KR20230027545A - 자동차 및 그를 위한 가속도 제한 제어 방법 - Google Patents

자동차 및 그를 위한 가속도 제한 제어 방법 Download PDF

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전성배
정성일
손희운
이규리
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 주행 환경을 고려한 가속도 제어가 가능한 자동차 및 그를 위한 가속도 제한 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 제어 방법은, 복수의 레벨로 구분된 제한 가속도 레벨의 베이스 값을 판단하는 단계; 가속 페달 조작을 기반으로 한 제1 보정치를 판단하는 단계; 주행 환경을 기반으로 한 제2 보정치를 판단하는 단계; 상기 베이스 값에 상기 제1 보정치 및 상기 제2 보정치를 적용하여 최종 제한 가속도 레벨을 판단하는 단계; 및 상기 최종 제한 가속도 레벨을 기반으로 제한 가속도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

자동차 및 그를 위한 가속도 제한 제어 방법{VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING ACCELERATION LIMIT FOR THE SAME}
본 발명은 주행 환경을 고려한 가속도 제어가 가능한 자동차 및 그를 위한 가속도 제한 제어 방법에 관한 것이다.
속도 제한 장치란 과속을 미연에 방지하기 위한 목적으로 운전자가 기 설정한 제한속도 이상으로 주행속도가 넘지 않도록 가속을 제한해주는 주행안전 시스템을 의미한다. 속도 제한 장치의 대표적 예로 수동 속도제한 보조(MSLA: Manual speed limit assist) 기능을 들 수 있다.
일반적으로 MSLA 기능은 감속을 위한 제동 제어는 하지 않기 때문에 내리막 길 등에서는 설정속도 이상으로 가속될 수도 있으며, 스마트 크루즈 컨트롤(SCC: Smart Cruise Control)과 달리 전방 차량의 상대위치/속도를 고려하지 않기 때문에 운전자가 전방 상황을 주시하여야 한다.
최근에는 전방 카메라를 통해 인식된 속도제한 정보를 이용하는 카메라 기반 SLA(CSLA: Camera-based SLA)이나 네비게이션의 속도제한 정보를 더욱 이용하는 지능형 SLA(ISLA: Intelligent SLA)등의 기능이 개발 및 적용되고 있다.
이러한 속도 제한 장치는 EURO NCAP(The European New Car Assessment Programme)의 평가 항목 중 SAFETY ASSIST - SPEED ASSIST SYSTEM - SPEED CONTROL FUNCTION에 정의되어 있다.
그런데, 상술한 차속 제한 기능을 제공함에 있어 가속도 또한 고려될 필요가 있다. 예컨대, ACSF 법규에서는 자율주행이나 크루즈 컨트롤 주행시 횡가속도를 3m/s^2 이내로 제어할 것을 요구하고 있다. 이러한 요구 사항에 따라 가속도를 제한하는 장치도 제안되고 있다.
그러나, 일반적인 가속도 제한 장치는 미리 설정된 값에 따라 가속도를 일률적으로 제한하고 있어 운전자의 가속 의지나 도로 환경 등을 반영하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 보다 향상된 가속도 제한 기능을 제공할 수 있는 자동차 및 그 가속도 제한 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 미리 결정된 설정값은 물론 주행 환경까지 고려하여 가속도 제한을 수행할 수 있는 자동차 및 그 가속도 제한 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 제어 방법은, 복수의 레벨로 구분된 제한 가속도 레벨의 베이스 값을 판단하는 단계; 가속 페달 조작을 기반으로 한 제1 보정치를 판단하는 단계; 주행 환경을 기반으로 한 제2 보정치를 판단하는 단계; 상기 베이스 값에 상기 제1 보정치 및 상기 제2 보정치를 적용하여 최종 제한 가속도 레벨을 판단하는 단계; 및 상기 최종 제한 가속도 레벨을 기반으로 제한 가속도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 값을 판단하는 단계는 드라이브 모드가 기 설정된 모드에 해당하면 운전자별 설정에 따라 상기 베이스 값을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 보정치를 판단하는 단계는, 가속 페달 센서(APS) 값에 따른 제1-1 보정치를 판단하는 단계; 및 상기 가속 페달 센서 값의 변동량(ΔAPS)에 따른 제1-2 보정치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 보정치를 판단하는 단계는, 현재 주행 중인 도로가 특정 도로종인지 여부, 현재 주행 차로가 추월 차로에 해당하는지 여부 및 도로 혼잡도가 임계값보다 큰지 여부 중 적어도 하나를 기반으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 보정치를 판단하는 단계는, 상기 현재 주행 중인 도로가 상기 특정 도로종에 해당하고, 상기 현재 주행 차로가 상기 추월 차로가 아니며, 상기 도로 혼잡도가 상기 임계값보다 큰 경우 상기 제2 보정치를 상향하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 상기 베이스 값을 판단하는 단계, 상기 제1 보정치를 판단하는 단계 및 상기 제2 보정치를 판단하는 단계 중 적어도 하나의 단계에서 가속도 제한 오프 판정이 나오는 경우 가속도 제한 기능을 오프하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 상기 제한 가속도를 만족하는 제한 토크를, 차량의 구동원 이외의 외란에 의한 외란 토크를 기반으로 판단하는 단계; 및 상기 제한 토크와 운전자의 요구 토크를 기반으로 상기 구동원이 출력할 출력 토크를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외란 토크를 판단하는 단계는, 상기 출력 토크와 차속을 기반으로 피드백 외란 토크를 구하는 단계; 상기 경사도를 기반으로 피드 포워드 외란 토크를 구하는 단계; 및 상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는 단계는, 차속에 따라 결정되는 게인을 상기 피드백 외란 토크에 곱하는 단계; 및 1에서 상기 게인을 차감한 값을 상기 피드 포워드 외란 토크에 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량은, 구동원; 제한 가속도를 판단하고, 상기 판단된 제한 가속도를 기반으로 상기 구동원이 출력할 출력 토크를 판단하는 토크 연산 제어기; 및 상기 출력 토크를 기반으로 상기 구동원을 제어하는 구동원 제어기를 포함하되, 상기 토크 연산 제어기는, 복수의 레벨로 구분된 제한 가속도 레벨의 베이스 값을 판단하는 제1 판단부; 가속 페달 조작을 기반으로 한 제1 보정치를 판단하는 제2 판단부; 주행 환경을 기반으로 한 제2 보정치를 판단하는 제3 판단부; 및 상기 베이스 값에 상기 제1 보정치 및 상기 제2 보정치를 적용하여 최종 제한 가속도 레벨을 판단하고, 상기 최종 제한 가속도 레벨을 기반으로 상기 제한 가속도를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 판단부는 드라이브 모드가 기 설정된 모드에 해당하면 운전자별 설정에 따라 상기 베이스 값을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 판단부는 가속 페달 센서(APS) 값에 따른 제1-1 보정치 및 상기 가속 페달 센서 값의 변동량(ΔAPS)에 따른 제1-2 보정치를 합산하여 상기 제1 보정치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 판단부는 현재 주행 중인 도로가 특정 도로종인지 여부, 현재 주행 차로가 추월 차로에 해당하는지 여부 및 도로 혼잡도가 임계값보다 큰지 여부 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 보정치를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 판단부는 상기 현재 주행 중인 도로가 상기 특정 도로종에 해당하고, 상기 현재 주행 차로가 상기 추월 차로가 아니며, 상기 도로 혼잡도가 상기 임계값보다 큰 경우 상기 제2 보정치를 상향할 수 있다.
예를 들어, 상기 연산부는 상기 제1 판단부, 상기 제2 판단부 및 상기 제3 판단부 중 적어도 하나에서 가속도 제한 오프 판정을 한 경우, 가속도 제한 기능을 오프할 수 있다.
예를 들어, 상기 토크 연산 제어기는 상기 제한 가속도를 만족하는 제한 토크를 상기 구동원 이외의 외란에 의한 외란 토크를 기반으로 판단하고, 상기 제한 토크와 운전자의 요구 토크를 기반으로 상기 출력 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 토크 연산 제어기는 상기 출력 토크와 차속을 기반으로 피드백 외란 토크를 구하고, 상기 경사도를 기반으로 피드 포워드 외란 토크를 구하며, 상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 토크 연산 제어기는 차속에 따라 결정되는 게인을 상기 피드백 외란 토크에 곱한 값과 1에서 상기 게인을 차감한 값을 상기 피드 포워드 외란 토크에 곱한 값을 기반으로 상기 외란 토크를 판단할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 자동차는 보다 효과적으로 가속도 제한 기능을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 운전자의 의지와 주행 환경 등을 종합적으로 고려하여 가속도 제한 레벨을 결정할 수 있어 편리하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 장치를 구비한 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 가속도 판단부 구성의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 설정 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 가속 의지 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 상황 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 가속도 연산부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란 토크 연산부 구성의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 토크 연산부 구성의 일례를 나타낸다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 설정 메뉴 구성의 일례를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
또한, 모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 가속도 제한 기능이 활성화될 경우, 기본 설정뿐만 아니라 운전자의 가속 의지와 주행 상황까지 종합적으로 고려하여 제한 가속도를 결정할 것을 제안한다. 여기서, 기본 설정, 운전자의 가속 의지 및 주행 상황이 반영된 결과는 복수의 제한 가속도 레벨 중 어느 하나의 형태로 결정될 수 있으며, 결정된 제한 가속도 레벨은 그에 해당하는 가속도 값으로 변환될 수 있다. 이하의 설명에서 편의상 제한 가속도 레벨은 0에서 5 사이로 설정될 수 있으며, 제한 가속도 레벨이 0이라 함은 가속도 제한 기능이 적용되지 않음을 의미할 수 있다. 또한, 제한 가속도 레벨이 1에서 5사이일 경우, 1에서 5로 갈수록 가속도 제한이 커져 가속이 느려짐을 의미할 수 있다. 다만, 이러한 레벨의 단계 구분과 제한폭의 변동 방향은 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 장치를 구비한 차량 구성의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 차량은 구동원(300)과, 가속도 제한 제어가 활성화된 상태에서 운전자 요구 토크에 가속도 제한을 적용한 보정 토크를 연산하는 토크 연산 제어기(100)와, 토크 연산 제어기(100)가 연산한 보정 토크를 구동원(300)이 출력하도록 구동원을 제어하는 구동원 제어기(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 구동원(300)은 내연기관, 모터 또는 내연기관과 모터의 조합(예컨대, 하이브리드 자동차)일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되지 아니하고 휠에 구동력을 전달할 수 있다면 어떠한 구동원이라도 제한되지 않는다.
또한, 구동원 제어기(200)는 구동원에 따라 엔진 제어기(EMS: Engine Management System), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit) 등이 될 수 있다.
아울러, 토크 연산 제어기(100)는 구동원 제어기(200)와 물리적으로 별개의 제어기로 구현될 수도 있고, 구동원 제어기(200)의 일 기능으로 구현될 수도 있다. 별개 제어기일 경우, 토크 연산 제어기(100)는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)나 전기차의 차량 제어기(VCU: Vehicle Control Unit)과 같이 구동원 제어기(200)의 상위 제어기 형태로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 토크 연산 제어기(100)의 구성을 설명한다.
토크 연산 제어기(100)는 제한 가속도 판단부(110), 외란 토크 연산부(120) 및 가속도 제한 토크 연산부(130)를 포함할 수 있다.
제한 가속도 판단부(110)는 차속, 드라이브 모드, 가속도 제한 레벨 설정값, 가속 페달 센서 값(APS: Accelerator pedal Position Sensor), APS 변화량(ΔAPS), 도로 종류, 주행 차선 정보 및 도로 혼잡도 등을 고려하여 가속도 제한 제어의 목표가 되는 제한 가속도(alimit)를 연산할 수 있다.
외란 토크 연산부(120)는 경사도(θ)와 차속(v) 및 구동 토크(Twheel)를 기반으로 외란 토크(
Figure pat00001
)를 연산할 수 있다. 여기서 외란 토크(
Figure pat00002
)란 구동원에서 출력되어 휠로 전달되는 구동 토크(Twheel) 이외에 차량의 가속도에 영향을 미치는 외란에 의한 토크를 의미할 수 있다.
가속도 제한 토크 연산부(130)는 외란 토크 연산부(120)가 연산한 외란 토크(
Figure pat00003
)를 기반으로 제한 가속도 판단부(110)가 연산한 제한 가속도(alimit) 이내로 차량의 가속도가 제한되도록 하는 제한 토크(Tlimiter)를 연산할 수 있다.
토크 연산 제어기(100)는 운전자 요구 토크(Tdemand)와 가속도 제한 토크 연산부(130)가 연산한 제한 토크(Tlimiter) 중 작은 값을 보정 토크로 출력할 수 있다. 여기서, 보정 토크는 외란 토크 연산부(120)에 구동 토크(Twheel)로 다시 입력될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 8을 참조하여 토크 연산 제어기(100)의 각 구성 요소를 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 6을 참조하여 제한 가속도 판단부(110)의 구성 및 동작 과정을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 가속도 판단부 구성의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제한 가속도 판단부(110)는 운전자 설정 판단부(111), 운전자 가속 의지 판단부(112), 도로 상황 판단부(113) 및 제한 가속도 연산부(114)를 포함할 수 있다.
또한, 제한 가속도 판단부(110)는 차속, 드라이브 모드, 가속도 제한 레벨 설정값, 가속 페달 센서 값(APS: Accelerator pedal Position Sensor), APS 변화량(ΔAPS), 도로 종류, 주행 차선 정보 및 도로 혼잡도 등을 입력 정보로 가질 수 있다. 여기서 도로 종류와 도로 혼잡도 등에 대한 정보는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템으로부터 획득될 수 있으며, 주행 차선(driving lane) 정보는 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 등으로부터 획득된 현재 차선 정보에 (정밀) 지도 정보의 추월 차로 정보를 조합하여, 현재 주행 차로가 추월 차선인지 여부를 나타내는 형태일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 차속, APS 등 나머지 입력 정보는 획득 경로나 소스가 당업자에 자명한 범위(예컨대, 차속 센서, 구동원 제어기 등) 내에서 다양하게 변형될 수 있으므로 설명을 생략하기로 한다.
먼저, 운전자 설정 판단부(111)는 운전자의 드라이브 모드 설정을 참고 하여 특정 모드(예컨대, ECO 모드) 외에는 가속도 제한 기능을 오프(Off)하며, ECO 모드 상황에서 운전자의 설정에 따라 가속도 제한 Lv의 베이스(Base) 값을 결정할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 설정 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 운전자 설정 판단부(111)는 가속도 제한 기능이 활성화됨에 따라(S310의 Yes), 드라이브 모드 설정을 확인한다(S320).
드라이브 모드가 기 설정된 특정 모드(예컨대, ECO)인 경우(S320의 Yes), 운전자 설정 판단부(111)는 운전자별 설정을 확인한다(S330). 여기서 운전자별 설정은 AVN 시스템이나 유저 설정 메뉴(USM)에서 운전자별로 다양한 차량 기능의 프리셋을 저장해두는 기능을 의미할 수 있다.
운전자 설정이 없는 경우(S330의 no) 제한 가속도 레벨은 게스트에 디폴트로 부여된 레벨(예컨대, 레벨 5)로 결정될 수 있다(S350A).
이와 달리 현재 설정된 운전자가 제1 운전자인 경우(S340의 Yes), 제1 운전자에 대한 설정값에 따라 제한 가속도 레벨이 결정될 수 있다(S350B). 유사하게, 현재 설정된 운전자가 제2 운전자인 경우(S340의 no), 제2 운전자에 대한 설정값에 따라 제한 가속도 레벨이 결정될 수 있다(S350C).
상술한 과정(S350A, S350B, S350C)을 통해 제한 가속도 레벨이 결정되면, 운전자 설정 판단부(111)는 결정된 제한 가속도 레벨을 제한 가속도 레벨의 베이스 값으로 저장할 수 있다(S360).
만일, 가속도 제한 기능이 활성화되지 않거나(S310의 No), 드라이브 모드가 기 설정된 특정 모드가 아닌 경우(S320의 No), 운전자 설정 판단부(111)는 가속도 제한 기능을 오프로 판정할 수 있다(S370).
다음으로, 운전자 가속 의지 판단부(112)는 운전자 가속의지를 APS와 APS의 변화율에 따라 가속도 제한 레벨을 상향 또는 하향하는 보정치 결정를 결정하며, APS가 일정값(예컨대, 95% 이상, 이하 설명의 제3 임계값에 해당)에서는 운전자의 강한 가속 의지를 반영하여 가속도 제한 기능을 오프할 수 있다. 이를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 가속 의지 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 운전자 가속 의지 판단부(112)는 가속도 제한 기능이 활성화됨에 따라(S401의 Yes), APS 값이 기 설정된 제1 임계값보다 큰지 여부를 확인한다(S402).
APS 값이 제1 임계값보다 크면(S402의 Yes), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 제한 가속도 레벨 보정치에 -1을 적용한다(S403).
또한, 운전자 가속 의지 판단부(112)는 APS 값이 기 설정된 제2 임계값보다 큰지 여부를 확인한다(S404). 여기서 제2 임계값은 제1 임계값보다 큰 것이 바람직하다.
APS 값이 제2 임계값보다 크면(S404의 Yes), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 제한 가속도 레벨 보정치에 -1을 추가 적용한다(S405).
아울러, 운전자 가속 의지 판단부(112)는 APS 값이 기 설정된 제3 임계값보다 큰지 여부를 확인한다(S406). 여기서 제3 임계값은 제2 임계값보다 큰 것이 바람직하다.
APS 값이 제3 임계값보다 크면(S406의 Yes), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 운전자의 강한 가속 의지를 반영하여 제한 가속도 없음, 즉, 가속도 제한 기능을 오프로 판정할 수 있다(S407).
APS 값이 제3 임계값 이하인 경우(S406의 No), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 APS의 단위 시간당 변화량(즉, ΔAPS)이 기 설정된 제4 임계값보다 큰지 여부를 판단한다(S408). 여기서 제4 임계값은 APS 값 자체가 아닌 ΔAPS에 대한 것으로, 제1 내지 제3 임계값과는 관련이 없을 수 있다.
ΔAPS 값이 제4 임계값보다 크면(S408의 Yes), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 제한 가속도 레벨 보정치에 -1을 추가 적용한다(S409).
또한, 운전자 가속 의지 판단부(112)는 ΔAPS가 기 설정된 제5 임계값보다 큰지 여부를 판단한다(S410). 여기서 제5 임계값은 제4 임계값보다 큰 것이 바람직하다.
ΔAPS 값이 제5 임계값보다 크면(S410의 Yes), 운전자 가속 의지 판단부(112)는 제한 가속도 레벨 보정치에 -1을 추가 적용한다(S411).
이후 운전자 가속 의지 판단부(112)는 운전자의 가속 의지에 의한 제한 가속도 레벨 보정치의 최종 누적값을 보정값으로 결정할 수 있다(S412).
다음으로, 도로 상황 판단부(113)는 현재 주행 중인 도로가 비교적 고속 주행이 가능한 특정 도로종(예컨대, 고속도로 또는 국도)에 속도하는지 여부, 현재 주행 차로가 추월 차선에 속하는지 여부 및 도로혼잡도를 고려하여 가속도 제한 레벨의 보정치를 결정할 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 상황 판단부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 도로 상황 판단부(113)는 가속도 제한 기능이 활성화됨에 따라(S510의 Yes), 현재 주행 중인 도로가 기 설정된 특정 도로종(예컨대, 고속도로 또는 국도)에 해당하는지 여부를 판단한다(S520).
현재 주행 중인 도로가 특정 도로종에 해당하는 경우(S520의 Yes), 도로 상황 판단부(113)는 현재 주행 차로가 추월 차로인지 여부를 판단할 수 있다(S530).
현재 차로가 추월 차로인 경우(S530의 Yes) 원활한 가속이 가능해야 하므로 도로 상황 판단부(113)는 제한 가속도 없음, 즉, 가속도 제한 기능을 오프로 판정할 수 있다(S540).
이와 달리, 현재 주행 차로가 추월 차로에 해당하지 않는 경우(S530의 No), 도로 상황 판단부(113)는 도로 혼잡도를 판단할 수 있다(S550). 도로 혼잡도 판단은 실시간 교통정보를 이용할 수도 있고, 비전 센서나 레이더(RADAR), 라이다(LIDAR) 등의 센서 정보를 이용할 수도 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도로 상황 판단부(113)는 도로 혼잡도가 기 설정된 임계값보다 큰 경우(S550의 Yes), 도로 상황을 반영하여 제한 가속도 레벨 보정치에 +1을 적용할 수 있다(S560). 만일, 도로 혼잡도가 임계값 이하인 경우(S550의 No), 또는 현재 주행 중인 도로가 특정 도로종에 해당하지 않는 경우(S520의 no) 도로 상황 판단부(113)는 제한 가속도 레벨 보정치를 수정하지 않을 수 있다(S570).
다음으로, 제한 가속도 연산부(114)는 운전자 설정 판단부(111)의 가속도 제한 레벨의 베이스 값에 운전자 가속 의지 판단부(112)의 제한 가속도 레벨 보정치와 도로 상황 판단부(113)의 제한 가속도 레벨 보정치를 반영하여 최종 제한 가속도 레벨을 확정하고, 그에 따른 제한 가속도 값(alimit)을 연산할 수 있다. 여기서, 제한 가속도 연산부(114)는 최종 제한 가속도 레벨을 결정함에 있어서 베이스 값에 보정치를 적용한 값에 최대/최소 범위를 추가 적용할 수 있으며, 각 판단부(111, 112, 113) 중 어느 하나라도 가속도 제한 기능을 오프로 판정한 경우 제한 가속도를 연산하지 않거나 가속도 제한 기능의 오프를 최종 결정할 수 있다. 이를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 가속도 연산부의 동작 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제한 가속도 연산부(114)는 먼저 각 판단부(111, 112, 113)에서 가속도 제한 기능을 오프로 판정했는지 여부를 확인하고(S610), 판정 내역이 없는 경우(S610의 No), 운전자 설정 판단부(111)의 가속도 제한 레벨의 베이스 값에 운전자 가속 의지 판단부(112)의 제한 가속도 레벨 보정치와 도로 상황 판단부(113)의 제한 가속도 레벨 보정치를 반영할 수 있다(S620).
반영 결과 판단된 제한 가속도 레벨이 1보다 낮은 경우(S630의 Yes), 제한 가속도 연산부(114)는 가속도 제한 기능의 오프를 결정할 수 있다(S640).
반영 결과 판단된 제한 가속도 레벨이 1 이상인 경우(S630의 No), 제한 가속도 연산부(114)는 제한 가속도가 최대 값(여기서는 5)보다 큰지 여부를 판단한다(S650). 판단된 제한 가속도 레벨이 최대 값보다 크면, 제한 가속도 연산부(114)는 제한 가속도 레벨을 최대 값(즉, 5)으로 설정할 수 있다(S660).
이와 달리, 제한 가속도 레벨이 1과 최대값 사이에 위치하는 경우(S650의 No), 제한 가속도 연산부(114)는 S620 단계에서 연산한 제한 가속도 레벨을 최종 제한 가속도 레벨로 결정할 수 있다(S670).
제한 가속도 레벨이 최종 결정되면, 제한 가속도 연산부(114)는 결정된 제한 가속도 레벨에 대응되는 제한 가속도 값(alimit)을 출력할 수 있다.
지금까지 설명한 제한 가속도 연산부(114)의 최종 제한 가속도 레벨 판단 과정을 구체적인 예로 설명하면 다음과 같다.
-case 1-
- 드라이브 모드 = Eco, 제1 탑승자의 베이스 레벨 설정 = 3
- APS 값에 의한 보정치 = -2, ΔAPS 값에 의한 보정치 = -1
- 주행도로 = 고속도로, 도로혼잡도 > 임계값
위와 같은 상황이라면, 운전자 설정 판단부(111)의 가속도 제한 레벨의 베이스 값은 3이 되고, 운전자 가속 의지 판단부(112)의 제한 가속도 레벨 보정치는 -3이 되며, 도로 상황 판단부(113)의 제한 가속도 레벨 보정치는 +1이 된다. +1은 1 미만도 아니며, 레벨 최대값 초과도 아니므로 최종 제한 가속도 레벨은 1로 결정될 수 있다.
-case 2-
- 드라이브 모드 = Eco, 탑승자 = 게스트
- APS 값에 의한 보정치 = -2, ΔAPS 값에 의한 보정치 = -1
- 주행도로 = 고속도로, 차선정보 = 추월 차로
위와 같은 상황이라면, 운전자 설정 판단부(111)의 가속도 제한 레벨의 베이스 값은 5가 되고, 운전자 가속 의지 판단부(112)의 제한 가속도 레벨 보정치는 -3이 된다. 다만, 도로 상황 판단부(113)에서 고속도로 상의 추월 차로 주행이므로 가속도 제한 기능을 오프로 판정한다. 따라서, 제한 가속도 연산부(114)는 가속도 제한 기능의 오프를 결정하게 된다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 외란 토크 연산부(120)와 가속도 제한 토크 연산부(130)를 각각 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외란 토크 연산부 구성의 일례를 나타낸다.
차량의 가속도를 효과적으로 제한하기 위해서는 외란 토크(
Figure pat00004
)를 연산하여야 한다. 외란 토크(
Figure pat00005
)는 크게 두 가지 방법으로 연산 될 수 있다. 첫번째는, 피드 포워드 방식으로 코스팅 시험을 통해 차속(v)에 따라 기 설정된 구름저항과 공기저항을 사용하는 방법이다. 해당 방법은 바람이나 강우 강설 등 기상의 영향이나 차량의 질량 변화, 타이어 공기압 등의 상태, 노면의 상태 등을 완벽히 반영할 수 없기 때문에 경우에 따라 부정확할 수 있다. 두번째 방법은 피드백 방식으로, 힘과 가속도 법칙(Fwhl-d = ma)을 이용하여, 차량의 출력과 가속도를 통하여 실시간으로 외란을 구하는 방법이다. 여기서 가속도는 차속의 미분을 통해 구해질 수 있으며, 차량의 질량은 추정 질량(
Figure pat00006
)이 사용될 수 있다. 추정 질량(
Figure pat00007
)은 공차 중량에 일정 중량을 가산하거나, 평지에서 힘과 가속도 법칙에 따라 추정될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 피드백 방식은 차속이 0일 때, 출력과 외란이 같은 값으로 측정되기 때문에 정차 상황과 저속 상황에서 오차가 클 수 있다.
위와 같이 두가지 방법의 문제점을 해결하고자 본 실시예에 따른 외란 토크 연산부(120)는 차속에 따라 피드포워드 방식과 피드백 방식의 비율을 결정하여 합산하도록 한다.
이를 위해, 외란 토크 연산부(120)는 차속(v)에 대응되는 게인(k) 값을 정의하는 맵을 구비한 게인 연산부(121), 피드백 외란(
Figure pat00008
)을 연산하는 피드백 연산부(122), 피드 포워드 외란(
Figure pat00009
)을 연산하는 피드 포워드 연산부(123) 및 로우패스 필터(124)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 외란 토크 연산부(120)는 정차 중에는 게인(k) 값을 0으로 설정하여 피드 포워드 외란(
Figure pat00010
)만을 사용할 수 있다. 이후 차속이 증가함에 따라 게인(k) 값은 제1 게인 연산부(121)의 맵에 따라 1로 상승하면서 피드백 외란(
Figure pat00011
)의 비율이 높아질 수 있다. 즉, 게인 연산부(121)의 맵은 게인(k) 값이 정차시(즉, 차속 0) 0에서 출발하며, 일정 차속 이상에서 1에 도달하도록 상승하는 형태를 가질 수 있다.
이때 피드 포워드 외란(
Figure pat00012
)은 저속에서만 주요하게 사용되기 때문에 공기저항은 무시하고, 등강판 저항 및 구름저항을 고려하여 시험을 통해 경사도(θ)에 대한 맵 형태로 기 정의된 외란 값이 사용될 수 있다. 이를 통해 등판 발진시에도 적절하게 외란이 보상됨으로써 차량의 가속도가 효과적으로 제한될 수 있다.
한편, 로우패스 필터(124)는 급격한 외란 토크 변화가 가속도 제한 토크 연산부(130)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 제한 토크 연산부 구성의 일례를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 가속도 제한 토크 연산부(130)는 차량의 추정 질량(
Figure pat00013
)과 타이어 동반경(Rtire)의 곱에 제한 가속도(alimit)를 곱하여 가속 토크를 연산할 수 있다. 가속도 제한 토크 연산부는 가속 토크를 외란 토크(
Figure pat00014
)로 보상하여 제한 가속 토크(Tlimiter)를 연산할 수 있다. 외란 토크(
Figure pat00015
)로 보상을 수행하는 이유는 다음과 같다.
추정 질량(
Figure pat00016
)이 정확하고 외란이 없다면 가속 토크 출력 시 차량은 제한 가속도(alimit)로 가속하게 될 것이다. 하지만, 실제로는 외란이 존재하며 추정 질량(
Figure pat00017
)도 실제 질량과 다를 수 있기 때문에 설정된 제한 가속도로 주행이 되기 어렵다. 이를 해결하기 위해, 외란 토크(
Figure pat00018
)로 보상을 수행하는 것이며, 그에 따라 외란이나 추정 질량(
Figure pat00019
)의 오차에 상관없이 설정된 제한 가속도(alimit)로 차량을 주행시킬 수 있다.
가속도 제한 토크 연산부(130)가 외란이 보상된 제한 가속 토크(Tlimiter)를 연산함에 따라, 토크 연산 제어기(100)는 운전자의 가속 페달 조작량, 즉, APS(Accelerator pedal Position Sensor) 값에 따른 운전자 요구토크(Tdemand)와 제한 가속 토크(Tlimiter)의 최소값(MIN)을 취하여 최종 보정 토크를 출력할 수 있다.
이를 통해, 운전자 요구토크(Tdemand)가 설정된 제한 가속도(alimit) 이상으로 차량을 가속시킬 경우에만 토크 제한이 이루어짐으로써, 등판로에서도 차량의 밀림 현상 없이 효과적으로 가속도를 제한할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서 제한 가속도 레벨의 베이스 값은 소정의 메뉴 조작을 통해 사용자에 의해 설정 및 변경이 가능하다. 이를 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 설정 메뉴 구성의 일례를 나타낸다.
도 9의 상단을 먼저 참조하면, AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템의 디스플레이(710)에 사용자 설정 메뉴(USM)가 호출된 형태가 도시된다. 해당 메뉴 좌측에서 영유아 운전 모드(711)가 선택되면, 중앙에 하위 메뉴로 가속도 제한 기능(712)이 선택될 수 있다. 가속도 제한 기능(712)이 선택되면 우측에 그 하위 메뉴로 제한 가속도 레벨의 베이스 값(713)이 선택될 수 있다.
물론, 이러한 메뉴 구성은 예시적인 것으로, 가속도 제한 레벨의 베이스 값으 영유아 운전 모드(711)와 상이한 모드에서 설정되거나 독립적인 상위 메뉴로 구비될 수도 있음은 물론이다.
한편, 지금까지 설명한 실시예들에 따른 가속도 제한 제어 방법은, 상황에 따라 일시적으로 비활성화될 수도 있다. 예컨대, 비상등 점등, 방향지시등 점등, 사각지대 경고 출력, 충격감지 등은 비상 상황, 추월 상황, 높은 구동력이 요구되는 상황 등에 해당하므로, 가속도 제한이 비활성화될 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 복수의 레벨로 구분된 제한 가속도 레벨의 베이스 값을 판단하는 단계;
    가속 페달 조작을 기반으로 한 제1 보정치를 판단하는 단계;
    주행 환경을 기반으로 한 제2 보정치를 판단하는 단계;
    상기 베이스 값에 상기 제1 보정치 및 상기 제2 보정치를 적용하여 최종 제한 가속도 레벨을 판단하는 단계; 및
    상기 최종 제한 가속도 레벨을 기반으로 제한 가속도를 판단하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 값을 판단하는 단계는,
    드라이브 모드가 기 설정된 모드에 해당하면 운전자별 설정에 따라 상기 베이스 값을 판단하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보정치를 판단하는 단계는,
    가속 페달 센서(APS) 값에 따른 제1-1 보정치를 판단하는 단계; 및
    상기 가속 페달 센서 값의 변동량(ΔAPS)에 따른 제1-2 보정치를 판단하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 보정치를 판단하는 단계는,
    현재 주행 중인 도로가 특정 도로종인지 여부, 현재 주행 차로가 추월 차로에 해당하는지 여부 및 도로 혼잡도가 임계값보다 큰지 여부 중 적어도 하나를 기반으로 수행되는, 가속도 제한 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 보정치를 판단하는 단계는,
    상기 현재 주행 중인 도로가 상기 특정 도로종에 해당하고, 상기 현재 주행 차로가 상기 추월 차로가 아니며, 상기 도로 혼잡도가 상기 임계값보다 큰 경우 상기 제2 보정치를 상향하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 값을 판단하는 단계, 상기 제1 보정치를 판단하는 단계 및 상기 제2 보정치를 판단하는 단계 중 적어도 하나의 단계에서 가속도 제한 오프 판정이 나오는 경우 가속도 제한 기능을 오프하는 단계를 더 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제한 가속도를 만족하는 제한 토크를, 차량의 구동원 이외의 외란에 의한 외란 토크를 기반으로 판단하는 단계; 및
    상기 제한 토크와 운전자의 요구 토크를 기반으로 상기 구동원이 출력할 출력 토크를 판단하는 단계를 더 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외란 토크를 판단하는 단계는,
    상기 출력 토크와 차속을 기반으로 피드백 외란 토크를 구하는 단계;
    상기 경사도를 기반으로 피드 포워드 외란 토크를 구하는 단계; 및
    상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는 단계는,
    차속에 따라 결정되는 게인을 상기 피드백 외란 토크에 곱하는 단계; 및
    1에서 상기 게인을 차감한 값을 상기 피드 포워드 외란 토크에 곱하는 단계를 포함하는, 가속도 제한 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 가속도 제한 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 구동원;
    제한 가속도를 판단하고, 상기 판단된 제한 가속도를 기반으로 상기 구동원이 출력할 출력 토크를 판단하는 토크 연산 제어기; 및
    상기 출력 토크를 기반으로 상기 구동원을 제어하는 구동원 제어기를 포함하되,
    상기 토크 연산 제어기는,
    복수의 레벨로 구분된 제한 가속도 레벨의 베이스 값을 판단하는 제1 판단부;
    가속 페달 조작을 기반으로 한 제1 보정치를 판단하는 제2 판단부;
    주행 환경을 기반으로 한 제2 보정치를 판단하는 제3 판단부; 및
    상기 베이스 값에 상기 제1 보정치 및 상기 제2 보정치를 적용하여 최종 제한 가속도 레벨을 판단하고, 상기 최종 제한 가속도 레벨을 기반으로 상기 제한 가속도를 연산하는 연산부를 포함하는, 차량.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 판단부는,
    드라이브 모드가 기 설정된 모드에 해당하면 운전자별 설정에 따라 상기 베이스 값을 판단하는, 차량.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 판단부는,
    가속 페달 센서(APS) 값에 따른 제1-1 보정치 및 상기 가속 페달 센서 값의 변동량(ΔAPS)에 따른 제1-2 보정치를 합산하여 상기 제1 보정치를 판단하는, 차량.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제3 판단부는,
    현재 주행 중인 도로가 특정 도로종인지 여부, 현재 주행 차로가 추월 차로에 해당하는지 여부 및 도로 혼잡도가 임계값보다 큰지 여부 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 보정치를 판단하는, 차량.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 판단부는,
    상기 현재 주행 중인 도로가 상기 특정 도로종에 해당하고, 상기 현재 주행 차로가 상기 추월 차로가 아니며, 상기 도로 혼잡도가 상기 임계값보다 큰 경우 상기 제2 보정치를 상향하는, 차량.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제1 판단부, 상기 제2 판단부 및 상기 제3 판단부 중 적어도 하나에서 가속도 제한 오프 판정을 한 경우, 가속도 제한 기능을 오프하는, 차량.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 토크 연산 제어기는,
    상기 제한 가속도를 만족하는 제한 토크를 상기 구동원 이외의 외란에 의한 외란 토크를 기반으로 판단하고, 상기 제한 토크와 운전자의 요구 토크를 기반으로 상기 출력 토크를 판단하는, 차량.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 토크 연산 제어기는,
    상기 출력 토크와 차속을 기반으로 피드백 외란 토크를 구하고,
    상기 경사도를 기반으로 피드 포워드 외란 토크를 구하며,
    상기 피드백 외란 토크 및 상기 피드백 외란 토크를 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는, 차량.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 토크 연산 제어기는,
    차속에 따라 결정되는 게인을 상기 피드백 외란 토크에 곱한 값과 1에서 상기 게인을 차감한 값을 상기 피드 포워드 외란 토크에 곱한 값을 기반으로 상기 외란 토크를 판단하는, 차량.
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