KR20210060714A - 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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박재일
김승기
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Abstract

본 발명은 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치는 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering) 제어를 기반으로 회피 조향 제어를 수행하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부;를 포함할 수 있다.

Description

회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법{Apparatus for assistance avoidance steering, system having the same and method thereof}
본 발명은 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방 충돌 위험을 판단하고 회피 조향 제어를 수행하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 샤시통합제어는 ECS(Electronic Control Suspension), MDPS(Motor Driven Power Steering System), ESC(Electronic Stability Control), AWD(All Wheel Drive)과 같은 개별 샤시 시스템을 제어한다. 특히 샤시통합제어의 충돌회피제어는 전방충돌위험 판단시 MDPS, ESC, AWD의 각 제어를 ECS 제어에 맞추는 회피제어로 전방차량(또는 전방물체)에 대한 충돌위험을 해소하는 방식이다.
특히 충돌 회피 제어와 안정화 제어 시 조향각과 요레이트를 기반으로 카운터 스티어 판단을 수행하는데, 차량의 요레이트 관점에서 회피 조향 제어 시 실제로 횡방향 이동 거리가 증가하지 않아 차량의 안정성을 확보할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전방 충돌 위험을 감지한 상황에서 운전자가 충돌을 회피하기 위해 회피 조타 하는 경우, RWS(Rear Wheel Steering)를 이용해 최대 횡거리를 확보하여 차량의 전방충돌회피 성능을 향상시키고 회피 이후 차량의 안정성을 향상시킬 수 있는 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 운전자에 의한 조향각의 크기에 따라 RWS 제어량을 가변할 수 있는 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 후륜 타이어 횡슬립각 추정으로 차량의 안정 상태를 판단하고 안정 제어 모드 시 RWS 제어량을 가변할 수 있는 회피 조향 보조 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치는 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering 이하, RWS) 제어를 기반으로 회피 조향 제어를 수행하는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 회피 조향 제어 시 횡거리를 확보할 수 있는, 상기 후륜 조향 제어를 위한 RWS 제어량을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도를 기반으로 상기 RWS 제어량을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시, 회전 중심을 차량의 무게중심에서 뒤쪽으로 이동시켜 횡거리 이득을 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 전방 차량과의 상대 거리 및 상대 속도를 기반으로 회피 조향 제어 시 목표 횡거리를 결정하고, 상기 목표 횡거리에 기반하여 상기 회전 중심의 이동 거리를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 운전자에 의한 조향각에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치보다 작은 경우, 상기 RWS 제어량을 증가시키고, 상기 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 RWS 제어량을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 RWS 제어 시, 차량의 선회 초기에 역상 제어를 수행하고, 상기 차량의 선회 중에 동상 제어를 수행하여 횡거리를 증대시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 운전자에 의한 조향 제어가 없는 경우, 자동 조향 또는 제동 제어를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 차량의 후륜 횡슬립각을 추정하여 차량의 안정 상태를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 추정된 차량의 후륜 횡슬립각이 미리 정한 임계값을 초과하면 안정화 제어 모드로 진입하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 안정화 제어 모드 시, 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering 이하, RWS) 제어 기반으로 회피 조향 제어를 수행하는 회피 조향 보조 장치; 및 상기 회피 조향 보조 장치에 의해 제어되어 차량의 후륜 조향을 구동하는 후륜 조향 구동 장치;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 차량 외부의 장애물의 정보를 획득하는 차량 외부 정보 센싱 장치; 차량 내 정보를 획득하는 차량 내부 정보 센싱 장치; 및 차량 외부의 충돌 위험 판단 결과를 인식하는 외부 상황 인식 장치;를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 회피 조향 보조 장치는, 상기 회피 조향 제어 시 횡거리를 확보할 수 있는, 상기 후륜 조향 제어를 위한 RWS 제어량을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상기 회피 조향 보조 장치는, 상기 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시, 회전 중심을 차량의 무게중심에서 뒤쪽으로 이동시켜 횡거리 이득을 발생시키고, 전방 차량과의 상대 거리 및 상대 속도를 기반으로 회피 조향 제어 시 목표 횡거리를 결정하고, 상기 목표 횡거리에 기반하여 상기 회전 중심의 이동 거리를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 방법은 전방 충돌 위험을 감지하는 단계; 상기 전방 충돌 위험을 회피 조향 제어하기 위해 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering, 이하 RWS) 제어량을 산출하는 단계; 및 상기 RWS 제어량에 기반하여 상기 회피 조향 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는, 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도를 기반으로 상기 RWS 제어량을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는, 운전자에 의한 조향각에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는, 차량의 후륜 횡슬립각을 추정하여 차량의 안정 상태를 판단하고, 상기 차량의 안정 상태에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 포함할 수 있다.
본 기술은 전방 충돌 위험을 감지한 상황에서 운전자가 충돌을 회피하기 위해 회피 조타 하는 경우, RWS(Rear Wheel Steering)를 이용해 최대 횡거리를 확보하여 차량의 전방충돌회피 성능을 향상시키고 회피 이후 차량의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 기술은 운전자에 의한 조향각의 크기에 따라 RWS 제어량을 가변할 수 있다.
또한, 본 기술은 후륜 타이어 횡슬립각 추정으로 차량의 안정 상태를 판단하고 안정 제어 모드 시 RWS 제어량을 가변할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 상황의 예시 화면을 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 횡거리 이득을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도에 대응하는 RWS 제어량을 도출하는 과정을 설명 설명하기 위한 도면이다
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 RWS 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 운전자 조향각 크기 및 안정화 단계에 따른 최종 RWS 제어 로직 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RWS 제어량의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안전성 판단 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안정화 제어 모드 시 RWS 제어량의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RWS 동상 제어와 역상 제어를 비교하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡거리를 확보하여 회피 조향 보조 제어를 수행하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 제어 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
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.
이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 상황의 예시 화면을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 회피 조향 보조 장치(100), 차량 외부 정보 센싱 장치(200), 차량 내부 정보 센싱 장치(300), 외부 상황 인식 장치(400), 및 후륜 조향 구동 장치(500)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 주행중인 차량이 전방의 충돌 위험을 인지하면 전방 차량을 회피하여 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering, 이하, RWS) 제어를 기반으로 회피 조향 제어를 수행하고 회피 제어 완료 후 안정 구간으로 주행하게 된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치(100)는 회피 조향 제어 시 RWS를 기반으로 횡거리를 확대하고 운전자의 조향 또는 차량의 안정 상태에 따라 RWS 제어량을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
회피 조향 보조 장치(100)는 운전자가 주위 물체와 충돌을 회피하기 위해 조향 제어를 수행하는 경우, 최대 횡거리를 확보할 수 있도록 제어한다.
회피 조향 보조 장치(100)는 통신부(110), 저장부(120), 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는 무선 또는 유선 연결을 통해 신호를 송신 및 수신하기 위해 다양한 전자 회로로 구현되는 하드웨어 장치로서, 본 발명에서는 차량 내 네트워크 통신 기술, 차량 외부의 서버, 인프라, 타 차량 등과 무선 인터넷 접속 또는 근거리 통신(Short Range Communication) 기술을 이용하여 V2I 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 차량 네트워크 통신 기술로는 CAN(Controller Area Network) 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, 플렉스레이(Flex-Ray) 통신 등을 통해 차량 내 통신을 수행할 수 있다. 또한, 무선 통신 기술로는 무선 인터넷 기술로는 무선랜(Wireless LAN, WLAN), 와이브로(Wireless Broadband, Wibro), 와이파이(Wi-Fi), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access, Wimax) 등이 포함될 수 있다. 또한, 근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), UWB(Ultra Wideband), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선통신(Infrared Data Association, IrDA) 등이 포함될 수 있다.
일 예로서, 통신부(110)는 차량 네트워크를 통해 차량 외부 정보 센싱 장치(200), 차량 내부 정보 센싱 장치(300), 및 외부 상황 인식 장치(400)로부터 신호를 수신할 수 있다.
저장부(120)는 차량 외부 정보 센싱 장치(200) 및 차량 내부 정보 센싱 장치(300)의 센싱 결과, 차량 외부 상황 인식 장치(400)로부터 수신한 정보 및 프로세서(140)가 동작하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등이 저장될 수 있다.
저장부(120)는 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.
표시부(130)는 사용자로부터의 제어 명령을 입력 받기 위한 입력수단과 장치(100)의 동작 상태 및 결과 등을 출력하는 출력수단을 포함할 수 있다. 여기서, 입력수단은 키 버튼을 포함할 수 있으며, 마우스, 조이스틱, 조그셔틀, 스타일러스 펜 등을 포함할 수도 있다. 또한, 입력수단은 디스플레이 상에 구현되는 소프트 키를 포함할 수도 있다. 출력수단은 디스플레이를 포함할 수 있으며, 스피커와 같은 음성출력수단을 포함할 수도 있다. 이때, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 터치 센서가 디스플레이에 구비되는 경우, 디스플레이는 터치 스크린으로 동작하며, 입력수단과 출력수단이 통합된 형태로 구현될 수 있다. 본 발명에서 출력수단은 센서 고장 정보, 선두 차량 정보, 군집 대열 정보, 군집 속도, 목적지, 경유지, 경로 등 군집 주행 정보를 출력할 수 있다.
이때, 디스플레이는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 전계 방출 디스플레이(Feld Emission Display, FED), 3차원 디스플레이(3D Display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 통신부(110), 저장부(120), 표시부(130) 등과 전기적으로 연결될 수 있고, 각 구성들을 전기적으로 제어할 수 있으며, 소프트웨어의 명령을 실행하는 전기 회로가 될 수 있으며, 이에 의해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산을 수행할 수 있다.
프로세서(140)는 회피 조향 보조 장치(100)의 각 구성요소들 간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다. 프로세서(140)는 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
프로세서(140)는 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering) 제어를 기반으로 회피 조향 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(140)는 회피 조향 제어 시 후륜 조향 제어를 위한 RWS 제어량을 산출하되, 횡거리를 확보할 수 있는 RWS 제어량을 산출할 수 있다.
프로세서(140)는 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도를 기반으로 RWS 제어량을 산출할 수 있다. 또한, 프로세서(140)는 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도 뿐만 아니라 차량의 중량, 요레이트, 전륜 조향(운전자 조향각), 차량 바디 횡슬립각 등을 이용하여 RWS 제어량을 산출할 수 있다.
프로세서(140)는 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시, 회전 중심을 차량의 무게중심에서 뒤쪽으로 이동시켜 횡거리 이득을 발생시킬 수 있으며, 전방 차량과의 상대 거리 및 상대 속도를 기반으로 회피 조향 제어 시 목표 횡거리를 결정하고, 목표 횡거리에 기반하여 회전 중심의 이동 거리를 결정할 수 있다. 이러한 회전 중심의 이동 거리를 이용하여 RWS 제어량을 산출할 수 있다.
프로세서(140)는 운전자에 의한 조향각에 따라 RWS 제어량을 가변할 수 있다. 즉 프로세서(140)는 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치보다 작은 경우, RWS 제어량을 증가시키고, 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치 이상인 경우, RWS 제어량을 감소시켜 이질감을 최소화할 수 있다.
프로세서(140)는 RWS 제어 시, 차량의 선회 초기에 역상 제어를 수행하고, 차량의 선회 중에 동상 제어를 수행할 수 있다. 이때, 역상 제어 시 선회 응답성을 증가시킬 수 있고 선회중 동상 제어를 수행 시 횡거리가 증대될 수 있다.
프로세서(140)는 운전자에 의한 조향 제어가 없는 경우, 자동 조향 또는 제동 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(140)는 차량의 후륜 횡슬립각을 추정하여 차량의 안정 상태를 판단하고, 차량의 안정 상태 판단 결과에 따라 RWS 제어량을 추가적으로 가변할 수 있다. 즉 프로세서(140)는 추정된 차량의 후륜 횡슬립각이 미리 정한 임계값을 초과하면 차량이 불안정한 상태로 판단하고 안정화 제어 모드로 진입할 수 있다.
프로세서(140)는 안정화 제어 모드 시, RWS 제어량을 가변할 수 있으며 특히 차량 안정화를 위해 RWS 제어량을 더욱 증가시킬 수 있다.
차량 외부 정보 센싱 장치(200)는 차량 주변에 위치한 장애물, 예를 들어, 전방 차량을 탐지하고, 해당 장애물의 거리 및/또는 상대 속도, 장애물의 종류(예: 차량, 보행자, 자전거 또는 모터사이클 등)에 대한 정보를 획득할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
이를 위해, 차량 외부 정보 센싱 장치(200)는 전방 레이더(210), 전측방 레이더(220), 카메라(230)를 포함하며, 초음파 센서, 레이저 스캐너 및/또는 코너 레이더, 라이다, 가속도 센서, 더 포함할 수 있다.
차량 내부 정보 센싱 장치(300)는 차량 주행 상태를 검출하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하며, 요레이트 센서, 토크 측정 센서 및/또는 휠스피드 센서, 조향각 센서 등을 포함할 수 있다.
외부 상황 인식 장치(400)는 외부 상황을 인식하고 충돌 위험을 판단하고 그 결과를 회피 조향 보조 장치(100)로 제공한다. 일 예로, 외부 상황 인식 장치(400)는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS; Advanced Driver Assistance Systems) 를 포함할 수 있다.
후륜 조향 구동 장치(500)는 회피 조향 보조 장치(100)에 의해 산출된 RWS 제어량에 따라 후륜 조향을 구동한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 횡거리 이득을 적용하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도에 대응하는 RWS 제어량을 도출하는 과정을 설명 설명하기 위한 도면이다
도 3a의 301을 참조하면, 회피 조향 보조 제어 장치(100)는 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시 순간 회전 중심 C1을 차량 무게중심 뒤쪽 C2로 이동시켜, 횡거리 이득이 발생하도록 한다. 이때 302를 참조하면, 회피 조향 보조 제어 장치(100)는 순간 회전 중심 변화값 e, 요레이트 g, 차속 Vx를 이용하여 차량 바디 횡슬립각(b)을 산출할 수 있다.
303과 같이, RWS 제어기는 전륜 조향(운전자 조향) 변화에 의한 후륜 조향 명령을 생성하고 직진 주행 시 후륜 조향 명령 또는 0으로 수렴할 수 있다.
수학식 1과 같이 전륜 조향값 df 에 전달함수 Cs를 연산하여 RWS 제어량 dr을 산출한다.
Figure pat00001
또한, 전달함수 Cs은 아래 수학식 2와 같다.
도 3a의 303의 차량 동역학 모델에서 횡슬립각와 요레이트를 산출하면 아래 수학식 2와 같이 도출될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, G11, G12, G13, G14 는 동역학 함수, Vx는 차량 속도, e는 순간 회전 중심 변화 값, df 는 전륜 조향값이다.
상기 수학식 2의 동역학 함수 G11, G21, G22, G12를 정의하면 아래 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
상기 수학식 2 및 수학식 3으로부터 동역학 함수 G11, G21, G22, G12를 치환하면, 아래 수학식 4와 같이 전달함수를 정의할 수 있다.
Figure pat00004
수학식 3, 4에서 Mv는 차량 중량, CS는 전달함수, l는 차량 휠베이스(차량 재원), Iz는 차량의 요방향 관성 모멘트, lr는 CG점에서 차량의 뒷바퀴까지 거리, lf는 CG점에서 차량의 앞바퀴까지 거리이고, lf+lr = l이고, Cf는 전륜 코너링 포스, Cr는 후륜 코너링 포스, s는 전달함수에서 사용되는 차수이다.
전달함수 Cs을 주파수 도메인으로 전개하면 아래 수학식 5와 같다.
Figure pat00005
이어 주파수 도메인 기반의 전달함수 Cs을 시간 도메인 기반으로 전개하면 아래 수학식 6과 같다.
Figure pat00006
수학식 6을 이산화하여 나타내면 아래 수학식 7과 같다.
Figure pat00007
수학식 7에서
Figure pat00008
은 정상 상태 제어량을 0으로 보내어 제어 로직을 안정화시키도록 한다. 도 3b의 311은 회전 중심 변화값 e에 따른 후륜 조향 게인(rear steer gain)의 변화를 나타낸다.
Figure pat00009
은 조향 각속도 관련 변수로서, 조향 각속도에 반비례하는 후륜 조향 제어량을 산출하여 선회 응답 향상에 도움을 주도록 한다. 도 3b의 312는 회전 중심 변화값 e에 따른 조향각속도 게인(steer speed gain)를 나타낸다.
Figure pat00010
은 조향각과 관련된 변수로서, 조향각에 따른 후륜조향 제어량을 산출하는 것으로 저속 시 역상 제어, 고속 지 동상제어를 수행한다. 도 3b의 313은 회전 중심 변화값 e에 따른 조향각 게인(steer angle gain)을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 시 RWS 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4의 401을 참조하면, 조향이 시작되는 시점에서 조향각이 증가하고 일정 시간이 지난 후 조향각이 반대로 감소한다.
402를 참조하면, ESA OFF(기존) 적용 시에는 80Kph 구간에서 미세한 역상 제어를 수행한다. ESA ON(본 발명) 적용 시, 선회 초기 역상 제어를 수행하여 선회 응답성을 향상시키고, 선회 중 동상 제어를 수행하여 횡거리 이득을 획득할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 운전자 조향각 크기 및 안정화 단계에 따른 최종 RWS 제어 로직 구조를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 횡거리 확대 기반 RWS 제어 로직에서 횡거리 확대 기반 RWS 제어량을 산출하고, 운전자에 의한 조향각에 따른 조향각 기반 스케일 팩터(scale factor)를 적용하여 RWS 제어량을 증가 또는 감소시키고, 가변된 RWS 제어량에 안정화 단계 기반 가변 스케일 팩터를 적용하여 다시 한번 RWS 제어량의 증가 또는 감소를 수행하여 최종 RWS 제어량을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RWS 제어량의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 601, 602를 참조하면 운전자에 의한 조향각이 작은 경우 RWS 제어량을 증가시키고, 603과 같이 운전자에 의한 조향각이 큰 경우 RWS 제어량을 감소시켜 이질감을 최소화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안전성 판단 과정을 설명하기 위한 도면이다.
회피 조향 보조 장치(100)는 차량 전륜/후륜 횡슬립각을 추정하여 차량 안정성 제어 필요 시 안정화 제어 모드에 진입할 수 있다.
도 7의 701은 안정성 판단 로직 구조로서, 차량 거동 센서 입력값을 이용하여 운동학 모델 기반 추정기에서 차량 전륜/후륜 횡슬립각을 산출한다. 또한, 차량 거동 센서 입력과 운전자에 의한 조향 입력을 기반으로 비선형 타이어 모델 기반 추정기에서 타이어 횡력 노면 마찰값을 산출할 수 있다. 이때, 기반으로 비선형 타이어 모델 기반 추정기는 실시간 연산 가능한 저차원 비선형 타이어 수학적 모델이다.
702는 실체 차량 횡슬립각(전륜/후륜 횡슬립각)과 추정된 차량 횡슬립각을 나타내는 그래프로서, 추정된 차량 전륜/후륜 횡슬립각과 실제 차량 전륜/후륜 횡슬립각이 거의 유사함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안정화 제어 모드 시 RWS 제어량의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8의 801을 참조하면 추정된 후륜 횡슬립각이 미리 정해진 횡슬립 임계값보다 커지면 안정화 제어 모드가 온(ON)되어 안정화 보조 스케일 팩터를 적용하여 RWS 제어량을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
802를 참조하면 안정화 제어가 온 된 후 RWS 제어량이 증가함을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 RWS 동상 제어와 역상 제어를 비교하기 위한 그래프이다. 901을 참조하며 80Kph 횡거리 1m 이동 시 RWS를 동상 제어하는 경우와 역상 제어 하는 경우를 비교하여 나타낸다. 902를 참조하면, 역상 제어의 경우 헤딩각의 변화는 급격하지만 실제 횡방향 위치 변화는 크지 않음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡거리를 확보하여 회피 조향 보조 제어를 수행하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면 RWS 제어량 기반 회피 조향 보조 시 차량(21, 22)의 헤딩각과 주행 경로와 기존의 회피 조향 보조 시 차량(11, 12)의 헤딩각과 주행경로를 비교하고 있다.
기존의 회피 조향 보조 시 차량(11, 12)의 헤딩각에 비해 RWS 제어량 기반 회피 조향 보조 시 차량(21, 22)의 헤딩각의 변화가 더 크지만, RWS 제어량 기반 회피 조향 보조 시 차량(21, 22)의 회피 조향 시 횡거리 이득이 발생하여 좀 더 안정적으로 회피 조향을 수행함을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 제어 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11의 1101에서는 기존과 횡거리 이득 기반 RWS 제어 시의 X-Y 차량 이동 궤적의 변화를 나타낸다. 횡거리 이득 기반 RWS 제어 시 X축과 Y축 차량 이동 궤적을 나타내며, 회피 중 횡거리 이득이 약 10cm 발생하고, 회피 후 차선 복귀에 있어 기존보다 더 우세함을 알 수 있다.
1102에서는 기존과 횡거리 이득 기반 RWS 제어 시의 차량 횡슬립각의 변화를 나타낸다. 기존과 횡거리 이득기반 RWS 제어 시의 초기 횡슬립의 차이를 알 수 있다. 즉 기존에 비해 횡거리 이득기반 RWS 제어 시의 초기 횡슬립이 감소함을 알 수 있다.
1103에서는 기존과 횡거리 이득 기반 RWS 제어 시의 차량 요레이트의 변화를 나타낸다. 기존과 횡거리 이득기반 RWS 제어 시의 요레이트의 차이를 알 수 있다. 즉 기존에 비해 횡거리 이득 기반 RWS 제어 시의 차량 요레이트\가 감소함을 알 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회피 조향 보조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 1의 회피 조향 보조 장치(100)가 도 12의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 12의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 동작은 회피 조향 보조 장치(100)의 프로세서(140)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 12를 참조하면 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 엔진 시동 후 차량 주행 중 센서 정보의 판독을 시작한다(S101). 이때, 센서 정보는 차량 외부 정보 센서(200)와 차량 내부 정보 센서(300)로부터 수신한 정보 및 외부 상황 인식 장치(300)로부터 수신한 정보를 포함할 수 있다. 이때, 회피 조향 보조 장치(100)는 센서 정보 판독을 기반으로 장애물 정보를 획득할 수 있다.
회피 조향 보조 장치(100)는 판독된 센서 정보를 기반으로 충돌 상황인지를 판단한다(S102). 즉 회피 조향 보조 장치(100)는 물체와의 충돌 시간 TTC를 연산하여 충돌 상황인지를 판별할 수 있다.
차량이 주변의 물체와 충돌 상황이 예상되는 경우, 긴급 플래그(Emergency Flg)가 생성되고, 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 운동 상황 즉, 차량이 직진하는 지와 차속을 판단하여 제어가능 상태인 지를 판단한다(S103).
차량이 제어 가능 상태인 경우 회피 조향 보조 장치(100)는 운전자의 조향 여부를 판단한다(S104). 운전자가 조향을 하지 않을 시 회피 조향 보조 장치(100)는 예측되는 충돌 상황을 고려하여 차량의 자동 조향 또는 제동 제어를 수행한다(S105).
운전자가 조향한 것으로 판정되면, 회피 조향 보조 장치(100)는 운전자 조향각, 조향 각속도 및 차속을 이용하여 제어값을 산출하고, 과조향 여부를 판단한다(S106).
회피 조향 보조 장치(100)는 과조향 여부 판단 결과에 따라 차량 상태가 안정 상태인지를 판단한다(S107). 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 조향각과 차속 종/횡 G와 요레이트를 기반으로 차량의 슬립앵글과 타이어 슬립각을 추정하여 차량의 안정상태 여부를 판정할 수 있다.
차량 상태가 안정 상태인 경우, 회피 조향 보조 장치(100)는 후륜 조타 제어 2를 수행한다(S108). 이때 후륜 조타 제어 2는 차량 상태 안정을 위한 RWS 조정이 필요없는 상태로서 추가적은 RSW 조정을 하지 않는 제어를 포함한다.
차량 상태가 불안정 상태인 경우, 회피 조향 보조 장치(100)는 후륜 조타 제어 1을 수행한다(S109). 이때, 후륜 조타 제어 1은 차량 상태를 안정화하기 위해 RWS 제어량을 증가 또는 감소시키는 제어를 수행하는 것을 포함한다.
후륜 조타 제어1 및 후륜 조타 제어 2를 구체적으로 설명하면, 도 3a과 같이 전방 차량과의 상대 속도 및 상대 거리를 기반으로 목표 횡거리를 결정하고, 목표 횡거리에 해당하는 RWS 제어량을 산출한다.
이어 도 6과 같이 운전자에 의한 조향각의 크기에 따라 RWS 제어량을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 즉, 운전자에 의한 조향각의 크기가 작은 경우, RWS 제어량을 증가시키고, 운전자에 의한 조향각이 큰 경우 이 질감을 최소화하기 위해 RWS 제어량을 감소시킬 수 있다. 여기까지가 후륜 조타 제어 2에 해당한다.
그러나 차량의 안정 상태 판단 결과, 차량의 안정을 위한 제어가 추가적으로 필요한 경우 후륜 횡슬립각에 따라 RWS 제어량을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 도 8과 같이, 후륜 횡슬립각이 미리 정한 횡슬립 임계값보다 커지면 안정화 제어 모드가 온(ON)되고, 안정화 제어 시 RWS 제어량이 더 증가할 수 있다. 이와 같이 차량의 안정 상태를 위해 추가적인 RWS 제어량 가변을 하는 제어를 후륜 조타 제어 1이라 한다. 즉 후륜 조타 제어 1은 후륜 조타 제어 2에 후륜 횡슬립각에 따라 RWS 제어량을 추가적으로 증가 또는 감소시키는 것을 의미한다.
회피 조향 보조 장치(100)는 회피 조향 보조 제어 종료 시점(회피 완료 시점, 충돌 상황이 종료된 시점)에 도달하였는 지를 판단한다(S110). 회피 조향 보조 제어의 종료 시점에 도달한 경우, 회피 조향 보조 장치(100)는 회피 조향 보조 제어를 종료하고, 회피 조향 보조 제어의 종료 시점에 도달하지 않은 경우 후륜 조타 제어 2를 수행한다(S108).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 전방의 보행자 또는 장애물과의 충돌 비상 상태를 판단하고, 충돌이 예상되는 경우 회피 조향 제어를 시작한다(회피 구간).
회피 조향 보조 장치(100)는 차량의 차속, 조향각속도를 이용하여 RWS 제어량을 산출하고 최대 횡거리 확보하기 위한 RWS 제어를 수행하고, 운전자 조향 또는 차량 안정 상태에 따라 RWS 제어량을 가변할 수 있다.
이에 본 발명은 전방 충돌위험 감지 및 운전자 회피 조타시, 차속, 조향각, 및 조향각속도를 고려하여 RWS 제어 전략을 수립하고 RWS를 이용한 회피성능을 극대화하고 차량 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명은 타 ADAS 시스템 등 타 자율 주행 제어 장치들과 통합제어가 가능하다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 13을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
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.

Claims (20)

  1. 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering, 이하 RWS) 제어를 기반으로 회피 조향 제어를 수행하는 프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 구동되는 데이터 및 알고리즘이 저장되는 저장부;
    를 포함하는 회피 조향 보조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 회피 조향 제어 시 횡거리를 확보할 수 있는, 상기 후륜 조향 제어를 위한 RWS 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도를 기반으로 상기 RWS 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시, 회전 중심을 차량의 무게중심에서 뒤쪽으로 이동시켜 횡거리 이득을 발생시키는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 프로세서는,
    전방 차량과의 상대 거리 및 상대 속도를 기반으로 회피 조향 제어 시 목표 횡거리를 결정하고, 상기 목표 횡거리에 기반하여 상기 회전 중심의 이동 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    운전자에 의한 조향각에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치보다 작은 경우, 상기 RWS 제어량을 증가시키고,
    상기 운전자의 조향각이 미리 정한 기준치 이상인 경우, 상기 RWS 제어량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 RWS 제어 시, 차량의 선회 초기에 역상 제어를 수행하고, 상기 차량의 선회 중에 동상 제어를 수행하여 횡거리를 증대시키는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    운전자에 의한 조향 제어가 없는 경우, 자동 조향 또는 제동 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 프로세서는,
    차량의 후륜 횡슬립각을 추정하여 차량의 안정 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 추정된 차량의 후륜 횡슬립각이 미리 정한 임계값을 초과하면 안정화 제어 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 안정화 제어 모드 시, 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 장치.
  13. 전방 충돌 위험이 감지되면, 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering, 이하 RWS) 제어 기반으로 회피 조향 제어를 수행하는 회피 조향 보조 장치; 및
    상기 회피 조향 보조 장치에 의해 제어되어 차량의 후륜 조향을 구동하는 후륜 조향 구동 장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    차량 외부의 장애물의 정보를 획득하는 차량 외부 정보 센싱 장치;
    차량 내 정보를 획득하는 차량 내부 정보 센싱 장치; 및
    차량 외부의 충돌 위험 판단 결과를 인식하는 외부 상황 인식 장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 회피 조향 보조 장치는,
    상기 회피 조향 제어 시 횡거리를 확보할 수 있는, 상기 후륜 조향 제어를 위한 RWS 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 상기 회피 조향 보조 장치는,
    상기 회피 조향 제어를 위한 차량 선회 시, 회전 중심을 차량의 무게중심에서 뒤쪽으로 이동시켜 횡거리 이득을 발생시키고,
    전방 차량과의 상대 거리 및 상대 속도를 기반으로 회피 조향 제어 시 목표 횡거리를 결정하고, 상기 목표 횡거리에 기반하여 상기 회전 중심의 이동 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  17. 전방 충돌 위험을 감지하는 단계;
    상기 전방 충돌 위험을 회피 조향 제어하기 위해 후륜 조향(RWS; Rear Wheel Steering, 이하 RWS) 제어량을 산출하는 단계; 및
    상기 RWS 제어량에 기반하여 상기 회피 조향 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는,
    차속, 운전자 조향각, 및 조향 각속도를 기반으로 상기 RWS 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는,
    운전자에 의한 조향각에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 RWS 제어량을 산출하는 단계는,
    차량의 후륜 횡슬립각을 추정하여 차량의 안정 상태를 판단하고, 상기 차량의 안정 상태에 따라 상기 RWS 제어량을 가변하는 것을 특징으로 하는 회피 조향 보조 방법.
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