KR20200022676A - 차량의 거동 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 거동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈함으로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상함으로써, 운전자로 하여금 안전하게 차량을 포장도로로 복귀시킬 수 있도록 하는 차량의 거동 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 차량의 거동 제어 장치에 있어서, 차량의 일측 휠이 도로를 이탈했는지의 여부를 감지하는 이탈 감지부; 및 도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출하고, 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 거동 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING BEHAVIOR OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 도로를 주행중인 차량의 거동을 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량이 주행하는 도로는 아스팔트나 콘크리트로 포장된 포장도로(paved road)이지만, 포장도로의 경계 너머는 흙이나 자갈로 이루어진 비포장영역으로 주로 사람이나 자전거의 이동로로 사용된다.
운전자의 부주의로 주행중인 차량의 일측 휠이 포장도로를 이탈하여 비포장영역에 진입하는 경우, 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 외력이 발생하게 되는데, 이러한 외력은 차량의 이탈을 가속시킨다.
이렇게 주행중인 차량의 일측 휠이 포장도로를 이탈한 경우에 운전자의 조작만으로는 포장도로로 복귀하는 것이 용이하지 않다.
차량의 거동을 제어하는 종래의 기술은 상술한 주행중인 차량의 일측 휠이 포장도로를 이탈하여 비포장영역에 진입하는 경우에 대해 고려하고 있지 않다.
따라서 종래의 기술은 상술한 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 발생하는 외력을 고려하지 않은 상태에서 차량의 거동을 제어하기 때문에 포장도로를 이탈한 차량을 안전하게 포장도로로 복귀시킬 수 있도록 운전자의 조작을 보조하지 못하는 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-1257549호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈함으로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상함으로써, 운전자로 하여금 안전하게 차량을 포장도로로 복귀시킬 수 있도록 하는 차량의 거동 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량의 거동 제어 장치에 있어서, 차량의 일측 휠이 도로를 이탈했는지의 여부를 감지하는 이탈 감지부; 및 도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출하고, 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력의 차이가 상쇄되도록 차량의 타측 휠에 편제동을 가할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크와 차량의 일측 휠로부터 전달되는 힘에 기초하여 외력을 검출할 수 있다.
또한, 상기 이탈 감지부는 차량의 현재위치와 지도정보에 기초하여 차량의 전방영상에서 도로경계를 검출할 수 있다.
또한, 상기 이탈 감지부는 상기 도로경계를 이탈한 일측 휠에 의해 발생하는 차량의 거동 변화에 기초하여 차량의 이탈을 감지할 수 있다.
또한, 상기 이탈 감지부는 차량의 일측 휠의 중력가속도의 편차와 타측 휠의 중력가속도의 편차의 차이가 기준치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 이탈 감지부는 차량의 일측 휠의 서스펜션 스트로크가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수도 있다.
또한, 상기 이탈 감지부는 차량의 일측 휠의 속도와 타측 휠의 속도의 차이가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 차량의 거동 제어 방법에 있어서, 주행중인 차량의 일측 휠의 도로 이탈을 감지하는 단계; 도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출하는 단계; 및 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조하는 단계를 포함한다.
이러한 본 발명의 방법은 도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력의 차이가 상쇄되도록 차량의 타측 휠에 편제동을 가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 외력을 검출하는 단계는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크와 차량의 일측 휠로부터 전달되는 힘에 기초하여 외력을 검출할 수 있다.
또한, 상기 이탈을 감지하는 단계는 차량의 현재위치와 지도정보에 기초하여 차량의 전방영상에서 도로경계를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이탈을 감지하는 단계는 상기 도로경계를 이탈한 일측 휠에 의해 발생하는 차량의 거동 변화에 기초하여 차량의 이탈을 감지할 수 있다.
또한, 상기 이탈을 감지하는 단계는 차량의 일측 휠의 중력가속도의 편차와 타측 휠의 중력가속도의 편차의 차이가 기준치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 이탈을 감지하는 단계는 차량의 일측 휠의 서스펜션 스트로크가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수도 있다.
또한, 상기 이탈을 감지하는 단계는 차량의 일측 휠의 속도와 타측 휠의 속도의 차이가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명은, 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈함으로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상함으로써, 운전자로 하여금 안전하게 차량을 포장도로로 복귀시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈하는 경우에 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상함으로써, 운전자로 하여금 안전하게 차량을 포장도로로 복귀시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명이 적용된 차량이 주행하는 도로환경을 설명하기 위한 일예시도,
도 2 는 본 발명이 적용되는 차량의 거동 제어 시스템에 대한 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 이용되는 포장도로의 횡구배를 산출하는 과정에 대한 일예시도,
도 5 는 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명이 적용된 차량이 주행하는 도로환경을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 차량은 중앙분리대(100)에 의해 상행선과 하행선이 서로 분리된 왕복 4차선의 포장도로(130)를 주행하고 있으며, 도로경계(110)를 기준으로 좌측은 포장도로(130)를 나타내고, 우측은 비포장영역(120)을 나타낸다. 이때, 포장도로(130)는 차량의 고속주행을 위해 아스팔트, 콘크리트, 벽돌 등으로 포장된 도로를 의미하고, 비포장영역은 포장이 되지 않은 영역으로서 흙, 자갈, 풀(잔디, 잡초 등) 등이 존재하는 영역을 의미한다.
일반적으로, 포장도로(130)는 평평한 형태를 갖지 않고 도로경계(100) 방향으로 갈수록 높이가 낮은 횡구배의 형태를 갖는다. 이는 비가 오는 경우 빗물이 포장도로에 고이지 않고 배수가 잘 되도록 하기 위함이다. 아울러, 도로경계(100)를 중심으로 비포장영역(120)은 포장도로(130)의 포장 높이만큼 높이가 낮다. 즉, 단차가 존재한다. 또한, 비포장영역(120) 역시 평평하지 않으며 도로경계(100)에서 멀어질수록 높이가 낮아질 수도 있다.
'140'은 위험영역을 나타내기 위한 가상의 선(이하, 위험라인)으로서, 차량이 위험영역(140)에 진입하면 본 발명에 따른 차량의 거동 제어를 위한 각 센서의 활성화 및 각 센서로부터의 정보 수집 등과 같은 준비 과정이 시작된다.
'150'은 차량을 중심으로 레이저 스캐너(30)의 스캐닝 영역을 나타내고, '160'은 차량의 전방에 설치된 카메라의 촬영 영역을 나타낸다.
상기 예에서는 왕복 4차선의 포장도로를 예로 들어 설명했지만 도로의 차선수는 본 발명에 아무런 영향을 미치지 않으며, 단지 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 장치가 작동하는 시점과 차량이 도로 경계(110)를 벗어났을 때 포장도로(130)와 비포장영역(120) 간의 지형적 및 지질적 차이에 의해 발생하는 외력(external force)을 상쇄시켜 운전자의 조향조작을 보조하는 과정을 설명할 수 있으면 어떠한 도로든 상관없다. 여기서, 운전자의 조향조작은 차량을 도로로 복귀시키기 위한 조향을 의미한다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 차량의 거동 제어 시스템에 대한 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 차량의 거동 제어 시스템은 카메라(10), GPS(Global Positioning System) 수신기(20), 레이저 스캐너(30), 센서부(sensor group, 40), 지도정보 저장부(50), 조향장치(60), 제동장치(70), 및 제어장치(80)를 포함할 수 있다.
카메라(10)는 전방 카메라, 후방 카메라, 우측방 카메라, 좌측방 카메라를 포함할 수 있으며, 전방 카메라에 의해 촬영되는 영역은 도 1에서 '160'에 해당된다. 이렇게 촬영된 영상에는 포장도로(130)과 비포장영역(120) 및 위험라인(140) 그리고 도로경계(110)가 포함된다.
GPS 수신기(20)는 차량의 현재 위치를 검출하기 위한 모듈로서 차량에 탑재된 내비게이션이나 블랙박스 등에 포함된 GPS 수신기일 수도 있다.
이러한 GPS 수신기(20)는 위성들 중 시선 범위 내에 있는 4개 이상의 위성들로부터 신호를 수신하여 자신의 위치를 계산한다. GPS 수신기(20)는 각 위성으로부터 수신된 신호의 시간지연 및 도플러 시프트를 계산하여 위성과 GPS 수신기(20) 사이의 거리 및 거리 변화율을 계산하고, 수신된 신호를 복조하여 얻어지는 항법 데이터로부터 위성 위치 및 속도를 구한다. 이러한 방법으로 네 개 이상의 위성에 대한 정보를 얻으면 GPS 수신기(20)의 위치 및 속도를 구할 수 있게 된다.
GPS 신호는 50Hz의 항법 데이터가 위성 고유의 의사잡음 코드로 대역확산된 후 약 15GHz의 반송파 신호에 BPSK 방식으로 변조된 형태를 가진다. 따라서, GPS 수신기(20)에서 GPS 신호를 획득하고 데이터를 복조하기 위해서는 코드와 반송파를 제거해야 한다. 반송파를 제거하기 위해서는 도플러 시프트의 크기 및 방향에 대한 도플러 정보를 알아내야 하는데, 일반적으로 도플러 시프트는 GPS 수신기(20)가 정지상태에 있는 경우 위성의 움직임에 의하여 최대 5kHz가 발생한다.
이러한 도플러 정보는 일반적으로 일정간격으로 신호를 검색하는 방법을 통해 도출된다. 한편, GPS 신호에 섞여있는 코드는 민간이 수신할 수 있는 C/A 코드(Coarse Acquisition Code)와 군용 신호인 P(Precision) 코드로 나뉘며, 위성마다 다른 코드가 곱해져 있다. 코드를 제거하는 과정은 GPS 수신기(20)에서 동일한 코드를 생성한 후 컨벌루션(Convolution)해 보는 방식을 의미하며, 도플러 검색과정과 동시에 수행된다.
코드와 반송파가 모두 제거된 후에는 데이터 추출이 가능하다. GPS 데이터는 5개의 subframe이 하나의 frame을 이루며 25개의 frame이 모여 superframe을 이룬다. 데이터 중 subframe 1, 2, 3은 GPS 데이터를 전송한 위성의 시각 및 위치에 관한 값들을 지니고 있으므로 위성마다 다른 값들로 이루어져 있고, Subframe 4, 5는 모든 위성에 관한 정보들을 지니고 있으며 각각의 위성은 같은 값들을 갖고 있다. 이상의 과정을 거쳐 3∼4개 이상의 위성 데이터를 복조하여 위성 위치 및 측정치를 획득한 후에 차량의 측위가 가능하게 된다.
레이저 스캐너(30)는 차량에 구비되어 차량 주변의 레이저 스캐너 데이터를 획득하여 제어장치(80)로 제공한다. 레이저 스캐너 데이터는 복수개의 레이어(multi-layer)로 구성되고, 이를 위해, 레이저 스캐너(30)는 멀티 레이어 레이저 스캐너인 것이 바람직하다. 이때, 레이저 스캐너(30)는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 레이저 레이더(Raser Rader)를 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이에 상응하는 다양한 종류의 센서 및 레이저 스캐너가 사용될 수 있다.
일례로, 레이저 스캐너(30)는 위상 검출 방식의 레이저 스캐너로서, 기준광에 해당하는 레이저광을 거리측정 대상체로 투사하고, 대상체의 표면에서 반사되어 되돌아온 반사광을 집광 렌즈를 통해 검출한다. 이렇게 검출된 반사광을 기준광과 비교하고 그 위상 차이를 분석하여 거리를 측정한다.
이러한 레이저 스캐너(30)는 거리측정 대상체로 투사하는 기준광을 발생시키는 레이저 다이오드를 포함한 레이저 광원, 반사광을 전기신호로 변환하여 검출하는 광신호 검출모듈, 광신호 검출모듈로부터 출력되는 전기신호를 처리하여 기준광과 반사광의 위상차를 검출하는 신호처리모듈, 신호처리모듈의 출력신호를 처리하여 실효값(RMS : Root Mean Square)을 검출하는 실효값 검출모듈, 실효값 검출모듈로부터 출력되는 실효값을 기준 전압과 비교하여 연산 처리하는 가감모듈, 가감모듈로부터 수신된 연산 처리 정보에 따라 비례적분 연산하여 곱셈모듈의 제어신호를 출력하는 비례적분 제어모듈, 곱셈모듈에 연결되어 기준광을 정현파로 변조하기 위한 변조모듈, 및 비례적분 제어모듈의 제어신호에 따라 레이저 광원에서 조사되는 기준광의 출력을 제어하는 곱셈모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 레이저 스캐너(30)를 예로 들어 설명했지만, 레이더를 추가로 이용할 수도 있다.
센서부(40)는 차량의 동역학을 측정하는 각종 센서들의 그룹을 의미하는 것으로서, 일례로 서스펜션 스트로크(suspension stroke) 센서, 자이로 센서, 휠 속도 센서, 조향각(Steering angle) 센서, 조향토크 센서, 힘 센서(Force sensor), 휠 G(Gravity) 센서 등을 포함할 수 있다. 이때, 휠 G 센서는 차량의 전륜 및 후륜에 모두 장착될 수 있다.
서스펜션 스트로크 센서는 휠이 튕겨 올려져 가장 줄어든 풀 범프(bump)로부터 가장 크게 늘어난 풀 리바운드(rebound)까지 휠이 움직이는 거리를 측정하는 센서이다.
자이로 센서(Gyro Sensor)는 지구의 회전과 관계없이 높은 정확도로 항상 처음에 설정한 일정 방향을 유지하는 성질을 이용하여 물체의 방위 변화를 측정하는 센서이다.
휠 속도 센서는 휠의 속도를 측정하는 센서이다.
조향각 센서는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각을 측정하는 센서이다.
조향토크 센서는 조향축에 장착되어 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크를 측정하는 센서이다.
힘 센서는 휠의 구동축(랙)에 장착되어 휠로부터 전달되는 힘을 측정하는 센서이다.
휠 G 센서는 가속도 센서로서 일반적으로 블랙박스 등에서 차량의 가해진 충격을 검출하는 용도로 사용된다.
지도정보 저장부(50)는 내비게이션에서 사용되는 지도정보를 저장하는 모듈로서, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
이러한 지도정보는 각 도로의 횡구배, 도로와 비도로 사이의 단차, 차선정보(차선 수, 차선 폭 등), 도로 경계선 정보, 도로 곡률 정보, 도로의 중앙분리대, 도로의 가드레일, 도로의 연석, 도로 옆 배수로 등을 포함할 수 있다.
제어장치(80)는 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈함으로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상한다. 즉, 제어장치(80)는 도로를 주행중인 차량의 일측 휠이 도로를 이탈하는 경우, 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력을 고려하여 차량의 거동을 보상한다.
이러한 제어장치(80)는 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력에 해당하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향 조작을 보조하도록 조향장치(60)를 제어한다. 여기서, 운전자의 조향 조작은 일측 휠이 도로로 올라오도록 스티어링 휠을 회전시키는 조작을 의미한다.
또한, 제어장치(80)는 도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력(rolling resistance)의 차이가 상쇄되도록 도로상에 위치한 휠에 편제동을 가하도록 제동장치(70)를 제어한다.
참고로, 구름 마찰력은 물체가 접촉면에 대해 회전할 때 받는 마찰력으로서, 접촉면의 변형에 의해 일어난다. 휠이 구를 땐 접촉면에서 휠(타이어)의 찌그러짐과 원상 복원이 매 순간 일어나는데, 이 과정에서 마찰력이 발생하고, 휠이 가진 에너지의 손실이 발생하며, 휠의 속도가 줄게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 장치에 대해 상세히 살펴보도록 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 장치는 이탈 감지부(21)와 제어부(22)를 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구비될 수 있으며, 아울러 발명을 실시하는 방식에 따라 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다. 즉, 이탈 감지부(21)의 기능은 제어부(22)에 의해 수행되도록 구현할 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 이탈 감지부(21)는 포장도로에 위치한 차량의 휠이 도로경계(110)를 이탈하여 비포장영역(120)에 진입했는지의 여부를 감지한다.
이러한 이탈 감지부(21)는 도로경계를 인식하는 과정으로서, GPS 수신기(20)를 통해 획득한 차량의 현재 위치와 지도정보 저장부(50)에 저장되어 있는 지도정보에 기초하여 현재 도로에서의 도로경계(110)를 인식할 수 있다. 여기서, 이탈 감지부(21)는 GPS 수신기(20)를 통해 획득한 차량의 현재 위치와 지도정보 저장부(50)에 저장되어 있는 지도정보에 기초하여 카메라(10)를 통해 촬영된 전방영상에서 도로경계(110)를 검출할 수도 있다.
또한, 이탈 감지부(21)는 GPS 수신기(20)를 통해 획득한 차량의 현재 위치와 레이저 스캐너(30)를 통해 획득한 레이저 스캐닝 데이터 및 지도정보 저장부(50)에 저장되어 있는 지도정보에 기초하여 카메라(10)를 통해 촬영된 전방영상에서 도로경계(110)를 검출할 수도 있다.
또한, 이탈 감지부(21)는 차량의 카메라(10)를 통해 촬영된 전방영상과 레이저 스캐너(30)를 통해 획득한 레이저 스캐닝 데이터에 기초하여 포장도로(130)와 비포장영역(120) 간의 단차와 포장도로(130)의 횡구배를 산출할 수 있다. 여기서, 단차는 레이저 스캐너(30)를 통해 쉽게 획득할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 포장도로(130)의 횡구배를 산출하는 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 이용되는 포장도로의 횡구배를 산출하는 과정에 대한 일예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 횡구배가 있는 도로에서 자이로 센서, G 센서 등에 의해 측정되는 좌표계의 방향을 나타내며, 실제로 센서에 의해 측정되는 요 레이트(Yaw Rate) 및 래터럴 가속도(Lateral Acceleration)값은 도로의 구배각(θ)에 의해 횡구배가 없을 때의 요 레이트 및 래터럴 가속도의 값과 차이가 있다.
따라서, 횡구배가 있는 도로에서 측정되는 요 레이트(Yaw Rate) 값과 횡구배가 없을 때 동일한 도로에서 나타나게 될 요 레이트(Yaw Rate) 값은 다음과 같은 관계가 있다.
(1) 횡구배가 있는 도로 요 레이트(Yaw Rate') = 횡구배가 없는 도로 요 레이트(Yaw Rate) × cosθ
동일한 방식으로 횡구배가 있는 래터럴 G(Lateral G') 값은 다음과 같다.
(2) 횡구배가 있는 도로 래터럴 G(Lateral G') = 횡구배가 없는 도로 래터럴 G(Lateral G) ÷ cosθ
이때, 횡구배가 있는 요 레이트(Yaw Rate')에 의해 계산되는 도로의 곡률 반경(R_yr')과 횡구배가 있는 래터럴 G(Lateral G')에 의해 계산되는 도로의 곡률 반경(R_G')은 각각 하기의 (3),(4)와 같이 표현된다.
(3) Yaw Rate'에 의한 곡률반경(R_yr') = 차속(V) ÷ Yaw Rate'
(4) Lateral G'에 의한 곡률반경(R_G') = V2 ÷ Lateral G'
그런데 평지일 경우에 이 두 값은 같은 값을 갖게 되지만 횡구배가 있는 도로에서는 서로 다른 값을 가지게 된다.
따라서 실제 횡구배가 있는 도로에서의 곡률 반경은 각각 하기의 (5),(6)과 같이 표현할 수 있다.
(5) R_yr' = V ÷ Yaw Rate × cosθ
(6) R_G = V2 ÷ Lateral G ÷ cosθ
따라서 횡구배의 의해 증감된 도로의 곡률 반경은 다음과 같이 계산된다.
Yaw Rate에 의한 것 : V ÷ Yaw Rate' × (1 - cosθ )
Lateral G에 의한 것 : V2 ÷ Lateral G' × (1 ÷ cosθ - 1)
그리고 횡구배가 있는 도로에서 측정된 Yaw Rate'와 Lateral G'에 의한 곡률 반경의 차이는 다음 식해 구할 수 있게 된다.
[수식]
Figure pat00001
여기서, Yaw Rate'와 Lateral G'는 센서부(40)로부터 획득할 수 있으므로, 상기 수식을 통해 도로의 횡구배(θ)를 구할 수 있다.
또한, 이탈 감지부(21)는 비포장영역(120)에서 구동하는 타이어를 통해 전달되는 차량 거동의 변화에 기초하여 차량의 이탈을 감지할 수 있다. 이때, 거동의 변화는 센서부(40)를 감지한다.
일례로, 휠 G센서를 이용하는 방식으로서, 이탈하는 방향으로의 전/후 휠 G 센서 값을 모니터링하여 임계치 이상의 값이 검출되는 경우, 차량이 포장도로(130)를 이탈한 것으로 판단할 수 있다. 또한, 이탈하는 방향으로의 전/후 휠 G 센서값의 편차와 반대편의 전/후 휠 G 센서값의 편차를 비교하여 기준치 이상으로 커질 경우, 포장도로(130)의 이탈에 의한 휠 진동으로 판단할 수도 있다.
다른 예로, 서스펜션 스트로크 센서를 이용하는 방식으로서, 이탈하는 방향으로의 전/후 휠의 서스펜션 스트로크를 모니터링하여 임계치 이상의 값이 검출되는 경우, 차량이 포장도로(130)를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 예로서, 휠 속도 센서를 이용하는 방식으로서, 이탈하는 방향으로의 전/후륜의 휠속과 도로상의 전/후륜 휠속을 비교하여 임계치 이상의 휠속 차이가 발생한 경우(비포장영역 상의 휠에 슬립이 발생), 차량이 포장도로(130)를 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
물론, 비교적 간단한 방식으로서 카메라를 통해 촬영된 영상과 레이저 스캐너를 통해 획득한 레이저 스캐닝 데이터에 기초하여 차량의 포장도로 이탈을 판단할 수도 있다.
다음으로, 제어부(22)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(22)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(22)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이러한 제어부(22)는 조향토크 센서에 측정되는 값과 힘 센서에 의해 측정되는 값에 기초하여 외력을 산출한다. 즉, 제어부(22)는 자체 메모리(미도시)에 저장된 관계 테이블에 기초하여 외력을 산출할 수 있다.
여기서, 관계 테이블은 포장도로에서 조향토크 센서에 의해 측정된 값에 상응하는 힘 센서에 의해 측정된 값이 기록되어 있다. 따라서 제어부(22)는 조향토크 센서에 의해 측정된 값에 상응하는 힘 센서에 의해 측정된 값을 모니터링 하여, 추가되는 힘을 외력으로서 검출한다.
예를 들어, 조향토크 값이 5이고 그에 상응하는 힘이 7이 관계 테이블에 기록되어 있다고 가정할 때, 조향토크 값이 5임에도 불구하고 힘이 10이 측정되었다면 3은 외력이 판단할 수 있다.
결국, 제어부(22)는 도로와 비도로 간의 단차(높이차) 및 도로의 횡구배(Lateral Gradient)로 인해 상기 일측 휠로부터 전달되는 외력에 해당하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향 조작을 보조하도록 조향장치(60)를 제어한다.
또한, 제어부(22)는 도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력(rolling resistance)의 차이가 상쇄되도록 도로상에 위치한 휠에 편제동을 가하도록 제동장치(70)를 제어한다.
도 5 는 본 발명에 따른 차량의 거동 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 이탈 감지부(21)는 주행중인 차량의 일측 휠의 도로 이탈을 감지한다(501).
이후, 제어부(22)는 도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출한다(502). 이때, 제어부(22)는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크와 차량의 일측 휠로부터 전달되는 힘에 기초하여 외력을 검출한다.
이후, 제어부(22)는 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조한다(503). 즉, 제어부(22)는 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시키도록 조향장치(60)를 제어한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 카메라
20: GPS 수신기
30: 레이저 스캐너
40: 센서부
50: 지도정보 저장부
60: 조향장치
70: 제동장치
80: 제어장치

Claims (16)

  1. 차량의 일측 휠이 도로를 이탈했는지의 여부를 감지하는 이탈 감지부; 및
    도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출하고, 상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조하는 제어부
    를 포함하는 차량의 거동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력의 차이가 상쇄되도록 차량의 타측 휠에 편제동을 가하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크와 차량의 일측 휠로부터 전달되는 힘에 기초하여 외력을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이탈 감지부는,
    차량의 현재위치와 지도정보에 기초하여 차량의 전방영상에서 도로경계를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이탈 감지부는,
    상기 도로경계를 이탈한 일측 휠에 의해 발생하는 차량의 거동 변화에 기초하여 차량의 이탈을 감지하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이탈 감지부는,
    차량의 일측 휠의 중력가속도의 편차와 타측 휠의 중력가속도의 편차의 차이가 기준치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 이탈 감지부는,
    차량의 일측 휠의 서스펜션 스트로크가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 이탈 감지부는,
    차량의 일측 휠의 속도와 타측 휠의 속도의 차이가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 장치.
  9. 주행중인 차량의 일측 휠의 도로 이탈을 감지하는 단계;
    도로와 비도로 간의 단차 및 도로의 횡구배로 인해 발생하는 외력을 검출하는 단계; 및
    상기 외력에 상응하는 조향토크를 추가로 발생시켜 운전자의 조향을 보조하는 단계
    를 포함하는 차량의 거동 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    도로와 비도로 간의 단차와 도로와 비도로 간의 재질의 차이에 따른 구름 마찰력의 차이가 상쇄되도록 차량의 타측 휠에 편제동을 가하는 단계
    를 더 포함하는 차량의 거동 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 외력을 검출하는 단계는,
    운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향토크와 차량의 일측 휠로부터 전달되는 힘에 기초하여 외력을 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 이탈을 감지하는 단계는,
    차량의 현재위치와 지도정보에 기초하여 차량의 전방영상에서 도로경계를 검출하는 단계
    를 포함하는 차량의 거동 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이탈을 감지하는 단계는,
    상기 도로경계를 이탈한 일측 휠에 의해 발생하는 차량의 거동 변화에 기초하여 차량의 이탈을 감지하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이탈을 감지하는 단계는,
    차량의 일측 휠의 중력가속도의 편차와 타측 휠의 중력가속도의 편차의 차이가 기준치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 이탈을 감지하는 단계는,
    차량의 일측 휠의 서스펜션 스트로크가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 이탈을 감지하는 단계는,
    차량의 일측 휠의 속도와 타측 휠의 속도의 차이가 임계치를 초과하는 경우에 차량의 일측 휠이 도로를 이탈한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 거동 제어 방법.
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