KR20240064944A

KR20240064944A - 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20240064944A
Application number: KR1020220144850A
Authority: KR
Inventors: 염명기; 김인수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2022-11-03
Publication date: 2024-05-14
Also published as: US20240149922A1

Abstract

본 발명은 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도하지 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각으로 인하여 차량의 불안정한 요레이트가 발생되기 전, 운전자 조작에 따른 조향방향에 영향을 받지 않고 차량의 직진 주행이 계속 유지되도록 한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 토크제어 방식으로 수행되도록 함으로써, 차량의 불안정한 요레이트 변화를 사전에 방지할 수 있고, 운전자 조작에 의한 조향방향으로의 차량 회전과 피드포워드 토크제어에 의한 반대방향으로의 차량 회전이 서로 상쇄됨에 따른 직진 주행을 유도하여 수동주행모드로의 전환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR TRANSITION MANUAL DRIVING MODE OF AUTONOMOUS DRIVING VEHICLE}

본 발명은 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율주행차량이 자율주행모드로 고속 직진 주행 중 수동주행모드로의 전환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자율주행차량은 운전자가 스티어링 휠, 가속페달 및 브레이크 페달 등을 직접 조작하지 않아도 스스로 목적지까지 주행하기 위한 자율주행모드 외에 운전자가 직접 운전에 개입할 수 있는 수동주행모드를 포함한다.

대개, 자율주행차량의 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환될 때, 주행모드 전환 제어의 안정성을 확보하기 위하여 소정 시간의 천이구간이 존재한다.

이러한 자율주행차량이 자율주행모드로 고속 주행 중 수동주행모드로 전환될 때, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작 등과 같은 수동운전 개입이 있는 경우, 차량이 급격하게 불안정해질 수 있다.

예를 들어, 상기 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 도중인 천이구간에서, 운전자가 의도치 않게 스티어링 휠 조작을 하여 약간의 조향각이라도 발생하면, 차량의 요레이트 거동이 크게 변화하면서 차량의 주행상태가 불안정해질 수 있다.

이에, 상기 천이구간에서 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작으로 차량의 불안정한 요레이트 거동 등이 발생되면, 자율주행차량의 자율주행 제어기는 수동주행모드의 변경을 차단하고, 계속해서 자율주행모드를 유지하는 제어를 하게 됨으로써, 결국 운전자는 수동주행모드로의 변경을 원하지만 차량 주행 및 자세 안정성이 우선되어 수동주행모드로 변경하지 못하는 단점이 발생될 수 있다.

또한, 상기 자율주행 제어기는 수동주행모드의 변경을 차단하고 자율주행모드를 유지하는 제어 외에 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작으로 차량의 요레이트 거동이 불안정해지는 것을 해소하기 위한 기존 방법으로서 차량의 자세 제어를 위한 피드백 제어를 수행한다.

예를 들어, 기존의 차량의 자세 제어를 위한 피드백 제어 방법은, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화를 기반으로 차량의 목표 거동인 목표 요레이트를 계산하는 과정과, 차량에서 발생하는 실제 요레이트를 검출하는 과정과, 상기 목표 요레이트와 실제 요레이트 간의 차이가 일정치 이상 발생하면 차량의 안정적인 자세 제어를 위한 제동 제어 등을 수행하는 과정으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 조향각이 변화되면, 타이어 각도 변화와 타이어 휠 슬립각 발생과, 타이어 횡력 발생 등을 거쳐 최종적으로 차량의 요레이트 변화가 발생되므로, 상기 조향각 변화로부터 차량의 요레이트 거동까지는 일정 시간의 딜레이가 발생하고, 결국 차량의 안정적인 자세 제어를 위한 제동 제어 등은 위와 같은 딜레이가 발생된 후 이루어질 수 있다.

이에, 기존의 차량의 자세 제어를 위한 피드백 제어 방법은, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생된 시점으로부터 일정시간의 딜레이가 지난 다음, 차량의 요레이트 거동이 불안정하게 변화되어야 만 차량의 안정적인 자세 제어를 위한 제동 제어 등이 수행될 수 있고, 그에 따라 일정시간의 딜레이 동안 차량의 주행 안정성 저하가 초래되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도하지 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각으로 인하여 차량의 불안정한 요레이트가 발생되기 전, 운전자 조작에 따른 조향방향에 영향을 받지 않고 차량의 직진 주행이 계속 유지되도록 한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 토크제어 방식으로 수행되도록 함으로써, 차량의 불안정한 요레이트 변화를 사전에 방지할 수 있고, 운전자 조작에 의한 조향방향으로의 차량 회전과 피드포워드 토크제어에 의한 반대방향으로의 차량 회전이 서로 상쇄됨에 따른 직진 주행을 유도하여 수동주행모드로의 전환이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 여부를 판단하도록 구성된 스티어링 제어기; 각 휠의 제동장치에 제동토크를 인가하는 제동 제어기; 각 휠에 개별적인 회생제동토크 및 구동토크를 인가하는 모터 제어기; 및 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 상기 스티어링 제어기로부터 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 신호를 수신하는 경우, 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 결정하여 피드포워드 제어 방식으로 지령하도록 구성된 자율주행 제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템을 제공한다.

본 발명의 시스템은: 상기 스티어링 휠의 조향각 변화를 검출한 신호를 스티어링 제어기로 전송하는 조향각 센서; 및 운전자가 스티어링 휠을 잡았을 때의 조향 토크를 검출하여 스티어링 제어기에 전송하는 토크 센서; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자율주행 제어기는, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 조향각 및 차속별로 미리 정해진 제어토크를 포함하는 제어토크 맵(Map)으로부터 결정하거나, [제어토크 = K × abs(abs(현재 조향각) - 임계 조향각) × (현재 차속 - 임계 차속)]을 이용하여 계산하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

위의 식 에서, K는 고정 상수, abs는 절대값을 지시한다.

특히, 상기 자율주행 제어기는, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크 이하이면, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어로 결정하여 실행시키고, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하이면, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어로 결정하여 실행시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 자율주행 제어기에 의하여 실행되는 제1단계 토크제어는, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 자율주행 제어기에 의하여 실행되는 제2단계 토크제어는, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가함과 함께, 회생제동토크가 인가되는 인휠모터가 장착된 휠에 유압제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 자율주행 제어기는 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하면, 수동주행모드로 전환하지 않고 자율주행모드로 유지시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자율주행 제어기는, 상기 제1단계 토크제어 또는 제2단계 토크제어를 실행한 후, 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되는 것을 해소하기 위하여 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 더 실행시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자율주행 제어기는, 상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 실행시킨 후, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드를 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 자율주행차량의 자율주행모드에 의한 주행 중 수동주행모드로의 전환 요청 여부를 확인하는 단계; 상기 수동주행모드로의 전환 요청이 있으면, 고속 직진 주행 중인지 여부를 판단하는 단계; 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자 조작에 의한 스티어링 휠의 조향각 변화 여부를 판단하는 단계; 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화가 있는 것으로 판정되면, 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 결정하는 단계; 및 결정된 제어토크 크기에 따라, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어가 실행되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법을 제공한다.

상기 운전자 조작에 의한 스티어링 휠의 조향각 변화 여부를 판단하는 단계는: 토크 센서의 조향토크 검출신호를 기반으로 운전자가 스티어링 휠을 잡았는지 여부를 확인하는 단계; 및 조향각 센서의 조향각 검출 신호를 기반으로 스티어링 휠의 조향각 변화를 판단하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크 이하로 결정되면, 상기 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어로서 제1단계 토크제어가 실행되고, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하로 결정되면, 상기 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어로서 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어가 실행되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계 토크제어는, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제2단계 토크제어는, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가함과 함께, 회생제동토크가 인가되는 인휠모터가 장착된 휠에 유압제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하는 것으로 결정되면, 수동주행모드로 전환하지 않고 자율주행모드로 유지시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 제1단계 토크제어 또는 제2단계 토크제어가 실행된 후, 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되는 것을 해소하기 위하여 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어가 더 실행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 따르면, 상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어가 실행된 후, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드가 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환되도록 한 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도하지 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각으로 인하여 차량의 불안정한 요레이트 거동 등이 발생되기 전에 운전자 조작에 따른 조향 방향에 영향을 받지 않고 직진 주행이 유지되도록 한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 토크제어 방식으로 수행되도록 함으로써, 자율주행차량의 고속 직진 주행이 안정적으로 유지될 수 있다.

둘째, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생되더라도, 직진 주행 유지를 위한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 토크제어 방식으로 수행된 후, 차량의 요레이트 변화로 인한 차량의 불안정 거동을 방지하기 위한 피드백 제어가 더 수행되도록 함으로써, 고속 직진 주행이 유지되는 상태에서 목표 요레이트를 제로(0)로 계속 유지시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 원하는 수동주행모드로의 전환이 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템을 도시한 제어 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법을 도시한 순서도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어을 위한 차량의 거동 상태를 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어를 위한 제어토크 맵의 일례를 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 중 직진 주행 유지를 위한 단계별 제어토크 예를 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템을 도시한 제어 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자율주행차량에는 자율주행차량의 전반적인 주행 제어를 위한 자율주행 제어기(100)가 탑재되고, 자율주행 제어기(100)의 입력측에는 조향각 발생 여부를 알려주기 위한 스티어링 제어기(110)가 신호 송신 가능하게 연결되며, 자율주행 제어기(100)의 출력측에는 제동 제어기(130) 및 모터 제어기(140)가 지령 신호 수신 가능하게 연결된다.

상기 자율주행 제어기(100)는 주지된 바와 같이, 차량에 장착되는 카메라, GPS, 네비게이션, 레이더(Radio Detection and Ranging, RADAR) 또는 라이다(Light Imaging Detection and Ranging, LIDAR) 등을 포함하는 자율주행용 감지부로부터 자율주행에 필요한 모니터링 정보를 수신하고, 이 모니터링 정보를 기반으로 차량의 주행방향, 가속 및 감속 등을 포함하는 전반적인 주행 제어를 하도록 구성된다.

또한, 상기 자율주행 제어기(100)는 주행모드 선택 스위치(120)의 스위칭 신호에 따라 주행모드를 자율주행모드 또는 수동주행모드로 전환시키는 제어를 하도록 구성된다.

상기 스티어링 제어기(110)는 자율주행 제어기의 선회 주행 로직에 따른 조향 의지 또는 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향 의지에 따라 조향 제어를 수행하도록 구성될 뿐만 아니라, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 여부를 판단하도록 구성된다.

예를 들어, 상기 스티어링 제어기(110)는 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 도중인 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 발생된 조향각 발생 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 자율주행 제어기(100)로 전송하도록 구성된다.

이때, 상기 스티어링 제어기(110)에는 스티어링 휠의 조향 토크를 검출하는 토크 센서(116)가 신호 전송 가능하게 연결되는 바, 이 토크 센서(116)는 운전자가 스티어링 휠을 잡고 있는 상태에서의 조향 토크를 검출하여 스티어링 제어기(110)에 전송할 수 있고, 스티어링 제어기(110)는 토크 센서(116)의 검출 신호를 기반으로 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작이 있음을 알리는 신호를 자율주행 제어기(100)에 전송할 수 있다.

또한, 상기 스티어링 제어기(110)에는 조향각 센서(112)가 신호 전송 가능하게 연결되는 바, 이 조향각 센서(112)는 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 발생되는 조향각을 검출하여 스티어링 제어기(110)에 전송하고, 스티어링 제어기(110)는 조향각 센서(112)에서 검출된 스티어링 휠의 조향각 변화값을 자율주행 제어기(100)에 전송할 수 있다.

이에, 스티어링 휠을 잡지 않아도 되는 자율주행 상태에서 운전자가 스티어링 휠을 잡을 경우 조향토크가 조금이라도 증가될 수 있으므로, 상기 자율주행 제어기(100)는 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 토크 센서(116)의 조향토크 검출신호를 기반으로 운전자가 스티어링 휠을 잡은 상태, 즉 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작이 있는 상태를 확인할 수 있고, 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 스티어링 휠의 조향각 변화값을 기반으로 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화가 발생된 것을 확인할 수 있다.

상기 제동 제어기(130)는 자율주행 제어기(100)의 유압제동토크 지령에 따라 각 휠에 장착된 유압제동장치(132)에 대한 유압제동토크를 제어하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제동제어기(130)는 차체 자세 제어를 위한 ESC(Electronic Stability Control)를 포함하는 통합형 전자제동(IEB: Intergrated Electric Brake) 제어기일 수 있다.

상기 모터 제어기(140)는 각 휠에 장착되는 인휠모터 제어기로서, 자율주행 제어기(100)의 구동토크 지령 또는 회생제동토크 지령에 따라 각 휠내에 장착된 인휠모터(142, IWM: In-Wheel Motor) 각각에 대하여 개별적인 회생제동토크 및/또는 구동토크를 제어하도록 구성된다.

특히, 상기 자율주행 제어기(100)는 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 상기 스티어링 제어기(110)로부터 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 신호를 수신하는 경우, 운전자의 조향으로 인한 요레이트 거동이 발생하기 전에 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 결정하고, 결정된 제어토크를 상기 모터 제어기(140) 또는 모터 제어기(140) 및 제동 제어기(130)에 피드포워드 제어 방식으로 지령하도록 구성될 수 있다.

상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크는, 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생된 경우 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 토크로서, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크의 합일 수 있다.

또는, 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크는, 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생된 경우 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 토크로서, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크와, 회생제동토크가 인가되는 인휠모터가 장착된 휠에 인가되는 유압제동토크의 합일 수 있다.

이에, 상기 자율주행 제어기(100)는 직진 주행 유지를 위한 제어토크로서, 상기 모터제어기(140)에 대하여 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가될 구동토크를 지령하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가될 회생제동토크를 지령하도록 구성될 수 있다

또는, 상기 자율주행 제어기(100)는 직진 주행 유지를 위한 제어토크로서, 상기 모터제어기(140)에 대하여 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가될 구동토크를 지령하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가될 회생제동토크를 지령함과 함께, 상기 제동 제어기(130)에 대하여 회생제동토크가 인가되는 쪽의 휠에 인가될 유압제동토크를 지령하도록 구성될 수 있다.

상기 자율주행 제어기(100)는 직진 주행 유지를 위한 제어토크 즉, 운전자 조작에 따른 조향 방향에 영향을 받지 않고 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 제어토크를 첨부한 도 5에 도시된 바와 같은 조향각 및 차속별로 미리 정해진 직진 주행 유지용 제어토크를 포함하는 제어토크 맵(Map)으로부터 추출하여 결정할 수 있고, 또는 후술하는 바와 같은 [식 1]을 이용하여 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 계산할 수 있다.

또한, 상기 자율주행 제어기(100)는 상기 제어토크 맵 또는 [식 1]을 이용하여 결정된 제어토크의 크기에 따라, 차량의 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어와, 제1단계 토크 제어를 포함하는 제2단계 토크제어 중 하나로 결정하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 자율주행 제어기(100)는 상기 제어토크 맵 또는 [식 1]을 이용하여 결정된 제어토크가 제1기준 제어토크 이하이면 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어로 결정하여 실행시키고, 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하이면 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어로 결정하여 실행시키며, 제2기준 제어토크를 초과하면 수동주행모드 주행으로 전환하지 않고 자율주행모드를 유지시키는 제어를 하도록 구성될 수 있다.

상기 제1단계 토크제어는, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있도록 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 회생제동토크를 인가하여 이루어질 수 있다.

상기 제2단계 토크제어는, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있도록 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 회생제동토크를 인가하는 토크 제어를 수행하고, 이와 함께 회생제동토크가 인가되는 인휠모터(조향반대방향의 것)가 장착된 휠의 유압제동장치에 대하여 유압제동토크를 인가하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 자율주행 제어기(100)는 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향으로 인하여 차량 사고가 발생되는 것을 방지하기 위하여 상기 제어토크 맵 또는 [식 1]을 이용하여 결정된 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하는 경우 현재 주행모드를 수동주행모드 주행으로 전환하지 않고 자율주행모드로 계속 유지시키는 제어를 하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 자율주행 제어기(100)는 상기 제1단계 토크제어가 실행된 후 또는 상기 제2단계 토크제어가 실행된 후, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 증가로 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되는 것을 해소하고자, 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 더 실행시키도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 자율주행 제어기(100)는 상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 실행시킨 후, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드를 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환시키는 제어를 하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기한 시스템 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 수동주행모드 전환 제어 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법을 도시한 순서도이다.

먼저, 운전자에 의한 수동주행모드 전환 요청이 있는지 여부를 확인한다(S101).

예를 들어, 상기 주행모드 선택 스위치(120)의 수동주행모드를 선택 조작하면, 상기 자율주행 제어기(100)에서 운전자의 수동주행모드 전환 요청이 있음을 확인할 수 있다.

연이어, 상기 수동주행모드 전환 요청이 있으면, 자율주행차량이 고속 직진 주행 중인지 여부를 판단한다(S102).

예를 들어, 상기 자율주행 제어기(100)에서 차속 검출부(122)의 차속 검출 신호를 기반으로 현재 차속이 임계속도를 초과한 고속 상태인지 여부를 확인할 수 있고, 또한 상기 자율주행 제어기(100)에서 네비게이션의 주행 도로 정보 및 조향각 센서(112)의 검출 신호를 기반으로 자율주행차량이 직진 주행 상태인지를 확인할 수 있다.

다음으로, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 도중인 천이구간에서, 운전자 조작에 의하여 스티어링 휠의 조향각이 변화되었는지 여부를 판단한다(S103).

예를 들어, 상기 자율주행 제어기(100)에서 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 토크 센서(116)의 조향토크 검출신호를 기반으로 운전자가 스티어링 휠을 잡았는지 여부를 확인할 수 있고, 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 조향각 센서(112)의 검출 신호를 기반으로 스티어링 휠의 조향각 변화가 있는지를 확인할 수 있다.

부연하면, 자율주행 상태에서 운전자가 스티어링 휠을 잡을 경우 조향토크가 조금이라도 증가될 수 있으므로, 상기 자율주행 제어기(100)는 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 토크 센서(116)의 조향토크 검출신호를 기반으로 운전자가 스티어링 휠을 잡은 상태, 즉 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작이 있는 상태를 확인할 수 있고, 스티어링 제어기(110)로부터 전송되는 스티어링 휠의 조향각 변화값을 기반으로 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화가 발생된 것을 확인할 수 있다.

위와 같이 자율주행차량이 자율주행모드로 고속 직진 주행 중 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작 등과 같은 수동운전 개입에 의하여 차량의 불안정한 요레이트 거동 등이 발생됨으로써, 차량이 급격하게 불안정해질 수 있다.

예를 들어, 상기 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 도중인 천이구간에서, 운전자가 의도치 않게 스티어링 휠 조작을 하여 약간의 조향각이라도 발생하면, 차량의 요레이트 거동이 변화하면서 차량이 직진 주행 상태로 유지되지 못하고, 차량의 주행상태가 불안정해질 수 있다.

이에, 본 발명은 차량의 불안정한 요레이트 거동 등이 발생되기 전에 미리 운전자 조작에 따른 조향 방향과 관계없이 차량의 직진 주행이 유지되도록 한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 제어 방식으로 수행되도록 함으로써, 차량이 우선적으로 안정적인 직진 주행상태로 유지될 수 있고, 그에 따라 운전자가 원하는 수동주행모드로의 전환이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 상기한 단계 S102에서의 판단 결과, 자율주행차량이 고속 직진 주행 중이고, 상기한 단계 S103에서의 판단 결과, 조향각이 변화된 것으로 판정되면, 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 계산하거나 제어토크 맵(Map)으로부터 결정한다(S104).

즉, 상기 자율주행 제어기(100)에서 직진 주행 유지를 위한 제어토크 즉, 운전자 조작에 따른 조향 방향에 영향을 받지 않고 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 제어토크를 제어토크 맵(Map)으로부터 결정할 수 있다.

예를 들어, 첨부한 도 5에 도시된 바와 같은 제어토크 맵으로부터 조향각 및 차속별로 미리 정해진 직진 주행 유지용 제어토크가 추출될 수 있다.

또는, 상기 자율주행 제어기(100)는 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 아래의 [식 1]을 이용하여 계산할 수 있다.

[식 1] : 제어토크 = K × abs(abs(현재 조향각) - 임계 조향각) × (현재 차속 - 임계 차속)

위의 식 1에서, K는 고정 상수, abs는 절대값을 의미한다.

상기 제어토크는 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생된 경우 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 토크로서, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크를 포함하는 토크를 말하며, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 커질수록 증가되는 수준으로 결정될 수 있다.

또는, 상기 제어토크는 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생된 경우 차량의 직진 주행을 유지시키기 위한 토크로서, 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크 외에, 회생제동토크가 인가되는 인휠모터가 장착된 휠에 인가되는 유압제동토크를 더 포함하는 토크를 말한다.

이어서, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크의 크기에 따라, 직진 주행 유지를 위한 복수개의 피드포워드 토크 제어 중 하나가 선택 실행될 수 있다.

이를 위해, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크의 크기에 따라, 차량의 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어가 제1단계 토크제어와, 제1단계 토크 제어를 포함하는 제2단계 토크제어 중 하나로 선택 결정될 수 있다(S105).

도 6을 참조하면, 상기 자율주행 제어기(100)에서 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크가 제1기준 제어토크 이하이면 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어로 결정하고, 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하이면 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어로 결정하며, 제2기준 제어토크를 초과하면 수동주행모드 주행으로 전환하지 않고 자율주행모드를 유지하는 제어를 한다.

이때, 상기 제1기준 제어토크는 인휠모터에 대한 최대 제어토크로서 인휠모터의 회생제동토크 최대값에 게인(Gain)을 곱한 값으로 결정될 수 있다.

또한, 상기 제2기준 제어토크는 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크가 너무 큰 수준으로 결정될 경우, 오히려 제어토크로 인하여 차량의 거동이 더 불안정해질 수 있는 것을 제한하기 위한 임의의 수준으로 결정될 수 있다.

상기한 단계 S105에서 차량의 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어가 제1단계 토크제어로 결정되면, 제1단계 토크제어가 실행된다(S106).

이를 위해, 먼저 상기 자율주행 제어기(100)에서 제1단계 토크제어를 실행시키기 위하여 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 이하)를 인휠모터의 구동토크와 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령한다.

더 상세하게는, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 이하)를 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령한다.

예를 들어, 운전자 조작에 따른 조향방향 및 조향각에 따라 구동휠과 제동휠을 결정하고, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 이하)의 1/2를 상기 구동휠에 장착된 인휠모터(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 구동토크로 분배 결정하고, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 이하)의 나머지 1/2를 상기 제동휠에 장착된 인휠모터(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령한다.

따라서, 상기 제1단계 토크제어에 의거하여, 모터 제어기(140)에서 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 회생제동토크를 인가하는 토크 제어를 수행하게 됨으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

예를 들어, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 전륜 좌우측 휠에 좌측 조향각이 발생된 경우, 차량에 좌선회 요모멘트(Yaw moment)가 발생하게 되는데, 이때 모터제어기(140)에서 후륜 좌측 휠에 장착된 인휠모터(조향방향의 것)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 후륜 우측 휠에 장착된 인휠모터(조향반대방향의 것)에 회생제동토크를 인가하는 제어를 하여 차량에 우선회 모멘트를 발생시킴으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

또는, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 전륜 좌우측 휠에 우측 조향각이 발생된 경우, 차량에 우선회 요모멘트(Yaw moment)가 발생하게 되는데, 이때 모터제어기(140)에서 후륜 우측 휠에 장착된 인휠모터(조향방향의 것)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 후륜 좌측 휠에 장착된 인휠모터(조향반대방향의 것)에 회생제동토크를 인가하는 제어를 하여 차량에 좌선회 모멘트를 발생시킴으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

상기한 단계 S105에서 차량의 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어가 제2단계 토크제어로 결정되면, 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어가 실행된다(S107).

이를 위해, 상기 자율주행 제어기(100)에서 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어를 실행시키기 위하여 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 초과, 제2기준 제어토크 이하)의 일부를 인휠모터의 구동토크 및 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령하는 동시에 나머지를 유압제동토크로 더 분배 결정하여 제동 제어기(130)에 지령한다.

더 상세하게는, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 초과, 제2기준 제어토크 이하) 중 일부(제1기준 제어토크 이하)를 제1단계 토크제어에서와 같이 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 추가 인가되는 구동토크와, 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령하고, 나머지(제1기준 제어토크를 초과하는 토크)를 회생제동토크가 인가되는 쪽의 휠에 인가되는 유압제동토크로 분배 결정하여 제동 제어기(130)에 지령한다.

예를 들어, 운전자 조작에 따른 조향방향 및 조향각에 따라 구동휠과 제동휠을 결정한 후, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 초과, 제2기준 제어토크 이하) 중 일부(제1기준 제어토크 이하)의 1/2를 상기 구동휠에 장착된 인휠모터(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 구동토크로 분배 결정하고, 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 초과, 제2기준 제어토크 이하) 중 일부(제1기준 제어토크 이하)의 나머지 1/2를 상기 제동휠에 장착된 인휠모터(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 인가되는 회생제동토크로 분배 결정하여 모터 제어기(140)에 지령하며, 또한 상기한 단계 S104에서 결정된 제어토크(제1기준 제어토크 초과, 제2기준 제어토크 이하) 중 나머지(제1기준 제어토크를 초과하는 토크)를 회생제동토크가 인가되는 쪽의 휠에 인가되는 유압제동토크로 분배 결정하여 제동 제어기(130)에 지령한다.

따라서, 상기 제2단계 토크제어에 의거하여, 모터 제어기(140)에서 차량의 각 휠에 장착된 인휠모터 중 일측쪽의 하나(예, 조향방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 반대쪽의 다른 하나(예, 조향반대방향의 후륜에 장착된 인휠모터)에 회생제동토크를 인가하는 토크 제어를 수행하고, 이와 함께 상기 제동제어기(130)에서 회생제동토크가 인가되는 인휠모터(조향반대방향의 것)가 장착된 휠의 유압제동장치에 대하여 유압제동토크를 인가하는 제어를 수행함으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

예를 들어, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 전륜 좌우측 휠에 좌측 조향각이 발생된 경우, 차량에 좌선회 요모멘트(Yaw moment)가 발생하게 되는데, 이때 모터제어기(140)에서 후륜 좌측 휠에 장착된 인휠모터(조향방향의 것)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 후륜 우측 휠에 장착된 인휠모터(조향반대방향의 것)에 회생제동토크를 인가하는 제어를 하고, 이와 함께 상기 제동제어기(130)에서 회생제동토크가 인가되는 인휠모터(조향반대방향의 것)가 장착된 휠의 유압제동장치에 대하여 유압제동토크를 인가하여 차량에 우선회 모멘트를 발생시킴으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

또는, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 전륜 좌우측 휠에 우측 조향각이 발생된 경우, 차량에 우선회 요모멘트(Yaw moment)가 발생하게 되는데, 이때 모터제어기(140)에서 후륜 우측 휠에 장착된 인휠모터(조향방향의 것)에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 후륜 좌측 휠에 장착된 인휠모터(조향반대방향의 것)에 회생제동토크를 인가하는 제어를 하고, 이와 함께 상기 제동제어기(130)에서 회생제동토크가 인가되는 인휠모터(조향반대방향의 것)가 장착된 휠의 유압제동장치에 대하여 유압제동토크를 인가하여 차량에 좌선회 모멘트를 발생시킴으로써, 차량의 직진 주행이 유지될 수 있다.

한편, 상기한 단계 S104에서 결정된 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하는 것으로 판정되면, 수동주행모드 주행으로 전환하지 않고 자율주행모드를 유지한다(S108).

예를 들어, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 계속 증가하면, 상기한 단계 S104에서 결정되는 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과할 수 있고, 제2기준 제어토크를 초과하는 제어토크에 의하여 차량의 거동이 더 불안정해질 수 있으므로, 상기 자율주행 제어기(100)에서 수동주행모드로 전환하지 않고 자율주행모드로 유지시키는 제어를 한다.

따라서, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 차량 불안정 거동을 발생하기 전에 현재 주행모드를 자율주행모드로 계속 유지시키는 제어를 함으로써, 차량의 안전사고를 방지할 수 있다.

이와 같이, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도하지 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각으로 인하여 차량의 불안정한 요레이트 거동 등이 발생되기 전에 운전자 조작에 따른 조향 방향에 영향을 받지 않고 직진 주행이 유지되도록 한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 제어 방식으로 수행되도록 함으로써, 자율주행차량의 고속 직진 주행이 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 상기한 단계 S106에서의 제1단계 토크제어가 실행된 후 또는 상기한 단계 S107에서의 제2단계 토크제어가 실행된 후, 상기 자율주행 제어기(100)에서 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화 등을 확인한다.

즉, 자율주행차량의 고속 직진 주행시 차량 주행 안정 및 거동 안정화를 위하여 항상 목표 요레이트는 제로(0)로 유지되지만, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화가 발생되면 차량 거동을 불안정하게 만드는 요레이트및 횡가속도가 증가될 수 있으므로, 상기한 단계 S106에서의 제1단계 토크제어가 실행된 후 또는 상기한 단계 S107에서의 제2단계 토크제어가 실행된 후, 상기 자율주행 제어기(100)에서 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화 등을 확인한다.

예를 들어, 상기 자율주행 제어기(100)에서 요레이트 센서(124)의 검출 신호를 기반으로 차량의 요레이트 변화를 확인할 수 있고, 횡가속도 센서의 검출 신호를 기반으로 차량의 횡가속도 변화를 확인할 수 있으며, 요레이트 변화가 없으면 현재 요레이트가 목표 요레이트인 제로에 부합되는 것으로 판정할 수 있다.

이어서, 상기 자율주행 제어기(100)에서 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되면, 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 실행시킨다(S109).

한편, 상기한 단계 S102에서의 판단 결과, 자율주행차량이 고속 직진 주행 이 아닌 것으로 판정되거나, 또는 상기한 단계 S103에서의 판단 결과, 조향각 변화가 없는 것으로 판정되더라도, 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화 등이 발생되면 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어가 실행될 수 있다.

예를 들어, 차량의 자세 제어를 위한 피드백 제어는 주지된 바와 같이, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화로 인한 실제 요레이트를 요레이트 센서에서 검출하는 과정과, 요레이트 센서의 검출값인 실제 요레이트를 목표 요레이트와 비교하는 과정과, 비교 결과 목표 요레이트와 실제 요레이트 간의 차이가 일정치 이상 발생하면 차량의 안정적인 자세 제어를 위한 제동 제어 등을 수행하는 과정으로 이루어질 수 있다.

연이어, 상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 실행시킨 후, 상기 자율주행 제어기(100)에서 차량의 자세에 대한 안정화 여부를 판단한다(S110).

예를 들어, 차량의 자세 제어를 위한 피드백 제어에 의거하여 차량의 실제 요레이트가 목표 요레이트인 제로에 부합되면, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정할 수 있다.

상기한 단계 S110에서의 판단 결과, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드를 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환시키는 제어가 이루어진다(S111).

이와 같이, 자율주행차량의 고속 직진 주행 중 주행모드가 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자의 의도치 않은 스티어링 휠 조작에 따른 조향각이 발생되더라도, 직진 주행 유지를 위한 차량의 구동토크 및 제동토크 제어가 피드포워드 제어 방식으로 수행된 후, 차량의 요레이트 변화로 인한 차량의 불안정 거동을 방지하기 위한 피드백 제어가 더 수행되도록 함으로써, 고속 직진 주행이 유지되는 상태에서 목표 요레이트를 제로(0)로 계속 유지시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 원하는 수동주행모드로의 전환이 안정적으로 이루어질 수 있다.

이상으로 본 발명을 하나의 실시예로 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 하기의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다 할 것이다.

100 : 자율주행 제어기
110 : 스티어링 제어기
112 : 조향각 센서
116 : 토크센서
120 : 주행모드 선택 스위치
122 : 차속 검출부
124 : 요레이트 센서
130 : 제동 제어기
132 : 유압제동장치
140 : 모터 제어기
142 : 인휠모터

Claims

운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 여부를 판단하도록 구성된 스티어링 제어기;
각 휠의 제동장치에 제동토크를 인가하는 제동 제어기;
각 휠에 개별적인 회생제동토크 및 구동토크를 인가하는 모터 제어기; 및
자율주행차량의 고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 상기 스티어링 제어기로부터 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화 신호를 수신하는 경우, 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 결정하여 피드포워드 제어 방식으로 지령하도록 구성된 자율주행 제어기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 스티어링 휠의 조향각 변화를 검출한 신호를 스티어링 제어기로 전송하는 조향각 센서; 및
운전자가 스티어링 휠을 잡았을 때의 조향 토크를 검출하여 스티어링 제어기에 전송하는 토크 센서;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 자율주행 제어기는,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 조향각 및 차속별로 미리 정해진 제어토크를 포함하는 제어토크 맵(Map)으로부터 결정하거나, [제어토크 = K × abs(abs(현재 조향각) - 임계 조향각) × (현재 차속 - 임계 차속)]을 이용하여 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
위의 식 에서, K는 고정 상수, abs는 절대값을 지시한다.
청구항 1에 있어서,
상기 자율주행 제어기는,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크 이하이면, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어로 결정하여 실행시키고,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하이면, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어를 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어로 결정하여 실행시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 자율주행 제어기에 의하여 실행되는 제1단계 토크제어는,
차량의 각 휠 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 자율주행 제어기에 의하여 실행되는 제2단계 토크제어는,
차량의 각 휠 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가함과 함께, 회생제동토크가 인가되는 휠에 제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 자율주행 제어기는 상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하면, 수동주행모드로 전환하지 않고 자율주행모드로 유지시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 자율주행 제어기는,
상기 제1단계 토크제어 또는 제2단계 토크제어를 실행한 후, 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되는 것을 해소하기 위하여 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 더 실행시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 자율주행 제어기는,
상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어를 실행시킨 후, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드를 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환시키는 제어를 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 시스템.
자율주행차량의 자율주행모드에 의한 주행 중 수동주행모드로의 전환 요청 여부를 확인하는 단계;
상기 수동주행모드로의 전환 요청이 있으면, 고속 직진 주행 중인지 여부를 판단하는 단계;
고속 직진 주행 중 자율주행모드에서 수동주행모드로 전환되는 천이구간에서, 운전자 조작에 의한 스티어링 휠의 조향각 변화 여부를 판단하는 단계;
운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 조향각 변화가 있는 것으로 판정되면, 직진 주행 유지를 위한 제어토크를 결정하는 단계; 및
결정된 제어토크 크기에 따라, 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어가 실행되는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 운전자 조작에 의한 스티어링 휠의 조향각 변화 여부를 판단하는 단계는:
토크 센서의 조향토크 검출신호를 기반으로 운전자가 스티어링 휠을 잡았는지 여부를 확인하는 단계; 및
조향각 센서의 조향각 검출 신호를 기반으로 스티어링 휠의 조향각 변화를 판단하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크는,
조향각 및 차속별로 미리 정해진 제어토크를 포함하는 제어토크 맵(Map)으로부터 결정되거나, [제어토크 = K × abs(abs(현재 조향각) - 임계 조향각) × (현재 차속 - 임계 차속)]을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
위의 식 에서, K는 고정 상수, abs는 절대값을 지시한다.
청구항 10에 있어서,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크 이하로 결정되면, 상기 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어로서 제1단계 토크제어가 실행되고,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제1기준 제어토크를 초과하고 제2기준 제어토크 이하로 결정되면, 상기 직진 주행 유지를 위한 피드포워드 토크 제어로서 제1단계 토크제어를 포함하는 제2단계 토크제어가 실행되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제1단계 토크제어는,
차량의 각 휠 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제2단계 토크제어는,
차량의 각 휠 중 조향방향 쪽의 하나에 현재 주행을 위한 구동토크 외에 구동토크를 추가 인가하는 동시에 조향반대방향쪽의 다른 하나에 회생제동토크를 인가함과 함께, 회생제동토크가 인가되는 휠에 제동토크를 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 직진 주행 유지를 위한 제어토크가 제2기준 제어토크를 초과하는 것으로 결정되면, 수동주행모드로 전환하지 않고 자율주행모드로 유지시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 제1단계 토크제어 또는 제2단계 토크제어가 실행된 후, 차량의 요레이트 변화 및 횡가속도 변화가 발생되는 것을 해소하기 위하여 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어가 더 실행되는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 차량의 자세를 안정적인 자세로 제어하기 위한 피드백 제어가 실행된 후, 차량의 자세가 안정화된 것으로 판정되면, 자율주행차량의 주행모드가 운전자가 원하는 수동주행모드로 전환되도록 한 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 수동주행모드 전환 제어 방법.