KR20210155262A - Gps를 이용한 정밀 경사도 기반 gps를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Gps를 이용한 정밀 경사도 기반 gps를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 차량 제어 장치는, GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하는 경사도 산출부; 상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 경사도 제어부; 및 상기 복수개의 영역별로 상기 엔진 파워 출력을 위한 맵을 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.

Description

GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법{Apparatus controlling a vehicle based on precise loadlevel using GPS, system having the same and method thereof}
본 발명은 GPS(Global Positioning System)를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GPS를 이용하여 경사도를 정밀하게 판정하여 차량을 제어하는 기술에 관한 것이다.
차량은 차륜을 구동시켜 도로를 위를 이동하는 기계이다. 이러한 차량은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시키고 이 기계적인 동력을 이용하여 주행하는 내연기관 차량(일반 엔진 차량)과, 연비 및 유해 가스 배출량을 줄이기 위해 전기를 동력으로 하여 주행하는 친환경 차량을 포함한다.
여기서 친환경 차량은 충전 가능한 전원부인 배터리와 모터를 포함하고 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시키고 모터의 회전을 이용하여 차륜을 구동시키는 전기 차량과, 엔진, 배터리 및 모터를 포함하고 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 하이브리드 차량, 수소 연료 전지 차량을 포함한다.
차량은 경사도가 있는 영역을 주행하는 경우 중력가속도를 기반으로 경사도 수준을 판정하여 경사도에 따라 엔진 출력을 제어할 수 있다.
종래에는 여러 제어기를 거쳐 경사도를 판정함으로써 시간이 많이 소요되어 실시간 판정이 어려우며 경사도 판정의 정확도가 낮은 문제점이 있었다.
특히 최근 자동차 시장에서 자율주행기술이 트렌드를 이루고 있으며 무인자동차의 상용화가 멀지 않아 보인다. 4차 산업이 대두 되면서 센서 산업 시장이 폭발적으로 성장하고 있으며, 보다 정밀한 센서를 이용한 제어의 정확도에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 실시예는 GPS에 의한 고도 변화량 및 차속을 기반으로 경사도를 정밀하게 판정하고, 경사도에 따라 가혹 영역과 노멀 영역을 구분하여, 가혹 영역 주행 시 경사도에 따라 엔진을 조기에 기동하여 실시간으로 경사도에 따른 차량 제어를 정밀하게 수행할 수 있는 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 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 실시예에 따른 차량 제어 장치는, GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하는 경사도 산출부; 상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 경사도 제어부; 및 상기 복수개의 영역별로 상기 엔진 파워 출력을 위한 맵을 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 산출부는, 상기 GPS 정보를 기반으로 차량의 위치 변화에 따른 고도의 변화량을 산출하고, 상기 차량의 차속을 미분하여 거리 변화량을 산출하고, 상기 고도의 변화량을 상기 거리 변화량으로 나누어 상기 경사도를 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 산출부는 모터 제어 유닛(MCU; motor control unit)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 저장부는, 중력가속도 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1맵; 상기 GPS 정보 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2 맵; 및 단위시간당 경사 변화율별 보정 팩터가 매핑된 제 3 맵이 저장되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 경사도를 기반으로 노멀(normal) 영역, 가혹 영역, 및 급변 영역으로 구분하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 하이브리드 최상위 제어기(HCU: Hybrid control unit)를 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 가혹 영역인 것으로 판단하고, 상기 경사도가 상기 가혹 영역 진입 임계치 미만인 경우, 상기 노멀 영역인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 가혹 영역 상태에서, 단위 시간당 경사 변화율을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 단위 시간당 경사 변화율이 미리 정한 급변 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 급변 영역인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 노멀 영역인 경우, 중력가속도 기반의 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1 맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 가혹 영역인 경우, 상기 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 상기 급변 영역인 경우, 상기 제 2 맵을 기반으로 출력되는 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 연산하여 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 2 맵의 상기 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력의 구간이 상기 제 1 맵의 경사도 단계보다 세밀하게 나누어 설정되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 제어부는, 차량이 상기 급변 영역에 진입한 경우 초기에 상기 엔진 파워 출력을 증대시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도 산출부는, 상기 GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 실시간으로 판정하고, 상기 경사도 제어부는, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 실시간으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 GPS 정보를 수신하는 GPS 수신 장치; 및 상기 GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하고, 상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 차량 제어 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 제어 방법은 GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하는 단계; 상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하는 단계; 및 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 경사도를 판정하는 단계는, 상기 GPS 정보를 기반으로 차량의 위치 변화에 따른 고도의 변화량을 산출하고, 상기 차량의 차속을 미분하여 거리 변화량을 산출하여, 상기 고도의 변화량을 상기 거리 변화량으로 나누어 상기 경사도를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는, 상기 경사도를 기반으로 노멀(normal) 영역, 가혹 영역, 및 급변 영역으로 구분하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는, 상기 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 가혹 영역인 것으로 판단하고, 상기 경사도가 상기 가혹 영역 진입 임계치 미만인 경우, 상기 노멀 영역인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는, 상기 가혹 영역 상태에서, 단위 시간당 경사 변화율을 산출하는 단계; 및 상기 단위 시간당 경사 변화율이 미리 정한 급변 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 급변 영역인 것으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 단계는, 상기 노멀 영역인 경우, 중력가속도 기반의 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1 맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 단계; 상기 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 단계; 및 상기 급변 영역인 경우, 상기 제 2 맵을 기반으로 출력되는 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 연산하는 제 3 맵을 기반으로 엔진 파워 출력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술은 실시예는 GPS에 의한 고도 변화량 및 차속을 기반으로 경사도를 정밀하게 판정하고, 경사도에 따라 가혹 영역과 노멀 영역을 구분하여, 가혹 영역 주행 시 경사도에 따라 엔진을 조기에 기동하여 실시간으로 경사도에 따른 차량 제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용하여 실시간으로 경사도를 판정하는 방법을 설명하기 위한 예시 화면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 노멀 영역과 가혹 영역을 설명하기 위한 예시 화면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 노멀 영역에서 구동되는 제 1 맵(노멀맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가혹 영역에서 구동되는 제 2 맵(가혹맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노멀 영역에서 구동되는 제 3 맵(급변맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 엔진 파워 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 엔진 RPM 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 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.
본 발명에서는 GPS(Global Positioning System) 신호를 이용하여 경사도를 판정함으로써 정확도를 향상시킬 수 있고 그에 따라 차량 제어 시점의 정확도가 향상되어 구간별 제어가 아닌 실시간 정밀 제어가 가능한 기술을 개시한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치를 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 시스템은 차량 제어 장치(100), 센싱 장치(200), GPS(Global Positioning System) 수신장치(300), 및 엔진 제어 장치(400)를 포함할 수 있다.
차량 제어 장치(100)는 GPLC(GPS based Precise Loadlevel Control) 기반으로 경사도를 정밀하게 검출하여 그에 맞게 차량을 제어하는 것으로, GPS 정보를 기반으로 경사도를 실시간으로 추출하고 경사도를 기반으로 노멀 영역, 가혹 영역, 급변 영역을 구분하여, 각 영역별로 차별화된 엔진 파워 제어를 수행하여, 경사도에 따라 실시간으로 빠른 파워 출력 대응을 함으로써 차량의 등판 성능을 확보할 수 있다.
센싱 장치(200)는 차량의 중력 가속도(G)를 감지하기 위한 G센서, 차량의 차속을 감지하기 위한 차속 센서 등을 포함할 수 있다.
GPS 수신 장치(200)는 인공위성으로부터 위치 정보를 수신하여, 차량 위치에 따른 고도 및 차속을 차량 제어 장치(100)로 제공할 수 있다.
엔진 제어 장치(400)는 차량 제어 장치(100)에 의해 제어되어 차량의 엔진 구동을 제어하도록 구성될 수 있으며, 차량의 속도를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
도 1과 같이 차량 제어 장치(100)는 차량의 내부에 구현될 수 있고, 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
차량 제어 장치(100)는 제어부(110), 통신부(120), 저장부(130), 경사도 산출부(140), 및 경사도 제어부(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 변속 제어 장치(100)의 제어부(110), 경사도 산출부(140), 및 경사도 제어부(150)는 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)로서 구현될 수 있다.
제어부(110)는 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(110)는 통신부(120), 저장부(130), 경사도 산출부(140) 및 경사도 제어부(150) 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. 제어부(110)는 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
통신부(120)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(120)는 센싱 장치(200) 및 GPS 수신장치(300)로부터 센싱 결과, GPS 정보 등을 수신할 수 있다. 이때, 센싱 결과는 G센서값, 차속 등을 포함할 수 있다.
저장부(130)는 센싱 장치(200) 및 GPS 수신장치(300)로부터 수신한 센싱 결과, GPS 정보 등이 저장될 수 있고, 경사도 산출부(140) 및 경사도 제어부(150)에 의해 획득된 데이터 및 동작하는데 필요한 데이터 및/또는 알고리즘 등이 저장될 수 있다.
일 예로서, 저장부(130)는 중력가속도 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1맵(노멀맵), GPS 정보 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2 맵(가혹맵), 단위시간당 경사 변화율별 보정 팩터가 매핑된 제 3 맵(급변맵)이 저장될 수 있다. 이때, 제 1맵, 제 2맵, 제3맵은 실험치에 의해 미리 결정되어 저장될 수 있다.
일 예로서, 저장부(130)는 내비게이션 등을 통해 수신된 차량의 위치 정보 및 목적지까지의 경로, 도로 정보 등이 저장될 수 있다.
저장부(130)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.
경사도 산출부(140)는 중력가속도 및 차속을 기반으로 경사도를 산출하여 경사도 단계를 산출할 수 있다. 이는 실험치에 의해 미리 결정될 수 있고 도 4의 401과 같은 테이블로 저장될 수 있다.
경사도 산출부(140)는 차량의 위치 이동에 따른 고도의 변화량 및 차속 미분값을 산출하고, 고도의 변화량 및 차속 미분값에 따른 거리 변화량을 이용하여 경사도를 산출한다. 즉 경사도 산출부(140)는 출발지에서 목적지(도착지)까지의 평균 고도 차이를 고도 변화량으로서 실시간으로 산출할 수 있다. 또한, 경사도 산출부(140)는 아래 수학식 1과 같이 정밀 경사도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서 E는 고도, D는 차량의 이동 거리이며, 경사도 산출부(140)는 고도의 변화량을 거리 변화량으로 나누어 정밀 경사도를 산출할 수 있다.
경사도 산출부(140)는 모터 제어 유닛(MCU; Motor Control Unit)일 수 있다. 이때, 모터 제어 유닛의 처리 속도가 빠르므로 실시간 경사도 산출이 용이하다.
경사도 산출부(140)는 도 2와 같이, 출발지에서 목적지까의 고도 변화량(①) 및 차속 미분값(②)을 실시간으로 산출하고, 출발지에서 목적지까지의 경로의 경사도를 판정할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용하여 실시간으로 경사도를 판정하는 방법을 설명하기 위한 예시 화면을 나타내는 도면이다.
경사도 제어부(150)는 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어할 수 있다. 복수개의 영역은 노멀(normal) 영역, 가혹 영역, 및 급변 영역을 포함할 수 있다.
도 3과 같이, 노멀 영역은 정밀 경사도가 0인 평지와 정밀 경사도가 미리 정한 임계치 미만인 경우에 해당되며, 가혹 영역은 정밀 경사도가 미리 정한 임계치 이상인 경우에 해당하며, 급변 영역은 가혹 영역 중 단위 시간당 경사 변화율이 급변하는 경우에 해당할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 표준 영역과 가혹 영역을 설명하기 위한 예시 화면을 나타내는 도면이다.
경사도 제어부(150)는 정밀 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상이면 가혹 영역으로 판단하고, 정밀 경사도가 가혹 영역 진입 임계치 미만이면 노멀 영역으로 판단한다.
경사도 제어부(150)는 가혹 영역 진입 후, 정밀 경사도가 미리 정한 가혹 영역 해제 임계치 미만이면 가혹 영역을 벗어나 노멀 영역으로 진입한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 경사도 제어부(150)는 가혹 영역 진입 후 단위시간당 경사변화율이 미리 정한 급변 영역 진입 임계치 이상이면 급변 영역으로 판단할 수 있다.
또한, 경사도 제어부(150)는 급변 영역 진입 후 단위시간당 경사변화율이 미리 정한 급변 영역 해제 임계치 미만이면 급변 영역을 벗어나 가혹 영역으로 진입한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 가혹 영역 진입 임계치, 가혹 영역 해제 임계치, 급변 영역 진입 임계치, 및 급변 영역 해제 임계치는 미리 실험치에 의해 결정될 수 있다.
이에 경사도 제어부(150)는 노멀 영역인 경우, 중력가속도 기반의 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1 맵(도 4의 401)을 기반으로 엔진 파워 출력을 제어할 수 있다.
이처럼 경사도 제어부(150)는 완만한 경사 및 강판 구간에서는 경사도 단계별 맵을 사용하여 엔진 파워 출력을 제어할 수 있다.
경사도 제어부(150)는 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2맵을 기반으로 엔진 파워 출력을 제어할 수 있다.
경사도 제어부(150)는 경사 가혹 영역 시, 정밀한 경사도 슬로프(slop)를 세밀하게 나누어 설정된 제 2 맵(도 5의 501)에 따라 경사도 변동에 따라 조기 엔진 파워 온을 유도할 수 있다.
이때, 제 2 맵의 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력의 구간이 제 1 맵의 경사도 단계보다 세밀하게 나누어 설정될 수 있다.
경사도 제어부(150)는 급변 영역인 경우, 제 2 맵을 기반으로 출력되는 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 연산하여 엔진 파워 출력을 제어할 수 있다. 즉 경사도 제어부(150)는 차량이 급변 영역에 진입한 경우 초기에 엔진 파워 출력을 증대시켜 대응하도록 한다. 즉 경사도 제어부(150)는 급변하는 경사에 따라 요구되는 큰 출력을 매우 빠르게 판단하게 민첩한 엔진 파워 온을 유도할 수 있다.
경사도 제어부(150)는 하이브리드 최상위 제어기(HCU, Hybrid Control Unit)일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표준 영역에서 구동되는 제 1 맵(노멀맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 장치(100)는 경사가 가혹하지 않은 노멀 영역에서 G 센서 등을 이용한 중력 가속도를 기반으로 경사도 단계별 엔진 파워 출력을 매핑한 제 1 맵(401)을 이용하여 엔진 파워 출력을 제어한다. 노멀 영역에서는 사도가 0이거나 미리 정한 임계치 미만인 영역이다.
이때, 경사도 단계가 -4, -2, 0, 2, 4로 구분되어 다소 러프(Rough)하게 설정되어 있어 빠른 엔진 파워 출력 대응이 어렵다. 장치(100)는 엔진의 기본 파워(엔진 ON power base)에 경사도 단계에 따른 엔진 파워 출력을 합산하여 엔진 파워를 출력할 수 있다.
예를 들어, G센서에 의한 경사도 단계가 2인 경우, 엔진 파워는 3000이므로, 엔진의 기본 파워에 3000을 합산하여 엔진 파워로서 출력한다. 이처럼 경사도 단계가 러프한 경우 빠른 엔진 파워 출력 대응이 어려울 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가혹 영역에서 구동되는 제 2 맵(가혹맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면 제 2 맵(502)와 같이, 정밀 경사도가 큰 가혹 영역에서, 정밀 경사도가 1% 마다 엔진 파워 출력이 달라지게 된다. 즉 정밀 경사도 단계의 범위가 세분화되어 더욱 엔진 파워 출력의 빠른 대응이 가능하다.
장치(100)는 엔진의 기본 파워(엔진 ON power base)에 정밀 경사도에 따른 엔진 파워 출력을 합산하여 GPLC(GPS based Precise Loadlevel Control) 기반의 엔진 파워를 출력할 수 있다. 예를 들어, GPS 기반의 정밀 경사도가 7%인 경우 엔진 파워는 7500이고, 엔진의 기본 파워에 7500을 합산하여 엔진 파워로서 출력할 수 있고, 경사도 진입 초기에 조기 엔진 ON을 유도할 수 있고, 특히 경사도가 큰 10 % 이상의 구간(예, 저APS(accelerate position sensor) 구간)에서는 항상 엔진 온(ON)이 될 수 있도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표준 영역에서 구동되는 제 3 맵(급변맵)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제 3 맵(601)은 단위 시간당 경사 변화율에 따라 보정 팩터를 매핑하여 설정된다. 장치(100)는 도 5의 제 2 맵(가혹맵) 기반으로 산출된 엔진 파워 출력(GPLC 기반)에 단위 시간당 경사 변화율별 보정 팩터를 곱하여 급변 경사도 기반 엔진 파워를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 2 맵(가혹맵) 기반으로 산출된 엔진 파워 출력(GPLC 기반)이 6000이고, 경사 변화율이 0.5이면 팩터 2.5를 6000에 곱하여 15000의 엔진 파워를 출력하도록 제어할 수 있다.
이처럼 경사가 급변하여 순간적으로 엔진 파워 출력이 많이 필요한 구간은 급변맵을 적용함으로써 빠른 출력 대응을 통해 동력성능을 확보할 수 있다.
상기에서와 같이 동작하는 본 실시예에 따른 장치(100)는 메모리와 각 동작을 처리하는 프로세서를 포함하는 독립적인 하드웨어 장치 형태로 구현될 수 있으며, 마이크로프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 1의 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치(100)가 도 7의 프로세스를 수행하는 것을 가정한다. 또한, 도 7의 설명에서, 장치에 의해 수행되는 것으로 기술된 동작은 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치(100)의 경사도 산출부(140)에 의해 제어되는 것으로 이해될 수 있다.
도 7을 참조하면 GPS를 이용한 정밀 경사도 기반 차량 제어 장치(100)는 GPS 정보 기반 차량 위치에 따른 고도 정보 및 차속값을 획득하고(S110), 차량 위치에 따른 고도 정보 및 차속값을 이용하여 고도 변화량 및 차속 미분 거리값을 산출하여, 고도 변화량 및 차속 미분 거리값을 이용하여 고정밀 경사도를 판정할 수 있다(S120).
차량 제어 장치(100)는 정밀 경사도에 따라 노멀 영역과 가혹 영역을 구분한다(S130). 즉 차량 제어 장치(100)는 정밀 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상인 경우 가혹 영역으로 진입한 것으로 판단하고 정밀 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 미만인 경우 노멀 영역인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 차량 제어 장치(100)는 정밀 경사도가 미리 정한 가혹 영역 해제 임계치 미만이면 가혹 영역을 벗어난 것으로 판단할 수 있다.
차량 제어 장치(100)는 노멀 영역으로 판정된 경우, 제 1 맵(노멀맵) 기반으로 엔진 파워를 출력하여 경사도 제어를 수행한다. 즉, 차량 제어 장치(100)는 러프한 경사도 단계로 구분된 제 1 맵에 따라 러프하게 경사도 제어를 수행한다.
한편, 가혹 영역으로 판정된 경우, 차량 제어 장치(100)는 제 2 맵(가혹맵)을 기반으로 엔진 파워를 출력하여 경사도 제어를 수행한다(S150). 즉, 차량 제어 장치(100)는 GPS 기반의 정밀 경사도에 따라 세분화된 경사도에 따른 엔진 파워를 출력할 수 있다. 이에 가혹 영역에서 정밀 경사도가 1% 변할 때 마다 엔진 파워 출력 값을 미리 설정하여 정밀 경사도에 따라 세밀하게 엔진 파워 출력값을 조정함으로써 경사도가 높은 가혹 영역 진입 시 조기에 엔진 파워 출력을 높여줌으로써 경사도 주행 시 등판 성능을 높일 수 있다.
가혹 영역에서의 경사도 제어 중 단위 시간당 경사 변화율을 산출하여, 경사 변화율이 미리 정한 경사 급변 진입 임계치 이상이면 급변 영역으로 진입한 것으로 판단할 수 있다(S160).
급변 영역을 진입한 경우 차량 제어 장치(100)는 제 3맵(급변맵)을 이용하여 엔진 파워 출력을 결정하고 경사도를 제어할 수 있다(S170). 제 3맵은 제 2 맵에 의해 출력된 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 곱하여 엔진 파워를 보정하여 출력할 수 있다. 이에 경사도가 급격히 높아지는 구간에서는 엔진 파워 출력을 더욱 높여줌으로써 차량의 등판 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 엔진 파워 변화를 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 경사도에 따른 엔진 RPM 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 구배가 증가하면서 주행을 위해 필요한 주행 파워가 증가하게 되는데 제 1 맵을 적용하는 경우, 구배가 5인 단계에서 엔진 파워가 온되고, 제 2 맵을 적용하는 경우 구배가 4인 단계에서 엔진 파워가 온(ON) 되며, 제 3맵을 적용하는 경우 구배가 2.5인 단계에서 엔진 파워가 온됨을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 구배가 증가하면서 엔진 RPM이 증가하게 되는데, 제 1 맵 적용 시 구배가 5일 때 증가하기 시작하고 제 2 맵 적용 시 구배가 3일 때 증가하기 시작하고 제 3 맵 적용 시구배가 2일 때 증가하기 시작함을 알 수 있다.
이처럼 본 발명은 GPS 기반의 정밀 경사도(제 2맵, 제 3맵)를 적용함으로써 조기에 엔진 온을 유도할 수 있어, 모터 출력에 엔진 출력이 더해져 조기에 구동력을 확보함으로써 등판 성능이 좋아질 수 있다.
또한, 본 발명은 조기 엔진 온으로 모터 주행으로 인한 SOC(Stage of charge)의 급격한 소진을 방지할 수 있어 SOC 밸런싱 자유도를 확보할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 10을 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. GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하는 경사도 산출부;
    상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 경사도 제어부; 및
    상기 복수개의 영역별로 상기 엔진 파워 출력을 위한 맵을 저장하는 저장부
    를 포함하는 차량 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사도 산출부는,
    상기 GPS 정보를 기반으로 차량의 위치 변화에 따른 고도의 변화량을 산출하고, 상기 차량의 차속을 미분하여 거리 변화량을 산출하고, 상기 고도의 변화량을 상기 거리 변화량으로 나누어 상기 경사도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사도 산출부는 모터 제어 유닛(MCU; motor control unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부는,
    중력가속도 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1맵;
    상기 GPS 정보를 기반으로 산출된 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2 맵;
    단위시간당 경사 변화율별 보정 팩터가 매핑된 제 3 맵
    이 저장되는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 경사도를 기반으로 노멀(normal) 영역, 가혹 영역, 및 급변 영역으로 구분하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    하이브리드 최상위 제어기(HCU: Hybrid control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 가혹 영역인 것으로 판단하고, 상기 경사도가 상기 가혹 영역 진입 임계치 미만인 경우, 상기 노멀 영역인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 가혹 영역인 상태에서, 단위 시간당 경사 변화율을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    단위 시간당 경사 변화율이 미리 정한 급변 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 급변 영역인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 노멀 영역인 경우,
    중력가속도 기반의 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1 맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 가혹 영역인 경우,
    상기 GPS 정보를 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 급변 영역인 경우,
    상기 제 2 맵을 기반으로 출력되는 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 연산하는 제 3맵을 기반으로 엔진 파워 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 경사도 제어부는,
    상기 제 2 맵의 상기 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력의 구간을 상기 제 1 맵의 경사도 단계보다 세밀하게 나누어 설정하고,
    차량이 상기 급변 영역에 진입한 경우 초기에 상기 엔진 파워 출력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사도 산출부는, 상기 GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 실시간으로 판정하고,
    상기 경사도 제어부는, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 실시간으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
  15. GPS 정보를 수신하는 GPS 수신 장치; 및
    상기 GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하고, 상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하고, 상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 차량 제어 장치;
    를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 차량 시스템.
  16. GPS 정보를 기반으로 도로의 경사도를 판정하는 단계;
    상기 경사도를 기반으로 복수개의 영역으로 구분하는 단계; 및
    상기 복수개의 영역별 엔진 파워 출력을 차별적으로 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 경사도를 판정하는 단계는,
    상기 GPS 정보를 기반으로 차량의 위치 변화에 따른 고도의 변화량을 산출하고, 상기 차량의 차속을 미분하여 거리 변화량을 산출하여, 상기 고도의 변화량을 상기 거리 변화량으로 나누어 상기 경사도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는,
    상기 경사도를 기반으로 노멀(normal) 영역, 가혹 영역, 및 급변 영역으로 구분하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는,
    상기 경사도가 미리 정한 가혹 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 가혹 영역인 것으로 판단하고, 상기 경사도가 상기 가혹 영역 진입 임계치 미만인 경우, 상기 노멀 영역인 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 영역으로 구분하는 단계는,
    상기 가혹 영역 상태에서, 단위 시간당 경사 변화율을 산출하는 단계; 및
    상기 단위 시간당 경사 변화율이 미리 정한 급변 영역 진입 임계치 이상인 경우 상기 급변 영역인 것으로 판단하는 단계;
    상기 노멀 영역인 경우, 중력가속도 기반의 경사도 단계별 엔진 파워 출력이 매핑된 제 1 맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 단계;
    상기 GPS 정보 기반의 경사도에 따른 엔진 파워 출력이 매핑된 제 2 맵을 기반으로 상기 엔진 파워 출력을 제어하는 단계; 및
    상기 급변 영역인 경우, 상기 제 2 맵을 기반으로 출력되는 엔진 파워 출력에 단위 시간당 경사 변화율에 따른 보정 팩터를 연산하는 제 3 맵을 기반으로 엔진 파워 출력을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 방법.
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