히 보이어
사크스텐 헤메링
알베르트 키르크만
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게르노트 스피겔베르크
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다임러크라이슬러 아크티엔게젤샤프트
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Abstract

1. 차량용 제어 시스템 및 차량 제어 방법이 공개된다.
2.1 본 발명은 액츄에이션 신호를 변환하기 위해 특히 브레이크, 스티어링, 엔진 및 기어박스용으로 다수의 신호 처리 레벨 및 액츄에이터를 가지는 차량용 제어 시스템과, 차량 제어 방법에 관한 것이다.
2.2. 발명에 따라, 이 목적을 위해, 다음의 사항들이 제공된다. 즉, 1) 연속 조건을 위한 입력 레벨이나 구분된 조건을 위한 입력 레벨, 그리고 지정값 신호를 발생시키기 위한 자동화 레벨, 2) 지정값 신호를 교정하기 위한 예측 레벨이나 반응 레벨, 3) 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하기 위한 조정 레벨, 4) 액츄에이터를 갖춘 실행 레벨이 제공된다. 액츄에이터들은 서로서로 연결되며, 고장방지 능력을 갖춘 중복식 쌍방향 데이터버스에 의해 조정 레벨에 연결된다. 중복식 신호 처리에 대한 측정이 이루어지고, 데이터는 고장방지 능력을 갖춘 중복식, 쌍방향 방식으로 전송된다.
2.3 예를 들어 자동차류에 사용될 수 있다.

Description

차량 제어 시스템 및 차량 제어 방법{VEHICLE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING A VEHICLE}
차량용 일반형 제어 시스템은 유선 구동 시스템이나 유선 XX 시스템으로도 불린다. 이러한 시스템에서, 차량의 방향조종, 브레이크, 구동은 스티어링 휠과 스티어링된 휠간에 기계적 연결없이, 또는 브레이크 페달과 휠용 서비스 브레이크간 연속 기계적 연결이나 유압 연결없이 전자적으로 제어된다.
독일 특허출원 DE 41 11 023 A1은 신호처리중 지정 순서에 따라 구동되는 수직구조로 만들어지는 차량용 제어 시스템을 공개한다. 방향조종, 휠 구동, 차대 영역에 대한 신호 처리는 따로따로 실행되며, 그 결과, 낮은 수직구조의 신호 처리 경로 구조와, 제어 시스템의 복합 구조가 생긴다. 성분들의 고장을 일으킬 수 있는 안전 시스템이 제공되지 않는다.
독일 특허 DE 40 39 005 C2에 설명된 차량 제어 시스템에서, 시스템의 동작특성을 보장하기 위해, 오퍼레이터 제어 요소를 중앙 제어 유닛에 연결하고 데이터버스를 통해 서브제어기를 가지는 액츄에이터에 연결함에 추가하여, 오퍼레이터 제어 요소와 서브제어기를 갖춘 액츄에이터 사이에 직접 연결이 제공된다. 따라서, 서로 다른 구조를 가지는 시스템내 두 개의 케이블링 배열이 동시에 존재한다.
유럽 특허출원 EP 0 754 611 A1은 부품이 고장일 때 고장 방지 능력과 중복 수단을 가진 동작 신뢰도를 제공하도록 시도되는 차량용 브레이크 및 방향조종 시스템을 공개한다. 고장 방지 능력(fault tolerance)은 제한된 수의 고장 서브시스템을 가지면서도 그 특정 기능을 충족시킬 수 있는 시스템 능력을 설명하는 데 사용되는 용어이다. 중복(redundancy)이란 구상되는 작업의 실행에 필요한 추가 수단의 존재여부를 언급하는 데 사용되는 용어이다.
발명은 비교적 간단한 구조를 가지면서 안전하고 신뢰적인 제어 시스템을 제공하는 데 있어서의 기술적 문제점을 바탕으로 하며, 차량 제어를 위한 신뢰적이고 안전한 방법을 가용하게 하기 위한 기술적 문제점을 바탕으로 한다.
본 발명은 액츄에이션(actuaction) 신호 변환을 위해 특히 브레이크(brake), 스티어링(steering), 엔진(engine) 및 기어박스(gearbox)에 대한 다수의 신호 처리 수준과 액츄에이터(actuator)를 가지는 차량에 대한 제어 시스템과, 차량 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 시스템의 도면.
도 2는 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 시스템의 도면.
발명에 따라, 이를 위해, 차량용 제어 시스템에는 특히, 브레이크, 스티어링, 엔진, 기어박스(액츄에이션 신호 변환용)를 위한 다수의 신호 처리 레벨 및 액츄에이터가 제공되며, 다음의 신호 처리 레벨이 제공된다. 즉, 드라이버의 연속 조건을 입력하고 조건값을 지정 값 신호로 변환하기 위한 소자를 가지는 입력 레벨이나, 또는 구동 시스템의 구분된 조건을 입력하기 위한 소자를 가지는 입력 레벨, 그리고 입력 레벨의 조건을 지정값 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 처리 모듈을가지는 자동화 레벨, 구동 상태의 예측값을 기준으로 지정값 신호를 교정하기 위한 제 2 신호 모듈을 가진 예측 레벨, 현 구동 상태를 기준으로 지정값 신호를 교정하기 위한 제 3 신호 처리 모듈을 가지는 반응 레벨, 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하기 위한 제 4 신호 처리 모듈을 가지는 조정 레벨, 그리고 액츄에이션 신호를 변환시키기 위해 액츄에이터를 가지는 실행 레벨이 제공된다. 이때 상기 액츄에이터는 고장방지 능력과 중복 수단을 갖춘 양방향 데이터버스를 이용하여 연결되고, 제 1, 2, 3, 4 신호 처리 모듈은 중복 신호 처리용으로 제공되고, 데이터의 고장 방지 능력과 중복 수단을 갖춘 양방향 전송을 위한 소자가 두 일련의 신호 처리 수준 사이에 제공된다.
이 특징들의 결과로, 간단하고 모듈방식의 구조를 가지는 제어 시스템이 제공되며, 개개 레벨의 기능이 요구되지 않을 경우 그 제어 시스템 하부 구조를 포기할 필요없이 개별 신호 처리 레벨, 가령, 예측 레벨이 생략될 수 있다. 그 결과, 이전의 제어 시스템에 비해, 매우 융통성있는 제어 시스템이 제공된다. 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하기 위해 조정 레벨을 제공하는 것은 그 레벨과의 지정된 인터페이스를 제공하며, 이 인터페이스에서, 원 조건이 진행되는 레벨이 처리된 조건이 실행되는 레벨로부터 분리된다. 이렇게 규정된 인터페이스는 구조를 단순화시키고, 제어 시스템의 변경 및 확장을 보다 용이하게 한다. 더욱이, 중복 신호 처리 및 데이터의 고장 방지 능력 및 중복적 전송을 이용함으로서, 제어 시스템 고장에 대한 높은 수준의 안전성이 제공된다. 일련의 신호 처리 레벨간, 다시 말해서 액츄에이터와 조정 레벨간 데이터의 양방향 처리는 지정값 신호를 전송하게 하고, 실제값 신호와 진단값 신호를 다시 공급되게 한다.
발명의 전개에서, 반응 레벨은 조정 레벨과 실행 레벨 사이에 배열된다. 그 결과, 액츄에이터에 대한 액츄에이션 신호는 현 구동 상태를 기준으로 교정된다. 이는 액츄에이터에 대한 액츄에이션 신호가 즉시 교정되기 때문에 임계 구동 상태로의 신속한 반응을 위해 바람직할 수 있다.
한 개 이상의 액츄에이터가 임계의 현 구동 상태와 반응하기 위해 반응 신호 처리 모듈을 직접 할당받는다. 발명의 본 실시예는 임계 구동 상태에 대한 신속한 반응 측면에서 또한 바람직하다. 예를 들어, 앤티-락 브레이크 시스템이 휠 브레이크에 직접 할당될 수 있다.
개발 측정값으로 모든 신호 처리 레벨을 중복으로 구체화시키기 위해 전력을 공급하는 소자가 제공된다. 이 측정은 고장에 대해 제어 시스템의 안전도를 크게 강화시키는 데 기여한다.
광학적 도파관으로 구체화될 데이터의 양방향 전송을 위한 소자가 또한 바람직하다. 광학적 도파관은 외부의 파괴적 인자에 비교적 독립적인 고속 데이터 전송을 가능하게 한다.
발명의 전개에서, 자동화 레벨, 예측 레벨, 반응 레벨, 조정 레벨 각각에서 중복 신호 처리를 위한 두 개 이상의 물리적으로 구분된 제 1, 2, 3, 4 신호 처리 모듈이 제공된다. 이러한 하드웨어 중복성은 제어 시스템의 신뢰도를 향상시킨다.
전개 측정으로, 중복으로 구체화될 제 1, 2, 3, 4 신호 처리 모듈에 소프트웨어가 제공된다. 그 결과, 제어 시스템의 신뢰도가 추가적으로 향상된다.
발명은 아래의 단계로 이루어지는, 차량 제어 방법, 특히 브레이크, 스티어링, 엔진 및 기어박스 제어 방법을 제시한다. 상기 방법은, 1) 드라이버의 연속 조건이나 구동 시스템의 구분된 조건을 입력하고 조건을 지정값 신호로 변환하며, 2) 구동 상태의 예측을 기준으로 하여 지정값 신호를 교정하고 현 구동 상태를 기준으로 지정값 신호를 교정하며, 3) 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하고, 4) 액츄에이션 신호를 액츄에이터에 의해 실행하는, 이상의 단계를 포함한다.
이때, 액츄에이션 신호가 액츄에이터에 전송되고, 실제값 신호와 진단 신호가 고장방지 능력을 갖춘 중복식의 데이터버스를 통해 액츄에이터에 의해 전송되며, 조건을 지정값 신호로 변환하고 지정값 신호를 교정하며 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하는 것은 중복 방식으로 실행될 수 있고, 지정값 신호, 실제값 신호, 진단 신호는 고장 방지 능력 및 중복 수단을 갖춘 양방향 방식으로 공통 데이터선에서 전송된다.
도 1의 차량을 위해 발명에 따른 제어 시스템의 도면에서, 다수의 신호 처리 레벨이 도시된다. 한 입력 레벨 E에서, 운전자는 종방향 움직임을 위한 연속 조건을 만들며, 이 조건들은 소자(10)에서 지정값 신호로 변환된다. 운전자는 차량의 종방향 움직임이 오퍼레이터 제어 요소, 가령, 사이드 브레이크나 가속기 페달, 브레이크 페달, 스티어링 휠, 등을 활성화시킴으로서 차량의 종방향 움직임이 어떻게 일어나야 하는 지를 시간에 대해 연속적으로 조건설정한다. 운전자의 연속 조건에 비해, 도 2의 실시예에 제공되는 것과 같은 자동 구동 시스템이 사용될 때 차량 제어 시스템에 의해 차후에 실행될 "A에서 B로의 이동"과 같은 구분된 조건이 이루어진다.
운전자의 연속 조건으로부터 발생하는 지정값 신호는 특정 레벨 P에 공급되고, 이 레벨에서 지정값 신호는 구동 상태의 예측을 고려하여 교정된다. 구동 상태의 예측은 임계 구동 상태를 피하기 위해 차량에 존재하는 예측 시스템에 의해 이루어진다. 이러한 시스템은 급커브에서의 과속에 대해 경고 표시를 발급하며, 차량 브레이크를 동작시킬 수도 있다. 곡선 반경은 GPS와 도로지도를 이용하여 결정될 수 있고, 추가적인 진단 신호가 도로 상태를 감지하는 센서로부터 나올 수 있다. 예측 레벨 P의 기능은 신호 처리 모듈(12, 14)에 의해 실행된다. 도 1에서와 같이, 지정값 신호는 소자(10)에 의해 별개의 데이터 라인들을 통해 신호 처리 모듈(12, 14)에 공급된다. 신호 처리 모듈(12, 14)은 여기서 물리적으로 구분된다. 그후 신호 처리는 신호 처리 모듈(12, 14)에서 중복 방식으로 일어날 수 있다. 따라서, 모듈(12, 14) 중 하나가 고장날 때에도, 예측 레벨 P의 기능이 보장된다.
예측 레벨 P의 신호 처리 모듈(12, 14)에 의해 교정될 수 있는 지정값 신호는 상기 모듈에 의해 반응 레벨 R의 신호 처리 모듈(16, 18)로 송신된다. 반응 레벨 R에서, 차량의 임계 구동 상태에 반응하는 시스템 기능이 실행된다. 이러한 시스템 기능은 예를 들어 곡선도로에서 고속으로 방향을 바꾸는 것을 방지하는 동역학 제어 동작이다.
반응 레벨 R은 그후, 교정될 수 있는 지정값 신호를 조정 레벨 K와 신호 처리 모듈(20, 22)에 공급한다. 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하는 것은 신호 처리 모듈(20, 22)에서 생긴다.
이 액츄에이션 신호는 조정 레벨 K에 의해 고장방지 능력 및 중복 기능이 있는 양방향 데이터 버스(24)를 통해 실행 레벨 F에 있는 액츄에이터(26, 28, 30)에 전송된다. 액츄에이터(26)는 차량 브레이크에 할당되고, 액츄에이터(28)는 스티어링에 할당되며, 액츄에이터(30)는 차량의 엔진 및 기어박스에 할당된다. 실행 레벨 F에서, 조정 레벨 K의 액츄에이션 신호는 액츄에이터(26, 28, 30)에 의해 실행된다. 도 1에 도시되는 도면에서, 단순화를 위해, 엔진 및 기억박스 용으로 한 개의 액츄에이터(30)만이 도시된다. 실제로는, 엔진 및 기어박스용으로 다수의 액츄에이터가 제공될 수 있다. 이 경우에, 안전을 위해, 가령, 엔진을 위해 중요하지 않은 액츄에이터들은 중복 데이터버스에 반드시 연결될 필요는 없다. 왜냐하면, 단일 데이터버스로의 연결만으로도 안전을 위해 중요하지 않은 액츄에이터에 대해서는 충분하기 때문이다.
차량 브레이크용으로 제공되는 액츄에이터(26)에 직접 할당된 반응 신호 처리 모듈(32)도 실행 레벨 F로 배열된다. 이 신호 처리 모듈(32)은 앤티-락 브레이크 시스템의 기능을 구현하며, 신호 처리 시간과 신호 전송 시간을 단축시키기 위해, 실행 레벨 F로 배열되며, 액츄에이터(26)에 직접 할당된다.
개별 레벨 E1, P, R, K, F에 전력 공급을 위해 제공된 차량의 전기시스템(34)이 도 1에 또한 도시된다. 높은 수준의 신뢰도를 얻도록 전원은 여기서 중복식으로 구체화된다. 그러나, 도 1에서, 개별 신호 처리 모듈(12~20)과 액츄에이터(26~30)에 대한 전력 공급은 전력 공급선의 연속성을 나타내기 위한 점선만으로 표시된다.
예측 레벨 P, 반응 레벨 R, 조정 레벨 K의 신호처리모듈간 데이터 전송은 고장방지 능력이 있고 중복적이며 양방향인 방식으로 진행된다. 도 1의 지정값 신호들이 위에서 아래로 진행될 때, 즉, 예를 들어 예측 레벨 P로부터 반응 레벨 R과 조정 레벨 K로 진행될 때, 실제값 신호와 진단값 신호는 반대방향으로 진행한다. 실제값 신호와 진단값 신호는 실행 레벨 F로 배열되는 액츄에이터(26, 28, 30)에 의해 조정 레벨 K의 신호 처리 모듈(20, 22)에 버스(24)를 통해 전달된다.
이 방식으로, 레벨 P, R, K, F간 모든 데이터 전송은 고장 방지 능력을 가진 중복식, 양방향식으로 일어난다. 전기 전도체와 광학 도파관, 가령, 유리섬유선이 데이터 전송용으로 여기서 사용될 수 있다.
도 2는 또다른 발명의 차량용 제어 시스템에 대한 도면으로서, 자동 구동 시스템(40)이 "종착지 조정을 기준으로 A에서 B로 이동"이라는 명령과 같은 구분된 값을 조건설정한다. 따라서 자동 구동 시스템(40)은 도 2에 도시되는 제어 시스템의 입력 레벨 E2에 놓인다.
구동 시스템(20)의 구분된 조건은 자동화 레벨 A로 신호 처리 모듈(42, 44)에 전송된다. 신호 처리 모듈(42, 44)은 자동 구동 시스템(40)의 조건을 지정값 신호로 변환하여, 중복 신호 처리를 보장한다.
레벨 P, R, K, F를 가지는 도 2의 제어 시스템의 나머지 구조는 도 1에 도시되는 구조와 대응되어, 추가 설명이 없다.
입력 레벨 E1, 예측 레벨 P, 반응 레벨 R, 조정 레벨 K, 실행 레벨 F로 도 1에 도시되는 실시예에서와, 입력 레벨 E1, 자동화 레벨 A, 그리고 레벨 P, R, K, F로 도 2에 도시되는 실시예에서의 신호 처리 순서는 고정되며, 고정 클럭으로 주기적 처리가 일어난다.
그러나, 반응 레벨 R이 조정 레벨 K 아래에만 배열되는 제어 시스템의 실시예들도 가능하다. 현 구동 상태를 기준으로 한 교정은 조정 레벨 K에서 발생하는 액츄에이션 신호를 처리함으로서 실행된다. 이러한 방법은 현 구동 상태에 대한 신속한 반응 측면에서 바람직할 수 있다. 왜냐하면 액츄에이션 신호가 즉시 교정되며, 조정 레벨 K의 신호 처리를 먼저 기다릴 필요가 없기 때문이다.
도 1과 2에 도시되는 제어 시스템의 신뢰도는 신호 처리 모듈(12~20, 42, 44) 내 소프트웨어의 중복 구현에 의해 개선된다. 한편으로, 신호 처리 결과가 확인될 수 있고, 다른 한편으로, 소프트웨어의 부분적 고장이 있을 경우에도 제어 시스템의 기능이 보장된다.

Claims (8)

  1. 액츄에이션 신호 변환을 위한 브레이크(brake), 스티어링(steering), 엔진(engine), 그리고 기어박스(gearbox)용 다수의 신호 처리 레벨(E1, E2, A, P, R, K, F)과 액츄에이터(actuator)(26, 28, 30)를 가지는 차량용 제어 시스템으로서,
    상기 시스템에서는 신호 처리 레벨로 입력 레벨(E1)이나 입력 레벨(32), 그리고 자동화 레벨(A), 예측 레벨(P)과 반응 레벨(R), 조정 레벨(K), 실행 레벨(F)이 제공되며,
    상기 입력 레벨(E1)은 소자(10)와 함께 운전자의 연속 조건을 입력하고 상기 조건들을 지정값 신호로 변환시키며, 상기 입력 레벨(E2)은 소자(10)와 함께 구동 시스템의 구분된 조건을 입력하며, 상기 자동화 레벨(A)은 신호 처리 모듈(42, 44)과 함께 입력 레벨(E2)의 조건을 지정값 신호로 변환하고,
    상기 예측 레벨(P)은 제 2 신호 처리 모듈(12, 14)와 함께 구동 상태의 예측값을 기준으로 지정값 신호를 교정하고, 상기 반응 레벨(R)은 제 3 신호 처리 모듈(16, 18)과 함께 현 구동 상태를 기준으로 지정값 신호를 교정하며,
    상기 조정 레벨(K)은 제 4 신호 처리 모듈(20, 22)과 함께 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하고,
    상기 실행 레벨(F)은 액츄에이터(26, 28, 30)와 함께 액츄에이션 신호를 실행하며,
    이때 상기 액츄에이터(26, 28, 30)들은 제 4 신호 처리 모듈(20, 22)에 연결되고 고장방지 능력을 가지며 중복식인 양방향 데이터버스(24)를 이용하여 서로서로 연결되며, 제 1(42, 44), 2(12, 14), 3(16, 18), 4(20, 22) 신호 처리 모듈은 중복식 신호 처리에 적합하며, 고장방지 능력을 갖춘 중복식의 양방향 데이터 전송을 위한 소자들이 두 일련의 신호 처리 레벨 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 반응 레벨이 조정 레벨과 실행 레벨 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 중요한 현 구동 상태와 반응하기 위해 반응 신호 처리 모듈(32)이 한 개 이상의 액츄에이터(26)에 직접 할당되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 모든 신호 처리 레벨(E1, E2, A, P, R, K, F)에 대한 전력 공급을 위한 소자(34)가 중복식으로 구체화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  5. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 양방향 데이터 전송을 위한 소자가 광학 도파관으로 구체화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  6. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 중복식 신호 처리를 위해 두 개 이상의 물리적으로 구분된, 제 1(42, 44), 제 2(12, 14), 제 3(16, 18), 제 4(20, 22) 신호 처리 모듈이 자동화 레벨(A), 예측 레벨(P), 반응 레벨(R), 조정 레벨(K)의 각각에 제공되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제 1(42, 44), 제 2(12, 14), 제 3(16, 18), 제 4(20, 22) 신호 처리 모듈에 제공되는 소프트웨어가 중복식으로 구체화되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  8. 특히 브레이크, 스티어링, 엔진 및 기어박스용의 차량 제어 방법으로서, 상기 방법은,
    - 운전자의 연속 조건이나 구동 시스템(40)의 구분된 조건을 입력하고 상기 조건을 지정값 신호로 변환하며,
    - 구동 상태의 예측값을 기준으로 하여 지정값 신호를 교정하고 현 구동 상태를 기준으로 지정값 신호를 교정하며,
    - 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하고,
    - 액츄에이션 신호를 액츄에이터(26, 28, 30)에 의해 실행하는, 이상의 단계를 포함하며,
    이때, 액츄에이션 신호가 액츄에이터(26, 28, 30)에 전송되고, 실제값 신호와 진단 신호가 고장 방지 능력을 가진 중복식으로 데이터버스(24)를 통해 액츄에이터(26, 28, 30)에 의해 전송되며, 조건을 지정값 신호로 변환하고 지정값 신호를 교정하며 지정값 신호를 액츄에이션 신호로 변환하는 것은 중복 방식으로 실행될 수 있고, 지정값 신호, 실제값 신호, 진단 신호는 고장 방지 능력을 갖춘 중복식의 양방향 방식으로 공통 데이터선에서 전송되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
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