KR20240031549A - 전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 제어 방법 - Google Patents

전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 제어 방법 Download PDF

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오성재
손희운
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조진겸
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 노면 감속 요인에 의한 피치를 저감시켜 승차감을 개선할 수 있는 전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 크루즈 컨트롤 제어 방법은, 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 제어 방법에 있어서, 주행 중인 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인이 감지되면 차량의 목표 속도를 판단하는 단계; 판단된 목표 속도로 등속 주행하며 노면 감속 요인에 진입하는 단계; 및 노면 감속 요인에 진입하면 피치 저감 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 제어 방법{ELECTRIFIED VEHICLE AND METHOD OF CRUISE CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 노면 감속 요인에 의한 피치를 저감시켜 승차감을 개선할 수 있는 전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 제어 방법에 관한 것이다.
크루즈 컨트롤 기능이란 운전자가 목표 속도를 설정하면 브레이크 조작 등의 특정 조건이 만족되기 전까지 설정된 목표 속도를 가속 페달 조작 없이 자동으로 유지하는 기능을 의미한다. 이러한 크루즈 컨트롤 기능은 센서 기술의 발달에 따라 스마트 크루즈 컨트롤(SCC: Smart Cruise Control) 기능으로 발전되었다.
스마트 크루즈 컨트롤 기능은 전방 레이더 센서를 이용하여 전방 차량과의 거리 및 상대속도를 기반으로 제어를 수행하여, 기본적으로 목표 속도를 추종하되 전방 차량과의 거리에 따라 가/감속까지 가능하다. 일반적인 스마트 크루즈 컨트롤 기능에서는 전방 차량에 대한 상대속도에 비해 거리가 멀 경우 목표 속도에 따른 속도 제어를 수행하며, 상대속도에 비해 거리가 가까운 경우 거리 제어를 수행한다. 물론, 상대 속도에 비해 거리가 지나치게 가까운 경우 긴급 제동이 수행될 수도 있다.
한편, 과속 방지턱은 교통 차량의 주행 속도를 강제로 낮추기 위하여 노면 상에 설치하는 턱으로 법규에 따라 차도와 구분하기 위해 흰색과 노란색 반사체가 입혀지며, 도로 폭에 따라 그 길이가 달라질 수 있다. 이러한 과속방지턱을 고속으로 통과할 경우 차량은 가감속에 의해 종방향 무게 쏠림이 발생하고, 이 쏠림량에 기인한 피치(Pitch)가 발생하게 되어 승차감이 악화됨은 물론 차량의 수명이 줄어들 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 일반적인 스마트 크루즈 컨트롤 기능에서는 과속 방지턱에 대한 고려 없이 전방 차량과의 거리와 상대 속도를 통해 차량을 제어한다. 따라서, 전방 차량이 과속 방지턱을 지나 가속할 경우 거리 제어에 의해 전방 차량과의 거리를 좁히기 위해 해당 차량은 과속 방지턱과 무관하게 가속 제어를 수행하므로 과속 방지턱 통과시 승차감 하락의 원인이 된다.
또한, 과속 방지턱 통과시 차량의 기능 중 하나인 TCS(Traction Control System) 작동 및 차량 휠 슬립 작동 등의 이유로 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 해제되는 상황이 자주 발생하게 되며, 이러한 상황에서는 운전자가 직접 개입하여 차속을 줄이고 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 다시 설정하여야 하는 번거로움이 있다.
이에 스마트 크루즈 컨트롤 기능에 과속 방지턱을 고려한 제어를 적용하는 방안도 제안되었다. 이를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 일반적인 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 2는 시간의 순차적 흐름에 따른 차량의 거동이 도시된다. 도 1에 도시된 바와 같이 과속 방지턱(30) 인식을 기반으로 한 일반적인 스마트 크루즈 컨트롤 기능에서, 과속 방지턱(30)이 감지되면 진입 전 차속을 급격히 감소시키게 된다. 그러나, 감속이 수행되더라도 전술한 휠슬립 등의 이유로 스마트 크루즈 컨트롤 기능은 여전히 해제되는 문제가 있다. 이러한 경우 과속 방지턱(30) 통과 후 스마트 크루즈 컨트롤 기능 재설정에 따른 불편함 및 연비 감소의 문제점이 발생하게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 스마트 크루즈 컨트롤 기능에 피치 저감 제어까지 도입하더라도 과속 방지턱(30) 진입 직전 목표 속도 도달을 목표로 하므로 진입 전까지는 제동으로 인한 Nose-Down이 발생하고, 바로 진입시 피치 저감을 위한 가속으로 Nose-Up이 발생하여 승차감을 해친다. 또한, 과속 방지턱(30) 진입 전후로 제동 프로파일이 별도로 처리될 필요가 있어 이에 따른 번거로움이 발생하는 문제점이 있다.
KR 10-2014-0059520 A
본 발명은 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인에 의한 피치를 저감시켜 승차감을 개선하고 차량의 수명을 연장시킬 수 있으며, 스마트 크루즈 컨트롤 해제에 따른 운전자의 개입 빈도를 감소시킬 수 있는 전동화 차량 및 그를 위한 크루즈 컨트롤 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.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법은, 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 제어 방법에 있어서, 주행 중인 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인이 감지되면 차량의 목표 속도를 판단하는 단계; 판단된 목표 속도로 등속 주행하며 노면 감속 요인에 진입하는 단계; 및 노면 감속 요인에 진입하면 피치 저감 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 노면 감속 요인은, 네비게이션, 라이다, 레이더, 초음파 및 카메라 중 적어도 하나를 통해 감지될 수 있다.
예를 들어, 노면 감속 요인을 통과한 후 목표 속도로 다시 등속 주행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 다시 등속 주행하는 단계 이후 노면 감속 요인이 감지되기 전 설정된 목표 속도로 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 피치 저감 제어를 수행하는 단계는, 노면 감속 요인에 의한 피치 레이트를 판단하는 단계; 및 판단된 피치 레이트에 기반하여 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 피치 저감 제어는, 기 설정된 제어 진입 조건이 만족될 때 수행될 수 있다.
예를 들어, 기 설정된 제어 진입 조건이 만족된 상태에서 금지 조건이 더 만족되면 판단을 중단하고 추가 감속하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 노면 감속 요인까지의 거리를 판단하는 단계; 및 노면 감속 요인에 진입하기 전 일정 시간 동안 목표 속도로 등속 주행이 가능하도록 판단된 거리를 기반으로 목표 속도까지 속도 제어를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 노면 감속 요인은, 과속 방지턱 및 포트홀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량은, 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 제공하는 전동화 차량에 있어서, 주행 중인 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인이 감지되면 차량의 목표 속도를 판단하는 제1 제어기; 및 차량을 판단된 목표 속도로 등속 주행하며 노면 감속 요인에 진입하도록 제어하고, 노면 감속 요인에 진입하면 피치 저감 제어를 수행하는 제2 제어기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 제어기는, 노면 감속 요인을 통과한 후 목표 속도로 다시 등속 주행하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 제어기는, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기를 포함하고, 제2 제어기는, 다시 등속 주행하는 단계 이후 노면 감속 요인이 감지되기 전 설정된 목표 속도에 도달하면 제1 제어기로 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 제어를 전환시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 제어기는, 노면 감속 요인에 의한 피치 레이트를 판단하고, 판단된 피치 레이트에 기반하여 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 제어기는, 기 설정된 제어 진입 조건이 만족될 때 피치 저감 제어를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제2 제어기는, 기 설정된 제어 진입 조건이 만족된 상태에서 금지 조건이 더 만족되면 판단을 중단하고 추가 감속할 수 있다.
예를 들어, 제1 제어기는, 노면 감속 요인까지의 거리를 판단하고, 노면 감속 요인에 진입하기 전 일정 시간 동안 목표 속도로 등속 주행이 가능하도록 판단된 거리를 기반으로 목표 속도까지 속도 제어를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인에 의한 피치를 저감시켜 승차감을 개선하고 차량의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 스마트 크루즈 컨트롤 해제에 따른 운전자의 개입 빈도를 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명에서 얻은 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 1 및 도 2는 일반적인 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 시스템이 도시된 블럭도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어에 있어서 차량의 목표 속도 판단 및 피치 저감 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 제어기의 피치 저감 제어 온오프에 따른 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 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 실시예들에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 전동화 차량의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 엔진(ICE: Internal Combustion Engine, 110)과 변속기(150) 사이에 두 개의 모터(120, 140)와 엔진클러치(130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 전동화 차량의 파워 트레인이 도시된다. 이러한 병렬형 하이브리드 시스템은 모터(140)가 변속기(150)의 입력단에 상시 연결되므로 TMED(Transmission Mounted Electric Drive) 하이브리드 시스템이라 칭하기도 한다.
여기서, 두 개의 모터(120, 140) 중 제1 모터(120)는 엔진(110)과 엔진 클러치(130)의 일단 사이에 배치되며, 엔진(110)의 엔진축과 제1 모터(120)의 제1 모터축은 상호 직결되어 상시 함께 회전할 수 있다.
제2 모터(140)의 제2 모터축의 일단은 엔진 클러치(130)의 타단과 연결되며, 제2 모터축의 타단은 변속기(150)의 입력단과 연결될 수 있다.
제1 모터(120) 대비 제2 모터(140)가 더 큰 출력을 가지며, 제2 모터(140)가 구동 모터의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 모터(120)는 엔진(110)의 시동 시에는 엔진(110)을 크랭킹하는 시동 모터의 기능을 수행하며, 엔진 오프시에는 발전을 통해 엔진(110)의 회전 에너지를 회수할 수 있으며, 엔진(110)이 기동 중인 상태에서 엔진(110)의 동력으로 발전을 수행할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 파워트레인을 구비한 전동화 차량에서 시동(예컨대, HEV Ready) 후 운전자가 가속 페달을 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리(미도시)의 전력을 이용하여 제2 모터(140)가 구동된다. 그에 따라 제2 모터(140)의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 제1 모터(120)가 동작하여 엔진(110)을 크랭킹할 수 있다.
엔진(110)에 시동이 걸린 후 엔진(110)과 제2 모터(140)의 회전속도 차이가 일정 범위 이내가 되면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 제2 모터(140)가 함께 회전하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 그에 따라 토크 블렌딩 과정을 거치면서 제2 모터(140)의 출력은 낮아지고, 엔진(110)의 출력은 상승하면서 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있다. HEV 모드에서는 요구 토크의 대부분을 엔진(110)이 만족시킬 수 있으며, 엔진 토크와 요구 토크의 차분은 제1 모터(120)와 제2 모터(140) 중 적어도 하나를 통해 보상될 수 있다. 예컨대, 엔진(110)의 효율을 고려하여 요구 토크보다 높은 토크를 엔진(110)이 출력할 경우, 제1 모터(120)나 제2 모터(140)가 엔진 토크 잉여분만큼 발전을 하게 되며, 엔진 토크가 요구 토크보다 부족한 경우 제1 모터(120)와 제2 모터(140) 중 적어도 하나가 부족분 토크를 출력할 수 있다.
차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 감속시에는 휠의 구동력을 이용하여 제2 모터(140)를 통해 배터리를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동화 차량의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 전동화 차량에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 제1 모터(120) 및 제2 모터(140)는 모터 제어기(MCU, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다.
모터 제어기(220)는 각 모터(120, 140)의 모터각, 상전압, 상전류, 요구 토크 등을 기반으로 게이트 구동 유닛(Gate Drive Unit, 미도시)을 펄스폭 변조(PWM) 형태의 제어 신호 제어할 수 있으며, 게이트 구동 유닛은 그에 따라 각 모터(120, 140)를 구동하는 인버터(미도시)를 제어할 수 있다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정을 포함한 파워트레인 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 하이브리드 제어기(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 EV-HEV 모드간 또는 CD-CS 모드(PHEV의 경우)간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압제어를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 제1 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 요구 토크를 만족시키기 위해 각 구동원(110, 120, 140)의 상태를 판단하고 그에 따라 각 구동원(110, 120, 140)이 분담할 요구 구동력을 결정하여 각 구동원을 제어하는 제어기(210, 220)에 토크 지령을 전달할 수 있다. 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 실행된 상태에서는 크루즈 컨트롤 제어기(260)의 가감속 요구에 따라 하이브리드 제어기(240)에서는 요구 토크를 결정할 수 있게 된다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다. 또한, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)은 카메라 센서, 레이더 센서 등 센서 정보와 설정된 목표 차속을 기반으로 가감속 요구를 발생시킬 수 있다. 또한, 클러스터(Cluster, 270)는 하이브리드 제어기(240)에서 전달된 각종 제어 상태를 운전자에게 제공할 수 있다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다.
상술한 도 3 및 도 4의 구성은 전동화 차량의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 전동화 차량은 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
본 발명의 실시예들에서는 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 활성화된 상황에서 노면 감속 요인의 위치를 감지하고, 차량이 노면 감속 요인에 진입 전 목표 속도로 등속 주행하도록 하고 종방향 무게 쏠림에 의해 기인하는 피치(Pitch)를 저감하기 위한 제어를 수행하여 운전자의 승차감이 향상되도록 할 것을 제안한다.
본 발명에서 언급되는 노면 상의 감속 요인은 요철로 인해 충분한 감속 없이 통과할 경우 운전자의 승차감 저하를 발생시키는 원인을 제공하는 범프(bump, 30), 예컨대 과속 방지턱을 의미할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로 노면 감속 요인이 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 감속 요인은 불규칙한 노면이나 포트홀(pot hole) 등의 손상된 노면도 포함할 수도 있다. 이하의 기재에서 편의상 노면 상의 감속 요인은 "범프"로 칭하기로 한다. 또한, 범프(30)는 전방 물체와의 거리를 측정할 수 있는 라이다 센서, 레이더 센서, 초음파 센서 및 카메라 센서를 통해 감지되거나, 네비게이션을 포함하는 통신 장비에 의하여 감지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 시스템(300)이 도시된 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 시스템(300)은 범프 감지부(310), 차량 제어기(320), 스마트 크루즈 컨트롤 제어 현황을 송출하는 제어 현황 송출부(331), 차량 제어기(320)의 제어 상태를 운전자에게 알리는 운전자 알림부(Cluster, 332) 및 하이브리드 제어기(240)가 결정한 요구 토크에 대응되는 토크 지령을 수신하여 엔진(110)과 모터(140)를 각각 제어하는 엔진/모터 제어부(333)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 차량 제어기(320)는 스마트 크루즈 컨트롤 제어의 목표 속도를 판단하는 목표 속도 판단부(321), 판단된 목표 속도로 차량이 등속 주행하도록 하여 범프(30)에 진입하도록 하는 목표 속도 추종부(322), 목표 속도로 범프(30)에 진입한 경우 피치 저감 제어를 수행하는 저감 제어부(323) 및 범프(30)를 통과한 후 목표 속도로 스마트 크루즈 컨트롤 제어로 복귀하도록 하는 기능 복귀부(324)를 포함할 수 있다.
여기서, 목표 속도 판단부(321)는 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)가 담당할 수 있고 목표 속도 추종부(322), 저감 제어부(323) 및 기능 복귀부(324)는 판단된 목표 속도를 기반으로 개입 필요 상황에서 요구 토크를 결정하는 하이브리드 제어기(240)가 담당할 수 있다.
여기서, 하이브리드 제어기(240)의 개입 필요 상황이란 전방에 범프(30)가 존재함이 인지된 상황을 의미할 수 있다. 이러한 상황에서는 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)에 의한 파워트레인 제어가 이루어질 경우 도 1을 참조하여 전술한 승차감 저하 상황이 발생할 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 해당 상황에서 하이브리드 제어기(240)가 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260) 대신 파워트레인의 제어를 담당할 수 있다.
다만, 도 5에 도시된 구성은 전동화 차량을 전제한 것으로, 하이브리드 제어기(240)의 각 하부 구성 요소(322, 323, 324)는 전동화 차량이 아닌 차량에서는 결정된 요구 토크를 파워 트레인을 제어하는 제어기로 전달할 수 있는 다른 제어기(예컨대, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260))에 구비되거나, 본 기능을 위한 별도의 제어기로 구현될 수도 있음은 당업자에 자명하다.
이하에서는 도 5를 참조하여 상술한 시스템을 기반으로, 피치 저감 제어 과정을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어에 있어서 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 목표 속도 판단 및 피치 저감 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 설정된 상태에서, 범프(30)가 감지되면 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)가 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 목표 속도를 판단할 수 있다. 여기서, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)의 목표 속도 판단은 하이브리드 제어기(240)의 피치 저감 제어와 연계될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 목표 속도는 사용자가 개인 편의에 맞춰 목표 속도를 설정하도록 할 수 있는 USM(User Setting Mode) 기능을 통해 설정될 수 있다. 예컨대, 1, 2단계 각각의 목표 속도가 40kph 및 50kph인 경우, 사용자가 USM 기능으로 1단계를 설정하면 목표 속도가 40kph로 판단될 수 있게 된다.
그에 따라, 하이브리드 제어기(240)는 미리 판단된 목표 속도로 차속을 제어하고, 일정 시간 동안 등속 주행한 상태로 범프(30)에 진입하도록 제어할 수 있다.
이러한 등속 주행이 필요한 이유를 이하 설명한다.
차량의 감속 상황 및 급가속 상황과 같은 외란 발생시에는 피치를 연산하는데 큰 진동 성분으로 작용될 수 있다. 이로 인해 후술할 피치 레이트 판단시 오차를 발생시켜 피치 결과값에 오류를 발생시킬 수 있다. 이와 같은 상황이 발생하는 것을 방지하기 위해, 하이브리드 제어기(240)가 목표 속도로 등속 주행하도록 함으로써 피치 레이트 판단시 오차를 줄여 피치를 안정화시킬 수 있게 된다.
한편, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)는, 범프(30)까지의 거리를 판단하고, 범프(30) 진입 전 일정 시간 동안 목표 속도로 등속 주행이 가능하도록 판단된 거리를 기반으로 목표 속도까지 속도 제어를 수행할 수 있다. 범프(30) 진입 전 일정 시간 등속 주행을 통하여, 후술할 하이브리드 제어기(240)의 피치 저감 제어를 위한 진입 조건 판단이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.
이러한 등속 주행 상태는 범프(30)을 통과한 후에도 일정 시간 동안 유지될 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 차량은 판단된 목표 속도에서 일정 시간 동안 등속 주행할 수 있다. 이후 범프(30)에 진입하면, 피치 저감 제어가 수행될 수 있다.
보다 상세히, 하이브리드 제어기(240)는 범프(30) 진입 시 부터 통과 전까지 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행할 수 있으며, 이에 앞서 피치 레이트를 판단할 수 있다.
먼저, 피치 레이트, 종가속도, 휠속도, 휠 중심에서 종가속도 센서까지의 거리의 관계를 설명한다.
수학식 1 :
(θ=피치 , ax=종가속도, vw=휠속도, dw=휠 중심에서 종가속도 센서까지의 거리)
수학식 1을 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 휠속도에서 산출된 휠가속도와 종가속도의 차이를 의사 적분(Pseudo Integral)하여 피치레이트의 추정값을 판단할 수 있다. 휠속 센서는 차량의 휠속도(vw)를 측정할 수 있고, 종가속도 센서는 차량의 주행방향과 평행하게 작용하여 차량을 가속 또는 감속시키는 종가속도(ax)를 측정할 수 있다. 또한, 휠가속도는 휠속도(vw)를 미분하여 계산될 수 있다. 여기서, 피치 레이트는 피치의 미분값이다.
또한, 수학식 1에 의해 판단된 피치 레이트에 기반한 피치 저감 제어는 아래와 같이 수행될 수 있다.
수학식 2 :
(uraw=가속도 차이, ax=종가속도, vw=휠속도, dw=휠 중심에서 종가속도 센서까지의 거리, g=중력 가속도)
수학식 2를 참조하면, 피치 모션을 제외한 다른 성분들에 의해 야기되는 현상들을 적분 수행 전에 미리 제거하여 피치 레이트 추정값의 정확도를 향상시킬 필요가 있다. 이를 위하여 측정된 종가속도와 휠가속도의 차이에서 피치 모션에 비해 넓은 구간에서 측정되었던 종가속도와 휠가속도의 차이에 대한 산술평균을 빼는 보정을 수행함으로써, 오프셋 성분이나 중력 가속도 성분이 피치레이트 추정값에 반영되는 것을 최소화할 수 있게 되는 것이다.
만약 오프셋 성분이나 중력 가속도 성분을 제거하지 않고 피치 레이트에서 적분을 수행할 경우, 시간이 지나면서 오프셋 성분 등의 누적으로 인해 적분 출력이 발산하면서 포화되어 정확한 피치 레이트 추정이 어려워질 수 있다. 그에 따라 이러한 오프셋 성분 등을 미리 제거하여 보정한 후 적분이 이루어지게 함으로써 피치 레이트를 정확하게 추정할 수 있게 된다.
한편, 하이브리드 제어기(240)는 기 설정된 제어 진입 조건이 만족될 때 피치 저감 제어를 수행할 수 있다. 제어 진입 조건이 만족되어야 하이브리드 제어기(240)가 피치 추정값의 정확도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 제어 진입 조건은 복수로 설정될 수 있으며, 예로 범프(30) 감지 조건, 차속 조건, 변속 조건, 시스템 간섭 조건 및 배터리 충전 상태(SOC, State Of Charge) 조건이 포함될 수 있다. 전술한 제어 진입 조건은 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 효율적인 피치 저감 제어 수행을 위해 필요한 조건은 모두 포함될 수 있다.
여기서, 하이브리드 제어기(240)는 복수의 제어 진입 조건이 모두 만족되어야 피치 저감 제어를 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 범프(30)가 감지된 상태, 범프(30) 진입 전 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)에서 판단된 목표 속도로 주행하는 상태, 기어가 변속 모드로 설정된 상태, 시스템 상 간섭이 존재하지 않는 상태 및 주행과 피치 저감 제어를 위한 최소한의 배터리가 충전된 상태가 모두 만족된 상태에서 피치 저감 제어가 수행될 수 있게 된다.
한편, 전술한 제어 진입 조건이 만족되어 피치 저감 제어 수행 중에, 하이브리드 제어기(240)는 적어도 하나의 금지 조건이 만족되면 피치 레이트 판단을 중단하고 추가 감속할 수 있다. 금지 조건이 하나라도 만족되면 하이브리드 제어기(240)의 피치 추정값의 정확도가 떨어질 염려가 있기 때문이다. 금지 조건은 복수로 설정될 수 있으며, 예로 정차 및 제동 조건, 토크 급변 조건, 선회 조건, 터레인(Terrain) 모드 조건, 등강판 및 구동에 의한 슬립 조건을 포함할 수 있다. 전술한 금지 조건은 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 효율적인 피치 저감 제어 수행을 방해하는 조건이라면 그 종류에 한정되지 아니한다.
여기서, 하이브리드 제어기(240)는 복수의 금지 조건 중 하나라도 만족하는 경우 피치 레이트 판단을 중단하고 추가 감속할 수 있다. 보다 구체적으로, 차량이 정차 또는 제동 상태, 가속페달 포지션 센서(APS; accelerator position sensor)값이 증가한 상태, 차량의 선회 상태, 노면 상황이 좋지 않은 상태, 노면이 경사진 상태 및 차량이 미끄러지는 상태 중 하나라도 해당되면 하이브리드 제어기(240)는 피치 레이트 판단을 중단하고, 피치 저감 제어를 수행하지 않는 상태에서 운전자에게 부드러운 승차감을 제공할 수 있도록 차량이 추가 감속되도록 할 수 있다.
이후, 하이브리드 제어기(240)는 범프(30)를 통과한 후 목표 속도로 다시 등속 주행하도록 모터 토크를 제어할 수 있다. 여기서, 등속 주행은 범프(30)를 통과한 후 일정 시간 동안 수행될 수 있다. 이후, 기 설정된 목표 속도로 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 수행할 수 있게 된다.
전술한 하이브리드 제어기(240)의 피치 저감 제어 온오프 차이를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제어기(240)의 피치 저감 제어 온오프에 따른 그래프이다. 도 8에서는 일정 간격만큼 이격되어 설치된 동일한 형태의 범프를 실시예에 따른 차량이 주행하되, 앞의 범프를 통과할 때에는 피치 저감 제어를 수행하지 않고, 후의 범프를 통과할 때에는 피치 저감제어를 수행한 결과가 도시되었다.
도 8의 좌측 그래프를 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 피치 저감 제어를 수행하지 않는 경우, 범프(30) 진입에 따른 피치 변동을 저감하기 위한 모터 토크 제어가 일어나지 않는다. 그러나, 도 8의 우측 그래프를 참조하면 하이브리드 제어기(240)는 피치값이 상승 시에는 피치 저감을 위해 양(+) 방향 토크 제어가 추가되고, 피치 값이 하강 시에는 음(-)의 방향으로 토크 제어가 추가되도록 제어함으로써 피치 저감 제어를 수행할 수 있다. 결국, 하이브리드 제어기(240)가 피치 저감 제어를 수행하면, 수행하지 않는 경우 대비 피치 추정 값의 진폭이 낮아져 운전자의 승차감을 향상시킬 수 있다.
상술한 전동화 차량의 구성을 바탕으로 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법을 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도(S900)이다.
먼저, 차량의 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 설정되어 있는지 판단할 수 있다(S901). 스마트 크루즈 컨트롤 기능이 설정되어 있다면(S901의 YES), 주행 중인 차량의 전방에 있는 차량을 먼저 감지할 수 있다(S902). 전방 차량이 감지되지 않은 경우(S902의 NO), 범프(30)를 감지할 수 있다(S903).
범프(30)가 감지된 경우(S903의 YES), 하이브리드 제어기(240)의 피치 추정이 시작되며, 이는 제어 과정 전반에 걸쳐 이루어질 수 있다(S904). 또한, 스마트 크루즈 컨트롤 제어기(260)는 목표 속도를 판단할 수 있다(S905). 이후, 범프(30)에 진입 시 목표 속도가 진입 속도와 동일하다면(S906의 YES), 하이브리드 제어기(240)는 판단된 목표 속도로 등속 주행하여 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 수행하도록 제어할 수 있다(S907). 전술한 USM 기능에 따라 사용자가 차량 개인 편의에 맞춰 목표 속도를 설정하도록 할 수 있다.
이후, 하이브리드 제어기(240)는 기 설정된 제어 진입 조건을 만족하는지 판단할 수 있다(S908). 기 설정된 제어 진입 조건을 만족하는 경우(S908의 YES), 하이브리드 제어기(240)는 범프(30)에 의한 피치 레이트를 판단하고(S909), 판단된 피치 레이트에 기반하여 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행할 수 있다(S910A). 그러나, 기 설정된 제어 진입 조건을 만족하지 않는 경우(S908의 NO), 하이브리드 제어기(240)는 목표 속도에 따라 모터 토크를 감속 제어할 수 있다(S910B). 여기서, 전술한 제어 진입 조건이 만족되어 하이브리드 제어기(240)의 피치 저감 제어 수행 중에, 금지 조건이 더 만족되면 피치 레이트 판단을 중단하고 추가 감속할 수도 있다.
이후, 차량이 범프(30)를 통과하였는지 판단하고(S911), 하이브리드 제어기(240)는 범프(30)를 통과하였다고 판단되면(S911의 YES) 목표 속도로 다시 등속 주행하도록 모터 토크를 제어할 수 있다(S912). 등속 주행 이후, 노면 감속 요인이 감지되기 전 설정된 목표 속도로 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 수행할 수 있다(S913).
지금까지 설명한 실시예들에 의하면, 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인에 의한 피치를 저감시켜 승차감을 개선하고 차량의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 스마트 크루즈 컨트롤 해제에 따른 운전자의 개입 빈도를 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 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.
110 : 엔진 120 : 제1 모터
130 : 엔진클러치 140 : 제2 모터
150 : 변속기 210 : 엔진 제어기
220 : 모터 제어기 230 : 클러치 제어기
240 : 하이브리드 제어기 250 : 변속기 제어기
300 : 스마트 크루즈 컨트롤 시스템 310 : 범프 감지부
320 : 차량 제어기 321 : 목표 속도 판단부
322 : 목표 속도 추종부 323 : 저감 제어부
324 : 기능 복귀부 331 : 제어 현황 송출부
332 : 운전자 알림부 333 : 엔진/모터 제어부

Claims (17)

  1. 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 제어 방법에 있어서,
    주행 중인 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인이 감지되면 차량의 목표 속도를 판단하는 단계;
    판단된 목표 속도로 등속 주행하며 노면 감속 요인에 진입하는 단계; 및
    노면 감속 요인에 진입하면 피치 저감 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    노면 감속 요인은,
    네비게이션, 라이다, 레이더, 초음파 및 카메라 중 적어도 하나를 통해 감지되는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    노면 감속 요인을 통과한 후 목표 속도로 다시 등속 주행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    다시 등속 주행하는 단계 이후 노면 감속 요인이 감지되기 전 설정된 목표 속도로 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    피치 저감 제어를 수행하는 단계는,
    노면 감속 요인에 의한 피치 레이트를 판단하는 단계; 및
    판단된 피치 레이트에 기반하여 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    피치 저감 제어는, 기 설정된 제어 진입 조건이 만족될 때 수행되는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    기 설정된 제어 진입 조건이 만족된 상태에서 금지 조건이 더 만족되면 판단을 중단하고 추가 감속하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    노면 감속 요인까지의 거리를 판단하는 단계; 및
    노면 감속 요인에 진입하기 전 일정 시간 동안 목표 속도로 등속 주행이 가능하도록 판단된 거리를 기반으로 목표 속도까지 속도 제어를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    노면 감속 요인은,
    과속 방지턱 및 포트홀 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 스마트 크루즈 컨트롤 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 스마트 크루즈 컨트롤 기능을 제공하는 전동화 차량에 있어서,
    주행 중인 차량의 전방에 있는 노면 감속 요인이 감지되면 차량의 목표 속도를 판단하는 제1 제어기; 및
    판단된 목표 속도로 등속 주행하며 노면 감속 요인에 진입하도록 제어하고, 노면 감속 요인에 진입하면 피치 저감 제어를 수행하는 제2 제어기;를 포함하는 전동화 차량.
  12. 청구항 11에 있어서,
    제2 제어기는,
    노면 감속 요인을 통과한 후 목표 속도로 다시 등속 주행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제1 제어기는,
    스마트 크루즈 컨트롤 제어기를 포함하고,
    제2 제어기는,
    다시 등속 주행하는 단계 이후 노면 감속 요인이 감지되기 전 설정된 목표 속도에 도달하면 제1 제어기로 스마트 크루즈 컨트롤 기능의 제어를 전환시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  14. 청구항 11에 있어서,
    제2 제어기는,
    노면 감속 요인에 의한 피치 레이트를 판단하고, 판단된 피치 레이트에 기반하여 모터 토크 제어를 통해 피치 저감 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  15. 청구항 14에 있어서,
    제2 제어기는,
    기 설정된 제어 진입 조건이 만족될 때 피치 저감 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  16. 청구항 15에 있어서,
    제2 제어기는,
    기 설정된 제어 진입 조건이 만족된 상태에서 금지 조건이 더 만족되면 판단을 중단하고 추가 감속하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.
  17. 청구항 1에 있어서,
    제1 제어기는,
    노면 감속 요인까지의 거리를 판단하고, 노면 감속 요인에 진입하기 전 일정 시간 동안 목표 속도로 등속 주행이 가능하도록 판단된 거리를 기반으로 목표 속도까지 속도 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량.





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