KR20230023080A - 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법에 관한 것으로, 자율주행 중에 인가되는 조향각지령치와 기 저장된 조향각지령치의 누적데이터로부터 추정된 조향각추정치를 비교하여 조향각지령치의 이상 여부를 판단하고, 조향각지령치가 오류인 경우에도 주행상황에 따라 별도의 조향각을 산출하여 자동차를 제어함으로써, 차량이 정차하지 않고 주행을 유지할 수 있고, 사고의 발생을 방지하고 차량의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법{POWER STEERING APPARATUS AND METHOD FOR AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명은 자율 주행을 위한 조향각과 데이터를 바탕으로 연산된 조향각을 비교하여 차량의 주행방향을 결정하는 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법에 관한 것이다.
자율주행 자동차는 운전자의 개입 없이 주변 환경을 인식하고, 주행 상황을 판단하여 차량을 제어함으로써 스스로 주어진 목적지까지 주행하는 자동차이다.
도로는 직선도로뿐만 아니라 곡선도로 회전형도로가 존재하고, 내리막길 또는 오르막길이 존재하므로, 자동차는 자율 주행을 위하여 도로의 상태를 확인하여 주행할 필요가 있다.
또한, 자동차는 도로를 단독 주행하는 것이 아니므로, 주변의 차량의 위치를 파악하고, 주변 차량의 위치 변화에 따라 차량 간의 충돌을 방지하면서 주행을 제어할 필요가 있다.
이러한 자동차는 획득되는 정보를 바탕으로 조향각의 제어함으로써 주행방향을 제어하며 자율주행을 수행한다.
이러한 자율주행 자동차는 아직까지는 인간이 정상적으로 운전하는 것처럼 완벽하지 않아, 부분적으로 돌발상황이 발생할 수 있다.
또한, 카메라 센서 전원이 불안정하여 입력이 일정 시간 동안 들어오지 않을 수도 있고 레이저 센서 표면에 나뭇잎 등의 물체가 붙어서 정보 취득에 실패할 수도 있다.
자동차는 자율 주행에 따른 조향각을 산출하여 제어하는데, 위와 같이 센서의 이상 또는 오감지에 의해 잘못된 정보가 입력되거나 연산에 오차가 발생하는 경우 잘못된 조향각으로 차량을 제어하는 경우가 발생한다. 이 경우 자동차는 급정지, 급회전 등으로 인하여 주행 중 정차하거나 급회전하면서 다른 차량과 충돌할 수 있고, 경우에 따라 차량이 전복되는 등의 사고가 발생할 수 있다.
종래에는 이와 같이 자율 주행이 불가능하거나 주행 중 문제가 발생하는 경우, 운전자가 주행을 제어하도록 모드를 전환한다.
대한민국 공개특허 제2019-0076178호에는 자율주행모드에서 조향모터를 통해 자동차를 제어하면서, 반력모터를 구비하여 조향휠에 반력을 발생시켜 조향휠의 조작이 용이하게 하고, 운전자의 조향의지를 확인하여 그에 반하는 동작 시 자율주행모드를 오프하여 조향휠의 각도를 조절하여 조향휠의 조작이 용이하도록 하는 구성이 개시되어 있다.
이러한 종래기술은 자율주행모드에서의 조향을 보조하면서 자율주행모드의 온오프에 따른 이질감을 해소하는데 그 목적이 있고, 자율 주행의 문제를 해소하는 데에는 한계가 있다.
그 외 종래기술은 자율주행 모듈에서 이상 지령 조향각 신호를 MDPS나 EPS에 인가할 경우 이를 이전 지령조향각 값으로 제한만 하는 정도에 불과하였다.
그에 따라 자동차는 자율주행에 따른 조향각이 정상적인 값인지 여부를 판단하고 이상이 있는 경우 이를 판단하여 자동차가 정상적으로 주행하도록 제어할 필요가 있다.
대한민국 공개특허 제 2019-0076178호
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 자율주행 중에 인가되는 조향각지령치의 이상여부를 판단하여 주행 상태를 지속적으로 감시하고, 자동차가 정상적으로 자율주행하도록 제어하는 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치는, 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 및 카메라 중 적어도 하나를 포함하여 도로정보를 수집하는 센서부; 도로정보를 기반으로 주행방향을 변경하는 조향각지령치를 산출하는 자율주행부; 누적된 조향각지령치를 바탕으로 조향각을 예측하여 조향각추정치를 산출하는 조향각연산부; 및 상기 조향각지령치가 정상값인지 여부를 판단하고, 상기 조향각지령치 및 상기 조향각추정치 중 어느 하나에 대응하여 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 주행제어부; 를 포함한다.
상기 조향각연산부는 상기 조향각지령치의 누적데이터로부터 랜덤으로 샘플을 추출하고, 추출된 샘플을 기초로 조향각을 제어하기 위한 연산식을 산출하며, 상기 연산식에 소저의 상수 t를 가산하고, 상기 t를 감산하여 두개의 기준선을 설정하고, 상기 기준선 사이의 영역을 데이터추출을 위한 범위로 설정하고, 상기 범위에 대응하는 데이터의 개수를 산출하며, 샘플 추출부터 데이터 개수 산출까지의 동작을 반복하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 조향각연산부는 일정값의 데이터 개수가 반복하여 산출되면, 데이터 개수에 대한 확률분포를 산출하여 상기 최종연산식을 설정하여 상기 조향각추정치를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 조향각연산부는 차속이 낮을 경우 상기 t를 높게 설정하고 차속이 높을수록 상기 t를 좁게 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 주행제어부는 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치를 비교하여, 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치가 동일하거나 그 차이가 오차범위에 포함되는 경우 상기 조향각지령치를 정상으로 판단하고, 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치의 차이가 상기 오차범위를 벗어나는 경우, 오류로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 주행제어부는 상기 조향각지령치가 정상인 경우 상기 조향각지령치에 따라 상기 조향모터를 제어하고, 상기 조향각지령치가 오류인 경우, 상기 조향각추정치에 따라 상기 조향모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 제어방법은 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 및 카메라 중 적어도 하나를 포함하여 도로정보를 수집하는 단계; 상기 도로정보를 기반으로 주행방향을 변경하는 조향각지령치를 산출하는 단계; 상기 조향각지령치에 대한 누적데이터를 바탕으로 조향각을 예측하여 조향각추정치를 산출하는 단계; 상기 조향각지령치가 정상인지 여부를 판단하는 단계; 판단결과에 따라 상기 조향각지령치 및 상기 조향각추정치 중 어느 하나에 대응하여 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 단계; 를 포함한다.
상기 조향각추정치를 산출하는 단계는, 상기 누적데이터로부터 샘플을 추출하여 연산식을 추정하는 단계; 상기 연산식을 기준으로 소정의 상수 t를 가산하고, 또한 상기 t를 감산하여 나타나는 두개의 기준선에 대응하여 두 기준선 사이의 영역을 데이터 추출을 위한 범위로 설정하는 단계; 상기 범위에 포함되는 데이터의 개수를 산출하는 단계; 상기 데이터의 개수가 일정값에 도달하기까지 반복하는 단계; 상기 데이터의 개수가 일정값에 도달하면 최종연산식을 산출하는 단계; 및 상기 최종연산식을 바탕으로 상기 조향각추정치를 산출하는 단계; 를 포함한다.
상기 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 단계는, 상기 조향각지령치가 정상인 경우 상기 조향각지령치에 따라 상기 조향모터를 제어하고, 상기 조향각지령치가 오류인 경우, 상기 조향각추정치에 따라 상기 조향모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 측면에 따르면, 본 발명의 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법 은 자율주행 중에 인가되는 조향각지령치의 이상여부를 감시하여, 조향각지령치가 잘못 인가되더라도 주행상황에 따라 별도의 조향각을 산출하여 자동차를 제어함으로써, 차량이 정차하지 않고 주행을 유지할 수 있다.
본 발명의 자율 주행을 위한 전동식 조향장치 및 그 방법은 자율주행 중 이상을 감지함으로써, 사고의 발생을 방지하고 차량의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 신호흐름이 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 자동차 주행방향을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 조향각 추정방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 조향각을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
전동식 조향장치는 조향모터를 구동하여 스티어링휠(미도시)의 동작에 따른 신호를 인가하여 차량의 주행방향을 제어하는 것으로, 운전자가 스티어링 휠을 조작하는 경우 스티어링 휠의 조작을 보조하고, 자율주행모드가 설정되면, 자율주행부로부터 인가되는 조향각지령치에 대응하여 모터를 구동함으로써 차량의 주행방향을 제어한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전동식 조향장치는 자율주행부(110), 주행제어부(130), 조향각연산부(150), 센서부(140)를 포함한다.
전동식 조향장치는 통신부(170)를 통해 외부의 데이터베이스(DB)(200) 또는 도로정보를 제공하는 외부 서버와 통신하며, 데이터부(120)에 저장되는 데이터를 바탕으로 자동차(100)가 자율 주행하도록 제어한다. 또한, 전동식 조향장치는 자동차의 동작 전반을 제어하는 메인제어부(미도시)와 연결되어 동작한다.
센서부(140)는 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 또는 카메라(미도시)를 포함하여 도로정보를 수집한다.
또한, 센서부(140)는 복수의 센서를 포함하여, 차량 주변의 객체의 존재 여부를 감지하고, 감지된 객체와의 거리를 측정한다. 또한 센서부(140)는 차량의 속도를 측정한다.
센서부(140)는 각 센서가 자동차에 구비되거나, 전동식 조향장치에 각각 설치될 수 있다.
자율주행부(110)는 라이다, 레이더 또는 카메라를 통해 입력되는 데이터를 분석하여 도로정보를 획득하고, 자동차의 주변 환경을 인식한다.
자율주행부(110)는 센서부(140)를 통해 획득된 데이터를 바탕으로 목적지까지의 경로에 따라 주행방향을 제어한다.
또한, 자율주행부(110)는 센서부(140)로부터 입력되는 신호를 바탕으로 주변의 객체에 대한 정보를 획득한다.
자율주행부(110)는 자동차(100)의 주행방향을 변경하는 조향각지령치를 산출하여 주행제어부(130)로 인가한다. 조향각지령치는 조향모터의 동작을 제어하기 위한 신호이다.
자율주행부의 이러한 제어방식은 이미 알려진 다양한 방식을 이용하여 수행될 수 있으므로 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.
조향각연산부(150)는 데이터부(120)에 누적하여 저장되는 조향각지령치를 바탕으로 조향각을 추정하여, 조향각추정치를 산출한다.
조향각연산부(150)는 데이터부(120)에 누적된 복수의 조향각지령치에 대하여 복수의 샘플을 추출하고 샘플값을 바탕으로 연산식을 추정한다. 조향각연산부(150)는 추정된 연산식을 기준으로 소정 범위를 설정하여 추정된 연산식과 설정된 범위를 만족하는 데이터를 추출하여, 데이터의 개수가 일정값에 도달하기 까지 샘플추출과정을 반복하고, 반복된 결과에 대한 확률분포를 산출하여 연산식을 최종 결정하고, 결정된 연산식을 바탕으로 조향각추정치를 산출한다.
주행제어부(130)는 조향모터(미도시)를 구동하여 조향각을 제어함으로써, 차량의 주행방향을 결정한다.
주행제어부(130)는 자율주행부(110)로부터 입력되는 조향각지령치를 바탕으로 조향모터를 구동하여 차량의 주행을 제어한다. 그에 따라 운전자의 개입 없이도 자동차(100)가 목적지까지 주행하도록 제어한다.
주행제어부(130)는 센서부(140)로부터 입력되는 신호를 바탕으로 주변의 객체에 대한 정보를 획득하여 누적하고, 자율주행부(110)에 의해 인가되는 조향각지령치를 데이터부(120)에 누적하여 저장한다.
주행제어부(130)는 조향각연산부(150)를 제어하여 데이터부(120)에 저장된 데이터를 근거로 조향각추정치가 산출되면, 자율주행부(110)로부터 인가되는 조향각지령치와 비교하여 주행 상태를 판단하고, 이상을 감지한다.
주행제어부(130)는 자율주행부(110)에 의해 입력되는 조향각지령치를 우선하여 차량을 제어하되, 조향각지령치를 조향각추정치와 비교하여 이상을 검출한다.
주행제어부(130)는 조향각지령치와 조향각추정치가 설정된 오차범위 내에서 일치하면, 조향각지령치가 정상인 것으로 판단하고, 조향각지령치와 조향각추정치가 일정값 이상 차이가 있는 경우 이상이 발생한 것으로, 오류로 판단한다.
또한, 주행제어부(130)는 오류 발생에 따른 경고를 출력한다. 주행제어부(130)는 오류 발생 횟수를 누적하고, 설정횟수에 도달하는 경우 자동차를 점검하도록 경고를 출력할 수 있다.
주행제어부(130)는 조향각의 이상 발생 시, 자율주행부의 조향각지령치 외에 조향각연산부(150)로부터 산출된 조향각을 바탕으로 차량의 주행을 제어한다.
주행제어부(130)는 조향각지령치 또는 조향각추정치, 그리고 주행정보에 기초하여 결정된 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 조향모터에 공급하고, 조향모터의 회전 및 회전 감속을 통해 조타력을 위한 힘을 발생시킨다.
또한, 주행제어부(130)는 차량의 속도를 제어하고, 브레이크 시스템(미도시)을 통해 차량이 정차하도록 한다.
데이터부(120)는 차량 제어를 위한 제어데이터와, 센서부(140)를 통해 감지되는 데이터, 통신부(170)를 통해 송수신되는 데이터를 저장한다.
또한, 데이터부(120)는 자율주행부(110)에 의해 인가되는 조향각지령치를 누적하여 저장한다.
통신부(170)는 복수의 통신모듈을 포함하여, 차량 내부의 데이터 송수신을 위한 CAN통신은 물론, 블루투스 등의 근거리 통신, 외부 서버 등과의 연결을 위한 무선 통신을 수행한다.
통신부(170)는 차량 내에서 일정거리 내의 대상물과 블루투스로 연결되어 상호 통신하고, 외부의 서버로부터 교통정보, 도로정보, 날씨정보, 도로 주변정보 등을 수신한다.
또한, 전동식 조향장치는 조향축(steering shaft)(미도시), 조향축에 결합되어 있는 MDPS 축상의 웜휠(worm wheel)(미도시)과, 상기 웜휠에 치합되어 결합된 웜축(worm shaft)(미도시)를 포함하고, 조향모터에 연결된 웜축이 MDPS 축의 웜휠(worm wheel)을 회전시켜 조타력을 보조한다.
전동식 조향장치는 그 동작방식에 따라 다양한 형태가 적용될 수 있음을 명시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 신호흐름이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자율주행부(110)는 라이다 또는 카메라를 통해 입력되는 데이터와 차량의 속도, 도로정보, 센서부로부터 측정되는 센서정보 중 적어도 하나를 바탕으로(S11) 주행방향을 설정하고 그에 대한 조향각지령치를 산출한다(S12).
자율주행부(110)는 조향각지령치를 주행제어부(130)로 인가한다.
주행제어부(130)는 조향각지령치를 데이터부(120)에 누적하여 저장한다.
조향각연산부(150)는 데이터부(120)에 누적하여 저장된 조향각지령치에 대한 샘플을 랜덤으로 복수개 추출한다(S13). 조향각연산부(150)는 데이터부(120)에 일정 개수 이상의 조향각지령치가 누적되면, 샘플을 추출한다. 조향각연산부(150)는 데이터의 정확도를 위하여, 샘플은 적어도 3개 이상을 추출하는 것이 바람직하다.
조향각연산부(150)는 추출된 샘플을 분석한다(S15).
조향각연산부(150)는 추출된 샘플을 바탕으로 조향각을 산출하기 위한 연산식을 추정한다. 조향각지령치는 자율주행부게의해 산출된 지시값이므로, 결과값인 조향각지령치로부터 역으로 조향각제어를 위한 연산식을 추정할 수 있다.
또한, 조향각연산부(150)는 추정된 연산식을 기반으로, 일정 범위 내에 포함되는 데이터를 데이터부(120)로부터 추출하다. 조향각연산부(150)는 연산식에 대하여, 플러스t(+t), 마이너스t(-t)에 해당하는 범위를 한계값(Threshold)을 설정하고 그 범위 내에 포함되는 데이터의 개수를 산출한다.
조향각연산부(150)는 초기 산출된 연산식에 플러스t, 마이너스t를 설정하는데 있어서, 차량의 속도가 일정 속도 이상인 경우, 단기간에 큰 조향각을 크게 설정할 수 없고, 조향각속도가 클수록 지령조향각의 변동 범위가 증가하므로, 이를 바탕으로 t값을 설정할 수 있다. 조향각연산부(150)는 차속이 낮을 경우 t값을 높게 설정하고, 차속이 높을수록 t값을 좁게 설정한다.
조향각연산부(150)는 지정됨 범위 내에 포함되는 데이터의 누적 개수가 일정값에 도달하기 까지, 샘플을 추출하고 데이터 추출하는 것을 반복한다. 이때 t 범위에 해당하는 데이터의 개수와 데이터 개수별 확률분포에 따라 조향각추정치의 정확도가 변경될 수 있다.
조향각연산부(150)는 고속 주행 시에는 계수를 낮게 설정하고, 추가적인 동역학에 의한 차량의 롤오버(Roll-over)발생 기준 이하의 조향각추정치를 산출 할 수 있도록 범위를 가변 조절할 수 있다.
조향각연산부(150)는 범위 내의 데이터의 개수가 일정값에 도달하면, 데이터를 바탕으로 연산식을 새로 도출하여 최종 연산식으로 설정한다.
조향각연산부(150)는 분석결과를 바탕으로, 최종 연산식으로부터 조향각제어를 위한 조향각추정치를 산출한다(S16).
주행제어부(130)는 자율주행부(110)의 조향각지령치와, 조향각연산부(150)의 조향각추정치를 각각 입력받아 비교한다(S17).
주행제어부(130)는 조향각지령치와 조향각추정치를 비교하여 그 차이를 연산하고, 조향각지령치의 이상 여부를 판단한다(S17).
주행제어부(130)는 조향각지령치와 조향각추정치의 차이가 일정 오차범위 내에 포함되면 두 데이터의 값이 동일한 것으로 보고 정상으로 판단한다. 한편, 주행제어부(130)는 조향각지령치와 조향각추정치의 차이가 오차범위를 벗어나는 경우 잘못된 조향각지령치로 보고 오류로 판단한다.
또한, 주행제어부(130)는 자율주행부의 조향각지령치에 문제가 있는 경우 이상이 발생한 것으로 판단한다.
예를 들어 주행제어부(130)는 차속이 높은 상태에서도 급 조타를 하거나 과도 조타하도록 조향각지령치가 설정되어 롤오버(Roll-over)가 발생 할 수도 있는 경우, 오류로 판단한다.
주행제어부(130)는 조향각지령치가 정상인 경우, 현재 조향각을 확인한 후 조향각지령치에 따라 조향모터(180)를 제어하여(S18), 차량의 주행방향을 제어한다.
주행제어부(130)는 잘못된 조향각지령치에 의해 오류로 판단되면, 조향각지령치를 무시하고 조향각연산부(150)에 의해 산출된 조향각추정치를 바탕으로 조향모터(180)를 제어한다.
따라서, 주행제어부(130)는 조향각지령치와 별도로 누적된 데이터를 근거로 조향각추정치를 생성하여 비교함으로써, 자율주행부의 상태를 감시하고, 조향각지령치에 문제가 있더라도 조향각추정치를 통해 차량을 제어할 수 있다.
주행제어부(130)는 롤오버 등이 발생할 수 있는 상황에서도 조향각추정치를 이용하여 이를 보정할 수 있고, 저속에서 차량 주행 경로에 큰 영향을 주지 않는 좌우 이상 조타에 대해서도 보정을 할 수 있다.
주행제어부(130)는 이상 판단 시, 잘못된 조향각지령치를 피드백(S19)하여 자율주행부(110)가 이상을 개선하도록 한다. 또한, 주행제어부(130)는 잘못된 조향각지령치를 별도로 저장하고 잘못된 조향각지령치에 대한 기록을 생성하여 데이터부(120)에 저장한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 자동차 주행방향을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전동식 조향장치는 도로를 주행하는 동안, 도로, 도로 양측에 설치된 가드레일(G1, G2), 그리고 중앙선(G3)을 카메라 또는 라이다를 통해 인식하고 차량의 이동경로(P)를 설정하여 주행을 제어한다.
자율주행부(110)는 곡선도로를 감지하고, 제 1 지점(P1)부터 조향각을 변경하도록 조향각지령치를 산출할 수 있다.
자율주행부(110)는 도로의 중앙선(G3)과 우측 가드레일(G1) 사이로 차량이 주행하도록 차량의 우측 또는 좌측을 기준으로 중앙선과 자동차의 거리 또는 가드레일과 자동차의 거리(d11)를 측정하여 도로의 중심 라인을 따라 이동하도록 조향각지령치를 산출할 수 있다.
자율주행부(110)는 자동차가 제 1 방향(D1)으로 주행하는 중에, 제 1 지점(P1)에서 곡선 도로에 대응하여 제 2 방향(D2) 조향각을 변경하는 조향각지령치를 주행제어부(130)로 인가한다. 주행제어부(130)는 제 2 방향에 조향각지령치에 따라 조향모터를 구동하여 휠의 방향을 변경함으로써 주행방향을 변경한다. 또한, 제 2 지점(P2)에서 자율주행부(110)는 제 3 방향(D3)으로의 조향각지령치를 주행제어부(130)로 인가할다.
한편, 주행제어부(130)는 주행 중에, 제 2 방향, 제 3 방향으로의 조향각지령치가 인가되는 중, 수초 내에 조향각을 180도 이상 변경하는 조향각지령치가 인가되는 등, 법규 이상의 횡가속도를 상회하거나 또는 롤-오버를 유발시킬 가능성이 있는 경우 오류로 판단할 수 있다.
또한, 주행제어부(130)는 조향각지령치와 조향각추정치를 비교하여 그 차이가 큰 경우 해당 조향각지령치가 오류인 것으로 판단한다.
주행제어부(130)는 조향각지령치에 이상이 있는 것으로 판단되면, 조향각추정치를 이용하여 주행방향을 제어한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 조향각 추정방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 조향각연산부(150)는 랜덤으로 추출된 샘플로부터 연산식을 추정한다.
예를 들어, 조향각연산부(150)는 2개 또는 3개의 샘플을 연결하는 직선의 방정식 y-ax+b 를 추정할 수 있다. 이는 설명의 편의를 위한 예시로 2차 방정식 또한 산출 가능하다.
조향각연산부(150)는 샘플을 연결하는 선의 기울기를 a로 하고, y가 0일 때 나타나는 값을 b로 하여 연산식을 추정한다.
조향각연산부(150)는 추정된 연산식에 대하서, 차속 등을 고려하여 설정되는 t값으로 범위를 설정한다.
조향각연산부(150)는 연산식에 t를 가산한 y=ax+b+t와, t를 감산한 y=ax+b-t를 기준선으로 설정하고, 두개의 기준선 사이의 영역을 데이터를 추출할 범위(A)로 설정한다.
조향각연산부(150)는 설정된 범위(A)에 해당하는 조향각지령치에 대한 데이터를 데이터부(120)로부터 추출하고, 데이터의 개수를 산출한다.
조향각연산부(150)는 샘플을 추출하여 연산식을 추정하고, 위와 같이 범위를 설정하여, 해당 범위를 만족하는 데이의 개수를 산출하는 것을 반복한다.
샘플에 따라 산출되는 연산식이 상이하게 나타나고, 이를 반복하는 과정에서 데이터의 개수 또한 상이하게 산출된다. 조향각연산부(150)는 이를 반복하여, 도출되는 데이터의 개수가 일정값에 도달하거나, 각 샘플에서 도출되는 특정 데이터 개수의 분포를 통해 가장 많이 나타나는 데이터의 개수를 기준으로 설정할 수 있다.
조향각연산부(150)는 일정값의 데이터개수가 소정 횟수 반복하여 나타나면, 해당 데이터에 대한 연산식의 확률분포를 산출하고, 가장 높은 빈도, 또는 가장높은 확률에 대한 연산식을 최종 연산식으로 설정한다.
조향각연산부(150)는 최종 연산식으로부터 조향각추정치를 산출한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 조향각을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 주행제어부(130)는 조향각지령치(L1)와 조향각추정치(L2)를 비교하고, 그 차이가 일정값 이내인 경우에는 정상으로 판단하고, 그 차이가 일정값 이상이면 잘못된 조향각지령치로, 오류로 판단할 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 주행제어부(130)는 조향각추정치(L4)가 일정한 값을 유지하는 상황에서, 조향각지령치(L3)가 조향각추정치보다 크거나 작은 것을 반복하는 경우, 이상이 있는 것으로 판단한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 전동식 조향장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전동식 조향장치의 자율주행부(110)는 카메라 또는 라이다 센서를 통해 도로정보를 수집한다(S310). 또한 자율주행부(110)는 센서부(140)를 통해 차량의 속도, 주변의 객체에 대한 정보를 획득하고, 경우에 따라 통신부를 통해 도로상황 등에 대한 정보를 수신할 수 있다.
자율주행부(110)는 수집된 정보를 바탕으로 차량의 자율주행을 위한 조향각지령치를 산출하여 주행제어부(130)로 인가한다(S320).
조향각지령치는 데이터부(120)에 누적하여 저장된다(S330).
조향각연산부(150)는 데이터부(120)에 누적된 조향각지령치를 바탕으로, 현재의 주행상태, 즉 차량의 속도와 조향각속도를 기반으로 샘플을 복수개 추출한다(S340).
조향각연산부(150)는 샘플을 바탕으로 조향각에 대한 연산식을 추정한다(S350).
조향각연산부(150)는 추정된 연산식을 바탕으로 일정 범위내의 데이터를 데이터부(120)로부터 추출한다(S360).
조향각연산부(150)는 연산식을 기준으로 플러스t, 마이너스t에 대한 범위를 설정하여 해당 범위에 속하는 데이터를 추출한다. 조향각연산부(150)는 차속이 낮을 경우 t값을 높게 설정하고 높을수록 t값을 좁게 설정한다.
조향각연산부(150)는 추출된 데이터의 개수를 산출하고, 이를 바탕으로 확률에 따라 조향각에 대한 연산식을 산출한다(S370).
조향각연산부(150)는 연산식을 바탕으로 조향각추정치를 산출한다(S380).
즉, 조향각연산부(150)는 기존에 생성된 조향각지령치를 누적하여 저장한 후, 조향각지령치에 대한 샘플을 랜덤으로 추출한 후 주행상태에 대응하는 범위를 설정하고, 범위에 속하는 데이터들을 분석하고, 확률을 기반으로 조향각을 추정한다. 조향각연산부(150)는 기존의 조향각지령치를 기반으로, 현재의 주행상태에서 주행방향을 제어하기 위한 조향각에 대한 확률을 기반으로 다음의 조향각을 예측한다.
주행제어부(130)는 예측값인 조향각추정치와 자율주행부의 조향각지령치를 비교하고 오차범위 내에서 동일한지 여부를 판단한다(S390).
주행제어부(130)는 조향각추정치와 조향각지령치가 동일한 경우, 조향각추정치와 조향각지령치가 상이하나 그 차이가 오차범위 내에 포함되는 경우, 동일한 값으로 판단하고, 조향각지령치가 정상인 것으로 판단한다.
주행제어부(130)는 조향각추정치와 조향각지령치가 상이한 경우 차이를 연산하고(S400), 차이가 오차범위에 포함되는지 여부를 판단한다(S410).
주행제어부(130)는 조향각추정치와 조향각지령치의 차이가 오차범위에 포함되는 경우 정상 지령치로 판단하고, 오차범위를 벗어나는 경우 오류로 판단한다.
또한, 주행제어부(130)는 조향각지령치가 롤오버를 발생시킬 수 있는 수치이거나 단기간에 조향각의 변화가 큰 경우 잘못된 지령치로써 오류로 판단할 수 있다.
주행제어부(130)는 정상인 경우 현재의 조향각을 산출하고(S440), 조향각지령치에 따라 조향모터를 구동하여 주행방향을 제어한다(S450).
한편, 주행제어부(130)는 오차범위를 벗어나는 경우, 조향각추정치에 따라 제어하도록 설정하고(S420), 잘못된 조향각지령치에 대한 데이터를 오류로 저장한다(S430).
또한, 주행제어부(130)는 오류 발생에 따른 경고를 출력한다. 주행제어부(130)는 오류 발생 횟수를 누적하고, 설정횟수에 도달하는 경우 자동차를 점검하도록 경고를 출력할 수 있다.
주행제어부(130)는 현재의 조향각을 산출하고(S440), 조향각추정치에 따라 조향모터를 구동하여 주행방향을 제어한다(S450).
주행제어부(130)는 주행방향 제어에 따른 결과를 자율주행부(110)로 피드백하고(S460), 주행을 유지한다(S470).
따라서 본 발명은 자율주행 중에, 인가되는 조향각지령치가 정상인지 지속적으로 감시하고, 잘못된 지령치가 인가되는 경우, 기존의 데이터를 바탕으로 산출되는 조향각추정치를 이용하여 주행방향을 제어하여 자율주행을 유지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
100: 자동차 200: 데이터베이스
110: 자율주행부 120: 데이터부
130: 주행제어부 140: 센서부
150: 조향각연산부 180: 조향모터

Claims (14)

  1. 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 및 카메라 중 적어도 하나를 포함하여 도로정보를 수집하는 센서부;
    도로정보를 기반으로 주행방향을 변경하는 조향각지령치를 산출하는 자율주행부;
    누적된 조향각지령치를 바탕으로 조향각을 예측하여 조향각추정치를 산출하는 조향각연산부; 및
    상기 조향각지령치가 정상값인지 여부를 판단하고, 상기 조향각지령치 및 상기 조향각추정치 중 어느 하나에 대응하여 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 주행제어부; 를 포함하는 전동식 조향장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향각연산부는 상기 조향각지령치의 누적데이터로부터 랜덤으로 샘플을 추출하고 추출된 샘플을 기초로, 조향각을 제어하기 위한 연산식을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조향각연산부는 상기 연산식에 소정의 상수 t를 가산하고 상기 t를 감산하여 두개의 기준선을 설정하고, 상기 기준선 사이의 영역을 데이터추출을 위한 범위로 설정하고, 상기 범위에 대응하는 데이터의 개수를 산출하며, 샘플 추출부터 데이터 개수 산출까지를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 조향각연산부는 일정값의 데이터 개수가 반복하여 산출되면, 데이터 개수에 대한 확률분포를 산출하여 최종연산식을 설정하여 상기 조향각추정치를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 조향각연산부는 차속이 낮을 경우 상기 t를 높게 설정하고 차속이 높을수록 상기 t를 좁게 설정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주행제어부는 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치를 비교하여, 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치가 동일하거나 그 차이가 오차범위에 포함되는 경우 상기 조향각지령치를 정상으로 판단하고,
    상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치의 차이가 오차범위를 벗어나는 경우, 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주행제어부는 상기 조향각지령치가 지정된 수치 이상의 횡가속도를 상회하거나 또는 롤오버를 유발시키는 값인 경우 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주행제어부는 상기 조향각지령치가 정상인 경우 상기 조향각지령치에 따라 상기 조향모터를 제어하고,
    상기 조향각지령치가 오류인 경우, 상기 조향각추정치에 따라 상기 조향모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  9. 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 및 카메라 중 적어도 하나를 포함하여 도로정보를 수집하는 단계;
    상기 도로정보를 기반으로 주행방향을 변경하는 조향각지령치를 산출하는 단계;
    상기 조향각지령치에 대한 누적데이터를 바탕으로 조향각을 예측하여 조향각추정치를 산출하는 단계;
    상기 조향각지령치가 정상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    판단결과에 따라 상기 조향각지령치 및 상기 조향각추정치 중 어느 하나에 대응하여 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 단계; 를 포함하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조향각추정치를 산출하는 단계는,
    상기 누적데이터로부터 샘플을 추출하여 연산식을 추정하는 단계;
    상기 연산식을 기준으로 소정의 상수 t를 가산하고, 상기 t를 감산하여 나타나는 두개의 기준선에 대응하여 두 기준선 사이의 영역을 데이터 추출을 위한 범위로 설정하는 단계;
    상기 범위에 포함되는 데이터의 개수를 산출하는 단계;
    상기 데이터의 개수가 일정값에 도달하기까지 반복하는 단계;
    상기 데이터의 개수가 일정값에 도달하면 최종연산식을 산출하는 단계; 및
    상기 최종연산식을 바탕으로 상기 조향각추정치를 산출하는 단계; 를 포함하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 데이터 추출을 위한 범위로 설정하는 단계는,
    차속이 낮을 경우 상기 t를 높게 설정하고 차속이 높을수록 상기 t를 좁게 설정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 조향각지령치가 정상인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치를 비교하여, 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치가 동일하거나 또는 그 차이가 오차범위에 포함되는 경우 상기 조향각지령치를 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 조향각지령치가 정상인지 여부를 판단하는 단계는,
    상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치를 비교하여, 상기 조향각지령치와 상기 조향각추정치의 차이가 오차범위를 벗어나는 경우, 상기 조향각지령치를 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 조향모터를 제어하여 주행방향을 결정하는 단계는,
    상기 조향각지령치가 정상인 경우 상기 조향각지령치에 따라 상기 조향모터를 제어하고,
    상기 조향각지령치가 오류인 경우, 상기 조향각추정치에 따라 상기 조향모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
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