KR20040073521A - 통합된 차량운행 제어시스템 - Google Patents

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

상기 통합된 차량운행 제어시스템에는 계층구조로 형성되는 소프트웨어 구성이 제공되고, (a) 구동관련정보를 토대로 타겟 차량 상태량을 판정하도록 되어 있는 명령섹션, (b) 명령섹션으로부터의 명령으로서 상기 타겟 차량 상태량을 수신하고, 명령을 상기 복수의 액추에이터들에 의하여 실행하는 실행섹션을 포함한다. 명령섹션은 차량의 동적거동에 관계없이, 구동관련정보를 토대로 제1타겟 차량 상태량을 결정하도록 되어 있는 상위레벨 명령섹션 및 차량의 동적거동을 고려하여 제2타겟 차량 상태량을 결정하도록 되어 있는 하위레벨 명령섹션을 포함한다.

Description

통합된 차량운행 제어시스템 {INTEGRATED VEHICLE MOTION CONTROL SYSTEM}
최근 몇년간, 동일한 차량상에, 차량의 이동을 제어하는 다양한 종류의 운행제어 장치를 설치하는 것이 증가하는 추세이다. 그러나, 상이한 종류의 운행제어 장치에 의하여 달성된 효과들은 서로 독립적으로 차량을 나타내는데 반드시 필요한 것이 아니라, 서로 방해할 수도 있다. 차량의 개발(development)이 차량상에 여러 종류의 운행제어 장치의 설치와 관련되는 경우에 그러므로, 이들 운행제어 장치들의 충분한 협동(cooperation)(공동작업;coaction) 및 조정(coordination)을 보장하는 것이 중요하다.
예를 들어, 차량의 어떤 개발 단계에서, 동일한 차량에 복수의 종류의 운행제어 장치들이 장착될 필요가 있는 경우에는, 개별적인 제어 장치들이 서로 독립적으로 개발된 후에, 운행제어 장치들이 보완적인 방식으로 또는 부가적인 방식으로 서로 상관되거나 조정될 수 있다.
그러나, 상술된 바와 같이 상이한 종류의 운행제어 장치들을 구비한 차량의 개발은 운행제어 장치들간의 상관관계 및 조정을 달성하기 위하여 많은 노력과 시간이 필요하다.
예를 들어, 복수의 상이한 종류의 운행제어 장치들이 차량에 설치되어, 이들 운행제어 장치들이 동일한 액추에이터 또는 액추에이터들을 공유한다. 이러한 배열을 구비하면, 운행제어 장치들이 동시에 동일한 액추에이터(들)을 동작시킬 필요가 있는 경우에, 상이한 운행제어 장치들에 의한 제어들간에 충돌의 문제가 발생한다.
상술된 바와 같이, 개별적인 운행제어 장치들이 서로 독립적으로 개발된 후에, 보완적인 방식으로 또는 부가적인 방식으로, 운행제어 장치들의 상관관계/조정이 달성되는 경우에는, 상기 문제를 이상적으로 해결하기가 어렵다. 몇몇 실제적인 경우에는, 여타의 제어 장치들에 대하여 1이상의 운행제어 장치들에 우선순위가 부여되도록 선택하고, 선택된 운행제어 장치(들)이 대응하는 액추에이터(들)을 배타적으로 제어하도록 허용함으로써 상기 문제가 해결된다.
한편, 전체적으로 차량의 개발시간을 단축시키고 차량의 유지보수를 용이하게 할 뿐만 아니라, 차량의 신뢰성 및 유용성을 향상시키기 위하여, 통합된 방식으로 차량의 이동을 제어하는 기술의 공지된 예시가 U.S. 특허 5,351,776호에 개시되어 있다.
공지된 예시에서, 운전자 및 차량으로 이루어진 전체 시스템은 운전자와 액추에이터 사이에 복수의 계층레벨(hierarchical level)을 가진 분류체계(hierarchy)의 형태로 배치되는 복수의 요소들로 구성된다. 운전자의 요구 또는 의도가 차량의 대응하는 작업성능(operating performance)으로 전환되면,하위레벨 요소들(lower-level element)에 대하여 상위레벨 요소들로부터 요구되는 성능이 상위레벨 요소로부터 하위레벨요소로 전달된다.
공지된 예시에서, 상술된 시스템이 하드웨어 구성에 대한 구성요소들의 관계에 따라 계층적 형태로 구성되더라도, 복수의 종류의 운행제어를 수행하도록 순응된 소프트웨어 구성이 반드시 적절한 계층배열을 가질 필요는 없다. 이러한 상황은 이하에 더 자세히 설명된다.
U.S. 특허 5,351,776호에서 알 수 있듯이, 제어기능 특히, 조정요소들(12, 18 및 24)의 제어기능은 마스터 컨트롤러(100)의 프로그램 구조의 형태로 실현된다. 즉, 이들 요소들의 제어기능은 마스터 컨트롤러(100)내의 프로그램을 실행시켜 구현된다. 조정요소(12)는 운전자의 요구를 타겟 값으로 변환하는 역할을 하고, 조정요소(18)는 조정요소(12)로부터 수신된 타겟 값을 차량 휠 토크로 전환한다. 따라서, 조정요소들(12, 18)은 계층 구조를 형성한다.
한편, 조정요소(24)는 그 다음 상위 요소(next higher element)(22)로부터 수신된 엔진 토크를 실현하기 위한 신호를 엔진의 흡입 공기량을 제어하기 위한 액추에이터 요소(28), 엔진의 연료 주입량을 제어하기 위한 액추에이터 요소(30) 및 엔진의 점화타이밍을 제어하기 위한 액추에이터 요소(32)에 전달한다. 조정요소(24)는 그 다음 상위레벨 요소(22)에만 종속되고, 상술된 조정요소들(12, 18)에는 종속되지 않기 때문에, 조정요소(24) 및 조정요소들(12, 18)은 계층 구조를 형성할 수 없다.
실제로, 소프트웨어 구성을 계층 구조로 형성하기 위해서는, 소프트웨어 구성내의 복수의 처리유닛들이 서로 독립적이어야 한다. 본 명세서에서 "독립적"이라는 용어는, 각 처리유닛의 프로그램이 또 다른 처리유닛의 프로그램에 따라 좌우되지 않으면서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 각 처리유닛내에서 컴퓨터에 의하여 실행될 프로그램은 단독으로 완전한 자체-완전 프로그램(self-complete program) 즉, 모듈이어야 한다.
상기된 U.S. 특허는 상술된 바와 같이 소프트웨어 구조의 계층구조, 독립적인 처리유닛들 및 모듈화(modularization)를 개시하지 않는다.
U.S. 특허 5,351,776호의 도 1을 참조하면, 이러한 특허에, 요소들이 하드웨어 요소들인지 소프트웨어 요소들인지의 여부를 언급하지 않으면서, 이러한 요소들이 요소들에 속하거나 종속하는 관계에 따라서만 시스템의 복수의 요소들을 계층형태로 분류 및 배치하는 것이 제안되었다. 그러나, 상기 U.S. 특허는 시스템의 소프트웨어 구성을 계층형태로 알맞게 배치하기 위한 기술은 언급하지 않았다.
소프트웨어 구성을 계층 형태로 적절히 배치하기 위하여, 필수 처리 컨텐츠들을 세분화하여, 소프트웨어 구성의 실행 효율을 전체적으로 향상시키는 것이 필요하다.
요컨대, 상술된 공지된 예시에서는, 동일한 차량내의 복수의 종류의 운행제어를 통합된 방식으로 실행하기 위한 소프트웨어 구성의 개선에 대한 여지가 있다. 이러한 소프트웨어 구성의 개선에 따르면, 차량의 이동을 제어하기 위한 복수의 액추에이터들을 제어하는 기술이 실제 적용례에 사용시에 달성될 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 차량내의 복수의 종류의 운행제어를 실행하는 복수의 액추에이터들을 제어하는 시스템의 소프트웨어 구성의 계층구조를 적절히 달성하고, 계층 구조를 유용성의 관점에서 최적화시키는 것이다.
본 발명은 자동차에 대한 여러 종류의 차량운행제어를 실시하기 위하여 통합된 방식으로 복수의 액추에이터를 제어하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및/또는 기타 목적, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하는 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명확해지며, 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 부분을 나타내는데 사용된다.
도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 통합된 차량 운행제어 시스템이 설치되는 자동차를 나타내는 평면도;
도 2는 도 1의 통합된 차량 운행제어 시스템의 하드웨어구성을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 3은 도 1의 시스템의 ROM구성을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 4는 도1의 통합된 차량 운행제어 시스템에 의하여 실현되는 기능들 및 시스템의 소프트웨어 구성을 설명하는데 유용한 블럭다이어그램;
도 5는 도 4에 도시된 구동정보 획득시스템(driving information acquisition system)을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 6은 도 4에 도시된 차량정보 획득시스템을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 7은 도 4에 도시된 환경정보 획득시스템을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 8은 도 4에 도시된 상위레벨 명령섹션을 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 9는 도 8에 도시된 신호처리유닛(242)을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 10은 도 8에 도시된 신호처리유닛(244)을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 11은 가속 스트로크와 타겟 길이방향 가속도(gx1) 사이의 관계를 나타내는 그래프로서, 상기 관계가 도 8에 도시된 gx1 계산유닛(260)에 의하여 사용되는 그래프;
도 12는 제동작동력(braking effort)과 타겟 길이방향 가속도(gx1) 사이의 관계를 나타내는 또 다른 그래프로서, 상기 관계가 도 8에 도시된 gx1 계산유닛(260)에 의하여 사용되는 그래프;
도 13은 도 8에 도시된 구동보조 제어유닛(264)을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 14는 도 8에 도시된 구동보조 제어유닛(282)을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램;
도 15는 도 3에 도시된 상위레벨 명령모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 16은 도 4에 도시된 하위레벨 명령섹션(212)을 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 17은 도 16에 도시된 타겟 차량상태량 계산유닛(302)을 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 18은 도 16에 도시된 제어된 변수 계산유닛(304)을 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 19는 도 18에 도시된 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)에 의하여 수행된 제어의 컨텐츠를 설명하는 블럭다이어그램;
도 20은 도 18에 도시된 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)에 의하여 수행된 또 다른 제어의 컨텐츠를 설명하는 블럭다이어그램;
도 21은 도 18에 도시된 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)에 의하여 수행된 또 다른 제어의 컨텐츠를 설명하는 블럭다이어그램;
도 22는 도 3에 도시된 하위레벨 명령모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 23은 도 4에 도시된 실행유닛(214)과 액추에이터를 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 24는 도 23에 도시된 상위레벨 분배유닛(340), 하위레벨 분배유닛(342) 및 제어유닛(344)을 상세히 나타내는 블럭다이어그램;
도 25는 도 24에 도시된 타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370)에 의하여 실행된 제어흐름을 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 26은 도 3에 도시된 상위레벨 분배모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 27은 도 3에 도시된 하위레벨 분배유닛모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 28은 도 3에 도시된 파워 트레인 제어모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 29는 도 28의 흐름도의 S131단계에 사용되는 속도비율과 추정된 토크비율사이의 관계를 나타내는 표;
도 30은 도 3에 도시된 조향제어모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도;
도 31은 도 1에 도시된 통합된 차량운행 제어시스템의 백업시스템을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 형태에 따라, 운전자에 의한 차량의 구동과 관련된 구동관련 정보를 토대로, 차량에서 복수의 종류의 차량운행제어를 수행하기 위하여, 컴퓨터를 이용하여 통합된 방식으로 복수의 액추에이터들을 제어하는 통합된 차량운행 제어시스템이 제공되며, (1) 통합된 차량운행 제어시스템의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성으로부터(out of), 적어도 소프트웨어 구성은, 운전자로부터 복수의 액추에이터들을 향하는 방향으로 복수의 계층레벨을 가지는 분류체계의 형태로 배치되는 복수의 섹션들을 포함하고, (2) 복수의 섹션들은 (a)계층레벨의 하나로서 제1레벨이며, 구동관련정보를 토대로 타겟 차량 상태량을 판정하도록 되어 있는 명령섹션, (b)제1레벨보다 하위에 있는 제2레벨이며, 명령섹션으로부터의 명령으로서 타겟 차량 상태량을 수신하고, 수신된 명령을 복수의 액추에이터들 중의 적어도 하나에 의하여 실행하는 실행섹션을 포함하고, (3)명령섹션은, 각각 복수의 액추에이터들을 통합된 방식으로 제어하기 위하여 명령을 발생시키도록 되어 있는 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션을 포함하고, 상위레벨 명령섹션은 차량의 동적거동을 고려하지 않고, 구동관련정보를 토대로 제1타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 하위레벨 명령섹션에 공급하며, 하위레벨 명령섹션은 상위레벨 명령섹션으로부터 수신된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 차량의 동적거동을 고려하여 제2타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제2타겟 차량 상태량을 실행섹션에 공급하고, (4)상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션 및 실행섹션은, 소프트웨어 구성상에서 서로 독립적인 복수의 모듈들을 컴퓨터로 실행시켜, 개별적인 섹션들에 할당된 특정 기능을 수행한다.
상술된 바와 같은 시스템에서, 하드웨어 및 소프트웨어 구성으로부터, 적어도 소프트웨어 구성은 계층구조의 형태로 배치되고, 이는 (a) 운전자로부터 복수의 액추에이터들을 향하는 방향에서 볼 때 상위레벨에 있고, 구동관련정보를 토대로 타겟 차량 상태량을 결정하도록 되어 있는 명령섹션, (b) 명령섹션보다 하위레벨에 있고, 명령으로서, 결정된 타겟 차량 상태량을 명령섹션으로부터 수신하고, 수신된 명령을 복수의 액추에이터들 중의 적어도 하나에 의하여 실행하도록 되어 있는 실행섹션을 포함한다.
즉, 상술된 바와 같은 시스템에서, 적어도 그것의 소프트웨어 구성은, 서로 독립적인 명령섹션 및 실행섹션으로 분리되어 계층구조를 제공한다.
명령섹션 및 실행섹션이 소프트웨어 구조상 서로 독립적으로 제공되기 때문에, 이들 섹션들 각각에 수행된 개발, 설계, 설계 변경, 디버깅 및 여타의 작업들이 여타의 섹션들에 영향을 미치지 않으면서 수행될 수 있어, 이들 작업들을 2개의 섹션들 상에서 서로 병렬로 수행할 수 있다. 이러한 배열은 전체 소프트웨어 구성상에서 작업에 필요한 시간을 용이하게 감소시킬 수 있게 한다.
또한, 상술된 바와 같은 시스템에서, 명령섹션은 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션을 포함하며, 이들 각각은 복수의 액추에이터들을 통합된 방식으로 제어하기 위한 명령을 발생시킨다.
상위레벨 명령섹션은, 차량의 동적거동을 고려하지 않고, 구동관련정보를 토대로 제1타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 하위레벨 명령섹션에 공급하도록 되어 있다.
한편, 하위레벨 명령섹션은, 상위레벨 명령섹션으로부터 수신된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 동적거동을 고려하여 제2타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제2타겟 차량 상태량을 실행섹션에 공급한다.
따라서, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템에서는, 명령섹션이, 차량의 동적거동을 고려하지 않고 단순히 타겟 차량 상태량을 결정하는 상위레벨 명령섹션 및 차량의 동적거동을 고려하면서, 타겟 차량 상태량을 정확하게 결정하는 하위레벨 명령섹션으로 나뉘고, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션은 이러한 순서로 순차적으로 배치된다.
상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션이 소프트웨어 구조상 서로 독립적으로 제공되기 때문에, 이들 섹션들 각각에 수행된 개발, 설계, 설계 변경, 디버깅 및 여타의 작업들이 여타의 섹션들에 영향을 미치지 않으면서 수행될 수 있어, 이들 작업들을 2개의 섹션들 상에서 서로 병렬로 수행할 수 있다. 이러한 배열은 시스템의 명령섹션의 소프트웨어 구성상에서 작업에 필요한 시간을 용이하게 감소시킬 수 있게 한다.
여기서, "제1타겟 차량 상태량"과 "제2타겟 차량 상태량"간의 관계는 보다 상세히 후술된다. 상술된 바와 같이, 제1타겟 차량 상태량은 차량의 동적거동을 고려하지 않고 결정되는 반면, 제2타겟 차량 상태량은, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 차량의 동적거동을 고려하여 결정된다.
상술된 "차량의 동적거동"이라 함은 예를 들어, 이동을 나타내는 특정 값들을 얻기 위하여 각각 복잡한 산출들을 필요로 하는 과도적인 또는 비선형 차량 이동을 의미한다. 이러한 개념은, 이동을 나타내는 특정 값들을 얻기 위하여 비교적 간단한 산출만을 필요로 하는 선형 차량 이동 또는 정속(constant) 개념과는 반대이다.
따라서, 제1타겟 차량 상태량을 그대로(즉, 이를 변화시키지 않고) 얻기 위하여 복수의 액추에이터들을 제어하기 위해 차량의 동적거동을 고려하는 것이 적절하지 않은 경우에는, 제1타겟 차량 상태량이 보정되고, 이에 따라 제2타겟 차량 상태량이 결정된다.
제1타겟 차량 상태량과 제2타겟 차량 상태량간의 관계로 상위레벨 명령섹션과 하위레벨 명령섹션간의 관계를 판단하면, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션은, 하위레벨 명령섹션이 상위레벨 명령섹션에 완전히 의존하거나 종속하는 종속관계가 아니다. 다만, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션은, 하위레벨 명령섹션이 필요에 따라, 상위레벨 명령섹션에 의하여 발생된 명령을 보정하도록 인가되는, 불완전하지만 독립적인 관계이다.
상술된 "종속관계"는 예를 들어, 완전한 계층관계 또는 친밀한 관계로서 해석될 수 있는 한편, 상술된 "불완전하지만 독립적인 관계"는 예를 들어, 부분적으로 평행한 관계 또는 먼 관계로 해석될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템에서, 타겟 차량 상태량은 복수의스테이지 또는 단계를 거쳐 결정된다. 보다 상세하게는, 타겟 차량 상태량은 제1스테이지에서, 차량의 동적거동에 관계없이 결정된 다음, 그 다음 스테이지에서, 차량의 동적거동에 따라 결정된다. 즉, 복수의 스테이지에서 결정된 타겟 차량 상태량은, 최종 타겟 차량 상태량이 공급될 실행섹션에 대하여, 병렬 관계가 아니라 직렬 관계이다.
따라서, 상술된 바와 같이, 실행섹션은, 결정된 타겟 상태량이 서로 병렬 관계에 있는 경우에서와 같이 복수의 스테이지들에서 결정된 타겟 차량 상태량 중의 하나를 선택할 필요가 없다.
또한, 상위레벨 명령섹션에 의해 결정된 제1타겟 차량 상태량은 차량의 동적거동에 따라 달라지지 않고, 어떤 종류의 차량에 대하여 개발되거나 설계된 상위레벨 명령섹션은 상당한 디자인의 변경없이도, 상이한 동적작동특성을 갖는 또 다른 종류의 차량에 설치될 수 있다. 따라서, 상술된 시스템은 상위레벨 명령섹션의 증가된 적용성을 보장하여, 상이한 종류의 차량들에 상위레벨 명령섹션을 널리 용이하게 사용할 수 있게 한다.
본 발명의 상기 형태에 따른 시스템에서, 상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션 및 실행섹션은, 소프트웨어 구성상 서로 독립적인 복수의 모듈들을 컴퓨터로 실행시켜, 개별적인 섹션들에 할당된 특정 기능들을 수행한다.
즉, 상술된 시스템에서, 상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션 및 실행섹션은, 여타의 모듈과 독립적인 각각의 모듈을 컴퓨터로 실행시킨다.
또한, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템은, 소프트웨어 구성 뿐만 아니라하드웨어 구성이 서로 독립적인 개별 유닛들 또는 장치들을 가진 계층구조의 형태로 설계되도록 구성될 수 있다.
이 경우에, 본 발명의 상기 형태의 시스템의 일 실시예에는, (1이상의 CPU를 갖도록 구성될 수 있는)전용 처리유닛이 하드웨어 구성의 각각의 유닛에 설치되고, 각각의 모듈은 각 처리유닛에 의해 실행된다. 이러한 실시예에서, 다수의 처리유닛들이 다수의 컴퓨터들로 계산된다면, 전용 처리유닛이 설치되는 유닛들의 개수가 복수개이기 때문에, 전체 시스템에 설치된 컴퓨터의 개수가 복수개이다.
상기 "하드웨어 구성이 서로 독립적인 개별 유닛들을 구비한 계층구조의 형태로 설계된다"는 표현은, 개별 유닛들이 외관상 서로 독립적인(즉, 유닛들이 서로 떨어져 있을) 것이 아니라, 각 유닛의 처리에 할당된 처리유닛이 나머지 유닛들의 처리유닛들과 독립적이라면 충분하다.
상기 "구동관련정보"는 (a) 운전자에 의하여 형성된 구동작동과 관련된 구동정보, (b) 차량의 상태량과 관련된 차량 정보(또는 차량의 다양한 조건을 나타내는 양) 및 (c) 차량의 운행에 영향을 미치는 차량 주위의 환경과 관련된 환경정보 중의 적어도 하나를 포함하는 것으로서 정의될 수 있다.
여기서, "구동정보"는 차량을 구동시키기 위한 (가속작업 또는 감속작업과 같은)구동작업, 차량에 브레이크를 가하는 제동작업, 차량을 터닝시키는 조향작업, 다양한 전기적 구성요소의 스위칭 장치 등등과 관련된 1이상의 정보를 포함하는 것으로서 정의될 수 있다.
상술된 "차량정보"는 예를 들어, 차량 속도, 조향각, 차량몸체 요속도, 차량의 길이방향 가속도, 측방향 가속도 및 차량의 수직방향 가속도, 타이어의 상태를 나타내는 타이어 팽창압력과 같은 양들, 서스팬션의 상태를 나타내는 양들, 엔진의 상태를 나타내는 엔진속도 및 엔진 부하와 같은 양들, 트랜스미션의 상태를 나타내는 트랜스미션 비(기어비)와 같은 양들, 하이브리드 차량을 포함하는 전기 차량에서 구동 또는 재생(regenerative) 제동시에 모터의 상태를 나타내는 양들, 배터리와 같이 차량 동력공급의 상태를 나타내는 양들 등등과 관련된 적어도 하나의 정보를 포함하는 것으로서 정의될 수 있다.
상술된 "환경정보"는 예를 들어, 차량이 주행중인 도로의 조건(표면조건, 지오메트릭 특성 및 지리적 특성 등)과 관련된 정보, 차량의 네비게이션과 관련된 정보, 차량의 전방에 존재하는 장애물과 관련된 정보, 외부로부터 무선(즉, 전파)으로 수신된, 차량의 운행과 관련된 정보 및 여타의 종류의 정보 중의 적어도 하나를 포함하는 것으로서 정의될 수 있다.
액추에이터가 차량내에서 활성화되면, 그 작동이 차량운행의 제어에 초점을 맞추는지 또는 운전자의 안락도(degree of comfort)의 제어(탑승자 구획내의 에어컨디셔닝 제어, 조명제어 또는 오디오제어 등등)에 초점을 맞추는지의 여부와 관계없이 동력이 소모된다. 차량내에서의 동력소모는 무제한이 아니기 때문에, 가능한 한 비경제적인 소모를 억제하고 전체 차량내의 에너지의 공급과 수요간의 평형을 통합된 방식으로 관리하는 것이 바람직하다.
상기 결론을 토대로, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템의 상위레벨 명령섹션은, 차량에 의해 소모되는 에너지자원(전력 또는 연료와 같은)의 소모를 전체적으로 감소시키고 최소화시키기 위하여, 제1타겟 차량 상태량을 결정하도록 되어 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템에서, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션 모두가 타겟 차량 상태량을 결정한다. 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션의 모듈들은 서로 독립적이고, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션 중의 하나에 발생하는 모듈내의 고장은 나머지 모듈내에 고장을 일으키거나 유발하지 않는다.
상기 결론을 토대로, 본 발명의 상기 형태에 따른 시스템의 하위레벨 명령섹션은, 상위레벨 명령섹션이 고장난 경우에 상위레벨 명령섹션을 무시하는 한편, 하위레벨 명령섹션에 전달된 구동관련정보를 토대로, 제2타겟 차량 상태량을 결정하도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 상기 형태에 따른 상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션 및 실행섹션은, 각 섹션들 중의 단지 하나의 모듈이 컴퓨터에 의해 실행되도록 구성되거나 또는 각 섹션들 중의 2이상의 모듈들이 컴퓨터에 의해 실행되도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 따른 통합된 차량운행 제어시스템의 제1실시예에서, 구동관련정보는 (a) 운전자에 의해 수행된 구동작동과 관련된 구동정보 및 (b) 차량의 상태량과 관련된 차량정보 및 차량의 운행에 영향을 미치는 차량 주위의 환경과 관련된 환경정보 중의 적어도 하나를 포함한다.
상술된 시스템에서, 구동관련정보는 운전자의 구동작업과 관련된 구동정보뿐만 아니라, 여타의 종류의 정보도 포함한다. 따라서, 운전자의 미숙한 운전기술을 보충하고, 운전자가 쉽게 인식할 수 없거나 인식하지 못하는 차량조건 또는 차량 주위의 상황의 변화를 차량운행과 조화시키도록 시스템에 대하여 차량 운행 제어를 실행시킬 수 있다. 따라서, 시스템의 이용으로 차량의 안전성을 개선시키기가 용이하다.
본 발명의 상기 형태의 제2실시예에서, 차량은 (a)운전자에 의해 수행된 구동작업과 관련된 구동정보를 획득하도록 되어 있는 구동정보 획득시스템 및 (b)차량의 상태량과 관련된 차량 정보를 획득하도록 되어 있는 차량정보 획득시스템 및 차량의 운행에 영향을 미치는 차량 주위의 환경에 관한 환경정보를 획득하도록 되어 있는 환경정보 획득시스템 중의 적어도 하나를 포함한다. 또한, 상위레벨 명령섹션은 (c)획득된 구동정보 및 (d) 획득된 차량정보 및 획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로, 제1타겟 차량 상태량을 결정한다.
상술된 시스템에서, 상위레벨 명령섹션은, 구동정보 뿐만 아니라, 여타의 종류의 정보를 고려하여, 제1타겟 차량 상태량을 결정한다. 따라서, 시스템의 이용은 제1실시예의 시스템의 경우에서와 실질적으로 동일한 이유로, 차량의 안전성을 개선시키기가 용이하다.
본 발명의 상기 형태의 제3실시예에서, 상위레벨 명령섹션은 (a)획득된 구동정보 및 (b) 획득된 차량정보 및 획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로, 결정될 제1타겟 차량 상태량과 관련된 복수의 후보값들을 결정하고, 사전설정된 세트의 룰들에 따라, 결정된 복수의 후보값들을 토대로 제1타겟 차량 상태량을 결정한다.
상술된 시스템에서, 제1타겟 차량 상태량은, 결정될 제1타겟 차량 상태량과 관련된 복수의 후보값들을 토대로, 사전설정된 세트의 룰들에 따라 결정되고, 후보값들은 구동정보 및 여타의 종류의 정보를 고려하여 결정된다.
따라서, 구동정보 및 여타의 종류의 정보와 이들 정보를 토대로 결정될 제1타겟 차량 상태량 사이의 관계는 상술된 세트의 룰에 의해서만 결정되고, 이는 관계의 컨텐츠의 개선된 투명성을 가져온다.
따라서, 상술된 시스템을 구비하면, 상위레벨 명령섹션의 소프트웨어 구성이 용이하게 설계될 수 있고, 이에 따라 소프트웨어 구성을 디자인하는데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 구동정보 및 여타의 종류의 정보와 상술된 바와 같은 제1타겟 차량 상태량간의 관계는 단지 상위레벨 명령섹션의 소프트웨어 구성을 용이하게 조율하는 세트의 룰을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 이것은 또한 어떤 종류이 차량에 대하여 개발된 상위레벨 명령섹션을 또 다른 종류의 차량에 설치하기 위해 필요한 설계 변경을 용이하게 감소시킨다.
상술된 시스템의 예시적인 한 형태에서, 상위레벨 명령섹션은 사전설정된 세트의 선택룰들에 따라 결정된 후보값들 중의 하나를 선택하고 이에 따라, 제1타겟 차량 상태량을 결정한다.
본 발명의 상기 형태의 제4실시예에서, 제1타겟 차량 상태량은 차량의 길이방향 가속도와 관계가 있으며, 복수의 후보값들은 (a) 획득된 구동정보를 토대로결정된 제1타겟 길이방향 가속도 및 (b) 획득된 차량정보 및 획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로 결정된 제2타겟 길이방향 가속도를 포함한다.
일반적으로, 차량의 기본 운동은 주행, 정지 및 터닝이다. 따라서, 차량을 구동시킬 때, 운전자는 차량의 기본 운동을 실현 또는 달성하기 위하여 구동작업을 수행한다.
차량의 주행 및 정지운동은 차량의 길이방향 가속도라 불리는 물리적인 양에 의하여 설명될 수 있다.
상기 결과들을 토대로, 제4실시예에 따른 시스템에서, 제1타겟 차량 상태량은 차량의 길이방향 가속도와 관계가 있으며, 복수의 후보값들은 (a) 구동정보를 토대로 결정된 제1타겟 길이방향 가속도 및 (b) 차량정보 및 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로 결정된 제2타겟 길이방향 가속도를 포함한다.
따라서, 상술된 시스템은 운전자를 불편하게 하지 않으면서, 차량의 구동 및 제동을 적절하게 용이하게 제어할 수 있게 한다.
본 명세서에 사용된 "가속도"라는 용어는, 특별한 지시가 없는 경우에는, 양의 가속도(즉, 좁은 의미의 가속도) 및 음의 가속도(즉, 좁은 의미의 감속도) 모두를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 상기 형태의 제5실시예에서, 제1타겟 차량 상태량은 차량의 조향각과 관계가 있으며, 복수의 후보값들은 (a) 획득된 구동정보를 토대로 결정된 제1타겟 조향각 및 (b) 획득된 차량정보 및 획득된 환경정보를 토대로 결정된 제2타겟 조향각을 포함한다.
상술된 바와 같이, 차량의 기본 운동은 주행 및 정지 뿐만 아니라 터닝도 포함한다. 차량의 터닝 운동은 차량의 조향각이라 불리는 물리적인 양으로 설명될 수 있다.
상기 결과를 토대로, 제5실시예에 따른 시스템에서, 제1타겟 차량 상태량은 차량의 조향각과 관계가 있고, 복수의 후보값들은 (a) 획득된 구동정보를 토대로 결정된 제1타겟 조향각 및 (b) 획득된 차량정보 및 획득된 환경정보를 토대로 결정된 제2타겟 조향각을 포함한다.
따라서, 상술된 시스템은 운전자를 불편하게 하지 않으면서, 차량의 터닝을 적절히 용이하게 제어할 수 있게 한다.
"조향각"은 일반적으로 전방 휠의 방위 또는 방향(즉, 전방-휠 조향각)으로 표현된다. 그러나, 조향각은 운전자에 의해 조작되는 핸들(steering wheel)의 터닝각에 대응하는 물리적인 양이기 때문에, 조향각은 핸들의 터닝각(이하, "핸들 각도)을 이용하여 표현될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 상기 형태의 제6실시예에서, 제1타겟 차량 상태량은, 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟 차량 상태량 및 차량의 조향각과 관련된 타겟 차량 상태량을 포함한다.
상술된 바와 같이, 차량의 기본 운동은 주행, 정지 및 터닝이다. 차량의 주행운동 및 정지운동은 차량의 길이방향 가속도라 불리는 물리적인 양으로 설명될 수 있고, 터닝운동은 차량의 조향각이라 불리는 물리적인 양으로 설명될 수 있다.
일반적으로, 운전자는 현재 운전자에 의해 구동된 차량이 현재 지점으로부터가까운 미래에 주행중일 주행 트랙을 예상하고, 예상되는 주행트랙을 따라 변화하는 차량의 위치-속도관계(차량속도와 차량위치간의 관계)를 가정하여 차량을 구동시킨다.
즉, 일반적으로, 운전자는 필요에 따라, 차량이 이동할 것으로 예상되는 트랙상에서의 차량위치와 차량속도간의 예상된 차량위치-속도관계를 실현하도록 차량을 구동시킨다. 따라서, 운전자는 가능한 한 정확하게 차량위치-속도관계를 실현하도록 구동작업을 수행한다.
차량위치-속도관계는 차량의 동적거동에 관계없는 영역에서 논의되고, 상이한 동적 작동특성을 갖는 복수의 종류의 차량에 공통으로 달성되는 주행 파라미터들로서 간주될 수 있다.
차량 위치-속도관계을 개시하는 최소한으로 필요한 물리적인 양은 예를 들어, 차량의 길이방향 가속도 및 조향각일 수 있다.
상기 결과를 토대로, 제6실시예에 따른 시스템에서, 제1타겟 차량 상태량은 길이방향 가속도와 관련된 타겟 차량 상태량 및 조향각과 관련된 타겟 차량 상태량을 포함한다.
따라서, 상술된 시스템은, 상위레벨 명령섹션의 넓은 적용성을 희생시키지 않으면서 차량위치-속도 관계를 용이하게 최적화시킬 수 있다.
본 명세서에 사용된 "차량 위치-속도 관계"는 예를 들어, 차량이 이동할 것으로 기대되는 트랙을 따라 주행하는 차량의 위치가 시간에 따라 변화하는 차량 위치-시간 관계로서 이해될 수 있다. 차량위치 및 속도가 공지되면, 그들간의 관계는 차량위치와 시간(주행시간)간의 관계와 동등하게 전환될 수 있다.
본 발명의 상기 형태의 제7실시예에서, 상위레벨 명령섹션은 차량의 거동의 안정화보다, 차량이 주행하는 트랙상에서 차량의 위치와 그 속도 사이에서 차량위치-속도 관계의 최적화에 우선순위를 제공하는 차량의 타겟 차량 상태량을 제1타겟 차량 상태량으로 결정한다. 또한, 하위레벨 명령섹션은, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 차량의 위치-속도 관계의 최적화보다, 차량의 거동의 안정화에 우선순위를 제공하는 타겟 차량조건을 제2타겟 차량 상태량으로 결정한다.
차량의 운행을 제어할 때 달성될 타겟 차량 상태량은, 상술된 차량 위치-속도 관계의 최적화에 우선순위를 제공하는 제1개념 및 차량의 거동의 안전성에 우선순위를 제공하는 제2개념을 포함하는, 상이한 개념들 중의 하나를 토대로 결정된다. 기본적으로, 제1개념이 채택되는 경우에는, 차량의 동적거동이 고려될 필요가 없으며, 제2개념이 채택되는 경우에는, 동적거동이 고려되어야 한다.
따라서, 제1개념을 토대로 결정된 타겟 차량 상태량은 상이한 종류의 차량에 널리 사용되는 반면, 제2개념을 토대로 결정된 타겟 차량 상태량은 한 종류의 차량에만 사용될 수 있다.
상기 결과들을 토대로, 제7실시예에 따른 시스템에서, 상위레벨 명령섹션은, 차량의 거동의 안정성보다, 차량이 주행하는 트랙상에서 차량의 위치와 차량속도 사이의 차량 위치-속도관계의 최적화에 우선순위를 제공하는 타겟 차량 상태량을 제1타겟 차량 상태량으로 결정한다. 또한, 하위레벨 명령섹션은, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 차량 위치-속도 관계의 최적화보다, 차량의 거동의 안전성에 우선순위를 제공하는 타겟 차량 상태량을 제2타겟 차량 상태량으로 결정한다.
본 발명의 상기 형태의 제8실시예에서, 상위레벨 명령섹션은 허용가능범위내에서 변할 수 있는 타겟 차량 상태량으로서 제1타겟 차량 상태량을 결정하고, 하위레벨 명령섹션은 제1타겟 차량 상태량의 허용가능범위로부터 선택된 타겟 차량 상태량으로서 제2타겟 차량 상태량을 결정한다.
상술된 시스템에서, 상위레벨 명령섹션은, 차량의 거동의 안정성보다, 주행중인 트랙상에서 차량의 위치와 속도간의 차량 위치-속도 관계의 최적화에 우선순위를 제공하면서, 제1타겟 차량 상태량을 결정한다. 따라서, 예를 들어, 차량이 매우 불안정한 경우에, 차량거동을 안정화시키기 위하여 차량의 안정성을 고려하는 것이 중요한 경우에는, 하위레벨 명령섹션이 작동되어, 차량거동을 안정화시키도록 제2타겟 차량 상태량을 결정한다.
상기 상황으로 판단하면, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션이, 하위레벨 명령섹션은 상위레벨 명령섹션에 완전히 의존하거나 종속하는 종속관계에 있지 않다는 것을 이해할 것이다. 다만, 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션은, 하위레벨 명령섹션이 필요에 따라, 상위레벨 명령섹션에 의하여 발생된 명령을 보정하도록 인가되는, 불완전하지만 서로 독립적인 관계이다.
그러나, 상위레벨 명령섹션이 제1타겟 차량 상태량을 범위가 아닌 단일 값으로 결정하고, 이를 하위레벨 명령섹션에 공급하면, 상위레벨 명령섹션이 고정된 값보다는 범위로서 제1타겟 차량 상태량을 결정하고 이를 하위레벨 명령섹션에 공급하는 경우에서보다, 상위레벨 명령섹션에 대한 하위레벨 명령섹션의 의존도가 더높다.
한편, 예를 들어, 운전자의 운전기술 또는 차량환경의 판단능력의 미숙으로 인해, 차량의 거동 안정성이 상당히 낮아진 경우에는, 관점에서, 운전자의 구동작업을 보정하는 상위레벨 명령섹션보다 하위레벨 명령섹션이 타겟 차량 상태량을 결정하는데 주도권을 갖도록 강하게 요구되어, 실행섹션을 통하여 복수의 액추에이터들을 통합된 방식으로 제어한다.
상기 결과를 토대로, 제8실시예에 따른 시스템에서, 상위레벨 명령섹션은 허용가능범위내에서 변화할 수 있는 타겟 차량 상태량으로서 제1타겟 차량 상태량을 결정하고, 하위레벨 명령섹션은 허용가능범위로부터 선택된 타겟 차량 상태량으로서 제2타겟 차량 상태량을 결정한다.
이러한 배열을 구비하면, 타겟 차량 상태량의 결정에서 하위레벨 명령섹션에 부여된 우선순위의 정도가 상위레벨 명령섹션에 부여된 우선순위에 비해 쉽게 증가될 수 있다.
따라서, 시스템의 사용으로, 운전자의 운전기술 또는 차량환경을 판정하는 능력이 미숙하더라도, 차량의 거동 안정성 및 결국에는 차량의 안정성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 상기 형태의 제9실시예에서, 제1타겟차량의 상태량은 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량 및 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 포함하고, 상위-레벨 명령섹션은 허용가능한 범위내에서 가변적인 타겟차량의 상태량으로서 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량을 판정하고, 허용가능한 범위가 아닌 타겟차량의 상태량으로서 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 판정한다.
상술된 바와 같이, 제8실시예에 따른 시스템에서, 타겟차량의 상태량을 판정함에 있어 하위-레벨 명령섹션에 주어지는 권한(authority)의 정도는 상위-레벨 명령섹션에 주어지는 권한에 비해 쉽게 증가될 수 있다.
제8실시예에 따른 시스템에서는, 제1타겟차량의 상태량이 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량 및 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 포함한다. 또한, 제8실시예에서는, 하위-레벨 명령섹션에 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량 및 상기 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 제공할 수 있으며, 이들 둘 모두는 각각이 허용가능한 범위내에서 가변적이다.
하지만, 하위-레벨 명령섹션에 특정의 허용가능한 범위내에서 가변적인 타겟차량의 상태량을 제공하는 것은, 차량의 실제 운행이 운전자의 운적조작(즉, 운전자의 의도나 요구)으로부터 벗어나기가 더 쉽다는 것을 의미한다. 몇몇 경우에, 이러한 경향은 향상된 차량의 안전성의 관점에서 바람직하다. 하지만, 여타의 경우에는, 운전자가 차량의 실제 운행에 반응하여 불편을 느끼거나 당황할 수도 있다.
후자의 상황이 발생할 가능성은, 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량이 특정 범위 또는 여유(latitude)로 주어진 경우와 비교하여 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량이 특정 범위 또는 허용도가 주어진 경우에 더 크다.
상기 결과를 토대로 하여, 제9실시예에 따른 시스템에서는, 제1타겟차량의 상태량은 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량 및 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 포함하고, 상위-레벨 명령섹션은 허용가능한 범위내에서 가변적인 타겟차량의 상태량으로서 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량을 판정하고, 허용가능한 범위를 갖지 않는 타겟차량의 상태량으로서 차량의 조향각과 관련된 타겟차량의 상태량을 판정한다.
이러한 구성에 의하면, 타겟차량의 상태량을 판정함에 있어서의 하위-레벨 명령섹션에 주어지는 권한의 정도는 상위-레벨 명령섹션에 주어지는 권한에 비해 쉽게 증가되는 동시에 운전자가 불편함을 덜 느끼도록 할 수 있다.
상기 실시예의 하나의 예시적 형태에서, 상위-레벨 명령섹션은 타겟차량의 상태량이 차량의 가속도를 나타낸다면 길이방향 가속도와 관련된 타겟차량의 상태량을 허용가능한 범위내에서 가변적인 것으로 판정하지만, 타겟차량의 상태량이 차량의 감속을 나타낸다면 타겟차량의 상태량을 허용가능한 범위를 갖지 않는 단일의 값으로 판정한다.
상기 구성에 의하면, 차량이 감속될 필요가 있을 경우, 차량의 길이방향 가속도의 크기는 타겟차량의 가속도가 허용가능한 범위내에서 가변적인 경우와 비교하여 하위-레벨 명령섹션 및 실행섹션에 의해 보다 쉽게, 정확 또는 충실하게 실현될 수 있기 때문에 차량의 안전성을 향상시키기가 용이하다.
본 발명의 상기 형태의 제10실시예에서는, 상위-레벨 명령섹션이 차량의 운행에 영향을 미치는 운전자의 의도 및 차량 주변의 환경 중 1이상을 토대로 허용가능한 범위의 폭을 변화시킨다.
상술된 바와 같은 시스템에 의하면, 상위-레벨 명령섹션에 의하여 판정되는 제1타겟차량의 상태량의 허용가능한 범위의 폭은, 차량의 운행에 영향을 미치는 (운전자의 기호를 반영할 수도 있는) 운전자의 의도나 요구 및 (표면상태 또는 예를 들어, 차량이 주행중인 도로의 커브의 정도 또는 빈도 등의 회전주행 조건과 같은) 차량 주변의 환경 중 1이상을 토대로 하여 변경될 수 있다.
허용가능한 범위의 폭이 운전자의 의도나 요구 및 차량 주변의 환경 중 1이상의 변경에 의해 변화되는 상기 시스템에서는, 허용가능한 범위의 폭이 고정되는 경우와는 달리 운전자의 의도나 요구 및 차량 주변의 환경 중 1이상과 관련된 제1타겟차량의 상태량의 최적화가 쉽게 달성된다.
본 발명의 제11실시예에서, 상위-레벨 명령섹션은 차량의 동적 거동과 관련이 없는 차량의 운행을 단순 묘사하는 단순한 차량 모델을 사용하여, 입력 정보를 토대로 하는 제1타겟차량의 상태량을 판정하고, 하위-레벨 명령섹션은 차량의 동적 거동을 반영할 수 있도록 단순한 차량 모델보다는 더욱 정밀하게 차량의 운행을 묘사하는 보다 정밀한 차량 모델을 사용하여, 입력 정보를 토대로 하는 제2타겟차량의 상태량을 판정한다.
상술된 시스템에서는, 차량의 운행을 묘사하는 2가지 형태의 차량 모델을 사용하여, 최종타겟차량의 상태량을 최종적으로 판정한다.
따라서, 상술된 바와 같은 시스템에서는, 단 한가지 형태의 차량 모델이 사용되어 개시부터 종료까지의 타겟차량의 상태량을 판정하는 경우와 비교하여 각 형태의 차량 모델의 구성을 단순화하기 용이하다.
또한, 상술된 바와 같은 시스템에서는, 어느 모델이 사용되든지 차량의 동적 거동에 의존하지 않고 단순한 차량 모델이 정의된다. 따라서, 복수 형태의 차량에 대하여 단순한 차량 모델의 적용가능성이 쉽게 향상될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "모델"은 그것이 컴퓨터에서 여느 방법에 의해 (예를 들어, 휠의 운동을 포함하는)차량의 운행을 나타낸다면 그것의 요건을 충족시킨다. 따라서, 상기 "모델"은 차량의 구조를 기하학적으로 단순화 및 재생성(재구성)시켜 모의실험되나, 차량의 운행이 단순한 수학적 표현(들)이나 테이블(들)을 사용하여 묘사되는 형태 또는 차량의 운행이 차량이 배치되는 상황에 따라 성립되는 1이상의 조건에 의하여 묘사되는 형태로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 제12실시예에서는, 휠상에 작용하는 길이방향의 힘, 측방향의 힘 및 수직방향의 힘으로부터 적어도 길이방향의 힘 및 측방향의 힘과 관련된 휠의 운동을 묘사하는 차량 모델을 사용함으로써, 입력 정보를 토대로 복수의 액츄에이터들을 제어하여 제2타겟차량의 상태량을 실현할 수 있는 제어 변수들을 판정한다.
상위-레벨 명령섹션 및 하위-레벨 명령섹션에서, 타겟차량의 상태량의 판정은 전체적으로 차량 운행의 관찰만을 요한다. 한편, 실행섹션은 복수의 액츄에이터를 직접적으로 제어하고 각 차량 휠에 작용되는 힘을 간접적으로 제어하여 차량의 운행을 제어한다. 따라서, 실행섹션은 복수의 액츄에이터가 제어되어 하위-레벨 명령섹션으로부터 공급되는 제2타겟차량의 상태량을 얻는, 제어 변수들을 판정할 때 차량 휠의 운동을 묘사하는 차량 휠 모델을 사용하는 것이 고려된다.
일반적으로, 차량 휠에 가해지는 힘은 관찰의 목적으로 길이방향의 힘, 측방향의 힘 및 수직방향의 힘으로 분해된다. 차량 휠 모델이 휠의 길이방향의 힘, 측방향의 힘 및 수직방향의 힘에 대하여 휠의 운동을 나타내는 것이 본질적이기는 하나, 액츄에이터의 실제 제어성능의 관점에서는 차량이 배치되는 운전상태와는 무관하게 액츄에이터(들)에 의해 휠의 수직방향의 힘을 충분히 변화시키는 것은 기술적으로 어렵다.
상기 결과를 토대로 하여, 제12실시예에 따른 시스템에서는, 실행섹션이 휠상에 작용하는 길이방향의 힘, 측방향의 힘 및 수직방향의 힘으로부터 적어도 길이방향의 힘 및 측방향의 힘과 관련된 차량 휠의 운동을 묘사하는 차량 모델을 사용함으로써, 입력 정보를 토대로 복수의 액츄에이터들을 제어하여 제2타겟차량의 상태량을 실현할 수 있는 제어 변수들을 판정한다.
상기 구성에 의하면, 복수의 액츄에이터의 제어 변수들은 액츄에이터의 제어 성능과 관련한 높은 효율을 갖는(또는 낭비를 줄인) 차량 휠 모델을 형성함으로써 판정될 수 있다.
본 발명의 상기 형태의 제13실시예에서, 상위-레벨 명령섹션, 하위-레벨 명령섹션 및 실행섹션 중 1이상의 각각은, 차량의 운행과 차량 휠의 운동 중 1이상을 묘사하는 모델을 사용하여 상기 각 섹션보다 높은 레벨에 배치된 섹션으로부터 수신되는 정보를 토대로 상기 각 섹션보다 하위 레벨에 배치된 섹션으로 전송될 정보를 판정하고, 각 섹션보다 하위 레벨에 배치된 섹션으로 전송될 상기 정보에서의 오차를 토대로 하여 상기 모델을 보정한다.
상위-레벨 명령섹션, 하위-레벨 명령섹션 및 실행섹션 각각에 있어서, 필수적으로 정보를 판정하는데 사용되는 특정 모델은 고정되거나 불가변한 모델로서 형성될 수 있다. 하지만, 몇몇 경우에, 상기 모델에 의하여 묘사되는 대상물(object), 즉 차량의 운행이나 차량 휠의 운동, 또는 상기 모델을 사용함으로써 판정되는 정보와 차량의 운행이나 차량 휠의 운동간의 매체(medium)에서 변화가 발생될 수 있다. 상기 변화에도 불구하고 상기 모델이 고정된 모델로서 형성된다면, 상기 모델은 상기 모델 및 상기 매체의 실제 상태에 의하여 묘사되는 대상물을 정확이 재생성시킬 수 없다.
여기서, "매체의 변화(change in the medium)"는 예를 들어 매체로서 액츄에이터의 성능 변화 및 매체로서 액츄에이터에 의해 작동될 대상물의 성능 변화를 포함한다. 작동될 대상물의 일 예로는 브레이크가 있고, 본 예시에서 브레이크의 마찰재료의 마찰계수가 변화될 수도 있다. 작동될 대상물의 또 다른 예로는 엔진이 있으며, 본 예시에서 엔진의 출력특성은 주변온도 및 대기압과 같은 환경상의 파라미터에 따라 변화될 수 있다.
상술된 바와 같은 상황의 관점에서, 제13실시예에 따른 시스템에서는, 상위-레벨 명령섹션, 하위-레벨 명령섹션 및 실행섹션 중 1이상의 각각은, 차량의 운행과 차량 휠의 운동 중 1이상을 묘사하는 모델을 사용하여 상기 각 섹션보다 높은 레벨에 배치된 섹션으로부터 수신되는 정보를 토대로 상기 각 섹션보다 하위 레벨에 배치된 섹션으로 전송될 정보를 판정하고, 상기 각 섹션보다 하위 레벨에 배치된 섹션으로 전송될 상기 정보에서의 오차를 토대로 하여 상기 모델을 보정한다.
이러한 구성에 의하면, 대상물 또는 매체의 연대순의 변화와는 무관하게 상기 모델에 따른 매체 또는 모델에 의하여 묘사되는 대상물을 항상 충실하게 재생성할 수 있다.
상기 시스템에 모델을 보정하기 위한 기능이 추가적으로 제공된다면, 상기 모델을 사용하여 생성되는 정보의 정확성의 개선이 용이하여, 결국에는 상기 차량 운행의 제어의 정확성이 향상된다.
본 발명의 상기 형태의 제14실시예에서, 실행섹션은 하위-레벨 명령섹션으로부터 복수의 액츄에이터를 향하는 방향으로 복수의 계층레벨을 갖는 분류체계(hierarchy) 형태로 배치되는 복수의 유닛들을 포함하고, 상기 복수의 유닛은, (a) 계층 레벨들 중 하나로서 제1레벨에 있는 분배유닛으로서, 복수의 액츄에이터를 제어하여 하위-레벨 명령섹션으로부터 복수의 액츄에이터로 공급되는 제2타겟차량의 상태량을 실현시키는 제어 변수들을 분배하도록 되어 있는 상기 분배유닛, 및 (b) 상기 제1레벨보다 낮은 제2레벨에 있는 제어유닛으로서, 복수의 액츄에이터를 제어하여 상기 분배유닛으로부터 공급되는 제어 변수들을 실현시키도록 되어 있는 상기 제어유닛을 포함한다. 또한, 상기 분배유닛은, (c) 복수의 액츄에이터가 제어되어 하위-레벨 명령섹션으로부터 복수의 모든 액츄에이터로 공급되는 제2타겟차량의 상태량을 통합된 방식으로 실현시키는 제어 변수를 분배하는 복수의 액츄에이터 모두에 대하여 제공되는 상위-레벨 분배유닛, (d) 상위-레벨 분배유닛으로부터 복수의 액츄에이터 일부로 공급되는 제어 변수들을 분배하는 복수의 액츄에이터 일부에 대하여 제공되는 하위-레벨 분배유닛을 포함한다. 이 시스템에서,제어유닛은 복수의 개별 제어유닛들을 포함하고, 그 중 제1그룹은 복수의 액츄에이터 중 일부와 관련하여 하위-레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공되고, 제2그룹은 나머지 액츄에이터들과 관련하여 상위-레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공되고, 상위-레벨 분배유닛, 하위-레벨 분배유닛 및 제어유닛은 컴퓨터가 소프트웨어 구조상 서로 독립적인 복수의 모듈을 실행하도록 함으로써 각각의 유닛에 할당되는 특정 기능들을 수행한다.
복수 형태의 액츄에이터들은 한 종류의 타겟차량의 상태량을 얻도록 제어될 필요가 있다. 이 경우에, 타겟차량의 상태량을 얻기 위하여 복수의 액츄에이터 모두에 의하여 성립될 제어 변수(이후 "전체 제어 변수"라 칭함)는 복수의 액츄에이터들 사이에서 분배될 필요가 있다.
상술된 바와 같은 상황의 관점에서, 제14실시예에 따른 시스템에서는, 실행섹션이, 하위-레벨 명령섹션으로부터 복수의 액츄에이터를 향하는 방향으로 복수의 계층레벨을 갖는 분류체계 형태로 배치되는 복수의 유닛을 포함한다.
또한, 복수의 유닛들은 (a)계층레벨의 하나로서 제1레벨에 있고, 상기 하위레벨 명령섹션으로부터 공급된 제2타겟 차량 상태량을 실현하기 위하여 복수의 액추에이터들이 제어되는 제어 변수를 복수의 액추에이터들로 분배하도록 되어 있는 분배유닛 및 (b)제어유닛은 제1레벨보다 하위인 제2레벨에 있고, 상기 분배유닛으로부터 공급된 제어 변수를 실현하기 위하여 복수의 액추에이터들을 제어하도록 되어 있는 제어유닛을 포함한다.
상술된 시스템을 구비하면, 실행섹션의 소프트웨어 구성이 계층구조로 형성되어, 그 분배유닛과 제어유닛이 서로 분리된다. 분배유닛 및 제어유닛은 소프트웨어 구성상 서로 독립적으로 제공되기 때문에, 이들 유닛들 각각에 수행된 개발, 설계, 설계 변경, 디버깅 및 여타의 작업들이 여타의 유닛들에 영향을 미치지 않으면서 수행될 수 있어, 이들 작업들을 2개의 유닛들 상에서 서로 병렬로 수행할 수 있다.
일반적으로, 상술된 전체 제어변수 중의 일부는 한 단계에서 제어시스템의 말단부(terminal end)에 위치된 복수의 액추에이터들에 분배될 수 있지만, 나머지들은 복수의 단계( 또는 복수의 스테이지를 통하여)에서 액추에이터들에 분배될 수 있다. 후자의 경우에, 전체 제어변수는 처음부터 최종 개별 제어변수들(복수의 종류의 액추에이터들에 각각 대응함)로 분배되지 않는다. 오히려, 초기단계에서는, 전체 제어변수가 중간 제어변수로 분할되고, 그런 다음 최종 개별 제어변수로 분할된다.
상기 상황의 관점에서, 제14실시예에 따른 시스템에서, 분배유닛은 (c) 하위레벨 명령섹션으로부터 공급된 제2타겟 차량 상태량을 실현하기 위하여 복수의 액추에이터들이 제어되는 제어변수들을 통합된 방식으로 복수의 액추에이터들 모두에 분배하기 위하여, 복수의 액추에이터들 모두에 대하여 제공되는 상위레벨 분배유닛, (d) 상위레벨 분배유닛으로부터 공급된 제어변수를 복수의 액추에이터의 일부에 분배하기 위하여, 복수의 액추에이터의 일부에 대하여 제공된 하위레벨 분배유닛을 포함한다.
상술된 시스템을 구비하면, 분배유닛의 소프트웨어 구성이 계층구조로 형성되어, 그 상위레벨 분배유닛 및 하위레벨 분배유닛이 서로 분리된다. 상위레벨 분배유닛 및 하위레벨 분배유닛이 소프트웨어 구성상 서로 독립적으로 제공되기 때문에, 이들 유닛들 각각에 수행된 개발, 설계, 설계 변경, 디버깅 및 여타의 작업들이 여타의 유닛들에 영향을 미치지 않으면서 수행될 수 있어, 이들 작업들을 2개의 유닛들 상에서 서로 병렬로 수행할 수 있다.
또한, 제14실시예에 따른 시스템에서, 제어유닛은 복수의 개별 제어유닛들을 포함하며, 그 제1그룹은 복수의 액추에이터의 일부에 대하여 하위레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공되고, 그 제2그룹은 나머지 액추에이터들에 대하여 상위레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공된다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 통합된 차량운행 제어시스템은, 운전자로부터 복수의 액추에이터들로의 방향으로 적어도 그 소프트웨어 구성에 대하여 계층레벨을 갖는 분류체계의 형태로 배치되어, 상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션, 상위레벨 분배유닛, 하위레벨 분배유닛 및 제어유닛이 소프트웨어 구성상 서로 독립적으로 순차적으로 배치된다.
따라서, 상술된 시스템에서, 전체 시스템의 적어도 소프트웨어 구성은 보다 진보된 계층배열로 형성되고, 따라서, 처리 컨텐츠들이 서로 별개로 구현될 수 있으며, 각 처리유닛의 독립성이 강화될 수 있다.
여기서, "상위레벨 분배유닛", "하위레벨 분배유닛" 및 "제어유닛"은 각 유닛의 하나의 모듈만이 컴퓨터로 실행되거나 각 유닛의 복수의 모듈이 컴퓨터로 실행되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 형태의 제15실시예에서, 복수의 액추에이터들은, 각 액추에이터들에 의해 차량의 각 요소에 작용하는 물리적인 양의 종류에 따라 복수의 그룹들로 분류되며, 하위레벨 명령유닛은 각각 2이상의 액추에이터들 포함하는 복수의 그룹들 중의 적어도 하나에 대하여 제공된다.
본 발명의 상기 형태의 제16실시예에서, 복수의 액추에이터들은 차량 휠의 길이방향 힘, 측방향 힘 및 수직방향 힘으로부터, 적어도 길이방향 힘 및 측방향 힘을 제어하는 복수의 휠-관련 액추에이터들을 포함하고, 상위레벨 분배유닛은, 제어변수가 길이방향 힘 성분, 측방향 힘 성분 및 수직방향 힘과 관련된 수직방향 힘 성분으로부터, 적어도 길이방향 힘과 관련된 길이방향 힘 성분 및 측방향 힘과 관련된 측방향 힘 성분을 포함하도록 복수의 휠-관련 액추에이터들에 제어 변수를 분배한다.
상술된 시스템에서, 자동차의 휠에 가해진 역학에 따르면, 복수의 휠-관련 액추에이터들에 분배된 상술된 제어변수는, 길이방향 힘 성분, 측방향 힘 성분 및 수직방향 힘과 관련된 수직방향 힘 성분으로부터, 적어도 길이방향 힘과 관련된 길이방향 힘 성분 및 측방향 힘과 관련된 측방향 힘 성분을 포함한다.
따라서, 상술된 시스템에서, 복수의 휠-관련 액추에이터들로의 제어변수의 분배는 차량 휠에 가해진 역학에 따라 달성되며, 이는 각각의 휠-관련 액추에이터들에 의해, 차량운행이 제어되는, 개별 제어변수의 정확성을 개선시킨다.
본 발명의 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 통합된 차량운행 제어시스템이 설치되어 있는 자동차를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 이하, 통합된 차량운행 제어시스템은 간단히 "운행 제어시스템"이라 일컬어질 것이다.
도 1의 차량은 전방좌측, 전방우측, 후방좌측 및 후방우측 휠들(10)을 포함한다. 도 1에서, "fl"은 전방좌측 휠을 나타내고, "fr"은 전방우측 휠을 나타내고, "rl"은 후방좌측 휠을 나타내고, "rr"은 후방우측 휠을 나타낸다. 차량은 또한 구동 동력으로서 엔진(내연기관)을 포함한다. 엔진(14)의 동작상태는 (가속 작동부재의 일례로서)액추에이터 페달이 차량의 운전자에 의하여 작동되는 양이나 정도에 따라 전기적으로 제어된다. 엔진(14)의 작동상태는 또한, 운전자에 의하여 액셀러레이터 페달(20)에 수행된 작업(operation)(이하, "구동작업" 또는 "가속작업"이라 불림)에 관계없이 필요에 따라 자동으로 제어된다.
엔진(14)의 전기제어는 예를 들어, 엔진(14)의 흡입 매니폴드(intake manifold)에 장착된 스로틀밸브의 개방각(즉, 스로틀 개도)를 전기적으로 제어하거나 또는 엔진(14)의 연소실로 주입된 연료량을 전기적으로 제어하여 구현될 수 있다.
차량이 전기자동차인 경우에는, 구동 동력이 기본적으로 전기 모터로 이루어진다. 차량이 하이브리드 자동차인 경우에는, 구동 동력이 기본적으로 엔진 및 전기모터의 조합으로 이루어진다.
도 1의 차량은 우측 및 좌측전방 휠이 종동 휠이고, 우측 및 좌측 후방 휠들이 구동 휠들인 후방-휠 구동 차량이다. 엔진(14)은 각각의 후방 휠들과 함께 회전하는 토크 컨버터(22), 트랜스미션(24), 프로펠라 샤프트(26), 차동기어유닛(28) 및 구동샤프트(30)를 통하여 각각의 후방 휠들에 연결되고, 이들은 나열된 순서대로 배치된다. 토크 컨버터(22), 트랜스미션(24), 프로펠라 샤프트(26) 및 차동 기어유닛(28)이 우측 및 좌측 후방 휠들에 공통이거나 공유되는 동력전달요소들이다.
트랜스미션(24)은 예시되지 않은 자동 트랜스미션을 포함한다. 자동 트랜스미션은 엔진(14)의 1회전속도(revolution speed)가 트랜스미션(24)의 출력 샤프트의 회전속도(rotation speed)로 변화되는 기어비 또는 속도비(gear ratio or speed ratio)를 전기적으로 제어하도록 되어 있다.
도 1의 차량은 운전자에 의하여 터닝되도록 되어 있는 핸들(44)을 더 포함한다. 조향 반작용력 적용장치(48)는 핸들(44)에 조향 반작용력을 전기적으로 가하도록 되어 있다. 조향 반작용력은 운전자에 의하여 수행되는 터닝작업(이하, "조향(steering)"이라 불림)에 대응하는 반작용력이다.
"전방-휠 조향각(front-wheel steering angle)"이라 불리는 우측 및 좌측 전방 휠들의 방향은 전방 조향유닛(50)에 의하여 전기적으로 변한다. 전방 조향유닛(50)은 핸들(44)이 운전자에 의하여 터닝되는 각도 즉, 핸들 각도"를 토대로 전방-휠 조향각을 제어하도록 되어 있고 또한, 운전자에 의한 터닝작업에 관계없이 필요에 따라 전방-휠 조향각을 자동으로 제어하도록 되어 있다. 본 실시예에서, 핸들(44) 및 우측 및 좌측 전방 휠들은 서로 기계적으로 링크되어 있지 않음을 유의하여야 한다. 전방-휠 조향각도와 유사하게, 소위 "후방-휠 조향각"이라 불리는, 우측 및 좌측 후방 휠들의 방향이 후방 조향유닛(52)에 의하여 전기적으로 변화된다.
각각의 휠들(10)에는 그 회전을 제한하도록 작동되는 브레이크조립체(56)가 제공된다. 브레이크조립체(56)는 운전자에 의한 (브레이크 작동부재의 일례로서)브레이크 페달의 조작된 양에 따라 전기적으로 제어된다. 각각의 휠(10)에 대한 브레이크조립체(56)는 또한 필요에 따라 자동으로 제어될 수 있다.
도 1의 차량에서, 차량몸체(도시되지 않음)는 각각의 휠들(10)에 대하여 각각 제공되는 서스팬션(62)에 의하여 현수되거나 지지된다. 개별적인 서스팬션(62)의 현수 특성은 전기적으로 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상술된 바와 같은 차량의 구성요소들에는 대응하는 요소들을 전기적으로 작동시키도록 작동되는 액추에이터들이 제공된다. 도 23은 아래와 같은 액추에이터들의 일례들을 나타낸다:
(1) 엔진(14)을 전기적으로 제어하기 위한 액추에이터(70);
(2) 트랜스미션(24)을 전기적으로 제어하기 위한 액추에이터(72);
(3) 조향 반작용력 적용장치(48)를 전기적으로 제어하기 위한 액추에이터(74);
(4) 전방 조향유닛(50)을 전기적으로 제어하기 위한 액추에이터(76);
(5) 후방 조향유닛(52)을 전기적으로 제어하기 위한 액추에이터(78);
(6) 각각 복수의 조립체가 브레이크조립체(56)에 의하여 대응하는 하나의 휠(10)에 적용되는 제동토크를 전기적으로 제어하기 위하여, 각각의 브레이크조립체(56)와 결합되어 제공되는 복수의 액추에이터들(80)(그 중 하나가 도 23에 일반적으로 도시됨);
(7) 각각의 복수의 액추에이터가 대응하는 서스팬션(62)의 현수 특성을 전기적으로 제어하기 위하여, 각각의 서스팬션(62)과 결합되어 제공되는 복수의 액추에이터들(82)(그 중 하나가 도 23에 일반적으로 도시됨).
도 1에 도시된 바와 같이, 상술된 바와 같은 복수의 액추에이터들(72 내지 82)에 연결되는 운행 제어시스템이 차량상에 설치된다. 운행 제어시스템은 예시되지 않은 (차량의 동력공급원의 일례로서)배터리로부터 공급된 동력을 이용하여 작동된다.
도 2는 본 실시예의 통합된 차량운행 제어시스템의 하드웨어 구성을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램이다. 운행 제어시스템은 그 주요 구성성분으로서 컴퓨터(90)를 포함한다. 업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 컴퓨터(90)는 버스들(98)에 의하여 서로 연결되는 처리유닛(이하 "PU"라 불림)(92), (메모리의 일례로서)ROM(94) 및 (메모리의 또 다른 예로서)RAM(96)을 포함한다.
PU(92)는 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)에 각각 할당되는 총 3개의 CPU(도시되지 않음)를 포함한다. 3개의 CPU는 하나의 ROM(94) 및 하나의 RAM(96)을 공유한다. 따라서, 본 실시예에서는, 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)이 PU(92)에 대하여 서로 독립적으로 구성된다.
또 다른 실시예에서, 각각의 CPU에는 전용 ROM(94) 및 RAM(96)이 제공된다. 이 경우에, 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)은 PU(92) 뿐만 아니라, ROM(94) 및 RAM(96)에 대하여 서로 독립적으로 구성된다.
또 다른 실시예에서, PU(92)는 하나의 CPU로 이루어지고, 하나의 CPU가 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)에 의하여 공통으로 사용된다.
각 섹션의 CPU가 엄밀한 개념(strict sense)으로 병렬처리를 수행할 수 있도록 복수의 CPU를 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214) 중의 적어도 하나의 각각에 할당할 수도 있다.
운행 제어시스템은 버스(98)에 각각 연결되는 입력 인터페이스(100) 및 출력 인터페이스(102)를 더 포함한다. 운행 제어시스템은 후술되는 바와 같이, 입력 인터페이스(100)를 통하여 다양한 센서들 및 여타의 외부 장치들에 연결되고, 또한 상술된 바와 같이, 출력 인터페이스(102)를 통하여 다양한 액추에이터들에 연결된다.
도 3은 후술되는 바와 같이, ROM(94)의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 실시예의 통합된 차량운행 제어시스템의 소프트웨어 구성을 개략적으로 나타내는 블럭다이어그램이다. 도 4는 운행 제어시스템에 연결된 다양한 시스템들, 유닛들 또는 장치들을 또한 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 운행 제어시스템은 그 입력측 또는 정보의 주된 흐름의 상류측에서 운전자, 운전자에 의하여 동작된 차량 및 차량의 환경 또는 주변과 관계된다.
구동정보 획득시스템(120)은 운전자에 의하여 수행된 동작에 대한 정보를 획득하는 역할을 하고, 이 정보를 운행 제어시스템으로 보낸다. 차량정보 획득시스템(122)은 후술되는 바와 같이, 차량상태량에 대한 차량의 정보를 획득하는 역할을 하며, 차량의 정보를 운행 제어시스템으로 보낸다. 환경정보 획득시스템(124)은 차량의 환경 또는 주변에 대한 환경정보를 획득하는 역할을 하며, 이 환경정보를 운행 제어시스템으로 보낸다.
운행 제어시스템은 필요할 때 언제든지, 구동정보 획득시스템(120), 차량정보 획득시스템(122) 및 환경정보 획득시스템(124)으로부터 필요한 정보를 검색(retrieve)할 수 있다. 또한, 운행 제어시스템은 복수의 처리섹션들(즉, 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)) 중의 하나가 처리섹션들 중의 또 다른 하나에 의하여 검색된 정보를 이용하게 할 수 있다.
도 5는 구동정보 획득시스템(120)을 구성하는 다양한 센서들 및 다양한 스위치들을 나타낸다. 센서들 및 스위치들의 목록은 다음과 같다.
(1) 구동작업과 관련된 센서(들)
가속 스트로크 센서(130): 운전자에 의하여 작동된(예를 들어, 압박된(pressed down) 액셀러레이터 페달(20)의 (회전각 또는 액셀러레이터 위치에 의하여 표현될 수 있는)스트로크를 측정하기 위한 센서;
(2) 제동작업과 관련된 센서들
제동작동력 센서(Braking effort sensor)(134): 운전자에 의하여 브레이크 페달(58)에 가해진 힘을 측정하기 위한 센서;
제동 스트로크 센서(136) : 운전자에 의하여 작동된 브레이크 페달(58)의 스트로크를 측정하기 위한 센서;
(3) 조향작업과 관련된 센서들
핸들 각도센서(140) : 운전자에 의하여 조작된 핸들(44)의 회전각(즉, 핸들 각도)을 측정하기 위한 센서;
조향 토크센서(142) : 운전자에 의하여 핸들(44)에 가해지는 조향 토크를 측정하기 위한 센서;
(4) 다양한 스위치들
차량-속도·상호-차량-거리 제어스위치(146) : 후술되는 바와 같이 차량-속도·상호-차량-거리 제어를 하기 위하여 운전자에 의하여 작동되는 스위치;
레인 킵 스위치(Lane keep switch)(148) : 후술되는 바와 같이 레인 킵 제어를 하기 위하여 운전자에 의해 작동되는 스위치;
추천 차량-속도 안내스위치(Recommended vehicle-speed guidance switch)(150) : 후술되는 바와 같이 추천 차량-속도 안내제어를 하기 위하여 운전자에 의하여 작동되는 스위치.
도 6은 후술되는 바와 같이, 차량정보 획득시스템(122)을 구성하는 다양한 장치들을 나타낸다.
(1) 가속도와 관련된 센서들
길이방향 가속도센서(160) : 차량의 길이방향 가속도를 측정하기 위한 센서;
측방향 가속도센서(162) : 기본적으로 차량의 중력중심에 작용하는 측방향 가속도인 차량의 측방향 가속도를 측정하기 위한 센서;
수직방향 가속도센서(164) : 각각의 휠(10)과 차량몸체 사이에서 상대적인 수직방향 가속도를 측정하는 센서;
(2) 속도들과 관련된 센서
수직방향 속도센서(168) : 차량의 주행속도인 차량속도를 측정하기 위한 센서;
휠 속도센서(170) : 각 휠(10)의 회전속도인 휠 속도를 측정하기 위한 센서;
요속도센서(yaw rate sensor)(172) : 차량의 중력중심에 대하여 차량몸체의 요속도를 측정하기 위한 센서;
(3) 파워 트레인(power train)에 관련된 센서들
엔진속도센서(176) : 엔진(14)의 1회전속도를 측정하는 센서;
출력 샤프트 속도센서(177) : 토크 컨버터(22)의 출력샤프트의 회전속도를 측정하기 위한 센서;
(4) 여타의 감지장치들:
타이어 팽창압력 센서(178) : 각 휠(10)의 타이어 팽창압력을 측정하는 센서;
도로경사 추정 장치(180) : 차량이 주행하는 노면의 경사각(특히, 차량의 측방향의 경사각)을 추정하는 장치.
도로경사 추정 장치(180)는 예를 들어, 차량정보 획득시스템(122)에 포함되는 측방향 가속도센서(162), 휠속도센서(170) 및 요속도센서(172)와 같은 일부 센서들로부터의 신호들을 토대로 경사각을 추정할 수 있다.
도 7은 아래의 목록과 같이, 환경정보 획득시스템(124)을 구성하는 다양한 장치들을 나타낸다.
(1)전방 모니터링 레이다 장치(190)
이러한 장치는 당해 차량에 대하여, 차량의 전방에 존재하는 (순방향 차량 또는 장애물과 같은)물체의 거리, 위치 등등을 레이다에 의하여 모니터링하도록 되어 있다.
(2) 전방 모니터링 카메라 장치(192)
이러한 장치는 당해 차량의 전방의 이미지(예를 들어, 도로, 순방향 차량, 장애물 등등을 포함)를 카메라로 캡처하도록 되어 있다.
(3) 네비게이션 시스템(194)
이러한 시스템은 지구(globe) 또는 맵상에서 차량의 현재 위치를 확인 또는 판정하고, 맵상의 선택된 도로를 따라 차량을 안내하는데 사용된다.
(4) 통신시스템(196)
이러한 시스템은, 차량이 현재 주행중이거나 주행하려고 하는 (도로 μ와 같은)도로의 표면조건 또는 (도로형상과 같은)지오메트리 특성에 관한 환경정보 및 도로에 대한 도로교통법률(Road Traffic Act) 또는 여타의 법규(regulation)에 따라 결정되는 속도제한 및 정지위치(들)과 같은 환경 정보를 무선으로 수신하게 되어 있다.
통신시스템(196)은 대상 차량에 의하여 추정되는 다양한 종류의 정보를 또 다른 차량과 같은 외부로 또는 정보관리센터로 전송하는 기능을 갖도록 설계될 수 있다. 대상 차량에 의하여 추정되는 다양한 정보는 대상 차량이 이동했거나 현재 주행중인 도로의 마찰계수(μ)와 관련된 정보 및 대상 차량이 이동할 것으로 알려진 주행트랙 또는 경로에 관한 정보를 포함하는 것으로 정의될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 통합된 차량운행 제어시스템의 소프트웨어 구성은 복수의 계층 레벨을 갖는 분류체계의 형태로 구성되어, 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)이 구동정보 획득시스템(120), 차량정보 획득시스템(122) 및 환경정보 획득시스템(124)로부터 액추에이터들(70 내지 82)을 향하는 방향으로 상기 순서대로 순차적으로 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, ROM(94)은 상위레벨 명령섹션(210)과 관련된 상위레벨 명령모듈을 저장한다. 또한, ROM(94)은 후술되는 바와 같이, 하위레벨 명령섹션(212)과 관련된 하위레벨 명령모듈 및 실행섹션(215)과 관련된 실행모듈을 저장한다.
한편, 하나의 모듈은 하나의 제어흐름을 형성하는 하나의 프로그램유닛만을포함하도록 구성되거나 또는 복수의 프로그램유닛을 포함하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상위레벨 명령모듈은 후술되는 바와 같이, 타겟 길이방향 가속도의 산출, 타겟 조향각의 산출 및 최종 타겟값의 선택을 수행하도록 각각 제공되는 복수의 프로그램유닛들을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 개별적인 모듈은, PU(92)에 의하여 상위레벨 명령섹션(210), 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)에 대하여 서로 독립적으로 실행된다.
여기서, 운행 제어시스템 및 관련된 획득시스템들(120, 122, 124) 및 액추에이터들(70 내지 82)의 기능들이 사람의 기능과 비교하여 개략적으로 설명된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 획득시스템들(120, 122, 124)은 사람의 감각기관(sensory organ)과 유사한 기능을 수행하고, 상위레벨 명령섹션(210)은 사람의 두뇌와 유사한 기능을 수행하는 한편, 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)은 사람의 운동신경조직(motor nerves)과 유사한 기능을 수행한다. 액추에이터들(70 내지 82)은 사람의 보행기관(organs of locomotion)과 유사한 기능을 수행한다.
도 8은 기능에 관하여 조직되는 상위레벨 명령섹션(210)의 소프트웨어 구성을 나타내는 블럭다이어그램이다.
상위레벨 명령섹션(210)은 다음의 유닛들을 포함할 수 있다 :
(1) 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(220) : (도 3에 도시된 상위레벨 명령모듈과 같은)타겟 길이방향 가속도 계산모듈에 대응하고, 차량에 대하여 하나의 타겟 길이방향 가속도가 선택되는, 복수의 타겟 길이방향 가속도(gx1 내지 gx5)를 계산하도록 되어 있는 유닛;
(2) 타겟 조향각 계산유닛(222) : (도 3에 도시된 바와 같이 상위레벨 명령모듈과 같은)타겟 조향 계산모듈에 대응하고, 차량에 대하여 하나의 조향각이 선택되는 복수의 타겟 조향각(δ1 내지 δ2)을 계산하도록 되어 있는 유닛;
(3) 선택유닛(224) : (도 3에 도시된 상위레벨 명령모듈과 같은)2개의 선택모듈중의 하나에 대응하고, 타겟 길이방향 가속도(gx6)로서 상술된 복수의 타겟 길이방향 가속도들 중의 하나를 선택하도록 되어 있는 유닛;
(4) 선택유닛(226) : (도 3의)2개의 선택모듈 중의 나머지 하나에 대응하고, 타겟 조향각(δ3)으로서 상술된 복수의 타겟 조향각들 중의 하나를 선택하도록 되어 있는 유닛.
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(220)은 3개의 신호처리유닛(240, 242, 244)을 포함한다.
(1) 신호처리유닛(240)
이러한 유닛(240)은 구동정보 획득시스템(120)으로부터의 신호를 컴퓨터(90)로 처리될 수 있는 대응하는 신호들로 변환시키는 역할을 한다.
(2) 신호처리유닛(242)
이러한 유닛(242)은 차량정보 획득시스템(122)으로부터의 신호를 컴퓨터(90)로 처리될 수 있는 대응하는 신호로 변환시키는 역할을 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 신호처리유닛(242)은 타이어상태 판정유닛(250)을 포함한다. 이러한 유닛(250)은, 타이어 팽창압력센서(178), 휠속도센서(170) 등등으로부터의 신호를 토대로, 각 휠(10)의 타이어의 조건들(예를 들어, 팽창압력, 표면특성 등등을 포함)이 비정상인지의 여부를 판정하도록 되어 있다.
신호처리유닛(242)은 도 9에 도시된 바와 같이, 순방향-구동, 역방향-구동 및 정지판정유닛(252)을 더 포함한다. 이러한 유닛(252)은, 휠속도센서들(170)로부터의 신호들을 토대로, 차량이 현재 순방향으로 주행하는지 역방향으로 주행하는지 또는 정지상태에 있는지의 여부를 판정하도록 되어 있다.
예를 들어, 순방향-구동, 역방향-구동 및 정지판정유닛(252)은, 4개의 휠 모두의 휠속도가 0일때, 차량이 정지상태에 있는 것으로 판정하고, 4개의 휠 중의 1이상의 휠속도가 양의 값일 때, 차량이 순방향으로 주행하고 있는 것으로 판정한다. 판정유닛(252)은 또한, 4개의 휠들 중의 1이상의 휠속도가 음의 값일 때는, 차량이 역방향으로 주행하고 있는 것으로 판정한다.
신호처리유닛(242)은 도 9에 도시된 바와 같이, 터닝판정유닛(254)을 더 포함한다. 이러한 유닛(254)은 핸들각도센서(140), 요속도센서(172) 등등으로부터의 신호들을 토대로, 차량이 현재 터닝중인지의 여부를 판정하도록 되어 있다.
예를 들어, 터닝판정유닛(254)은 핸들각도의 절대값이 0이 아닌 설정값(예를 들어, 30°)보다 큰 경우 또는 요속도의 절대값이 0이 아닌 설정값보다 큰 경우에 차량이 현재 터닝중이라고 판정한다. 판정유닛(254)은 다른 경우에는 차량이 터닝하지 않은 것으로 판정한다.
(3) 신호처리유닛(244)
이러한 유닛(244)은 도 8에 도시된 바와 같이, 환경정보 획득시스템(124)으로부터의 신호를 컴퓨터(90)로 처리될 수 있는 신호로 변환하는 역할을 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 신호처리유닛(244)은 추천 주행트랙 계산유닛(356)을 포함한다. 이러한 유닛은 설정시간 T0 sec. 이 지날 때까지 주행동안에, 각각의 국부적인 지점으로부터 차량이 이동할 것으로 알려지는 트랙을 따라 추천 주행트랙을 계산하도록 되어 있다.
예를 들어, 설정시간(T0)은 차량의 주행속도가 사전설정된 감속도(예를 들어, -2.0 m/s2)로 현재 차량속도로부터 감소될 때, 차량을 정지시키는데 걸리는 시간으로 산출될 수 있다. 설정시간(T0)은, 차량이 시간에 따라 변화하는 타겟 감속도로 감속될 때, 후술되는 바와 같은 계산방법으로 차량을 정지시키는데 걸리는 시간으로 계산될 수도 있다.
추천 주행트랙 계산유닛(256)에서, 추천 주행트랙은 예를 들어, 전방모니터링 카메라장치(192)에 의해 찍힌 차량 전방이미지, 네비게이션 시스템(194)에 의하여 획득된 전류위치 및 차량이 현재 주행중인 도로부분의 지오메트리 형상(예를 들어, 직선도로 또는 곡선도로)을 토대로 계산될 수 있고, 상기 부분은, 각각의 국부적인 지점으로부터 설정시간(T0)이 경과할 때까지 이동하는 경우에, 차량이 통과할 것으로 예상되는 부분이다. 추천 주행트랙은 차량이 현재 주행중인 도로상의 레인(lane)의 중심선으로 정의된다.
신호처리유닛(244)은 도 10에 도시된 바와 같이, 기준 정지거리 계산유닛(25)을 더 포함한다. 이러한 유닛(244)은, 차량의 감속도가 설정값(예를 들어, -3.0 m/s2)을 초과하지 않는 정도로 감속될 때, 차량을 정지시키는데 소요되는 거리를 기준 정지거리로 계산하도록 되어 있다. 후술되는 계산방법을 이용하면, 차량이 시간에 따라 변화하는 타겟 감속도로 감속될 때, 차량을 정지시키는데 소요되는 거리로부터, 기준 정지거리를 계산할 수도 있다.
기준 정지거리 계산유닛(257)은 예를 들어, 통신시스템(195), 차량상태량 추정유닛(이하에 후술됨) 등등으로부터 차량이 주행중이거나 주행하려고 하는 도로의 도로 μ정보를 검색한다. 도로 μ정보는 마찰계수 및 당해 도로가 건조한 아스팔트도로, 젖은 아스팔트도로, 눈덮힌 도로, 압축된 눈덮힌 도로(pressed sonw road), 크러스트(또는 빙판) 및 자갈도로 중의 하나인지의 여부에 관한 정보를 포함할 수 있다.
기준 정지거리 계산유닛(257)은 또한, 차량이 현재 주행중이거나 또는 주행하려고 하는 도로의 각각의 지점에서 예를 들어, 통신시스템(196), 네비게이션시스템(194), 전방모니터링 카메라 장치(192) 등등으로부터 (도로형상의 일례로서)곡률반경에 관한 정보를 검색한다.
기준 정지거리 계산유닛(257)은, 상술된 바와 같이 검색된 도로 μ정보 및 곡률반경 정보를 토대로, 이하의 계산방법에 따라, 현재 차량속도로부터 감속될 때, 차량을 정지시키는데 소요되는 거리를 계산한다. 계산방법은 상기 설명에서 2번 언급되는 바와 동일하다.
(1) 현재 차량상태의 산출
현재 측방향 가속도(GY) 및 타겟 길이방향 가속도(GX)는 차량이 현재 주행중인 도로에 대한 도로 μ(상기 도로 μ정보로 표현됨) 및 현재 차량속도(V)를 토대로 계산된다.
현재 측방향 가속도(GY)는 현재 차량속도(V)의 제곱을 (곡률반경 정보 또는 핸들각도로부터 얻어질 수 있는)차량의 터닝반경(R)으로 나누어서 얻어지거나 또는 측방향 가속도센서(162)의 검출값으로 얻어질 수 있다.
이에 따라, 산출된 측방향 가속도(GY)가 도로 μ의 절반(도로 μ정보내의 에러를 고려하여 도로 μ보다 낮게 설정되는 설정값의 일례) 또는 제한값(예를 들어, 3.0 m/s2)을 초과하는 경우에, 현재 타겟 길이방향 가속도(GX)가 최소(√((0.8·μ·9.82)-GY2),3.0)로 설정된다. 초과하지 않는 경우에는, 현재 타겟 길이방향 가속도(GX)가 0으로 설정된다.
제곱근내의 값이 산출이 불가능한 음의 값이면, 현재 타겟 길이방향 가속도(GX)가 설정된 감속도(예를 들어, -1.0 m/s2)과 동일해진다.
(2) (계산간격의 예로서)5ms 후에 달성될 차량상태 산출
현재의 시간지점의 5ms후에 달성될 차량속도(V5)는 다음의 수학식에 따라 추정된다.
V5 = V + GX·0.005
현재 위치로부터 주행방향으로 현재시간으로부터 5ms 후에 도달되는 거리까지의 차량의 거리(L5)는 다음의 수학식에 따라 산출된다.
L5 = V·0.005
5ms 후에 달성될 측방향 가속도(GY5)는 다음의 수학식에 따라 추정되며, R5는 차량의 현재 위치로부터 주행방향으로 거리(L5)만큼 떨어져 있는 지점에서 도로의 곡률반경을 나타낸다.
GY5 = V52/R5
5ms 후에 달성될 타겟 길이방향 가속도(GY5)는 (1)의 경우에서와 같이, 추정된 측방향 가속도(GY5)를 토대로 판정된다.
(3) 10ms 후에 달성될 차량상태의 산출
현재 시간으로부터 10ms 후에 달성될 차량속도(V10)는 다음의 수학식에 따라 추정된다.
V10 = V5 + GX5·0.005
현재 위치로부터 주행방향으로 10ms 후에 도달될 위치까지의 차량의 거리(L10)는 다음의 수학식에 따라 산출된다.
L10 = L5 + V5·0.005
10ms 후에 달성될 측방향 가속도(GY10)는 다음의 수학식에 따라 추정되며, R10은 차량의 현재 위치로부터 주행방향으로 거리(L10)만큼 떨어져 있는 지점에서 도로의 곡률반경을 나타낸다.
GY10 = V102/R10
10ms 후에 달성될 타겟 길이방향 가속도(GY10)는 상기 (1)의 경우에서와 같이, 추정된 측방향 가속도(GY10)를 토대로 판정된다.
(4) 5·n[ms] 후에 달성될 차량상태의 산출(여기서, n:계산 사이클≥3)
현재 시간으로부터 5·n[ms] 후에 달성될 차량속도 V(5·n)는 다음의 수학식에 따라 추정된다.
V(5·n) = V(5·(n-1) + GX (5·(n-1))·0.005
현재 위치로부터 주행방향으로 5·n[ms] 후에 도달될 위치까지의 차량의 거리 L(5·n)는 다음의 수학식에 따라 산출된다.
L(5·n) = L(5·(n-1) + V(5·(n-1))·0.005
5·n[ms] 후에 달성될 측방향 가속도(GY(5·n))는 다음의 수학식에 따라 추정되며, 여기서 R(5·n)은 차량의 현재 위치로부터 주행방향으로 거리 L(5·n)만큼 떨어져 있는 위치에서 도로의 곡률반경을 나타낸다.
GY(5·n) = V(5·n)2/R(5·n)
5·n[ms] 후에 달성될 타겟 길이방향 가속도(GY(5·n))는 상기 (1)의 경우에서와 같이, 추정된 측방향 가속도(GY(5·n))를 토대로 판정된다.
(5) 차량속도(V(5·n))가 0이 될 때까지 즉, 차량이 정지될 때까지 상기 계산사이클이 반복된다. 이 때 거리(V(5·n))는 기준 정지거리로 판정된다.
상기에 추가하여, 각각의 계산사이클에 사용된 도로 μ는 각각의 계산사이클에 대하여 외부로부터 얻어질 수 있지만, 도로 μ가 너무 빈번히 바뀌지는 않는다는 점을 고려하여, 예를 들어, 계산사이클의 주기보다 긴 설정시간 간격(예를 들어, 1min. 또는 몇 분)에서 외부로부터 얻어질 수도 있다.
상술된 계산방법에 따르면, 차량속도, 주행방향으로 측정된 거리, 차량이 정지되는 지점까지 각각의 지점에서의 길이방향 가속도 및 측방향 가속도가 미리 추정된다. 따라서, 추정된 차량조건들이 기준정지거리를 산출하는 용도 뿐만 아니라, 여타의 목적으로도 사용될 수 있다. 예를 들어, 추정된 차량상태량은 차량이 미래에 어떤 지점에서 어떤 요건을 만족시키도록 차량에서 일반적으로 수행될 제어작업을 미리 정확하게 예측하고, 예를 들어, 도로 μ에 의하여 물리적으로 결정된 차량제한값을 초과하지 않으면서, 예측된 제어들에 따라 차량속도를 제어하는데 용이하게 사용될 수 있다.
신호처리유닛(244)은 도 10에 도시된 바와 같이, 추천 차량속도 획득유닛(258)을 더 포함한다. 이러한 유닛(258)은, 통신시스템(196)이 차량의 외부로부터 무선으로 수신하는 신호들을 토대로, 차량이 현재 주행중이거나 주행하려고 하는 도로에 대한 법규에 의하여 정해진 속도제한값 및 정지위치(들)과 같은 교통정보를 획득하는 역할을 하며, 이에 따라 획득된 교통정보를 토대로, 운전자가 교통법규를 준수하도록 실제 차량속도가 초과하지 않도록 추천되는 추천차량속도를 계산한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(220)은 gx1 계산유닛(260), gx2 계산유닛(262) 및 구동보조제어유닛(264)을 포함하며, 이들은 상기 복수의 타겟 길이방향 가속도들을 계산하도록 작동된다.
gx1 계산유닛(260)은 구동정보 획득시스템(120)에 의하여 획득된 가속 스트로크 및 제동작동력(즉, 브레이크 페달에 가해진 힘)을 선택적으로 이용하여 타겟 길이방향 가속도(gx1)를 계산한다.
보다 상세하게는, gx1 계산유닛(260)은 예를 들어, 가속 스트로크가 0보다 크고 제동작동력이 0일때(즉, 운전자에 의한 구동효과가 검출될 때), 도 11의 그래프에 도시된 관계에 따라, 가속 스트로크(acc)를 토대로 타겟 길이방향 가속도(gx1)를 계산한다. 한편, 제동작동력이 0보다 클 때(즉, 브레이크가 가해질 때)는, gx1 계산유닛(260)이 도 12에 도시된 관계에 따라, 제동작동력(br)을 토대로 타겟 길이방향 가속도(gx1)를 계산한다.
gx2 계산유닛(262)은 추천 주행트랙 및 도로 μ정보를 토대로 타겟 길이방향 가속도(gx2)를 계산한다. 보다 상세하게는, gx2계산유닛(262)은 길이방향 가속도로서, 상술된 기준정지거리를 얻기 위한 길이방향 가속도 계산방법과 동일한 방법에 의하여, 기준정지거리에 대응하는 추천 주행트랙 부분에 대하여 차량이 각 지점에서 주행할 것으로 가정되는 길이방향 가속도를 판정한다.
구동보조 제어유닛(265)은 상기 액추에이터들(70 내지 82) 중의 적절한 액추에이터 또는 액추에이터들을 선택하고, 차량의 안전성을 개선시키기 위한 목적으로, 원래는 운전자에 의하여 수행되어야 하는 구동작동을 운전자 대신 실행하거나 또는 운전기술의 부족에 대하여 운전자의 판단 및 주의를 보충하여 선택된 액추에이터(들)를 자동으로 제어한다.
도 13은 구동보조 제어유닛(264)에 의하여 실현된 기능들을 나타내는 블럭다이어그램이다. 상기 기능은 아래에 기재된다.
(a) 차량-속도·상호-차량거리 제어시스템(270)
이러한 시스템(270)은 실제 차량속도가 운전자에 의하여 선택된 설정 차량속도와 동일해지도록 제어하고, 타겟 길이방향 가속도(gx4)로서, 차량속도의 제어에 필요한 길이방향 가속도를 계산한다.
차량-속도·상호-차량거리 제어시스템(270)은 또한 상호-차량 거리제어(즉, 이에 따른 주행제어)를 수행한다. 보다 상세하게는, 시스템(270)은 전방 모니터링 레이다 장치(190)로부터의 신호를 토대로, 차량이 사전설정된 차량속도를 초과하지 않는 한, 순방향 차량의 속도에 따라 대상차량의 속도를 감소시키거나 순방향 차량의 속도에 따라 대상차량의 속도를 증가시키거나 순방향 차량의 정지시에 차량을 정지시켜 상호-차량거리를 제어한다.
차량 속도·상호-차량거리 제어시스템(270)이 타겟 길이방향 가속도(gx4)를 계산하는 원리의 일례가 설명된다.
차량 속도·상호-차량거리 제어시스템(270)은, 순방향 차량 또는 장애물이 기준정지거리에 대응하는 추천 주행트랙의 부분상에 존재하는지의 여부를 판정한다. 순방향 차량 또는 장애물이 존재한다면, 시스템(270)은, 대상차량이 순방향 차량 또는 장애물의 현재 위치에 도달될 것으로 가정되는 내내, 대상차량의 속도가 현재 차량속도로부터 감소되어, 대상차량의 실제 차량속도가 순방향 차량 또는 장애물의 속도와 일치하게 될 것으로 가정한다. 장애물이 지면 등등에 고정되어 있는 경우에는, 예를 들어, 대상차량의 실제 차량속도가 0으로 감소된다.
대상 차량의 가정된 감속시에, 차량 속도·상호-차량거리 제어시스템(270)은, 기준정지거리를 얻기 위하여 길이방향 가속도를 계산하는 방법과 동일한 방법을 이용하여, 현재 지점의 시간과 차량이 순방향 차량 또는 장애물의 현재 위치에도달될 것으로 예상되는 시간 사이의 설정시간 간격(예를 들어, 5ms)으로 각각의 국부적인 지점에서 차량의 길이방향 가속도를 타겟 길이방향 감속도(gx4)로 판정한다. 달리 말하면, 타겟 길이방향 가속도(gx4)는 순방향 차량 또는 장애물과 대상 차량의 충돌을 피하기 위하여 필요한 길이방향 가속도로서 판정된다.
(b) 추천 차량속도 안내시스템(272)
이러한 시스템(272)은 실제 차량속도가 추천 차량속도로부터 크게 벗어나지 않도록 제어된다. 따라서, 시스템(272)은 이러한 기능을 달성하기 위해 필요한 길이방향 가속도를 타겟 길이방향 가속도(gx3)로서 계산한다.
현재 차량속도가 추천 차량속도보다 큰 경우에는, 예를 들어, 추천 차량속도 안내시스템(272)가 감속도측 설정값(예를 들어, -2.0 m/s2)을 타겟 길이방향 가속도(gx3)로 판정한다. 현재 차량속도가 추천 차량속도와 실질적으로 동일한 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx3)가 0 m/s2으로 설정된다. 현재 차량속도가 추천 차량속도보다 낮은 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx3)가 가속도측 설정값(예를 들어, 2.0 m/s2)으로 설정된다.
(c)자동 비상 브레이크시스템(274)
이러한 시스템(274)은, 전방 모니터링 레이다 장치(190), 전방 모니터링 카메라 장치(192), 통신시스템(196) 등등으로부터의 신호를 토대로, 차량이 긴급히 정지해야 할 팔요가 있는지의 여부를 판정하도록 되어 있다. 차량이 긴급히 정지해야 할 필요가 있는 경우에는, 시스템(274)이 액추에이터를 제어하여 차량을 정지시킨다. 따라서, 자동 비상 브레이크시스템(274)는 이러한 기능(즉, 차량의 신속한 정지)을 실현하기 위해 필요한 길이방향 가속도를 타겟 길이방향 가속도(gx5)로 계산한다.
예를 들어, 자동 비상 브레이크시스템(274)이 차량이 긴급히 정지해야 할 필요가 있다고 판정하면, 타겟 길이방향 가속도(gx5)가 감속도측 설정값(예를 들어, -12.0 m/s2)으로 설정된다. 한편, 차량이 긴급히 정지할 필요가 없는 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx5)가 0이상의 사전설정된 값(예를 들어, 2.0 m/s2)으로 설정된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 타겟 조향각 계산유닛(222)은 δ1 계산유닛(280) 및 구동보조 제어유닛(282)을 포함한다.
(1) δ1 계산유닛(280)
이러한 유닛(280)은 핸들각도(θ)를 토대로 타겟 조향각도(즉, 전방-휠 조향각의 타겟값)(δ1)를 계산하도록 되어 있다. 타겟 조향각(δ1)은 핸들각(θ)을 고정된 값으로서 조향기어비(steering gear ratio)로 나누거나, 핸들각(θ)을 차량속도와 같은 차량상태량에 민감한 변수로서 조향기어비로 나누어 계산될 수 있다.
본 실시예에는, 우측 및 좌측 전방휠들을 핸들(44)과 기계적으로 링크시키기 위한 조향기어가 없지만, 전방-휠 조향각(δ)과 핸들각(θ) 사이의 관계(비율)가 조향기어가 실제로 존재한다는 가정하에 기술되고 있음을 이해할 것이다.
(2) 구동보조 제어유닛(282)
이러한 유닛(282)은, 원래는 운전자에 의하여 수행되어야 하는 구동작업을 운전자 대신에 실행하기 위하여 상술된 복수의 액추에이터들을 제어하도록 되어 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 구동보조 제어유닛(282)은 레인 킵 시스템(286)을 포함한다. 레인 킵 시스템(286)은 기준정지거리의 길이에 걸쳐, 타겟 길이방향 가속도(gx4)에서 추천 주행트랙을 따르거나 추적하도록 차량에 대하여 필요한 조향각(δ2)을 계산하도록 되어 있다.
레인 킵 시스템(286)이 타겟 조향각(δ2)을 계산하는 원리의 일례가 설명된다.
차량이 추천 주행트랙을 추적하는 기간 동안, 각 시간 지점에서의 타겟 차량속도(Vd)는 다음의 수학식으로 표현되며, Vd는 t0의 간격에서 계산되고, V0는 현재 차량속도를 나타낸다.
Vd(n) = V(n-1) + gx4·t0
상기 표현에서, "(n)"은 계산회수를 나타내며, "n"은 차량이 기준정지거리의 길이에 걸쳐 운행할 때마다 1씩 증가된다.
각 시간지점(t)에서 차량의 위치(X, Y)는 원점이 (X0, Y0)인 직각좌표시스템상에, 다음의 수학식으로 표현된다.
X(t) = X0 + V·∫cos(β + ya)dt
Y(t) = Y0 + V·∫sin(β + ya)dt
여기서,
X : 차량의 측방향에 평행한 X축선상의 좌표값
Y : 차량의 길이방향에 평행한 Y축선상의 좌표값
β: 차량몸체 슬립각(slip angle)
ya : 차량의 요각도(요속도를 시간에 대하여 적분하여 얻어질 수 있음)
차량몸체 슬립각(β)이 거의 0이라고 가정하면, 매 회(n)의 차량의 위치(X(n), Y(n))가 다음의 수학식으로 표현된다.
X(n) = X(n-1) + V(n)·cos(ya)·t0
Y(n) = Y(n-1) + V(n)·cos(ya)·t0
이들 표현식은 상술된 바와 같이 차량위치와 속도간의 관계의 일례를 나타낸다.
매 회(n)의 요각도(ya(n))는 다음의 수학식으로 표현된다.
ya(n) = ya(n-1) + t0·V(n)·δ(n)/L·(1 + Kh·V(n)2)
여기서,
δ: 차량조향각 또는 전방-휠 조향각
Kh : 안정성 팩터(공지됨)
L : 휠베이스(공지됨)
따라서, 차량이 기준정지거리의 길이에 걸쳐 주행하는 동안 매 회(n)의 타겟 조향각(δ2)은, 도로경사 추정장치(180)에 의하여 추정된 도로경사각(sa)을 고려하여, 다음의 수학식으로 표현된다.
δ2(n) = (ya(n) - ya(n-1))·(1 + Kh·V(n)2)·L/(t0·V(n))- L·Kh·sa
이러한 표현식은 차량의 거동을 꾸준히 선형적으로 기술하는 자전거모델을 나타낸다. 즉, 자전거모델은 차량의 동적 거동이 아닌, 정적 거동을 기술한다.
레인상에서 차량이 추천 주행트랙을 계속 주행하게 하는데 필요한 조향각(δ)이 예를 들어, 90°만큼 크다면, 레인을 유지하기 위하여 레인 킵 시스템(286)에 의존하기 보다는, 운전자가 차량을 이동시키거나 동작시키는 것이 더 적절하다.
그러나, 차량의 주행시에, 그 다음 순간에 레인을 키핑시키는데 필요한 조향각이 90°보다 현저히 큰 것으로 알려질 때, 조향각레인 킵 시스템(286)에 의한 레인 킵 제어가 갑자기 취소되면, 운전자는 초조함을 느낄 수 있다.
상기 상황을 고려하여, 차량의 미래의 주행트랙이 다소 긴 범위에 걸쳐 예측되고, 운전자는, 미래의 어떤 지점에 레인 키핑을 위하여 큰 조향각(δ)이 필요하다고 알려지는 시점에 즉, 큰 조향각(δ)이 실제로 요구되는 시점의 훨씬 이전에, 미래의 레인 킵 제어의 취소가능성에 대한 경고를 받게 된다. 이러한 방식으로, 운전자에게 경고되면, 운전자는 가능성을 알아채고 차량을 운전하여, 레인 킵 제어가 실제로 취소되는 경우에 초조해하거나 당혹해하지 않을 것이다.
상술된 바와 같이 계산된 5개의 타겟 길이방향 가속도(gx1 내지 gx5)는 도 8에 도시된 바와 같이, 선택유닛(224)에 공급된다. 선택유닛(224)은 사전설정된 선택룰에 따라, 5개의 타겟 길이방향 가속도(gx1 내지 gx5) 중의 적절한 하나를 타겟 길이방향 가속도(gx6)로서 선택한다.
선택룰을 설정하기 위해 채택된 기본 개념은 다음과 같다:
(1) 운전자가 차량-속도·상호-차량 거리제어의 실행을 허용하도록 차량속도·상호-차량거리 제어스위치(146)가 운전자에 의하여 동작되는 경우에, 타겟 길이방향 가속도는 이것이 차량의 구동을 위한 구동작업인지 차량의 제동을 위한 제동작업인지의 여부에 관계없이 운전자의 작업에 주어진 우선순위에 따라 선택된다.
(2) 추천 차량-속도 안내스위치(150)가 운전자에 의하여 동작되고 이에 따라, 운전자가 추천 차량-속도 안내제어의 실행을 허용하는 경우에, 선택기준은, 운전자의 작업이 차량을 구동시키기 위한 구동작업인지 도는 차량을 제동시키기 위한 제동작업인지에 따라 달라진다.
a . 구동작업시(During Driving Operation)
실제 차량속도가 추천 차량속도 이하인 경우에, 타겟 길이방향 가속도는 운전자의 작업에 주어진 우선순위에 따라 선택된다. 실제 차량속도가 추천 차량속도보다 높은 경우에는, 타겟 길이방향 가속도가 추천 차량속도를 달성하도록 선택된다.
b. 제동작업시
타겟 길이방향 가속도는, 실제 차량속도가 추천 차량속도와 같은지 또는 보다 작은지에 관계없이, 운전자의 적업에 주어진 우선순위에 따라 선택된다.
(3) 자동 비상 브레이크시스템(274)이 차량이 긴급히 정지되어야 할 필요가 있는 것으로 판정하는 경우에는, 운전자가 구동작업을 수행하더라도, 타겟 길이방향 가속도는 차량의 비상정지를 실현시키기 위하여 선택된다. 운전자가 제동작업을 수행하면, 보다 큰 절대값을 갖는 것이 자동 비상 브레이크시스템(274)에 의하여 계산된 타겟 길이방향 가속도(gx5)(좁은 의미로 감속도를 의미함) 및 운전자의 제동작업을 반영하는 감속도로부터 타겟 길이방향 가속도(gx6)로서 선택된다.
선택룰들이 일반적으로 상술되었지만, 이제 보다 상세히 설명된다.
(1) 차량-속도·상호-차량 거리 제어스위치(146)가 작동되고, 추천 차량-속도 안내스위치(150)가 또한 작동되는 경우
a. 제동작동력(즉, 브레이크 페달에 가해진 힘)이 0보다 크면, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx1, gx2, gx3, gx4, gx5)
b. 제동작동력이 0인 경우에는, 가속 스트로크가 0보다 크고, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(max(gx1, gx2, gx4), gx3, gx5)
c. 제동작동력 및 가속 스트로크 모두가 0이면, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx2, gx3, gx4, gx5)
(2) 차량-속도·상호-차량 거리 제어스위치(146)가 작동되지만, 추천 차량-속도 안내스위치(150)가 작동되지 않는 경우
a. 제동작동력이 0보다 크면, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx1, gx2, gx4, gx5)
b. 제동작동력이 0이고, 가속 스트로크가 0보다 큰 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(max(gx1, gx2, gx4), gx5)
c. 제동작동력 및 가속 스트로크가 모두 0인 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx2, gx4, gx5)
여기서,
min(,) : 괄호안의 복수의 계산값들로부터 선택된 최소값
max(,) : 괄호안의 복수의 계산값들로부터 선택된 최소값
(3) 차량-속도·상호-차량 거리 제어스위치(146)가 작동되지 않지만, 추천 차량-속도 안내스위치(150)가 작동되는 경우
a. 제동작동력이 0보다 큰 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx1, gx3, gx5)
b. 제동작동력이 0이고, 가속 스트로크가 0보다 큰 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx1, gx3, gx5)
c. 제동작동력 및 가속 스트로크 모두가 0인 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 다음과 같이 선택된다.
gx6 = min(gx3, gx5)
(4) 차량속도·상호-차량 거리 제어스위치(146)와 추천 차량-속도 안내스위치(150) 모두가 작동되지 않는 경우
gx6 = min(gx1, gx5)
상술된 바와 같이 계산된 2개의 타겟 조향각(δ1 및 δ2)은 도 8에 도시된 바와 같이 선택유닛(226)에 공급된다. 선택유닛(226)은 사전설정된 선택룰에 따라, 상술된 바와 같이, 타겟 조향각들(δ1 및 δ2) 중의 적절한 하나를 타겟 조향각(δ3)으로 선택한다.
선택룰의 개념은 다음과 같다.
(1) 레인 킵 스위치(148)가 운전자에 의하여 작동되고, 운전자가 그/그녀 스스로 조향제어를 수행하려 하지 않는 의도를 나타낼 때, 레인 킵 시스템(286)에 의하여 계산된 타겟 조향각(δ2)이 타겟 조향각(δ3)으로 선택된다.
(2) 레인 킵 스위치(148)가 운전자에 의하여 작동되지 않거나 레인 킵 스위치(148)가 작동되더라도, 운전자가 그/그녀 스스로 조향제어를 수행하려는 의도를 나타낼 때, 운전자에 의한 조향작용을 직접 반영하는 타겟 조향각(δ1)이 타겟 조향각(δ3)으로 선택된다.
선택유닛(226)은, 상술된 바와 같은 턴 판정유닛(254)으로부터의 정보를 토대로, 운전자가 그/그녀 스스로 조향제어를 수행하려는 의도를 나타내는지의 여부를 판정한다.
상위레벨 명령섹션(210)의 기능은 상술되었다. 도 15는 도 3의 상위레벨 명령모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
상위레벨 명령모듈에서, S1단계가 먼저 실행되어, 획득시스템들(120, 122, 124)로부터 신호를 처리한다. 이러한 S1단계는 3개의 신호처리유닛(240, 242, 244)을 구성한다.
S2단계에서, 상술된 타겟 길이방향 가속도(gx1)가 계산된다. 이러한 S2단계는 gx1계산유닛(260)을 구성한다. 다음으로, 상술된 타겟 길이방향 가속도(gx2)가 S3단계에서 계산된다. 이러한 S3단계는 gx2계산유닛(262)을 구성한다. 그 다음 S4단계에서는, 상술된 타겟 길이방향 가속도들(gx3, gx4, gx5)이 계산된다. 이러한 S4단계는 구동보조 제어유닛(264)을 구성한다. S5단계에서, 5개의 타겟 길이방향 가속도들(gx1 내지 gx5) 중의 하나가 타겟 길이방향 가속도(gx6)로 선택된다. 이러한 S5단계는 선택유닛(224)을 구성한다.
연이어, 상술된 타겟 조향각(δ1)이 계산된다. 이러한 S6단계는 δ1계산유닛(280)을 구성한다. 그 다음 S7단계에서, 타겟 조향각(δ2)이 계산된다. 이러한 S7단계는 구동보조 제어유닛(282)을 구성한다. 이어지는 S8단계에서는, 2개의 타겟 조향각(δ1 및 δ2) 중의 하나가 타겟 조향각(δ3)으로 선택된다. 이러한 S8단계는 선택유닛(226)을 구성한다.
이러한 방식으로, 상위레벨 명령모듈의 한 사이클이 실행된다.
도 16은 하위레벨 명령섹션(212)의 소프트웨어 구성을 나타내는 블럭다이어그램이며, 기능적 관점으로 조직된다.
하위레벨 명령섹션(212)은 다음의 유닛들을 포함하도록 구성된다.
(1) 차량상태량 추정유닛(300)
이러한 유닛(300)은 구동정보 획득시스템(120), 차량정보 획득시스템(122) 및 환경정보 획득시스템(124)으로부터의 신호들을 토대로, 공지된 원리에 따라 차량상태량을 추정하도록 되어 있다.
차량상태량 추정유닛(300)은, 각 휠(10)의 휠속도, 차량의 측방향 가속도, 요속도 및 여타의 파라미터들을 토대로, 차량속도(V), 차량이 주행중인 도로의 도로 μ, 차량몸체 슬립각(β), 전방-휠 슬립각(αf), 후방-휠 슬립각(αr) 및 여타의 차량상태량을 추정한다. 상위레벨 명령섹션(210)은 필요한 경우에 추정된 차량상태량들의 필수 상태량 또는 상태량로 간주될 수 있다.
차량상태 추정유닛(300)에서, 차량속도(V)는 종래기술에 공지된 바와 같이, 예를 들어, 4개의 휠들(10)의 휠속도들 중의 최대 값이 실제 차량속도와 거의 일치한다는 사실을 토대로 추정된다.
차량상태 추정유닛(300)에서, 도로 μ는 예를 들어, 타겟 요속도로부터 실제 요속도의 편차로서의 요속도가 설정값을 초과할 때 측정된 차량의 실제 길이방향 가속도 및 실제 측방향 가속도를 토대로 추정된다.
타이어 코너링 특성이 선형영역으로부터 비선형영역으로 시프트되는 시점에서 타이어와 도로 사이의 마찰계수가 아마도 그 피크값에 도달하고, 피크값은 도로 μ를 반영한다는 것이 일반적으로 고려된다.
타겟 요속도가 선형 자전거모델을 토대로 계산되는 경우에, 요속도편차가 설정값을 초과하는 상황은 타이어 코너링특성이 선형영역으로부터 비선형영역으로 시프트되는 것을 의미한다.
상술된 결과들을 기초로 하여, 본 실시예의 차량상태량 추정유닛(300)은, 요속도편차가 설정값을 초과할 때 측정된 실제 길이방향 가속도 및 실제 측방향 가속도를 토대로, 도로 μ를 추정한다. 보다 상세하게는, 도로 μ는 요속도편차가 설정값을 초과할 때 실제 길이방향 가속도의 제곱 및 실제 측방향 가속도의 제곱의 합의 제곱근으로 계산된다.
차량상태량 추정유닛(300)에서, 차량몸체 슬립각(β)은, 일본특허 제 2962025호에 개시된 바와 같이, 요잉 및 사이드슬립(yawing and sideslip)을 포함하는 평면운동을 나타내는 차량모델을 이용하여, 측방향 가속도, 차량속도, 요속도 및 여타의 파라미터를 토대로 추정된다. 차량모델은 차량의 동적거동을 설명하는 차량모델들의 일례이다.
(2) 타겟 차량상태량 계산유닛(302)
이러한 유닛(302)은 구동정보, 실제 차량상태량 등등을 토대로, 차량의 타겟 요속도(yrd) 및 타겟 차량몸체 슬립각(βd)을 타겟 차량 상태량으로 계산하도록 되어 있다. 따라서, 타겟 차량상태량 계산유닛(302)은 도 17에 도시된 바와 같이, 타겟 요속도 계산유닛(310) 및 타겟 차량몸체 슬립각 계산유닛(312)을 포함한다.
예를 들어, 타겟 요속도 계산유닛(310)은 다음의 수학식에 따라, 추정된 차량속도(V) 및 타겟 조향각(δ3)을 토대로 타겟 요속도(yrd)를 계산한다.
yrd = V·δ3/((1 + Kh·V2)·L)
한편, 타겟 차량몸체 슬립각 계산유닛(312)은 다음의 수학식을 토대로, 예를들어, 추정된 차량속도(V) 및 타겟 조향각(δ3)을 토대로, 타겟 차량몸체 슬립각(δd)을 계산한다.
δd = (1 - ((m·Lf·V2)/(2·L·Lr·Kr)))·Lr·δ3/((1 + Kh·V2)·L)
여기서,
m : 차량무게(공지됨)
Lf : 전방-휠 축선으로부터 차량의 중력중심까지의 거리(공지됨)
Lr : 후방-휠 축선으로부터 차량의 중력중심까지의 거리(공지됨)
Kr : 후방 휠의 코너링 스티프니스(cornering stiffness)(공지됨)
(3) 제어된 변수 계산유닛(304)
이러한 유닛(304)은, 차량거동의 안전성이 감소되지 않도록, 타겟 차량상태량 계산유닛(302)에 의하여 계산된 타겟 차량상태량을 실현하기 위하여 제어될 필요가 있는 복수의 액추에이터들(70 내지 83) 중의 적절한 액추에이터들의 제어된 변수를 계산하도록 되어 있다.
제어된 변수 계산유닛(304)은, 실제 차량상태량, 타겟 상태량 등등을 토대로, 최종 타겟 길이방향 가속도(gxd) 및 타겟 측방향 가속도(gyd)에 가해진 타겟 요잉모멘트(yawing moment)(Md)를 제어된 변수들로 계산한다. 따라서, 제어된 변수 계산유닛(304)은 도 18에 도시된 바와 같이, 타겟 요잉모멘트 계산유닛(320), 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324) 및 타겟 측방향 가속도 계산유닛(326)을 포함한다.
(a) 타겟 요잉모멘트 계산유닛(320)
타겟 요잉모멘트 계산유닛(320)은 다음의 수학식에 따라, 예를 들어, 실제 차량몸체 슬립각(β), 타겟 차량몸체 슬립각(βd), 실제 요속도(yr) 및 타겟 요속도(yrd)를 토대로, 차량몸체에 부가적으로 가해지는 타겟 요잉모멘트(Md)(상대값으로, 절대값이 아님)를 계산한다.
Md = a·(β-βd) + b(yr - yrd)
여기서,
a : 차량속도(V) 및 도로 μ에 따라 달라지는 고정값 또는 변수, 양의 부호를 가짐
b : 차량속도(V) 및 도로 μ에 따라 달라지는 고정값 또는 변수, 음의 부호를 가짐
(b) 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)은 상위레벨 명령섹션(210)으로부터 공급된 타겟 길이방향 가속도(gx6)를 보정하여, 차량거동이 불안정할 때, 차량의 가속경향이 감소되거나 억제된다(즉, 가속도가 감소되거나 가속모드가 감속모드로 스위칭되거나 감속도가 증가된다). 그런 다음, 계산유닛(324)은 필요에 따라 타겟 길이방향 가속도(gx6)를 보정하여, 최종 타겟 길이방향 가속도(gxd)를 계산한다.
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)은 타겟 길이방향 가속도(gx6)를 보정하기 위해 사용된 보정량(gPlus)을 결정한다. 본 실시예에서, 타겟 길이방향 가속도(gx6)는 gx6에 보정량(gPlus)를 더하여 보정된다. 보정량(Plus)은, 차량을감속시키기 위해 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 감소될 때는 음의 값을 취하고, 차량을 가속시키기 위해 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 증가될 때는 양의 값을 취한다.
보다 상세하게는, 본 실시예에서, 보정량(gPlus)의 임시값(gPlus0)은 타겟 요속도(yrd)로부터 실제 요속도(yr)의 요속도편차(△yr)의 절대값에 따라 결정된다. 예를 들어, 임시값(gPlus0)은, 절대값이 요속도편차(△yr)(degree/sec)의 절대값이 증가함에 따라 증가하는 음의 값으로 정의될 수도 있다.
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)은 또한, 보정을 위하여 임시값(gPlus0)에 곱해지는 게인(VGain)을 결정한다. 예를 들어, 게인(VGain)은 차량속도(V)가 증가함에 따라 1(최대값)까지 증가하는 값으로 정의될 수도 있다.
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)은 상술된 바와 같이 결정된 임시값(gPlus0)에 상술된 바와 같이 결정된 게인(VGain)을 곱하여 최종 보정량(gPlus)을 계산한다.
타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)은 타겟 길이방향 가속도(gx6)에 얻어진 보정량(gPlus)을 더하여 최종 타겟 길이방향 가속도(gxd)를 계산한다. 그러나, 본 실시예에서, 타겟 길이방향 가속도(gx6)는 도 20에 도시된 바와 같이, 차량이 가속하는 한, 변수감소비율(gk(%))로 감소된다. 또한, 타겟 길이방향 가속도(gxd)는 도로 μ에 대응하는 길이방향 가속도를 초과하지 않도록 제한되거나 억제된다. 이러한 제한제어는 차량의 구동시에 구동휠들의 스피닝 경향(spinning tendency)의 증가를 억제하기 위한 견인제어(traction control)와 동등하다.
본 실시예에서, 상술된 감소비율(gk(%))은 타겟 요잉모멘트(Md) 및 요속도편차(△yr)를 토대로 산출된다. 보다 상세하게는, 요속도편차(△yr)에 주의하지 않고 타겟 요잉모멘트(Md)를 고려하여 결정된 임시 감소비율(gk(%))과 타겟 요잉모멘트(Md)에 주의하지 않고 요속도편차(△yr)를 고려하여 결정된 임시 감소비율(gk(%)) 중의 더 큰 값이 최종 감소비율(gk(%))로 결정된다.
타겟 길이방향 가속도(gxd)는, 타겟 길이방향 가속도(gxd)를 제공하기 위하여 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 감소되고, 타겟 길이방향 가속도(gxd)를 달성하기 위하여 차량이 감속된 후에 타겟 길이방향 가속도(gx6)로 복귀될 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gxd)가 타겟 길이방향 가속도(gx6)와 다시 동일해지는 경우에는 차량의 거동에서 급격한 변화가 발생할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, 타겟 길이방향 가속도(gx6)로 복귀하는 타겟 길이방향 가속도(gxd)의 변화율(즉, 기울기)이 제한된다. 즉, 0이외의 값으로 설정된 후에 감소비율(gk(%))이 0으로 업데이트되면, 비율(gk(%))이 어떤 시간기간(예를 들어, 1초)에 걸쳐 0으로 점차적으로 또는 천천히 업데이트되거나 변화된다.
본 실시예에서, 도 21을 참조하여 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 감소비율(gk(%))은 타겟 요잉모멘트(Md)에 따라 증가되도록 결정되고, 게인(Gain)은 도로 μ 및 차량속도(V)에 관하여 결정된다. 상술된 바와 같이 결정된 감소비율(gk)에 결정된 게인(Gain)이 곱해지고, 이에 따라 타겟 요잉모멘트(Md)에 대응하는 임시감소비율(gk)이 계산된다.
또한, 본 실시예에서는, 감소비율(gk)이 도 21에 도시된 바와 같이, 요속도편차(△yr)에 따라 증가하도록 결정되어, 요속도편차(△yr)에 대응하는 임시 감소비율(gk)이 계산된다.
본 실시예에서는, 도 21에 도시된 바와 같이, 상술된 바와 같이 계산된 2개의 임시감소비율(gk) 중에 더 큰 값이 선택된다. 연이어, 감소비율(gk)은 gxd에서 gx6로 천천히 복귀하기 위하여 상술된 제한제어를 하도록 되어 있으며, 이에 따라 최종 감소비율(gk)이 계산된다.
(b) 타겟 측방향 가속도 계산유닛(326)
타겟 측방향 가속도 계산유닛(326)은 타겟 요속도(yrd) 및 차량속도(V)를 토대로 타겟 측방향 가속도(gyd)를 계산한다.
예를 들어, 타겟 측방향 가속도 계산유닛(326)은 다음의 수학식에 따라 타겟 측방향 가속도(gyd)를 계산한다.
gyd = yrd·V
하위레벨 명령섹션(212)의 기능들은 상술되었다. 도 22는 도 3의 하위레벨 명령모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
하위레벨 명령모듈에서, S31단계는 처음에 상술된 차량상태량을 추정하도록 실행된다. 이러한 S31단계는 차량상태량 추정유닛(300)을 구성한다.
그 다음 S32단계에서, 상술된 바와 같이 타겟 요속도(yrd)가 계산된다. 이러한 S32단계는 타겟 요속도 계산유닛(310)을 구성한다. S33단계에서, 타겟 차량몸체슬립각(βd)이 계산된다. 이러한 S33단계는 타겟 차량몸체 슬립각 계산유닛(312)을 구성한다.
연이어, 상술된 바와 같이, 타겟 요잉모멘트(Md)가 S34단계에서 계산된다. 이러한 S34단계는 타겟 요잉모멘트 계산유닛(320)을 구성한다. 이어지는 S35단계에서는, 상술된 바와 같이, 타겟 길이방향 가속도(gxd)가 계산된다. 이러한 S35단계는 타겟 길이방향 가속도 계산유닛(324)을 구성한다. 그런 다음, 상술된 바와 같이, 타겟 측방향 가속도(gyd)가 S36에서 계산된다. 이러한 S36단계는 타겟 측방향 가속도 계산유닛(326)을 구성한다.
이러한 방식으로, 하위레벨 명령모듈의 한 사이클이 실행된다.
도 23은 도 4에 도시된 바와 같은 실행섹션(214)의 소프트웨어 구성을 나타내는 블럭다이어그램이며, 기능적 관점으로 조직된다.
실행부(214)는 다음의 유닛들을 포함하도록 구성된다.
A. 상위레벨 분배유닛(340)
상위레벨 분배유닛(340)이 복수의 액추에이터들(70 내지 82) 모두에 대하여 제공되고, 모든 액추에이터들(70 내지 82)이 제어되어야 하는 제어된 변수들을 통합된 방식으로 액추에이터들(70 내지 82)에 분배하도록 되어 있어, 하위레벨 명령섹션(212)으로부터 공급된 타겟 차량상태량(Md, gxd, gyd)을 달성한다.
상위레벨 분배유닛(340)에서, 모든 액추에이터들(70 내지 82)에 대하여 제어된 변수들(이하 "전체 제어 변수"라 일컬어짐)은 3가지 종류의 분배량(distrubuted quantity)으로 분배된다.
(1) 길이방향 힘과 관련된 분배량
이러한 전체 제어변수의 양은 각 휠(10)의 길이방향 힘을 제어하도록 요소또는 요소들로 즉, 엔진(14) 및 트랜스미션(24)을 포함하는 파워트레인 및 브레이크조립체(56)의 조합으로 분배된다.
(2) 수직방향 힘과 관련된 분배량
이러한 전체 제어변수의 양은 각 휠(10)의 수직방향 힘을 제어하기 위한 요소로 즉, 서스팬션(62)으로 분배된다.
(3) 측방향 힘과 관련된 분배량
이러한 전체 제어변수의 양은 각 휠(10)의 측방향 힘을 제어하기 위한 요소로 즉, 전방 조향 장치(50) 및 후방 조향 장치(52)를 포함하는 조향시스템으로 분배된다.
B. 하위레벨 분배유닛(342)
하위레벨 분배유닛(342)은 복수의 액추에이터들(70 내지 82)의 일부에 대하여 제공되고, 상위레벨 분배유닛(340)으로부터 공급된 제어변수들을 액추에이터들의 상기 일부로 분배하도록 되어 있다.
본 실시예에서, 하위레벨 분배유닛(342)은 파워트레인 및 브레이크 조립체(56)의 조합체에 대하여 제공된다. 하위레벨 분배유닛(342)은, 상위레벨 분배유닛(340)으로부터 공급된 길이방향 힘과 관련된 분배량이 파워트레인으로 분배되는 파워트레인과 관련된 분배량 및 길이방향 힘과 관련된 분배량이 브레이크 조립체(56)로 분배되는 브레이크와 관련된 분배량을 결정한다.
C. 제어유닛(344)
제어유닛(344)은 상위레벨 분배유닛(340) 또는 하위레벨 분배유닛(342)으로부터 공급된 제어 변수들을 달성하기 위하여, 복수의 액추에이터들(70 내지 82)을 제어하도록 되어 있다.
상술된 바와 같이, 상위레벨 분배유닛(340), 하위레벨 분배유닛(342) 및 제어유닛(344)은, 소프트웨어구성에 대하여 서로 독립적인 복수의 모듈을 컴퓨터(90)로 실행시켜, 개별적인 특정 기능들을 실현한다. 따라서, ROM(94)은 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 독립적인 상위레벨 분배모듈, 하위레벨 분배모듈 및 제어모듈을 저장한다.
상위레벨 분배유닛(340), 하위레벨 분배유닛(342) 및 제어유닛(344)의 소프트웨어 구성이 개략적으로 상술되었지만, 이들 유닛들(340, 342, 344)이 보다 상세히 설명된다.
(1)상위레벨 분배유닛(340)
도 24에 도시된 바와 같이, 상위레벨 분배유닛(340)은 타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370), 타겟 조향 제어변수 계산유닛(372) 및 타겟 서스팬션 제어 변수 계산유닛(374)을 포함한다.
타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370)에서, 타겟 개별 길이방향 힘(fx)은 타겟 타이어 길이방향 힘(즉, 길이방향 힘과 관련된 상술된 분배량)으로 계산된다.
도 25는 타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370)에 의하여 실행된 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
초기에, S51단계는 모두 4개의 휠들(10)에 의하여 실현될 타겟 전체 길이방향 힘(Fx)을 계산하도록 실행된다. 이러한 힘(Fx)은 예를 들어, 다음의 수학식에따라 산출된다.
Fx = gxd·m
여기서 "m"은 차량의 질량을 나타낸다.
그런 다음, S52단계는 각 휠(10)상에 달성되어야 하는 임시 타겟 개별 길이방향 힘을 계산하도록 실행되어, 이에 따라 계산된 타겟 전체 길이방향 힘(Fx)이 개별적인 휠들(10)로 분배된다.
임시 타겟 개별 길이방향 힘은, 타겟 전체 길이방향 힘(Fx)이 4개의 휠들(10)에 동일하거나 균일하게 할당되어, 각 휠(10)이 실질적으로 동일한 하중(burden)을 지탱한다는 가정하에, 타겟 전체 길이방향 힘(Fx)이 휠(10)의 마찰원의 크기에 비례하는 양만큼 각 휠(10)로 분배되도록 계산될 수 있다.
전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 마찰원들의 크기는 μfl·fzfl, μfr·fzfr, μrl·fzrl, μrr·fzrr로 표현될 수 있으며, 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 수직방향 힘들은 fzfl, fzfr, fzrl, fzrr로 표현된다.
이 경우에, 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fxfl0, fxfr0, fxrl0, fxrr0)은 다음의 수학식에 따라 각각 얻어진다.
fxfl0 = Fx·(μfl·fzfl)/(m·B)
fxfr0 = Fx·(μfr·fzfr)/(m·B)
fxrl0 = Fx·(μrl·fzrl)/(m·B)
fxrr0 = Fx·(μrr·fzrr)/(m·B)
여기서,
m : 차량의 질량
g : 중력가속도
B : μfl·fzfl + μfr·fzfr + μrl·fzrl + μrr·fzrr
상술된 바와 같이, 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fxfl0, fxfr0, fxrl0, fxrr0)를 계산하기 위해 필요한 항들 즉, 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 수직방향 힘(fzfl, fzfr, fzrl, fzrr)은 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 계산될 수 있다.
fzfl = fzf0 + m·(-gx·H/L/2 - gy·H·froll/T)
fzfr = fzf0 + m·(-gx·H/L/2 + gy·H·froll/T)
fzrl = fzr0 + m·(gx·H/L/2 - gy·H·(1 - froll)/T)
fzrr = fzr0 + m·(gx·H/L/2 + gy·H·(1 - froll)/T)
여기서,
m : 차량의 질량(공지됨)
H : 중력 중심의 높이
L : 차량의 휠 베이스(= Lf + Lr)
froll : 0 내지 1의 범위의 값을 취하는 전방 롤 스티프니스(후술되는 바와 같이 타겟 서스팬션 제어량 계산유닛(374)으로부터 획득됨)
T : 차량의 트레드(tread)(공지됨)
fzf0 : 각 전방 휠에 대한 차량 부하의 정적 분배(= m·Lr/L/2)
fzr0 : 각 후방 휠에 대한 차량 부하의 정적 분배(= m·Lf/L/2)
Lf : 전방-휠 축선으로부터 차량의 무게중심까지의 거리
Lr : 후방-휠 축선으로부터 차량의 무게중심까지의 거리
한편, 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 측방향 힘(fyfl, fyfr, fyrl, fyrr)은 측방향 가속도(gy), 요각 가속도(yaw angular acceleration)(dyr)(시간에 대하여 요속도를 미분하여 얻어질 수 있음), 각 휠(10)의 수직방향 힘(fzfl, fzfr, fzrl, fzrr) 등등을 토대로, 다음의 수학식에 따라 계산될 수 있다.
fyfl = (m·gy·Lr + I·dyr)·fzfl/(L·(fzfl + fzfr))
fyfr = (m·gy·Lr + I·dyr)·fzfr/(L·(fzfl + fzfr))
fyrl = (m·gy·Lf - I·dyr)·fzrl/(L·(fzrl + fzrr))
fyrr = (m·gy·Lf + I·dyr)·fzrr/(L·(fzrl + fzrr))
여기서, "I"는 차량의 관성(inertia)의 요잉모멘트를 나타낸다.
연이어, 도 25의 S53단계가 실행되어, 상술된 바와 같이 산출된 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이 차량상에 나타날 때 차량에 부가적으로 가해질 것으로 추정되는 요잉모멘트를 계산한다. 이에 따라 얻어진 요잉모멘트는 이하 "요잉모멘트 변화량(yawing moment change amount)"이라 일컬어진다.
이제, 차량상에 실현될 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이 제동력인 경우에 대하여, 요잉모멘트 변화량의 계산방법이 기술된다. 여기서는, 구동력인 경우가제동력인 경우와 유사하므로, 임시 타겟 개별 길이방향 힘이 구동력인 경우에 대해서는 설명되지 않는다.
전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠에 가해지는 제동력으로부터 발생하는 요잉모멘트 변화량(Mfl, Mfr, Mrl, Mrr)은, 각 휠(10)의 제동력 및 측방향 힘의 합력이 반경이 휠(10)의 수직방향 힘에 따라 달라지는 마찰원에 도달하지 않는 경우 및 합력이 마찰원에 도달하는 경우에 대하여 산출된다.
예시적인 방법으로, 합력이 마찰원에 도달하는 상태에 대하여 계산방법이 기술된다.
각 휠(10)의 제동력으로 인한 요잉모멘트 변화량(Mfl, Mfr, Mrl, Mrr)은 : (a) 제동력에 의해 발생된 직접 모멘트로 인한 요잉모멘트 변화량(Mxfl, Mxfr, Mxrl, Mxrr), (b) 각 휠(10)의 측방향 힘의 감소로 인한 요잉모멘트 변화량(Myfl, Myfr, Myrl, Myrr), (c) 마찰원의 반경 변화에서 기인하는 각 휠(10)의 측방향 힘의 변화로 인한 요잉모멘트 변화량(Mzfl, Mzfr, Mzrl, Mzrr)의 합과 동일하다.
여기서, 상기 요잉모멘트 변화량(Mzfl, Mzfr, Mzrl, Mzrr)은, 부하가 차량에서 시프트되는 경우에, 각 휠(10)의 마찰원의 반경이 변하고, 다음에는 각 휠(10)의 측방향 힘의 변화를 발생시켜, 요잉모멘트 변화량의 변화를 유발하는 현상을 반영한다.
보다 상세하게는, 요잉모멘트 변화량(Mxfl, Mxfr, Mxrl, Mxrr)은 다음의 수학식에 따라 계산된다.
제동력으로 인한 직접 모멘트는 다음과 같이 표현된다 :
Mxfl = T·fxfl/2
Mxfr = T·fxfr/2
Mxrl = T·fxrl/2
Mxrr = T·fxrr/2
각 휠(10)의 제동력에 의해 발생된 측방향 힘의 감소로 인한 요잉모멘트 변화량(Myfl, Myfr, Myrl, Myrr)은 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Myfl = -Lf·(μ·Afl -√(μ2·Afl2- fxfl2))
Myfr = -Lf·(μ·Afr -√(μ2·Afr2- fxfr2))
Myfl = Lr·(μ·Arl -√(μ2·Arl2- fxrl2))
Myfr = Lf·(μ·Arr -√(μ2·Arr2- fxrr2))
여기서,
Afl:fzfl + H·fxfl/(2·L)
Afr:fzfr + H·fxfr/(2·L)
Arl:fzrl + H·fxrl/(2·L)
Arr:fzrr + H·fxrr/(2·L)
제동력의 적용시에 길이방향 부하 시프트에 의하여 발생된 마찰원의 반경 변화로 인한 요잉모멘트 변화량(Mzfl, Mzfr, Mzrl, Mzrr)은 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Mzfl = Lf·μ·H·fxfl/(2·L)
Mzfr = Lf·μ·H·fxfr/(2·L)
Mzrl = Lr·μ·H·fxrl/(2·L)
Mzrr = Lr·μ·H·fxrr/(2·L)
전체 값으로서 요잉모멘트 변화량(Mfl, Mfr, Mrl, Mrr)은 다음의 수학식으로 표현된다.
Mf1 = Mxfl + Myfl + Mzfl
Mfr = Mxfr + Myfr + Mzfr
Mr1 = Mxrl + Myrl + Mzrl
Mrr = Mxrr + Myrr + Mzrr
연이어, 도 25의 S54단계가 실행되어, 위에서 얻어진 요잉모멘트 변화량과 타겟 요잉모멘트(Md)간의 크기 비교를 토대로, 필요에 따라, 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)을 보정하여, 각 휠(10)에 대한 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)을 산출한다.
본 실시예에서, 타겟 요잉모멘트(Md)의 절대값이 설정값(예를 들어, 300 Nm)을 초과하지 않을 때, 타겟 요잉모멘트(Md)는 기본적으로 각 휠(10)의 회전각 제어에 의하여(예를 들어, 토우각(toe angle) 및 캠버각(camber angle)과 같은 휠 조향 파라미터를 제어하여) 실현된다. 타겟 요잉모멘트(Md)의 절대값이 설정값을 초과하는 경우에는, 설정값을 초과하지 않는 요잉모멘트(Md) 부분이 각 휠(10)의 회전각 제어에 의하여 실현되고, 설정값을 초과하는 요잉모멘트(MD) 부분은 각 휠(10)의 길이방향 힘을 제어하여(예를 들어, 브레이크 조립체(56)에 의하여 생성된 제동력, 엔진 브레이크를 통해 발생된 제동력 및 파워트레인에 의하여 생성된 구동력을 제어하여) 실현된다.
더 정확히 하기 위하여, 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이, 상술된 바와 같이 산출된 요잉모멘트 변화량과 각 휠(10)의 길이방향 힘의 제어에 의하여 실현되어야 하는 타겟 요모멘트(Md)의 부분간의 크기 비교를 토대로, S54단계에서 보정된다. 설명의 편의를 위하여, 우측과 좌측 휠들(10)간의 길이방향 힘의 차로 인해 발생할 수 있는 타겟 요잉모멘트(Md)의 부분은 간단히 타겟 요잉모멘트(Md)라 일컬어질 것이다. 이것이 차량의 터닝을 보조하는 방향으로 가해지는 경우에는 타겟 요잉모멘트(Md)가 양의 값으로 정해지는 것을 이해할 것이다.
보다 상세하게는, S54단계에서, 상기와 같이 산출된 요잉모멘트 변화량이 타겟 요잉모멘트(Md)와 일치하는 경우에는, 각 휠(10)의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)으로서 그대로 결정된다.
산출된 요잉모멘트 변화량이 타겟 요모멘트(Md)보다 부족한 경우에는, 내측 터닝시에 우측 및 좌측후방 휠들 중의 하나에 대한 제동력이 △fx만큼 증가되는 한편, 외측 터닝시에 우측 및 좌측전방 휠들 중의 하나에 대한 제동력은 △fx만큼 감소되어, 타겟 요잉모멘트(Md)를 달성한다. 따라서, △fx가 산출된다.
이 경우에, 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)은 내측 후방 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)(이것이 양의 값인 경우에는 구동력을 나타내고, 이것이 음의 값인 경우에는 제동력을 나타냄)을 △fx만큼 감소시키고, 외측 전방 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)을 △fx만큼 증가시켜 산출된다. 나머지 휠들에 대하여, 각 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)으로 설정된다.
산출된 요잉모멘트 변화량이 타겟 요잉모멘트(Md)를 초과하는 경우에는, 외측 터닝시에 우측 및 좌측 전방 휠들 중의 하나에 대하여 제동력이 △fx만큼 증가되는 한편, 내측 터닝시에 우측 및 좌측 후방 휠들 중의 하나에 대하여 제동력이 △fx만큼 감소되어, 타겟 요잉모멘트(Md)를 달성한다. 따라서, △fx가 산출된다.
이 경우에, 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)은 외측 전방 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)을 △fx만큼 감소시키고, 내측 후방 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)을 △fx만큼 증가시켜 산출된다. 나머지 휠들에 대하여, 각 휠의 임시 타겟 개별 길이방향 힘(fx0)이 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)으로 설정된다.
상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 실시예에 따르면, 타겟 개별 길이방향 힘의 천체 값 즉, 타겟 전체 길이방향 힘을 유지하면서, 타겟 요잉모멘트(Md)가 달성될 수 있다.
도 24에 도시된 타겟 조향 제어 변수 계산유닛(372)에서, 타겟 전방-휠 슬립각(αfd) 및 타겟 후방-휠 슬립각(αrd)이 타겟 조향 제어 변수들(측방향 힘과 관련된 분배량과 동등함)로 계산된다.
여기서, 각각의 타겟 전방-휠 슬립각(αfd) 및 타겟 후방-휠 슬립각(αrd)은 전방 휠들 또는 후방 휠들의 현재 슬립각으로부터의 변화량을 의미하는 상대값을 나타낸다.
타겟 조향 제어 변수 계산유닛(372)에서, 타겟 전방-휠 슬립각(αfd) 및 타겟 후방-휠 슬립각(αrd)은 예를 들어, 실제 요속도(yr)와 타겟 요속도(yrd) 간의 차를 토대로, 조향 제어하에서 차량에 가해진 요잉모멘트가 타겟 요잉모멘트(Md)의 상기 설정값을 초과하지 않도록 계산된다.
본 실시예에서, 타겟 전방-휠 슬립각(αfd)은 다음의 수학식에 따라 산출된다.
αfd = kf·(yr - yrd)
여기서, "kf"는 양의 상수이다.
본 실시예에서, 타겟 후방-휠 슬립각(αfd)은 다음의 수학식에 따라 산출된다.
αrd = kr·(yr - yrd)
여기서, "kr"은 음의 상수이다.
도 24에 도시된 바와 같은 타겟 서스팬션 제어 변수 계산유닛(374)에서, 타겟 스프링상수, 타겟 흡수재 댐핑계수 및 각각의 전방 및 후방 휠들에 대한 타겟 롤 스티프니스가 타겟 서스팬션 제어 변수(수직방향 힘과 관련된 상기 분배량과 동등함)로서 계산된다.
각 전방 휠의 타겟 스프링 상수는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Kfb0 + Kfb1·√(gxd2+ gyd2) - Kfb2·DF
여기서,
Kfb0, Kfb1, Kfb2 : 상수
DF : 드리프트 파라미터(차량의 요잉모멘트의 비정상 정도가 증가함에 따라 절대값이 증가하는 파라미터로서, 비정상의 종류가 드리프트-아웃(drift-out)인 경우에는 양의 값을 갖고, 비정상의 종류가 스핀(spin)인 경우에는 음의 값을 가짐)
드리프트 파라미터(DF)는 타겟 요속도(yrd)로부터 실제 요속도(yr)의 편차와 실제 요속도(yr)의 부호의 곱으로 산출될 수 있다.
각 전방 휠의 타겟 흡수재 댐핑계수는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Kfc0 + Kfc1·√(gxd2+ gyd2) - Kfc2·DF
여기서,
Kfc0, Kfc1, Kfc2 : 상수
각 전방 휠의 타겟 롤 스티프니스(froll)는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Kfr0 + Kfr1·√(gxd2+ gyd2) - Kfr2·DF
여기서,
Kfr0, Kfr1, Kfr2 : 상수
상술된 바와 같이, 이에 따라 산출된 타겟 롤 스티프니스(froll)는 타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370)에 공급되고, 각 휠(10)의 수직방향 힘(fz)을 산출하기 위하여 사용된다.
각 후방 휠의 타겟 스프링 상수는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Krb0 + Krb1·√(gxd2+ gyd2) - Krb2·DF
여기서,
Krb0, Krb1, Krb2 : 상수
각 후방 휠의 타겟 흡수재 댐핑계수는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Krc0 + Krc1·√(gxd2+ gyd2) - Krc2·DF
여기서,
Krc0, Krc1, Krc2 : 상수
각 후방 휠의 타겟 롤 스티프니스(rroll)는 예를 들어, 다음의 수학식에 따라 산출된다.
Krr0 + Krr1·√(gxd2+ gyd2) - Krr2·DF
여기서,
Krr0, Krr1, Krr2 : 상수
상위레벨 분배유닛(340)의 기능이 상술되었지만, 도 3에 도시된 바와 같은 상위레벨 분배유닛용 모듈의 컨텐츠가 도 26의 흐름도에 개략적으로 예시된다.
상위레벨 분배모듈에서, S71단계는 초기에 상술된 바와 같이 타겟 타이어 길이방향 힘을 계산하도록 실행된다. 이러한 S71단계는 타겟 타이어 길이방향 힘 계산유닛(370)을 구성한다.
그 다음 S72단계에서, 상술된 타겟 조향 제어 변수가 계산된다. 이러한 S72단계는 타겟 조향 제어 변수 계산유닛(372)을 구성한다. 이어지는 S72단계에서, 상술된 타겟 서스팬션 제어 변수가 산출된다. 이러한 S73단계는 타겟 서스팬션 제어 변수 계산유닛(372)을 구성한다.
이러한 방식으로, 상위레벨 분배모듈의 한 사이클이 실행된다.
(2) 하위레벨 분배유닛(342)
하위레벨 분배유닛(342)은 엔진(14), 트랜스미션(24) 및 브레이크 조립체들(56)로 제어 변수를 분배하도록 되어 있어, 상위레벨 분배유닛(340)에 의하여 결정된 각 휠(10)의 최종 타겟 개별 길이방향 힘(fx)을 실현한다.
도 24에 도시된 바와 같이, 하위레벨 분배유닛(342)은 타겟 트랜스미션 출력토크 계산유닛(380), 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382) 및 도로 μ추정유닛(384)을 포함한다.
a. 타겟 트랜스미션 출력토크 계산유닛(380)
본 실시예에서, 우측 및 좌측 전방 휠들은 종동 휠이고, 우측 및 좌측 후방 휠들은 구동 휠이다. 최종 개별 길이방향 힘(이하, 간단히 "타겟 길이방향 힘"이라 함)(fx)은 수직방향 가속력(즉, 차량을 가속시키는 힘)이고, 종속(subordinate) 파워트레인 제어유닛(400)에 전달된 명령으로서 타겟 트랜스미션 출력토크가 우측 및 좌측 후방 휠들에 대하여만 결정된다.
또한, 타겟 트랜스미션 출력토크는, 트랜스미션(24)의 출력토크가 차동기어유닛(28)을 통하여 우측 및 좌측 후방 휠들로 동일하게 분배되고, 트랜스미션(24)의 출력토크가 제어될 수 있는 범위에 제한이 존재한다는 점을 고려하여 결정된다.
보다 상세하게는, 출력토크의 제어가능범위를 고려하지 않는 임시 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd0)가 초기에 다음의 수학식에 따라 계산된다.
ttd0 = max(fxrl, fxrr)·2·r/γ
여기서,
max(fxrl, fxrr) : 후방-좌측 휠의 타겟 길이방향 힘(fxrl) 및 후방-우측 휠의 타겟 길이방향 힘(fxrr) 중의 더 큰 값
r : 각 휠(10)의 타이어 반경
γ: 차동기어유닛(28)의 기어비
다음으로, 출력토크의 제어가능범위를 고려하는 최종 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd)가 결정된다. 보다 상세하게는, 임시 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd0)가 제어가능범위의 상한값(LMTup)을 초과하는 경우에, 최종 트랜스미션 출력토크(ttd)가 상한값으로 설정된다. 임시 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd0)가 하한값(LMTlo)보다 작은 경우에는, 최종 트랜스미션 출력토크(ttd)가 하한값으로 설정된다. 임시 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd0)가 제어가능범위내에 있는 경우에는, 최종 트랜스미션 토크(ttd)가 임시 타겟 트랜스미션 출력토크(ttd0)로 설정된다. 또한, 출력토크의 제어가능범위의 상한값(LMTup) 및 하한값(LMTlo)은 후술되는 바와 같이 파워트레인 제어유닛(400)으로부터 공급된다.
b. 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382)
우측 및 좌측 전방 휠들의 타겟 길이방향 힘들(fxfl, fxfr)이 차량 감속력(즉, 차량을 감속시키는 힘)인 경우에는, 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382)이 명령 신호로서 타겟 길이방향 힘들(fxfl, fxfr)을 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382)에 종속하는 브레이크 제어유닛(402)(도 24에 도시됨)으로 출력한다.
보다 상세하게는, 전방-좌측 휠 및 전방-우측 휠에 가해질 타겟 브레이크 토크들(btfl, btfr)은 각각 다음의 수학식에 따라 산출된다.
tbfl = fxfl·r
tbfr = fxfr·r
여기서,
r : 각 휠(10)의 타이어 반경
한편, 우측 및 좌측 후방 휠들에 관하여, 종속 브레이크 제어유닛(402)에 전달될 명령신호로서 타겟 브레이크 토크는, 브레이크 토크 뿐만 아니라, 트랜스미션(24)의 출력토크(tt)가 존재하는 경우를 고려하여 결정된다.
보다 상세하게는, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠에 가해질 타겟 브레이크 토크들(btrl, btrr)은 각각 다음의 수학식에 따라 산출된다.
tbrl = fxrl·r + tte/γ/2
tbrr = fxrr·r + tte/γ/2
여기서,
tte : 트랜스미션(24)의 출력토크의 추정값
추정된 출력토크(tte)는 파워트레인 제어유닛(400)으로부터 공급된다.
c. 도로 μ추정유닛(384)
도로 μ추정유닛(384)은 파워트레인 제어유닛(400) 및 하위레벨 분배유닛(372)에 종속하여 위치된 브레이크 제어유닛(402)(도 24에 도시됨)으로부터 공급된 정보를 토대로, 높은 정확성으로 도로 μ를 추정하도록 되어 있다.
도로 μ추정유닛(384)에서, 각 휠(10)의 슬립은 차량속도(V)와 각 휠(10)의 휠속도 사이의 차로서 휠 슬립속력(wheel slip velocity)의 절대값을 토대로 연속적으로 검출된다. 보다 상세하게는, 각 휠에 대하여, 휠 슬립속력이 마지막 제어사이클내의 설정값보다 작은지의 여부가 판정되지만, 이것은 현재 제어사이클내의 설정값과 동일하거나 더 크다. 이것이 진실인 경우에는, 현재 사이클내에서 휠 슬립이 막 시작된 것으로 판정된다.
현재 사이클에서, 휠슬립이 시작된 것으로 판정되면, 도로 μ는 추정된 휠 힘을 슬립이 시작된 것으로 판정되는 각 휠(10)에 대하여 추정된 수직방향 힘으로 나누어서 추정된다. 추정된 휠 힘은 추정된 길이방향 힘 및 추정된 측방향 힘의 합력이다. 추정된 측방향 힘 및 추정된 길이방향 힘은 상기된 수학식들을 이용하여 산출된다.
추정된 길이방향 힘은, 파워트레인 제어유닛(400)으로부터 하위레벨 분배유닛(342)으로 공급되는 트랜스미션(24)의 추정된 출력토크(tte) 및 브레이크 제어유닛(402)으로부터 하위레벨 분배유닛(342)으로 각각 공급되는 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 추정된 브레이크 토크(btfle, btfre,btrle, btrre)를 토대로 계산된다.
보다 상세하게는, 전방-좌측 휠, 전방-우측 휠, 후방-좌측 휠 및 후방-우측 휠의 추정된 길이방향 힘(fxfle, fxfre, fxrle 및 fxrre)은 다음의 수학식을 이용하여 산출된다.
fxfle = btfle/r
fxfre = btfre/r
fxrle = btrle/r + tte/γ/2
fxrre = btrre/r + tte/γ/2
그런 다음, 각 휠(10)에 대하여 추정된 휠 힘은, 추정된 길이방향 힘의 제곱 및 추정된 측방향 힘의 제곱의 합의 제곱근을 얻어서 산출된다.
따라서, 도로 μ는 상술된 바와 같이 고도의 정확성으로 추정된다. 매우 정확한 도로 μ가 하위레벨 분배유닛(342)보다 상위레벨에 위치된 요소 예를 들어, 상위레벨 분배유닛(340)에 공급되면, 공급된 도로 μ가 상위레벨 요소에 의해 사용된 산술모델(예를 들어, 차량모델, 차량 휠-조향시스템 모델, 차량 휠-서스팬션 시스템 모델) 또는 산술논리의 보정을 보조하는데 사용될 수 있다.
하위레벨 분배유닛(342)의 기능들이 상술되었다. 도 27은 도 3에 도시된 하위레벨 분배유닛에 대한 모듈의 컨텐츠를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
하위레벨 분배모듈에서, S101단계는 상술된 바와 같이 타겟 트랜스미션 출력토크를 계산하기 위해 초기에 실행된다. 이러한 S101단계는 타겟 트랜스미션 출력토크 계산유닛(380)을 구성한다.
다음으로, 상술된 타겟 브레이크 토크가 S102단계에서 계산된다. 이러한 S102단계는 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382)을 구성한다.
연이어, 각 휠(10)의 도로 μ가 상술된 바와 같은 방식으로 S103단계에서 추정된다. 이러한 S103단계는 도로 μ추정유닛(384)을 구성한다.
상술된 바와 같은 방식으로, 하위레벨 분배모듈의 한 사이클이 실행된다.
(3) 제어유닛(344)
제어유닛(344)은 도 23에 도시된 바와 같이, 다음의 유닛들을 포함하도록 구성된다.
a. 파워트레인 제어유닛(400)
파워트레인 제어유닛(400)은, 하위레벨 분배유닛(342)으로부터 공급된 파워트레인과 관련된 분배량을 토대로, 엔진을 제어하기 위한 액추에이터(70)(이하, "엔진 액추에이터(70)"로 불림) 및 트랜스미션을 제어하기 위한 액추에이터(72)(이하, "트랜스미션 액추에이터(72)"로 불림)를 제어하도록 되어 있다.
파워트레인 제어유닛(400)의 기능은 파워트레인 제어모듈(도 3에 도시됨)의 컨텐츠를 나타내는 도 28의 흐름도를 참조하여 후술된다.
파워트레인 제어모듈에서, S131단계가 먼저 실행되어, 타겟 트랜스미션 기어위치를 판정한다. 보다 상세하게는, 도로 μ가 설정값(예를 들어, 0.6)보다 높은 경우에, 트랜스미션(24)에 의해 달성될 타겟 기어위치는 차량속도(V) 및 가속 스트로크를 토대로, 일반적인 기어변화룰에 따라 판정된다. 도로 μ가 설정값과 같거나 낮은 경우에는, 타겟 기어위치가 일반적인 기어변화룰에 따라 결정된 타겟 기어위치보다 하나 더 높은 기어위치로 설정된다.
결정된 타겟 기어위치를 달성하기 위하여 트랜스미션(28)이 아래쪽으로 시프트될 필요가 있는 경우에는, 허용가능범위내에서 타겟 트랜스미션 출력토크를 아래쪽으로 보정하여(예를 들어, 타겟 출력토크를 10% 범위내에서 감소시켜) 하향시프트를 피할 수 있는지의 여부가 S131단계에서 판정된다. 따라서, 차량의 개선된 안락함을 보장하면서, 빈번한 하향시프트를 피할 수 있다. 파워트레인 제어유닛(400)은 허용가능한 범위내에서, 보정유닛(400)보다 상위레벨에 위치된 하위레벨 분배유닛(342)으로부터 명령값을 보정하도록 인가되었음을 유의하여야 한다.
그 다음 S132단계에서, 타겟 엔진토크가 계산된다. 보다 상세하게는, 타겟 엔진토크는 타겟 트랜스미션 출력토크를 트랜스미션(28)의 기어비로 나누고, 나눈 결과값을 토크 컨버터(22)의 추정 토크비로 또 나누어서 계산된다. 추정된 토크비는, 토크 컨버터(22)의 출력샤프트의 회전속도를 엔진(14)의 1회전속도로 나누어서 얻어진 속도비를 토대로 추정된다. 속도비와 추정 토크비간의 관계의 일례는 도 29의 표에 표시된다.
연이어, S133단계에서, 타겟 트랜스미션 기어위치 및 이에 따라 결정된 타겟 엔진토크를 실현하기 위한 명령값들이 트랜스미션 액추에이터(72) 및 엔진 액추에이터(70)에 각각 전달된다.
상술된 방식으로, 파워트레인 제어모듈의 한 사이클이 실행된다.
도 24에 도시되고 상술된 바와 같이, 파워트레인 제어유닛(400)은 제어가능범위의 상한값(LMPup) 및 하한값(LMTlo)을 타겟 트랜스미션 출력토크 계산유닛(380)에 공급하고, 추정된 출력토크(tte)를 타겟 브레이크 토크 계산유닛(382) 및 도로 μ추정유닛(384)으로 공급하도록 설계된다.
b. 브레이크 제어유닛(402)
브레이크 제어유닛(402)은 도 3에 도시된 브레이크 제어모듈을 컴퓨터(90)로 실행시켜, 타겟 브레이크 토크들(btfl, btfr, btrl, btrr)을 달성하기 위하여 명령값들을 개별적인 휠들(10)과 관련된 브레이크 액추에이터들(80)에 출력한다.
브레이크 조립체(56)는, 마찰부재가 각 휠(10)과 회전하는 로터리몸체에 대하여 압력을 받아 가압되는 종류이며, 각 휠(10)의 타겟 브레이크 압력(bpfl, bpfr, bprl, bprr)은 다음의 수학식에 따라 산출될 수 있다.
bpfl = btfl·kbf
bpfr = btfr·kbf
bprl = btrl·kbr
bprr = btrr·kbr
여기서,
kbf : 우측 및 좌측 전방 휠들에 대한 브레이크들(56)에 대하여 설정된 브레이크 변환팩터(공지됨)
kbr : 우측 및 좌측 후방 휠들에 대한 브레이크들(56)에 대하여 설정된 브레이크 변환팩터(공지됨)
c : 조향 제어유닛(404)
조향 제어유닛(404)은, 상위레벨 분배유닛(340)으로부터 공급된 조향과 관련된 분배량을 토대로, 조향 반작용력 적용 장치용 액추에이터(74), 전방 조향 장치용 액추에이터(76) 및 후방 조향 장치용 액추에이터(78)를 제어하도록 되어 있다.
조향 제어유닛(404)의 기능은, 도 3에 도시된 조향 제어모듈을 나타내는 도 30의 흐름도를 참조하여 기술된다.
조향 제어모듈에서, S151단계는 초기에, 상위레벨 분배유닛(340)으로부터 공급된 타겟 전방-휠 슬립각(αfd) 및 타겟 후방-휠 슬립각(αrd)을 토대로, 타겟 전방-휠 조향각(δfd) 및 타겟 후방-휠 조향각(δrd)를 산출하도록 실행된다.
본 실시예에서, 타겟 전방-휠 조향각(δfd) 및 타겟 후방-휠 조향각(δrd)은 다음의 수학식에 따라 산출된다.
δfd = β + Lf·yr/V·αfd
δrd = β - Lr·yr/V·αrd
다음으로, 도로 μ가 S152단계에서 고도의 정확성을 가지고 추정된다. 이러한 S152단계는 도 24에 도시된 바와 같은 도로 μ추정유닛(420)을 구성한다. 본 실시예에서, 우측 및 좌측 전방 휠들과 관련된 도로 μ는 각 휠(10)의 자체정렬토크(self aligning torque)를 토대로, 휠의 동적 거동을 설명할 수 있는 차량-조향시스템 모델을 이용하여 추정된다.
보다 상세하게는, 일본국 특개평 공보 제 6-221968호에 개시된 바와 같이, 코너링력과 자체정렬토크간의 관계를 토대로, 각 휠(10)의 코너링력에 대하여 자체정렬토크의 증가율(또는 기울기)가 도로 μ에 따라 달라지는 현상을 이용하여 도로μ가 추정된다.
여기서, 코너링력은 예를 들어, 상기 공보에 개시된 바와 같이, 측방향 가속도(gy) 및 요각 가속도(dyr)를 토대로 추정된다. 자체정렬토크는 예를 들어, 상기 공보에 개시된 바와 같이, 전방 조향 장치(50)내의 우측 및 좌측 전방 휠들 사이에 작용하는 축선방향 힘을 측정하여 추정될 수 있다.
이어서, S153단계가 실행되어, 조향 반작용력 적용 장치(48)에 의하여 핸들(44)에 발생될 수 있는 타겟 조향토크를 판정한다. 예를 들어, 타겟 조향토크는, 핸들각(θ), 전방-휠 조향각(δf), 각도 변화율(δf) 및 도로 μ와 같은 차량 상태량을 토대로, 사전설정된 룰에 따라 결정된다.
이어지는 S154단계에서는, 타겟 전방-휠 조향각(δfd), 타겟 후방-휠 조향각(δrd) 및 타겟 조향토크를 실현하기 위한 명령값들이 전방 조향 장치(50), 후방 조향 장치(52) 및 조향 반작용력 적용 장치(48)에 각각 전달된다.
따라서, 조향 제어모듈의 한 사이클이 실행된다.
d. 서스팬션 제어유닛(406)
서스팬션 제어유닛(406)은 도 3에 도시된 바와 같은 서스팬션 제어모듈을 컴퓨터(90)로 실행시켜, 상위레벨 분배유닛(340)으로부터 공급된 다양한 제어변수를 실현하기 위한 명령값들을 개별적인 휠들(10)과 관련된 서스팬션 액추에이터들(82)에 전달한다.
상위레벨 분배유닛(340)으로부터 명령이 전달되지 않더라도, 서스팬션 제어유닛(406)은 서스팬션(62)을 제어하기 위한 명령값들을 서스팬션 액추에이터들(82)로 자율적으로 출력한다.
액추에이터들(70 내지 82) 중에, 엔진 액추에이터(70), 트랜스미션 액추에이터(72) 및 브레이크 액추에이터(74)가 보다 상세히 후술된다.
엔진 액추에이터(70)는 제어유닛 및 구동유닛(예를 들어, 모터들)을 포함한다. 제어유닛은 사전설정된 룰에 따라, 파워트레인 제어유닛(400)으로부터 공급된 타겟 엔진토크를 달성하기 위하여 타겟 제어값들을 결정하도록 되어 있다. 타겟 제어값들은 스로틀 개도(throttle opening), 연료주입량, 점화타이밍(ignition timing), 밸브 타이밍, 밸브 리프트량(valve lift amount) 등등을 포함할 수 있다.
트랜스미션 액추에이터(72)는 또한 제어유닛 및 구동유닛(예를 들어, 솔레노이드)을 포함한다. 제어유닛이 파워트레인 제어유닛(400)으로부터 구동유닛으로 공급된 타겟 기어위치를 달성하기 위하여 신호를 출력하고 이에 따라, 구동유닛이 상기 신호를 토대로 트랜스미션을 구동시켜, 타겟 기어위치를 달성하도록 되어 있다.
브레이크 액추에이터(80)는 또한 제어유닛 및 구동유닛(예를 들어, 솔레노이드 및 모터)을 포함한다. 제어유닛은 브레이크 제어부(402)로부터 구동유닛으로 공급된 타겟 브레이크 압력을 달성하기 위하여 신호를 출력하고 이에 따라, 구동유닛이 신호에 응답하여 각 휠(10)의 브레이크 조립체를 구동시켜, 타겟 브레이크 압력을 달성하도록 되어 있다.
본 실시예에서, 상위레벨 명령섹션(210)으로부터 하위레벨 명령섹션(212)으로 공급된 타겟 길이방향 가속도(gx6)는 범위 보다는 하나의 값이다. 그러나, 타겟 길이방향 가속도(gx6)는 복수의 값들을 포함하는 범위의 형태일 수도 있다.
이 경우에, 하위레벨 명령섹션(212)은 타겟 길이방향 가속도(gx6)의 범위내에서 복수의 이산 값들(plurality of discrete values)을 설정하고, 각각의 이산값들에 대하여 상술된 방법으로 최종 타겟 길이방향 가속도들(gxd)을 계산하고, 이에 따라 계산된 복수의 최종 타겟 길이방향 가속도들(gxd)로부터 하나를 선택할 수 있다.
타겟 길이방향 가속도들(gxd)로부터 하나를 선택하기 위해 설정된 조건들은, 선택될 타겟 길이방향 가속도(gxd)가 원래 타겟 길이방향 가속도(gx6)의 범위내에 있는 조건 및 액추에이터들에 의한 에너지의 소모량이 최소화되는 조건을 포함할 수 있다.
타겟 길이방향 가속도(gx6)가 복수의 값들을 포함하는 범위의 형태인 경우에는, 가속도(gx6)의 범위가 예를 들어, 운전자의 기호에 따라 달라진다.
또한, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 양의 값인 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 범위의 형태일 수 있는데, 이는 차량이 가속되어야 하는 것을 의미하며, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 음의 값인 경우에는, 타겟 길이방향 가속도(gx6)가 범위보다는 하나의 값을 가질 수 있는데, 이는 차량이 감속되어야 하는 것을 의미한다.
상기 배열에 따르면, 차량이 감속되어야 하는 경우에, 타겟 길이방향 가속도(gx6)의 크기가 하위레벨 명령섹션(212) 및 실행섹션(214)에 의하여 정확하거나 일치하게 실현될 수 있어, 차량의 안전성이 용이하게 개선될 수 있다.
본 실시예에서, 통합된 차량운행 제어시스템의 소프트웨어 구성은 복수의 계층 레벨을 가지는 분류체계의 형태로 체계적으로 배치되며, 각 계층레벨에서 컴퓨터(90)에 의하여 실행된 모듈은, 컴퓨터(90)에 의한 산출에 사용하기 위하여, 레벨에 바로 종속하는 모듈이 어떤 특성을 갖는지와 인접한 레벨들의 모듈들이 서로에게 어떤 영향을 미치는지를 반영하는 최소 모델을 이용한다. 또한, 각 계층레벨은 이러한 산출을 통하여 얻어진 명령값들을 바로 하위레벨로 공급한다.
본 실시예에서는, 정보가 상위레벨로부터 하위레벨로 양의 방향(도 23에 실선 화살표로 표시됨)으로 전달될 뿐만 아니라, 하위레벨로부터 상위레벨로 역방향(도 23에 점선 화살표로 표시됨)으로도 전달된다.
양방향으로의 정보전달은, 상위레벨이 상위레벨로부터 하위레벨로 발생된 명령값이 하위레벨에 의하여 실현되는 정도를 체크 또는 고려하여 수행되고, 이에 따라, 상위레벨이 명령값을 결정하는 향상된 정확성을 위하여, 상위레벨에 습득기회를 제공한다.
예를 들어, 도로 μ의 추정된 값을 이용하여, 상위레벨 분배유닛(340) 또는 하위레벨 분배유닛(342)이 명령값을 결정하고, 결정된 명령값을 제어유닛(344)에 공급하는 동안, 도로 μ의 실제 값이 추정된 값보다 낮아질 수 있다. 이 경우에는, 도로 μ를 추정함에 있어서, 정확성이 결여되기 때문에, 상위레벨 분배유닛(340) 또는 하위레벨 분배유닛(342)으로부터의 명령값이 충분히 높은 정확성을 가지고 달성될 수 없다.
상기 경우에, 제어유닛(344)은 명령값의 실제 성취도(degree of the actualaccomplishment)를 나타내는 정보를 상위레벨 분배유닛(340) 또는 하위레벨 분배유닛(342)으로 돌려보낸다(return). 그런 다음, 상위레벨 분배유닛(340) 또는 하위레벨 분배유닛(342)이, 이전에 발생된 명령값의 실제 성취도를 토대로, 명령값을 판정하는데 사용된 산술모델(예를 들어, 휠 모델 또는 타이어 모델)을 보정한다.
본 실시예에서, 운행 제어시스템의 입력측 및 출력측은 전기통로 외의 통로에 의하여 서로 연결되지 않는다. 전기통로에 결함이 생기는 경우에는, 예를 들어, 운행 제어시스템의 기본 기능들이 유지될 수 없다.
상기 상황을 고려하여, 비상용 백업시스템(backup system)이 본 실시예에 마련된다. 이에 따라 제공된 백업시스템을 구비하면, 구동정보 획득시스템(120) 및 액추에이터들(70 내지 82)이 비상시에 서로 직접 연결되어, 구동정보에 따라 액추에이터들(70 내지 82)이 작동된다.
도 31은 백업시스템의 일례를 예시한다. 비상시에, 백업시스템은, 가속 스트로크 센서(130)로부터 엔진 액추에이터(70) 및 트랜스미션 액추에이터(72)로 신호들을 공급하도록 작동하고, 엔진 속도센서(176)로부터 엔진 액추에이터(70) 및 트랜스미션 액추에이터(72)로 신호를 공급한다. 또한, 비상시에는, 도 31에 도시된 바와 같이, 제동작동력 센서(134)로부터의 신호는 브레이크 액추에이터(80)에 공급되고, 핸들각도 센서(140)로부터의 신호는 전방 조향 장치용 액추에이터(76)에 공급된다.
도 31의 백업시스템에서, 비상시에, 타겟 엔진 토크는, 가속 스트로크 센서(130)의 검출값 및 엔진속도센서(176)의 검출값에 따라 달라지는 사전설정된관계(들)에 따라 결정되고, 엔진 액추에이터(70)는 상기 결정된 타겟 엔진 토크를 달성하도록 제어된다.
또한, 비상시에, 타겟 기어위치는, 가속 스트로크 센서(130)의 검출값 및 엔진속도센서(176)의 검출값에 따라 달라지는 사전설정된 관계(들)에 따라 결정되고, 트랜스미션 액추에이터(72)는 상기 결정된 타겟 기어위치를 달성하도록 제어된다.
또한, 비상시에, 타겟 제동력(예를 들어, 브레이크(56)가 가압식인 경우의 타겟 브레이크 압력 또는 브레이크(56)가 전기적으로 구동되는 종류인 경우에 타겟 모터 동력 신호)은, 제동작동력 센서(134)의 검출값에 따라 달라지는 사전설정된 관계(들)에 따라 결정되고, 각 휠에 대한 브레이크 액추에이터(80)(예를 들어, 솔레노이드밸브, 전기모터 등등)는 타겟 제동력을 실현하기 위해 제어된다.
또한, 비상시에, 타겟 전방-휠 조향각은, 핸들각도 센서(140)의 검출값에 따라 달라지는 사전설정된 관계(들)에 따라 결정되고, 전방 조향 장치용 액추에이터(76)는 결정된 타겟 전방-휠 조향각을 실현하기 위하여 제어된다. 타겟 전방-휠 조향각은 예를 들어, 조향각센서(140)의 검출된 값을 고정 또는 가변 조향 기어비로 나누어서 결정될 수 있다.
본 발명이 그 예시적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 예시적인 실시예의 세부항목 또는 구성에 제한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 변경, 수정 또는 개선이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (17)

  1. 차량내에서 복수의 종류의 차량 운행 제어를 달성하기 위하여, 운전자에 의한 차량의 구동과 관련된 구동관련정보를 토대로, 컴퓨터를 이용하여, 복수의 액추에이터들을 통합된 방식으로 제어하는 통합된 차량운행 제어시스템에 있어서,
    상기 통합된 차량운행 제어시스템의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성으로부터, 적어도 소프트웨어 구성은, 상기 운전자로부터 상기 복수의 액추에이터들을 향하는 방향으로 복수의 계층레벨(hierarchical level)을 가지는 분류체계(hierarchy)의 형태로 배치되는 복수의 섹션들을 포함하고;
    상기 복수의 섹션들은 (a)상기 계층레벨의 하나로서 제1레벨이며, 상기 구동관련정보를 토대로 타겟 차량 상태량을 판정하도록 되어 있는 명령섹션, (b)상기 제1레벨보다 하위에 있는 제2레벨이며, 상기 명령섹션으로부터의 명령으로서 상기 타겟 차량 상태량을 수신하고, 수신된 명령을 상기 복수의 액추에이터들 중의 적어도 하나에 의하여 실행하는 실행섹션을 포함하고;
    상기 명령섹션은, 상기 복수의 액추에이터들을 통합된 방식으로 제어하기 위하여 명령을 발생시키도록 되어 있는 상위레벨 명령섹션 및 하위레벨 명령섹션을 포함하고, 상기 상위레벨 명령섹션은 상기 차량의 동적거동을 고려하지 않고,상기 구동관련정보를 토대로 제1타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 상기 하위레벨 명령섹션에 공급하며, 상기 하위레벨 명령섹션은 상기 상위레벨 명령섹션으로부터 수신된 상기 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 상기 차량의동적거동을 고려하여 제2타겟 차량 상태량을 결정하고, 결정된 제2타겟 차량 상태량을 상기 실행섹션에 공급하며;
    상기 상위레벨 명령섹션, 상기 하위레벨 명령섹션 및 상기 실행섹션은, 상기 소프트웨어 구성상으로 서로 독립적인 복수의 모듈들을 컴퓨터로 실행시켜, 개별적인 섹션들에 할당된 특정 기능들을 수행하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동관련정보는 (a)상기 운전자에 의하여 형성된 구동작동과 관련된 구동정보 및 (b)상기 차량의 상태량과 관련된 차량 정보와 상기 차량의 운행에 영향을 미치는 상기 차량 주위의 환경과 관련된 환경정보 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차량은 (a)상기 운전자에 의해 수행된 구동작업과 관련된 구동정보를 획득하도록 되어 있는 구동정보 획득시스템 및 (b)상기 차량의 상태량과 관련된 차량 정보를 획득하도록 되어 있는 차량정보 획득시스템 및 상기 차량의 운행에 영향을 미치는 상기 차량 주위의 환경에 관한 환경정보를 획득하도록 되어 있는 환경정보 획득시스템 중의 적어도 하나를 포함하고;
    상기 상위레벨 명령섹션은, (c)획득된 구동정보 및 (d) 획득된 차량정보와획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로, 상기 제1타겟 차량 상태량을 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션은, (a)상기 획득된 구동정보 및 (b) 상기 획득된 차량정보와 상기 획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로, 결정될 상기 제1타겟 차량 상태량과 관련된 복수의 후보값들(candidate values)을 결정하고, 사전설정된 세트의 룰들에 따라, 결정된 복수의 후보값들을 토대로 상기 제1타겟 차량 상태량을 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1타겟 차량 상태량은 상기 차량의 길이방향 가속도와 관련이 있고;
    상기 복수의 후보값들은 (a)상기 획득된 구동정보를 토대로 결정된 제1타겟 길이방향 가속도 및 (b)상기 획득된 차량 정보와 상기 획득된 환경정보 중의 적어도 하나를 토대로 결정된 제2타겟 길이방향 가속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1타겟 차량 상태량은 상기 차량의 조향각과 관련이 있고;
    상기 복수의 후보값들은 (a)상기 획득된 구동정보를 토대로 결정된 제1타겟조향각 및 (b)상기 획득된 차량 정보와 상기 획득된 환경정보를 토대로 결정된 제2타겟 조향각을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1타겟 차량 상태량은, 상기 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟 차량 상태량 및 상기 차량의 조향각과 관련된 타겟 차량 상태량을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션은 상기 차량의 거동의 안정화보다, 상기 차량이 주행하는 트랙상에서 차량의 위치와 그 속도 사이의 차량위치-속도 관계의 최적화에 우선순위를 제공하는 타겟 차량 상태량을 상기 제1타겟 차량 상태량으로 결정하고;
    상기 하위레벨 명령섹션은, 결정된 제1타겟 차량 상태량을 토대로, 상기 차량 위치-속도 관계의 최적화보다, 상기 차량의 거동의 안정화에 우선순위를 제공하는 타겟 차량조건을 상기 제2타겟 차량 상태량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션은 허용가능범위내에서 가변적인 타겟 차량 상태량으로서 상기 제1타겟 차량 상태량을 결정하고;
    상기 하위레벨 명령섹션은 상기 제1타겟 차량 상태량의 허용가능범위로부터 선택된 타겟 차량 상태량으로서 상기 제2타겟 차량 상태량을 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1타겟 차량 상태량은, 상기 차량의 길이방향 가속도와 관련된 타겟 차량 상태량 및 상기 차량의 조향각과 관련된 타겟 차량 상태량을 포함하고;
    상기 상위레벨 명령섹션은 허용가능범위내에서 가변적인 타겟 차량 상태량으로서, 상기 차량의 길이방향 가속도와 관련된 상기 타겟 차량 상태량을 결정하고, 허용가능범위가 아닌 타겟 차량 상태량으로서, 상기 차량의 상기 조향각과 관련된 상기 타겟 차량 상태량을 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션은, 상기 차량의 운행에 영향을 미치는 운전자의 의도 및 상기 차량 주위의 환경 중의 적어도 하나를 토대로, 상기 허용가능범위의 폭을 변경하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션은, 상기 차량의 동적거동과 관계없이 상기 차량의운행을 단순히 설명하는 단순한 차량 모델을 이용하여, 입력정보를 토대로 상기 제1타겟 차량 상태량을 결정하고,
    상기 하위레벨 명령섹션은, 상기 차량의 동적거동을 반영하도록 상기 단순한 차량 모델보다 상기 차량의 운행을 더 정확히 설명하는 보다 정밀한 차량 모델을 이용하여, 입력정보를 토대로 상기 제2타겟 차량 상태량을 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실행섹션은, 상기 휠에 영향을 미치는 상기 길이방향 힘, 측방향 힘 및 수직방향 힘으로부터, 적어도 길이방향 힘 및 측방향 힘에 관하여 상기 차량 휠의 운동을 기술하는 차량 모델을 이용하여, 입력정보를 토대로 상기 복수의 액추에이터들이 상기 제2타겟 차량 상태량을 실현하도록 제어되는 제어변수를 결정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상위레벨 명령섹션, 하위레벨 명령섹션 및 상기 실행섹션 중의 적어도 하나의 각각은, 상기 차량운행 및 상기 차량 휠의 운동을 기술하는 모델을 이용하여, 상기 각 섹션보다 상위레벨에 위치된 섹션으로부터 수신된 정보를 토대로, 상기 각 섹션보다 하위레벨에 위치된 섹션에 전달되는 정보를 결정하고, 상기 각 섹션보다 하위레벨에 위치된 상기 섹션에 전달되는 정보내의 에러를 토대로 상기 모델을 보정하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실행섹션은, 상기 하위-레벨 명령섹션으로부터 상기 복수의 액츄에이터를 향하는 방향으로 복수의 계층레벨을 갖는 분류체계 형태로 배치되는 복수의 유닛들을 포함하고;
    상기 복수의 유닛들은 (a)상기 계층레벨의 하나로서 제1레벨에 있고, 상기 하위레벨 명령섹션으로부터 공급된 상기 제2타겟 차량 상태량을 실현하기 위하여 상기 복수의 액추에이터들이 제어되는 제어 변수를 상기 복수의 액추에이터들로 분배하도록 되어 있는 분배유닛 및 (b)상기 제1레벨보다 하위인 제2레벨에 있고, 상기 분배유닛으로부터 공급된 상기 제어 변수를 실현하기 위하여 상기 복수의 액추에이터들을 제어하도록 되어 있는 제어유닛을 포함하고;
    상기 분배유닛은 (c)상기 하위레벨 명령섹션으로부터 공급된 상기 제2타겟 차량 상태량을 실현하기 위하여 상기 복수의 액추에이터들이 제어되는 제어변수들을 통합된 방식으로 상기 복수의 액추에이터들 모두에 분배하기 위하여, 상기 복수의 액추에이터들 모두에 대하여 제공되는 상위레벨 분배유닛, (d)상기 상위레벨 분배유닛으로부터 공급된 상기 제어변수를 상기 복수의 액추에이터의 일부에 분배하기 위하여, 상기 복수의 액추에이터의 일부에 대하여 제공된 하위레벨 분배유닛을 포함하고;
    상기 제어유닛은 상기 복수의 개별 제어유닛들을 포함하고, 그 중 제1그룹은상기 복수의 액츄에이터 중 일부에 대하여 상기 하위-레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공되고, 제2그룹은 나머지 액츄에이터들에 대하여 상기 상위-레벨 분배유닛에 종속하는 계층레벨에 제공되고;
    상기 상위레벨 분배유닛, 상기 하위레벨 분배유닛 및 상기 제어유닛은, 상기 소프트웨어 구성상 서로 독립적인 복수의 모듈들을 상기 컴퓨터로 실행시켜, 상기 개별 유닛들에 할당된 특정 기능들을 수행하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터들은 각각의 상기 액추에이터들에 의해 상기 차량의 각각의 요소에 작용하는 물리적인 양의 종류에 따라 복수의 그룹들로 분류되고;
    상기 하위레벨 분배유닛은 각각 2이상의 액추에이터들을 포함하는 상기 복수의 그룹들 중의 적어도 하나에 대하여 제공되는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 복수의 액추에이터들은 상기 차량의 휠의 길이방향 힘, 측방향 힘 및 수직방향 힘으로부터, 적어도 길이방향 힘 및 측방향 힘을 제어하는 복수의 휠-관련 액추에이터들을 포함하고;
    상기 상위레벨 분배유닛은, 상기 길이방향 힘 성분, 상기 측방향 힘 성분및 상기 수직 힘과 관련된 수직 힘 성분으로부터, 적어도 상기 길이방향 힘과 관련된 길이방향 힘 성분 및 상기 측방향 힘과 관련된 측방향 힘 성분을 상기 제어변수가 포함하도록 상기 복수의 휠-관련 액추에이터들에 상기 제어변수를 분배하는 것을 특징으로 하는 통합된 차량운행 제어시스템.
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