KR20210007510A - 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법 - Google Patents

자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율 주행차의 자율 주행 기능 고장 시 메인 브레이크 작동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 자율 기능을 수행할 수 있는 제어부의 통신 기능 또는 제어 기능의 고장 상황이 발생된 경우 브레이크의 제동력을 제어할 수 있는 작동 시스템에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 자율 주행 기능 고장 시 메인 브레이크의 작동 시스템은, 자율 주행차가 자율 주행 모드로 주행하도록 제어하는 자율 주행 제어부; 상기 자율 주행 제어부와 제1 통신을 수행하고, 메인 브레이크에 액압에 의한 마찰 제동력이 발생되도록 제1 제어 신호를 출력하는 메인 브레이크 제어부; 및 상기 메인 브레이크 제어부와 제2 통신을 수행하고, 모터에 회생 제동력이 발생되도록 제2 제어 신호를 출력하는 회생 제동 제어부;를 포함한다.

Description

자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법{REDUNDANCY BRAKE OPERATING SYSTEM AND METHOD FOR BREAKDOWN OF MAIN BRAKE OF AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명은 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 메인 브레이크를 제어할 수 없는 상황에서 리던던시 제동 제어부가 제동력을 제어할 수 있는 작동 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자율 주행차(Autonomous Vehicle)는 운전자의 조작 없이도 스스로 외부정보감시 및 도로 상황을 파악하여 설정 목적지까지 자율주행 할 수 있는 차량을 의미한다.
자율 주행 시스템의 한 예로 자율 주행 제어부, 메인 브레이크 제어부를 포함할 수 있고, 여기서 자율 주행 제어부와 메인 브레이크 제어부는 통신을 통해 서로 인터페이스 된다. 따라서, 자율 주행 모드에서 자율 주행 제어부는 메인 브레이크 제어부에 제동신호를 송신하고, 상기 제동신호를 수신한 메인 브레이크 제어부는 메인 브레이크를 적절히 제동시킴으로써 자율 주행 차량이 목적지까지 안전하게 도달할 수 있도록 도와준다.
자율 주행차가 주행되는 동안 자율 주행 모드와 운전자 주행 모드는 상호 전환될 수 있다. 예를 들어, 운전자가 책을 보거나 스마트 폰을 하는 등 운전 이외에 다른 작업을 하는 것이 가능하도록 하는 자율 주행 모드는 운전자의 의지 또는 차량 외부 환경 변화로 인해 운전자 주행 모드로 전환될 수 있다. 특히, 주행 중인 차로에 장애물이 있어 운전자가 급히 제동할 필요가 있는 경우, 모드 전환은 운전자에게 운전 제어권이 넘어가는 시점이 된다. 여기서 운전 제어권은 운전자가 요구하는 제동력을 만족하도록 브레이크 페달에 충분한 답력이 가해질 수 있는 것을 의미한다. 이러한 모드 전환이 일어나는 동안 자율 주행차에 필요한 제동력을 연산할 수 있는 방법이 필요하다.
또한, 메인 브레이크 제어부의 기능 고장이 발생하면 자율 주행차에 제동력이 발생될 수 없고, 결국 위험한 상황이 초래될 수 있다. 따라서, 이러한 경우에도 자율 주행차에 제동력이 발생되도록 하는 조치가 필요하다.
메인 브레이크를 보조하기 위한 기술로, 종래 기술인 한국 등록특허 제10-1527614호(차량의 전자 제어 제동방법)는 전자 안정성 제어(ESC)와 전자 주차 브레이크(EPB) 간 제어 방법에서, ESC 제동력에서 EPB 제동력으로 제동력 전환 시에 발생하는 차량의 울컥거림 현상을 최소화하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 한국 등록특허 제10-1527614호(차량의 전자 제어 제동방법)는 자율 주행차에서 메인 브레이크 제어부와 전자 안정성 제어(ESC) 및 전자 주차 브레이크(EPB) 간 협조 제어 방법에 대해서는 개시하고 있지 않고 있다.
한국 등록특허 제10-1527614호(차량의 전자 제어 제동방법)
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 메인 브레이크를 사용할 수 없는 비상 상황에서 이를 보조할 수 있으며, 자율 주행차에 적용될 수 있는 새로운 형태의 발명을 제시하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템은, 자율 주행차의 메인 브레이크에 액압에 의한 마찰 제동력이 발생되도록 제어 신호를 출력하는 메인 브레이크 제어부; 상기 메인 브레이크 제어부와 통신을 수행하고, 상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장으로 판단되면 연산된 목표 제동력을 만족하도록 ESC와 EPB 간의 협조 제어를 수행하는 리던던시 제동 제어부; 및 상기 자율 주행차의 차량 내부 정보 및 차량 외부 정보를 수신하여 상기 리던던시 제동 제어부에 송신하는 센서부;를 포함한다. 여기서, 상기 리던던시 제동 제어부는, 후륜 ESC 제동력이 목표 제동력을 만족하면 후륜 EPB 제동력으로 대체되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법은, 자율 주행차의 메인 브레이크 제어부와 리던던시 제동 제어부 간의 통신 여부를 판단하는 제1 단계; 상기 리던던시 제동 제어부가 상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장여부를 판단하는 제2 단계; 상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장으로 판단되면 상기 리던던시 제동 제어부가 목표 제동력을 연산하는 제3 단계; 및 상기 제3 단계에서 연산된 상기 목표 제동력을 만족하도록 상기 리던던시 제동 제어부는 ESC 및 EPB 간 협조 제어를 수행하되 후륜 ESC 제동력이 상기 목표 제동력을 만족하면 후륜 EPB 제동력으로 대체되도록 제어하는 제4 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명에 따르면, 리던던시 제동 제어부와 메인 브레이크 제어부와의 통신이 수행되지 않는 경우, 메인 브레이크 제어부의 기능 고장 여부를 판단하여 제동력이 우수한 메인 브레이크가 먼저 사용되고 ESC 및 EPB는 보조적으로 사용되게 제어함으로써 제동력 측면에서 우수한 효과가 발생된다.
둘째, 본 발명에 따르면, 자율 주행차의 자율 주행 모드 또는 운전자 주행 모드 별로 목표 제동력을 구분하여 계산함으로써 제동력의 이질감 발생을 저감할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명에 따르면, 후륜 ESC 제동력을 후륜 EPB 제동력으로 대체하여 내구 성능이 낮은 ESC를 보호할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명에 따르면, 후륜 EPB 제동력을 추가하는 경우 전륜 ESC 제동력을 저감함으로써 내구 성능이 낮은 ESC를 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 전체 제동 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 목표 제동력 연산부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 일정 주기마다 목표 제동력의 기울기와 매칭되는 제동력의 크기를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부의 제어 방법을 전륜과 후륜에 각각 적용한 제동력 선도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 메인 브레이크 제어부와의 통신 여부에 따라 메인 브레이크 제어부의 고장 여부를 판단하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 목표 제동력을 구하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 ESC 및 EPB 간의 협조 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 메인 브레이크 고장시 리던던시 브레이크 작동 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 전체 제동 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 전체 제동 시스템은, 자율 주행 제어부(100), 메인 브레이크 제어부(200), 회생 제동 제어부(300), 리던던시 제동 제어부(400), 센서부(500) 및 메모리부(600)를 포함한다. 각각의 구성은 모듈화 되어 분리가 가능하며, 각 제어부마다 별도로 탑재된 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 제어 기능 및 통신 기능이 수행되거나, 하나의 ECU에 의해 각 제어부의 기능 수행이 가능하다. 이러한 ECU 모듈은 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있고, 후술할 작동 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
자율 주행 제어부(100)는 운전자가 브레이크, 핸들, 가속페달 등을 제어하지 않아도 주행 시 센서부(500)에 의한 외부정보 감지 및 처리기능을 가지고 주변환경을 인식하여 주행경로를 자체적으로 결정한다. 자율 주행 제어부(100)는 제1 통신(201)을 통해 메인 브레이크 제어부(200)와 제동 신호인 제1 제어 신호를 송수신한다.
메인 브레이크 제어부(200)는 메인 브레이크를 제어하는 것으로, 여기서 메인 브레이크는 자율 주행 제어부(100)의 요구 또는 운전자가 브레이크 페달에 가하는 답력에 따라 제동유압을 발생시켜 각 차륜에 설치된 휠 실린더로 유압을 전달시켜 마찰 제동을 수행한다. 메인 브레이크 제어부(200)는 IEB(Integrity Electronic Brake), IDB(Integrity Dynamic Brake) 등을 포함한다.
회생 제동 제어부(300)는 자율 주행 제어부(100)의 요구 또는 운전자가 브레이크 페달에 가하는 답력에 따라 모터의 역기전력에 의해 발생된 구동 에너지를 배터리에 저장함으로써 자율 주행차가 회생 제동을 하도록 제어한다. 회생 제동 제어부(300)는 제2 통신(202)을 통해 메인 브레이크 제어부(200)와 제동 신호인 제2 제어 신호를 송수신한다.
리던던시 제동 제어부(400)는 메인 브레이크 제어부(200)의 고장으로 각 차륜에 제동력이 작동되지 않는 상황에서 보조 브레이크의 기능을 하는 것으로, 차량 자세 제어부인 ESC(Electric Stability Control) 및 전자식 주차 브레이크인 EPB(Electric Parking Brake)를 포함한다. 리던던시 제동 제어부(400)는 제3 통신(203)을 통해 메인 브레이크 제어부(200)와 제동 신호인 제3 제어 신호를 송수신한다.
ESC는 유압 모듈레이터로 메인 브레이크 제어부(200)의 고장으로 제동유압이 형성되지 못하는 경우 각 차륜에 전달되도록 유압을 형성한다. 다만, ESC는 작동 내구 한계가 낮아 메인 브레이크 제어부(200)가 고장난 비상 상황에서만 작동된다.
EPB는 차량이 정지되어 있을 때 사용하는 브레이크이나, 본 발명의 일 실시예에서는 작동 내구 한계가 낮은 ESC를 보조하기 위해 EPB가 사용된다. 여기서 EPB는 후륜(RL, RR)에 작동되나 반드시 이에 한정되지 않고 전륜(FL, FR) 또는 전후륜(FL, FR, RL, RR)에 모두 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행차의 제동 시스템은 은 기본적으로 메인 브레이크 제어부(200)가 메인 유압라인(205)을 따라 제동유압이 각 차륜에 전달되도록 제어한다. 다만, 메인 브레이크 제어부(200)의 고장으로 제동유압이 형성되지 못하는 경우, 제1 리던던시 라인(404)을 따라 제동유압이 각 차륜에 전달되도록 제어하는 ESC와 제2 리던던시 라인(406)을 따라 후륜이 제동되도록 전류를 제어하는 EPB의 협조제어가 수행된다.
센서부(500)는 차량 내부 정보 및 차량 외부 정보를 포함한다. 여기서 차량 내부 정보는 차량 내에 설치되는 각종 센서, 예를 들어 페달 답력 센서, 휠속 센서,휠 액압 센서, 요레이트 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서 등에 의해 측정된 정보를 의미한다. 또한, 차량 외부 정보는 자율 주행차가 주행 중인 차로의 장애물 또는 차선을 인식하거나 자율 주행차 또는 주변 차량의 주행 경로를 파악하기 위해 RADAR, LIDAR, 영상 센서, GPS, 네비게이션 등에 의해 수집된 정보를 의미한다.
메모리부(600)는 센서부(500)에서 수집된 차량 내부 정보 및 차량 외부 정보를 수신하여 저장한다. 메모리부(600)는 후술할 운전자 권한 전환부(423)에서 사용될 메모리가 오버플로우 되지 않도록 이전에 저장된 정보를 삭제할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(600)는 자율 주행 제어부(100) 또는 메인 브레이크 제어부(200)로부터 제동 신호가 없는 경우 이전에 저장한 메모리를 삭제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템은, 자율 주행차의 전체 제동 시스템에서 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장이 발생한 비상 상황에서 리던던시 제동 제어부(400)가 자율 주행차의 제동을 담당하는 시스템에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 리던던시 제동 제어부(400)가 제동을 담당하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부(400)는 고장 여부 판단부(410), 목표 제동력 연산부(420), ESC 제동력 작동부(430), 후륜 EPB 제동력 작동부(440), 후륜 ESC 제동력 해제부(450), 후륜 EPB 제동력 추가 증가부(460) 및 전륜 ESC 제동력 저감부(470)를 포함한다.
고장 여부 판단부(410)는 리던던시 제동 제어부(400)가 제3 통신(203)을 통해 메인 브레이크 제어부(200)의 제3 제어 신호를 수신하지 못하는 경우 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 여부를 판단한다. 제3 통신(203)이 수행되지 않는 경우는 제3 통신(203)의 통신선에 문제가 발생되거나 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 등이 원인이 될 수 있다. 여기서, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능에 문제가 없다면 메인 브레이크 제어부(200)를 작동시키는 것이 제동력의 측면에서 유리하다. 그러나, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장이라고 판단되면 리던던시 제동 제어를 수행해야 한다.
제3 통신(203)이 수행되지 않는 상황에서 리던던시 제동 제어부(400)는 자율 주행차의 주행 모드가 자율 주행 모드인지 운전자 주행 모드인지 여부를 제3 통신(203)을 통해 알 수 없다. 따라서, 고장 여부 판단부(410)는 센서부(500)의 정보를 통해 현재 주행 모드가 자율 주행 모드인지 운전자 주행 모드인지를 스스로 판단한다.
상술한 바와 같이, 리던던시 제동 제어부(400)는 센서부(500)와 연결되므로 휠 액압 센서를 통해 현재 제동이 이루어지고 있는 상황인지 판단할 수 있다. 이러한 방법으로 고장 여부 판단부(410)는 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 여부를 판단한다.
목표 제동력 연산부(420)는 고장 여부 판단부(410)에서 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장이라고 판단한 경우, 각 모드(자율 주행 모드 또는 운전자 주행 모드) 별로 목표 제동력을 연산한다.
자율 주행차가 현재 자율 주행 모드로 주행 중이라면 운전 주행 주도권을 운전자에게 넘길 필요가 있으나, 자율 주행 모드에서 운전자 주행 모드로 전환되는 데에는 일정한 시간(이하, 모드 전환 시간이라 한다.)이 요구된다. 상기 모드 전환 시간 동안에 필요한 제동력은 자율 주행차가 안전한 지역, 예를 들어 도로의 갓길 또는 비상정차구역 등으로 이동하기까지 필요한 제동력일 수 있다.
상기 모드 전환 시간은 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점부터 모드 전환이 완료되는 시점(이하 모드 전환 시점이라 한다.)까지의 시간이며, 이러한 모드 전환 시간은 다양하게 설정될 수 있다.
도 3은 도 2의 목표 제동력 연산부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 모드 전환 시간 동안 요구되는 제동력(이하, 목표 제동력이라 한다.)을 구하기 위해 목표 제동력 연산부(420)는 답력 정보 판단부(421), 운전자 요구 제동력 연산부(422) 및 운전자 권한 전환부(423)를 포함한다.
답력 정보 판단부(421)는 상기 모드 전환 시간 동안 운전자가 브레이크 페달에 가하는 답력 정보를 입력받아 임계값과 비교한다. 여기서 답력 정보는 브레이크 페달에 가해지는 작동력, 작동 시간 등이 포함되고, 답력 정보 판단부(421)는 입력된 작동력 및 작동 시간을 임계값(임계 작동력 및 임계 작동 시간)과 비교한다.
메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 이후에 운전자의 실수 등으로 브레이크 페달이 작동될 수 있다. 이런 경우 후술할 운전자 권한 전환부(423)에서 연산된 목표 제동력과 운전자의 실수 등으로 인해 수행된 제동력이 더해지므로 위험한 상황이 초래될 수 있다.
따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 답력 정보 판단부(421)는 차량 내부 정보에 기반하여 브레이크 페달에 가해지는 답력 정보인 작동력 및 작동 시간이 임계 작동력 및 임계 작동 시간 보다 작다면 운전자에 의해 작동된 제동력을 무시하고 운전자 권한 전환부(423)에서 목표 제동력을 구하도록 제어 신호를 보낸다.
여기서 임계 작동력은 후술할 목표 제동력 크기 연산부(424)에서 연산된 목표 제동력의 값이고, 임계 작동 시간은 미리 설정된 값이다.
한편, 운전자 권한 전환부(423)에서 목표 제동력을 연산하기 위해서는 브레이크 페달에 가해지는 작동력 및 작동 시간 전부가 임계값 보다 작아야 한다. 만일, 작동력 및 작동 시간 중 어느 하나만이 임계값 보다 크다면 운전자가 운전에 주의를 기울이지 않는 동안 브레이크 페달을 실수로 밟게 되어 제동이 수행되는 경우로 판단될 수 있다. 답력 정보가 임계값 보다 작은 경우는 브레이크 페달이 작동되지 않는 경우를 포함한다.
반대로, 답력 정보 판단부(421)는 상기 답력 정보가 임계값 보다 크다면 운전자의 의지에 따라 운전자 주행 모드로 변경되었다고 판단하고, 운전자 요구 제동력 연산부(422)에서 목표 제동력을 구하도록 제어 신호를 보낸다.
운전자 요구 제동력 연산부(422)는 운전자가 브레이크 페달을 조작하면서 발생된 페달 작동 답력, 페달 시뮬레이터에서 페달 작동 액압 등을 센서부(500)에 의해 측정하고, 이러한 측정값을 연산하여 목표 제동력을 구한다.
운전자 권한 전환부(423)는 상기 모드 전환 시간 동안 운전자의 의지에 상관없이 목표 제동력을 구하기 위한 것으로, 목표 제동력 크기 연산부(424), 목표 제동력 기울기 연산부(425), 목표 제동력 기울기 추정부(426) 및 실시간 목표 제동력 연산부(427)를 포함한다.
목표 제동력 크기 연산부(424)는 메모리부(600)에 저장된 정보를 기반으로 상기 모드 전환 시간 동안 메인 브레이크에 요구되는 목표 제동력의 총 크기를 연산한다. 예를 들어, 목표 제동력 크기 연산부(424)는 차량 외부 정보에 기반하여 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 없어 충돌가능성이 없으면 목표 제동력의 크기를 작게 하고, 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 있어 충돌가능성이 있으면 목표 제동력의 크기를 크게 한다.
한편, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 이전에 메인 브레이크 제어부(200)로부터 발생된 제3 제어 신호를 리던던시 제동 제어부(400)가 수신하였는지 여부에 따라 목표 제동력 기울기 연산부(425)와 목표 제동력 기울기 추정부(426)가 각각 작동된다.
구체적으로, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 이전에 메인 브레이크 제어부(200)로부터 제3 제어 신호가 없으면 목표 제동력 기울기 연산부(424)가 작동된다. 목표 제동력 기울기 연산부(424)는 메모리부(600)에 저장된 정보를 기반으로 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점의 제동력과 상기 모드 전환 시점의 제동력 간의 기울기(이하, 목표 제동력 기울기라 한다.)를 연산한다. 여기서, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점의 제동력은 현재의 제동력을 의미하고, 모드 전환 시점의 제동력은 목표 제동력 크기 연산부(424)에서 연산한 목표 제동력의 크기를 의미한다. 이때, 현재의 제동력은 메인 브레이크 제어부(200)로부터 제어 신호가 없으므로 0이다.
도 4는 일정 주기마다 목표 제동력의 기울기와 매칭되는 제동력의 크기를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점(M1점)과 상기 모드 전환 시점(M2점)이 결정되면 M1점에서의 제동력의 크기와 M2점에서의 제동력의 크기 간에 기울기가 형성된다. 도 4에는 다양한 크기를 갖는 목표 제동력 기울기가 도시되어 있는데, 이는 차량 내부 정보 또는 차량 외부 정보를 기반에 따라 목표 제동력의 기울기가 변할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 차량 외부 정보에 기반하여 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 없어 충돌가능성이 없으면 목표 제동력의 기울기를 작게 하고, 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 있어 충돌가능성이 있으면 목표 제동력의 기울기를 크게 한다.
또한, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 이전에 메인 브레이크 제어부(100)로부터 제3 제어 신호가 있으면 목표 제동력 기울기 추정부(426)가 작동된다. 목표 제동력 기울기 추정부(426)는 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 전에 메모리부(600)에 미리 저장된 이전 제동력 기울기 정보가 있으면 이를 목표 제동력 기울기로 추정한다.
목표 제동력 기울기 추정부(426)는 목표 제동력 크기 연산부(424)에서 연산된 목표 제동력의 총 크기와 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 시점 이전의 제동력의 크기가 같으면 상기 기능 고장 시점 이전의 제동력을 유지한다. 따라서, 제동력 기울기는 0이 된다.
상술한 바와 같이, 목표 제동력 기울기 추정부(426)는 메모리부(600)에 저장된 이전 제동력 기울기를 목표 제동력 기울기로 추정한다. 그러나, 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 있어 충돌가능성이 있으면 이전 제동력 기울기에 의해 연산된 제동력은 그 크기가 부족하므로 자율 주행차가 장애물에 충돌할 위험이 있다. 따라서, 목표 제동력 기울기 추정부(426)는 자율 주행차의 주행 차로에 장애물이 있어 충돌가능성이 있으면 목표 제동력의 기울기를 크게 한다.
실시간 목표 제동력 연산부(427)는 상기 목표 제동력 크기 연산부(424), 목표 제동력 기울기 연산부(425), 목표 제동력 기울기 추정부(426)에서 연산된 목표 제동력과 목표 제동력의 기울기를 이용하여 일정 주기마다 제어할 수 있는 제동력의 양을 실시간으로 연산한다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 목표 제동력의 기울기가 G로 결정되면, 전환 시간(M1점과 M2점 사이의 시간) 동안 복수의 구간으로 나뉜 각 시점마다 목표 제동력의 기울기와 매칭되는 제동력 크기가 연산된다. 도 4에는 모드 전환 시간이 5개의 시점으로 나뉜 것이 도시되어 있으나, 모드 전환 시간을 나누는 횟수(주기)는 다양하게 설정될 수 있다.
목표 제동력 연산부(420)는 자율 주행 모드에서는 운전자 권한 전환부(423)에서 목표 제동력을 연산하도록 제어하고, 운전자 주행 모드에서는 운전자 요구 제동력 연산부(422)에서 목표 제동력을 연산하도록 제어한다.
ESC 제동력 작동부(430)는 목표 제동력 연산부(420)에서 연산된 목표 제동력에 따라 전륜과 후륜에 액압이 동시에 발생되도록 제어한다.
후륜 EPB 제동력 작동부(440)는 후륜 ESC 제동력 작동과 동시에 목표 제동력에 따라 후륜에 액압이 발생되도록 제어한다. 작동 반응이 빠른 ESC를 선 작동시켜 후륜에 목표 제동력이 발생하였으나, ESC를 오랜 시간 동안 작동하는 경우 ESC 액추에이터의 성능 저감이 발생하므로 후륜 ESC 제동력을 후륜 EPB 제동력으로 대체하기 위함이다.
후륜 ESC 제동력 해제부(450)는 후륜 EPB 제동력이 목표 제동력을 만족하면 후륜 ESC 제동력을 해제시키도록 제어한다. 후륜 ESC 제동력이 해제되면 후륜 ESC에서 발생된 유압은 대기압으로 떨어진다.
후륜 EPB 제동력 추가 증가부(460)는 후륜 EPB 제동력을 추가로 증가할 지 여부를 우선 판단한다. 여기서 후륜 EPB 제동력의 증가는 후륜에 휠 슬립이 발생되지 않는 경우까지 가능하다.
전륜 ESC 제동력 저감부(470)는 후륜 EPB 제동력 추가 증가부(460)에서 후륜 EPB 제동력을 추가한 경우 목표 제동력을 만족하는 범위 내에서 전륜 ESC 제동력을 감소시키도록 제어한다. 상술한 바와 같이, 전륜 ESC 제동력을 감소시키는 이유는 ESC 액추에이터의 성능 저감을 고려한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부의 제어 방법을 전륜과 후륜에 각각 적용한 제동력 선도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 시간 T1 내지 T3는 각 도면에서 같은 시점을 의미한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, ESC 제동력 작동부(430)에 의해 목표 제동력을 만족할 때까지 전륜과 후륜의 ESC 제동력이 증가한다. 후륜 EPB 제동력이 목표 제동력에 도달하는 시점(T1)이 되면 후륜 ESC 제동력이 해제되기 시작한다. 이후, 후륜 EPB 제동력이 추가로 증가되는 시점(T2)이 되면 동시에 전륜 ESC 제동력이 저감되기 시작하다가, 최종적으로 저감된 전륜 ESC 제동력과 증가된 후륜 EPB 제동력이 유지되는 시점(T3)에 도달하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 메인 브레이크 제어부와의 통신 여부에 따라 메인 브레이크 제어부의 고장 여부를 판단하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 목표 제동력을 구하는 방법을 나타낸 순서도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부가 ESC 및 EPB 간의 협조 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 리던던시 제동 제어부의 작동 과정을 설명한다.
도 6을 참조하면, 리던던시 제동 제어부(400)는 제3 통신(203)이 정상인지 여부를 판단한다(S110). 제3 통신(203)이 정상이라면 리던던시 제동 제어부(400)는 메인 브레이크 제어부(200)의 정상 여부를 판단하여(S120), 정상이라면 메인 브레이크 제어부(200)에서 발생된 정보를 메모리부(600)에 저장하고(S122), 정상이 아니라면 목표 제동력을 구한다(X). 반대로, 제3 통신(203)이 정상이 아니라면 현재 주행 중인 자율 주행차가 자율 주행 모드인지 운전자 주행 모드인지 판단한다(S130). 여기서, 각 모드의 경우 메인 브레이크 제어부(200)의 정상 여부를 판단하나(S140, S150), 메인 브레이크 제어부(200)가 정상이 아닌 경우 목표 제동력을 구하는 방법(X, Y)을 달리한다. 반면에, 각 모드의 경우 메인 브레이크 제어부(200)가 정상이라면 메인 브레이크 제어부(200)가 작동된다.
이하, 메인 브레이크 제어부(200)의 고장 시 리던던시 제동 제어부(400)가 목표 제동력을 구하는 방법을 설명한다.
도 7을 참조하면, 자율 주행 모드에서 목표 제동력을 구하는 방법(X)으로, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능이 고장이라면 목표 제동력 크기 연산부(424)는 상기 모드 전환 시간 동안 목표 제동력의 크기를 연산한다(S200). 연산된 목표 제동력의 크기는 임계 작동력으로 사용된다.
다음으로, 브레이크 페달에 가해지는 답력 정보가 임계값 보다 작은지 여부를 판단한다(S210). 답력 정보가 임계값 보다 크면 운전자 요구 제동력 연산부(422)는 상기 답력 정보에 따라 목표 제동력을 구한다(S212). 반대로, 답력 정보가 임계값 보다 작으면 운전자 권한 전환부(423)에서 목표 제동력을 구하도록 처리된다.
한편, 운전자 주행 모드에서 목표 제동력을 구하는 방법(Y)은, 운전자 요구 제동력 연산부(422)에서 목표 제동력을 구하는 방법과 같다. 운전자 요구 제동력 연산부(422)에서 연산된 목표 제동력은 B이다.
메모리부(600)는 메인 브레이크 제어부(200)의 기능 고장 전까지의 제동력 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 메모리부(600)는 이전 제동력 기울기 정보가 저장되어 있는지 여부를 판단한다(S220). 메모리부(600)에 이전 제동력 기울기 정보가 없으면 목표 제동력의 기울기를 연산한다(S222).
메모리부(600)에 이전 제동력 기울기 정보가 있으면 장애물 충돌 가능성이 있는지 여부를 판단한다(S230). 장애물 충돌 가능성이 없으면 이전 제동력 기울기를 목표 제동력의 기울기로 추정하고(S232), 장애물 충돌 가능성이 있으면 이전 제동력 기울기를 증가시켜 목표 제동력의 기울기로 추정한다(S234).
상술한 과정에 의해 연산된 목표 제동력 크기와 상술한 과정에 의해 연산되거나 추정된 목표 제동력의 기울기를 이용하여 일정 주기마다 제어해야 하는 제동력의 양을 실시간으로 연산한다(S240). 이렇게 연산된 목표 제동력의 크기는 A이다.
상술한 과정으로 연산된 목표 제동력인 A 또는 B는 ESC 및 EPB 협조 제어의 목표 제동력인 C로 사용된다.
이하, 연산된 목표 제동력을 만족하도록 리던던시 제동 제어부(400)가 ESC 및 EPB 협조 제어를 하는 방법을 설명한다.
도 8을 참조하면, 리던던시 제동 제어부(400)는 연산된 목표 제동력에 따라 전륜과 후륜의 ESC 제동력이 동시에 발생되도록 제어한다(S312, S314). 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 리던던시 제동 제어부(400)는 후륜 ESC 제동력이 목표 제동력을 만족한 후 후륜 EPB 제동력이 발생되도록 제어한다(S324, S334). 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 전륜 ESC 제동력 발생과 동시에 후륜 EPB 제동력이 발생되도록 제어하거나, 후륜 ESC 제동력이 발생 시점과 시차를 두고 후륜 EPB 제동력이 발생되도록 제어할 수 있다.
전륜 및 후륜 ESC 제동력이 목표 제동력을 만족하면, 리던던시 제동 제어부(400)는 전륜 ESC 제동력을 유지하고(S332), 후륜 EPB 제동력이 목표 제동력을 만족하는지 판단한다(S344). 후륜 EPB 제동력이 목표 제동력을 만족하면, 리던던시 제동 제어부(400)는 후륜 ESC 제동력의 해제되도록 제어한다(S354).
이후 후륜 ESC 제동력 해제가 완료되면(S364), 리던던시 제동 제어부(400)는 후륜 EPB 제동력을 추가할 지 여부를 판단하고(S374), 만일 후륜 EPB 제동력 추가가 되면 전륜 ESC 제동력을 감소한다(S342).
본 발명의 일 실시예에서는 전륜 및 후륜의 ESC 제동력과 후륜의 EPB 제동력이 목표 제동력을 만족하지 않는 경우(제1 경우)에 목표 제동력을 만족하도록 계속 작동시키거나, 후륜 ESC 제동력의 해제가 완료되지 않은 경우(제2 경우) 및 후륜 EPB 제동력의 추가가 완료되지 않은 경우(제3 경우)에 완료되도록 계속 작동시킨다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 도 7의 작동 과정은 한 주기마다 판단될 수 있고, 이 경우 상술한 제1 내지 제3 경우에 제어를 종료하고, 도 8의 처음 과정부터 다시 시작하여 제1 내지 제3 경우를 만족하거나 완료되도록 제어할 수 있다.
한편, 메인 브레이크 제어부(200)의 기능이 정상인 경우 리던던시 제동을 하지 않고 바로 종료한다(Z).
한편, 제1 통신(201) 내지 제3 통신(301), 각 제어부와 센서부(500) 및 메모리부(600) 간의 통신 네트워크는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, MOST(Media Oriented System Transport) 등을 포함한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 자율 주행 제어부 200 : 메인 브레이크 제어부
201 : 제1 통신 202 : 제2 통신
203 : 제3 통신 205 : 메인 유압라인
300 : 회생 제동 제어부 400 : 리던던시 제동 제어부
404 : 제1 리던던시 라인 406 : 제2 리던던시 라인
410 : 고장 여부 판단부 420 : 목표 제동력 연산부
421 : 답력 정보 판단부 422 : 운전자 요구 제동력 연산부
423 : 운전자 권한 전환부 424 : 목표 제동력 크기 연산부
425 : 목표 제동력 기울기 연산부 426 : 목표 제동력 기울기 추정부
427 : 실시간 목표 제동력 연산부 430 : ESC 제동력 작동부
440 : 후륜 EPB 제동력 작동부 450 : 후륜 ESC 제동력 해제부
460 : 후륜 EPB 제동력 추가 증가부 470 : 전륜 ESC 제동력 저감부
500 : 센서부 600 : 메모리부

Claims (15)

  1. 자율 주행차의 메인 브레이크에 액압에 의한 마찰 제동력이 발생되도록 제어 신호를 출력하는 메인 브레이크 제어부;
    상기 메인 브레이크 제어부와 통신을 수행하고, 상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장으로 판단되면 연산된 목표 제동력을 만족하도록 ESC와 EPB 간의 협조 제어를 수행하는 리던던시 제동 제어부; 및
    상기 자율 주행차의 차량 내부 정보 및 차량 외부 정보를 수신하여 상기 리던던시 제동 제어부에 송신하는 센서부;를 포함하고,
    상기 리던던시 제동 제어부는, 후륜 ESC 제동력이 목표 제동력을 만족하면 후륜 EPB 제동력으로 대체되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 자율 주행 모드 또는 운전자 주행 모드에 따라 메인 브레이크 제어부의 고장여부를 판단하는 고장 여부 판단부를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 상기 센서부를 통해 수신한 휠 액압 정보에 따라 메인 브레이크 제어부의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 상기 운전자 주행 모드에서 상기 메인 브레이크 제어부의 고장으로 판단되면 브레이크 페달에 가해지는 답력 정보에 따라 상기 목표 제동력을 연산하는 것을 특징으로 하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 상기 자율 주행 모드에서 상기 메인 브레이크 제어부의 고장으로 판단되면 상기 자율 주행 모드에서 운전자 주행 모드로 전환되는 시간 동안 상기 센서부에서 수집된 정보를 기반으로 상기 목표 제동력을 연산하는 것을 특징으로 하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 후륜 ESC 제동력 작동과 동시에 후륜 EPB 제동력을 작동시키는 후륜 EPB 제동력 작동부를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 후륜 EPB 제동력이 상기 목표 제동력을 만족하면 후륜 ESC 제동력을 해제시키는 후륜 ESC 제동력 해제부를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 리던던시 제동 제어부는 후륜 ESC 제동력이 해제된 후, 후륜 EPB 제동력을 추가할 지 결정하는 후륜 EPB 제동력 증가부와, 후륜 EPB 제동력이 추가되면 전륜 ESC 제동력을 감소시키는 전륜 ESC 제동력 감소부를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 시스템.
  9. 자율 주행차의 메인 브레이크 제어부와 리던던시 제동 제어부 간의 통신 여부를 판단하는 제1 단계;
    상기 리던던시 제동 제어부가 상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장여부를 판단하는 제2 단계;
    상기 메인 브레이크 제어부의 기능 고장으로 판단되면 상기 리던던시 제동 제어부가 목표 제동력을 연산하는 제3 단계; 및
    상기 제3 단계에서 연산된 상기 목표 제동력을 만족하도록 상기 리던던시 제동 제어부는 ESC 및 EPB 간 협조 제어를 수행하되 후륜 ESC 제동력이 상기 목표 제동력을 만족하면 후륜 EPB 제동력으로 대체되도록 제어하는 제4 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 상기 메인 브레이크 제어부와 상기 리던던시 제동 제어부 간의 통신이 수행되지 않으면 상기 자율 주행차의 자율 주행 모드 또는 운전자 주행 모드를 판단하는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 제1 단계에서 자율 주행 모드로 판단되고, 상기 제2 단계에서 메인 브레이크 제어부의 고장으로 판단되면 상기 자율 주행 모드에서 상기 운전자 주행 모드로 전환되는 시간 동안 센서부에서 수집된 정보를 기반으로 상기 목표 제동력을 연산하는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 제1 단계에서 운전자 주행 모드로 판단되고, 상기 제2 단계에서 메인 브레이크 제어부의 고장으로 판단되면 브레이크 페달에 가해지는 답력 정보에 따라 상기 목표 제동력을 연산하는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 상기 리던던시 제동 제어부가 후륜 ESC 제동력 작동과 동시에 후륜 EPB 제동력을 작동시키도록 제어하는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 후륜 EPB 제동력이 상기 목표 제동력을 만족하면 상기 리던던시 제동 제어부가 후륜 ESC 제동력을 해제시키도록 제어하는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 후륜 ESC 제동력이 해제된 후, 상기 리던던시 제동 제어부가 후륜 EPB 제동력을 추가할 지 결정하는 단계와, 후륜 EPB 제동력이 추가되면 상기 리던던시 제동 제어부가 전륜 ESC 제동력을 감소시키는 단계를 포함하는 자율 주행차의 메인 브레이크 고장 시 리던던시 브레이크 작동 방법.
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