KR20230108007A - 자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 자율주행 중에 스티어링 휠에 설치된 조향각센서의 센싱조향각 및 모터각의 차이에 따라 이상을 검출하고, 모터각 및 센싱조향각의 차이각에 따라 가중치를 가변제어하여 모터각 및 센싱조향각의 비율이 변경된 최종조향각을 산출하며, 최종조향각을 기준으로 주행 방향을 제어함으로써, 조향 제어의 정확도를 향상시키고 모터각과 센싱 조향각의 차이에 따른 제어 불일치 문제를 해소하며, 사고의 발생을 방지하여 안정적으로 주행을 제어할 수 있다.

Description

자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법{STEERING CONTROL APPARATUS AND CONTROLLING METHOD FOR AUTONOMOUS VEHICLE}

본 발명은 자율 주행 시 주행 방향을 변경하기 위한 조향각을 모터각 기준으로 제어하면서 조향각센서의 센싱조향각 및 모터각의 차이에 따라 최종 조향각을 변경하여 주행 방향을 제어하는 자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법에 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 조향각을 제어함으로써 주행 방향을 제어하며 자율 주행을 수행한다.

자동차는 자율 주행 시 변경하고자 하는 주행 방향에 따라 지령 조향각을 출력하여 조향장치를 제어한다. 이때 자동차의 주행 방향을 제어하는 데 있어서, 지령에 따라 조향각을 제어하더라도 실제 변경된 조향각과 차이가 발생하는 문제가 있다. 특히 조향장치 중 MDPS에서의 조향각센서의 위치에 따라 측정치가 상이하여 모터각을 기반으로 제어하는 경우 이를 보정하여 적용할 필요가 있다.

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.

자율주행을 위한 MDPS 중 R-Type의 MDPS의 경우 조향각센서가 스티어링 휠에 장착되는데, 스티어링 휠에 장착된 조향각센서를 이용하여 MDPS로 조향제어를 수행할 경우, 제어의 안정도와 정확도에 있어서 한계가 있다.

예를 들어 실제 자동차의 모션제어는 하단의 랙바가 구동되면서 수행되는데 랙바의 정확한 이송거리에 매칭이 되는 것으로 스티어링 휠에 장착된 조향각센서에서는 중간에 컬럼에 장착된 토션바나 유조인트 등으로 인하여 하단의 랙바 이동량과는 상이한 조향각이 감지될 수 있다.

이러한 문제를 해소하기 위하여 모터각을 기반으로 주행 방향을 제어하는 경우, R-Type MDPS는 벨트로 종동부와 모터가 연결되어 있는데 벨트가 끊어지거나 느슨해져 슬립이 발생할 경우 운전자의 안전에 큰 위협이 발생할 수 있고, 자동차 내의 부품 중 일부는 핸들에 설치되는 조향각센서를 이용하여 제어하므로, 벨트슬립의 누적으로 인해 차량의 횡방향 제어와 다른 제동이나 서스펜션 등 샤시제어에 통합적인 제어 불일치가 발생 할 수 있다.

따라서 스티어링 휠에 구비되는 조향각센서와 모터각 간의 차이를 고려하여 조향각을 보정할 필요가 있다.

대한민국 공개특허 제2019-0076178호

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 자율주행 중에 스티어링 휠의 조향각센서의 센싱조향각 및 모터각의 차이에 따라 이상을 검출하고, 모터각 및 센싱조향각의 비율 변경을 통해 차이를 보정한 최종조향각을 기반으로 주행 방향을 제어하여 자동차가 안정적으로 주행하도록 제어하는 자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치는, 도로정보를 수집하고, 차속, 조향각 및 객체정보를 감지하는 감지부; 상기 설정된 주행경로에 따라 주행하도록, 상기 도로정보 및 상기 객체정보를 기반으로 주행 방향을 변경하는 지령 조향각을 산출하는 자율주행부; 스티어링 휠에 설치되는 조향각센서의 센싱조향각과 조향모터의 모터각을 기반으로 최종조향각을 산출하는 조향각연산부; 및 상기 최종조향각을 기준으로 상기 지령 조향각에 따라 조향모터를 구동하여 주행 방향을 제어하는 조향제어부; 를 포함하고, 상기 조향각연산부는 상기 모터각 및 상기 센싱조향각의 차이각에 따라 상기 모터각과 상시 센싱조향각의 비율을 조정하는 가중치를 가변제어하여 상기 차이각을 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 상기 차이각이 증가할수록 상기 센싱조향각의 비율이 증가하도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 상기 차이각이 정상 범위에 포함되는 경우 상기 모터각이 상기 최종조향각이 되도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 전동식 조향장치(MDPS, Motor-Driven Power Steering)의 컬럼토크를 기반으로 토션바의 비틀림의 정도를 판단하고, 상기 컬럼토크 및 상기 차이각에 대응하여 이상을 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0인 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 설정값 미만이면, 정상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0보다 큰 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 상기 설정값 이상이면, 벨트슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향각연산부는 자율주행모드에서 제어 가능한 조향각의 최대각을 분배하여 상기 차이각에 따라 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 조향제어부는 시동을 온 또는 오프하는 때에 모터각과 조향각을 일치시켜 싱크를 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 차이각이 설정 범위를 벗어나는 경우 자율주행이 불가능한 것으로 판단하여 자율주행모드를 해제하는 제어부; 를 더 포함한다.

본 발명에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 제어방법은, 수집되는 도로정보 및 주변의 객체를 기반으로 주행 방향을 변경하는 지령 조향각을 산출하여 전동식 조향장치(MDPS, Motor-Driven Power Steering)의 조향모터를 제어하는 단계; 상기 조향모터 동작 시, 상기 조향모터의 모터속도를 기반으로 모터각을 산출하고, 스티어링 휠에 설치되는 조향각센서의 센싱조향각을 감지하는 단계; 상기 모터각 및 상기 센싱조향각의 차이각에 따라 상기 모터각과 상시 센싱조향각의 비율을 조정하는 가중치를 변경하여 상기 차이각을 보정하는 단계; 상기 가중치를 반영하여 상기 센싱조향각 및 상기 모터각을 기반으로 최종조향각을 산출하는 단계; 및 상기 최종조향각을 기준으로 상기 지령 조향각에 따라 상기 조향모터를 제어하여 주행 방향을 변경하는 단계; 를 포함한다.

상기 차이각을 보정하는 단계는, 상기 차이각이 증가할수록 상기 센싱조향각의 비율이 증가하도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 차이각을 보정하는 단계는, 상기 차이각이 정상 범위에 포함되는 경우 상기 모터각이 상기 최종조향각이 되도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 차이각을 보정하는 단계는, 자율주행모드에서 제어 가능한 조향각의 최대각을 분배하여 상기 차이각에 따라 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 한다.

상기 센싱조향각을 감지하는 단계 후, 상기 전동식 조향장치의 컬럼토크를 산출하는 단계; 및 상기 컬럼토크 및 상기 차이각에 대응하여 이상을 검출하는 단계; 를 더 포함한다.

상기 이상을 검출하는 단계는, 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0인 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 설정값 미만이면, 정상으로 판단하는 단계; 및 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0보다 큰 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 상기 설정값 이상이면, 벨트슬립이 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함한다.

일 측면에 따르면, 본 발명의 자율 주행을 위한 조향 제어장치 및 그 제어방법은 자율주행 시 모터각을 기준으로 조향을 제어하되, 조향각센서의 센싱조향각과 모터각의 차이에 따라 이상을 검출하고, 차이각에 따라 가중치를 가변제어하여 모터각 및 센싱조향각의 비율이 변경된 최종조향각을 산출하여 제어함으로써 조향 제어의 정확도를 향상시키고 모터각과 센싱 조향각의 차이에 따른 제어 불일치 문제를 해소하며, 사고의 발생을 방지하여 안정적으로 주행을 제어할 수 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 조향 제어장치의 제어 구성이 도시된 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 조향각의 산출방법을 설명하는 데 참조되는 도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 제어방법을 설명하는데 참조되는 도이다.

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.

도 1에 도시된 바와 같이, 전동식 조향장치(10)는 스티어링 휠(11), 스티어링 휠(11)의 회전력을 전달하는 조향축(16), 조향축(16)을 통해 스티어링 휠의 회전력이 전달되는 토션바(13), 랙바(17) 및 조향모터(12)를 포함한다.

전동식 조향장치(10)는 조향모터(12)를 구동하여 스티어링 휠(11)의 동작에 따른 신호를 인가하여 차량의 주행 방향을 제어한다.

전동식 조향장치(10)는 운전자가 스티어링 휠(11)을 조작하는 경우 스티어링 휠(11)의 조작을 보조하고, 자율주행모드가 설정되면 인가되는 지령 조향각에 대응하여 조향모터(12)를 구동함으로써 차량의 주행 방향을 제어한다.

전동식 조향장치(10)는 MDPS(Motor-Driven Power Steering)이고, R type인 것을 예로 하여 설명하나, 그 동작방식에 따라 다양한 형태가 적용될 수 있다.

스티어링 휠(11)은 회전조작되어 조타력을 조향축을 통해 전달한다.

조향모터(12)는 랙바에 장착되어 모터의 구동력을 랙바(17)에 직접 전달한다. 조향모터(12)는 스티어링 휠(11)에 의해 조타 시 조향값을 인지하여 랙바(17)를 직접 구동하며, 조타력에 대응하여 지연 없이 동작한다.

랙바(17)은 조향모터(12)에 구동하여 조향값에 따라 축에 연결되는 바퀴(휠)를 이동시킨다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 제어 구성이 도시된 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 조향 제어장치(100)는 자율주행부(120), 주행제어부(130), 조향제어부(140), 감지부(160), 통신부(170) 및 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.

또한, 조향 제어장치(100)는 자동차의 동작 전반을 제어하는 메인제어부(미도시)와 연결되어 동작한다.

조향 제어장치(100)는 통신부(170)를 통해 외부의 데이터베이스(DB)(미도시) 또는 도로정보를 제공하는 외부 서버와 통신하며, 데이터부(180)에 저장되는 데이터를 바탕으로 자율 주행하도록 제어한다.

데이터부(180)는 차량 제어를 위한 제어데이터와, 감지부(160)를 통해 감지되는 데이터, 통신부(170)를 통해 송수신되는 데이터를 저장한다. 또한, 데이터부(180)는 자율주행부(120)에 의해 생성되는 지령 조향각을 누적하여 저장한다.

통신부(170)는 복수의 통신모듈을 포함하여, 차량 내부의 데이터 송수신을 위한 CAN통신은 물론, 블루투스(BLUETOOTH) 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.

감지부(160)는 복수의 센서를 포함하여, 차량의 속도 및 위치정보를 감지한다. 또한, 감지부(160)는 차량 주변의 객체를 감지하고, 도로 정보를 수집한다.

예를 들어 감지부(160)는 라이다(Lidar), 레이더(Radar) 또는 카메라(미도시)를 포함하여 차량 주변의 객체를 감지하고, 객체와의 거리를 측정하며, 도로 표지판을 인식하고, 도로에 대한 정보를 획득한다.

또한, 감지부(160)는 차속 센서(미도시) 및 조향각센서(미도시)를 포함한다. 감지부(160)는 그 외 온도, 압력 등을 감지되는 센서를 더 포함하나 그에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

차속센서는 주행 중, 차량의 이동 속도를 측정한다. 예를 들어 차속센서는 위치기반으로 시간당 이동량을 바탕으로 차속을 산출한다. 또한, 차속센서는 휠의 회전속도에 대응하여 이동거리와 차속을 산출할 수 있다.

조향각센서는 스티어링 휠(11)에 구비되어 스티어링 휠(11)의 회전 조작에 따른 조향각을 측정한다. 조향각센서는 MDPS의 타입에 따라 설치 위치가 변경될 수 있다. 이하, 조향각센서에 의해 감지되는 조향각은 센싱조향각으로 한다.

또한, 감지부(160)는 모터각센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

모터각센서는 MDPS의 조향모터(12)에 의해 이동하는 이동각을 산출하여 모터각으로 인가한다. 경우에 따라 조향각연산부(150)는 조향모터(12)의 모터속도를 적분하여 모터의 이동거리에 따른 모터각을 산출할 수 있다.

자율주행부(120)는 라이다, 레이더 및 카메라 중 적어도 하나로부터 입력되는 데이터를 분석하여 도로정보를 획득하고, 감지부(160)를 통해 획득된 데이터를 바탕으로 자동차의 주변 환경을 인식하고, 목적지까지의 경로에 따라 주행 방향을 제어한다.

또한, 자율주행부(120)는 감지부(160)로부터 입력되는 신호를 바탕으로 주변의 객체에 대한 정보를 획득한다. 자율주행부(120)는 주행 경로와 인접한 차량의 위치 및 동작, 도로상태 등에 대응하여, 주행방향을 변경하는 지령 조향각을 산출하여 조향제어부(140)로 인가한다. 지령 조향각은 조향모터의 동작을 제어하기 위한 신호이다. 자율주행부의 이러한 제어방식은 이미 알려진 다양한 방식을 이용하여 수행될 수 있으므로 더 자세한 설명은 생략하기로 한다.

조향제어부(140)는 자율주행부(120)의 지령 조향각에 대응하여 주행 방향을 제어한다. 조향제어부(140)는 제어명령에 대응하여, 스티어링 휠(11)을 동작시키고, 전동식 조향장치(10)를 제어한다.

조향제어부(140)에 의해 조향모터(12)가 동작하면, 조향모터(12)는 스티어링 휠의 동작을 보조하고, 하단부의 랙바(17)가 스티어링 휠(11)의 회전 방향에 대응하여 이동함에 따라 바퀴(휠)의 각도가 변경되어 주행 방향이 변경된다.

조향제어부(140)는 자율주행부(120)의 지령 조향각을 데이터부(180)에 누적하여 저장하고, 지령 조향각에 대응하여 조향모터(12)의 모터각을 기준으로 제어한다.

조향제어부(140)는 지령 조향각에 따라 주행을 제어하되 조향각연산부(150)에 의해 산출되는 최종조향각을 기반으로 주행을 제어한다. 최종조향각은 모터각과 조향각센서의 센싱조향각을 기반으로 산출되며 지령 조향각에 따라 주행 방향을 제어하는 경우 실제 변경된 조향각이다.

또한, 조향제어부(140)는 최종조향각을 기준으로 지령 조향각에 따라 주행을 제어하되, 별도의 추정 조향각을 산출하여 추정 조향각과 지령 조향각을 비교하여 자율주행부(120)의 이상을 검출한다. 조향제어부(140)는 자율주행부(120)의 지령 조향각에 이상이 있는 것으로 판단되면 추정 조향각을 기반으로 제어할 수 있다.

조향제어부(140)는 지령 조향각에 따라 주행 방향을 결정하고, 자동차가 결정된 주향방향으로 주행하기 위해 최종조향각을 기준으로 실제 주행 방향을 제어한다.

조향제어부(140)는 최종조향각과 주행 정보에 기초하여 결정된 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 연산하여 조향모터(12)에 공급하고, 조향모터(12)의 회전 및 회전 감속을 통해 조타력을 위한 힘을 발생시킨다.

조향제어부(140)는 시동을 온 또는 오프하는 때에 모터각과 조향각을 일치시켜 싱크를 조정한다.

조향각연산부(150)는 조향모터(12)의 모터속도를 기반으로 모터각을 산출하고, 조향각센서의 센싱조향각과 모터각을 기반으로 최종조향각을 산출하여 조향제어부(140)로 인가한다.

또한, 조향각연산부(150)는 벨트슬립 등의 이상이 발생하는지 여부를 판단하여 감지결과에 따라 모터각과 센싱조향각의 비율을 가변제어함으로써 최종조향각을 산출한다.

조향각연산부(150)는 최종조향각을 산출하는 데 있어서, 모터각과 센싱조향각에 대한 가중치(K)를 설정하고, 가중치(K)를 가변제어하여 모터각과 센싱조향각의 비율을 조정함으로써, 최종조향각을 산출한다.

제어부(110)는 감지부(160)로부터 입력되는 신호를 바탕으로 주변의 객체에 대한 정보를 획득하여 누적하고, 자율주행부(120)에 의해 인가되는 지령 조향각을 데이터부(180)에 누적하여 저장한다.

제어부(110)는 조향제어부(140)를 제어하여 데이터부(180)에 저장된 데이터를 근거로 추정 조향각이 산출되면, 자율주행부(120)로부터 인가되는 지령 조향각과 비교하여 주행 상태를 판단하고, 센싱조향각과 모터각의 차이가 일정값 이상으로 증가하는 경우 조향각연산부(150)로부터 입력되는 신호에 따라 이상 발생 여부를 판단한다.

또한, 제어부(110)는 이상이 발생한 것으로 판단되면 경고를 출력하고, 이상의 정도에 따라 주행을 유지하거나 차량이 정차하도록 그 동작을 제어한다.

주행제어부(130)는 자율주행부(120)의 제어명령에 대응하여 자동차의 모터(미도시)를 구동하여 바퀴(휠)가 설정된 속도로 회전하여 자동차가 이동하도록 한다. 또한, 주행제어부(130)는 차량의 속도를 제어하고, 브레이크 시스템(미도시)을 통해 차량이 정차하도록 한다.

그에 따라 자동차는 목적지까지 자율 주행한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 조향각의 산출방법을 설명하는 데 참조되는 도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 조향각연산부(150)는 모터속도와 조향각센서의 센싱조향각을 이용하여 최종 조향각을 산출한다. 조향각연산부(150)는 모터속도를 적분하여 모터의 이동거리에 따라 모터각을 산출한다.

조향각연산부(150)는 모터각과 센싱조향각을 이용하여 산출되는 최종조향각에 대하여, 모터각과 센싱조향각에 적용되는 가중치(K)를 가변 제어하여 최종조향각을 산출한다.

또한, 조향각연산부(150)는 최종조향각 산출 시, 토션바의 비틀림 정도와 모터각과 센싱조향각의 차이에 따라 이상을 검출하여 제어부(110)로 인가한다.

조향각연산부(150)는 컬럼토크를 기반으로 토션바의 비틀림을 정도를 산출하고, 모터각 및 센싱조향각의 차이각을 이용하여 벨트슬립 등의 이상이 발생하였는지 판단한다.

조향각연산부(150)는 판단 결과에 따라 가중치(K)를 결정하고, 그에 따라 모터각과 센싱조향각을 이용하여 최종조향각을 산출한다.

조향각연산부(150)는 다음 수학식 1을 기반으로 최종조향각을 산출한다.

이때,

또는 K는 모터각과 센싱조향각에 대한 가중치이다.

조향각연산부(150)는 토션바의 비틀림 정도에 따라 가중치(K)를 변경하여 센싱조향각과 모터각의 비율을 변경하여 최종조향각을 산출한다.

K는 0 내지 1 범위 내에서 설정된다.

조향각연산부(150)는 정상 상태에서 K를 0으로 설정한다. K가 0 인 경우 최종조향각은 모터각이 되고, K가 증가할수록 센싱조향각의 비율이 증가하게 된다.

한편, 벨트슬립이 발생하는 경우 모터각과 센싱조향각의 차이가 발생하게 되므로, 조향각연산부(150)는 이상 검출 시, K의 값을 가변하여 설정함으로써 센싱조향각의 비율이 증가하도록 최종조향각을 산출한다.

조향각연산부(150)는 모터속도와 센싱조향각의 피드백에 가중치를 적용한 값을 합산하고(152) 나누어(153) 게인(G)에 따라 증폭함(154)으로써 최종조향각을 산출한다.

그에 따라 조향제어부(140)는 최종조향각을 기준으로 조향모터(12)를 제어한다.

한편, 조향각연산부(150)는 센싱조향각을 가중치를 적용하여 피드백하고, 모터속도에 가중치가 적용되는 센싱조향각을 합산한 후 연산 과정을 거쳐 최종조향각을 산출한다.

조향각연산부(150)는 차이각산출부(151)와 가중치산출부(156)를 포함한다.

차이각산출부(151)는 모터속도로부터 모터각을 산출하고, 모터각과 센싱조향각의 차이값, 즉 차이각을 연산한다.

또한, 차이각산출부(151)는 컬럼토크를 기반으로 토션바의 비틀림의 정도를 각도로 산출한다.

차이각산출부(151)는 컬럼토크와 모터각 및 센싱조향각의 차이각을 기반으로 이상을 검출한다. 가중치설정부(156)는 차이각산출부(151)로부터 인가되는 차이각의 정도에 따라 이상 여부를 판단한다.

가중치설정부(156)는 모터각과 센싱조향각의 차이각에 따라 가중치를 설정한다. 가중치설정부(156)는 토션바의 비틀림 각도에 따라 오프셋(offset)을 뺀 값으로 모터각과 센싱조향각의 차이를 산출한다. 모터각과 센싱조향각의 차이와 토션바의 비틀림을 비교하여 가중치(K)를 설정할 수 있다.

토션바의 비틀림은 컬럼토크를 기반으로 산출할 수 있다.

가중치설정부(156)는 토션바의 비틀림이 일정각 이상인 경우, 센싱조향각과 모터각의 차이가 큰 것으로 보고 최종조향각이 되도록 가중치(K)를 설정한다. 한편, 정상 상태인 경우에는 가중치K를 0으로 하며 모터각이 최종조향각이 되도록 한다.

예를 들어 토션바의 비율(ratio)이 2.5Nm/deg인 경우 컬럼토크가 2.5Nm발생한 것으로, 센싱조향각에서 1도를 뺀 값이 모터각과 일치하게 된다.

조향제어부(140)는 벨트슬립이 발생하는 경우 조향각연산부(150)에 의해 센싱조향각의 비율을 증가된 최종조향각을 기반으로 위치 제어를 수생하도록 한다.

조향제어부(140)는 시동을 오프한 후 다시 온 하는 경우 모터각과 조향각의 싱크를 맞추어 보정을 수행한다.

한편, 모터각과 조향각의 차이가 일정값 이상으로 큰 경우 제어부(110)는 이상 검출에 대한 신호를 인가한다.

제어부(110)는 기구적으로 문제가 발생한 것으로 판단하여 자율 주행을 중지하도록 자율주행부(120)를 제어한다. 또한, 제어부(110)는 자율주행 불가에 따른 알림을 생성하여 출력하고, 운전자가 직접 주행을 제어하도록 한다.

그에 따라 센싱조향각과 모터각의 차이를 보정하여 동기화함으로써 벨트 슬립 등의 문제를 해소하고, 주행의 안정성이 향상되며, 위치제어에 따른 성능이 향상될 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율 주행을 위한 조향 제어장치의 제어방법을 설명하는데 참조되는 도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 감지부(160)는 조향모터(12)의 모터속도를 감지하여 조향각연산부(150)로 인가하고, 조향각연산부(150)는 모터속도로부터 모터각을 산출한다(S310).

또한, 감지부(160)는 스티어링 휠(11)에 설치되는 조향각센서에 의해 감지되는 센싱조향각을 조향각연산부(150)로 입력한다.

조향각연산부(150)는 컬럼토크를 바탕으로 토션바의 비틀림의 정도를 산출하고(S320), 모터각과 센싱조향각의 차이를 차이각으로 산출한다(S340).

조향각연산부(150)는 컬럼토크 및 모터각과 센싱조향각의 차이각을 바탕으로 이상을 검출한다.

조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0인 경우(S350) 모터각과 센싱조향각의 차이각이 0인지 판단한다(S370).

또한, 조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0보다 큰 경우, 모터각과 센싱조향각의 차이각이 설정값 이상인지 판단한다(S360).

이때 설정값은 컬럼토크의 크기에 따라 변경될 수 있다. 조향각연산부(150)는 컬럼토크에 따른 토션바의 비틀림 정도에 대응하여 기저장된 테이블을 바탕으로 설정값을 변경하여 이상 여부를 판단한다. 또한, 조향각연산부(150)는 차이각에 대하여 일정 크기의 마진을 포함하여 설정값을 설정할 수 있다.

조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0이고 차이각 또한 0인 경우, 즉 모터각과 센싱조향각이 일치하는 경우 정상으로 판단한다(S400). 또한 조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0이 아니고 차이각이 설정값 미만이면 정상으로 판단한다(S400).

가중치설정부(156)는 정상으로 판단되면, 가중치(K)를 0으로 설정한다(S410).

조향각연산부(150)는 가중치(K)가 0이므로 모터각을 최종조향각으로 산출한다(S420).

조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0이고 차이각이 0보다 큰 경우 벨트 슬립 등으로 인하여 차이가 발생한 것으로 판단한다(S380). 조향각연산부(150)는 컬럼토크가 0이 아니고 차이각이 설정값 이상이면 벨트 슬립으로 인하여 차이가 발생한 것으로 판단한다(S380).

조향각연산부(150)는 일시적인 벨트 슬립에 의한 차이각의 증가로 판단하여 이를 보상할 수 있도록 가중치설정부(156)를 통해 가중치를 변경한다(S390).

가중치설정부(156)는 벨트슬립 등으로 인하여 차이가 발생한 경우 차이각에 따라 가중치(K)의 설정을 변경한다. 가중치설정부(156)는 자율 주행을 통해 제어 가능한 조향각에 대한 최대각을 기준으로 차이각에 따라 가중치(K)를 설정한다.

가중치설정부(156)는 자율 주행을 통해 제어할 수 있는 최대각에 대하여, 0 내지 1의 범위에서 설정되는 가중치값으로 분배한 후 차이각에 따라 가중치를 설정한다.

예를 들어 최대각을 30도를 가정하면, 차이각이 0이면 가중치는 0이고, 차이각이 30도면 가중치는 1이 된다. 차이각이 증가할수록 차이각 1도당 0.033x로 가중치가 증가한다.

조향각연산부(150)는 설정된 가중치를 모터각과 센싱조향각에 적용하여 앞서 설명한 수학식1에 따라 최종조향각을 산출한다(S420). 차이각이 증가할수록 가중치가 증가하므로, 센싱조향각의 비율이 증가하고, 차이각이 감소할수록 센싱조향각의 비율이 감소하게 된다.

조향제어부(140)는 최종조향각을 기반으로 조향모터(12)를 제어하여 차량의 주행 방향을 제어하고, 주행제어부(130)는 설정된 경로에 따라 차량이 목적지까지 주행하도록 제어한다.

한편, 조향각연산부(150)는 차이각이 설정값 보다 크게 설정되는 제 2 설정값보다 큰 경우, 이상신호를 제어부(110)로 인가한다. 제어부(110)는 이상신호에 대응하여, 차이각이 설정 범위를 벗어나 조향제어가 불가능하다고 판단하여 자율주행을 종료한다. 제어부(110)는 이상 검출에 따른 경고를 출력하고, 자율주행 종료에 대한 안내를 출력부(미도시)를 통해 출력한다.

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.

110: 제어부 120: 자율주행부
130: 주행제어부 140: 조향제어부
150: 조향각연산부 151: 차이각산출부
156: 가중치산출부 160: 감지부
170: 통신부 180: 데이터부

Claims (15)

1. 도로정보를 수집하고, 차속, 조향각 및 객체정보를 감지하는 감지부;
   기설정된 주행경로에 따라 주행하도록, 상기 도로정보 및 상기 객체정보를 기반으로 주행 방향을 변경하는 지령 조향각을 산출하는 자율주행부;
   스티어링 휠에 설치되는 조향각센서의 센싱조향각과 조향모터의 모터각을 기반으로 실제 변경된 최종조향각을 산출하는 조향각연산부; 및
   상기 최종조향각을 기준으로 상기 지령 조향각에 따라 조향모터를 구동하여 주행 방향을 제어하는 조향제어부; 를 포함하고,
   상기 조향각연산부는 상기 모터각 및 상기 센싱조향각의 차이각에 따라 상기 모터각과 상시 센싱조향각의 비율을 조정하는 가중치를 가변제어하여 상기 차이각이 보정된 상기 최종조향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 상기 차이각이 증가할수록 상기 센싱조향각의 비율이 증가하도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 상기 차이각이 정상 범위에 포함되는 경우 상기 모터각이 상기 최종조향각이 되도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 전동식 조향장치(MDPS, Motor-Driven Power Steering)의 컬럼토크를 기반으로 토션바의 비틀림의 정도를 판단하고, 상기 컬럼토크 및 상기 차이각에 대응하여 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0인 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 설정값 미만이면 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0보다 큰 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 상기 설정값 이상이면 벨트슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향각연산부는 자율주행모드에서 제어 가능한 조향각의 최대각을 분배하여 상기 차이각에 따라 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 조향제어부는 시동을 온 또는 오프하는 때에 모터각과 조향각을 일치시켜 싱크를 조정하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 차이각이 설정 범위를 벗어나는 경우 자율주행이 불가능한 것으로 판단하여 자율주행모드를 해제하는 제어부; 를 더 포함하는 조향 제어장치.
10. 수집되는 도로정보 및 주변의 객체를 기반으로 주행 방향을 변경하는 지령 조향각을 산출하여 전동식 조향장치(MDPS, Motor-Driven Power Steering)의 조향모터를 제어하는 단계;
    상기 조향모터 동작 시, 상기 조향모터의 모터속도를 기반으로 모터각을 산출하고, 스티어링 휠에 설치되는 조향각센서의 센싱조향각을 감지하는 단계;
    상기 모터각 및 상기 센싱조향각의 차이각에 따라 상기 모터각과 상시 센싱조향각의 비율을 조정하는 가중치를 변경하여 상기 차이각을 보정하는 단계;
    상기 가중치를 반영하여 상기 센싱조향각 및 상기 모터각을 기반으로 최종조향각을 산출하는 단계; 및
    상기 최종조향각을 기준으로 상기 지령 조향각에 따라 상기 조향모터를 제어하여 주행 방향을 변경하는 단계; 를 포함하는 조향 제어장치의 제어방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차이각을 보정하는 단계는,
    상기 차이각이 증가할수록 상기 센싱조향각의 비율이 증가하도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치의 제어방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 차이각을 보정하는 단계는,
    상기 차이각이 정상 범위에 포함되는 경우 상기 모터각이 상기 최종조향각이 되도록 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치의 제어방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 차이각을 보정하는 단계는,
    자율주행모드에서 제어 가능한 조향각의 최대각을 분배하여 상기 차이각에 따라 상기 가중치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어장치의 제어방법.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 센싱조향각을 감지하는 단계 후,
    상기 전동식 조향장치의 컬럼토크를 산출하는 단계; 및
    상기 컬럼토크 및 상기 차이각에 대응하여 이상을 검출하는 단계; 를 더 포함하는 조향 제어장치의 제어방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 이상을 검출하는 단계는,
    상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0인 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 설정값 미만이면 정상으로 판단하는 단계; 및
    상기 컬럼토크가 0이고 상기 차이각이 0보다 큰 경우 및 상기 컬럼토크가 0이 아니고 상기 차이각이 상기 설정값 이상이면 벨트슬립이 발생한 것으로 판단하는 단계; 를 포함하는 조향 제어장치의 제어방법.

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