KR20210081401A

KR20210081401A - 원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 하는 방법

Info

Publication number: KR20210081401A
Application number: KR1020217015485A
Authority: KR
Inventors: 레오 라이니; 칼식 라마난 바이드야나탄
Original assignee: 볼보 트럭 코퍼레이션
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2021-07-01
Also published as: WO2020083465A1; CN112888608A; CN112888608B; EP3870486A1; US11891047B2; JP2022515308A; US20210387613A1; JP7322144B2; KR102637431B1

Abstract

본 발명은 원하는 곡률 경로(C1)를 차량(100)이 따르도록 하는 방법으로서, 상기 차량(100)은 적어도 하나의 구동 휠 축(40, 50)에 연결된 차동 잠금 장치(10, 20, 30)를 포함하고, 상기 방법은 적어도, -상기 차동 잠금 장치의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계(S1), 상기 상태는 상기 차동 잠금 장치가 활성화 또는 잠금 해제되는 것이고, 그리고 상기 차동 잠금 장치가 활성화될 때: -상기 차동 잠금 장치에 의해 야기된 상기 차량(100)의 요 모멘트(M_diff)를 계산하는 단계(S2); 및 -결과적인 조향 각도가 상기 차량(100)의 최대 허용 조향 각도 이하가 되도록 상기 요 모멘트(M_diff)에 의해 야기된 상기 원하는 곡률 경로(C1)로부터의 편차를 보상하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 보상은 피드 포워드 보상인, 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 제어 유닛, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다.

Description

원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 하는 방법

본 발명은 원하는 곡률 경로(desired curvature path)를 차량이 따르도록 하는 방법에 관한 것으로, 차량은 차량의 적어도 하나의 구동 휠 축(driven wheel axle)에 연결된 차동 잠금 장치(differential lock)가 있는 적어도 하나의 차동 장치(differential)를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법, 차량, 상기 방법의 단계를 수행하기 위한 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 제어 유닛(control unit) 및 상기 방법의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 운반하는 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium)에 관한 것이다.

본 발명은 트럭, 버스 및 건설 장비와 같은 대형 차량에 적용될 수 있다. 본 발명은 트럭에 대해 설명될 것이지만, 본 발명은 이 특정 차량에 제한되지 않고 승용차와 같은 다른 차량에도 사용될 수 있다.

차량의 조향, 제동 및 추진은 일반적으로 차량 운전자에 의해 제어된다. 트럭, 버스 등을 포함한 오늘날의 최신 차량에서 운전자는 차선 유지 지원 시스템, 제동 지원 시스템 등과 같은 운전자 지원 시스템의 도움을 받을 수도 있다.

이러한 시스템의 한 예는 US 2005/0283290 A1에서 찾을 수 있는데, 이는 운전자의 조향 각도를 오버라이드(override) 할 수 있고 제2 요잉 모멘트(second yawing moment)가 생성될 수 있는 보조 각도(supplemental angel) 뿐만 아니라 적어도 하나의 차동 잠금 장치(differential lock) 및 제1 요잉 모멘트(first yawing moment)가 생성될 수 있는 조향 시스템(steering system)을 갖는 자동차의 조향 동작에 영향을 주는 프로세스에 관한 것이다. 이에 의해, 보조 각도가 계산될 수 있고, 제1 요잉 모멘트를 보상하는 제2 요잉 모멘트가 생성될 수 있다.

그러나 반 자율 및 완전 자율 차량을 포함한 더 진보된 차량의 급속한 개발로 인해, 차량 조향 기능의 자동화를 더욱 향상시키기 위한 노력이 진행되고 있다.

위와 같은 관점에서, 본 발명의 목적은 원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 하는 개선된 방법 및/또는 원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 제어하는 제어 유닛 및/또는 차량을 제공하는 것이다.

제1 측면에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 달성된다. 제2 측면에 따르면, 상기 목적은 청구항 12에 따른 제어 유닛에 의해 달성된다. 제3 측면에 따르면, 상기 목적은 청구항 13에 따른 차량에 의해 달성된다. 제4 측면에 따르면, 상기 목적은 청구항 17에 따른 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다. 제5 측면에 따르면, 상기 목적은 청구항 18에 따른 컴퓨터 판독 가능 매체에 의해 달성된다.

제1 측면에 따르면, 상기 목적은 원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 하는 방법에 의해 제공되며, 상기 차량은 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 차동 잠금 장치를 포함하고, 상기 방법은 적어도, -상기 차동 잠금 장치의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계(S1), 상기 상태는 상기 차동 잠금 장치가 활성화 또는 잠금 해제되는 것이고, 그리고 상기 차동 잠금 장치가 활성화될 때: -상기 차동 잠금 장치에 의해 야기된 상기 차량의 요 모멘트(M_diff)를 계산하는 단계(S2); 및 -결과적인 조향 각도가 상기 차량의 최대 허용 조향 각도 이하가 되도록 상기 요 모멘트(M_diff)에 의해 야기된 상기 원하는 곡률 경로(C1)로부터의 편차를 보상하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 보상은 피드 포워드 보상이다.

상기 방법을 통해, 개선된 다음의 차량의 원하는 곡률 경로가 제공된다. 특히, 피드 포워드 방식으로 차동 잠금 장치에 의해 야기되는 요 모멘트를 보상하면 원하는 곡률 경로를 차량이 더 잘 따라갈 수 있다는 것이 발견되었다. 따라서 결과적인 조향 각도는 활성화된 차동 잠금 장치로 인한 요 모멘트를 보상할 뿐만 아니라 원하는 곡률 경로를 따르도록 최적화될 수 있다.

선택적으로, 상기 방법은, 상기 원하는 곡률 경로(C1)에 대한 차량 곡률 요 모멘트(M_{z_curvature})를 계산하여 총 요구되는 요 모멘트(M_z)를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 총 요구되는 요 모멘트(M_z)는 M_{z_curvature} + M_diff 로 정의되고, 결과적인 조향 각도는 총 요구되는 요 모멘트(M_z)에 의해 제공된다. 따라서 결과적인 조향 각도를 끌어내려면 차동 잠금 장치가 활성화될 때, 두 모멘트(M_{z_curvature} 및 M_diff)를 모두 계산해야 할 수 있다. 또한, 차동 잠금 장치가 해제되면 결과적인 조향 각도를 끌어내기 위해 곡률 요 모멘트(M_{z_curvature})만 필요할 수 있다. 즉, 이러한 상황에서 M_{z_curvature}는 0이 된다.

선택적으로, 차량은 반 자율 차량 또는 완전 자율 차량일 수 있다. 즉, 위에서 정의된 방법이 그러한 차량에 특히 적합할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 반 자율 차량은 적어도 조향, 그리고 선택적으로 제동 및 추진 중 적어도 하나가, 지속적으로 또는 간헐적으로, 사람의 직접적인 개입 없이, 제어되는 차량을 의미한다. 실제로, 이 방법은 원하는 차량 가속 및 곡률 경로 형태의 궤적 입력만 존재하는 차량, 그리고 예를 들어 조향 휠 각도와 같은 형태의 드라이버 입력 없는 차량에 특히 적합할 수 있다.

선택적으로, 상기 보상은 차량의 힘 생성부에서 수행될 수 있으며, 힘 생성부는 적어도 차량의 조향, 제동 및 추진 중 적어도 하나를 제어하기 위해 차량의 원하는 힘 및 모멘트를 계산하는데 사용된다. 여전히 선택적으로, 상기 방법은 차량의 모션 지원 장치 코디네이터에 피드 포워드 보상으로서 상기 보상을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 모션 지원 장치 코디네이터는 차량의 조향, 제동 및 추진 중 적어도 하나를 제어하기 위해 사용된다. 따라서, 차량의 힘 발생부에 보상을 통합한 다음 보상을 모션 지원 장치 코디네이터에 전달함으로써 더욱 개선되고 빠른 보상이 제공될 수 있다.

그렇지 않으면 활성화되는 차동 잠금 장치로 인한 경로 오류가 피드백 루프에 의해 해결될 수 있다. 그러나 이것은 차량이 본 발명에 의해 달성되는 것보다 원하는 곡률 경로에서 더 많이 벗어나게 할 수 있다. 나아가, 힘 생성부는 또한 피드 포워드 방식으로 요청 종 방향 힘(request longitudinal force, F_{x_req})을 계산할 수 있으며, 여기서 요청 종 방향 힘은 차량의 질량(vehicle's mass) 곱하기 요청 가속(request acceleration), 더하기 특정 저항력(specific resistance forces)으로 계산될 수 있다. 저항력은 모션 지원 코디네이터에 피드 포워드 방식으로, 즉 요 모멘트(M_diff)와 유사한 방식으로 제공될 수 있다. 저항력은 예를 들어 공기 저항(air resistance), 도로 경사(road slope) 및 차량 구름(vehicle roll)과 관련될 수 있다. 저항력을 피드 포워드부로서 포함하면, 원하는 가속도를 보다 정확하게 얻을 수 있다. 원하는 곡률 경로를 차량이 따르도록 하는 데 유사한 논리가 사용된다. 따라서 힘 생성부 및 모션 지원 장치 코디네이터는 바람직하게는 반 자율 및/또는 완전 자율 차량에 사용된다.

선택적으로, 계산된 요 모멘트(M_diff)는 다음 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 계산될 수 있다:

-원하는 곡률 경로(C1), 바람직하게는 상기 원하는 곡률 경로(C1)가 차량 자동화를 위한 예측 경로를 기반으로 하고,

-차량 좌표계의 차량 속도,

-바퀴 좌표계의 차량 속도,

-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 속도,

-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠의 휠 반경,

-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠에 가해지는 수직 힘,

-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠의 마찰 계수, 및

-상기 차량(100)의 트랙 폭.

선택적으로, 상기 방법은 -슬립 값이 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 슬립과 관련하여 식별될 때 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 활성화하는 단계를 더 포함하고, 슬립 값은 미리 결정된 슬립 임계 값과 같거나 그 이상이다.

선택적으로, 상기 차량이 마찰 계수 임계 값 미만인 마찰 계수를 갖는 저 마찰 표면에서 주행 중이고 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 식별된 슬립이 슬립 한계보다 낮을 때 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치는 계속 활성화될 수 있고, 슬립 한계는 바람직하게는 상기 저 마찰 표면의 피크 슬립보다 크다. 따라서 차동 잠금 장치가 더 오랜 시간 동안 활성화되어 차량에 대한 견인력이 더 길어질 수 있다. 피크 슬립은 휠에 최대 구동력이 작용하는 지점으로 정의될 수 있으며, 이후 구동력은 감소하고 휠 슬립은 증가한다. 여전히 선택적으로, 상기 방법은, -상기 식별된 슬립이 상기 슬립 한계보다 클 때 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

선택적으로, 상기 차량이 마찰 계수 임계 값보다 높은 특정 마찰 계수를 갖는 고 마찰 표면에서 주행 중이고 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합이 상기 휠의 수직 힘과 상기 특정 마찰 계수를 곱한 값보다 낮으면 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치는 계속해서 활성화될 수 있다. 이는 휠 축의 회전 와인드업(rotational windup) 위험이 있을 때까지 차동 잠금 장치는 더 오랫동안 활성화될 수 있음을 의미한다. 여전히 선택적으로, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합이 상기 특정 마찰 계수를 곱한 상기 휠의 수직 힘보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

저 마찰 표면은 얼음, 눈, 자갈 등을 포함하는 표면일 수 있다. 고 마찰 표면은, 예를 들어 얼음, 눈 및/또는 자갈로 덮여 있지 않은 아스팔트 표면, 콘크리트 표면 등일 수 있다. 표면의 마찰 계수는 예를 들어 차량 운전 중에 측정되고, 추정될 수 있거나 및/또는 차량 내부 또는 외부의 데이터 베이스에서 제공될 수 있다. 마찰 추정(Friction estimation)은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로 여기서 더 자세히 설명하지 않을 것이다.

저 마찰 및/또는 고 마찰 표면에서 주행할 때 위에 표시된 것과 같이 최소한 차동 잠금 장치를 제어함으로써 차량 안정성이 우선할 때까지 더 오랜 시간 동안 향상된 견인력이 제공될 수 있다. 선택적으로, 표면이 저 마찰 또는 고 마찰 표면인지를 결정하는 데 사용되는 마찰 계수 임계 값(들)은 동일하거나 상이할 수 있다.

제2 측면에 따르면, 상기 목적은 원하는 곡률 경로를 따르도록 차량을 제어하기 위한 제어 유닛에 의해 제공되고, 상기 제어 유닛은 위에서 설명된 바와 같은 방법의 실시예 중 어느 하나의 단계를 수행하도록 구성된다. 제2 측면의 이점은 제1 측면에 따른 방법에 의해 제공되는 이점과 유사하다. 또한, 제1 측면의 모든 실시예는 제2 측면의 모든 실시예와 결합될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지라는 점에 유의해야 한다.

제3 측면에 따르면, 상기 목적은 차량의 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 차동 잠금 장치를 갖는 적어도 하나의 차동 장치를 포함하는 차량에 의해 제공되고, 제2 측면에 따른 제어 유닛을 더 포함한다. 제3 측면의 이점은 제1 측면에 따른 방법에 의해 제공되는 이점과 유사하다. 또한, 제1 및 제2 측면의 모든 실시예는 제3 측면의 모든 실시예와 결합될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지라는 점에 유의해야 한다.

차량용 차동 장치 및 차동 잠금 장치는 차량의 주행 특성 및 견인력을 개선하는 데 사용되는 잘 알려진 기계 부품이므로 여기에서는 더 이상 설명하지 않는다.

선택적으로, 차량은 반 자율 또는 완전 자율 차량일 수 있다.

선택적으로, 차량은 트럭, 대형 트럭, 건설 장비 차량 또는 버스 중 어느 하나일 수 있다.

선택적으로, 차량은 차량의 적어도 2개의 구동 휠 축에 연결된 적어도 2개의 개별 차동 잠금 장치를 갖는 적어도 하나의 차동 장치를 포함할 수 있다.

제4 측면에 따르면, 상기 목적은 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 상기에서 설명된 바와 같은 방법의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 의해 제공된다.

제5 측면에 따르면, 상기 목적은 프로그램 제품이 컴퓨터에서 실행될 때, 상기에서 설명된 바와 같은 방법의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 운반하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 의해 제공된다.

본 발명의 추가 이점 및 유리한 특징은 다음의 설명 및 종속항에서 개시된다.

도 1은 트럭 형태의 차량을 도시한다.
도 2는 차량의 개략도를 도시한다.
도 3은 차량의 곡률 경로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 유닛을 도시한다.
도 6은 피크 슬립 값(peak slip value)의 예를 나타낸다.
그림 7은 상수 값 k의 예를 나타낸다.
도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 것이며 따라서 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다. 도시되고 설명된 실시예는 예시적이며 본 발명은 이들 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 발명을 더 잘 설명하고 예시하기 위해 도면의 일부 세부 사항이 과장될 수 있음에 유의해야한다. 유사 도면 부호는 달리 표현되지 않는 한 설명 전체에서 유사 요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 방법이 유리하게 구현될 수 있는 트럭(100) 형태의 차량을 도시한다. 도 1에 도시된 트럭(100)은 다른 종류의 트레일러를 견인하기 위한 견인 트럭이다. 따라서, 본 발명은 연결식 차량 조합(articulated vehicle combinations)으로도 알려진 차량 및 차량 조합에 적용 가능하다. 그러나 본 발명은 트럭에 사용 가능할 뿐만 아니라 버스, 건설 장비, 승용차 등과 같은 다른 차량에도 마찬가지로 사용 가능하며, 차량은 최소한 하나의 차동 잠금 장치가 있는 하나 이상의 차동 장치를 포함한다.

도 2는, 예를 들어 위에서 본 트럭과 같은, 차량(100)의 개략도를 도시한다. 이 특정 실시예에서 차량(100)은 2개의 구동 리어 휠 축(driven rear wheel axles, 40 및 50)을 포함한다. 2개의 휠(3, 4)은 제1 구동 휠 축(40)에 연결되고, 2개의 휠(5, 6)은 제2 구동 휠 축(50)에 연결된다. 제1 구동 휠 축(40)에 제1 차동 장치(10)가 제공되고, 두 구동 휠 축 사이에 제2 차동 장치(20)가 제공되며, 제2 구동 휠 축(50)에 제3 차동 장치(30)가 제공된다. 차동 장치(10, 20 및 30)에는 선택적으로 활성화 및 잠금 해제할 수 있는 차동 잠금 장치가 제공된다.

여기서 제공되는 x 방향은 차량의 길이(longitudinal) 방향에 해당하고, y 방향은 차량의 측(lateral) 방향에 해당하고, z 방향은 차량의 수직(vertical) 방향에 해당한다.

차량(100)은 차량이 곡률 경로(curvature path)를 따르도록 하기 위해 각을 이룰 수 있는 두 개의 프론트 휠(1, 2)을 더 포함한다. 또한, 차량(100)은 도면에 도시된 바와 같이 특정 트랙 폭(T)을 갖는다.

각 휠에서의 차량 속도 v_x,i는 휠이 차량의 왼쪽 또는 오른쪽에 제공되는지 여부에 기초하여 다음 두 가지 방정식에 따라 계산될 수 있다:

여기서 R은 차량 경로의 곡률 반경이다.

차동 잠금 장치가 활성화되면 각 구동 휠(3 내지 6)의 각속도가 동일하다, 즉 휠의 각속도(ω) 사이에 다음 관계가 예상될 수 있다:

각 휠에 대한 견인 슬립(traction slip, λ_w,i)은 다음 방정식으로 계산될 수 있다:

여기서 R_w는 각 휠의 휠 반경(radius)이다.

이로부터 각 휠에서 차동 잠금 장치로부터의 힘 기여(force contribution)는 다음 방정식에 따라 계산될 수 있다:

여기서 k는, 예를 들어 도 7에 표시된 바와 같이, 표면 마찰 계수(surface friction coefficient)를 견인 슬립(traction slip)으로 나눈 상수(constant)이며, 여기서 μ_i는 각 휠의 마찰 계수이고 F_z는 z 방향으로 작용하는 수직력이다. μ_i는 F_x/F_z,i로 정의될 수 있다.

하나 이상의 차동 잠금 장치로 인한 요 모멘트(yaw moment, M_diff)는 휠 힘(wheel forces)의 합에 트랙 폭(T)의 절반을 곱한 값으로 계산될 수 있다.

차량(100)을 제어하기 위해 요구되는 힘과 모멘트는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서 F_x는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서 m은 차량의 질량이고 a_x ^req는 x 방향의 가속도이다.

여기서 F_y는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서 δ_f ^path는 실제 조향 각도(actual steering angle)이고 C_α는 차량의 측면 슬립 강성(lateral slip stiffness)이라고도 알려진 타이어 선회 강성(tire cornering stiffness)이다; 그리고

총 요구되는 요 모멘트(M_z)는 다음과 같이 정의될 수 있다:

M_z = M_{z_curvature}+ M_diff. 보다 구체적으로, 총 요구되는 요 모멘트(M_z)는 다음과 같이 정의될 수 있다:

여기서 l_f는 x 축에서 차량의 무게 중심(centre of gravity)과 휠(1및 2)이 제공되는 차량의 프론트 휠 축 사이의 거리이다. 따라서 M_{z_curvature}는 다음과 같이 정의된다:

위와 같이 힘과 모멘트(Fx, Fy 및 Mz)를 계산함으로써 요 모멘트(M_diff)에 의해 야기되는 원하는 곡률 경로(desired curvature path)로부터의 편차(deviation)는, 바람직하게는 힘 생성부(force generation part)에서, 보상될 수 있으며, 이에 따라 결과적인 조향 각도(resulting steering angle)는 차량의 최대 허용 조향 각도(maximum allowed steering angle)와 같거나 그보다 작게 된다. 최대 허용 조향 각도는 물론 차량 유형에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 최대 허용 조향 각도는 프론트 휠이 차량의 전진 방향에 대해 약 ±75도 각도를 가질 수 있는 것에 해당할 수 있다. 힘 생성(force generation)은 잠김(locked), 즉 활성화(activated), 차동 장치(differential)에 의해 야기되는 요 모멘트(M_diff)를 고려할 수 있고, 따라서 조향(steering), 적어도 하나의 휠 제동(braking) 및 차량 추진(propulsion) 중 적어도 하나에 의해 원하는 곡률 경로를 따르도록 요(yaw)를 보상할 수 있다.

차량(100)이 마찰 계수 임계값 미만의 마찰 계수를 갖는 저 마찰 표면(low friction surface)에서 주행 중이고 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화된 경우, 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 식별된 슬립(identified slip)이 슬립 한계(slip limit)보다 낮을 때 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 계속 활성화될 수 있으며, 슬립 한계는 저 마찰 표면의 피크 슬립(peak slip)보다 크게 된다. 따라서 이러한 상황에서 차동 잠금 장치는 다음이 충족될 때 계속 활성화된다:

예를 들어, λ_lim은 0.1-0.6, 0.2-0.6 또는 0.3-0.6과 같은 값일 수 있고, 여기서 λ_lim은 저 마찰 표면의 피크 슬립보다 크게 설정되고, 0은 슬립 없음(no slip)에 해당하고 1은 풀 슬립(full slip)에 해당한다. 피크 슬립의 예가 도 6에 도시되고, 여기서 피크 슬립(42)이 약 0.2의 슬립 비율(slip ratio)에서 발생함을 알 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 저 마찰 표면은 얼음, 눈, 자갈 등을 포함하는 표면일 수 있다. 또한, 상기 방법은 식별된 슬립이 슬립 한계보다 클 때 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 특정 마찰 계수가 마찰 계수 임계값 이상인 고 마찰 표면에서 차량이 주행하는 경우 및 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화된 경우, 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합(sum of wheel forces)이 휠의 수직 힘(normal forces, F_z) 곱하기 특정 마찰 계수 보다 낮으면 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 계속 활성화된다. 이는 휠 축의 회전 와인드업(rotational windup) 위험이 있을 때까지 차동 잠금 장치는 더 오랫동안 활성화될 수 있음을 의미한다. 따라서 이러한 상황에서 차동 잠금 장치는 다음이 충족될 때 계속 활성화된다:

여기서 μ는 표면의 특정 마찰 계수이고 Fz는 수직 힘이다. 또한, 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합이 휠의 수직 힘과 특정 마찰 계수를 곱한 값보다 큰 경우 상기 방법은 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 잠금 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 3은 차량(100)에 대한 원하는 곡률 경로(C1)를 도시한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이 차량의 결과적인 조향 각도를 제어함으로써, 차량은 차동 잠금 장치가 활성화되었을 때 보상이 수행되지 않은 경우 차량이 취할 수 있는 경로를 나타내는 곡률(C3)보다 곡률(C2)로 표시된 원하는 곡률 경로를 더 가깝게 따른다.

도 4는 본 발명의 방법의 흐름도를 도시한다. 단계(S0)는 선택 사항이며, 박스에 점선이 제공되어 있음을 나타낸다. 따라서 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다:

-S0, 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 슬립과 관련하여 슬립 값이 식별될 때 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 활성화하며, 슬립 값은 미리 결정된 슬립 임계값과 같거나 그 이상인 단계;

-S1, 차동 잠금 장치가 활성화 또는 잠금 해제된 상태와 같은 차동 잠금 장치의 상태에 대한 정보를 제공하는 단계, 그리고 차동 잠금이 활성화된 경우:

-S2, 차동 잠금 장치에 의해 야기된 차량(100)의 요 모멘트(M_diff)를 계산하는 단계;

-S3, 결과적인 조향 각도가 차량(100)의 최대 허용 조향 각도 이하가 되도록 요 모멘트(M_diff)로 인한 원하는 곡률 경로(C1)의 편차를 보상하는 단계, 상기 보상은 피드 포워드 보상(feed forward compensation)임.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어 유닛(200)을 도시한다. 이 실시예에서, 제어 유닛은 자율 차량에 제공되고 힘 생성부(force generation part, 210) 및 모션 제어 장치 코디네이터(motion control device coordinator, 220)를 포함한다. 비록 도 5가 제어 유닛(200)이 하나의 유닛으로서 제공된다는 것을 나타내지만, 동일한 기능은 물론 서로 근접하거나 서로 떨어져 있는 여러 유닛들과 함께 제공될 수도 있다. 제어 유닛은 예를 들어 처리 유닛(processing unit) 및/또는 메모리 유닛(memory unit)을 포함할 수 있다. 또한, 제어 유닛은 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 이 예에서 보상은 힘 생성부로부터 모션 지원 장치 코디네이터로 피드 포워드 보상으로 제공된다.

본 발명은 위에서 설명되고 도면에 예시된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 통상의 기술자는 첨부된 청구 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims

원하는 곡률 경로(C1)를 차량(100)이 따르도록 하는 방법으로서, 상기 차량(100)은 적어도 하나의 구동 휠 축(40, 50)에 연결된 차동 잠금 장치(10, 20, 30)를 포함하고, 상기 방법은 적어도,
-상기 차동 잠금 장치의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계(S1), 상기 상태는 상기 차동 잠금 장치가 활성화 또는 잠금 해제되는 것이고, 그리고 상기 차동 잠금 장치가 활성화될 때:
-상기 차동 잠금 장치에 의해 야기된 상기 차량(100)의 요 모멘트(M_diff)를 계산하는 단계(S2); 및
-결과적인 조향 각도가 상기 차량(100)의 최대 허용 조향 각도 이하가 되도록 상기 요 모멘트(M_diff)에 의해 야기된 상기 원하는 곡률 경로(C1)로부터의 편차를 보상하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 보상은 피드 포워드 보상인, 방법.
제1항에 있어서,
상기 원하는 곡률 경로(C1)에 대한 차량 곡률 요 모멘트(M_{z_curvature})를 계산하여 총 요구되는 요 모멘트(M_z)를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 총 요구되는 요 모멘트(M_z)는 M_{z_curvature} + M_diff 로 정의되고, 결과적인 조향 각도는 총 요구되는 요 모멘트(M_z)에 의해 제공되는, 방법.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차량(100)은 반 자율 차량 또는 완전 자율 차량인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보상은 상기 차량(100)의 힘 생성부(210)에서 수행되고, 상기 힘 생성부(210)는 상기 차량(100)의 조향, 제동 및 추진 중 적어도 하나를 제어하기 위해 상기 차량(100)의 요구되는 힘 및 모멘트를 계산하는데 적어도 사용되는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보상을 상기 차량(100)의 모션 지원 장치 코디네이터(220)에 피드 포워드 보상으로서 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 모션 지원 장치 코디네이터(220)는 상기 차량(100)의 조향, 제동 및 추진 중 적어도 하나를 제어하기 위해 사용되는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
계산된 요 모멘트(M_diff)는 다음 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 계산되는, 방법.
-원하는 곡률 경로(C1), 바람직하게는 상기 원하는 곡률 경로(C1)가 차량 자동화를 위한 예측 경로를 기반으로 하고,
-차량 좌표계의 차량 속도,
-바퀴 좌표계의 차량 속도,
-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 속도,
-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠의 휠 반경,
-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠에 가해지는 수직 힘,
-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 휠의 마찰 계수, 및
-상기 차량(100)의 트랙 폭.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
-슬립 값이 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 슬립과 관련하여 식별될 때 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 활성화하는 단계(S0)를 더 포함하고, 슬립 값은 미리 결정된 슬립 임계 값과 같거나 그 이상인, 방법.
제7항에 있어서,
상기 차량이 마찰 계수 임계 값 미만인 마찰 계수를 갖는 저 마찰 표면에서 주행 중이고 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 적어도 하나의 휠의 식별된 슬립이 슬립 한계보다 낮을 때 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치는 계속 활성화되고, 슬립 한계는 바람직하게는 상기 저 마찰 표면의 피크 슬립보다 큰, 방법.
제8항에 있어서,
-상기 식별된 슬립이 상기 슬립 한계보다 클 때 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 해제하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차량이 마찰 계수 임계 값보다 높은 특정 마찰 계수를 갖는 고 마찰 표면에서 주행 중이고 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치가 활성화될 때, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합이 상기 휠의 수직 힘과 상기 특정 마찰 계수를 곱한 값보다 낮으면 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치는 계속해서 활성화되는, 방법.
제10항에 있어서,
-상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 휠의 휠 힘의 합이 상기 특정 마찰 계수를 곱한 상기 휠의 수직 힘보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 상기 적어도 하나의 차동 잠금 장치를 해제하는 단계를 더 포함하는, 방법.
원하는 곡률 경로(C1)를 따르도록 차량(100)을 제어하는 제어 유닛(200)으로서, 상기 제어 유닛(200)은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단계를 수행하도록 구성되는, 제어 유닛(200).
상기 차량(100)의 적어도 하나의 구동 휠 축에 연결된 차동 잠금 장치를 갖는 적어도 하나의 차동 장치(10, 20, 30)를 포함하는 차량(100)으로서, 제12항에 따른 상기 제어 유닛(200)을 더 포함하는, 차량(100).
제13항에 있어서,
상기 차량 (100)은 반 자율 또는 완전 자율 차량인, 차량(100).
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차량(100)은 트럭, 대형 트럭, 건설 장비 차량 또는 버스 중 어느 하나인, 차량(100).
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차량 (100)의 적어도 2개의 각각의 구동 휠 축(40, 50)에 연결된 적어도 2개의 각각의 차동 잠금 장치를 갖는 적어도 하나의 차동 장치(10, 20, 30)를 포함하는, 차량(100).
컴퓨터 프로그램으로서, 상기 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
컴퓨터 프로그램을 운반하는 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는, 컴퓨터 프로그램을 운반하는 컴퓨터 판독 가능 매체.