KR20170069675A

KR20170069675A - 차량 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20170069675A
Application number: KR1020150177177A
Authority: KR
Inventors: 신민용
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-21
Also published as: KR102179442B1

Abstract

개시된 발명은 핸들의 회전 토크를 실시간으로 감지하여 저장하고, 이렇게 저장된 데이터를 기반으로 핸들 미 파지 여부를 검출하는데 필요한 임계값을 지속적으로 업데이트함으로써, 핸즈 오프 기능의 정확도를 높이고 나아가 운전자의 편의성을 증가시키는 차량 및 그 제어방법을 제공한다.
이를 위해서 차량을 이동시키는 차륜을 조정하는 핸들; 상기 핸들의 파지 여부를 판단하기 위한 입력 토크를 발생시키는 모터; 상기 차량의 주행 중 상기 핸들의 회전 토크를 감지하는 감지부; 감지된 상기 회전 토크 및 상기 회전 토크와 상기 입력 토크를 기초로 산출된 임계값을 저장하는 저장부; 및 상기 회전 토크가 저장된 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하고, 상기 판단 결과에 사용된 상기 회전 토크를 기초로 상기 임계값을 다시 산출하여 상기 저장부에 저장하는 제어부;를 포함한다.

Description

차량 및 그 제어방법{VEHICLE AND CONTROLLING METHOD OF THE VEHICLE}

개시된 발명은 차량 및 그 제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 차량에서 핸들 미 파지 상태를 검출하기 위한 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 주행방향을 조절하기 위해서 조향 장치가 설치된다. 이러한 조향 장치의 경우, 대부분 자동식인 파워 스티어링 장치가 설치되어 있다.

이 파워 스티어링 장치는 구동수단의 종류에 따라서 유압을 이용하는 유압 방식과 구동모터의 회전력을 이용하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 방식으로 구분된다.

MDPS 방식은 유압식에 비하여 연비가 개선되고, 오일을 사용하지 않으므로 환경 친화적이며, 유압라인을 삭제할 수 있어 부품 저감 및 작업성이 개선되므로 최근에는 널리 사용되고 있다.

한편, 차량에는 차로 중앙을 주행할 수 있도록 보조하는 조향 제어 시스템이 설치되어 있다. 이러한 조향 제어 시스템은 운전자의 운전 부담이 크게 경감될 수 있는 장점이 있다.

이러한 조향 제어 시스템에서는 운전자가 핸들의 파지 여부를 감지하는 핸즈 오프(Hands off) 기능이 필수적이다.

MDPS방식의 조향 장치에서 핸즈 오프 기능을 실현하기 위해서는 핸들의 회전을 판단하는 센서가 필요하다. 다만 MDPS방식에서는 핸들의 회전 여부를 정확하게 검출할 수 없는 위치에 센서가 설치될 수 있으며, 이는 핸즈 오프 기능에서 핸들의 미 파지 여부를 검출하는 정확도에 문제가 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 개시된 발명은 핸들의 회전 토크를 실시간으로 감지하여 저장하고, 이렇게 저장된 데이터를 기반으로 핸들 미 파지 여부를 검출하는데 필요한 임계값을 지속적으로 업데이트함으로써, 핸즈 오프 기능의 정확도를 높이고 나아가 운전자의 편의성을 증가시키는 차량 및 그 제어방법을 제공한다.

일 측면에 따른 차량은 차량을 이동시키는 차륜을 조정하는 핸들; 상기 핸들의 파지 여부를 판단하기 위한 입력 토크를 발생시키는 모터; 상기 차량의 주행 중 상기 핸들의 회전 토크를 감지하는 감지부; 감지된 상기 회전 토크 및 상기 회전 토크와 상기 입력 토크를 기초로 산출된 임계값을 저장하는 저장부; 및 상기 회전 토크가 저장된 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하고, 상기 판단 결과에 사용된 상기 회전 토크를 기초로 상기 임계값을 다시 산출하여 상기 저장부에 저장하는 제어부;를 포함한다.

상기 감지부는, 상기 입력 토크 및 상기 회전 토크가 방향이 일치하지 않은 경우 발생하는 비틀림 토크를 감지할 수 있다.

상기 저장부는 상기 비틀림 토크를 저장할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 비틀림 토크와 상기 회전 토크를 비교하여 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 상기 임계값 범위 내인지 판단할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 패턴의 유사성을 상기 저장부에 저장된 상기 비틀림 토크가 상기 회전 토크와 선형 관계인지 여부를 기준으로 판단할 수 있다.

상기 임계값은, 상기 패턴의 상기 선형 관계가 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 최소 자승법(least square method)를 통해 산출될 수 있다.

상기 임계값은, 상기 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 임계 편차를 통해 산출될 수 있다.

상기 핸들의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기어(rack-pinion gear) 및 상기 랙-피니언 기어와 상기 핸들을 연결하는 칼럼(column)을 더 포함할 수 있다.

상기 감지부는, 상기 핸들이 회전하고 이를 통해 상기 칼럼이 회전하면서 발생하는 회전 토크를 감지할 수 있다.

상기 감지부는, 상기 칼럼과 상기 랙-피니언 기어 사이에 위치할 수 있다.

상기 핸들의 파지를 유도하는 경고음, 화면 및 진동 중 적어도 하나를 출력하는 출력부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 회전 토크가 상기 임계값 범위 내면 상기 핸들의 미 파지 상태로 판단하고, 상기 출력부를 제어할 수 있다.

다른 일 측면에 따른 차량의 제어방법은 핸들의 파지 여부를 판단하기 위해서 입력 토크를 발생시키고; 차량의 주행 중 상기 핸들의 회전 토크를 감지하고; 검출된 상기 회전 토크 및 상기 회전 토크와 상기 입력 토크를 기초로 산출된 임계값을 저장하고; 상기 회전 토크가 저장된 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하고; 및 상기 판단 결과에 사용된 상기 회전 토크를 기초로 상기 임계값을 다시 산출하여 상기 임계값을 저장하는 것;을 포함한다.

상기 감지하는 것;은, 상기 입력 토크 및 상기 회전 토크가 방향이 일치하지 않은 경우 발생하는 비틀림 토크를 감지하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 저장하는 것;은, 상기 비틀림 토크를 저장하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 결정하는 것;은, 상기 비틀림 토크와 상기 회전 토크를 비교하여 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 상기 임계값 범위 내인지 판단하는 것;을 포함할 수 있다.

상기 판단하는 것;은, 상기 패턴의 유사성을 상기 저장부에 저장된 상기 비틀림 토크가 상기 회전 토크와 선형 관계인지 여부를 기준으로 판단하는 것;을 더 포함할 수 있다.

상기 임계값은, 상기 선형 관계가 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 최소자승법(least square method)를 통해 산출되는 것;을 포함할 수 있다.

상기 감지하는 것;은, 상기 칼럼이 회전하는 회전 토크를 감지하는 것;을 더 포함할 수 있다.

상기 핸들의 파지를 유도하는 경고음, 화면 및 진동 중 적어도 하나를 출력하는 것;을 더 포함할 수 있다.

상기 결정하는 것;은, 상기 회전 토크가 상기 임계값 범위 내면 상기 핸들의 미 파지로 결정할 수 있다.

일 측면에 따른 차량 및 그 제어방법에 의하면 핸들의 회전 토크를 실시간으로 감지하여 저장하고, 이렇게 저장된 데이터를 기반으로 핸들 미 파지 여부를 검출하는데 필요한 임계값을 지속적으로 업데이트함으로써, 핸즈 오프 기능의 정확도를 높이고 나아가 운전자의 편의성을 증가시킬 수 있다.

도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 차량의 외관도이다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 차량에 있어서 차량 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따라 핸즈 오프 기능을 실행하는 블럭도이다.
도 5는 핸들의 파지 여부를 판단하는 일련의 순서도이다.
도 6은 감지되는 회전 토크와 비틀림 토크가 유사한 패턴인지를 판단하는 일련의 순서도이다.
도 7은 도 6의 선형 관계 판단의 기초가 되는 예시를 나타낸 그래프이다.
도 8은 핸들의 파지 여부를 판단하는 전체 과정을 나타낸 순서도이다.
도 9는 효과를 파악하기 위한 실험에 대한 결과 표이다.
도 10은 도 9를 그래프로서 표현한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 측면에 따른 차량용 시트, 이를 포함하는 차량 및 차량용 시트의 위치 제어방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 개시된 발명의 일 실시예에 따른 차량의 외관도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(1)은 차량(1)의 외관을 형성하는 본체(2), 차량(1)을 이동시키는 차륜(51, 53), 차륜(51, 53)을 회전시키는 구동 장치(60), 차량(1) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(71, 72), 차량(1) 내부의 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(80), 운전자에게 차량(1)의 측, 후방 시야를 제공하는 사이드미러(81, 82) 을 포함한다.

차륜(51, 53)은 차량의 전방에 마련되는 전륜(51), 차량의 후방에 마련되는 후륜(53)을 포함하며, 구동 장치(60)는 본체(2)가 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(51) 또는 후륜(53)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치(60)는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(engine)을 채용할 수 있다.

도어(71, 72)는 본체(2)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킨다.

윈드 스크린(80)은 본체(100)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시야 정보를 획득할 수 있도록 한다.

사이드미러(81, 82)는 본체(2)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드미러(81) 및 우측에 마련되는 우측 사이드미러(82)를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측,후방의 시야 정보를 획득할 수 있도록 한다.

도 1에 개시되어 있지 않은 구성 이외에도, 차량(1)은 본체(2) 내부에 차량(1)의 여러 구성을 연결하는 부품 및 이를 제어하는 전자 장치 등을 개시할 수 있으며, 제한은 없다.

도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 차량에 있어서 차량 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 차량(1)의 내부는 탑승자가 앉는 시트(21,22)와, 대시보드(dashboard, 10)와, 대시보드 상에 배치되고 타코미터, 속도계, 냉각수 온도계, 연료계, 방향전환 지시등, 상향등 표시등, 경고등, 안전벨트 경고등, 주행 거리계, 주행 기록계, 자동변속 선택레버 표시등, 도어 열림 경고등, 엔진 오일 경고등, 연료부족 경고등이 배치된 계기판(즉 클러스터, 12)과, 차량(1)을 이동시키고 차륜(51, 53)을 조작하는 스티어링 휠, 즉 핸들(handle 101)과, 공기조화기의 송풍구와 조절판이 배치되고 AVN 디스플레이(611) 및 오디오 기기가 배치된 센터페시아(center fascia)를 포함한다.

여기서 센터페시아는 운전석(21)과 보조석(22) 사이에 컨트롤 패널 보드가 위치하는 대시보드(10)의 중앙 영역을 의미한다.

한편, AVN 디스플레이(611)는 탑승자 특히, 운전자가 운전 중에 표시된 영상을 보거나 조작할 수 있도록 차량 앞쪽 대시보드의 센터페시아에 마련될 수 있다.

여기서AVN 디스플레이(611)는 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), CRT(Cathode Ray Tube) 등으로 구현될 수 있다.

AVN 디스플레이(611)는 운전자가 핸들(101)을 미 파지하는 경우 이를 경고하는 알람, 영상 등을 출력한다. 즉, 핸들 미 파지상태를 경고하는 영상은 클러스터(12)에 마련된 경고 등 또는 AVN 디스플레이(611)을 통해서 출력될 수 있다.

이외에도 차량(1)의 내부에는 음성 출력부(620)가 마련될 수 있다. 음성 출력부(620)는 다양한 음성이나 소리를 출력할 수 있는 장치를 의미하며, 스피커(speaker)가 일 예에 해당한다.

개시된 발명에서 음성 출력부(620)는 운전자의 핸들 파지를 유도하는 경고음 등을 출력할 수 있다.

센터 콘솔(40)에는 죠그 셔틀 타입 또는 하드 키 타입의 센터 입력부(41)가 마련될 수 있다. 센터 콘솔(40)은 운전석(21)과 보조석(22) 사이에 위치하여 기어조작 레버(40)와 트레이(38)가 형성된 부분을 의미한다.

한편, 도 2에서 도시된 차량(1)의 내부는 발명의 일 예시에 불과하며, 여러 구성이나 다른 전자 장치를 포함할 수 있으며, 제한이 없다.

도 3은 발명의 일 실시예에 따른 조향 장치를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 차량(1)은 운전자가 차륜(51, 53)를 제어하기 위한 입력 장치, 즉 핸들(101)과 핸들(101)의 회전 운동을 전달하는 칼럼(column, 102)과 칼럼(102)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기어(rack-pinion gear, 103) 칼럼(102)의 회전 운동에 의한 토크(torque)를 검출하는 감지부(200) 및 핸들(101)의 미 파지 여부를 판단하기 위한 입력 토크를 발생시키는 구동 모터(actuating motor, 400)를 포함한다.

일반적으로 조향 장치는 차량의 주행방향으로 조절하기 위한 일련의 구성을 의미한다. 이러한 조향장치의 경우, 대부분 파워 스티어링 장치가 설치되어 있다. 파워 스티어링 장치란 조향 시 핸들에 들어가는 힘을 보조해 주는 장치를 의미한다.

파워 스티어링 장치는 구동수단의 종류에 따라서 유압을 이용하는 유압 방식과 구동 모터, 이하 모터(400)의 회전력을 이용하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 방식으로 크게 구분된다.

여기서 도 3은 조향을 위한 모터(104)가 랙-피니언 기어(103)와 연결된 R-MDPS(Rack-Motor Driven Power Steering)의 형태를 도시한 것이다.

한편, 앞서 언급한 핸즈 오프 기능을 R-MDPS에서 실현하기 위해서는 칼럼(102)에 설치된 센서(sensor)가 필요하다. 하지만 센서의 위치에 따라서 핸들 미 파지 여부를 판단하는데 어려움이 있을 수 있다.

구체적으로 도 3에서 회전 토크를 감지하는 감지부(200)는 칼럼(102)에 설치되어 있으나, 칼럼(102)의 아래 쪽 즉, 랙 피니언 기어(103) 가까이에 위치한다.

이 경우 핸들(101)이 조작되지 않은 상황에서도 칼럼(102) 상단 부분의 관성에 의해서 일정한 크기의 토크가 발생할 수 있다. 이렇게 발생하는 미세한 크기의 토크는 핸들(101)의 미 파지 여부를 판단하는데 방해가 될 수 있다.

예를 들어, 발생하는 일정 크기의 토크가 0.4(N*m)인 경우, 핸즈 오프 기능은 운전자가 0.4(N*m) 이상의 토크를 핸들(101)에 인가해야 한다. 그렇지 않으면 핸즈 오프 기능은 핸들(101)이 미 파지된 상태로 판단할 수 있다. 이러한 잘못된 판단이 발생하면, 운전자가 적당한 힘으로 핸들(101)을 파지하여도 미 파지로 인한 경고음 등이 울려 운전자에게 불편함을 유발하거나 반대의 경우 경고음이 울리지 않아서 운전자의 부주의를 일으킬 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 도 3의 모터(400)는 일정 크기의 입력 토크를 랙-피니언 기어(103)에 전달한다. 여기서 랙-피니언 기어(103)는 직선 운동을 회전 운동으로 전환하고, 핸들(101) 부분이 일정하게 움직이게 한다.

만약 운전자가 핸들(101)을 파지하고 있다면, 랙-피니언 기어(103)의 움직임은 핸들(101)의 움직임과 일치하지 않을 것이고, 이는 비틀림 토크를 발생시킬 것이다.

즉, 모터(400)가 일정한 크기의 입력 토크를 발생시키고 운전자가 핸들(101)을 파지하고 있지 않다면, 비틀림 토크는 발생하지 않을 것이다. 반대의 경우 비틀림 토크가 발생하고, 감지부(200)는 이를 검출하여 핸즈 오프 기능을 실행한다.

아래의 수학식 1은 비틀림 토크와 핸들(101)의 조작에 따른 칼럼(102)의 회전 토크와의 관계를 나타낸 것이다.

여기서

는 steering control command 토크, 즉 비틀림 토크를 의미하며,

는 도3의 감지부(200)에서 검출하는 칼럼(102)의 steering column torque, 즉 회전 토크를 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이, 비틀림 토크는 핸들(101)의 조작 여부와 관련이 있고, 수학식 1은 이러한 관련성을 수학적으로 표현한 것이다.

즉, 수학식 1은 감지부(200)에서 검출하는 비틀림 토크의 미분값이 운전자의 조작에 의한 칼럼(102)의 회전 토크와 비례관계임을 나타낸다. 개시된 발명은 비틀림 토크와 회전 토크의 관계가 수학식 1과 같다는 가정을 전제로 이하에서 설명하는 동작을 통해서 핸들(101)의 파지 여부를 판단한다.

도 4는 발명의 일 실시예에 따라 핸즈 오프 기능을 실행하는 블럭도이다.

도 4를 참조하면, 회전 토크 등을 검출하는 감지부(200), 입력 토크를 발생하는 모터(400), 감지부에서 검출한 결과값 등을 저장하는 저장부(500), 운전자에게 핸들(101)의 파지를 유도하는 출력부(600) 및 핸들(101)의 파지 여부를 판단하고 각종 구성을 제어하는 제어부(300)를 포함한다.

감지부(200)는 회전 토크 및 비틀림 토크를 검출하는 센서를 포함한다. 구체적으로 감지부(200)는 컬럼(102)의 회전 운동을 감지하여 토크 값을 검출하는 회전 토크 감지부(210) 및 앞서 언급한 비틀림 토크를 감지하여 토크 값을 검출하는 비틀림 토크 감지부(220)를 포함한다.

여기서 센서는 다양한 검출 장치를 의미할 수 있으며, 토크를 검출할 수 있는 장치이면 충분하고 제한은 없다. 또한 감지부(200)는 검출된 값을 전기적 신호로 변환하여 제어부(300)에 전송하는 전송 모듈(미 도시)를 포함할 수 있다.

모터(400)는 앞서 언급한 바와 같이 R-MDPS에서 파워 스티어링을 위한 구동력을 발생시키는 구동 모터(actuating motor)를 포함할 수 있다. 또한 개시된 발명에서는 랙-피니언 기어(102)를 통해 비틀림 토크를 위한 입력 토크를 발생시킬 수 있다.

모터(400)의 종류와 형태는 다양할 수 있으며, 그 위치 또한 다양하다. 다만 발명의 일 실시예는 모터(400)가 랙-피니언 기어(103) 부근에 설치된 것을 설명한다.

저장부(500)는 검출된 토크 값 및 이하 설명할 임계값을 저장하고 제어부(300)가 산출한 임계값을 다시 저장하는 역할을 한다. 즉, 저장부(500)는 차량(1)이 주행하는 도중, 센서부(200)을 통해 실시간으로 검출되는 칼럼(102)의 회전 토크를 계속해서 저장하고, 업데이트(update)되는 검출값과 임계값을 계속해서 저장하고 다시 제어부(300)로 전송하는 역할을 한다.

한편 저장부(500)는 모터(400)를 구동시키는 제어 데이터를 저장할 수도 있으며, S램, D랩 등의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 메모리(115)는 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수도 있다.

또한, 저장부(500)는 메모리 형태로 제어부(300)와 함께 위치할 수 있으며, 데이터를 저장하기 위한 구성이면 제한이 없다.

출력부(600)는 운전자가 핸들(101)을 파지하고 있지 않다고 판단되는 경우, 파지를 유도하는 경고음, 경고 영상 및 진동(햅틱 haptic)을 출력한다.

구체적으로 출력부(600)의 디스플레이부(610)는 도 2에서 도시한 AVN 디스플레이(611) 또는 클러스터(12)에 있는 표시등을 통해서 핸들(101)의 파지를 유도하는 영상을 출력할 수 있다.

또한, 도 2에서 설명한 음성 출력부(620)는 제어부(300)의 제어에 따라 핸들(101)의 파지를 유도하는 경고음 또는 기타 다양한 소리를 출력할 수 있다.

출력부(600)는 핸들(101)의 파지를 유도하기 위해서 운전자에게 진동을 출력할 수도 있다. 여기서 진동부(630)는 핸들(101) 또는 운전석(21)과 연결되어 진동을 출력할 수 있다.

한편, 출력부(600)가 운전자에게 핸들(101)의 파지를 유도하기 위한 출력은 다양할 수 있으며, 앞서 언급한 출력 모듈 이외에도 다양한 형태를 포함할 수 있으며, 제한은 없다.

제어부(300)는 핸즈 오프 기능을 실행하고, 모터(400) 및 출력부(600) 등 발명 전반의 구성을 제어하는 마이크로 프로세서를 의미한다.

제어부(300)는 모터(400)를 제어하여 입력 토크를 발생시킬 수 있으며, 검출되는 비틀림 토크와 회전 토크를 기초로 임계값을 산출하고, 저장부(500)에 저장한다. 또한 실시간으로 검출되는 칼럼(102)의 회전 토크를 앞서 구한 임계값과 비교하여 핸들(101)의 미 파지 여부를 판단한다.

여기서 제어부(300)는 저장부(500)를 이용하여 산출되는 임계값을 실시간으로 업데이트하고, 차량(1)이 주행하는 도중 검출되는 회전 토크와 비교하여 정확도 높은 핸즈 오프 기능을 실현한다.

제어부(300)를 통해 이루어지는 구체적인 알고리즘은 이하 기타 도면과 수학식을 통해서 자세히 후술한다.

한편 제어부(300)는 차량(1)에 내장된 헤드 유닛(head unit)등과 같이 각종 연산, 제어 프로세스를 수행하는 처리 장치 등으로 구현될 수 있으며, 이외에도 기 공지된 다양한 처리 장치를 통해 구현될 수 있다.

또한, 제어부(300), 저장부(500) 및 출력부(600) 중 적어도 하나는 차량(1)에 내장된 시스템 온 칩(System On Chip, SOC)에 집적될 수 있으며, 프로세서(processor)에 의해 동작될 수 있다. 다만, 차량(1)에 내장된 시스템 온 칩이 하나만 존재하는 것은 아니고, 복수 개일 수도 있으므로, 하나의 시스템 온 칩에만 집적되는 것으로 제한되지 않는다.

도 5는 핸들의 파지 여부를 판단하는 일련의 순서도이다.

도 5를 참조하면, 감지부(200)에서 칼럼(102)에 회전에 따른 회전 토크 및 모터(400)의 입력 토크에 따라 발생하는 비틀림 토크를 검출한다(1010). 이후 제어부(300)는 현재 시점을 기준으로 일정 시간 전의 검출 데이터를 기초로 검출값의 패턴의 유사성을 판단한다(1020).

여기서 패턴의 유사성이란 현재 검출된 회전 토크가 핸들 파지 여부를 판단할 수 있는 데이터인지 확인을 구하는 1차적 판단 방법을 의미한다.

패턴의 유사성을 판단하는 구체적인 방법은 도 6 및 도 7에서 후술한다.

한편, 제어부(300)는 1차적 판단을 통과한 회전 토크와 축적된 비틀림 토크를 기초로 토크 바이어스(torque bias,

)와 임계 편차(

)를 산출한다. 이를 기초로 제어부(300)는 임계값을 판단한다(1030).

이렇게 임계값을 구하면, 제어부(300)는 현재 시점에서 검출된 회전 토크가 임계값 범위 내에 포함되는지 판단한다(1040). 제어부(300)는 감지된 회전 토크가 임계값 범위 내라면 핸들(101)이 미 파지 상태라고 판단한다(1050). 임계값을 구하는 방법은 도 8에서 후술한다.

정리하면, 제어부(300)는 1차적으로 판단된 검출값을 이용하여 2차적으로 핸들(101)의 파지 여부를 판단함으로써, 핸즈 오프 기능의 정확도를 높이게 된다. 또한 제어부(300)는 판단된 검출값을 계속적으로 업데이트하고 이를 다시 이용함으로써, 핸즈 오프 여부를 판단하는 정확도를 높이게 된다.

도 6은 감지되는 회전 토크와 비틀림 토크가 유사한 패턴인지를 판단하는 일련의 순서도이다. 도 7은 도 6의 선형 관계 판단의 기초가 되는 예시를 나타낸 그래프이다. 중복되는 설명을 방지하기 위해서 도 6과 도 7을 함께 설명한다.

도 6을 참조하면, 제어부(300)는 감지된 회전 토크 및 비틀림 토크의 검출값을 저장부(500)에 저장한다(2010). 또한 제어부(300)는 이하에서 저장된 검출값을 기초로 패턴의 유사성을 판단한다.

제어부(300)는 현재 시점을 기준으로 감지된 회전 토크를 기초로 이전 저장된 데이터를 비교하여 패턴의 유사성을 판단한다(2020).

앞서 언급한 바와 같이 제어부(300)는 패턴의 유사성이 인정되는 회전 토크를 기초로 핸들의 파지 여부를 판단한다.

구체적으로 패턴의 유사성을 판단하는 방법은 감지부(200)에 의해서 감지되고 저장부(500)등에 축적된 비틀림 토크의 미분값이 칼럼(102)의 회전 토크와 정비례관계가 성립한다는 전제에서 시작한다.

여기서 정비례 관계를 나타내는 수식이 수학식 1이다.

수학식 2는 수학식 1을 구체화한 수식이다. 즉, 여러 정비례 관계 중 제어부(300)는 수학식 2를 만족하는 회전 토크를 유사성이 인정되는 토크 검출값을 유효한 데이터로 판단할 수 있다.

여기서 c 및 d는 상수이다.

구체적으로, c는 수학식 2에서 기울기를 의미하고. 1차 함수의 기울기 즉, 선형 관계를 판단하기 위해서는 상관 계수(correlation coefficient,

)가 필요하다.

여기서 상관 계수란 2개의 특성치 x와 y 사이의 관련성의 강한 정도를 가리키는 지수를 의미한다. 개시된 발명의 일 실시예는 상관 계수를 0.8을 기준으로 한다. 다만 이러한 수치는 다양할 수 있다.

한편, c를 구하기 위해서는 저장부(500)에 축적된 데이터를 바탕으로 산출할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 축적된 데이터를 통해 상수 c를 결정한다.

도 7을 참조하면, 축적된 데이터는 여러 형태를 나타낼 수 있다.

구체적으로 도 7의 a는 상관 계수가 -1일 때 대한 예시이다. 도 7의 b는 상관 계수가 -1초과 0 미만일 때 대한 예시이다. 도 7의 c는 상관 계수가 0일 때 대한 예시이다. 도 7의 d는 상관 계수가 0초과 +1 미만일 때 대한 예시이다. 도 7의 e는 상관 계수가 +1일 때 대한 예시이다.

도 7의 d 및 e에서는 축적된 데이터가 1 차 함수의 양의 기울기를 가지는 형태를 나타낸다.

다시 도 6을 참조하면, 제어부(300)는 축적된 데이터를 분석하여 선형 관계를 판단한다. 따라서, 제어부(300)는 축적된 데이터를 통해서 기울기c를 산출하고, 기울기 c와 대응하는 상관 계수가 0.8를 초과하는 경우, 아래의 판단을 수행한다.

축적된 데이터를 분석하여 c를 결정하면, 제어부(300)는 토크 바이어스가 일정한 검출값을 가지는지 판단한다(2030).

토크 바이어스는 수학식 2에서 상수 d를 의미한다. 제어부(300)는 축적된 데이터를 분석하여 토크 바이어스가 일정한 값을 가질 때 패턴의 유사성이 인정된다고 판단한다.

일정한 값을 가지는 조건은 variance 조건, 즉 축적된 데이터의 분산을 통해서 판단한다. 즉, 제어부(300)는 축적된 데이터와 수학식 3을 통해서 상수 d를 판단한다.

수학식 3에서 var( )는 평균에서 떨어진 거리의 제곱의 평균, 즉 분산을 구하는 식을 의미한다. 여기서 0.0009는 개시된 발명의 일 예에 불과하며 조향 장치의 구조와 조건에 따라 다양할 수 있다.

한편, 제어부(300)는 축적된 데이터가 수학식 3을 만족하는 경우 패턴의 유사성을 인정할 수 있다. 그리고 제어부(300)는 이에 해당하는 상수 d, 즉 토크 바이어스를 산출한다(2040).

즉, 제어부(300)는 1차적으로 축적된 데이터를 바탕으로 패턴의 유사성을 판단한다. 구체적으로 제어부(300)는 선형 관계가 인정되는지 판단하고, 인정된다면 토크 바이어스의 분산 조건을 통해서 유사성을 판단하게 된다.

토크 바이어스를 산출하는 과정은 도 8에서 자세히 후술한다.

도 8은 핸들의 파지 여부를 판단하는 전체 과정을 나타낸 순서도이다. 앞서 언급한 사항과 중복되는 설명은 생략한다.

도 8에서 왼쪽의 순서도는 축적된 데이터를 기반 순서도(data set 기반)이다.

먼저 감지부(200)는 회전 토크를 감지하고(3010), 모터(400)에 의한 입력 토크를 통해서 비틀림 토크를 감지한다(3020, 3030). 감지부(200)는 검출된 토크의 검출값을 제어부(300)에 전송하고, 제어부(300)는 저장부(400)에 저장한다.

저장된 데이터가 축적된 후, 제어부(300)는 축적된 데이터를 기초로 앞서 언급한 패턴의 유사성을 판단한다(3040). 이 후 제어부(300)는 유사성이 인정되는 데이터를 기반으로 토크 바이어스를 산출한다(3050).

제어부(300)는 최소 자승법(least square method)을 이용하여 토크 바이어스를 산출할 수 있다.

최소 자승법이란, 어떤 계의 해방정식을 근사적으로 구하는 방법으로, 근사적으로 구하려는 해와 실제 해의 오차의 제곱의 합이 최소가 되는 해를 구하는 방법을 의미한다.

구체적으로 제어부(300)는 선형 관계가 인정되는 데이터를 기초로 아래의 수학식 4 및 수학식 5를 적용하여 토크 바이어스를 산출한다.

여기서 y는 앞서 언급한

의 미분값이고, x는

이다. 한편 d는 토크 바이어스(torque bias,

)를 의미한다. 즉 토크 바이어스는 수학식 6과 같다.

즉, 수학식 4및 6을 이용하여, 제어부(300)는 토크 바이어스를 산출한다. 이후 제어부(300)는 임계 편차를 산출한다(3060). 임계 편차는 유사성 판단에서 인정된 데이터를 기초로 판단된다. 임계 편차는 수학식 7에 의해서 산출될 수 있다.

여기서

는 유사성이 최고 임계 편차의 값이고,

는 최소 임계 편차의 값이다. 최고 및 최소 임계 편차의 값은 수학식 8에 의해서 판단된다.

여기서

는 축적된 데이터에서 컬럼 회전 토크의 최고 값이고,

는 축적된 데이터 중 최소 회전 토크이다. 즉, 임계 편차는 저장부(600)에 저장된 데이터를 바탕으로 판단될 수 있다.

정리하면, 제어부(300)는 유사성이 인정되는 데이터를 1차적으로 걸러내고, 이를 저장부(500)에 저장하여 데이터를 계속적으로 축적한다. 따라서 핸들(101)의 파지 여부에 사용되는 토크 바이어스와 임계 편차는 가변적이고, 통계적인 유사성 검증 방법을 통해 이루어지므로 정확도가 높아진다.

한편, 도 8의 오른편 순서도는 실시간으로 감지되는 회전 토크를 통해서 핸들의 파지 여부를 판단(real time decision)하는 순서도이다.

먼저, 제어부(300)가 감지부(200)에서 감지된 현재의 칼럼(102)의 회전 토크를 전송 받는다.(3090)

제어부(300)는 산출된 토크 바이어스와 임계 편차를 저장부(500)에서 불러온다(3070, 3080). 이 후 제어부(300)는 임계값을 산출한다.

여기서 임계값은 실시간으로 감지되는 회전 토크가 임계값 범위 내라면 핸들(101)이 파지 되지 않은 상태라고 판단하는 범위를 의미한다. 구체적으로 임계값은 앞서 산출한 토크 바이어스 및 임계 편차를 수학식 9에 적용하여 구할 수 있다.

이렇게 제어부(300)는 현재 감지부에서 감지한 칼럼(102)의 회전 토크의 검출값이 수학식 9의 범위 내라면 핸들(101)이 미 파지 상태로 판단한다. 만약 검출된 컬럼의 회전 토크 값이 수학식 9를 만족하지 않으면, 제어부(300)는 핸들이 파지 되었다고 판단한다. 이후 제어부(300)는 저장부에 검출값을 저장하고, 유사성 판단(3040)으로 되돌아간다.

여기서 회전 토크의 판단에 필요한 토크 바이어스와 임계 편차는 저장부(500)에 저장된 데이터를 기반으로 계속적으로 업데이트되고, 토크 바이어스 및 임계 편차도 차량(1)이 주행할수록 변화한다.

도 9는 효과를 파악하기 위한 실험에 대한 결과 표이다. 도 10은 도 9를 그래프로서 표현한 도면이다. 중복되는 설명을 피하기 위해서 이하 함께 설명한다.

도 9를 참조하면, CAR1 내지 CAR 3는 고속도로를 주행하는 복수의 차종을 의미한다.

또한, test case (a)은 핸들(101)을 파지하지 않고, 차량(1)을 주행하면서 획득한 임계값에 대한 범위(수학식 9)를 나타낸다. test case (b)는 한 손으로 핸들(101)을 파지하고 주행할 때, 얻어지는 결과값이다. test case (c)는 양 손으로 핸들(101)을 파지하고 주행할 때, 얻어지는 결과값이다.

Norminal Bias는 임계값의 최소값 및 최대값의 차이를 나타낸다.

도 9의 표를 살펴보면, 앞서 언급한 3가지 test에서 실험한 결과, CAR 1 내지 3에서 핸들(101) 미 파지 상태, 즉 test case (a)에서만 임계값에 대한 범위가 획득되는 것을 알 수 있다. 또한 핸들(101)이 파지된 상태, 즉 test case (b) 및 (c)에서는 데이터가 업데이트되지 않음을 확인할 수 있다.

마지막으로 CAR 4는 핸들(101)을 일정한 간격으로 핸들(101)을 파지하고, 다시 미 파지 상태로 되돌아가는 상태로 주행한 결과이다. 이 경우 임계값의 범위는 CAR 1내지 CAR 3보다 높게 측정됨을 알 수 있다.

즉, 개시된 발명은 상황에 따라 다른 임계값의 범위를 사용할 수 있어서 검출의 정확성을 높일 수 있다.

도 10을 참조하면, 각 그래프는 도 9의 test case (a)에서 일정 시간 동안 검출되는 회전 토크 및 산출되는 임계값의 범위를 표현한 것이다.

첫 번째 가로줄의 각 그래프는 비틀림 토크(Measurement)와 모터(400)가 발생시키는 입력 토크(Estimation)를 비교한 것이다. 즉, 파란색의 실제 회전 토크는 운전자가 핸들(101)의 파지 여부를 의미한다.

첫 번째 가로줄의 그래프 중 CAR 1의 경우, 운전자가 핸들(101)을 파지하고 있지 않은 상태이므로 비틀림 토크가 CAR 2 및 3에 비해서 토크의 검출값이 높게 검출되는 것을 확인할 수 있다.

첫 번째 가로줄의 그래프 중 CAR 4의 경우, 일정한 간격으로 핸들(101)을 파지하기 때문에 약 2 N*m정도의 칼럼(102) 회전 토크가 검출되는 것을 확인할 수 있다.

두 번째 가로줄의 그래프는 파란색의 검출값이 토크 바이어스를 의미하고, 초록색의 검출값은 임계값을 의미한다.

개시된 발명을 적용한 결과, car 1 내지 4에서 핸들 미 파지에 해당하는 토크 바이어스가 요구되는 임계값 범위 내에서 검출되는 것을 확인할 수 있다.

1: 차량, 2: 본체,
10: 대시보드, 12: 클러스터,
21: 운전석, 22: 보조석,
40: 센터 콘솔, 41: 센터 입력부,
51, 53:차륜, 60: 구동 장치, 71,72: 도어,
80: 전면 유리, 81,82: 사이드 미러,
101: 핸들, 102: 칼럼, 103: 랙-피니언 기어,
200: 감지부, 210, 회전 토크 감지부, 220: 비틀림 토크 감지부,
300: 제어부, 400: 모터, 500: 저장부,
600: 출력부, 610: 디스플레이부, 611: AVN 디스플레이,
620: 음성 출력부, 630: 진동부

Claims

차량을 이동시키는 차륜을 조정하는 핸들;
상기 핸들의 파지 여부를 판단하기 위한 입력 토크를 발생시키는 모터;
상기 차량의 주행 중 상기 핸들의 회전 토크를 감지하는 감지부;
감지된 상기 회전 토크 및 상기 회전 토크와 상기 입력 토크를 기초로 산출된 임계값을 저장하는 저장부; 및
상기 회전 토크가 저장된 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하고, 상기 판단 결과에 사용된 상기 회전 토크를 기초로 상기 임계값을 다시 산출하여 상기 저장부에 저장하는 제어부;를 포함하는 차량.
제 1항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 입력 토크 및 상기 회전 토크가 방향이 일치하지 않은 경우 발생하는 비틀림 토크를 감지하는 차량.
제 2항에 있어서,
상기 저장부는,
상기 비틀림 토크를 저장하는 차량.
제 3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 비틀림 토크와 상기 회전 토크를 비교하여 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 상기 임계값 범위 내인지 판단하는 차량.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 패턴의 유사성을 상기 저장부에 저장된 상기 비틀림 토크가 상기 회전 토크와 선형 관계인지 여부를 기준으로 판단하는 차량.
제 5항에 있어서,
상기 임계값은,
상기 패턴의 상기 선형 관계가 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 최소 자승법(least square method)를 통해 산출되는 차량.
제 4항에 있어서,
상기 임계값은,
상기 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 임계 편차를 통해 산출되는 차량.
제 1항에 있어서,
상기 핸들의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기어(rack-pinion gear) 및 상기 랙-피니언 기어와 상기 핸들을 연결하는 칼럼(column)을 더 포함하는 차량.
제 8항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 핸들이 회전하고 이를 통해 상기 칼럼이 회전하면서 발생하는 회전 토크를 감지하는 차량.
제 8항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 칼럼과 상기 랙-피니언 기어 사이에 위치하는 차량.
제 1항에 있어서,
상기 핸들의 파지를 유도하는 경고음, 화면 및 진동 중 적어도 하나를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 차량.
제 11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회전 토크가 상기 임계값 범위 내면 상기 핸들의 미 파지 상태로 판단하고, 상기 출력부를 제어하는 차량.
핸들의 파지 여부를 판단하기 위해서 입력 토크를 발생시키고;
차량의 주행 중 상기 핸들의 회전 토크를 감지하고;
검출된 상기 회전 토크 및 상기 회전 토크와 상기 입력 토크를 기초로 산출된 임계값을 저장하고;
상기 회전 토크가 저장된 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하고; 및
상기 판단 결과에 사용된 상기 회전 토크를 기초로 상기 임계값을 다시 산출하여 상기 임계값을 저장하는 것;을 포함하는 차량의 제어방법.
제 13항에 있어서,
상기 감지하는 것;은,
상기 입력 토크 및 상기 회전 토크가 방향이 일치하지 않은 경우 발생하는 비틀림 토크를 감지하는 것;을 포함하는 차량의 제어방법.
제 14항에 있어서,
상기 저장하는 것;은,
상기 비틀림 토크를 저장하는 것;을 포함하는 차량의 제어방법.
제 15항에 있어서,
상기 결정하는 것;은,
상기 비틀림 토크와 상기 회전 토크를 비교하여 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 상기 임계값 범위 내인지 판단하여 상기 핸들의 파지 여부를 결정하는 것;을 포함하는 차량의 제어방법.
제 16항에 있어서,
상기 판단하는 것;은,
상기 패턴의 유사성을 상기 저장부에 저장된 상기 비틀림 토크가 상기 회전 토크와 선형 관계인지 여부를 기준으로 판단하는 것;을 더 포함하는 차량의 제어방법.
제 17항에 있어서,
상기 임계값은,
상기 선형 관계가 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 최소자승법(least square method)를 통해 산출되는 것;을 포함하는 차량의 제어방법.
제 16항에 있어서,
상기 임계값은,
상기 패턴의 유사성이 인정되는 상기 회전 토크를 기초로 임계 편차를 통해 산출되는 차량의 제어방법.
제 13항에 있어서,
상기 핸들의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기어(rack-pinion gear) 및 상기 랙-피니언 기어와 상기 핸들을 연결하는 칼럼(column)을 더 포함하는 차량의 제어방법.
제 20항에 있어서,
상기 감지하는 것;은,
상기 칼럼이 회전하는 회전 토크를 감지하는 것;을 더 포함하는 차량의 제어방법.
제 13항에 있어서,
상기 핸들의 파지를 유도하는 경고음, 화면 및 진동 중 적어도 하나를 출력하는 것;을 더 포함하는 차량의 제어방법.
제 13항에 있어서,
상기 결정하는 것;은,
상기 회전 토크가 상기 임계값 범위 내면 상기 핸들의 미 파지로 결정하는 차량의 제어방법.