KR20210089229A - 스티어링 및 차동 제동 시스템을 제어하는 장애물 회피 방법 및 시스템 - Google Patents

스티어링 및 차동 제동 시스템을 제어하는 장애물 회피 방법 및 시스템 Download PDF

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안 람 두
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Abstract

본 발명은 장애물 회피 방법(30)에 관한 것이며, 상기 장애물 회피 방법은, - 자동차(2) 주변에 있는 장애물(1)을 검출하고 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 단계; 및 - 상기 장애물 회피 경로에 대처하도록 구성된 스티어링(파워 스티어링) 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하는 단계;를 포함한다.

Description

스티어링 및 차동 제동 시스템을 제어하는 장애물 회피 방법 및 시스템
본 발명은 자동차 분야에 관한 것으로 특히 충돌 방지를 위한 운전자 보조 시스템에 관한 것이다.
예를 들어, 다른 차량, 보행자 또는 사이클리스트(cyclist)와의 충돌로 인한 사고로 인한 비상 상황은 도로 교통사고의 상당 부분을 차지한다.
종래의 제동 시스템을 사용해 자동차와 상기 자동차의 차선 내 장애물 간 충돌을 회피하기 위해 운전자 보조 시스템, 예를 들어 약어 "AEB 시스템"으로 알려진 자동 비상 제동(automatic emergency braking) 시스템을 사용하는 것은 알려진 관행이다. 그러나 특히 자동차가 고속으로 주행하고 있을 때 이러한 비상 제동 시스템에 의해 효과적으로 처리되지 않는 상황은 많이 있다. 구체적으로는, 자동차가 고속으로 주행하고 있고 상기 차량 뒤에 다른 차량이 있을 때 충돌을 회피하거나 제동하는 것은 가능하지 않다. 이러한 상황에서, 측면 회피 경로에 영향을 미치기 위해 자동차의 휠들을 스티어링하는 것이 바람직하다.
AES로 축약된 자동 회피 스티어링(automatic evasive steering)으로서 알려진 운전 보조 시스템이 공지되어 있으며 장애물과의 충돌을 회피하기 위해 제한된 기간 동안 스티어링/차동 제동 시스템을 활성화하여 충돌을 회피하는 것을 가능하게 한다. 상기 장애물은 자동차와 같은 차선이나 인접한 차선에 있을 수 있다.
안전하고 신뢰할 수 있는 AES 시스템을 설계하는 목적들 중 하나는 사전에 정의된 회피 경로들을 수행할 수 있는 고성능의 최적화되고 강력한 컨트롤러를 제작하는 것이다. 극단적인 경우에서는, 160km/h에 달하는 종 방향 속도에서의 자동 차선 변경이 여기에 포함된다.
자동차의 안정성 및 제어 가능성에 대한 한계는 상기 AES 컨트롤러가 작용할 수 있는 능력에 큰 영향을 미친다. 구체적으로는 파워 스티어링의 상기 AES 컨트롤러에 의해 요구되는 토크는 운전자가 항상 스티어링 휠의 수동 제어를 다시 수행할 수 있게 하기 위해 진폭 및 그라디언트(gradient)가 제한되어야 한다. 또한, 운전자를 위험에 빠뜨릴 수 있는 타이어와 지면 간 그립(grip)의 손실을 회피하기 위해 자동차 역학, 특히 드리프트 각도, 요 레이트(yaw rate)와 같은 자동차 역학이 은 드리프트 각도, 요율과 같은 차량 역학이 제한되어야 한다.
자동차의 안전성 및 제어 가능성에 관련된 이러한 한계들을 해결하기 위해, 스티어링 시스템을 차동 제동 시스템과 조합하는 것이 알려진 관행이다. 구체적으로는, 스티어링 시스템은 중간 속도에서 특히 효과적이며 차동 제동 시스템은 고속에서 차량 핸들링 역학을 향상시킨다. 또한, 2개의 액추에이터의 조합으로 양호한 차량 안정성이 보장되며, 예를 들어 좁은 굴곡에서 회피 조작 동안 미끄러짐을 줄일 수 있다.
선행기술
예를 들어, 차량 오버스티어(vehicle oversteer)의 위험을 회피하기 위해 스티어링 및 차동 제동 시스템 양자 모두를 제어하도록 구성된 시스템이 기재되어 있는 문헌 WO 2007 73 772 - A1에 대해 참조가 이루어질 수 있다. 그러나 이 문헌에는 차량의 동적 모델이 제안되어 있지 않다.
자동차의 하나 이상의 휠들에 제동 토크를 적용하여 도로 차량 유형의 자동차의 요잉 움직임(yawing movement)의 개시를 자동 수정하는 방법이 기재되어 있는 문헌 FR 2 695 613 - A1에 대해 참조가 또한 이루어질 수 있다. 그러한 문헌에는 장애물 회피 방법이 제안되어 있지 않다.
또한, 휠들의 차동 제동을 위한 시스템에만 기반하여 이루어진 차선 이탈 회피 방법에 관련된 문헌들 EP 1 790 542 - A1 및 KR 10 085 11 20이 공지되어 있다. 그러나 이러한 문헌들은 장애물 회피 경로를 따르는 문제나 차량의 제어 가능성 및 안정성의 문제를 다루고 있지 않다.
그러므로 자동차의 안정성 및 차량 토크에 연관된 제어 가능성의 한계를 고려하는 회피 경로들을 수행하기 위해, 자동 장애물 회피의 맥락에서 2개의 스티어링 및 차동 제동 시스템의 동시적인 제어를 최적화하는 것이 필요하다.
그러므로 본 발명의 목적은 신뢰성 있고 간단한 장애물 회피 시스템 및 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 한 주제는 장애물 회피 방법이며, 상기 장애물 회피 방법은,
- 자동차 주변에 있는 장애물을 검출하고 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 단계; 및
- 상기 장애물 회피 경로에 대처하도록 구성된 스티어링 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드(command)를 발행하는 단계;
를 포함한다.
바람직하게는, 스티어링 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행할 때, 스티어링 토크에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제한되게 하는 제어 가능성의 제약이 정의되며 차량의 미끄러짐 및 요 레이트에 대해 한계가 있게 하는 안정성의 제약이 정의된다.
예를 들어, 제어 가능성의 제약이 고려되는지를 결정하기 위한 검사가 수행되고, 상기 제약이 고려되는 경우에는, 단지 휠들의 스티어링만에 대해 커맨드가 발행된다.
구체적으로는, 이 경우에, 일단 요구되는 스티어링 토크에 대해 제어 가능성의 장벽들에 의해 한계가 있게 되면 휠들의 스티어링을 통해 회피 조작을 수행하면 충분하다. 이 경우에, 상기 차동 제동의 기여도는 0이다.
반면에, 상기 제약이 고려되지 않는 경우에는, 상기 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행한다.
예를 들어, 측면 회피 오프셋과 종단 회피 거리의 비율이 너무 큰 경우.
이 경우에는 스티어링을 지원하고 회피 경로를 올바르게 따르려면 차동 제동이 적용되어야 한다. 차동 제동의 기여도가 없으면, 획득된 경로가 잘못되어 자동차가 위험에 빠지게 될 수 있다.
매개변수(α DB )는 상기 스티어링 및 차동 제동 시스템을 관리하기 위해 제어해야 하는 유일한 매개변수이다.
예를 들어 다음과 같은 가정을 상정하는 것이 가능하다:
- 스티어링 토크에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제어 가능성의 한도가 초과되지 않게 할 것;
- 회피 경로를 사전에 정의할 것;
- 차동 제동의 동작을 요 모멘트(yaw moment)를 통해 모델링할 것; 및
- 경로의 곡률이 0일 것.
본 발명의 제2 실시형태는 스티어링 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하기 위한 모듈에 관한 것이며, 상기 모듈은 자동차의 휠-스티어링 컴퓨터에 대한 휠 스티어링 설정점 및 상기 자동차의 제동 컴퓨터에 대한 요 모멘트 설정점을 발행하도록 구성된다.
유리하게는, 상기 모듈은 기준 회피 경로를 따르고 차량 안정성의 제약에 대응하도록 구성된 상기 스티어링 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러를 포함한다.
예를 들어, 상기 모듈은 경로 추종 오류에 대한 경로 편차의 영향을 보상하도록 구성된 피드포워드(feedforward) 컨트롤러를 더 포함한다.
상기 모듈은 또한 특히 차량 안정성 및 토크 포화의 경우에 스티어링 루프의 성능을 개선하도록 구성된 차동 제동 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시형태는 장애물 회피 시스템에 관한 것이며, 상기 장애물 회피 시스템은 자동차 부근에 있는 장애물을 검출하고 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 장애물 검출 모듈, 및 위에서 설명한 바와 같은 스티어링 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하는 제어 모듈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 한 실시형태는 자동차에 관한 것이며, 상기 자동차는, 예를 들어 전방 장착 카메라와 같은 자동차의 차선에 대해 자동차를 위치시키고 자동차의 시준 거리(sighting distance) 및 상대 진행 각도에서 차선 마킹들에 대한 측면 오프셋을 결정할 수 있는 시스템, 자동차의 경로에서 장애물들을 검출하는 장애물 검출 시스템, 예를 들어 자동차에 대한 장애물의 종방향 거리 및 오버랩을 결정하도록 구성된 전방 장착 레이더, 자이로미터, 자동 파워 스티어링, 위에서 설명한 바와 같은 스티어링 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하는 제어 모듈, 상기 스티어링을 수행하도록 상기 파워 스티어링에 대한 토크 한계로 상기 제어 모듈의 스티어링 각도 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터, 차동 제동을 수행하도록 휠들의 토크들로 상기 제어 모듈의 요 모멘트 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터, 및 스티어링 휠의 회전 각도 및 속도를 측정하는 센서를 포함한다.
본 발명의 추가 목적들, 특징들 및 이점들은 비-제한적인 예로서만 제공되고 첨부 도면들을 참조하여 이루어진 이하의 설명을 읽으면 명백해질 것이다.
도 1은 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하고 본 발명에 따른 회피 경로를 관리하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는 장애물 회피 시스템에 의한 장애물 회피 조작을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 장애물 회피 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 시스템에 의해 구현된 장애물 회피 방법의 흐름도이다.
도 4는 회피 경로를 관리하도록 구성된 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계의 세부사항들을 보여주는 도면이다.
도 1은 장애물 회피 시스템(10)에 의한 장애물 회피 조작을 매우 개략적으로 보여준다.
상기 장애물 회피 시스템(10)은 자동차(2)의 부근에 있는 장애물(1)을 검출하고 상기 장애물을 회피하도록 장애물 회피 경로를 계획하는 장애물 검출 모듈(12), 상기 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템을 제어하는 제어 모듈(14)로서, 상기 회피 경로를 관리하도록 구성된, 상기 제어 모듈(14) 및 자동차가 상기 장애물(1)로부터 사전에 결정된 거리에 있으면 즉시 상기 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제어 시스템의 동작을 중지하는 모듈(16)을 포함한다.
자동차(2)는 예를 들어 전방 장착 카메라와 같은 자동차 차선에 대해 상기 자동차를 위치시키는 시스템으로서, 상기 자동차의 시준 거리(yL) 및 상대 진행 각도(ΨL)에서 차선 마킹들에 대한 측면 오프셋을 결정할 수 있는, 상기 시스템을 포함한다. 자동차(2)는 또한 차량 경로에서 장애물들을 검출하는 장애물 검출 시스템, 예를 들어 상기 자동차에 대한 장애물의 종방향 거리 및 오버랩을 결정하도록 구성된 전방 장착 레이더를 구비한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자동차(2)는 또한 자이로미터(도시되지 않음), 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(14)에 의해 생성된 토크 설정점을 수행할 수 있는 자동 파워 스티어링(DAE), 스티어링을 수행하기 위해 상기 파워 스티어링(DAE)에 대한 토크 한계로 스티어링 각도 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터(20), 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(14)에 의해 생성된 토크 설정점을 수행할 수 있는 브레이크 유닛(BRAKE UNIT), 차동 제동을 수행하기 위해 휠들의 토크들로 요 모멘트 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터(22) 및 스티어링 휠의 회전 각도 및 속도를 측정하는 센서를 포함한다.
스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(14)은 휠 스티어링 컴퓨터(20)에 휠 스티어링 설정점(δref) 및 상기 컴퓨터(22)에 대한 요 모멘트 설정점(MDB_Ref)을 발행하도록 구성된다.
스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(14)은 기준 회피 경로를 따르고 차량 안정성의 제약에 대응하도록 구성된 상기 스티어링 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러(24)를 포함한다.
스티어링(AE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(4)은 경로 추종 오류에 대한 경로 편차의 효과를 보상하도록 구성된 피드포워드 컨트롤러(6)를 더 포함한다.
마지막으로, 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템 제어 모듈(14)은 특히 차량의 안정성 및 토크 포화의 경우에 스티어링 루프의 성능을 개선하도록 구성된 상기 차동 제동 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러(28)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장애물 회피 방법(30)은 자동차(2)의 부근에 있는 장애물(1)을 검출하고 상기 장애물을 계획하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 단계(32), 상기 회피 경로를 관리하도록 구성된 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(34) 및 상기 자동차가 상기 장애물(1)로부터 사전에 결정된 거리에 있으면 즉시 상기 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템의 동작을 중지하는 단계(36)를 포함한다.
도 4는 상기 회피 경로를 관리하도록 구성된 스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(34)를 세부적으로 보여준다.
상기 스티어링 시스템과 상기 차동 제동 시스템에 의해 제어되는 자동차의 역학을 모델링하기 위해, 이하의 가정들이 단계(40)에서 제안된다:
상기 스티어링 토크에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제어 가능성의 한도가 초과되지 않는 경우, 상기 파워 스티어링의 동작은 하기 수학식 1
Figure pct00001
에 의해 모델링되고, 상기 수학식 1에서,
δ는 차량의 종방향 축 및 전방 휠들 사이의 각도이며 rad 단위로 표시되고;
δref 는 전방 휠들에 대한 설정점 각도이며 rad 단위로 표현되며; 그리고
Figure pct00002
및
Figure pct00003
는 전방 휠들의 실제 각도 특성들을 나타내는 2개의 상수이다.
제안된 또 다른 한 가정은 상기 회피 경로가 사전에 결정되어 있고 상기 차동 제동의 동작이 요 모멘트에 의해 모델링된다는 것이다. 구체적으로는, 이러한 요 모멘트는 차량에 탑재되어 있으며 요 모멘트 설정점을 각각의 휠에 적용되는 제동 토크들로 변환하는 컴퓨터에 의해 제어되는 제동 유닛들에 의해 생성된다.
제안된 최종 가정은 곡률이 0으로 가정된다는 것이다. 곡률이 0이 아닌 경우에, 예를 들어 피드포워드 유형의 컨트롤러(
Figure pct00004
)는 경로를 따라가는 곡률의 영향을 제거하도록 쉽게 계산될 수 있다.
상기 차동 제동에 의한 요잉 모멘트(yawing moment)가 추정될 수 없는 경우에, 하기 수학식 2
Figure pct00005
이 고려되며, 상기 수학식 2에서,
β는 드리프트 각도이며, rad 단위로 표시되고;
r은 요 레이트(yaw rate)이며, rad/s 단위로 표시되고,
yL 은 차량의 축과 차량의 전진 경로에 대한 접선 사이의 측면 오프셋이며, m 단위로 표시되고,
ΨL 은 차량의 축과 기준 경로에 대한 접선 사이의 상대 진행 각도이며, rad/s 단위로 표시되고, 그리고
δ는 차량의 종방향 축과 전방 휠들 사이의 각도이며, rad 단위로 표시되고;
cf 는 전방 휠들의 코너링 강성(cornering stiffness)이며, N/rad로 표시되고;
cr 은 전방 휠들의 코너링 강성이며, N/rad로 표시되고;
V는 종방향 축을 따른 차량의 속도이며, m/s 단위로 표시되고;
MD-B_ref 는 요 모멘트 설정값이며, N.m 단위로 표시되고;
αDB 는 요 각도이며, rad 단위로 표시된다.
차동 제동을 통한 요 모멘트가 추정될 수 있는 경우에, 하기 수학식 3
Figure pct00006
이 고려되며, 상기 수학식 3에서,
Figure pct00007
는 요 레이트이며, N.m 단위로 표시된다.
상기 차동 제동 시스템의 역학은 하기 수학식 4
Figure pct00008
에 따라 표기될 수 있으며, 상기 수학식 4에서,
MDB _ref 는 요 모멘트 설정값이며, N.m 단위로 표시되고;
Figure pct00009
는 요 모멘트이며, .m 단위로 표시된다.
따라서 요 모멘트(회전)와 그의 역학은 차동 제동 시스템의 제어로 도입된다. 또한, 매개변수
Figure pct00010
의 도입으로 스티어링 및 차동 제동의 동작들이 동시에 대처될 수 있다.
Figure pct00011
일 때, 차동 제동이 필요하지 않고, 스티어링만을 통해 상기 회피 경로를 따라가면 충분하다.
Figure pct00012
일 때, 상기 차동 제동의 전체 기능은 동적 회피 조작을 달성함에 있어서 스티어링을 지원하는데 도움이 되게 된다. 그러나 상기 차동 제동을 100% 사용하는 것이 항상 필요한 것은 아니며, 이러한 경우들에서는
Figure pct00013
가 0과 1 사이의 값을 채택한다.
스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(34)는 토크 TAES에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제한되게 하는 제어 가능성의 제약을 정의하는 단계(42) 및 차량의 미끄러짐 및 요 레이트(r)에 대해 한계가 있게 하는 안정성의 제약을 정의하는 단계(44)를 더 포함한다.
상기 수학식 3은 하기 수학식 5
Figure pct00014
와 같이 재표기될 수 있으며, 상기 수학식 5에서,
Figure pct00015
에 따라 표기될 수 있다.
상기 수학식 4는 하기 수학식 7
Figure pct00016
와 같은 변수 선형 매개변수(variable linear parameter)들의 시스템의 형태로 표기될 수 있으며, 상기 수학식 7에서는, 하기 수학식 8
Figure pct00017
과 같다.
스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(34)는 제어 가능성의 제약이 있는지 없는지 또는 더는 고려되지 않는지를 확인하는 단계(45) 및 제어 가능성의 제약이 고려되고 있는 경우 상기 스티어링 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(46)를 더 포함한다. 일단 요구되는 스티어링 토크에 대해 제어 가능성의 장벽들에 의해 한계가 있게 되면 휠들의 스티어링을 통해 회피 조작을 수행하면 충분하다. 이 경우에, 상기 차동 제동의 기여도는 0이다.
이 경우에, 제어의 법칙을 종합하기 위해 하기 수학식 9
Figure pct00018
가 고려되며, 상기 수학식 9에서,
Figure pct00019
이다.
상기 수학식 9는 하기 수학식 10
Figure pct00020
에 따라 표기될 수 있으며, 상기 수학식 10에서는,
하기 수학식 11
Figure pct00021
과 같고, 하기 수학식 12
Figure pct00022
와 같으며, 하기 수학식 13
Figure pct00023
과 같고, 하기 수학식 14
Figure pct00024
와 같으며, 하기 수학식 15
Figure pct00025
와 같고, 하기 수학식 16
Figure pct00026
과 같다.
이득(
Figure pct00027
)은 하기 수학식 17
Figure pct00028
을 사용하여 계산될 수 있다.
상기 수학식 10에
Figure pct00029
를 대입하면 하기 수학식 18
Figure pct00030
과 같은 폐쇄-루프 시스템이 제공된다.
피드포워드(
Figure pct00031
)는 하기 수학식 19
Figure pct00032
과 같이 정상 상태에서 오류(e yL )를 0으로 감소시키도록 계산된다(정상 상태에서 경로를 정확하게 따라감)
상기 수학식 19를 풀면 하기 수학식 20
Figure pct00033
이 제공된다.
스티어링(DAE) 및/또는 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(34)는 제어 가능성의 제약이 없거나 더는 고려되지 않는 경우 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행하는 단계(48)를 더 포함한다. 예를 들어, 측면 회피 오프셋과 종방향 회피 거리 간의 비율이 너무 큰 경우.
이 경우에 차동 제동은 스티어링을 지원하고 회피 경로를 올바르게 따라가는 데 기여해야 한다. 차동 제동의 기여가 없으면 따라가게 되는 경로가 잘못되어 자동차가 위험에 빠지게 될 수 있다.
매개변수(
Figure pct00034
)는 스티어링 및 차동 제동 시스템을 관리하기 위해 제어해야 하는 유일한 매개변수이다.
매개 변수(
Figure pct00035
)는 하기 수학식 21
Figure pct00036
을 사용하여 계산되고, 상기 수학식 21에서,
Figure pct00037
는 하기 수학식 22
Figure pct00038
과 같이 계산되고, 상기 수학식 22에서
Figure pct00039
는 (전개 단계에서 선택해야 할) 가중 매개변수들이다. 예를 들어,
Figure pct00040
이면, 그라디언트 포화는 차동 제동 요구의 진폭 포화보다 더 큰 가중치를 전달하며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
마지막으로 함수(
Figure pct00041
)는 하기 수학식 23
Figure pct00042
과 같이 시그모이드 유형(sigmoid type)의 활성화 함수(activation function )로 선택된다.
Figure pct00043
그리고
Figure pct00044
는 원하는 차량 동작들을 이루기 위해 차량 탑재 개발 중에 선택해야 할 2가지 매개변수이다.
Figure pct00045
일 경우에는, 차동 제동이
Figure pct00046
일 경우보다 (제어 가능성의 제약에 의한 스티어링의 포화시) 덜 빠르게 반응한다.
하기 수학식 24
Figure pct00047
이라는 가정과 아울러, 피드포워드 이득(
Figure pct00048
)이 정상 상태에서 경로 추종 오류에 대한
Figure pct00049
의 영향을 제거할 수 있다는 점을 상정하면, 하기 수학식 77
Figure pct00050
과 같이 표기될 수 있다.
마지막 목적은 하기 수학식 25
Figure pct00051
과 같은 정적 상태 복귀 제어 법칙을 찾는 것이다.
이렇게 하려면 하기 수학식 26
Figure pct00052
와 같은 일반 시스템을 고려하기로 하고, 상기 수학식 26에서,
x s 는 상태 벡터이며,
u s 는 제어 입력이며,
A s 및 B s 는 적절한 치수의 매트릭스들이고, 그리고
Figure pct00053
는
Figure pct00054
단부들의
Figure pct00055
폴리토프(polytope)에서 알려진 경계 외인성 매개변수들의 벡터이고,
Figure pct00056
는 하기 수학식 27
Figure pct00057
와 같다.
하기 수학식 28
Figure pct00058
와 같은 형식의 정적 상태 복귀에 기반한 컨트롤러를 고려하기로 한다.
일부 상태들에는 경계가 필요하다. 그 조건은 하기 수학식 29
Figure pct00059
로 표현되며, 상기 수학식 29에서,
Figure pct00060
는 경계 상태들의 개수이고, h 0 j 는 양의 알려진 상수이며, H 0 j 는 관련 상태를 선택하는 벡터이다.
이러한 기준은 비상 (동적) 조작 중 차량의 안정성을 보장하는 데 사용된다. 안정성의 제약은 하기 수학식 30 및 31
Figure pct00061
Figure pct00062
과 같은 부등식들을 적용함으로써 보장된다.
폐쇄-루프 시스템의 극점들은 반경(γ), 가상 축(μ)에 대한 최소 거리, 개방 각도(φ)에 의해 정의되는 영역에서 경계가 있어야 한다. 이러한 기준은 액추에이터들에 의해 이루어질 수 있고 합리적인 제어 설정점들을 지니기 위해 사용된다.
경계 상태들에 관한 기준에 대응하기 위해서는, 하기 수학식 32
Figure pct00063
와 같은 조건이 충족되어야 한다.
폐쇄-루프의 극들에 관한 기준에 대응하기 위해서는, 하기 수학식 33 내지 35
Figure pct00064
Figure pct00065
Figure pct00066
와 같은 LMI 조건이 충족되어야 한다.
상기 수학식 33 내지 35에서, A k 는
Figure pct00067
의 k 번째 단부에서 계산된
Figure pct00068
매트릭스이다.
일단 수학식 31 내지 35가 풀리게 되면, 이는 스티어링 및 차동 제동 시스템에 대한 제어법칙에 적용될 정적 상태 복귀 벡터(K)의 값을 제공한다.
본 발명에 의하면, 컨트롤러들에 대한 이득들(K)의 자동 계산을 통해 스티어링 및 제동 시스템 제어 방법에 대한 설계 시간을 단축하는 것이 가능하다. 2-단계 스티어링 및 차동 제동 제어 방법은 추적 가능성(traceability)을 허용하고 결과적으로는 개발을 더 용이하게 한다. 구체적으로는, 스티어링에 커맨드를 발행하는 단계는 명목상 요구를 충족시키도록 수행된다. 그 후에는 차동 제동에 커맨드를 발행하는 단계가 특정 경우들(토크들의 포화 등)에 대해 수행된다.
또한, 스티어링 및 차동 제동 시스템을 관리함과 동시에 제어 가능성과 안정성의 제약을 고려하는 것이 단지 하나의 매개변수(α DB )만을 사용함으로 인해 간단하다.
본원 전반에 걸쳐, 곡률은 도로의 곡률에 분명히 상응하며, 본 발명은 곡률에 관계없이 적용될 수 있으며 곡률이 0이 아닐 때 예를 들어 피드-포워드 유형의 컨트롤러(
Figure pct00069
)를 통해 경로를 따라가는 곡률의 효과가 제거될 수 있다.

Claims (11)

  1. 장애물 회피 방법(30)에 있어서,
    상기 장애물 회피 방법은,
    - 자동차(2) 주변에 있는 장애물(1)을 검출하고 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 단계; 및
    - 상기 장애물 회피 경로에 대처하도록 구성된 스티어링(DAE) 및 차동 제동 시스템에 커맨드(command)를 발행하는 단계;
    를 포함하는, 장애물 회피 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스티어링(DAE) 및 차동 제동 시스템에 커맨드를 발행할 때, 스티어링 토크(TAES)에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제한되게 하는 제어 가능성의 제약이 정의되며 자동차의 미끄러짐 및 요 레이트(r)에 대해 한계가 있게 하는 안정성의 제약이 정의되는, 장애물 회피 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 가능성의 제약이 고려되는지를 결정하기 위한 검사가 수행되고, 상기 제약이 고려되는 경우에는, 단지 휠들의 스티어링만에 대해 커맨드가 발행되는, 장애물 회피 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제약이 고려되지 않는 경우에는, 상기 차동 제동 시스템에 커맨드가 발행되는, 장애물 회피 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    이하의 가정들이 상정되며, 상기 이하의 가정들은,
    - 스티어링 토크에 대해 진폭 및 그라디언트에서 제어 가능성의 한도가 초과되지 않게 할 것;
    - 회피 경로를 사전에 정의할 것;
    - 차동 제동의 동작을 요 모멘트(yaw moment)를 통해 모델링할 것; 및
    - 경로의 곡률이 0일 것;
    을 포함하는, 장애물 회피 방법.
  6. 스티어링(DAE) 및 차동 제동 시스템을 제어하기 위한 모듈(14)로서,
    상기 모듈은 자동차(2)의 휠-스티어링 컴퓨터(20)에 대한 휠 스티어링 설정점 및 상기 자동차의 제동 컴퓨터(22)에 대한 요 모멘트 설정점(MDB_Ref)을 발행하도록 구성되는, 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모듈은 기준 회피 경로를 따르고 차량 안정성의 제약에 대응하도록 구성된 스티어링 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러(24)를 포함하는, 모듈.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 모듈은 경로 추종 오류에 대한 경로 편차의 영향을 보상하도록 구성된 피드포워드(feedforward) 컨트롤러(26)를 더 포함하는, 모듈.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈은, 특히 자동차의 안정성 및 토크 포화의 경우에 스티어링 루프의 성능을 개선하도록 구성된 차동 제동 시스템용 폐쇄-루프 컨트롤러(26)를 포함하는, 모듈.
  10. 장애물 회피 시스템(10)으로서,
    상기 장애물 회피 시스템은 자동차(2) 부근에 있는 장애물(1)을 검출하고 상기 장애물을 회피하기 위한 장애물 회피 경로를 계획하는 장애물 검출 모듈(12), 및 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 스티어링(DAE) 및 차동 제동 시스템을 제어하기 위한 제어 모듈(14)을 포함하는, 장애물 회피 시스템.
  11. 자동차(2)로서,
    상기 자동차는, 상기 자동차의 차선에 대해 상기 자동차를 위치시키고 상기 자동차의 시준 거리(sighting distance)(yL) 및 상대 진행 각도(ΨL)에서 차선 마킹들에 대한 측면 오프셋을 결정할 수 있는 시스템, 상기 자동차의 경로에서 장애물들을 검출하는 장애물 검출 시스템 - 상기 자동차에 대한 장애물의 종방향 거리 및 오버랩을 결정하도록 구성됨 -, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 스티어링(DAE) 및 차동 제동 시스템을 제어하기 위한 제어 모듈(14), 파워 스티어링(DAE)을 수행하도록 상기 파워 스티어링에 대한 토크 한계로 상기 제어 모듈(14)의 스티어링 각도 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터(20), 차동 제동을 수행하도록 휠들의 토크들로 상기 제어 모듈(14)의 요 모멘트 설정점을 변환하도록 구성된 컴퓨터(22), 및 스티어링 휠의 회전 각도 및 속도를 측정하는 센서를 포함하는, 자동차.
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