KR20210057232A

KR20210057232A - 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치

Info

Publication number: KR20210057232A
Application number: KR1020190143091A
Authority: KR
Inventors: 홍성종; 정현진; 정우진; 박현우
Original assignee: 남양넥스모 주식회사
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-21

Abstract

본 발명은 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치에 관한 것으로, 차량의 스티어링 휠의 틸트와 텔레스코픽 제어를 위하여 스티어링 휠을 구동시키는 스티어링 휠 구동부, 차량의 운전석 시트의 자세를 제어하기 위하여 시트를 구동시키는 운전석 시트 구동부, 자율주행 차량의 실내/외 운행환경 상태를 검출하는 주행환경 검출부 및 차량의 자율주행 모드에서 상기 주행환경 검출부로부터 운행환경 변경 정보를 검출하게 되면, 검출된 운행환경의 상태를 진단하여 운행 모드를 결정하고 여기서 결정된 운행 모드에 따라 기설정된 스티어링 휠의 조건값과 운전석 시트의 조건값에 따라 동작하도록 상기 스티어링 휠 구동부와 운전석 시트 구동부를 제어하도록 명령하는 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치{Mode switching device for steering wheel and seat in autonomous vehicles}

본 발명은 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 차량의 자율주행 동작에서 위급상황 발생시나 이벤트 발생에 따른 운전자의 안전 환경을 최적화시키기 위하여 스티어링 휠과 시트의 포지션 제어를 수행하는 자율주행 차량 환경에서 휠과 시트의 모드별 전환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자율주행 자동차는 운전자의 개입 없이 주변 환경을 인식하고, 주행 상황을 판단하여 차량을 제어함으로써 스스로 주어진 목적지까지 주행하는 자동차를 말한다. 최근에는 이러한 자율주행 자동차가 교통사고를 줄이고, 교통 효율성을 높이며 연료절감과 운전을 대신해 줌으로써 편의를 증대시킬 수 있는 미래 개인교통수단으로 주목 받고 있다.

이러한 자율주행 자동차는 아직까지는 인간이 정상적으로 운전하는 것처럼 완벽하지 않아, 부분적으로 돌발상황이 발생할 수 있다. 예를 들면, 카메라 센서 전원이 불안정하여 입력이 일정 시간 동안 들어오지 않을 수도 있고 레이저 센서 표면에 나뭇잎 등의 물체가 붙어서 정보 취득에 실패할 수도 있다. 이러한 돌발상황이 발생되는 경우, 자율주행 자동차는 즉시 차량 제어권을 운전자에게 전환하여 운전자의 안전을 보장하도록 해야 한다.

이에 따라, 현재까지 자율주행 자동차는 자율 주행 도중 주기적으로 운전자가 스티어링 휠을 파지하고 있는지 여부를 체크해야 한다. 즉, 돌발상황이 발생되었는데, 운전자가 잠을 자고 있거나, 뒤를 돌아보고 있으면, 차량 제어권을 운전자에게 빠르게 전환할 수 없으므로, 자율주행 자동차는 주기적으로 운전자가 스티어링 휠을 파지하고 있는지를 체크하여 돌발상황 발생 시 운전자에 차량 제어권을 신속하게 전환하도록 대비해야 한다.

한편, 자동차의 조향 시 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향장치로는, 유압펌프에서 유압을 형성하여 조타력을 보조하는 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering)와, 전동모터의 구동토크(회전력)를 이용하여 조타력을 보조하는 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering, 이하 'MDPS'라 함)가 널리 알려져 있다.

이 중에서 MDPS는 차량의 주행조건에 따라 전동모터가 자동으로 제어되어 운전자 스티어링 휠 조작에 따른 조타력 보조 기능을 수행하므로 유압식 조향장치에 비해 더욱 향상된 조타성능과 조타감을 제공한다.

상기 MDPS는 차속 등에 따라 스티어링 휠의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는바, 이를 위한 기본 구성으로 토크센서, 조향각 센서, 차속센서 등의 센서류와 제어기(ECU), 전동모터를 포함하며, 제어기가 전동모터의 구동을 제어하기 위해 상기한 센서들로부터 조향정보(조향각, 스티어링 휠 토크 등의 조향 입력정보)와 차량의 주행정보(차속 등의 차량정보)를 수신하도록 되어 있다. 이때, 제어기는 조향정보와 주행정보에 기초하여 결정된 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 전동모터에 공급하고, 전동모터의 회전 및 회전 감속을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘을 발생시킨다.

이러한 MDPS의 기구적 구성을 살펴보면, 조향축(steering shaft)에 결합되어 있는 MDPS 축상의 웜휠(worm wheel)과, 상기 웜휠에 치합되어 결합된 웜축(worm shaft)과, 상기 웜축의 일단에 연결된 상태로 제어기(이하, 'MDPS 제어기'라 칭함)의 제어에 의해 구동하여 웜축에 동력을 전달하는 전동모터(이하, 'MDPS 모터'라 칭함)를 포함하고, 상기 MDPS 모터 및 이에 연결된 웜축이 MDPS 축의 웜휠(worm wheel)을 회전시켜 조타력을 보조하게 된다.

앞서 살펴본 바와 같이 자율 주행 차량의 급속한 발전에 따라 차량의 기술적 해결 문제들은 계속적으로 늘어나고 있으며, 무엇보다 자율 주행에서 탑승자의 안정성을 제공할 수 있어야 하며, 더 나아가 편의성을 증진시킬 수 있는 자율 주행에 대응한 다양한 기술개발이 요구되는 실정이다.

KR 10-2019-0073847호 KR 10-1756013호 KR 10-1148981호 KR 10-1475923호 KR 10-1646318호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 차량 운행 환경에 따라 능동적으로 최적화된 스티어링 휠 포지셔닝, 시트 포지셔닝을 제어하여 차량 탑승자의 안전을 도모할 수 있는 스티어링 휠과 시트 제어를 위한 제어 장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 차량의 실내/외 환경 검출에 따라 세부 모드별 전환 구동을 방식을 채택함으로써 상황에 따른 신속한 대응으로 탑승자의 안전을 최적화시킬 수 있는 차량 제어 장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 스티어링 휠의 틸트와 텔레스코픽 제어를 위하여 스티어링 휠을 구동시키는 스티어링 휠 구동부, 차량의 운전석 시트의 자세를 제어하기 위하여 시트를 구동시키는 운전석 시트 구동부, 자율주행 차량의 실내/외 운행환경 상태를 검출하는 주행환경 검출부 및 차량의 자율주행 모드에서 상기 주행환경 검출부로부터 운행환경 변경 정보를 검출하게 되면, 검출된 운행환경의 상태를 진단하여 운행 모드를 결정하고 여기서 결정된 운행 모드에 따라 기설정된 스티어링 휠의 조건값과 운전석 시트의 조건값에 따라 동작하도록 상기 스티어링 휠 구동부와 운전석 시트 구동부를 제어하도록 명령하는 제어부를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제어부는, 상기 운행 환경 검출부의 검출값에 따라서 조수석 시트의 위치를 제어하는 조수석 시트 구동부를 제어한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 운행 환경 검출부를 통해 차량의 사고 위험 여부가 감지 될 경우 상기 운전석 시트 구동부와 스티어링 휠 구동부를 제어하여 운전자에게 에어백 전개 위치가 맞도록 제어한다.

또한, 상기 제어부는, 운전자의 조작을 통해 운전자 조건에 맞는 에어백 전개에 따른 스티어링 휠의 포지셔닝과 운전석 시트 포지셔닝 값을 기저장하고 있으며, 상기 운행 환경 검출부를 통해 긴급 상황 발생 시 기저장된 운전석 시트 포지셔닝값에 따라 시트 포지셔닝을 변경한다.

또한, 상기 운행 모드는, 긴급 모드, 자율 주행모드, 일반 모드로 각각 구성되어 각 모드에 따라 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호를 통해 구동하며, 상기 일반 모드에서는 운전자에 의한 수동 조작을 통해 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 수동 조작하도록 구성되는

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 전방 충돌, 급정지 등과 같은 긴급 상황이나 자율 주행에 따라 운전자 편의성 확보와 같은 차량운행의 다양한 운행 환경에 따라 탑승자의 안전과 편의성을 최적화시킬 수 있도록 해당 정보를 분석하여 차량의 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 능동적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 운전석 시트 뿐 만 아니라 조수석 시트이 능동적 제어를 통해 최적화된 환경(탑승 환경)을 구현하는 이점을 가지고 있다. 특히, 본 발명은 자율 주행 환경에서 탑승자의 편의를 위한 공간 확보 포지셔닝을 유지하다가 주행 환경에 따른 긴급 상황 발생 시 빠르게 스티어링 휠 포지셔닝과 시트 포지셔닝을 제어하기 때문에 탑승자의 안전성 확보에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치의 제어를 위한 순서도의 일예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치에서 모드별 전환 조건을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치는, 차량의 스티어링 휠의 틸트와 텔레스코픽 제어를 위하여 스티어링 휠을 구동시키는 스티어링 휠 구동부, 차량의 운전석 시트의 자세를 제어하기 위하여 시트를 구동시키는 운전석 시트 구동부, 자율주행 차량의 실내/외 운행환경 상태를 검출하는 주행환경 검출부 및 차량의 자율주행 모드에서 상기 주행환경 검출부로부터 운행환경 변경 정보를 검출하게 되면, 검출된 운행환경의 상태를 진단하여 운행 모드를 결정하고 여기서 결정된 운행 모드에 따라 기설정된 스티어링 휠의 조건값과 운전석 시트의 조건값에 따라 동작하도록 상기 스티어링 휠 구동부와 운전석 시트 구동부를 제어하도록 명령하는 제어부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치는, 차량의 운행 환경에 능동적으로 대응하여 스티어링 휠의 틸트, 텔레스코픽 포지셔닝과 탑승자 시트의 포지셔닝을 빠르게 제어하여 긴급 모드, 자율주행 모드, 셀프 모드 등 다양한 운행 조건에서 탑승자의 안전과 편의성을 도모할 수 있는 자동 제어 장치를 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치는, 스티어링 훨 구동부(100)와 운전석 시트 구동부(200), 차량의 주행환경을 센싱을 통해 검출하는 주행환경 검출부(330) 및 상기 주행환경 검출부(330)에 따라 상기 스티어링 휠 구동부(100)와 운전석 시트 구동부(200)를 제어하여 스티어링 휠의 틸트, 텔레스코픽을 제어함으로써 스티어링 휠 포지셔닝을 제어하고, 운전석 시트의 포지셔닝도 함께 조절하여 에어백 전개 시 사용자의 신체 조건에 따른 최적의 포지셔닝을 구현하기 위하여 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 주행환경을 검출하여 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 최적화시킨다. 여기서 주행환경이라고 하면, 전방 충돌, 후방 충돌, 사고 위험, 급정지, 기상상태(눈길, 빗길 등) 등과 같은 차량의 안전운행을 위협하는 다양한 요소에 해당할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 주행환경 검출부(330)를 통해 차량의 운행 환경을 검출하게 되는데, 상기 주행환경 검출부(330)라고 하면, 카메라 검출, 레이저 센서, 초음파 센서 등과 같은 다양한 센서 장치를 통해서 차량의 외부 환경을 실시간으로 검출하는 기술에 해당할 수 있으며, 이러한 기술은 이미 공지의 기술에 다양한 기술들이 개발되어진 실정이다.

또한, 본 발명에서는 차량의 자율주행 조건에서 차량을 자동모드로 주행하는 운행 환경에 있어서, 그에 따른 사용자의 차량 내 환경의 편의성을 극대화시킬 수 있도록 스티어링 휠과 시트 포지셔닝을 능동적으로 제어하는 것에 있다.

또한, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 전원을 공급하는 전원부(310)와 외부 기기와 진단 또는 데이터 입력을 위한 인터페이스 기능을 수행하는 통신부(320)를 더 포함하여 구성된다. 상기 통신부(320)를 통해서 스티어링 휠과 시트 제어모드에서 필요한 다양한 제어값을 외부기기를 통해 입력받거나 설정할 수 있도록 구성된다.

이와 같이 차량의 주행환경에 따른 운전자의 안전성과 편의성을 최적화할 수 있도록 상기 제어부(300)는 다양한 외부 신호 또는 설정된 신호값에 기반하여 스티어링 휠의 틸트값과 텔레스코픽값을 제어한다.

도 2는 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치의 제어를 위한 순서도의 일예를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 장치의 제어 순서도를 세부적으로 도시한 도면이다.

최초 세팅 모드에서 기본적으로 외부 신호(External Signal)를 통해 긴급(Emergency) 모드 또는 일반(Common) 모드가 실행될 수 있으며, 긴급 모드 발생 시 해당 모드에서 정의된 시트와 스티어링 휠 컬럼의 포지셔닝을 구동시키고 PWM 제어 펄스 Duty를 판단하여 시트와 전동 컬럼을 제어시키게 된다.

또한, 긴급 모드와 일반 모드 모두 선택되지 않은 경우에는 조이스틱 구동을 통해 사용자가 수동 제어를 통한 포지셔닝 구동이 가능하도록 한다. 수동모드에서는 최적화된 포지셔닝을 사용자가 직접 세팅할 수 있으며, 여기서 세팅된 포지셔닝 자동화 제어에서 PWM duty 값을 재설정함으로써 최종 포지셔닝을 리셋팅 할 수 있다.

따라서, 운전자 또는 동승자에 따라 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 자신에 체형(ex. 에어백 전개 위치)에 설정하면, 이때 설정값에 의해 긴급 모드 시 포지셔닝 세팅을 구현하도록 설정할 수 있으며, 자율주행 모드에서는 운전자의 공간 편의성을 확보하기 위해 칼럼과 시트의 최적화된 공간 확보가 되도록 설정함으로써 포지셔닝 자동화를 구현하게 된다.

도면에 표시된 Joystick은 수동 조작 스위치에 해당한다. 긴급 모드, 자율 주행 모드를 제외하고 일반 모드에서는 사용자가 수동 조작 스위치를 이용하여 포지셔닝을 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치에서 모드별 전환 조건을 도시한 도면이다. 도 3의 표에서 나타낸 바와 같이 레벨 0 ~ 2는 시스템이 일부 주행을 수행할 때의 제어 모드에 해당하며, 레벨 3 ~ 5는 시스템이 전체 주행을 수행할 때의 제어 모드를 도식화하고 있다.

도 3에서의 모드 변환은 본 발명에 따른 바람직한 하나의 실시예를 설명하기 위하여 그 레벨의 범위를 일정하게 분할 구성하여 차량의 제어 환경을 운전자의 참여 모드에서 구성된 것이 때문에 여기에 결코 한정되는 것은 아니다. 또한, 시스템은 크게 자동화, 비자동화, 부분 자동화로 구성될 수 있으며, 자율주행, 핸들 조작, 액셀레이터 조작 등과 같은 운행에 필요한 구성 부분들을 조작함으로써 운전 조건을 결정하게 된다.

이와 같이 설명한 바대로, 자율 주행 차량에 따라 다양한 운전 조건이 마련되어 있으며, 완전 자동화, 부분 자동화, 수동 모드 등과 같은 환경에 따라서, 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 각 모드에 맞게 제어할 수 있는 것이다.

본 발명의 핵심 구성은 차량의 주행 모드에 따라 운전자와 조수석의 안정성과 편의성을 극대화시킬 수 있도록 주행 환경에 따라 능동적으로 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 제어함으로써 편리하게 차량을 운행할 수 있는 특징이 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 전방충돌 주의, 급정지 등과 같은 긴급 상황이나 자율 주행에 따라 운전자 편의성 확보와 같은 차량운행의 다양한 운행 환경에 따라 탑승자의 안전과 편의성을 최적화시킬 수 있도록 해당 정보를 분석하여 차량의 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 능동적으로 제어할 수 있으며, 운전석 시트 뿐 만 아니라 조수석 시트이 능동적 제어를 통해 최적화된 환경을 제시하는 이점을 가지고 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 스티어링 휠 구동부
200 : 운전석 시트 구동부
210 : 조수석 시트 구동부
300 : 제어부
310 : 전원부
320 : 통신부
330 : 주행환경 검출부(센서부)

Claims

차량의 스티어링 휠의 틸트와 텔레스코픽 제어를 위하여 스티어링 휠을 구동시키는 스티어링 휠 구동부;
차량의 운전석 시트의 자세를 제어하기 위하여 시트를 구동시키는 운전석 시트 구동부;
자율주행 차량의 실내/외 운행환경 상태를 검출하는 주행환경 검출부; 및
차량의 자율주행 모드에서 상기 주행환경 검출부로부터 운행환경 변경 정보를 검출하게 되면, 검출된 운행환경의 상태를 진단하여 운행 모드를 결정하고 여기서 결정된 운행 모드에 따라 기설정된 스티어링 휠의 조건값(포지셔닝값)과 운전석 시트의 조건값(포지셔닝값)에 따라 동작하도록 상기 스티어링 휠 구동부와 운전석 시트 구동부를 제어하도록 명령하는 제어부;를 포함하여 구성되는 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 운행 환경 검출부의 검출값에 따라서 조수석 시트의 위치를 제어하는 조수석 시트 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 운행 환경 검출부를 통해 차량의 사고 위험 여부(긴급 상황)가 감지 될 경우 상기 운전석 시트 구동부와 스티어링 휠 구동부를 제어하여 운전자에게 에어백 전개 위치가 맞도록 제어하는 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치.
제 3항에 있어서, 상기 제어부는,
운전자의 조작을 통해 운전자 조건에 맞는 에어백 전개에 따른 스티어링 휠의 포지셔닝과 운전석 시트 포지셔닝 값을 기저장하고 있으며, 상기 운행 환경 검출부를 통해 긴급 상황 발생 시 기저장된 운전석 시트 포지셔닝값에 따라 시트 포지셔닝을 변경하는 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치.
제 1항에 있어서, 상기 운행 모드는,
긴급 모드, 자율 주행모드, 일반 모드로 각각 구성되어 각 모드에 따라 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호를 통해 구동하며, 상기 일반 모드에서는 운전자에 의한 수동 조작을 통해 스티어링 휠과 시트의 포지셔닝을 수동 조작하도록 구성되는 자율주행 차량에서 스티어링 휠과 시트의 모드별 전환 장치.