KR20180095225A

KR20180095225A - 차량 및 차량의 제어 방법

Info

Publication number: KR20180095225A
Application number: KR1020170021434A
Authority: KR
Inventors: 박기응; 신동호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 한국기술교육대학교 산학협력단; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-08-27
Also published as: KR102183204B1

Abstract

개시된 발명은 차량 및 차량의 제어 방법에 관한 것으로, 차량의 제어 방법은 차량의 속도, 사이드 슬립 각(side slip angle), 상대 경로 각 및 측면 어긋남(lateral offset)을 획득하는 단계, 상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트를 결정하는 단계, 상기 측면 어긋남, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트의 차이 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계 및 상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

차량 및 차량의 제어 방법{A vehicle and a method for controlling the same}

차량 및 차량의 제어 방법에 관한 것이다.

차량은, 도로나 선로를 주행하면서 목적지까지 이동할 수 있는 장치를 의미한다. 차량은, 대체로 차체에 설치된 하나 이상의 차륜의 구동에 따라 이동 가능하도록 마련된다. 이와 같은 차량으로는, 예를 들어, 삼륜 또는 사륜 자동차나, 모터사이클 등의 이륜 자동차나, 건설 기계나, 자전거나 또는 선로 상에 배치된 레일 위에서 주행하는 열차 등이 존재한다.

일반적으로 차량은 도로나 선로를 주행하는 동안, 운전자가 운전대를 직접 수동 조작함으로써 진행 방향을 변경할 수 있다. 근자에는 운전자가 직접 운전대를 조작하지 않더라도 내장된 제어 장치의 제어에 의해 자동적으로 방향을 변경하면서 도로나 선로를 주행할 수도 있다. 이와 같이 제어 장치의 제어에 의해 주행하는 차량을 자율 주행 자동차라고 한다.

또한, 차량에는 차선 이탈 방지 시스템이 마련되어 있을 수도 있으며, 차선 이탈 방지 시스템은 도로에 형성된 차선을 따라 주행하는 동안 차량이 차선을 이탈하게 되면, 차선의 이탈을 경고하거나 또는 차량이 자동적으로 차선을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.

실시간 신경 회로망 적응형 학습을 통하여 정확하고 적절하게 차량의 주행 경로를 유지하며 주행할 수 있는 차량 및 차량의 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

차량 자체 또는 차량의 동작과 관련된 각종 부품, 일례로 차량의 조향 관련 부품의 특성 변화에도 불구하고, 경로 추종 오차 없이 또는 경로 추종 오차를 최소화하여 적절하게 경로를 따라 주행할 수 있는 차량 및 차량의 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 차량 및 차량의 제어 방법이 제공된다.

차량의 제어 방법은, 차량의 속도, 사이드 슬립 각(side slip angle), 상대 경로 각 및 측면 어긋남(lateral offset)을 획득하는 단계, 상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트(Yaw rate)를 결정하는 단계, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 측면 어긋남 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계 및 상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

차량의 제어 방법은, 신경 회로망을 이용하여 상기 추정 보상 함수를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득하는 단계는, 상기 목표 요 레이트 및 실측 요 레이트 사이의 차이를 기초로 가중치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득하는 단계는, 상기 사이드 슬립 각, 실측 요 레이트, 상대 경로 각 및 경로의 곡률을 포함하는 입력 값을 획득하는 단계 및 상기 입력 값 및 상기 가중치를 기초로 추정 보상 함수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 추정 보상 함수는, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 목표 조향각과 실측 조향각 사이의 차이 및 상기 측면 어긋남을 최소화하도록 마련된 것일 수 있다.

상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계는, 자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리 및 스위칭 게인 중 적어도 하나를 더 이용하여, 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계는, 상기 목표 조향각을 이용하여 기초로 상기 차량의 조향 액추이터(steering actuator)를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트(Yaw rate)를 결정하는 단계는, 하기의 수학식 1에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 1]

여기서 γ_d는 목표 요 레이트, V는 차량의 속도, β는 사이드 슬립 각, ΔΨ는 상대 경로 각의 변화율, K_d는 게인, d_s는 측면 어긋남일 수 있다.

상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 측면 어긋남 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계는, 하기의 수학식 2에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 2]

여기서, δ^d _f는 목표 조향각, ^b_δ는 b_δ의 추정값이고 b_δ는 차량의 크기 및 속도에 따라 정의되는 값, f는 추정 보상 함수, L_s는 자동차 무게 중심과 연산 장치 사이의 거리, d_s는 측면 어긋남, ρ는 곡률, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, K_d는 게인일 수 있다.

상기 추정 보상 함수는, 하기의 수학식 3에 따라 결정될 수 있다.

[수학식 3]

여기서, h(x)는 추정 보상 함수, W 및 V는 임의의 가중치 행렬, σ()는 임의의 활성화 함수, x는 독립변수일 수 있다.

상기 W 및 V는 하기의 수학식 4 및 수학식 5에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

여기서, W_f 및 V_f는 W 및 V에 대한 추정 값, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이일 수 있다.

상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계는, 하기의 수학식 6에 따라 조향 명령 값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

[수학식 6]

δ^cmd _f는 조향 명령 값, Cα, Cb는 하기의 수학식 7 및 수학식 8을 기초로 연산된 값, δ^d _f는 목표 조향각, ^b_δ는 b_δ의 추정값, b_δ는 차량의 크기 및 속도에 따라 정의되는 값, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이를 포함할 수 있다..

[수학식 7]

[수학식 8]

수학식 7 및 수학식 8에서 ε_a 및 ε_b는 0보다 큰 가중치 상수이다.

차량은, 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 획득하는 데이터 수집부 및 상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트를 결정하고, 상기 측면 어긋남, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트의 차이 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하고, 상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 목표 요 레이트 및 실측 요 레이트 사이의 차이를 기초로 상기 신경 회로망의 가중치를 결정함으로써 상기 추정 보상 함수를 획득할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 사이드 슬립 각, 실측 요 레이트, 상대 경로 각 및 경로의 곡률을 포함하는 입력 값을 획득하고, 상기 입력 값 및 상기 가중치를 기초로 추정 보상 함수를 결정함으로써 상기 추정 보상 함수를 획득할 수 있다.

상기 제어부는, 자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리 및 스위칭 게인 중 적어도 하나를 더 이용하여, 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정할 수 있다.

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

차량은, 상기 목표 조향각을 기초로 상기 제어부에 의해 제어되는 조향 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.

상술한 차량 및 차량의 제어 방법에 의하면, 경로 추종 오차 없이 또는 경로 추종 오차를 최소화함으로써 자율 주행 또는 차선 유지에 대한 차량 제어의 신뢰성을 보다 개선할 수 있게 된다.

상술한 차량 및 차량의 제어 방법에 의하면, 차량의 각 부품의 노후화나 마모, 차량의 무게 변화, 무게 중심 변화, 요 방향 관성 모멘트, 타이어의 강성치 변화 등과 같은 다양한 원인으로 차량의 운동 특성이 변화하는 경우에도 차량은 적절하게 경로를 따라 주행할 수 있게 된다.

상술한 차량 및 차량의 제어 방법에 의하면, 차량의 운동 특성이 변화를 신경 회로망을 이용하여 실시간으로 학습할 수 있게 되므로, 보다 적절하게 경로 추종 오차를 보상할 수 있게 된다.

도 1은 차량의 일 실시예의 외형을 도시한 도면이다.
도 2는 차량의 일 실시예에 대한 제어 블록도이다.
도 3은 차량과 관련된 각종 계수를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 차량 제어부의 일 실시예에 대한 제어 블록도이다.
도 5는 차량의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.

이하 차량 및 차량의 제어 방법의 다양한 실시예에 대해 설명한다. 그러나, 본 명세서가 가능한 실시예들의 모든 구성 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 부, 모듈 또는 부재라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 부, 모듈 또는 부재가 하나의 부품을 이용하여 구현되거나, 하나의 부, 모듈 또는 부재가 복수의 부품을 포함하여 구현되는 것도 가능하다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 기재되어 있는 경우, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 차량의 일 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 차량의 일 실시예의 외형을 도시한 도면이다.

이하 도 1을 참조하여, 차량을 설명함에 있어서, 차량(1)이 통상적인 상황에서 주행하는 방향을 전 방향이라 정의하고, 전 방향의 반대 방향을 후 방향이라 정의한다. 또한, 전 방향 및 후 방향을 잇는 선분과 직교하면서, 지면과 대체적으로 수평인 방향을 측 방향이라고 정의한다. 또한 전 방향 및 측 방향과 모두 직교하는 방향 중 지면을 향하는 방향을 하 방향이라 정의하고, 하 방향의 반대 방향을 상 방향이라고 정의한다.

차량(1)은, 도로나 선로를 주행하면서 주행 가능한, 통상적인 사륜 자동차, 이륜 자동차, 삼륜 자동차, 건설 기계, 자전거, 열차, 주행 가능한 로봇 또는 기타 각종 이송 장치를 포함할 수 있다.

차량(1)은, 일 실시예에 의하면, 자율 주행 자동차를 포함할 수 있다.

또한, 차량(1)은, 경로 추종 동작을 수행하여 운전자의 운전을 보조할 수 있도록 관련 부품, 일례로 경로 추종 제어기가 설치된 것일 수도 있다. 경로 추종 제어기가 설치된 경우, 차량(1)은, 차량(1)이 적절한 경로로 주행할 수 있도록 각종 제어나, 진동 또는 사운드 출력 등과 같은 알림을 통해서 운전자의 운전을 보조할 수 있다.

도 1에 도시된 바를 참조하면, 차량(1)은, 차량(1)의 외형을 이루는 차체(2)와, 차체(2)의 이동 방향을 결정하는 조향 핸들(5)과, 차체(2)를 이동시키는 적어도 하나의 차륜(3)과, 차량(1)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 차량 제어부(20)를 포함할 수 있다.

차체(2)는 외장 프레임을 포함할 수 있다. 외장 프레임의 내측에는 운전자 및 동승자 중 적어도 하나가 탑승될 수 있는 내부 공간(3)이 마련된다.

조향 핸들(5)은 내부 공간(3)에 마련된다. 보다 구체적으로 조향 핸들(5)은 내부 공간(3)에서 운전석의 전 방향에 장착될 수 있으며, 운전자는 조향 핸들(5)을 조작함으로써, 차량(1)의 주행 방향을 결정할 수 있다. 조향 핸들(5)은 적어도 하나의 방향으로 회동 가능하게 마련된다.

차륜(3)은, 지면과 맞닿을 수 있도록 차량(1)의 외장 프레임의 하단에 마련된다. 차륜(3)은 대체적으로 지면과 수평을 이루는 제1 회전축을 중심으로 회동할 수 있다. 제1 회전축을 중심으로 한 차륜(3)의 회전에 따라서, 차량(1)은 소정의 방향으로 주행할 수 있게 된다.

차륜(3)은, 조향 핸들(5)의 조작이나 차량 제어부(20)의 지시에 따라서 제2 회전축을 중심으로 조향각만큼 회동할 수 있다. 제2 회전축은 지면을 대체적으로 수직 관통하는 선분과 평행하도록 마련될 수 있으며, 또한, 제1 회전축과 직교하도록 마련될 수도 있다. 차륜(3)이 제2 회전축을 중심으로 소정의 각도로 회전함에 따라서, 차량(1)은 방향을 변경하여 주행할 수 있게 된다. 이 경우, 차량(1)의 기존에 주행하던 방향과, 새로 변경된 주행 방향 사이의 사잇각을 조향각이라고 한다.

제2 회전축을 중심으로 한 차륜(3) 회전 각도는 조향 핸들(5)의 회전 방향 및 회전 정도에 대응하여 결정된다. 조향 핸들(5)의 조작에 따라 차륜(3)이 제2 회전축을 중심으로 회전하면, 차량(1)은 제2 회전축을 중심으로 한 차륜(3) 회전 각도에 대응하는 조향각으로 회전하여 주행하게 된다.

일 실시예에 의하면, 차륜(3)은, 조향 액추에이터(도 2의 31)와 연결되어 마련된다. 차륜(3)은 조향 액추에이터(31)의 동작에 따라서 제2 회전축을 중심으로 소정의 방향으로 소정의 각도로 회전 가능하게 마련된다. 일 실시예에 의하면, 조향 액추에이터(31)의 동작은 조향 핸들(5)의 조작에 따라 수행될 수도 있다. 또한, 다른 실시예에 의하면, 조향 액추에이터(31)의 동작은, 후술하는 바와 같이, 차량 제어부(20)의 제어에 따라, 수행될 수도 있다.

일 실시예에 의하면, 차륜(3)은, 적어도 하나의 전방 차륜(3a)과, 적어도 하나의 후방 차륜(3b)을 포함할 수 있다. 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나는 엔진에서 제공된 동력에 의해 제1 회전축을 중심으로 회동하도록 마련된다. 통상적으로, 차량(1)에는 두 개의 전방 차륜(3a)과 두 개의 후방 차륜(3b)이 설치될 수 있다. 실시예에 따라서, 차량(1)에는 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 이외에도 더 많은 차륜이 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 사이에 설치될 수도 있다.

전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나는, 조향 핸들(5)의 조작이나 차량 제어부(20)의 지시에 따라 일정 범위 내에서 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 마련된다. 이 경우, 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나는, 조향 액추에이터(31)와 기계적으로 연결되어, 조향 액추에이터(31)의 동작에 따라 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.

차량 제어부(20)는, 차량(1)에 필요한 각종 전자적 제어를 수행하기 위해 마련된다.

차량 제어부(20)는, 적어도 하나의 반도체 칩 및 관련 부품을 이용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 차량 제어부(20)는 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)나, 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit)을 채용하여 구현될 수 있다. 또한, 차량 제어부(20)는 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Control Unit)을 포함할 수도 있다. 이외에도, 차량 제어부(20)는, 설계자가 고려할 수 있는 다양한 전자 제어 장치를 이용하여 구현 가능하다.

차량 제어부(20)는, 차량(1)의 외장 프레임의 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 차량 제어부(20)는 엔진룸이나, 엔진룸과 대시 보드 사이나, 또는 이 외 통상적으로 설계자가 고려할 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있다.

도 2는 차량의 일 실시예에 대한 제어 블록도이고, 도 3은 차량과 관련된 각종 계수를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바를 참조하면, 차량(1)은, 일 실시예에 있어서, 데이터 수집부(10), 차량 제어부(20) 및 구동부(30)를 포함할 수 있다.

데이터 수집부(10)는, 차량(1)의 제어에 필요한 각종 데이터를 수집, 측정 및/또는 연산하여 획득하고, 획득한 데이터를 전기적 신호의 형태로 차량 제어부(20)로 전송할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 데이터 수집부(10)는, 위치 데이터 수집부(11)와, 자이로 센서(12)와, 속도 센서(13)와, 촬영 장치(14)와, 요 레이트 센서(15) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.

위치 데이터 수집부(11)는, 차량(1)의 현재 위치를 측정할 수 있도록 마련된다. 위치 데이터 수집부(11)는, 미리 정의된 시간마다 차량(1)의 위치를 측정하도록 설계 가능하다.

일 실시예에 따르면, 위치 데이터 수집부(11)는, 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)를 이용하여 위치 데이터를 획득할 수 있다. 위성 항법 시스템은, 예를 들어, GPS(Global Positioning System), Galileo, GLONASS(Global Orbiting Navigational Satellite System), COMPASS, IRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System), QZSS(Quasi-Zenith Satellite System) 등과 같이 다양한 항법 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

자이로 센서(12)는, 차량(1)의 동작과 관련된 각종 정보를 수집할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 자이로 센서(12)는 차량(1)의 주행 방향 또는 주행 방향의 변화를 감지하여 측정할 수도 있고, 차량(1)의 가속 또는 감속 여부를 감지할 수도 있다. 또한, 자이로 센서(12)의 차량의 회전 여부나 회전 방향이나, 회전 각도도 감지할 수도 있다.

속도 센서(13)는, 차량(1)의 주행 속도(V)를 측정할 수 있도록 마련된다. 속도 데이터 수집부(15)는 차량(1)의 속도를 측정할 수 있는 다양한 장치를 이용하여 구현 가능하다. 예를 들어, 속도 센서(13)는, 엔진 회전수나 차륜(3)의 회전수를 측정하는 장치, 일례로 엔코더 등을 이용하여 구현될 수도 있다.

실시예에 따라서, 차량(1)의 주행 속도(V)는, 속도 센서(13)에 의해 측정될 수도 있으나, 상술한 위치 데이터 수집부(11)를 이용하여 구현되는 것도 가능하다. 예를 들어, 위치 데이터 수집부(11)는 설정된 시간마다 차량(1)의 위치를 기록하고, 차량 제어부(20)는 위치 데이터 수집부(11)에 의해 기록된 복수의 위치의 변화와 시간의 변화를 함께 이용하여 차량(1)의 주행 속도(V)를 연산할 수도 있다. 또한, 차량(1)의 주행 속도(V)는, 자이로 센서(12)를 이용하여 획득되는 것도 가능하다.

촬영 장치(14)는, 차량(1)의 전방, 측방 및 후방 중 적어도 하나에 대한 영상 데이터를 획득할 수 있다. 촬영 장치(14)는, 예를 들어, 카메라 장치를 포함할 수 있다. 카메라 장치는, 예를 들어, 전하 결합 소자(CCD, Charge Coupled Device) 또는 시모스(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor) 등과 같은 각종 촬상 매체를 이용하여 영상 데이터를 획득할 수 있다.

요 레이트 센서(15)는, 차량(1)의 요 레이트를 측정 가능하도록 마련된다. 요 레이트(yaw rate, γ)는, 차량(1)의 중심을 수직 방향으로 관통하는 축(도 3의 z축)을 중심으로 차량(1)이 회전하는 속도를 의미한다. 다시 말해서, 요 레이트는 수직 축(z)을 중심으로 하는 차량(1)의 회전 각도가 변화하는 정도를 의미한다.

일 실시예에 의하면, 요 레이트 데이터 수집부(12)는, 예를 들어, 통상적인 요 레이트 센서를 이용하여 구현 가능하다. 예를 들어, 요 레이트 센서는 자이로 센서를 이용하여 구현 가능하다.

데이터 수집부(10)는, 상술한 위치 데이터 수집부(11)와, 자이로 센서(12)와, 속도 센서(13)와, 촬영 장치(14)와, 요 레이트 센서(15) 외에도 차량(1) 주변의 상황에 대한 정보를 획득할 수 있는 다양한 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집부(10)는 차량의 진행 방향을 검출할 수 있는 지자기 센서(geomagnetic sensor)를 더 포함할 수도 있다.

상술한 위치 데이터 수집부(11)와, 자이로 센서(12)와, 속도 센서(13)와, 촬영 장치(14)와, 요 레이트 센서(15) 중 적어도 하나는, 사용자 또는 설계자의 임의적 선택에 따라 생략 가능하다.

차량 제어부(20)는, 데이터 수집부(10)에 의해 제공되는 전기적 신호를 기초로 구동부(30)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 차량 제어부(20)의 동작의 여러 실시예에 대한 자세한 내용은 후술한다.

구동부(30)는, 차량 제어부(20)의 제어 신호를 수신하고, 제어 신호의 수신에 응하여 제어 신호에 대응하여 동작할 수 있다. 구동부(30)의 동작에 따라서, 차량(1)은 주행이나 조향 등의 다양한 동작 중 적어도 하나를 수행할 수 있게 된다.

구동부(30)는, 예를 들어, 모터나 액추에이터 등을 포함할 수 있다. 모터나 액추에이터는 차량(1)의 차륜(3) 등에 연결되어 차륜(3)이 제1 회전축 및 제2 회전축 중 적어도 하나를 중심으로 회전하도록 할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 구동부(30)는, 조향 액추에이터(31)를 포함할 수 있다. 조향 액추에이터(31)는, 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나와 연결되어, 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나를 제2 회전축을 중심으로 적어도 하나의 회전 방향으로 회전시킬 수 있다. 이 경우, 조향 액추에이터(31)는, 전방 차륜(3a) 및 후방 차륜(3b) 중 적어도 하나를 제어 신호에 대응하는 각도로 회동시킬 수 있다.

이하 차량 제어부(20)의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 바를 참조하면, 차량 제어부(20)는, 일 실시예에 있어서, 사이드 슬립각 획득부(21)와, 상대 경로각 획득부(22)와, 측면 어긋남 획득부(23, lateral offset obtainer)와, 곡률 획득부(24)를 포함할 수 있다. 이들 중 일부는 실시예에 따라 생략 가능하다.

사이드 슬립각 획득부(21)와, 상대 경로각 획득부(22)와, 측면 어긋남 획득부(23)와, 곡률 획득부(24) 중 적어도 하나는, 다른 요소와 논리적으로 구분되는 것일 수도 있고, 및/또는 물리적으로 구분되는 것일 수도 있다.

도 3은 차량과 관련된 각종 계수를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바를 참조하면, 차량(1)은 적어도 하나의 경로(9)를 추종하여 주행할 수 있다. 여기서, 추종하고자 하는 경로(9)는, 사용자, 설계자 또는 차량 제어부(20)에 의해 미리 정의된 것일 수 있다. 예를 들어, 추종하고자 하는 경로는, 특정한 도로일 수도 있고, 또는 특정한 도로의 일부일 수도 있다. 특정한 도로의 일부는, 도로 상의 적어도 하나의 차로를 포함할 수 있다. 차로는, 도로 상에 인쇄된 적어도 하나의 차선을 이용하여 구획된 것일 수 있다. 경로(9)는 도 3에 도시된 바와 같이 곡선으로 형성된 것일 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바를 참조하면, 사이드 슬립 각 획득부(21)는, 직진하거나 또는 회전 주행하고 있는 차량(1)의 사이드 슬립 각(β)을 획득할 수 있다. 사이드 슬립(sideslip)이란 차량(1)이 소정의 방향(X축 방향)주행 중일 때 측 방향(대략 Y축 방향)으로 미끄러지는 것을 의미한다. 사이드 슬립 각(β)은, 차량(1)의 주행 방향(X축 방향)에 대해 측 방향(Y축 방향)으로 어느 정도의 각도로 미끄러져 이동하고 있는지를 의미한다.

사이드 슬립 각 획득부(21)는, 위치 측정부(11), 자이로 센서(12) 및 촬영 장치(14) 중 적어도 하나에서 획득한 데이터를 기초로 주행 중인 차량(1)의 사이드 슬립 각(β)을 연산하고, 연산 결과를 요 레이트 처리부(25) 및 보상 함수 추정부(27) 중 적어도 하나로 전송할 수 있다.

상대 경로 각 획득부(22)는, 차량(1)의 상대 경로 각(ΔΨ)을 획득할 수 있다. 차량(1)의 상대 경로 각(ΔΨ)은, 추종하고자 하는 경로(9)에 대한 차량(1)의 상대적인 방향을 의미한다. 구체적으로 예를 들어, 차량(1)의 상대 경로 각(ΔΨ)은, 차량(1)이 이동 중인 곡선 경로(9)의 특정 지점(9a)에서의 접선(9b)과, 접선(9b)과 차량(1)의 주행 방향(X) 사이의 각도로 정의될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상대 경로 각 획득부(13)는, 적어도 하나의 촬영 장치(14)를 이용하여 차량(1)의 실제 주행 경로를 획득하고, 획득한 차량(1)의 실제 주행 경로를 이용하여 상대 경로 각(ΔΨ)을 획득할 수 있다. 예를 들어, 차량(1)은, 촬영에 의해 연산된 차량(1)의 실제 주행 경로와, 미리 주어진 예정 경로(9)를 서로 비교한 후, 실제 주행 경로와 미리 주어진 예정 경로(9) 사이의 차이를 기초로 상대 경로 각(ΔΨ)을 연산하여 획득할 수 있다.

측면 어긋남 획득부(23)는, 측면 어긋남(lateral offset, ds)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 측면 어긋남(ds)은, 차량(1)과, 차량(1)이 주행하고자 하는 경로(9) 사이의 측 방향 오차를 포함할 수 있다. 측면 어긋남 획득부(14)는, 적어도 하나의 촬영 장치(14)에 의해 획득된 영상 데이터를 이용하여, 측면 어긋남(ds)을 획득할 수 있다. 측면 어긋남 획득부(14)는, 예를 들어, 상대 경로 각 획득부(13)와 동일하거나 또는 일부 변형된 방법을 이용하여 측면 어긋남(ds)을 연산하여 획득할 수도 있다.

곡률 획득부(24)는, 차량(1)이 추종하는 주행 경로의 곡률(ρ)을 획득할 수 있다. 여기서, 차량(1)이 추종하는 주행 경로는, 예를 들어, 일 지점(c)을 중심으로 하는 곡선 경로(9)를 포함한다. 곡률 획득부(24)는, 일 실시예에 따르면, 촬영 장치(14)에 의해 획득된 영상 데이터를 이용하여 곡률(ρ)을 연산하여 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 곡률 획득부(24)는 차량(1)의 영상 데이터 상에 나타나는 특징점, 일례로 도로 위의 차선 등의 마크의 변화를 이용하여, 곡률(ρ)을 연산할 수도 있다.

곡률(ρ)은, 이외에도 다양한 방법을 이용하여 획득 가능하다. 예를 들어, 곡률 획득부(24)는, 위치 데이터 수집부(11)에서 수집된 차량(1)의 복수의 위치를 서로 직선 또는 곡선으로 연결하여 전체적인 곡선을 획득하고, 전체적인 곡선의 곡률(ρ)을 연산함으로써, 차량(1)이 추종하는 주행 경로의 곡률(ρ)을 획득할 수도 있다.

또한, 곡률(ρ)은, 상술한 바와 같이 곡률 획득부(24)의 연산을 통하여 획득될 수도 있으나, 사용자, 설계자 또는 제어부(20)에 의해 미리 임의적으로 정의되는 것도 가능하다.

곡선 경로(9)의 반지름은 곡률(ρ)의 역수, 즉 1/ρ로 주어진다.

일 실시예에 따르면, 위치 데이터 수집부(11) 또는 속도 센서(13)를 이용하여 획득된 차량의 속도(V), 사이드 슬립각 획득부(21)에 의해 획득된 사이드 슬립 각(β), 상대 경로각 획득부(22)에서 획득된 상대 경로 각(ΔΨ) 및 측면 어긋남 획득부(23)에서 획득된 측면 어긋남(d_s)은, 요 레이트 처리부(25)로 전달될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따르면, 사이드 슬립 각(β), 상대 경로 각(ΔΨ) 및 곡률(ρ)은 보상 함수 추정부(27)로 전달될 수도 있다.

도 4는 차량 제어부의 일 실시예에 대한 제어 블록도이다

도 2 및 도 4에 도시된 바를 참조하면, 차량 제어부(20)는, 요 레이트 처리부(25)와, 조향각 처리부(26)와, 보상 함수 추정부(27)와, 제어 명령 생성부(28)와, 추정 성능 보상부(29)를 더 포함할 수 있다.

요 레이트 처리부(25)와, 조향각 처리부(26)와, 보상 함수 추정부(27)와, 제어 명령 생성부(28)와, 추정 성능 보상부(29) 중 적어도 하나는, 실시예에 따라 생략 가능하다. 또한, 요 레이트 처리부(25)와, 조향각 처리부(26)와, 보상 함수 추정부(27)와, 제어 명령 생성부(28)와, 추정 성능 보상부(29) 중 적어도 하나는, 논리적으로 구분되는 것일 수도 있고, 물리적으로 구분되는 것일 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 요 레이트 처리부(25)는, 차속(V), 사이드 슬립 각(β), 측면 어긋남(d_s) 및/또는 상대 경로 각(ΔΨ) 등을 수신하고, 수신한 차속(V), 사이드 슬립 각(β), 측면 어긋남(d_s) 및/또는 상대 경로 각(ΔΨ) 등을 기초로 목표 요 레이트(γ_d)를 연산할 수 있다. 또한, 요 레이트 처리부(25)는, 요 레이트 센서(15)로부터 실측된 요 레이트(γ)를 수신하고, 목표 요 레이트(γ_d)와 실측 요 레이트(γ)를 기초로 요 레이트 오차(e_γ)를 연산할 수도 있다.

요 레이트 처리부(25)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 목표 요 레이트(γ_d)를 연산하는 목표 요 레이트 연산부(25a)와, 요 레이트 오차(e_γ)를 연산하는 요 레이트 오차 연산부(25b)를 포함할 수 있다.

목표 요 레이트(γ_d)는, 차량(1)이 제어 명령 생성부(28)에서 생성된 제어 명령에 따라 제어되는 경우에 있어서 원하는 요 레이트를 의미한다. 요 레이트 오차(e_γ)는, 목표 요 레이트(γ_d)와 측정된 요 레이트(γ) 사이의 차이(e_γ)를 의미한다.

목표 요 레이트 연산부(25a)는, 차량의 속도(V), 사이드 슬립 각(β), 상대 경로 각(ΔΨ) 및 측면 어긋남(d_s)을 기초로 목표 요 레이트(γ_d)를 연산할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 목표 요 레이트 연산부(25a)는 하기의 수학식 1을 기초로 목표 요 레이트를 연산할 수 있다.

여기서, γ_d는 목표 요 레이트이고, V는 설계자의 선택에 따라 정의되는 임의의 함수이다. β는 측정 또는 연산된 사이드 슬립 각이고, ΔΨ는 상대 경로 각이다. d_s는 측면 어긋남이고, K_d는 측면 어긋남을 보정하기 위한 게인(gain)이다.

L_s는 자동차의 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리를 의미한다. 여기서, 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치는, 사이드 슬립 각(β) 상대 경로 각(ΔΨ), 측면 어긋남(d_s) 등의 연산에 필요한 데이터를 획득한 데이터 수집부의 일 장치, 예를 들어 위치 측정부(11)나 촬영 장치(14)를 의미한다. 다시 말해서 L_s는 자동차의 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치, 일례로 내비게이션 장치 사이의 거리를 의미한다.

게인(K_d)이나 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리(L_s)는, 사용자나 설계자에 의해 미리 정의된 것일 수도 있고, 차량 제어 장치(20)의 연산 및 추정 결과에 따라 획득된 것일 수도 있다.

목표 요 레이트 연산부(25a)가 연산하여 획득한 목표 요 레이트(γ_d)는 요 레이트 오차 연산부(25b)로 전달될 수 있다.

목표 요 레이트 연산부(25a)는, 다음의 수학식 2를 이용하여 요 레이트 오차(e_γ)를 연산할 수 있다.

여기서, γ는 요 레이트 센서(15) 등을 이용하여 실제로 측정된 요 레이트를 의미한다. 수학식 2에서 실측 요 레이트(γ) 및 목표 요 레이트(γ_d) 중 적어도 하나에는 소정의 가수 계수가 더 부가되는 것도 가능하다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 요 레이트 오차 연산부(25b)에 의해 연산된 요 레이트 오차(e_γ)는, 조향각 처리부(26)로 전달될 수 있다. 또한, 요 레이트 오차 연산부(25b)에 의해 연산된 요 레이트 오차(e_γ)는 보상 함수 추정부(27) 및 제어 명령 생성부(28)로도 전달 가능하다.

조향각 처리부(26)는, 목표 요 레이트(γ_d)를 발생시키기 위한 목표 조향각(δ^d)을 획득할 수 있다.

조향각 처리부(26)는, 목표 요 레이트(γ_d)와 실측 요 레이트(γ) 사이의 차이(e_γ)를 이용하여, 목표 요 레이트(γ_d)에 대응하는 목표 조향각(δ^d)을 연산할 수 있다. 이 경우, 조향각 처리부(26)는, 목표 요 레이트(γ_d)와 실측 요 레이트(γ) 사이의 차이(e_γ)뿐만 아니라, 측면 어긋남(d_s) 및 추정 보상 함수(^f)를 더 이용하여 목표 요 레이트(γ_d)에 대응하는 목표 조향각(δ^d)을 연산하여 결정할 수 있다.

또한, 조향각 처리부(26)는, 보상 함수 추정부(27)에서 추정된 추정 보상 함수(^f)를 이용하여 목표 조향각(δ^d)을 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 조향각 처리부(26)는, 보상 함수 추정부(27)에서 제공되는 보상 함수(^f)를 이용하여, 측면 어긋남(d_s), 요 레이트 오차(e_γ) 및 조향각 오차(e_δ)가 최소가 될 수 있도록, 예를 들어, 측면 어긋남(d_s), 요 레이트 오차(e_γ) 및 조향각 오차(e_δ)가 영(0) 또는 이에 근사한 값이 될 수 있도록, 목표 조향각(δ^d)을 결정할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 조향각 처리부(26)는, 하기의 수학식 3을 이용하여 목표 조향각(δ^d)을 연산할 수 있다.

여기서, δ^d _f는 f라는 보상 함수를 이용한 경우에 연산되는 목표 조향각이다. ^f는 추정 보상 함수로, 보상 함수 추정부(27)에서 전달되는 함수이다. L_s는 자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리이고, d_s는 측면 어긋남이고, e_γ는 요 레이트 처리부(25)에서 전달되는 요 레이트 오차다. sgn(e_γ)은 부호 함수로, 요 레이트 오차(e_γ)의 부호에 따라서 1 또는 -1의 값을 출력한다. sgn(e_γ)은 요 레이트 오차(e_γ)가 0인 경우 0을 출력할 수 있다. K_d는 측면 어긋남을 보정하기 위한 게인으로 0보다 크게 정의된다.

^b_δ는 후술하는 수학식 13에 의해 정의되는 b_δ의 추정값이다.

ρ는 스위칭 게인을 의미한다. 일 실시예에 따르면, 스위칭 게인(ρ)는, 하기의 수학식 4와 같이 주어질 수 있다.

여기서, ^K_f는 하기의 수학식 5와 같이 표현된 적응 법칙에 의해 갱신될 수 있다.

여기서, 함수 Γ는 사용자, 설계자 또는 차량 제어부(20)에 의해 임의적으로 정의된 함수이다. e_γ는 요 레이트 오차를 의미한다. 또한, 수학식 4 및 수학식 5에서 Φ는 스위칭 게인을 위해 마련된 함수를 의미한다.

조향각 처리부(26)는 상술한 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 스위칭 게인(ρ)을 연산 및 갱신하고, 이를 기초로 목표 조향각(δ^d)을 연산할 수 있다.

이하 b_δ및 b_δ의 추정 값인 ^b_δ에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

차량(1)의 횡 방향 운동 방정식과 도로 사이의 관계식은 다음의 수학식 6과 같이 주어질 수 있다.

여기서, β는 사이드 슬립 각이고, γ는 요 레이트이고, ΔΨ는 상대 경로 각이고, d_s는 측면 어긋남이다. δ_f는 조향각이고, ρ_ref는 곡률이다. ρ_ref는 촬영 장치(14) 등을 이용하여 연산된 것일 수도 있고, 또는 사용자, 설계자 또는 차량 제어부(20)에 의해 미리 정의된 것일 수도 있다. 행렬 내의 V는 차량(1)의 주행 속도이고, L_s는 차량(1)의 무게 중심의 위치와, 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리를 의미한다. `β는 사이드 슬립 각의 변화량이고, `γ는 요 레이트의 변화량이다. `ΔΨ는 상대 경로 각의 변화량이고, `d_s는 측면 어긋남의 변화량이다.

이 경우, 행렬 내의, a₁₁, a₁₂, a₂₁, a₂₂, b₁₁ 및 b₂₁은, 예를 들어, 다음의 수학식 7 내지 수학식 12로 정의될 수 있다.

상술한 수학식 7 내지 수학식 12에서, c_f는 차량(1)의 전방 차륜(3a)의 코너링 강성을 의미하고, c_r은 차량(1)의 후방 차륜(3b)의 코너링 강성을 의미한다. m은 추정 또는 미리 정의된 차량(1)의 전체적인 질량을 의미한다. V는 상술한 바와 같이 차량의 속도를 의미한다. L_r은 차량(1)의 무게 중심에서 후방 차륜(3b)까지의 거리를 의미하고, L_f는 차량(1)의 무게 중심에서 전방 차륜(3a)까지의 거리를 의미한다. I_zz는 차량(1)의 요 모멘트 관성을 의미한다.

수학식 6 내지 수학식 12와 같이 차량(1)과 도로 사이의 관계가 주어지는 경우, 상술한 b_δ는 다음의 수학식 13과 같이 정의될 수 있다.

b₂₁ 및 b₁₁은 상술한 수학식 10 및 수학식 11에서 정의된 바와 동일하다.

수학식 13에 기재된 바와 같이 b_δ가 정의된 경우, 수학식 3의 ^b_δ는, 예를 들어, 하기의 수학식 14와 같이 정의 가능하다.

여기서, δ^d는 목표 조향각이고, e_δ는 조향각(δ) 및 목표 조향각(δ^d) 사이의 오차인 조향각 오차를 의미한다. 수학식 14에서, ε_δ는 0보다 큰 가중치 상수이다.

수학식 14는, 하기의 수학식 15로 표현될 수도 있다.

수학식 3 내지 수학식 5, 수학식 14 및 수학식 15에 기재된 바와 같이, 조향각 처리부(26)는 추정 보상 함수(^f), 자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리(L_s), 측면 어긋남(d_s), 요 레이트 오차(e_γ), 조향각 오차(e_δ), 게인(K_d), 소정의 가중치(ε_δ 등) 소정의 함수(Φ 등) 등을 이용하여 목표 조향각(δ^d)을 연산할 수 있다.

조향각 처리부(26)에 의해 연산된 목표 조향각(δ^d _f)은, 제어 명령 생성부(28)로 전달될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 조향각 처리부(26)는, 실제로 측정된 조향각(δ_f)에 대한 정보를 수신하고, 실측 조향각(δ_f) 및 목표 조향각(δ^d _f)을 기초로 조향각 오차(e_δ)를 연산할 수도 있다. 이 경우, 조향각 오차(e_δ)는 후술하는 수학식 28을 이용하여 연산 가능하다. 연산된 조향각 오차(e_δ)는 필요에 따라서 제어 명령 생성부(28) 및/또는 추정 성능 보상부(29)로 전기적 신호의 형태로 전달될 수 있다.

또한, 조향각 처리부(26)는, 필요에 따라 목표 조향각(δ^d _f)에 대한 도함수, 즉 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)을 더 연산할 수 있으며, 연산된 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)도 제어 명령 생성부(28)로 전달될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 1차 폐쇄 루프 시스템으로 모델링된 액츄에이터 역학 방정식(Actuator dynamics modeled as 1^st-order closed loop system)에 의하면, 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f)은 다음의 수학식 16을 이용해서 획득될 수 있다.

δ_f는 실측 조향각이고, δ_f ^cmd는 제어 명령 생성부(28)에서 생성되고 조향 액추에이터(31)에 전달되는 제어 조향각을 의미한다. 수학식 16에서 이용되는 제어 조향각(δ_f ^cmd)은, 미리 정의된 것일 수도 있고, 또는 목표 조향각(δ^d _f)의 연산 전에 제어 명령 생성부(28)에서 생성한 제어 조향각일 수도 있다.

Ca 및 Cb는, 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)의 연산을 위해 실측 조향 각(δ_f) 및 제어 조향각(δ_f ^cmd) 각각에 부가되는 값이다. Ca 및 Cb에 대해선 후술한다.

제어 명령 생성부(28)는, 목표 조향각(δ^d _f)과, 실제로 측정된 조향각(δ_f) 사이의 오차, 즉 조향각 오차(e_δ)가 발생하지 않도록, 목표 조향각(δ^d _f)과, 실측 조향각(δ_f)이 일치할 수 있도록 제어 명령을 생성할 수 있다. 제어 명령 생성부(28)에 의해 생성되는 제어 명령은, 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제어 명령 생성부(28)는, 요 레이트 오차(e_γ)와, 목표 조향각(δ^d _f)과, 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)을 이용하여 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 연산하여 획득하고, 획득한 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 기초로 제어 명령을 생성할 수 있다.

조향 액추에이터(31)는, 제어 조향각(δ_f ^cmd)에 따라 제어되어, 차륜(3)이 제2 회전 축을 기준으로 소정의 각도로 소정의 방향으로 회전하도록 할 수 있다. 이에 따라, 차량(1)은 조향각(δ_f)이 목표 조향각(δ^d _f)에 일치하도록 동작하게 된다.

또한, 제어 명령 생성부(28)는, 조향 액추에이터(31)의 응답 특성이 저하된 경우, 실시간으로 추정 성능 보상부(29)에서 전달된 소정의 값들을 이용하여 목표 조향각(δ^d _f) 또는 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 보상할 수도 있다. 여기서, 소정의 값은 조향 액추에이터(31)을 제어하기 위한 모델의 계수들을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 후술하는 ^Ca 및 ^Cb를 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 제어 명령 생성부(28)는, 하기의 수학식 17을 이용하여 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 연산하여 획득할 수 있다.

여기서, δ_f ^d는 목표 조향각이고, δ_f ^cmd는 제어 명령 생성부(28)에서 생성되고 조향 액추에이터(31)에 전달되는 제어 조향각을 의미한다. `δ^d _f는 목표 조향각(δ_f ^d)의 변화량을 의미한다. ^b_δ는 수학식 12에 의해 주어질 수 있다. ^Ca 및 ^Cb는, Ca 및 Cb의 추정 값을 의미한다.

추정 성능 보상부(29)는, 제어 명령 생성부(28)가 목표 조향각(δ^d _f)을 보다 적절하게 보상할 수 있도록 필요한 값들을 추정 및 연산한다.

일 실시예에 따르면, 추정 성능 보상부(29)는, 수학식 16의 Ca 및 Cb에 대한 추정값인 ^Ca 및 ^Cb를 연산하고, 연산 결과를 제어 명령 생성부(28)에 전달할 수 있다. 이 경우, 추정 성능 보상부(29)는 목표 조향각(δ^d _f) 또는 현재 조향 액추에이터(31)에 인가된 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 이용하여, ^Ca 또는 ^Cb를 연산할 수도 있다.

구체적으로 예를 들어, 추정 성능 보상부(29)는, 하기의 수학식 18 및 수학식 19를 이용하여 ^Ca 및 ^Cb를 각각 획득할 수 있다.

수학식 18 및 수학식 19에서, e_δ는 조향각 오차이고, ε_a 및 ε_b는 0보다 큰 가중치 상수이다.

추정 성능 보상부(29)로부터 ^Ca 및 ^Cb가 전달되면, 이에 응하여, 제어 명령 생성부(28)는, 추정 성능 보상부(29)로부터 전달된 ^Ca 및 ^Cb를 이용하여 목표 조향각(δ^d _f)을 보상한다.

보상 함수 추정부(27)는, 보상 함수를 획득 및/또는 갱신하고, 획득 및/또는 갱신된 보상 함수(^f)를 조향각 처리부(26)로 전달할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 보상 함수 추정부(27)는, 신경망(Neural Networks)을 이용하여 보상 함수를 획득할 수 있다.

신경망은, 입력 값과 출력 값에 따라서, 학습 가능한 알고리즘을 포함할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 신경망은 심층 신경망(DNN, Deep Neural Network), 콘볼루션 신경망(CNN, Convolutional Neural Network), 순환 신경망(RNN, Recurrent Neural Network), 심층 신뢰 신경망(DBN, Deep Belief Network) 및 심층 Q-네트워크(Deep Q-Networks) 중 적어도 하나를 이용하여 구현된 알고리즘을 포함할 수 있다.

이하 보상 함수 추정부(27)에 의해 추정 보상 함수 ^f를 획득하는 일례에 대해 보다 자세히 설명한다.

수학식 2에 기재된 바와 같이, 요 레이트 오차(e_γ)가 연산되는 경우, 측면 어긋남(d_s)-서브 시스템의 폐 루프 운동 방정식은, 상술한 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 연산될 수 있다. 이 경우, 측면 어긋남-서브 시스템의 폐 루프 운동 방정식은, 하기의 수학식 20과 같이 주어질 수 있다.

여기서, `d_s는 측면 어긋남(d_s)의 변화량을 의미하며, 측면 어긋남(d_s)의 변화량의 함수일 수 있다. d_s는 측면 어긋남이고, K_d는 측면 어긋남을 보정하기 위한 게인이며, L_s는 자동차의 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리를 의미한다. K_d는 0보다 크게 정의된다.

또한, 수학식 2에 기재된 목표 요 레이트(γ_d)와 측정된 요 레이트(γ) 사이의 오차(e_γ)를 시간에 대해 미분하고, 요 레이트 오차(e_γ)의 미분에 의해 획득된 수학식에 수학식 6을 대입하면, 다음의 수학식 21과 같은 요 레이트-서브 시스템에 대한 오차 운동 방정식을 획득할 수 있다.

여기서, `e_γ는 요 레이트 오차(e_γ)의 변화량이다. 또한, 상술한 바와 같이, β는 사이드 슬립 각이고, γ는 요 레이트이고, ΔΨ는 상대 경로 각이고, ρ_ref는 곡률이고, δ_f는 실측 조향각이다. b_δ는 상술한 수학식 12로 정의된 것일 수 있다.

f는, 사이드 슬립 각(β)과, 요 레이트(γ)와, 상대 경로 각(ΔΨ)과, 곡률(ρ_ref)과, 조향각(δ_f)을 독립 변수로 하는 보상 함수일 수 있으며, 예를 들어, 하기의 수학식 22와 같이 정의될 수 있다.

사이드 슬립 각(β)과, 요 레이트(γ)와, 상대 경로 각(ΔΨ)과, 곡률(ρ_ref)과, 조향각(δ_f) 각각의 계수 Cβ, Cγ, CΨ 및 Cρ는, 사용자, 설계자 또는 차량 제어부(20)에 의해 정의 가능하다. 각각의 계수 Cβ, Cγ, CΨ 및 Cρ는, 예를 들어, 순차적으로 다음의 수학식 23 내지 수학식 27로 정의될 수 있다.

수학식 23 내지 수학식 27에서 V는 차량의 속도를 의미하고, K_d는 측면 어긋남을 보정하기 위한 게인을 의미하고, L_s는 자동차의 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리를 의미한다. a₁₁, a₂₁, a₁₂ 및 a₂₂는 각각 상술한 수학식 7 내지 수학식 10에서 정의된 바와 동일하게 정의될 수 있다.

실측 조향각(δ) 및 목표 조향각(δ^d) 사이의 조향각 오차(e_δ)는 다음의 수학식 28과 같이 주어질 수 있다.

수학식 28에서 실측 조향각(δ_f) 및 목표 조향각(δ^d _f)는 수학식 22에서 정의된 보상 함수 f 하에서의 실측 조향각(δ) 및 목표 조향각(δ^d)를 의미한다.

수학식 28을 통해 정의되는 조향각 오차(e_δ)를 이용하면, 상술한 요 레이트 오차(e_γ)에 대한 수학식 21은 다음의 수학식 29로 다시 표현될 수 있다.

수학식 29에서 f는 보상 함수를 의미하고, b_δ는 수학식 15에서 정의된 값을 의미한다.

수학식 29에, 목표 조향각(δ^d _f)의 연산에 이용되는 수학식 3을 대입하면, 하기의 수학식 30과 같은 요 레이트 오차(e_γ)에 대한 폐루프 운동 방정식을 획득할 수 있다.

여기서, f^*은 보상 함수 f에 대한 근사 함수이고, ^f는 보상 함수 f에 대한 추정 보상 함수이다.

한편, 수학식 28로 주어지는 실제 측정된 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f) 및 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)의 차이에 수학식 17과 같이 주어지는 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)을 대입하면, 조향각 오차(e_δ)의 폐루프 운동 방정식은, 다음의 수학식 31과 같이 주어질 수 있다.

`e_δ는 조향각 오차(e_δ)의 변화량을 의미한다. 수학식 28에 기재된 바를 참조하면, 조향각 오차(e_δ)의 변화량(`e_δ)은, 실제 측정된 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f) 및 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)의 차이로 정의될 수 있다.

이용하여 제어 조향각(δ_f ^cmd)에 대한 수학식 17을 수학식 31에 적용하면, 다음의 수학식 32와 같은 조향각 오차(e_δ)에 대한 폐루프 운동 방정식이 획득될 수 있다.

이와 같은 방법으로 통해, 측면 어긋남-서브 시스템에 대한 폐 루프 운동 방정식은 수학식 20으로 주어지고, 요 레이트 오차(e_γ)에 대한 운동 방정식은 수학식 30으로 주어지며, 조향각 오차(e_δ)에 대한 폐루프 운동 방정식은 수학식 32로 주어질 수 있다.

보상 함수 추정부(27)는, 이와 같이 연산된 측면 어긋남-서브 시스템에 대한 폐 루프 운동 방정식과, 요 레이트 오차(e_γ)에 대한 운동 방정식과, 조향각 오차(e_δ)에 대한 폐루프 운동 방정식을 이용하여, 측면 어긋남(d_s)와, 요 레이트 오차(e_γ)와, 조향각 오차(e_δ)가 최소가 될 수 있도록 추정 보상 함수 ^f를 결정한다.

예를 들어, 보상 함수 추정부(27)는, 수학식 14에 기재된 것과 같이 제어 조향각(δ_f ^cmd)이, 점근적으로(asymptotically) 측면 어긋남(d_s)와, 요 레이트 오차(e_γ)와, 조향각 오차(e_δ)를 0으로 수렴할 수 있도록 추정 함수 ^f를 결정할 수 있다.

보상 함수 추정부(27)가 신경 망을 이용하여, 추정 보상 함수를 획득하는 경우, 보상 함수 추정부(27)는 입력 층, 은닉 층 및 출력 층을 포함하는 신경망 구조를 이용하여 임의의 연속 함수를 근사화할 수 있도록 마련된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 보상 함수 추정부(27)는, 하기의 수학식 33을 이용하여 필요한 연산을 수행하도록 설정된 것일 수 있다.

여기서, h(x)는 임의의 연속 함수이고, W는 하기의 수학식 34와 같이, 은닉 층과 출력 층 사이의 가중치 벡터(또는 행렬)를 의미한다.

가중치 행렬 W 내의 w₁ 내지 w_N1은, 은닉 층에서 출력되는 각각의 데이터에 가중되는 가중치이다.

또한, V는, 하기의 수학식 35와 같이, 입력 층과 은닉 층 사이의 가중치 벡터(또는 행렬)를 의미한다.

가중치 행렬 V의 v₁ 내지 v_N1은, 입력 층을 통해 입력되는 값(x) 각각에 가중되는 가중치를 의미한다.

x는 하기의 수학식 36과 같이, 입력되는 값을 의미한다.

수학식 36의 x₁ 내지 x_N1은, 입력 값을 의미한다. 예를 들어, x는 데이터 수집부(10) 및/또는 복수의 획득부(21 내지 24) 중 적어도 하나에 의해 획득된 수치화된 각종 데이터를 포함할 수 있다.

시그마 함수 σ(·)는, 신경망의 활성화 함수로 하기의 수학식 37과 같이 벡터(또는 행렬)의 형태로 주어질 수 있다.

이 경우, 수학식 37의 행렬 내의 각각의 시그마 함수 σ(·)는, 예를 들어, 하이퍼볼릭 사인 함수, 하이퍼볼릭 코사인 함수 또는 하이퍼볼릭 탄젠트 함수로 정의된 것일 수 있다.

수학식 33에 기재된 바와 같이 주어진 임의의 연속 함수 h(x)는, 하기의 수학식 38과 같이, 임의의 원하는 정확도에 따라서 옹골 집합(compact set) 상에 근사화되어 표현될 수 있다.

다시 말해서, 임의의 연속 함수 h(x)에 대해서 임의의 상수 μ_oh에 대해 수학식 33을 만족하는 W^* 및 V^*가 존재할 수 있다. W^* 및 V^*는 각각 W 및 V에 근사한 함수이다.

일 실시예에 의하면, 보상 함수 추정부(27)는, 보상 함수 ^f를 추정하기 위하여, 하기의 수학식 39를 이용할 수 있다. 수학식 39는 수학식 33을 보상 함수 ^f의 추정에 필요한 형태로 변형한 것이다.

^W_f는 추정 보상 함수 ^f에 대한 출력 층과 은닉 층 사이의 추정된 가중치 벡터(또는 행렬)를 의미하고, ^V_f는 추정 보상 함수 ^f에 대한 입력 층과 은닉 층 사이의 추정된 가중치 벡터(또는 행렬)를 의미한다. x_f는, 보상 함수 추정부(27)에 입력되는 값으로, 구체적으로, 사이드 슬립 각(β)과, 요 레이트(γ)와, 상대 경로 각(ΔΨ)과, 곡률(ρ_ref)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 수학식 39와 같이 추정 보상 함수 ^f가 주어진 경우, 측면 어긋남(d_s)와, 요 레이트 오차(e_γ)와, 조향각 오차(e_δ)가 0으로 수렴하기 위해서 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)의 변화량(^`W_f)과, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)의 변화량(^`V_f)은 각각 하기의 수학식 40 및 수학식 41과 같이 주어질 수 있다.

여기서, 함수 Γ는 사용자, 설계자 또는 차량 제어부(20)에 의해 정의된 함수이다. 시그마 함수 σ(·)는 수학식 32를 통해 정의된 바와 동일하다. σ'(·)는 시그마 함수 σ(·)를 기반으로 정의되는 함수이다. x_f는 입력 값이고, e_γ는 요 레이트 오차를 의미한다.

수학식 40에 기재된 바와 같이, 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)의 변화량(^`W_f)은, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)와, 요 레이트 오차(e_γ)와, 보상 함수 추정부(27)에 입력되는 입력 값, 일례로 사이드 슬립 각(β)과, 요 레이트(γ)와, 상대 경로 각(ΔΨ)과, 곡률(ρ_ref)를 이용하여 구현될 수 있다.

또한, 수학식 41에 기재된 바와 같이, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)의 변화량(^`V_f)은, 보상 함수 추정부(27)에 입력되는 입력 값, 일례로 사이드 슬립 각(β)과, 요 레이트(γ)와, 상대 경로 각(ΔΨ)과, 곡률(ρ_ref)과, 요 레이트 오차(e_γ)와, 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)를 이용하여 구현될 수 있다.

수학식 40에는 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)가 포함되어 있으므로 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)의 변화량(^`W_f)은, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)가 연산 결과에 따라 변화하게 되고, 또한 반대로 수학식 41에도 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)가 포함되어 있으므로, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)의 변화량(^`V_f)은 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)에 의해 변화하게 된다.

따라서, 입력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^V_f)와, 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터(^W_f)는, 서로 적응적으로 연산될 수 있게 된다.

수학식 39, 수학식 40 및 수학식 41를 이용하여 보상 함수 추정부(27)에서 획득된 추정 보상 함수 ^f는 조향각 처리부(26)로 전달되고, 조향각 처리부(26)는, 추정 보상 함수 ^f를 이용하여, 목표 조향각(δ^d _ff)을 연산한다. 보다 구체적으로 조향각 처리부(26)는, 추정 보상 함수 ^f를 수학식 3에 적용하여 목표 조향각(δ^d _f)을 연산할 수 있다.

제어 명령 생성부(28)는, 목표 조향각(δ^d _f) 및 목표 조향각(δ^d _f)의 변화량(`δ^d _f)을 수학식 17에 적용하여 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 연산할 수 있다.

제어 명령 생성부(28)에 의해 획득된 제어 조향각(δ_f ^cmd)은 구동부(30)의 조향 액추에이터(31)로 전달되고, 조향 액추에이터(31)는 제어 조향각(δ_f ^cmd)에 대응하는 방향 및 각도로 차륜(3)을 제2 회전 축을 중심으로 회전시킨다.

이에 따라, 차량(1)은 제어 조향각(δ_f ^cmd)에 대응하는 조향각(δ_f)으로 조향되고, 이에 따라 보다 적절하게 예정된 경로를 추종할 수 있게 된다.

제어 명령 생성부(28)에 의해 획득된 제어 조향각(δ_f ^cmd)은, 조향각 처리부(26)로도 전달될 수도 있다. 조향각 처리부(26)는 전달받은 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 이용하여 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f)을 획득할 수도 있다. 예를 들어, 조향각 처리부(26)는 수학식 16에 제어 조향각(δ_f ^cmd)을 적용하여 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f)을 획득하고, 획득한 조향각(δ_f)의 변화량(`δ_f)을 다시 제어 명령 생성부(28)로 전달할 수도 있다.

차량(1)이 동작하는 경우, 차량(1)의 동작과 관련된 각종 정보, 일례로 요 레이트(γ), 조향각(δ_f), 사이드 슬립 각(β), 상대 경로 각(ΔΨ), 차량(1)의 속도(V) 및/또는 측면 어긋남(d_s)은 계속해서 측정될 수 있다.

요 레이트(γ)는 요 레이트 처리부(25)의 요 레이트 오차 연산부(25b)로 전달되어, 요 레이트 오차(e_γ)의 연산에 이용될 수 있다.

또한, 사이드 슬립 각(β), 상대 경로 각(ΔΨ), 차량(1)의 속도(V) 및/또는 측면 어긋남(d_s)은, 요 레이트 처리부(25)의 목표 요 레이트 연산부(25a)로 전달되어, 목표 요 레이트(γ_d)의 연산에 이용될 수 있다.

조향각(δ_f)은, 조향각 처리부(26)로 전달될 수 있으며, 조향각 처리부(26)는 전달 받은 조향각(δ_f)을 이용하여 목표 조향각(δ^d _f)을 연산할 수 있다.

또한, 차량(1)의 동작과 관련된 각종 정보, 일례로 요 레이트(γ), 조향각(δ_f), 사이드 슬립 각(β), 상대 경로 각(ΔΨ), 차량(1)의 속도(V) 및/또는 측면 어긋남(d_s)은, 계속해서 보상 함수 추정부(27)로 전달될 수 있으며, 보상 함수 추정부(27)는 전달 받은 정보를 이용하여, 추정 보상 함수 ^f를 지속적으로 획득 또는 갱신할 수도 있다.

이하 도 5를 참조하여, 차량의 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 5는 차량의 제어 방법의 일 실시예에 대한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 차량은 적어도 하나의 경로를 따라 주행할 수 있다(100). 이 경우, 적어도 하나의 경로는 미리 정의된 경로일 수 있다. 보다 구체적으로 적어도 하나의 경로는, 예를 들어, 도로 상에서 특정한 차로를 따라 차량이 직진 주행하는 것을 포함할 수 있다.

만약 차량이 자율 주행 자동차라거나, 또는 경로 추종 제어 동작을 수행하고 있는 경우라면, 차량은 경로 추종을 위해서 관련 정보를 수집할 수 있다(101).

관련 정보는, 예를 들어, 차량의 위치, 차량의 주행 방향이나 주행 방향의 변화, 차량의 조향각, 요레이트, 사이드 슬립각, 측면 어긋남, 상대 경로각 및 경로의 곡률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

관련 정보는, 위치 데이터 수집부나, 자이로 센서나, 속도 센서나, 촬영 장치나, 요 레이트 센서 등을 이용하여 수집 가능하다.

차량은 목표 요 레이트를 연산할 수 있다(102). 구체적으로 차량은 차량의 실측 차속, 실측 사이드 슬립 각, 실측 측면 어긋남 및/또는 실측 상대 경로 각을 획득하고, 이들을 기초로 목표 요 레이트를 연산할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 차량은, 상술한 수학식 1을 이용하여 목표 요 레이트를 연산할 수도 있다. 이 경우, 차량은 자동차의 무게 중심과 각각의 값 측정의 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리와, 측면 어긋남을 보정하기 위한 게인을 더 이용하여 목표 요 레이트를 연산할 수도 있다.

목표 요 레이트가 연산되면, 이에 응하여 차량은 목표 요 레이트와 실측 요 레이트의 차이를 연산하여, 요 레이트 오차를 획득할 수 있다(103).

일 실시예에 의하면, 요 레이트 오차는 수학식 2를 이용하여 획득 가능하다.

차량은, 요 레이트 오차가 획득되면, 요 레이트 오차, 측면 어긋남 및 추정 보상 함수를 이용하여, 목표 조향각을 획득할 수 있다(104).

요 레이트 오차는, 상술한 단계 103에서 연산된 것이고, 측면 어긋남은 실제로 측정된 것일 수 있다.

추정 보상 함수는, 신경망을 이용하여 획득한 것일 수 있다. 신경 망은 학습 가능한 알고리즘으로, 예를 들어, 심층 신경망, 콘볼루션 신경망, 순환 신경망 또는 심층 Q-네트워크 등을 이용하여 구현된 것일 수 있다.

신경망은 수학식 33 내지 수학식 37을 이용하여 구현된 것일 수 있으며, 이 경우 추정 보상 함수는, 사이드 슬립각, 요 레이트, 상대 경로각과, 곡률을 입력 값으로 하여 추정 및 획득될 수 있다.

신경망의 출력 층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터와, 입력층과 은닉 층 사이의 추정 가중치 벡터는 수학식 40 및 수학식 41을 이용하여 연산 가능하며, 이 경우 신경망을 통해 획득되는 추정 보상 함수는 수학식 39와 같이 주어질 수 있다.

차량은 목표 조향각을 획득하기 위하여, 상술한 수학식 3을 이용할 수도 있다. 이 경우, 각각의 변수 또는 계수는 상술한 바와 같이, 실측된 것이거나, 수학식 2, 수학식 4, 수학식 5, 수학식 13 내지 수학식 15를 이용하여 획득된 것일 수 있다.

목표 조향각이 연산되면, 차량은 목표 조향각을 기초로 제어 조향각을 연산하여 산출 및 획득할 수 있다(105).

예를 들어, 차량은 수학식 17에 기재된 바와 같이, 목표 조향각, 현재의 제어 조향각, 목표 조향각의 변화량 및 각종 계수 또는 이의 추정값을 이용하여 연산 가능하다.

일 실시예에 의하면, 차량은, 제어 조향각을 연산하기 위하여, 조향각의 변화량을 연산할 수도 있으며, 조향각의 변화량은, 예를 들어, 수학식 16에 기재된 바와 같이, 1차 폐쇄 루프 시스템으로 모델링된 액츄에이터 역학 방정식을 기반으로 연산되는 것일 수 있다.

제어 조향각의 연산에 있어서, 일 실시예에 의하면, 조향 액추에이터의 응답 특성 저하에 응하여, 목표 조향각 또는 제어 조향각을 보상할 수도 있다. 목표 조향각 또는 제어 조향각의 보상은, 수학식 18과 같이 조향각 오차 및 목표 조향각을 이용하여 연산되거나, 또는 수학식 19와 같이 조향각 오차 및 현재의 제어 조향각을 이용하여 연산 가능하다. 조향각 오차는 수학식 28과 같이 정의 가능하다.

제어 조향각이 연산되어 산출되면, 제어 조향각에 대응하는 제어 신호가 생성되고, 생성된 제어 신호는 차량을 조향시킬 수 있는 장치, 예를 들어, 조향 액추에이터로 전달된다.

조향 액추에이터는, 제어 신호를 통해 전달된 제어 조향각에 따라 구동하여, 차륜을 제2 회전축을 중심으로 제어 조향각에 대응하는 방향으로, 제어 조향각에 대응하는 각도로 회전시킬 수 있다(106).

제2 회전축을 중심으로 하는 차륜의 회전에 따라서 차량의 조향각은 제어 조향각과 동일하거나 또는 근사하게 변경될 수 있으며(107), 이에 따라 차량은 보다 적절하게 원하는 경로를 추종할 수 있게 된다.

상술한 단계 100 내지 108은, 계속해서 반복 수행될 수 있다(108).

상술한 단계 100 내지 108은, 차량이 주행 중인 경우에 계속해서 수행될 수도 있다.

또한, 상술한 단계 100 내지 108은 특정한 시점에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상술한 단계 100 내지 108은 미리 정의된 주기마다 수행될 수도 있고, 차량 제어부 등에 의해 임의적으로 선택된 시점에 수행될 수도 있으며, 또한 사용자에 의해 선택된 시점에 수행될 수도 있다. 뿐만 아니라, 이외에도 설계자가 고려할 수 있는 다양한 시점 중 적어도 하나의 시점에서 상술한 단계 100 내지 108은 수행 가능하다.

상술한 실시예에 따른 차량의 제어 방법은, 다양한 컴퓨터 장치에 의해 구동될 수 있는 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 여기서 프로그램은, 프로그램 명령, 데이터 파일 및 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 프로그램은 기계어 코드나 고급 언어 코드를 이용하여 설계 및 제작된 것일 수 있다. 프로그램은 상술한 차량 충전 방법을 구현하기 위하여 특별히 설계된 것일 수도 있고, 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 기술자에게 기 공지되어 사용 가능한 각종 함수나 정의를 이용하여 구현된 것일 수도 있다.

차량의 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체는, 예를 들어, 하드 디스크나 플로피 디스크와 같은 자기 디스크 저장 매체, 자기 테이프, 컴팩트 디스크(CD)나 디브이디(DVD)와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 기록 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM) 또는 플래시 메모리 등과 같은 반도체 저장 장치 등 컴퓨터 등의 호출에 따라 실행되는 특정 프로그램을 저장 가능한 다양한 종류의 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.

이상 차량 및 차량의 제어 방법의 여러 실시예에 대해 설명하였으나, 차량 및 차량의 제어 방법은 오직 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 상술한 실시예를 기초로 수정 및 변형하여 구현 가능한 다양한 실시예 역시 상술한 차량 및 차량의 제어 방법의 일 실시예가 될 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 또는 치환되더라도, 상술한 차량 및 차량의 제어 방법의 일 실시예가 될 수 있다.

1: 차량 2: 차체
3: 차륜 5: 조향 핸들
10: 데이터 수집부 11: 위치 데이터 수집부
12: 자이로 센서 13: 속도 센서
14: 촬영 장치 15: 요 레이트 센서
20: 차량 제어부 25: 요 레이트 처리부
26: 조향각 처리부 27: 보상 함수 추정부
28: 제어 명령 생성부 29: 추정 성능 보상부
30: 구동부 31: 조향 액추에이터

Claims

차량의 속도, 사이드 슬립 각(side slip angle), 상대 경로 각 및 측면 어긋남(lateral offset)을 획득하는 단계;
상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트(Yaw rate)를 결정하는 단계;
상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 측면 어긋남 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계; 및
상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서,
신경 회로망을 이용하여 상기 추정 보상 함수를 획득하는 단계;를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득하는 단계는, 상기 목표 요 레이트 및 실측 요 레이트 사이의 차이를 기초로 가중치를 결정하는 단계를 포함하는 차량의 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득하는 단계는,
상기 사이드 슬립 각, 실측 요 레이트, 상대 경로 각 및 경로의 곡률을 포함하는 입력 값을 획득하는 단계; 및
상기 입력 값 및 상기 가중치를 기초로 추정 보상 함수를 결정하는 단계;를 더 포함하는 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 추정 보상 함수는, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 목표 조향각과 실측 조향각 사이의 차이 및 상기 측면 어긋남을 최소화하는 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계는,
자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리 및 스위칭 게인 중 적어도 하나를 더 이용하여, 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계;를 포함하는 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계는,
상기 목표 조향각을 이용하여 기초로 상기 차량의 조향 액추이터(steering actuator)를 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트(Yaw rate)를 결정하는 단계는, 하기의 수학식 1에 따라 결정되는 차량의 제어 방법.
[수학식 1]

여기서 γ_d는 목표 요 레이트, V는 차량의 속도, β는 사이드 슬립 각, ΔΨ는 상대 경로 각의 변화율, K_d는 게인, d_s는 측면 어긋남임.
제1항에 있어서,
상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, 상기 측면 어긋남 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 단계는, 하기의 수학식 2에 따라 결정되는 차량의 제어 방법.
[수학식 2]

여기서, δ^d _f는 목표 조향각, ^b_δ는 b_δ의 추정값이고 b_δ는 차량의 크기 및 속도에 따라 정의되는 값, f는 추정 보상 함수, L_s는 자동차 무게 중심과 연산 장치 사이의 거리, d_s는 측면 어긋남, ρ는 곡률, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이, K_d는 게인임.
제1항에 있어서,
상기 추정 보상 함수는, 하기의 수학식 3에 따라 결정되는 차량의 제어 방법.
[수학식 3]

여기서, h(x)는 추정 보상 함수, W 및 V는 임의의 가중치 행렬, σ()는 임의의 활성화 함수, x는 독립변수임.
제10항에 있어서,
상기 W 및 V는 하기의 수학식 4 및 수학식 5에 의해 결정되는 차량의 제어 방법.
[수학식 4]

[수학식 5]

여기서, W_f 및 V_f는 W 및 V에 대한 추정 값, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이임.
제1항에 있어서,
상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 단계는, 하기의 수학식 6에 따라 조향 명령 값을 생성하는 단계를 포함하는 차량의 제어 방법.
[수학식 6]

δ^cmd _f는 조향 명령 값, Cα, Cb는 하기의 수학식 7 및 수학식 8을 기초로 연산된 값, δ^d _f는 목표 조향각, ^b_δ는 b_δ의 추정값, b_δ는 차량의 크기 및 속도에 따라 정의되는 값, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이임.
[수학식 7]

[수학식 8]

수학식 7 및 수학식 8에서 ε_a 및 ε_b는 0보다 큰 가중치 상수임.
차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 획득하는 데이터 수집부;
상기 차량의 속도, 사이드 슬립 각, 상대 경로 각 및 측면 어긋남을 기초로 목표 요 레이트를 결정하고, 상기 측면 어긋남, 상기 목표 요 레이트와 실측 요 레이트의 차이 및 추정 보상 함수를 이용하여 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하고, 상기 목표 조향각을 기초로 차량의 조향을 제어하는 제어부;를 포함하는 차량.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 신경 회로망을 이용하여 추정 보상 함수를 획득하는 차량.
제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 목표 요 레이트 및 실측 요 레이트 사이의 차이를 기초로 상기 신경 회로망의 가중치를 결정함으로써 상기 추정 보상 함수를 획득하는 차량.
제15항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 사이드 슬립 각, 실측 요 레이트, 상대 경로 각 및 경로의 곡률을 포함하는 입력 값을 획득하고, 상기 입력 값 및 상기 가중치를 기초로 추정 보상 함수를 결정함으로써 상기 추정 보상 함수를 획득하는 차량.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 자동차의 무게 중심과 기준이 되는 장치가 설치된 위치 사이의 거리 및 스위칭 게인 중 적어도 하나를 더 이용하여, 상기 목표 요 레이트에 대응하는 목표 조향각을 결정하는 차량.
제13항에 있어서,
상기 추정 보상 함수는, 하기의 수학식 3에 따라 결정되는 차량.
[수학식 3]

여기서, h(x)는 추정 보상 함수, W 및 V는 임의의 가중치 행렬, σ()는 임의의 활성화 함수, x는 독립변수임.
제18항에 있어서,
상기 W 및 V는 하기의 수학식 4 및 수학식 5에 의해 결정되는 차량.
[수학식 4]

[수학식 5]

여기서, W_f 및 V_f는 W 및 V에 대한 추정 값, e_γ는 목표 요 레이트와 실측 요 레이트 사이의 차이임.
제15항에 있어서,
상기 목표 조향각을 기초로 상기 제어부에 의해 제어되는 조향 액츄에이터;를 더 포함하는 차량.