KR20220017562A - 차량제어장치 및 방법 - Google Patents

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wheel slip
front wheel
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박재일
이상호
김승기
황성욱
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 충돌을 회피하기 위한 차량제어장치 및 방법에 관한 것으로, 차량 거동을 위한 동력을 제공하는 구동모터, 상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 센서부, 및 상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 충돌 상황에서 운전자의 회피 조타를 감지하면 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하고 추정된 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 기반으로 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량제어장치 및 방법{VEHICLE CONTROL APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 차량의 충돌을 회피하기 위한 차량제어장치 및 방법에 관한 것이다.
HEV(Hybrid Electric Vehicle) 및 EV(Electric Vehicle) 등과 같은 전동화 차량은 충돌 상황에서 운전자가 회피 조타하는 경우 충돌 상황과 관계없이 기어 단수와 운전자의 브레이크 개도 또는 엑셀 개도에 따라 구동모터를 제어한다.
본 발명은 충돌 위험을 감지한 상황에서 운전자가 충돌을 회피하기 위해 조타(조향)하는 경우, 구동모터를 제어하여 충돌 회피를 지원하는 차량제어장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어장치는 차량 거동을 위한 동력을 제공하는 구동모터, 상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 센서부, 및 상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 충돌 상황에서 운전자의 회피 조타를 감지하면 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하고 추정된 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 기반으로 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 센서부는, 레이더 및 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 외부 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는, 휠속 센서, 횡가속도 센서, 요레이트 센서, 조향각 센서 및 운전자 조향토크 센서 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 내부 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 전륜 슬립각, 상기 후륜 슬립각 및 차속에 기반하여 요구 가속량 또는 요구 감속량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 외부 정보를 기반으로 충돌위험이 잔존하는지 여부에 따라 상기 요구 가속량 또는 상기 요구 감속량를 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 차속 및 충돌위험 잔존여부에 기반하여 모터 제동제어 게인 및 모터 구동제어 게인을 가변 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 후륜 슬립각 및 상기 모터 구동제어 게인을 이용하여 요구 구동량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 전륜 슬립각 및 상기 모터 제동제어 게인을 이용하여 요구 제동량을 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 전륜 슬립각이 상기 후륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용하여 제동 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 후륜 슬립각이 상기 전륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용하여 구동 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어방법은 차량에 탑재되는 센서들을 이용하여 상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 단계, 상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 충돌 상황에서 운전자의 회피 조타를 감지하는 단계, 상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계, 및 상기 전륜 슬립각 및 상기 후륜 슬립각을 기반으로 구동모터를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 단계는, 레이더 및 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 외부 정보를 획득하는 단계, 및 휠속 센서, 횡가속도 센서, 요레이트 센서, 조향각 센서 및 운전자 조향토크 센서 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 내부 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는, 상기 전륜 슬립각, 상기 후륜 슬립각 및 차속에 기반하여 요구 가속량 및 요구 감속량을 연산하는 단계를 더 포함한다.
상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는, 상기 외부 정보를 기반으로 충돌위험이 잔존하는지 여부에 따라 상기 요구 가속량 및 상기 요구 감속량을 조정하는 단계를 더 포함한다.
상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는, 상기 차속 및 상기 충돌위험 잔존여부에 기반하여 모터 제동제어 게인 및 모터 구동제어 게인을 가변 설정하는 단계를 더 포함한다.
상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는, 상기 후륜 슬립각 및 상기 모터 구동제어 게인을 이용하여 요구 구동량을 연산하는 단계를 더 포함한다.
상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는, 상기 전륜 슬립각 및 상기 모터 제동제어 게인을 이용하여 요구 제동량을 연산하는 단계를 더 포함한다.
상기 구동모터를 제어하는 단계는, 상기 전륜 슬립각이 상기 후륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용한 제동제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 구동모터를 제어하는 단계는, 상기 후륜 슬립각이 상기 전륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용한 구동제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상기 차량제어방법은 상기 충돌 상황에서 상기 운전자의 회피 조타가 감지되지 않는 경우, 제동장치를 이용한 제동제어를 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 충돌 위험을 감지한 상황에서 운전자가 충돌을 회피하기 위해 조타(조향)하는 경우, 구동모터를 제어하여 충돌 회피를 지원하므로, 충돌 회피 성능(회피거리 증가)을 향상시킬 수 있고, 충돌 회피 후 차량의 안정성을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어장치를 도시한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 전후륜 횡슬립각에 따른 구동모터 제어 판단을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터의 제동 제어 및 구동 제어에 따른 전륜과 후륜에 가해지는 타이어 수직력을 도시한 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예들에 따른 타이어 수직력에 따른 차량 거동 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 5a는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터 제어에 따른 요레이트 및 횡슬립각 변화를 도시한 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터 제어에 따른 횡거리 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량제어방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 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 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 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.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어장치를 도시한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 전후륜 횡슬립각에 따른 구동모터 제어 판단을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터의 제동 제어 및 구동 제어에 따른 전륜과 후륜에 가해지는 타이어 수직력을 도시한 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 실시 예들에 따른 타이어 수직력에 따른 차량 거동 변화를 도시한 도면이다.
차량제어장치(100)는 전동화 차량(Electrification Vehicle)에 탑재되어 운전자가 주변 객체(예: 주변 차량, 장애물, 및/또는 보행자 등)와의 충돌을 회피하기 위하여 조타(조향)하는 경우, 충돌 상황(충돌 위험이 있는 상황)에 맞게 구동모터(130)를 제어하여 충돌을 회피할 수 있게 한다. 차량제어장치(100)는 차량의 시동(start)이 켜질 때 함께 동작을 개시할 수 있다. 이러한 차량제어장치(100)는 도 1을 도시된 바와 같이, 차량 네트워크를 통해 연결되는 제1 센서부(first sensors)(110), 제2 센서부(second sensors)(120), 구동모터(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 차량 네트워크는 CAN(Controller Area Network), MOST(Media Oriented Systems Transport) 네트워크, LIN(Local Interconnect Network), 이더넷(ethernet) 및/또는 X-by-Wire(Flexray) 등으로 구현될 수 있다.
제1 센서부(110)는 차량의 외부 정보를 획득할 수 있다. 제1 센서부(110)는 레이더(Radio Detecting And Ranging, RADAR)(111) 및/또는 카메라(112) 등을 포함할 수 있다. 레이더(111) 및/또는 카메라(112)는 차체의 전면, 후면 및/또는 측면에 각각 설치될 수 있다. 레이더(111)는 전자기파를 주변으로 발생시키고 주변 객체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 주변 객체와의 거리, 방향, 및 고도 등을 확인할 수 있다. 카메라(112)는 차량의 주변 영상을 획득하기 위한 것으로, CCD(charge coupled device) 이미지 센서(image sensor), CMOS(complementary metal oxide semi-conductor) 이미지 센서, CPD(charge priming device) 이미지 센서 및/또는 CID(charge injection device) 이미지 센서 등과 같은 이미지 센서들 중 적어도 하나의 이미지 센서로 구현될 수 있다. 카메라(112)는 이미지 센서를 통해 획득한 영상에 대해 노이즈(noise) 제거, 컬러재현, 파일 압축, 화질 조절 및 채도 조절 등의 이미지 처리를 수행하는 이미지 처리기를 포함할 수 있다. 제1 센서부(110)는 충돌 위험을 감지하는 센서를 추가로 더 포함할 수도 있다. 제1 센서부(110)는 충돌 위험이 감지되면 긴급 신호(예: emergency flag)를 송출할 수 있다.
제2 센서부(120)는 차량의 내부 정보를 획득할 수 있다. 제2 센서부(120)는 조향각 센서(121), 휠속 센서(122), 요레이트 센서(123), 횡가속도 센서(124) 및/또는 운전자 조향토크 센서(125) 등을 포함할 수 있다. 제2 센서부(120)는 차량에 장착된 센서들(121 내지 125)을 이용하여 차속, 전륜 조향각, 후륜 조향각, 요레이트, 횡가속도 및/또는 운전자 조향토크 등의 차량 내부 정보를 획득할 수 있다. 본 명세서에서는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)를 센서부(sensors)라고 통칭하여 사용할 수도 있다.
구동모터(130)는 차량이 주행(거동)하는데 필요한 동력을 발생시키는 역할을 한다. 구동모터(130)는 차량에 탑재되는 배터리(미도시)로부터 전력을 공급받아 동력을 발생시켜 차륜에 전달할 수 있다. 배터리(미도시)는 차량 구동에 필요한 전력을 공급하는 역할을 수행하는 것으로, 고전압 배터리로 구현될 수 있다. 구동모터(130)는 제어부(140)의 지시에 따라 회전방향 및/또는 회전속도(Revolution Per Minute, RPM)를 변경할 수 있다. 구동모터(130)의 출력토크(모터토크, 모터 동력)는 제어부(140)의 제어에 따라 조정될 수 있다.
구동모터(130)는 배터리 잔량(State of Charge, SOC)이 부족하거나 또는 회생 제동 시 역기전력을 발생시켜 배터리(미도시)를 충전하는 발전기로 사용될 수 있다. 또한, 구동모터(130)는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 및 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)와 같은 전동화 차량(Electrification Vehicle)에서 엔진(미도시)을 크랭킹(cranking)하는 역할을 수행할 수도 있다.
제어부(140)는 차량의 주행 상황에 따라 구동모터(130)의 동작을 제어하는 전자제어장치(Electric Control Unit, ECU)이다. 제어부(140)는 프로세서(141) 및 메모리(142)를 포함할 수 있다. 프로세서(141)는 제어부(140)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(141)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및/또는 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 메모리(142)는 프로세서(141)에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 저장하는 저장매체(non-transitory storage medium)일 수 있다. 메모리(142)는 기정해진 기능을 수행하는 로직(알고리즘) 및 설정 정보를 저장할 수 있다. 메모리(142)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 및/또는 레지스터 등의 저장매체(기록매체) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
제어부(140)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)로부터 수신되는 센서 정보 즉, 차량 외부 정보 및 차량 내부 정보를 활용하여 차량 상태를 추정할 수 있다. 제어부(140)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)로부터 출력되는 센서 신호를 가공(신호 처리)하여 차량 상태 추정에 필요한 정보들을 획득할 수 있다. 제어부(140)는 차량 외부 정보 및 차량 내부 정보를 분석하여 주변 객체를 인식하고, 인식된 주변 객체의 종류, 주변 객체와 차량의 거리 및 주변 객체와 차량의 상대 속도 등의 주변 객체 정보를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 차량 외부 정보 및 차량 내부 정보로부터 차속 및/또는 주행 타입(예: 직진, 선회 및/또는 후진 등) 등의 차량 주행 정보를 획득할 수도 있다. 제어부(140)는 주변 객체 정보 및 차량 주행 정보를 바탕으로 주변 객체와 차량의 충돌 시간(Time To Collision, TTC)를 연산할 수 있다. 제어부(140)는 연산된 TTC에 근거하여 차량의 충돌 위험 여부를 판별할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험이 있는 경우, 충돌 상황이라고 결정할 수 있다. 한편, 제어부(140)는 충돌 위험이 없는 경우, 미충돌 상황이라고 결정할 수 있다.
제어부(140)는 차량의 충돌 위험이 있는 충돌 상황으로 판별(인식)되면, 차량의 운동상황(motion situation)이 조종안정성 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단하고 그 판단결과에 따라 조정안정성 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 차량이 직진 주행 중이고, 차속 vx이 임계 차속 범위(vmin<vx<vmax) 내이며, TTC가 임계 시간 범위(Tmin<TTC<Tmax) 내인 경우 조종안정성 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 차량이 직진 주행 중이 아니거나, 차속 vx이 임계 차속 범위 내가 아니거나 TTC가 임계 시간 범위 내가 아닌 경우, 조종안정성 제어 미개시를 결정할 수 있다. 여기서, 임계 차속 범위 및 임계 시간 범위는 개발자에 의해 사전에 정의(설정)되어 메모리(142)에 저장될 수 있다.
제어부(140)는 조종안정성 제어 개시가 결정된 경우, 운전자 조향토크 센서(125)에 의해 측정되는 운전자의 조향토크를 기반으로 운전자의 조향 여부를 확인할 수 있다. 제어부(140)는 운전자의 조향이 감지되면, 이를 운전자의 회피 조타로 감지할 수 있다.
제어부(140)는 운전자의 조향이 감지되면, 센서 정보를 이용하여 전륜 슬립각(횡슬립각) 및 후륜 슬립각(횡슬립각)을 연산할 수 있다. 제어부(140)는 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각(즉, 전후륜 슬립각)을 추정할 수 있다.
전륜 슬립각
Figure pat00001
및 후륜 슬립각
Figure pat00002
은 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 각각 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 조향각 센서(121)에 의해 측정된 전륜 조향각,
Figure pat00006
는 조향각센서(121)에 의해 측정된 후륜 조향각, lf는 차량의 무게중심점에서부터 전륜까지의 거리, lr는 차량의 무게중심점에서부터 후륜까지의 거리, vx는 차속(휠속 센서 보정값), γ는 요레이트 센서(123)에 의해 측정된 요레이트, β는 추정된 차체 슬립각이다.
차체 슬립각 β는 다음 [수학식 3]과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00007
여기서, Ay는 횡가속도 센서(124)에 의해 측정된 횡가속도이다.
제어부(140)는 운전자의 회피 조타 감지 여부 및 연산된 전후륜 슬립각에 기반하여 구동모터 제어 온(ON) 또는 오프(OFF)를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 운전자의 회피 조타가 감지되지 않거나 전륜 슬립각과 후륜 슬립각이 오차 허용범위 내에서 일치하는 경우 구동모터 제어 오프를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 운전자의 회피 조타가 감지되고, 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 크거나 작은 경우 구동모터 제어 온을 결정할 수 있다. 여기서, 전륜 슬립각과 후륜 슬립각은 절대값(크기)으로 사용될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제어부(140)는 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 크면, 구동모터 제동제어 온을 결정하고, 후륜 슬립각이 전륜 슬립각 보다 크면 구동모터 구동제어 온을 결정할 수 있다.
제어부(140)는 구동모터 제어 온이 결정되면, 전후륜 슬립각에 기반하여 구동모터(130)의 요구 가속량 또는 요구 감속량을 연산할 수 있다. 제어부(140)는 연산된 요구 가속량 또는 요구 감속량을 추종하기 위하여 요구되는 구동력(요구 구동력) 또는 제동력(요구 제동력)을 연산할 수 있다. 제어부(140)는 연산된 요구 가속량 또는 요구 감속량을 기반으로 구동모터 제어량을 결정할 수 있다. 제어부(140)는 결정된 구동모터 제어량에 근거하여 구동모터(130)로 제어값(예: 모터 토크)을 송출할 수 있다.
이하에서는, 제어부(140)가 구동모터(130)에 모터 토크를 인가하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3a를 참조하면, 구동모터(130)를 이용한 제동 제어 시, 전륜 타이어 수직력은 증가하고 후륜 타이어 수직력은 감소한다. 또한, 구동모터(130)를 이용한 구동 제어 시 전륜 타이어 수직력은 감소하고 후륜 타이어 수직력은 증가한다. 타이어 수직력이 커질수록 횡력이 증가하므로, 도 3b에 도시된 바와 같이 구동모터(130) 제동 제어 시 전륜의 횡력이 커지고, 구동모터(130) 구동 제어 시 후륜의 횡력이 커지게 된다. 이에, 제어부(140)는 전후륜 슬립각을 추정하고 추정된 전후륜 슬립각에 기반하여 구동모터(130)의 제어 모드(예: 제동 제어 또는 구동 제어)를 결정할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(140)는 전후륜 슬립각을 기반으로 모터 토크를 조정할 수 있다.
예컨대, 제어부(140)는 제어 토크 인가 알고리즘에 기반하여 모터 토크 Tq를 산출할 수 있다.
제어 토크 인가 알고리즘
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
은 전륜 임계 슬립각,
Figure pat00010
은 후륜 임계 슬립각, k1은 모터 제동제어 게인, k2는 모터 구동제어 게인, Tq는 모터 토크(-: 제동/+: 구동)이다.
제어부(140)는 전륜 슬립각이 후륜 슬립각을 초과하며 전륜 슬립각이 전륜 임계 슬립각 이상이면 모터 제동제어 게인 k1 및 전륜 슬립각을 이용하여 모터 토크 Tq를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 후륜 슬립각이 전륜 슬립각을 초과하며 후륜 슬립각이 전륜 임계 슬립각 이상이면 구동 제동제어 게인 k2 및 후륜 슬립각을 이용하여 모터 토크 Tq를 산출할 수 있다. 여기서, k1 및 k2는 차속 및 충돌위험유무(충돌위험 잔존여부)에 따라 가변될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 차량제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(140)는 차량 주행 중 차량에 탑재된 센서들을 통해 차량 내외부 정보를 획득할 수 있다(S100). 제어부(140)는 제1 센서부(110)를 통해 차량 외부 정보를 획득하고, 제2 센서부(120)를 이용하여 차량 내부 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 제1 센서부(110)는 레이더(111) 및/또는 카메라(112) 등을 포함할 수 있고, 제2 센서부(120)는 조향각 센서(121), 휠속 센서(122), 요레이트 센서(123), 횡가속도 센서(124) 및/또는 운전자 조향토크 센서(125) 등을 포함할 수 있다. 제어부(140)는 차량 외부 정보 및 차량 내부 정보를 기반으로 차량의 주변 객체를 인식할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 전방 레이더, 전측방 레이더, 후측방 레이더 및 전방 카메라를 이용하여 차량 주변에 위치하는 객체(주변 객체)의 종류, 차량과 객체 간의 거리, 및 객체와 차량의 상대 속도를 확인할 수 있다.
제어부(140)는 차량 내외부 정보를 기반으로 차량이 주변 객체와 충돌할 수 있는 위험 상황(충돌 상황)인지를 판별할 수 있다(S105). 제어부(140)는 차량 내외부 정보를 이용하여 차량과 주변 객체와의 충돌 시간(Time To Collision, TTC)를 연산할 수 있다. 제어부(140)는 연산된 TTC를 기반으로 충돌 상황인지 아닌지를 결정할 수 있다.
제어부(140)는 충돌 상황으로 판별되면, 차량의 운동상황에 기반하여 조종안정성 제어 개시 여부를 결정할 수 있다(S110). 제어부(140)는 차량의 운동상황이 조종안정성 제어 개시 조건을 만족하는지를 확인하고 그 확인결과에 따라 안전성 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 차량이 직진 주행 중이고, 차속 vx이 임계 차속 범위(vmin<vx<vmax) 내이며, TTC가 임계 시간 범위(Tmin<TTC<Tmax) 내인 경우 조종안정성 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 차량이 직진 주행 중이 아니거나, 차속 vx이 임계 차속 범위 내가 아니거나 TTC가 임계 시간 범위 내가 아닌 경우, 조종안정성 제어 미개시를 결정할 수 있다.
제어부(140)는 조종안정성 제어 개시가 결정된 경우, 운전자의 조향 감지 여부를 결정할 수 있다(S115). 제어부(140)는 운전자의 조향이 감지되면 이를 운전자의 회피 조타로 인식할 수 있다.
제어부(140)는 운전자의 조향이 감지되면, 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 연산할 수 있다(S120). 제어부(140)는 운전자 회피 조타 시 전륜 슬립각, 후륜 슬립각 및 차속을 조합하여 요구 가속량 또는 요구 감속량을 연산할 수 있다.
제어부(140)는 전륜 슬립각과 후륜 슬립각의 크기를 비교하여 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 큰지를 판단할 수 있다(S125). 제어부(140)는 전륜 슬립각과 후륜 슬립각을 비교하고 그 비교결과에 근거하여 구동모터 제어 온 또는 오프를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 큰 경우 구동모터 제동제어 온을 결정할 수 있고, 후륜 슬립각이 전륜 슬립각 보다 큰 경우, 구동모터 구동제어 온을 결정할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 전륜 슬립각과 후륜 슬립각이 오차 허용 범위 내에서 일치하는 경우 구동모터 제어 오프를 결정할 수 있다.
제어부(140)는 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 큰 경우, 차량 외부 정보를 기반으로 충돌 위험이 잔존하는지를 확인할 수 있다(S130). 제어부(140)는 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 크면 구동모터 제동제어를 활성화할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험 잔존 여부에 따라 앞서 산출된 요구 감속량을 조정할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험 잔존 여부 및 차속에 따라 모터 제동제어 게인 k1을 가변 설정할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는 경우 제1 제동제어 게인을 모터 제동제어 게인으로 설정하고, 충돌 위험이 잔존하지 않는 경우 제2 제동제어 게인을 모터 제동제어 게인으로 설정할 수 있다.
제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는 경우, 제1 제동제어 게인에 기반하여 구동모터 제동제어를 수행할 수 있다(S135). 제어부(140)는 조정된 요구 감속량을 토대로 요구 제동량을 연산할 수 있다. 제어부(140)는 제1 제동제어 게인 및 전륜 슬립각을 이용하여 모터 토크를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 산출된 모터 토크(요구 제동량)에 근거하여 구동모터(130)를 제어할 수 있다.
제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하지 않는 경우, 제2 제동제어 게인에 기반하여 구동모터 제동제어를 수행할 수 있다(S140). 제어부(140)는 앞서 산출된 요구 감속량을 기반으로 요구 제동량을 산출할 수 있다. 제어부(140)는 제2 제동제어 게인 및 전륜 슬립각을 이용하여 모터 토크를 산출하고 산출된 모터 토크(요구 제동량)에 기반하여 구동모터(130)을 제어할 수 있다.
제어부(140)는 차량 상태가 조종안정성 제어 종료 시점인지를 결정할 수 있다(S150). 제어부(140)는 충돌 위험이 사라지고 차량이 안정화되면 조종안정성 제어 종료 시점으로 판단하여 조종안정성 제어를 종료할 수 있다.
S110에서, 조종안정성 제어 개시가 결정되지 않은 경우, 또는 S115에서, 운전자의 조향이 감지되지 않는 경우, 제어부(140)는 제동 장치를 이용하여 브레이크 제어를 수행할 수 있다(S160). 제어부(140)는 충돌 상황에 따라 FCA(Forward Collision-Avoidance Assist) 제어 및/또는 AEB(Adaptive Emergency Brake) 제어를 수행할 수 있다.
S125에서, 전륜 슬립각이 후륜 슬립각 보다 작은 경우, 제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는지를 확인할 수 있다(S170). 제어부(140)는 후륜 슬립각이 전륜 슬립각 보다 크면 구동모터 구동제어를 활성화할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 차량 외부 정보에 기반하여 현재 충돌 위험 잔존 여부를 결정할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는 경우, 앞서 산출된 요구 가속량을 조정할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험 잔존 여부 및 차속에 근거하여 모터 구동제어 게인 k2를 가변 설정할 수 있다. 제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는 경우 제1 구동제어 게인을 모터 구동제어 게인으로 설정하고, 충돌 위험이 잔존하지 않는 경우 제2 구동제어 게인을 모터 구동제어 게인으로 설정할 수 있다.
제어부(140)는 충돌 위험이 잔존하는 경우, 제1 구동제어 게인에 기반하여 구동모터 구동제어를 수행할 수 있다(S175). 제어부(140)는 조정된 요구 가속량을 기반으로 요구 구동량을 산출할 수 있다. 제어부(140)는 제1 구동제어 게인 및 후륜 슬립각을 이용하여 모터 토크를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 산출된 모터 토크(요구 구동량)에 근거하여 구동모터(130)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(140)는 S170에서 충돌 위험이 잔존하지 않는 경우, 제2 구동제어 게인에 기반하여 구동모터 구동제어를 수행할 수 있다(S180). 제어부(140)는 앞서 산출된 요구 가속량을 기반으로 요구 구동량을 산출할 수 있다. 제어부(140)는 제2 구동제어 게인 및 후륜 슬립각을 이용하여 모터 토크를 산출할 수 있다. 제어부(140)는 산출된 모터 토크(요구 구동량)에 근거하여 구동모터(130)의 동작을 제어할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터 제어에 따른 요레이트 및 횡슬립각 변화를 도시한 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동모터 제어에 따른 횡거리 변화를 도시한 그래프이다.
충돌 상황에서 운전자 회피 조타 시 구동모터 제어를 통해 충돌 회피하는 경우 구동모터 제어 없이 충돌 회피하는 경우와 대비하여 충돌 회피 성능 및 차량 안정성이 개선됨을 확인할 수 있다. 도 5a를 참조하면, 구동모터 제어 오프에 대비하여 선회 초기에는 요레이트가 증가하며 횡슬립각이 감소하고, 선회 후기에는 요레이트가 감소하며 횡슬립각이 감소한다.
도 5b 및 [표 1]를 참조하면, 선회 초기에 요레이트가 증가하며 횡슬립각이 감소함에따라 운전자 회피 조타 시 회피거리가 증가함 즉, 충돌 회피 성능이 개선됨을 확인할 수 있다. 또한, 선회 후기에 요레이트가 감소하며 횡슬립각이 감소하므로 충돌 회피 후 차량 안정성이 향상됨을 확인할 수 있다.
80KPH 3.5m 회피 회피거리 요레이트 횡슬립각
제어 오프 대비 7cm 증가 3% 증가
(19.16→19.77)		 21.8% 감소
(-11.85→-9.26)
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량제어방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 6을 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 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들과 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(1100) 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서(1100) 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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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. 차량 거동을 위한 동력을 제공하는 구동모터;
    상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 센서부; 및
    상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 충돌 상황에서 운전자의 회피 조타를 감지하면 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하고 추정된 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 기반으로 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하는 차량제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    레이더 및 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 외부 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    휠속 센서, 횡가속도 센서, 요레이트 센서, 조향각 센서 및 운전자 조향토크 센서 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 내부 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전륜 슬립각, 상기 후륜 슬립각 및 차속에 기반하여 요구 가속량 또는 요구 감속량을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 외부 정보를 기반으로 충돌위험이 잔존하는지 여부에 따라 상기 요구 가속량 또는 상기 요구 감속량를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는,
    차속 및 충돌위험 잔존여부에 기반하여 모터 제동제어 게인 및 모터 구동제어 게인을 가변 설정하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 후륜 슬립각 및 상기 모터 구동제어 게인을 이용하여 요구 구동량을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전륜 슬립각 및 상기 모터 제동제어 게인을 이용하여 요구 제동량을 연산하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전륜 슬립각이 상기 후륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용하여 제동 제어하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 후륜 슬립각이 상기 전륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용하여 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 차량제어장치.
  11. 차량에 탑재되는 센서들을 이용하여 상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 단계;
    상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 충돌 상황에서 운전자의 회피 조타를 감지하는 단계;
    상기 외부 정보 및 상기 내부 정보를 기반으로 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계; 및
    상기 전륜 슬립각 및 상기 후륜 슬립각을 기반으로 구동모터를 제어하는 단계를 포함하는 차량제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 차량의 외부 정보 및 내부 정보를 획득하는 단계는,
    레이더 및 카메라 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 외부 정보를 획득하는 단계; 및
    휠속 센서, 횡가속도 센서, 요레이트 센서, 조향각 센서 및 운전자 조향토크 센서 중 적어도 하나 이상을 이용하여 상기 내부 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는,
    상기 전륜 슬립각, 상기 후륜 슬립각 및 차속에 기반하여 요구 가속량 및 요구 감속량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는,
    상기 외부 정보를 기반으로 충돌위험이 잔존하는지 여부에 따라 상기 요구 가속량 및 상기 요구 감속량을 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는,
    상기 차속 및 상기 충돌위험 잔존여부에 기반하여 모터 제동제어 게인 및 모터 구동제어 게인을 가변 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는,
    상기 후륜 슬립각 및 상기 모터 구동제어 게인을 이용하여 요구 구동량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 전륜 슬립각 및 후륜 슬립각을 추정하는 단계는,
    상기 전륜 슬립각 및 상기 모터 제동제어 게인을 이용하여 요구 제동량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 구동모터를 제어하는 단계는,
    상기 전륜 슬립각이 상기 후륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용한 제동제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 구동모터를 제어하는 단계는,
    상기 후륜 슬립각이 상기 전륜 슬립각 보다 큰 경우, 상기 구동모터를 이용한 구동제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 충돌 상황에서 상기 운전자의 회피 조타가 감지되지 않는 경우, 제동장치를 이용한 제동제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량제어방법.
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