KR20120002091A - 통합형 차량 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안전을 위한 지능형 차량 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 자동차 고유의 제원에 따라 결정되는 다수의 특성 파라미터를 측정하는 파라미터 측정부(100)와; 주행 중인 차량의 동작 상태 및 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하는 센서부(200)와; 상기 센서부(200)를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 차량에 대한 데이터를 산출하는 추정부(300)와; 상기 추정부(300)를 통해 주행 중인 차량의 상태에 관한 데이터 측정 및 차량의 목표 감속도와 목표 요모멘트를 산출하여 차량에 장착된 액츄에이터(410)를 독립적으로 제어하는 제어부(400)로 이루어져, 기존에 독립적으로 작동했던 차량 능동 안전 시스템인 ESC와 AFS, 운전자 보조 시스템인 SCC/CA를 통합하여 제어 전략과 주행상황별 제어모드를 정의하고 상기 제어모드의 변경 시점을 결정할 수 있는 주행상황 판단용 데이터를 산출할 수 있게 함으로써, 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

통합형 차량 제어 시스템{System for controlling vehicle of integration type}

본 발명은 통합형 차량 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 주행 중인 차량이 현재 어떠한 상황인지 판단하여 제어모드를 결정하고, 그 제어모드에 적합한 차량의 이동을 계산함으로써, 쓰로틀, 조향각, 차량에 장착된 바퀴의 제동 등을 최적으로 분배하여 횡방향 안정성 보장 및 상대 차량 간 충돌을 방지하는 종방향 안정성을 확보하기 위한 통합형 차량 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 사용되는 ECU(Electronic Control Unit)는 각종 센서로부터 감지신호를 입력받아 차량 상태를 파악하여 각종 구동기를 작동시키기 위한 것으로, 각종 센서로부터 입력되는 감지신호를 변환하는 입력 인터페이스, 정해진 순서에 따라 입력 데이터의 산출연산 또는 논리 연산을 행하는 마이크로컴퓨터 및, 그 결과를 구동기의 작동신호로 변환하는 출력 인터페이스로 이루어진다.

상기 ECU와 연계된 차량 제어 시스템으로는 EPS(Electronic Power Steering), ABS(Ani-Lock Break System), CDC(Continuous Damper Control) 등이 있으며, 이들은 차량의 현가장치, 제동장치, 조향장치, 구동장치 등을 제어하여 차량의 안전성과 승차감이 높아지도록 한다.

특히, ECS(Electronic Control Suspension)는 자동차 주행 상태에 따라 전자제어되는 유압장치를 부착하여 도로조건 및 속도에 의해 자동으로 서스펜션의 강도 및 차고가 조절되어 노면에 대한 접지력과 구동력을 확보하므로, 속도 감응에 따른 주행 안전성과 승차감이 향상되도록 하고, ASV(Advanced Safety Vehicle: 선진안전 자동차)는 졸음운전 경보 시스템, 야간 장애물 감지 시스템, 위험상태 경보 시스템과 같은 기술을 통해 자동차의 안전성을 향상시키고 차량 사고가 미리 방지하므로, 차량의 운행에 따른 교통사고 사망자가 최대한 줄어들도록 한다.

한편, 최근에는 차량의 주행 안정성과 주행 중 운전자의 편의성에 대한 요구가 증가하여 차량의 능동 안전 시스템과 운전자 보조 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

능동 안전 시스템으로는 ESC(Electronic Stability control), AFS(Active Front Steering)등이 있고, 운전자 보조 시스템으로는 SCC(Smart Cruise Control) or ACC(Adaptive Cruise Control), CA(Collision Avoidance), LKS(Lane Keeping Support) 등을 들 수 있으며, 현재 이러한 시스템들은 양산 적용 단계까지 이르렀지만 각각의 개별 시스템들이 독립적으로 작동하고 있는 실정이다.

여러 종류의 제어 시스템들의 독립적인 작동은 시스템 별로 제어 권한을 두어 제어 권한이 높은 시스템이 필요한 경우 제어 입력 사이에 서로 충돌 우려가 있으면 제어 권한이 낮은 다른 시스템은 작동하지 않음을 의미하는데, 이러한 기술은 현재 차량이 가지고 있는 여러 위험 상황들 중 하나만 제어를 하기 때문에 또 다른 위험 상황을 초래할 수 있다.

대표적인 예로 능동 안전 시스템인 ESC와 운전자 보조 시스템인 SCC를 들 수 있으며, SCC 작동 중에 ESC가 필요한 상황이 오면 SCC 시스템은 작동을 하지 않게 되는데 이는 차량의 횡방향 안정성은 보장 받지만 종방향인 선행 차량과는 충돌 상황을 일으킬 수 있다.

도 1은 직선도로를 주행 중 우측 노면의 마찰계수가 작은 도로를 지나갈 때 전방차량이 감속하는 경우를 도시한 것으로, 종방향 안정성만 제어하게 되면 비대칭 노면에서의 제동이 불안정하여 횡방향 안정성이 낮게 제어되며, 횡방향 안정성만 제어하게 되면 전방 차량과 충돌을 일으킬 수 있게 된다.

도 2 및 도 3은 종래의 차량 제어 시스템에 대한 종방향 및 횡방향의 데이터를 나타내는 그래프이다.

도 2에서 SCC/CA는 차량에 대한 종방향 제어를 나타낸 것이며 ESC는 횡방향 제어를 나타낸 것으로, Position error는 차선 중심과 차량 주심과의 차이를 나타내고, Clearance는 주행 중인 차량과 전방에 위치한 차량과의 상대 거리를 나타낸다. 이때 도 2의 (a)를 보면 SCC/AC의 경우 감속하는 구간에서 차선을 벗어나는 것을 볼 수 있으며, ESC에 우선순위를 두어 제어한 경우에는 운전자가 감속하지 않으면 충돌하게 되는 위험 상황이 발생할 수 있다.

한편, 도 3의 (a) 및 (b)에서 속도(Velocity)와 가속도(Acceleration)를 보면 횡방향 우선 제어인 ESC의 목표 추종이 잘 안 되는 것을 알 수 있으며, 도 3의 (c)는 요율 에러(Yaw rate error)를 나타낸 것으로 SCC/CA의 종방향 제어만 실시한 경우 에러가 크게 증가하여 차량이 불안정한 상태가 되는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 종래의 차량 제어 시스템은 종방향이 불안정한 경우 종방향 제어만 실시하게 되며, 횡방향이 불안정한 경우 횡방향 제어만 실시하게 되어 차량 사고 발생 가능성이 높아지게 되며, 또한, ESC와 SCC 두 시스템을 통합하여 횡방향 안정성 유지 및 종방향 충돌 방지를 동시에 만족하더라도 과도한 제동 압력에 의해 예상치 못한 급 감속으로 운전자에게 불안감을 주거나 교통 흐름에 방해를 일으키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 통합형 차량 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 주행 중인 차량이 현재 어떠한 상황인지 판단하여 제어모드를 결정하고, 그 제어모드에 적합한 차량의 이동을 계산함으로써, 쓰로틀, 조향각, 차량에 장착된 바퀴의 제동 등을 최적으로 분배하여 횡방향 안정성 보장 및 상대 차량 간 충돌을 방지하는 종방향 안정성을 확보하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 자동차 고유의 제원에 따라 결정되는 다수의 특성 파라미터를 측정하는 파라미터 측정부와; 주행 중인 차량의 동작 상태 및 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하는 센서부와; 상기 센서부를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 차량에 대한 데이터를 산출하는 추정부와; 상기 추정부를 통해 주행 중인 차량의 상태에 관한 데이터 측정 및 차량의 목표 감속도와 목표 요모멘트를 산출하여 차량에 장착된 액츄에이터를 독립적으로 제어하는 제어부로 구성된다.

이상과 같은 본 발명은 기존에 독립적으로 작동했던 차량 능동 안전 시스템인 ESC와 AFS, 운전자 보조 시스템인 SCC/CA를 통합하여 제어 전략과 주행상황별 제어모드를 정의하고 상기 제어모드의 변경 시점을 결정할 수 있는 주행상황 판단용 데이터를 산출할 수 있게 함으로써, 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 종래의 직선도로에서 주행 중인 차량과 감속 중인 차량을 도시하는 도면,
도 2는 종래의 차량 제어 시스템에서 종방향 제어 효과를 도시하는 그래프,
도 3은 종래의 차량 제어 시스템에서 횡방향 제어 효과를 도시하는 그래프,
도 4는 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템을 도시하는 구조도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 주행 중인 차량과 전방 차량을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 횡방향 제어 시 옆미끄럼각에 의한 차량 상태를 도시하는 그래프,
도 8은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 코디네이터와 액츄에이터의 관계를 도시하는 구조도,
도 9는 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에 종방향 및 횡방향 제어 시 도로의 중심선과 차량의 중심궤적을 도시하는 그래프,
도 10은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 종방향 제어와 관련된 결과를 도시하는 도면.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에 관한 것으로, 도 4는 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템을 도시하는 구조도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 주행 중인 차량과 전방 차량을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 횡방향 제어 시 옆미끄럼각에 의한 차량 상태를 도시하는 그래프이다.

또한, 도 8은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 코디네이터와 액츄에이터의 관계를 도시하는 구조도이며, 도 9는 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에 종방향 및 횡방향 제어 시 도로의 중심선과 차량의 중심궤적을 도시하는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에서 종방향 제어와 관련된 결과를 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 통합형 차량 제어 시스템은 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 차량의 파라미터를 측정하는 파라미터 측정부(100)와, 주행 차량과 주변 차량의 상태를 감지하는 센서부(200)와, 차량의 데이터를 산출하는 추정부(300)와, 액츄에이터(410)를 독립적으로 제어하는 제어부(400)로 이루어져 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황 뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파라미터 측정부(100)는 자동차 고유의 제원에 따라 결정되는 다수의 특성 파라미터를 측정하여 저장하게 된다.

상기 파라미터 측정부(100)에서 측정되는 파라미터는 차량의 중량, 무게중심, 높이, 윤거, 회전강성 계수 등이며, 파라미터 측정부(100)는 ECU와 연동되어 차량의 기본 제원에 대한 데이터를 가지고 있게 하는 것이다.

센서부(200)는 주행 중인 차량의 동작 상태와 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하게 된다.

상기 센서부(200)는 차량에 장착된 다수의 센서를 통해 횡가속도(lateral acceleration), 가속도(acceleration), 요율(yaw rate), 조향각(steering angle), 차속(speed), 엔진회전속도(engine RPM), 터빈회전속도(turbine RPM)를 검출하여 이하 기술하게 될 차량 제어에 사용된다.

여기서, 요율은 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때 요율센서 내부에서 발생하는 진동 변화를 전자적으로 감지하는 것으로, 차량의 좌우측방향 이동량과 이동속도를 나타내며, 상기 요율센서의 정보는 CAN(Controller Area Network)통신을 통해서 ECU에 신호를 보낸다.

한편, 센서부(200)는 레이더(210)를 포함하도록 하여 주행 중인 차량과 주변 차량 사이의 거리 측정 및 주변 차량의 상태 확인이 가능하게 하는 동시에 도로의 교통상황까지 판단할 수 있게 한다.

추정부(estimator, 300)는 상기 센서부(200)를 통해 차량의 상태 변화 정보를 제공받아 차량에 장착된 바퀴에 가해지는 힘을 수치로 변환한 데이터와, 차량의 좌우측 횡방향 움직임에 대한 횡속도를 수치로 변환한 데이터와, 노면 마찰 계수를 수치로 변환한 데이터를 산출하여 차량 제어가 가능하게 한다.

제어부(400)는 상기 추정부(300)를 통해 주행 중인 차량의 상태에 관한 데이터 측정 및 차량의 목표 감속도와 목표 요모멘트를 산출하여 차량에 장착된 바퀴의 브레이크 입력을 독립적으로 제어하게 된다.

이때, 제어부(400)는 슈퍼바이저(Supervisor, 401)와, 컨트롤 알고리즘(Control algorithm, 402)과, 코디네이터(Coordinator, 403)로 이루어지며 이에 대한 설명은 아래와 같다.

슈퍼바이저(401)는 추정부(300)를 통해 주행 중인 차량의 동작 상태에 따라 검출되는 변수들을 이용하여 현재 차량의 상태에 관한 데이터를 계산하며, 여기서 계산된 데이터를 통해 종방향 제어를 위한 목표 가속도 및 횡방향 제어를 위한 목표 요율(yaw rate)을 계산하여 제어모드를 결정하게 되고, 또한 전방 진행 차량에 대한 추종을 수행하게 된다.

여기서, 상기 슈퍼바이저(401)의 데이터는 충돌경보지수, 역충돌시간, 요율, 그리고 옆미끄럼각과 같은 인덱스를 포함한다.

한편, 선행차량에 대한 접근 속도가 빠르고 주행 중인 차량으로부터 선행차량까지의 거리가 작을수록 선행차량과의 충돌위험이 커지므로 이에 대한 차량의 종방향 제어가 필요하다.

따라서, 이러한 차량의 종방향 제어시점을 결정하기 위해 전방충돌위험과 관련 있는 선행차량과의 상대거리 및 상대속도를 반영한 충돌경보지수(X) 및 역충돌시간(TTC^-1)을 통해 주행 상황을 판단하도록 한다.

충돌경보지수(X)는 주행 중인 차량과 주변 차량 사이에서 충돌이 발생할 수 있는 수치를 나타내는 것으로, 차량의 제동거리와 운전자의 조작지연을 고려한 센서를 이용해 측정된 차간거리, 선행차량에 대한 상대속도, 주행 차량 속도를 이용하여 계산된 값이며, 선행차량과의 차간거리, 상대속도, 주행 중인 차량의 속도, 시스템 및 운전자의 조작지연, 노면 마찰계수 등을 이용하여 선행차량과의 충돌위험을 정량화한 무차원 상수이다.

도 5를 참조하여 충돌경보지수(X)에 대한 인덱스를 계산하는 수학식은 다음과 같다.

d_rel : 선행차량과의 상대거리

d_w : 시스템 지연시간과 운전자 지연시간을 고려한 전방차량과의 충돌 방지를 위한 최소 거리

d_br : 시스템 지연시간을 고려한 전방차량과의 충돌 방지를 위한 최소 거리

충돌시간(TTC)은 선행 차량이 멈추고 차량이 감속을 하지 않았을 때 충돌할 때까지의 시간으로 충돌시간(TTC)은 상대 속도가 0 일 때 즉, 두 차량이 멈추었을 때 발산하므로 그 역수를 취해 역충돌시간(TTC^-1)을 계산하게 된다.

도 6을 참조하여 충돌시간(TTC)에 대한 인덱스를 계산하는 수학식은 다음과 같다.

TTC(Time to Collision) : 주행 차량과 전방 차량 사이에 충돌 시 까지 걸리는 시간으로써, 상대차간거리를 상대속도로 나누어준 값

도 6에서 Looming 효과는 운전자가 시각적으로 물체의 접근속도를 느끼는 정도를 표현하는 것을 말하며, 이로써 운전자의 시각적 효과에 의한 Looming 효과는 충돌시간(TTC)과 밀접한 관계가 있다는 것을 알 수 있다.

차간거리가 작을 경우 차간거리 변화에 따른 Looming 효과는 상당히 크게 나타나게 되는데 이로 인해 역충돌시간(TTC^-1)은 차간거리가 작은 저속상황에서 운전자의 감성 상태를 반영하는 파라미터로 사용되며, 선행차량의 속도가 일정할 때 운전자는 대부분 선행차량의 속도를 일정하게 추종하는데, 이때 운전자의 타임 갭은 일정한 값을 유지하게 된다.

따라서 정상상태 주행은 역충돌시간(TTC^-1)이 일정값 이하를 만족하는 상황으로 정의할 수 있으나, 충돌 가능성이 높은 운전자의 급제동 주행 데이터의 분석결과 운전자가 사용하는 감가속도가 클수록 역충돌시간은 점차 증가하는 경향을 보이기 때문에 계산된 역충돌시간이 점차 증가할수록 위험한 상황이라 판단할 수 있고 이에 대한 종방향 제어가 필요한 시점을 결정할 수 있게 되는 것이다.

한편, 차량이 Under/Over steer 또는 횡방향 미끌림이 커질 경우에 차량의 횡방향 제어가 필요하다.

따라서 이렇게 횡방향 제어가 필요한 시점을 결정하기 위해 차량의 횡방향 거동에 중요한 상태 변수인 요율과 옆미끄럼각을 통하여 주행 상황을 판단하도록 한다.

요율은 차량의 횡방향 이동에 관한 것으로 센서를 통하여 충분히 얻을 수 있는 값으로, 차량의 요율은 조정성 향상을 위한 목표 요율 값과의 비교를 통하여 Under/Over steer를 판단하며, 조정성 향상을 위한 목표 요율은 다음과 같은 수학식을 통해 구할 수 있다.

목표 요율은 운전자의 Steering 변화에 따른 빠른 정상상태로의 도달을 목적으로 하기 때문에 위 식에 Dynamics term을 0으로 설정해 줌으로써 목표 요율을 구할 수 있으며, 계산 결과는 다음과 같다.

d는 운전자가 선회할 때 목표로 하는 요율값(yaw rate)이다. 정상 선회이므로 왼쪽의 항들을 0으로 놓고, 목표값을 0으로 설정하여 식을 정리하면 얻을 수 있는 정상선회시의 요율에 운전자 delay를 고려한 1차 전달함수를 고려한 것이다.

한편, 차량을 제어하기 위한 요율을 base로 한 목표 요율과 옆미끄러짐각을 목표로 한 요율을 상황에 따라 무게를 곱해서 목표 요율로 사용한다.

옆미끄럼각은 차량이 옆으로 미끄러지는 위험성에 관한 것으로 언더스티어(Understeer)의 선회특성을 가진 차량의 경우 선회주행 중에 차량에 작용하는 횡가속도가 차량의 기본값을 초과하게 되는 상황에 이르면 실제 차량의 궤적이 운전자가 원하는 선회궤적을 추종하지 못하여 주행차로를 이탈하게 되는 것을 계산하게 된다.

이때, 상기 옆미끄럼각의 경우 요율과 같이 센서로 측정할 수 있는 상태 변수가 아니므로 추정을 통해서 제어 로직에 적용되게 되는데, 횡방향 제어에 사용된 인덱스인 요율과 횡방향 미끄럼각은 상호 연관성이 매우 깊다.

이러한 두 가지 종류의 상태 변수를 동시에 제어하면 가장 좋겠지만 서로 간의 연관성 그리고 제어 입력에 제한 때문에 두 상태 변수를 동시에 제어하는 것은 불가능하기 때문에, 횡방향 제어는 기본적으로 운전자의 운전 특성이 최대한 반영된 요율 제어를 하되 옆미끄럼각이 일정 값 이상이 되면 상기 옆미끄럼각 제어를 하도록 한다.

이와 같은 내용을 도 7을 참조하여 설명하면, 중앙에 수직한 방향으로 형성된 점선 안쪽 영역은 옆미끄럼각이 차량의 안정성에 영향을 주지 않는 안전한 영역임을 보이고 있는 것으로, 따라서 옆미끄럼각이 안전한 영역에 있을 경우에는 조정성 향상을 위한 요율 제어를 하고 그렇지 않은 경우에는 옆미끄럼각 제어를 통하여 차량을 안정화 시키는 것이다.

컨트롤 알고리즘(402)은 슈퍼바이저(401)로부터 종방향 및 횡방향 제어를 위한 목표 가속도 및 목표 요율을 계산하게 되면 상기 목표 가속도와 목표 요율을 추종하기 위한 종방향 힘과 요모멘트를 계산하게 된다.

이때, 목표 가속도로부터 계산되는 종방향 힘과 횡방향 제어에 필요한 요모멘트에 관한 수학식은 아래와 같다.

목표 가속도에 의한 종방향 힘

목표 요모멘트

코디네이터(403)는 컨트롤 알고리즘(402)으로부터 계산된 종방향 힘과 요모멘트를 주행 중인 차량에 적용하여 액츄에이터(410)를 독립적으로 작동시키기 위한 입력값을 계산한다.

이때, 작동되는 액츄에이터(410)는 쓰로틀, 브레이크, 능동조향 장치로 이루어지는데, 쓰로틀 장치는 Reverse Dynamics를 통해 입력값이 계산되고, 브레이크와 능동조향 장치는 Optimal Distribution을 통해서 입력값이 결정된다.

한편, 쓰로틀이 결정되면 Optimal Distribution에서는 종방향 힘을 0으로 설정하여 계산된 요모멘트를 만족시키도록 브레이크와 능동조향각을 결정하는데, 이는 차량이 가속 중에 횡방향 제어를 브레이크가 아닌 능동조향각을 먼저 사용함으로써 목표 가속도와 목표 요율을 동시에 만족시키지만 능동조향각의 한계를 넘었을 경우에는 브레이크를 통한 종방향 제어를 포기하게 되며, 또한 종방향 힘이 마이너스의 값일 경우에는 쓰로틀은 사용하지 않고 브레이크와 능동조향의 조합으로 종방향과 횡방향 제어를 동시에 만족시키도록 하는 것이다

도 8을 참조하여 코디네이터(403)를 이용한 액츄에이터(410)의 입력값을 계산하는 수학식은 다음과 같다.

최적 제어 해를 구하여 실제 액츄에이터에 입력을 가할 때 계산하는 과정으로써, Δδ는 Active Front steering angle 이며, Pb는 각 바퀴의 제동압이고, FL은 왼쪽 앞바퀴, FR은 오른쪽 앞바퀴, RL은 왼쪽 뒷바퀴, RR은 오른쪽 뒷바퀴이다.

도 9는 도로의 중심선과 차량의 중심 궤적을 나타낸 것으로 도 9의 (a)와 (b)에서 SCC/CA 및 ESC는 종래기술인 종방향 제어 및 횡방향 제어를 나타내는 것이며, SCC/CA+ESC는 본 발명의 종/횡방향 통합 제어 시스템을 나타내는 것이다.

도 9를 통해 도로의 중심선과 차량의 이동량을 비교해 보면, 본 발명의 제어 시스템은 횡방향 제어만을 한 경우보다는 불안정하지만 차선을 벗어나지 않는 영역 안에서 제어가 되고 있음을 보여준다.

도 10은 종방향 제어에 관련된 결과를 나타낸 것으로, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 차간 상대거리를 나타내는 clearance의 경우 횡방향 제어를 우선적으로 하게 되면 전방차량과 충돌 위험이 발생하게 되는 것을 알 수 있으며, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 Acceleration 역시 횡방향 제어만을 하게 되면 14 ~ 15초 구간에서 감속도가 많이 부족한 것을 알 수 있다.

그러나, 본 발명과 같이 종방향과 횡방향을 통합적으로 제어하게 되면 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높일 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 통합형 차량 제어 시스템은 차량의 파라미터를 측정하는 파라미터 측정부와, 주행 차량과 주변 차량의 상태를 감지하는 센서부와, 차량의 데이터를 산출하는 추정부와, 액츄에이터를 독립적으로 제어하는 제어부로 이루어져 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 측정부 200 : 센서부
300 : 추정부 400 : 제어부
401 : 슈퍼바이저 402 : 컨트롤 알고리즘
403 : 코디네이터 410 : 액츄에이터

Claims (7)

1. 자동차 고유의 제원에 따라 결정되는 다수의 특성 파라미터를 측정하는 파라미터 측정부와;
   주행 중인 차량의 동작 상태 및 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하는 센서부와;
   상기 센서부를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 차량에 대한 데이터를 산출하는 추정부와;
   상기 추정부를 통해 주행 중인 차량의 상태에 관한 데이터 측정 및 차량의 목표 감속도와 목표 요모멘트를 산출하여 차량에 장착된 액츄에이터를 독립적으로 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는;
   상기 추정부를 통해 주행 중인 차량의 동작 상태에 따라 검출되는 변수들을 이용하여 현재 차량의 상태에 관한 데이터를 계산하며, 상기 계산된 데이터를 통해 종방향 제어를 위한 목표 가속도 및 횡방향 제어를 위한 목표 요율(yaw rate)을 계산하는 슈퍼바이저와;
   상기 슈퍼바이저로부터 종방향 및 횡방향 제어를 위한 목표 가속도 및 목표 요율이 계산되면 상기 목표 가속도와 목표 요율을 추종하기 위한 종방향 힘 및 요모멘트를 계산하는 컨트롤 알고리즘과;
   상기 컨트롤 알고리즘으로부터 계산된 종방향 힘과 요모멘트를 주행 중인 차량에 적용하여 액츄에이터를 작동시키기 위해 입력값을 계산하는 코디네이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 슈퍼바이저의 데이터는 충돌경보지수, 역충돌시간, 요율, 그리고 옆미끄럼각과 같은 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는 차량에 장착된 센서를 통해 주행 중인 차량의 횡가속도, 가속도, 조향각, 차속, 엔진회전속도, 터빈회전속도, 요율의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는 주행 중인 차량과 주변 차량 사이의 거리 측정 및 주변 차량의 상태를 확인하며, 도로의 교통상황을 판단하는 레이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 추정부에서는 차량에 장착된 바퀴에 가해지는 힘, 차량의 횡속도, 노면 마찰 계수를 데이터로 변환하여 산출하는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 쓰로틀, 브레이크, 능동조향 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 시스템.

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