KR20230105765A - 차량 운동 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20230105765A
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서지윤
유승한
조완기
길한별
전창준
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 선회 운동 성능 향상을 위해 차량의 운동을 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하고, 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받고, 입력된 조향각에 기반하여, 탑승 위치를 기준으로 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하고, 제어부가, 차량 제어 신호에 따라 차량을 제어할 수 있다. 본 발명을 통해, 차량의 탑승자에게 최적의 선회 운동 성능을 제공할 수 있다.

Description

차량 운동 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MOTION OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 운동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선회 운동 성능 향상을 위해 차량의 운동을 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
구동, 제동 및 조향을 운전자 대신 수행하여 운전자의 피로도를 감소시켜 줄 수 있는 자율 주행 기술의 발전에 따라, 차량은 단순한 이동 수단에서 이동 수단 겸 서비스 제공 장소로써의 기능을 더하고 있다. 이러한 자동차 패러다임의 변화에 따라서, 미래 모빌리티는 탑승객이 운전석이 아닌 다른 위치의 좌석에 앉은 채로도 주행할 수 있다. 따라서, 미래 모빌리티는 다양한 승차 위치에 따른 다양한 차량 제어를 요구한다.
한편, 기존의 차량 제어 시스템은 차량의 무게 중심점을 기준으로 하는 차량 모델에 대해, 무게 중심 위치에서 최적화되는 거동 제어를 실시하였다. 그러나, 차량 제어 시스템이 탑승자의 승차 위치를 고려한 차량 모델을 통해 차량의 거동 제어를 수행한다면 사용자에게 더 적합한 선회 운동 성능을 제공할 수 있어 이러한 기술의 개발이 필요하다. 특히, 탑승자의 위치가 다양한 자율 주행 차량의 경우, 탑승자의 승차 위치에 따른 차량 거동 제어가 더욱 필요하다.
본 발명의 실시 예는, 선회 운동 성능 향상을 위해 차량의 운동을 제어하는 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시 예는, 자율 주행 차량의 탑승자에게 최적의 선회 운동 성능을 제공하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 탑승 위치를 기준으로 차량의 횡슬립각을 최적화하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 탑승 위치를 기준으로 차량의 요 레이트와 횡가속도 간의 위상차를 최적화하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 제어 자유도가 높은 미래 모빌리티에 대해 선회 운동 성능을 향상시키는 차량 운동 제어 장치 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 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치는 차량에 구비되어, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하고, 상기 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받고, 상기 입력된 조향각에 기반하여, 상기 탑승 위치를 기준으로 요 레이트(Yaw rate)와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 프로세서, 및 상기 차량 제어 신호에 따라 상기 차량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 사용자로부터 상기 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 입력부를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 사용자로부터 입력받은 상기 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량의 좌석에 상기 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 착좌 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 차량 제어 신호를 출력하고, 상기 제어부는, 상기 차량 제어 신호에 따라, 상기 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 무게 중심의 목표 거동은, 상기 무게 중심의 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 또는 목표 요 레이트 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 상기 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 산출된 목표 요 레이트, 상기 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 상기 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 무게 중심의 상기 횡슬립각, 상기 목표 횡슬립각속도 및 상기 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 상기 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 상기 차량의 전륜 조향각을 산출하고, 상기 차량의 종방향 속도 및 상기 차량의 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하고, 상기 전륜 조향각 및 상기 조향비를 기반으로, 상기 차량의 후륜 조향각을 산출할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 센서부를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 무게 중심에 대한 목표 거동 및 상기 센서부에 의해 획득된 정보를 기반으로, 상기 차량 제어 신호를 피드백할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 방법은 차량에 구비되는 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계, 상기 프로세서가, 상기 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받는 단계, 상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각에 기반하여, 상기 탑승 위치를 기준으로 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 단계, 및 제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따라 상기 차량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 입력부가, 상기 사용자로부터 상기 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 단계를 더 포함하고, 상기 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 사용자로부터 입력받은 상기 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량에 구비된 착좌 센서가, 상기 차량의 좌석에 상기 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 단계를 더 포함하고, 상기 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 차량 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따른 차량 제어를 수행하는 단계는, 상기 제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따라, 상기 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서가, 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 상기 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출하는 단계, 및 상기 프로세서가, 상기 산출된 목표 요 레이트, 상기 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 상기 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 무게 중심의 상기 횡슬립각, 상기 목표 횡슬립각속도 및 상기 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 상기 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 상기 차량의 전륜 조향각을 산출하는 단계, 상기 프로세서가, 상기 차량의 종방향 속도 및 상기 차량의 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하는 단계, 및 상기 프로세서가, 상기 전륜 조향각 및 상기 조향비를 기반으로, 상기 차량의 후륜 조향각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 차량에 구비되는 센서부가, 상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 단계, 및 상기 프로세서가, 상기 무게 중심에 대한 목표 거동 및 상기 센서부에 의해 획득된 정보를 기반으로, 상기 차량 제어 신호를 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 운동 제어 장치 및 그 방법 의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 선회 운동 성능 향상을 위해 차량의 운동을 제어하는 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 자율 주행 차량의 탑승자에게 최적의 선회 운동 성능을 제공하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 탑승 위치를 기준으로 차량의 횡슬립각을 최적화하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 탑승 위치를 기준으로 차량의 요 레이트와 횡가속도 간의 위상차를 최적화하는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 제어 자유도가 높은 미래 모빌리티에 대해 선회 운동 성능을 향상시키는 차량 운동 제어 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 탑승 위치를 기준으로 차량을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 차량의 요 레이트, 횡슬립각 및 횡슬립각속도를 제어하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 차량의 거동을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 이용하는 차량 모델을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 피드 포워드 제어를 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 피드 포워드 제어를 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 차량 선회 운동에 따른 속도별 횡슬립각 정보를 나타내는 도면이다.
도 10은 기존의 RWS 시스템이 사용하는 차속에 따른 전륜과 후륜 간의 조향비 정보를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 사용하는 차속에 따른 전륜과 후륜 간의 조향비에 대한 정보를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
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.
이하, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 내부 또는 외부에 구현될 수 있다. 이때, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 하드웨어 장치로 구현되어 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량과 일체로 구현될 수도 있고, 차량과 별개의 구성으로 차량에 설치/부착되는 형태로 구현될 수도 있고, 또는 일부는 차량과 일체로 구현되고, 다른 일부는 차량과 별개의 구성으로 차량에 설치/부착되는 형태로 구현될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 프로세서(110) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 제어부(120), 입력부(미도시), 착좌 센서(미도시), 센서부(미도시) 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. 프로세서(110)는 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(Electronic Control Unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
프로세서(110)는 차량에 구비되어, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 사용자로부터 입력받은 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 탑승 위치를 판단할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 차량 운동 제어 장치(100)는 사용자로부터 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 입력부를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 입력부(미도시)는 입력 버튼을 포함할 수 있다. 입력 버튼은 푸시 버튼(Push button) 또는 터치 스크린을 통해 구현된 버튼 등을 통해 구현될 수 있다.
일 예로, 입력부(미도시)는 사용자가 탑승 위치를 직접 선택할 수 있는 입력 버튼, 프로세서(110)가 탑승 위치를 자동으로 감지하도록 하는 입력 버튼 및/또는 탑승 위치를 기 설정된 기본 탑승 위치로 간주하도록 하는 입력 버튼을 포함할 수 있다.
입력부(미도시)는 프로세서(110)와 무선 또는 유선 통신을 통해 연결되어, 입력된 정보를 프로세서(110)에 직접 또는 간접적으로 전달할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 탑승 위치를 판단할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 입력부(미도시)로부터 탑승 위치를 자동으로 감지하도록 하는 신호가 입력된 경우, 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 탑승 위치를 판단할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 좌석에 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 착좌 센서를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 착좌 센서는 차량의 각 좌석 시트에 구비되어, 각 좌석에 사용자가 착좌했는지 여부를 판단할 수 있다,
착좌 센서는 프로세서(110)와 무선 또는 유선 통신을 통해 연결되어, 입력된 정보를 프로세서(110)에 직접 또는 간접적으로 전달할 수 있다.
프로세서(110)는 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받을 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 운전자가 직접 입력한 조향 제어 정보 또는 자율 주행 시스템에 의해 산출된 조향 정보를 획득할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 차량의 스티어링 휠 또는 조향 시스템과 연결되어, 차량의 스티어링 휠 또는 조향 시스템으로부터 운전자가 직접 입력한 조향 제어 정보를 획득할 수 있다.
다른 일 예로, 프로세서(110)는 자율 주행 시스템과 연결되어, 자율 주행 시스템으로부터 산출된 조향 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(110)는 입력된 조향각에 기반하여, 탑승 위치를 기준으로 요 레이트(Yaw rate)와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 출력된 차량 제어 신호를 제어부(120)에 전달할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 차량 제어 신호를 출력할 수 있다.
일 예로, 조향 신호는 차량의 목표 조향각에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 구동 신호는 차량의 목표 구동력 또는 목표 구동 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 제동 신호는 차량의 목표 제동력 또는 목표 제동 토크에 대한 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출할 수 있다.
탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상이 최소화되면, 탑승 위치를 기준으로 차량의 선회 운동 성능이 향상될 수 있다.
일 예로, 무게 중심의 목표 거동은 무게 중심의 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 또는 목표 요 레이트 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 탑승 위치의 횡슬립각이 0이 되는 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 탑승 위치 기준의 횡슬립각과 차량의 무게 중심 기준의 횡슬립각 사이의 관계를 통해, 탑승 위치의 횡슬립각이 0이 되는 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 기준 모델을 통해, 차량의 무게 중심 기준의 요 레이트를 산출하고, 산출된 요 레이트를 이용하여, 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 차량의 무게 중심의 목표 횡슬립각 및 목표 횡슬립각속도를 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 단순화된 정상 상태의 자전거 모델(Bicycle model)을 이용하여, 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 산출된 목표 요 레이트, 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
프로세서(110)가 무게 중심의 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 또는 목표 요 레이트 중 적어도 하나 이상을 산출하는 구체적인 내용은 추후 도 4를 통해 더 설명하기로 한다.
일 예로, 프로세서(110)는 무게 중심의 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 및 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출할 수 있다.
다른 일 예로, 프로세서(110)는 입력된 조향각을 기반으로, 차량의 전륜 조향각을 산출하고, 차량의 종방향 속도 및 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하고, 전륜 조향각 및 조향비를 기반으로, 차량의 후륜 조향각을 산출할 수 있다.
프로세서(110)가 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출하는 구체적인 내용은 추후 도 7 및 도 8을 통해 더 설명하기로 한다.
일 예로, 프로세서(110)는 산출된 무게 중심에 대한 목표 거동에 대응하는 차량의 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 4륜 구동 차량의 전륜 조향각, 후륜 조향각, 전륜 구동 토크, 후륜 구동 토크, 전륜 제동 토크 또는 후륜 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
여기서, 차량의 구동 토크/제동 토크와 차량의 구동력/제동력과는 서로 일대일로 대응하는 개념이므로, 프로세서(110)가 구동 토크/제동 토크를 산출하는 것은 구동력/제동력을 산출하는 것과 동일한 것임은 자명하다.
일 예로, 프로세서(110)는 차량의 횡방향 움직임을 간소화한 자전거 모델을 기반으로 한 역동역학 모델을 통해, 무게 중심에 대한 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 및 목표 요 레이트를 기반으로, 차량의 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 산출할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 센서부(미도시)는 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 전륜 조향각, 후륜 조향각, 전륜 구동 토크, 후륜 구동 토크, 전륜 제동 토크 또는 후륜 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
일 예로, 센서부(미도시)는 실시간으로 차량의 실제 거동에 대한 정보를 획득하여, 프로세서(110)에 전달할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 무게 중심에 대한 목표 거동 및 센서부(미도시)에 의해 획득된 정보를 기반으로, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 피드백할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 목표 조향각, 목표 구동 토크 또는 목표 제동 토크와 실시간으로 측정된 실제 차량의 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크의 차이를 기반으로, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 피드백할 수 있다.
일 예로, 프로세서(110)는 목표값과 센싱된 실제값의 차이를 반영하여, 목표 조향각, 목표 구동 토크 또는 목표 제동 토크를 보정할 수 있다.
제어부(120)는 차량의 거동에 대한 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(120)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(120)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제어부(120)는 차량 거동 제어에 대해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산 등을 수행할 수 있다.
제어부(120)는 차량 제어 신호에 따라 차량을 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는 차량 제어 신호에 따라, 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행할 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는 차량의 조향 제어 장치, 구동 제어 장치 및/또는 제동 제어 장치를 포함할 수 있다.
일 예로, 제어부(120)는 프로세서(110)로부터 산출된 목표 제어량을 기반으로, 4륜 구동 차량의 전륜 조향각, 후륜 조향각, 전륜 구동 토크, 후륜 구동 토크, 전륜 제동 토크 또는 후륜 제동 토크 중 적어도 하나 이상을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 입력부(210)는 탑승 위치 선정 버튼(211)을 포함할 수 있다.
일 예로, 입력부(210)는 탑승 위치 선정 버튼(211)을 통해, 사용자로부터 탑승 위치에 대한 신호를 입력받을 수 있다.
사용자는 탑승 위치 선정 버튼(211)을 통해 직접 탑승 위치를 선택하거나, 또는 자동으로 탑승 위치가 선정되도록 할 수 있다.
입력부(210)는 버튼으로 예시되었으나, 터치 스크린 등을 통한 UI(User Interface) 등을 통해 사용자로부터 탑승 위치에 대한 정보를 입력받도록 구현될 수 있다.
센서부(220)는 4륜 휠속 센서(211), 종/횡가속도 센서(222), 요 레이트 센서(223), 4륜 구동/제동 토크 센서(224), 4륜 조향각 센서(225) 및 착좌 센서(226)를 포함할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 4륜 휠속 센서(211)를 통해, 실시간으로 전륜 휠 속도 및 후륜 휠 속도를 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 종/횡가속도 센서(222)를 통해, 실시간으로 차량의 종방향 가속도 및 횡방향 가속도를 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 요 레이트 센서(223)를 통해, 실시간으로 차량의 요 레이트를 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 4륜 구동/제동 토크 센서(224)를 통해, 실시간으로 차량의 전륜 구동 토크, 후륜 구동 토크, 전륜 제동 토크 및 후륜 제동 토크를 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 4륜 조향각 센서(225)를 통해, 실시간으로 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 착좌 센서(226)를 통해, 차량의 각각의 시트에 사용자가 착좌했는지 여부를 감지할 수 있다.
일 예로, 센서부(220)는 감지된 정보를 프로세서(230)에 전달할 수 있다.
프로세서(230)는 탑승 위치를 추정(자동 선정)(231)할 수 있다.
일 예로, 프로세서(230)는 탑승 위치 선정 버튼(211)을 통해 탑승 위치를 자동으로 선정하고자 하는 신호가 입력된 경우, 탑승 위치를 추정할 수 있다.
일 예로, 프로세서(230)는 착좌 센서(226)를 통해 감지된 착좌 정보를 기반으로, 탑승 위치를 선정할 수 있다.
프로세서(230)는 탑승 위치 선정 버튼(211)을 통해 입력된 정보 및/또는 탑승 위치를 추정한 정보를 기반으로, 선회 운동 성능 최적화 탑승 위치를 결정(232)할 수 있다.
선회 운동 성능 최적화 탑승 위치는 선회 운동 성능을 최적화하고자 하는 기준이 되는 위치를 의미하며, 탑승 위치로 정해질 수 있다.
프로세서(230)는 탑승 위치를 기준으로 선회 운동 성능을 최적화하기 위한 목표 거동을 산출할 수 있다.
일 예로, 프로세서(230)는 탑승 위치를 기준으로 선회 운동 성능을 최적화하기 위한 탑승 위치의 목표 거동을 산출하고, 산출된 탑승 위치의 목표 거동에 대응하는 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출할 수 있다.
프로세서(230)는 산출된 목표 거동을 기반으로, 역동역학 모델을 이용하여 차량의 목표 제어량을 산출(234)할 수 있다.
프로세서(230)는 산출된 목표 거동 및 실시간으로 감지된 차량 거동 정보를 기반으로, 피드백 제어량을 산출(235)할 수 있다.
프로세서(230)는 산출된 역동역학 모델 기반 제어량 및 피드백 제어량을 기반으로, 차량 제어 신호를 출력(236)할 수 있다.
일 예로, 프로세서(230)는 역동역학 모델을 이용하여 산출된 목표 제어량을 피드 포워드(Feed forward) 형태로 반영하고, 피드백 제어량을 피드백 형태로 반영한 차량 제어 신호를 출력할 수 있다.
제어부(240)는 제동 제어 장치(241), 조향 제어 장치(242) 및 구동 제어 장치(243)를 포함할 수 있다.
제어부(240)는 차량 제어 신호를 기반으로, 제동 제어 장치(241)를 통해 차량의 전륜 제동 제어 및 후륜 제동 제어를 수행할 수 있다.
제어부(240)는 차량 제어 신호를 기반으로, 조향 제어 장치(242)를 통해 차량의 전륜 조향 제어 및 후륜 조향 제어를 수행할 수 있다.
제어부(240)는 차량 제어 신호를 기반으로, 구동 제어 장치(243)를 통해 차량의 전륜 구동 제어 및 후륜 구동 제어를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 탑승 위치를 기준으로 차량을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 차량의 주행마다 탑승자의 위치(301, 302)가 변경될 수 있다.
탑승자의 위치(301, 302)에 따라서 탑승자 위치 기준의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각이 달라질 수 있다.
이에 따라, 차량 운동 제어 장치(100)는 탑승자의 위치(301, 302)에 따른 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각을 최소화하는 탑승자의 위치(301, 302)의 목표 횡슬립각(베타), 목표 횡슬립각속도 및/또는 목표 요 레이트를 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 탑승자의 위치(301, 302)를 자동으로 감지하거나 또는 사용자로부터 직접 선택된 탑승 위치에 대한 정보를 입력받을 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 산출된 탑승자의 위치(301, 302)의 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 및/또는 목표 요 레이트를 기반으로, 차량의 구동, 제동, 조향에 대한 제어량을 산출하고, 산출된 제어량에 따라 차량 제어를 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 차량의 요 레이트, 횡슬립각 및 횡슬립각속도를 제어하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 탑승 위치(A)에서의 요 레이트-횡가속도 위상차 및 횡슬립각을 최소화하는 목표 거동을 산출할 수 있다(S401).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 탑승 위치(A)에서의 요 레이트-횡가속도 위상차 및 횡슬립각을 최소화하는 탑승 위치 기준(A)의 목표 횡슬립각(β_A), 목표 횡슬립각속도(β’_A) 및 목표 요 레이트(γ_A)를 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 무게 중심(C.G, Center of Gravity)에서의 목표 횡슬립각(β_C.G), 목표 횡슬립각속도((β’_C.G)) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 산출할 수 있다(S402).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 산출된 탑승 위치 기준(A)의 횡슬립각 및 요 레이트를 기반으로, 무게 중심(C.G)에서의 목표 횡슬립각(β_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 산출할 수 있다
차량 운동 제어 장치(100)는 아래 [수학식 1]을 통해, 무게 중심(C.G)에서의 목표 횡슬립각(β_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 산출할 수 있다
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, γ_C.G는 차량의 무게 중심(C.G)에서의 목표 요 레이트를 의미하고, γ_A는 탑승 위치(A)에서의 목표 요 레이트를 의미할 수 있다.
또한, [수학식 1]에서 β_C.G는 무게 중심(C.G)에서의 목표 횡슬립각을 의미하고, β_A는 탑승 위치(A)에서의 목표 횡슬립각을 의미하고, v_x는 차량의 종방향 속도를 의미하고, x_A는 무게 중심(C.G)으로부터 탑승 위치(A)까지의 종방향 거리를 의미할 수 있다.
또한, [수학식 1]에서 β’_C.G는 무게 중심(C.G)에서의 목표 횡슬립각속도를 의미하고, l은 무게 중심(C.G)으로부터 탑승 위치(A)까지의 종방향 거리로써 x_A와 동일한 값을 의미하고, γ_C.G는 차량의 무게 중심(C.G)에서의 목표 요 레이트의 미분값을 의미하고, t는 무게 중심(C.G)으로부터 탑승 위치(A)까지의 횡방향 거리를 의미하고, k는 제어 게인(Gain)을 의미할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 요 레이트, 횡슬립각 및 횡슬립각속도를 제어할 수있다(S403).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 산출된 무게 중심(C.G)에서의 목표 횡슬립각(β_C.G), 목표 횡슬립각속도(β’_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 기반으로, 차량의 요 레이트, 횡슬립각 및 횡슬립각속도를 제어할 수있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 구동 제어, 제동 제어 및 조향 제어를 통해, 차량의 요 레이트, 횡슬립각 및 횡슬립각속도를 제어할 수있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 차량의 거동을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 목표 거동 산출(510), FF(Feed Forword) 제어(520) 및 FB(Feed Back) 제어(530)를 수행할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 전륜 조향각(δ_f), 종방향 속도(V_x), 차량의 무게 중심으로부터 특정 위치(A)까지의 종방향 거리(x_A) 및 차량의 무게 중심으로부터 특정 위치(A)까지의 횡방향 거리(y_A)를 기반으로, 차량의 특정 위치(A)의 목표 거동을 산출(511)할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 특정 위치(A)의 목표 횡슬립각(β_A), 목표 횡슬립각속도(β’_A) 및 목표 요 레이트(γ_A)를 포함하는 목표 거동을 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 특정 위치(A)의 목표 횡슬립각(β_A), 목표 횡슬립각속도(β’_A), 목표 요 레이트(γ_A), 차량의 무게 중심으로부터 특정 위치(A)까지의 종방향 거리(x_A) 및 차량의 무게 중심으로부터 특정 위치(A)까지의 횡방향 거리(y_A)를 기반으로, 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 거동을 산출(512)할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각(β_C.G), 목표 횡슬립각속도(β’_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 포함하는 목표 거동을 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각(β_C.G), 목표 횡슬립각속도(β’_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 기반으로, 차량의 조향각에 대한 기본 제어량(δ_ss,i) 및 차량의 제/구동력에 대한 기본 제어량(F_x,ss,i)을 산출하여, 피드 포워드(FF) 기반의 차량 제어(521)를 수행할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 4륜 각각에 대응하는 차량의 조향각에 대한 기본 제어량(δ_ss,i) 및 차량의 제/구동력에 대한 기본 제어량(F_x,ss,i)을 산출할 수 있다(i는 FL(Front Left), FR(Front Right), RL(Rear Left), RR(Rear Right) 중 하나일 수 있다.).
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각(β_C.G), 목표 횡슬립각속도(β’_C.G) 및 목표 요 레이트(γ_C.G)를 기반으로, 피드백 제어량을 산출하여, 피드 백(FB) 기반의 차량 제어(531)를 수행할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 PID(Proportional-Integral-Differential) 제어기를 통해, 제어 요 모멘트(M_z) 및 횡방향 힘(F_y)을 포함하는 피드백 제어량을 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 4륜 각각에 대응하는 차량의 조향각에 대한 기본 제어량(δ_ss,i), 차량의 제/구동력에 대한 기본 제어량(F_ss,i), 제어 요 모멘트(M_z) 및 횡방향 힘(F_y)을 기반으로, 차량의 4륜 각각에 대응하는 조향각 보정량(Δδ_i) 및 차량의 종방향 제/구동력 보정량(ΔF_x,i)을 산출하여, 피드백 하위 제어(532)를 수행할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 4륜 각각에 대응하여, 산출된 차량의 조향각에 대한 기본 제어량(δ_ss,i)과 조향각 보정량(Δδ_i)을 합산하여, 최종 조향각 제어량을 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 4륜 각각에 대응하여, 산출된 차량의 제/구동력에 대한 기본 제어량(F_x,ss,i)과 제/구동력 보정량(ΔF_x,i)을 합산하여, 최종 제/구동력 제어량을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 이용하는 차량 모델을 나타내는 도면이다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량 모델을 이용하여, 탑승 위치(A) 기준의 횡슬립각을 0으로 만드는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각을 산출할 수 있다.
탑승 위치(A) 기준의 횡슬립각을 0으로 만드는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각은 [수학식 2]와 같이 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, β_CG.tar은 무게 중심의 목표 횡슬립각을 의미하고, γ는 차량의 요 레이트를 의미하고, l은 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치(A)까지의 종방향 거리를 의미하고, v_x.A는 특정 위치(A)에서 차량의 종방향 속도를 의미할 수 있다.
또한, 차량 운동 제어 장치(100)는 차량 모델을 이용하여, 탑승 위치(A) 기준의 요 레이트-횡가속도 위상차를 최소화하는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각속도를 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 차량의 무게 중심(C.G)의 목표 횡슬립각속도를 산출하는 과정에서 횡가속도에 관한 [수학식 3]을 이용할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, a_y.A는 탑승 위치(A) 기준의 횡가속도를 의미하고, V_x.CG는 무게 중심에서 차량의 종방향 속도를 의미하고, γ는 차량의 요 레이트를 의미하고, V’_y.CG는 무게 중심에서 차량의 횡방향 가속도를 의미하고, l은 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치(A)까지의 종방향 거리를 의미하고, t는 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치(A)까지의 횡방향 거리를 의미하고, γ’는 차량의 요 레이트의 미분값을 의미할 수 있다.
[수학식 3]에서 V’_y.CG + l*γ’- t*γ^2 부분은 요 레이트-횡가속도의 위상차가 발생하는 요인에 대응하는 항들로, 제어 게인 k를 이용하여 나타낼 수 있다.
일 예로, 탑승 위치(A) 기준의 요 레이트-횡가속도 위상차를 최소화하는 무게 중심에서 목표 횡슬립각속도는 [수학식 4]와 같이 산출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서, β’_CG.tar는 무게 중심의 목표 횡슬립각속도를 의미하고, v_x는 차량의 종방향 속도를 의미하고, k는 제어 게인을 의미할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 상기 [수학식 2] 및 [수학식 4]를 통해, 무게 중심에서 목표 횡슬립각 및 목표 횡슬립각속도를 산출할 수 있다.
또한, 차량 운동 제어 장치(100)는 기존의 사용되는 기준 모델을 통해, 입력된 조향각을 기반으로, 무게 중심에서 차량의 목표 요 레이트를 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 상기 [수학식 2] 및 [수학식 4]를 이용하여, 탑승 위치(A) 기준의 요 레이트-횡가속도 위상차 및/또는 횡습립각을 최소화하는 무게 중심의 횡슬립각, 횡슬립각속도 및 요 레이트를 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 피드 포워드 제어를 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 조향각을 입력받을 수 있다(701).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 운전자가 직접 입력한 조향 제어 정보 또는 자율 주행 시스템에 의해 산출된 조향 정보를 기반으로 조향각을 입력받을 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 입력된 조향각(δ_f,driver)을 기반으로, 정상 상태 자전거 모델을 통해, 목표 요 레이트(γ_target)를 산출할 수 있다(702).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 자전거 모델을 통해 정상 상태의 요 레이트(γ_ss)를 목표 요 레이트(γ_target)로 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리(x_d), 횡방향 거리(y_d) 및 목표 요 레이트(γ_target)를 기반으로, 탑승 위치의 횡슬립각을 최소화하는 무게 중심의 목표 횡슬립각(β_target)을 산출할 수 있다(703).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 하기 [수학식 5]를 통해, 무게 중심의 목표 횡슬립각(β_target)을 산출할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
여기서, v_x는 차량의 종방향 속도를 의미할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리(x_d), 횡방향 거리(y_d) 및 목표 요 레이트(γ_target)를 기반으로, 탑승 위치의 요 레이트-횡가속도 위상차를 최소화하는 무게 중심의 목표 횡슬립각속도(β’_target)를 산출할 수 있다(704).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 하기 [수학식 6]을 통해, 무게 중심의 목표 횡슬립각속도(β’_target)를 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
여기서, l은 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리를 의미하고, k는 제어 게인을 의미할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 목표 횡슬립각(β_target), 목표 횡슬립각속도(β’_target) 및 목표 요 레이트(γ_target)를 기반으로, 피드 포워드 제어량을 산출할 수 있다(705).
일 예로, 피드 포워드 제어량은 전륜 조향각(δ_f) 및 후륜 조향각(δ_r)에 대한 제어량을 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 하기 [수학식 7]을 통해, 전륜 조향각(δ_f) 및 후륜 조향각(δ_r)을 산출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00007
여기서, C_f, C_r은 각각 전륜 및 후륜의 코너링 강성을 의미하고, I_z는 요 관성 모멘트를 의미하고, l_f, l_r은 각각 무게 중심에서 전륜 및 후륜 차축까지의 거리를 의미하고, L은 전륜 차축과 후륜 차축 간의 거리를 의미할 수 있다.
또한, β_target과 β_tar은 동일한 것으로 이해할 수 있고, γ_target과 γ_tar도 동일한 것으로 이해할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 전륜 조향각(δ_f) 및 후륜 조향각(δ_r)을 기반으로, 차량 제어를 수행할 수 있다(706).
도 8은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 피드 포워드 제어를 수행하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 조향각을 입력받을 수 있다(801).
차량 운동 제어 장치(100)는 입력된 조향각(δ_f,driver)을 기반으로, 정상 상태 자전거 모델을 통해, 목표 요 레이트(γ_target)를 산출할 수 있다(702).
차량 운동 제어 장치(100)는 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리(x_d), 횡방향 거리(y_d) 및 목표 요 레이트(γ_target)를 기반으로, 탑승 위치의 횡슬립각을 최소화하는 무게 중심의 목표 횡슬립각(β_target)을 산출할 수 있다(703).
801 내지 803의 과정은 도 7의 701 내지 703의 과정과 동일하여 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
차량 운동 제어 장치(100)는 목표 횡슬립각(β_target), 목표 횡슬립각속도(β’_target) 및 목표 요 레이트(γ_target)를 기반으로, RWS(Rear Wheel Steer) 피드 포워드 제어량을 산출할 수 있다(804).
일 예로, 피드 포워드 제어량은 후륜 조향각(δ_r)에 대한 제어량을 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 RWS 시스템이 장착된 차량에 적용되는 경우, 하기 [수학식 8]을 통해, 후륜 조향각(δ_r)을 산출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00008
여기서, C_f, C_r은 각각 전륜 및 후륜의 코너링 강성을 의미하고, l_f, l_r은 각각 무게 중심에서 전륜 및 후륜 차축까지의 거리를 의미하고, L은 전륜 차축과 후륜 차축 간의 거리를 의미할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 후륜 조향각(δ_r)을 기반으로, 차량 제어를 수행할 수 있다(805).
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 산출된 후륜 조향각(δ_r)을 기반으로, RWS 시스템을 통한 후륜 조향 제어를 수행할 수 있다.
이 때, 차량 운동 제어 장치(100)는 입력된 조향각(δ_f,driver)을 기반으로 전륜 조향 제어를 수행할 수 있다.
도 9는 차량 선회 운동에 따른 속도별 횡슬립각 정보를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 그래프의 x축은 차속을 의미하고 y축은 횡슬립각을 의미할 수 있다.
차량이 저속으로 주행하는 선회 구간과 차량이 고속을 주행하는 선회 구간에서 발생하는 횡슬립 방향이 반대일 수 있다.
따라서, 기존의 RWS 시스템이 장착되는 차량은 속도별로 상이한 정도로 결정되는 전륜 조향각과 후륜 조향각 간의 조향비를 기반으로 횡슬립각을 최소화하는 제어를 수행할 수 있다.
속도별로 상이하게 결정되는 전륜 조향각과 후륜 조향각 간의 조향비는 도 10을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10은 기존의 RWS 시스템이 사용하는 차속에 따른 전륜과 후륜 간의 조향비 정보를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 기존의 RWS 시스템은 무게 중심을 기준으로 횡슬립각을 최소화하기 위해 차량이 저속으로 주행하는 선회 구간과 차량이 고속을 주행하는 선회 구간에서 전륜과 후륜 간의 조향비를 다르게 하여 차량의 조향 제어를 수행하였다.
일 예로, 기존의 RWS 시스템은 저속에서는 전륜과 후륜을 반대 방향으로 조향하기 위해, 음의 값을 가지는 조향비를 기반으로 후륜의 조향각을 결정하였다.
일 예로, 기존의 RWS 시스템은 고속에서는 전륜과 후륜을 동일한 방향으로 조향하기 위해, 양의 값을 가지는 조향비를 기반으로 후륜의 조향각을 결정하였다.
기존의 RWS 시스템은 전륜 조향각에 조향비를 곱하여 후륜 조향 제어각을 산출할 수 있다.
기존의 RWS 시스템은 하기 [수학식 9]와 같은 조향비를 이용하여, 후륜의 조향 제어를 수행할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00009
여기서, k는 전륜 조향각과 후륜 조향각 간의 조향비를 의미하고, _f, C_r은 각각 전륜 및 후륜의 코너링 강성을 의미하고, l_f, l_r은 각각 무게 중심에서 전륜 및 후륜 차축까지의 거리를 의미하고, m은 차량의 중량을 의미하고, V_x는 차량의 종방향 속도를 의미할 수 있다.
다만, 기존의 RWS 시스템이 사용하는 조향비(k)는 무게 중심을 기준으로 산출되어, 다양한 탑승 위치에 적합하게 결정될 수 없다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 장치가 사용하는 차속에 따른 전륜과 후륜 간의 조향비에 대한 정보를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 차량 운동 제어 장치(100)는 차속 및 탑승 위치에 따른 조향비(k)를 산출할 수 있다.
차량 운동 제어 장치(100)는 기 설정된 함수를 통해, 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리 및 차량의 종방향 속도에 대응하는 조향비(k)를 산출할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 장치(100)는 하기 [수학식 10]과 같은 조향비를 이용하여, 후륜의 조향 제어를 수행할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00010
여기서 각각의 변수가 의미하는 값은 [수학식 9]에서와 동일하게 정의될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 운동 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 차량 운동 제어 방법은 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계(S1210), 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받는 단계(S1220), 입력된 조향각에 기반하여, 탑승 위치를 기준으로 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230) 및 차량 제어 신호에 따른 차량 제어를 수행하는 단계(S1240)를 포함할 수 있다.
사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계(S1210)는 프로세서(110)에 의해 수행될 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 방법은 입력부가, 사용자로부터 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계(S1210)는 프로세서가, 사용자로부터 입력받은 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 방법은 차량에 구비된 착좌 센서가, 차량의 좌석에 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계(S1210)는 프로세서가, 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
차량의 조향각에 대한 정보를 입력받는 단계(S1220)는 프로세서(110)에 의해 수행될 수 있다.
입력된 조향각에 기반하여, 탑승 위치를 기준으로 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230)는 프로세서(110)에 의해 수행될 수 있다.
일 예로, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230)는 프로세서가, 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 차량 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230)는 프로세서가, 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 프로세서가, 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계는 프로세서가, 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출하는 단계 및 프로세서가, 산출된 목표 요 레이트, 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230)는 프로세서가, 무게 중심의 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 및 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 제어 신호를 출력하는 단계(S1230)는 프로세서가, 입력된 조향각을 기반으로, 차량의 전륜 조향각을 산출하는 단계, 프로세서가, 차량의 종방향 속도 및 차량의 무게 중심으로부터 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하는 단계 및 프로세서가, 전륜 조향각 및 조향비를 기반으로, 차량의 후륜 조향각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
차량 제어 신호에 따른 차량 제어를 수행하는 단계(S1240)는 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
일 예로, 차량 제어를 수행하는 단계(S1240)는 제어부가, 차량 제어 신호에 따라, 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량 운동 제어 방법은 차량에 구비되는 센서부가, 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 단계 및 프로세서가, 무게 중심에 대한 목표 거동 및 센서부에 의해 획득된 정보를 기반으로, 차량 제어 신호를 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 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 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 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 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. 차량에 구비되어, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하고,
    상기 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받고,
    상기 입력된 조향각에 기반하여, 상기 탑승 위치를 기준으로 요 레이트(Yaw rate)와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 프로세서; 및
    상기 차량 제어 신호에 따라 상기 차량을 제어하는 제어부를 포함하는 차량 운동 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자로부터 상기 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 사용자로부터 입력받은 상기 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 차량 운동 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량의 좌석에 상기 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 착좌 센서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 차량 운동 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 차량 제어 신호를 출력하고,
    상기 제어부는,
    상기 차량 제어 신호에 따라, 상기 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행하는 차량 운동 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 차량 운동 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 무게 중심의 목표 거동은,
    상기 무게 중심의 목표 횡슬립각, 목표 횡슬립각속도 또는 목표 요 레이트 중 적어도 하나 이상을 포함하는 차량 운동 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 상기 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출하는 차량 운동 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 산출된 목표 요 레이트, 상기 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 상기 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출하는 차량 운동 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 무게 중심의 상기 횡슬립각, 상기 목표 횡슬립각속도 및 상기 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 상기 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출하는 차량 운동 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 입력된 조향각을 기반으로, 상기 차량의 전륜 조향각을 산출하고,
    상기 차량의 종방향 속도 및 상기 차량의 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하고,
    상기 전륜 조향각 및 상기 조향비를 기반으로, 상기 차량의 후륜 조향각을 산출하는 차량 운동 제어 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 무게 중심에 대한 목표 거동 및 상기 센서부에 의해 획득된 정보를 기반으로, 상기 차량 제어 신호를 피드백하는 차량 운동 제어 장치.
  12. 차량에 구비되는 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 차량의 조향각에 대한 정보를 입력받는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각에 기반하여, 상기 탑승 위치를 기준으로 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상에 따른 선회 운동 성능을 고려하여, 차량 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따라 상기 차량을 제어하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    입력부가, 상기 사용자로부터 상기 탑승 위치에 대한 정보를 입력받는 단계를 더 포함하고,
    상기 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 사용자로부터 입력받은 상기 탑승 위치에 대한 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 차량에 구비된 착좌 센서가, 상기 차량의 좌석에 상기 사용자가 착좌했는지 여부를 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프로세서가, 사용자에 대한 탑승 위치를 판단하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 착좌 센서의 감지 정보를 기반으로, 상기 탑승 위치를 판단하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 차량에 대한 조향 신호, 구동 신호 또는 제동 신호 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상기 차량 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따른 차량 제어를 수행하는 단계는,
    상기 제어부가, 상기 차량 제어 신호에 따라, 상기 차량의 조향 제어, 구동 제어 또는 제동 제어 중 적어도 하나 이상을 수행하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 탑승 위치의 요 레이트와 횡가속도 사이의 위상차 또는 횡슬립각 중 적어도 하나 이상을 최소화하는 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서가, 상기 차량의 무게 중심의 목표 거동을 산출하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 정상 상태 동역학 모델을 통해 상기 무게 중심의 목표 요 레이트를 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 산출된 목표 요 레이트, 상기 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 횡방향 거리 및 종방향 거리를 기반으로, 상기 무게 중심의 목표 횡슬립각 또는 목표 횡슬립각속도 중 적어도 하나 이상을 산출하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 무게 중심의 상기 횡슬립각, 상기 목표 횡슬립각속도 및 상기 목표 요 레이트를 기반으로, 역동역학 모델을 통해, 상기 차량의 전륜 조향각 및 후륜 조향각을 산출하는 단계를 더 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서가, 차량 제어 신호를 출력하는 단계는,
    상기 프로세서가, 상기 입력된 조향각을 기반으로, 상기 차량의 전륜 조향각을 산출하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 차량의 종방향 속도 및 상기 차량의 무게 중심으로부터 상기 탑승 위치까지의 종방향 거리를 기반으로, 조향비를 산출하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 전륜 조향각 및 상기 조향비를 기반으로, 상기 차량의 후륜 조향각을 산출하는 단계를 포함하는 차량 운동 제어 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 차량에 구비되는 센서부가, 상기 차량의 휠 속도, 종가속도, 횡가속도, 요 레이트, 조향각, 구동 토크 또는 제동 토크 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 무게 중심에 대한 목표 거동 및 상기 센서부에 의해 획득된 정보를 기반으로, 상기 차량 제어 신호를 피드백하는 단계를 더 포함하는 차량 운동 제어 방법.
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