KR20150062323A - 차량의 적응형 전방 조명 시스템 - Google Patents

차량의 적응형 전방 조명 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 적응형 전방 조명 시스템에 관한 것으로서, 특히, 지능형 스텝 모터에 의하여 헤드 램프의 상하 조사 방향을 제어하는 전자제어유닛(ECU:Electronic Control Unit)과, 차량에 설치된 에어백 시스템(Air-bag System)의 제어를 위한 에어백 제어 유닛(ACU:Air-bag Control Unit)과, 차량에 설치된 차량자세제어 시스템(ESCS:Electronic Stability Control System)의 제어를 위한 자세제어유닛(ESC:Electronic Stability Controller)과, 상기 ACU에 장착되고, 상기 ACU의 에어백 시스템 제어를 위해 차량의 주행 상태를 측정하는 복수개의 센서 모듈을 포함하고, 상기 AFLS의 ECU는 상기 지능형 스텝 모터의 제어를 위해 상기 복수개의 센서 모듈에 의하여 측정된 상기 차량의 주행 상태 정보 값을 상기 ACU로부터 캔(CAN) 통신으로 제공받도록 구비됨으로써, 비용을 절감하는 한편 조립 공수를 줄일 수 있는 이점을 제공한다.

Description

차량의 적응형 전방 조명 시스템{Adaptive Front-Lightning System of Vehicles}
본 발명은 차량의 적응형 전방 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 헤드 램프의 조사 각도를 조절하기 위하여 필요한 복수개의 센서 모듈을 기존 파손 및 망실되기 쉬운 위치에서 에어백 시스템의 에어백 제어 유닛에 제공되는 변수값들을 이용하도록 함으로써 비용을 절감하고, 부품의 조립 공수를 절감할 수 있는 차량의 적응형 전방 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 야간 주행시에 주행 방향의 사물을 잘 볼 수 있도록 하기 위한 용도 및 다른 차량이나 기타 도로 이용자에게 자기 차량의 주행 상태를 알리기 위한 용도의 등화장치를 구비한다. 전조등이라고도 하는 헤드 램프(Head Lamp)는 차량이 진행하는 전방의 진로를 비추는 기능을 하는 조명등으로서, 야간에 전방 100m의 거리에 있는 도로 상의 장애물을 확인할 수 있는 밝기를 필요로 한다.
기존의 차량용 헤드 램프는 다양하게 변화하는 도로 상태 및 차량 상태에 관계없이 고정된 방향의 조명을 운전자에게 제공하고 있다. 그런데, 최근에는 도로 환경 및 차량 상태 등의 주행 상태에 따라서 조명의 방향을 자동으로 조절함으로써, 운전자와 상대 운전자의 전방 인식을 개선하고자 하는 시도에서 적응형 전방 조명 시스템(Adaptive Front-Lightning System)이 도입되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 적응형 전방 조명 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
종래 기술에 따른 적응형 전방 조명 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 헤드 램프의 로우빔 모드 램프와 하이빔 모드 램프 중 로우빔 모드 램프의 상하 조사 각도를 조정하는 것으로서, 상하 조사 각도에 따른 최대치 조사각의 차이(즉, 작동 구간)을 형성하는 시스템이다(도 1의 좌측 부분의 도면 참조).
예컨대, 차량의 뒷 트렁크에 화물이 적재되면 화물의 무게에 의하여 차체가 뒤쪽으로 기울어지게 되고, 화물이 적재되지 않을 때에 비하여 로우빔 모드 램프가 좀더 상향으로 조사되어 마주오는 차량(이하, "대향차"라고 한다)의 운전자에게 주행을 방해할 정도의 위험 요소로 작용될 수 있다. 그러므로, 대향차에 대하여 눈부심을 일으키지 않도록 로우빔 모드 램프를 소정각도 하향 조절할 필요가 있다.
또한, 차량이 주행 중 제동을 하게 되면 갑작스러운 속도 변화에 의해 차체는 앞쪽으로 기울어지게 되고, 이에 따라 전방을 향하는 조명 면적이 작아지게 된다. 그러므로, 로우빔 모드 램프를 소정각도 상향 조절할 필요가 있다.
종래 기술에 따른 적응형 전방 조명 시스템의 일예는, 차량의 주행 상태에 따라 변화되는 전방 기울기 및 후방 기울기를 정확하게 측정하기 위하여 차체의 하부 측에 차고를 측정하는 복수개의 차고 센서를 구비하고, 복수개의 차고 센서로부터 감지된 차량의 기울기 값을 이용하여 로우빔 모드 램프의 조사 각도를 제어한다.
그런데, 종래 기술에 따른 적응형 전방 조명 시스템의 일예는, 복수개의 차고 센서에 따른 정확한 차고 측정을 위해, 보통 차량 주행 중 이물질이 침투될 여지가 있는 서스펜션 주변에 설치되어 있어 이물질에 의한 파손이 잦은 문제점이 있다. 또한, 차고 센서는 보통 2조 이상이 장착되어야 하는 바, 제품 단가를 상승시킴은 물론 조립 공수가 늘어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 헤드 램프의 조사 각도를 조절하기 위하여 필요한 차고를 측정하기 위한 별도의 차고 센서를 삭제하고, 기존 에어백 시스템의 ACU로부터 차량의 기울기 값을 제공받도록 구비됨으로써 비용을 절감함은 물론 조립 공수를 줄일 수 있는 차량의 적응형 전방 조명 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예는, 지능형 스텝 모터에 의하여 헤드 램프의 상하 조사 방향을 제어하는 전자제어유닛(ECU:Electronic Control Unit)과, 차량에 설치된 에어백 시스템(Air-bag System)의 제어를 위한 에어백 제어 유닛(ACU:Air-bag Control Unit)과, 차량에 설치된 차량자세제어 시스템(ESCS:Electronic Stability Control System)의 제어를 위한 자세제어유닛(ESC:Electronic Stability Controller)과, 상기 ACU에 장착되고, 상기 ACU의 에어백 시스템 제어를 위해 차량의 주행 상태를 측정하는 복수개의 센서 모듈을 포함하고, 상기 AFLS의 ECU는 상기 지능형 스텝 모터의 제어를 위해 상기 복수개의 센서 모듈에 의하여 측정된 상기 차량의 주행 상태 정보 값을 상기 ACU로부터 캔(CAN) 통신으로 제공받는다.
여기서, 상기 복수개의 센서 모듈은, 메인 가속도 센서와, 세이핑 가속도 센서와, 요레이트 센서(Yaw-rate Sensor) 및 롤오버 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 요레이트 센서에 의하여 감지된 요레이트 값은 CAN 통신으로 상기 ESC에 제공될 수 있다.
또한, 상기 ESC는 상기 요레이트 값을 토대로 차량의 기울기 값을 산출한 후, 상기 차량의 기울기 값을 CAN 통신으로 상기 ECU에 제공할 수 있다.
또한, 상기 요레이트 값은, X축 Linear Accelerometer일 수 있다.
또한, 상기 ECU는, 상기 요레이트 값에 의하여 산출된 상기 차량의 기울기 값에 따라 상기 지능형 스텝 모터에 의한 상기 헤드 램프의 조사 각도를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 차량의 기울기 값을 산출하기 위하여 별도의 차고 센서를 삭제하고, 기존의 에어백 시스템의 ACU로부터 차량의 기울기 값을 제공받으므로 비용을 절감하는 효과를 가진다.
둘째, 별도의 차고 센서 자체를 삭제하므로, 주행 중 이물질에 의한 파손 가능성이 없는 효과가 있다.
셋째, 차고 센서를 설치하기 위한 서스펜션 부위의 설계 자유도를 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
넷째, 별도의 차고 센서 장착에 소요되는 조립 공수를 절감할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 적응형 전방 조명 시스템을 설명하기 위한 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 구성 중 ESC와 ACU 간 제어 흐름을 나타낸 제어 블록도이며,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예의 제어 흐름을 나타낸 제어 블록도이고,
도 4는 도 2의 ESC에서 차량의 기울기 값 및 그 표준편차를 구하기 위한 모식도 및 그래프이며,
도 5는 도 4의 표준편차에 따른 도로의 유형을 판단하는 과정을 나타낸 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 구체적인 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 구성 중 ESC와 ACU 간 제어 흐름을 나타낸 제어 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예의 제어 흐름을 나타낸 제어 블록도이며, 도 4는 도 2의 ESC에서 차량의 기울기 값 및 그 표준편차를 구하기 위한 모식도 및 그래프이고, 도 5는 도 4의 표준편차에 따른 도로의 유형을 판단하는 과정을 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 구체적인 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예는, 도 2 내지 도 6에 참조된 바와 같이, 지능형 스텝 모터(Intellegence Step Motor : ISM)에 의하여 헤드 램프의 상하 조사 방향을 제어하는 전자제어유닛(ECU:Electronic Control Unit)과, 차량에 설치된 에어백 시스템(Air-bag System)의 제어를 위한 에어백 제어 유닛(ACU:Air-bag Control Unit)과, 차량에 설치된 차량자세제어 시스템(ESCS:Electronic Stability Control System)의 제어를 위한 자세제어유닛(ESC:Electronic Stability Controller)과, ACU에 장착되고, ACU의 에어백 시스템 제어를 위해 차량의 주행 상태를 측정하는 복수개의 센서 모듈을 포함한다.
여기서, 지능형 스텝 모터가 제어하는 헤드 램프는 하이빔 모드 램프와 로우빔 모드 램프 중 후자에 한하는 것으로 한정하여 설명한다.
에어백 시스템에서 ACU는 차량의 주행 상태를 측정하는 복수개의 센서 모듈을 포함하는데, 복수개의 센서 모듈은, 차량의 주행 가속도를 측정하는 메인 가속도 센서와, 에어백 쿠션의 오전개를 방지하도록 내장된 Safing 가속도 센서와, 차량의 주행 방향으로의 회전 정도를 측정하는 요레이트 센서 및 차량의 좌우 방향으로의 롤링 정도를 감지하는 롤오버 센서를 포함할 수 있다.
ACU는 차량의 충돌 사고 발생시에 충돌 판정을 하여 에어백 쿠션을 전개시키고, EDR(Event Data Record, 사고시에 ACU에 연결된 주요 차량 정보를 기록하는 방법) 요구사항에 따라 차량에 설치된 다른 기능부의 제어를 위한 타 ECU와 CAN 통신(캔 통신) 방식으로 연결되어 데이터를 통신하게 된다.
대표적으로 차량의 CAN 통신을 이용하여 타 ECU의 IMU(관성측정 유닛 : Inertial Measurement Unit) 기능을 제공하는 구성이 ESC이다.
도 2에 참조된 바와 같이, ACU는 클러스터(Cluster)와 SAS 및 ABS 등으로부터 CAN 통신으로 관련 데이터를 송수신받음은 물론, 진단기로부터 해당 CAN 통신으로 관련 데이터를 송수신받거나, ESC로부터 요레이트 값을 CAN 통신을 통하여 송수신 받을 수 있다.
그런데, ESC는 차량이 언덕길에 정차 후 출발할 때, 차량의 밀림을 방지하기 위한 Hill Hold Control(HHC) 시스템을 제어하는데, 특히 HHC 시스템은 ACU로부터 CAN 통신에 의하여 제공된 IMU Data 중 X축 Linear Accelerometer를 이용하여 구현된다.
본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예는, 종래 차량의 기울기 값을 획득하기 위하여 차량의 서스펜션 주변에 위치하였던 복수개의 차고 센서를 과감하게 삭제하고, 복수개의 차고 센서로부터 획득되었던 차량의 기울기 값을 상술한 ESC에서 ACU로부터 제공된 다양한 변수들을 후술하는 이론식들을 통하여 산출해내는 것을 기초로 한다.
보다 상세하게는, 도 4에 참조된 바와 같이, ESC의 HHC 기능과 같이 X축 가속도 센서를 이용하여 기울어진 각도를 계산하기 위해서는 다음과 같은 삼각함수가 사용된다.
[이론식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 가속도 센서 X축의 Output Voltage이고,
Figure pat00003
는 가속도 센서의 Offset Voltage이며, S는 가속도 센서의 Sensitivity이다.
X축 센서가 도 4의 아래 좌측 그림과 같이 기울어지게 되면 가속도 출력은 중력에 의해 Offset 편차가 발생하게 된다.
이와 같은 Offset 편차는 이론식 2로 도출되고, 도 4의 아래 오른쪽 그래프와 같이, 삼각함수를 통하여 이론식 3을 구할 수 있다.
[이론식 2]
Figure pat00004
[이론식 3]
Figure pat00005
이론식 3은 Offset 편차를 고려한 차량의 기울기 값이 된다.
이와 같이 산출된 차량의 기울기 값을 ECU에 CAN 통신을 통하여 제공하면, ECU는 도 3에 참조된 바와 같이, 헤드 램프의 로우빔 모드 램프의 조사 각도를 담당하는 지능형 스텝 모터(ISM)를 조절할 수 있게 된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예의 제어 과정을 보다 상세하면 다음과 같다.
먼저, 차량의 적응형 전방 조명 시스템에 의한 오토레벨링 제어를 하기 위하여 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.
첫째, 차량은 Ignition이 On되어 있어야 한다. 둘째, 헤드 램프는 로우빔 모드 램프가 작동 상태에 있어야 한다. 셋째, 정차 중에는 차량의 기울기 값 변화가 2도 이상일 경우, 최대 1.5초 후 조사 각도가 보상되어야 한다. 넷째, 주행 중에는 차량 속도가 4km/h 이상이고, 차속 변화(초당 0.8∼1.6km/h 이상) 없는 상태에서 차량의 기울기 변화가 발생하면 조사 각도가 보상되어야 한다.
차량이 시동되면, ACU 측에서는 도 6에 참조된 바와 같이, ACU Power가 On 작동되고, ACU 데이터가 초기화된다(ACU Internal Initialization). 그리고, 복수개의 센서 모듈, 특히 요레이트 센서를 통하여 X축 Linear Accelerometer 데이터 값을 읽고, 이 데이터 값은 CAN 통신을 이용하여 ECU에 송신하는 과정을 반복한다.
한편, 차량이 시동되면, ECU 측에서는 도 6에 참조된 바와 같이, 헤드 램프가 작동되는지 여부를 판정한다(Head Lamp=Turn On).
헤드 램프가 작동 오프(Off) 상태이면 제어를 종료하고, 헤드 램프가 작동 중(On)이면, 헤드 램프의 로우빔 모드 램프가 작동상태인지 판정한다(Beam Angle=Low).
여기서, 헤드 램프의 로우빔 모드 램프가 작동상태가 아닌 경우에는 제어를 종료하고, 헤드 램프의 로우빔 모드 램프가 작동상태이면, CAN 통신으로 ACU 측에서 송신된 C축 Linear Accelerometer 데이터를 읽는다(Linear Accelerometer 데이터 CAN 수신).
다음으로, 카운터가 타임 윈도우 50회 이상이면, 포장 도로를 주행하고 있는지 여부를 판단하여 포장 도로 주행(이하, "온로드 상태"로 칭한다)인지 여부를 판정하여 온로드 상태일 경우 차량의 기울기 값 평균을 오토레벨링 값으로 반영하여 지능형 스텝 모터를 제어한 다음 입력된 변수의 값을 초기화한다.
한편, 카운터가 타임 윈도우 50회 미만인 경우, 카운트를 증가시키고, 상술한 이론식 3을 이용하여 차량의 기울기 값(θ)를 산출한 후 누적 평균을 구한다. 여기서 누적 평균은 도 5에 참조된 바와 같이, 타임 윈도우(0.5∼1.0sec) 동안 기울기로 환산하여 평균 변화율을 계산하고, 편차가 적은 경우에는 온로드 상태로 판단하며, 편차가 누적되는 경우에는 온로드 상태가 아닌 비포장 도로로 판단한다.
카운터가 5회 미만인 경우, 헤드 램프가 작동 온(On) 상태인지 여부를 판정하는 곳으로 루프 제어하고, 카운터가 5회 이상일 경우에는, 표준편차를 구한 다음 표준편차가 심하지 않으면(즉, If(Deg_sd＜On Road Threshold이면) 온로드 상태가 증가한 경우이므로 상술한 온로드 상태 여부를 판단한 다음, 오토레벨링 값으로 지능형 스텝 모터의 작동을 제어한다. 여기서, 표준 편차가 심한 경우에는 최초의 제어 단계인 헤드 램프가 작동 온(On)인지 여부를 판정하는 단계로 루프되도록 제어한다.
이상, 본 발명에 따른 차량의 적응형 전방 조명 시스템의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
AFLS: Adaptive Front-Lightning System
ECU: Electronic Control Unit
ACU: Air-bag Control Unit
ESCS: Electronic Stability Control System
ESC: Electronic Stability Controller
ISM: Intellegence Step Moter

Claims (6)

  1. 지능형 스텝 모터에 의하여 헤드 램프의 상하 조사 방향을 제어하는 전자제어유닛(ECU:Electronic Control Unit)과;
    차량에 설치된 에어백 시스템(Air-bag System)의 제어를 위한 에어백 제어 유닛(ACU:Air-bag Control Unit)과;
    차량에 설치된 차량자세제어 시스템(ESCS:Electronic Stability Control System)의 제어를 위한 자세제어유닛(ESC:Electronic Stability Controller)과;
    상기 ACU에 장착되고, 상기 ACU의 에어백 시스템 제어를 위해 차량의 주행 상태를 측정하는 복수개의 센서 모듈을 포함하고,
    상기 AFLS의 ECU는 상기 지능형 스텝 모터의 제어를 위해 상기 복수개의 센서 모듈에 의하여 측정된 상기 차량의 주행 상태 정보 값을 상기 ACU로부터 캔(CAN) 통신으로 제공받는 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 센서 모듈은,
    메인 가속도 센서와, 세이핑 가속도 센서와, 요레이트 센서(Yaw-rate Sensor) 및 롤오버 센서를 포함하는 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 요레이트 센서에 의하여 감지된 요레이트 값은 CAN 통신으로 상기 ESC에 제공되는 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 ESC는 상기 요레이트 값을 토대로 차량의 기울기 값을 산출한 후, 상기 차량의 기울기 값을 CAN 통신으로 상기 ECU에 제공하는 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 요레이트 값은, X축 Linear Accelerometer인 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 ECU는, 상기 요레이트 값에 의하여 산출된 상기 차량의 기울기 값에 따라 상기 지능형 스텝 모터에 의한 상기 헤드 램프의 조사 각도를 제어하는 차량의 적응형 전방 조명 시스템.
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