KR100896013B1 - Active steering system of vehicle and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 운전자 모델(model)을 자동으로 추론하고 이를 이용하여 능동적으로 조향을 제어하도록 한 인간중심의 능동 조향 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 기어 비 변환장치, 모터, 차속을 검출하기 위한 차속 센서, 조향각을 검출하기 위한 조향각 센서, 조향 토크를 검출하기 위한 토크 센서를 포함하는 차량의 능동 조향 시스템에 있어서, 차량의 소정 위치에 장착되고 상기 차량이 주행하는 도로의 이미지를 획득하기 위한 카메라와; 상기 카메라에 의해 획득한 도로의 이미지 정보를 토대로 도로의 곡률 정보를 산출하고, 상기 도로 곡률 정보와 상기 조향각에 따라 운전자 그룹을 판단하며, 판단한 운전자 그룹에 따라 조향을 위한 보조 토크를 추론하고 이를 토대로 상기 모터를 구동시켜 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 구비함으로써, 운전자 모델을 추론하고 이를 이용하여 능동적으로 조향을 제어하여 인간중심의 능동 조향을 수행하게 된다.
The present invention relates to a human-centered active steering system and method for automatically inferring a driver model and actively controlling steering using the same, and the present invention relates to a gear ratio converter, a motor, and a vehicle speed. An active steering system of a vehicle comprising a vehicle speed sensor for detecting, a steering angle sensor for detecting a steering angle, and a torque sensor for detecting steering torque, the active steering system of the vehicle obtaining an image of a road mounted at a predetermined position of the vehicle and driving the vehicle A camera for; The curvature information of the road is calculated based on the image information of the road obtained by the camera, the driver group is determined according to the road curvature information and the steering angle, and the auxiliary torque for steering is inferred based on the determined driver group. By providing an electronic control device for controlling steering by driving the motor, the driver's model is inferred and the steering is actively controlled by using the same to perform the human-centered active steering.
Description
본 발명은 운전자 모델(model)을 자동으로 추론하고 이를 이용하여 능동적으로 조향을 제어하도록 한 인간중심의 능동 조향시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a human-centric active steering system and method for automatically inferring a driver model and actively controlling steering using the same.
일반적으로 주행중인 차량의 진행 방향 등을 능동적으로 제어하기 위해 조향장치가 사용되는데, 이러한 조향장치는 통상적으로 스티어링 휠(Steering Wheel)과 조향축 및 조향 칼럼 등으로 이루어진 조작기구와, 조향 기어기구와 피트먼 아암, 조향 링크 및 조향 너클 등으로 이루어진 링크 기기 등을 포함하여 구성된다. (물론, 차종에 따라 용어를 달리 사용하거나 구성을 달리할 수 있다.)In general, a steering device is used to actively control a driving direction of a vehicle, and the like, and a steering device typically includes a steering wheel, a steering shaft, a steering column, a steering gear mechanism, and the like. And a link device including a Pitman arm, a steering link, a steering knuckle, and the like. (Of course, you can use different terms or configurations depending on the model.)
이와 같은 조향장치는 조작자의 스티어링 휠 회전력을 조향 기어를 통하여 휠로 전달하는 기계식과, 조작력 경감을 위하여 동력에 의해 조작자의 스티어링 휠 회전력을 배력하도록 실린더를 사용하는 동력 조향(power steering) 방식의 장치가 사용되고 있다.Such a steering device includes a mechanical type that transmits the steering wheel rotational force of the operator to the wheel through the steering gear, and a power steering type device that uses a cylinder to back up the steering wheel rotational force of the operator by power to reduce the operating force. It is used.
동력 조향 방식은 스티어링 휠의 회전에 따라 유압을 동력 실린더에 전달하 여 휠을 조향하는 유압 동력 조향 장치가 있고, 스티어링 휠의 회전에 따라 모터를 구동하고, 이 모터의 구동력에 의해 조향 기어 기구를 동작시켜 휠을 조향하는 전동 동력 조향장치(Electric Power Steering System : "EPS")가 있게 된다.The power steering system has a hydraulic power steering device that transmits hydraulic pressure to the power cylinder according to the rotation of the steering wheel to steer the wheel, drives the motor according to the rotation of the steering wheel, and drives the steering gear mechanism by the driving force of the motor. There is an Electric Power Steering System ("EPS") that operates to steer the wheels.
이러한 전동 동력 조향장치(EPS)는 통상적으로 스티어링 휠의 조작에 따라 조향축을 회동시키는 기어기구를 동작시켜 차륜을 조작하는 링크기구를 작동시키는 모터와, 운전자가 스티어링 휠을 조작할 때 발생하는 스티어링 휠의 각속도와 토크를 감지함과 더불어 실제 휠에서 조향되는 조향 각속도와 토크를 감지하는 센서 및 이들 각 센서들을 통해 감지되는 측정값에 따라 모터의 구동을 제어하는 제어장치(ECU)로 구성된다.Such an electric power steering device (EPS) is typically a motor for operating a link mechanism for operating a wheel by operating a gear mechanism for rotating a steering shaft according to the operation of a steering wheel, and a steering wheel generated when a driver operates a steering wheel. In addition to detecting the angular speed and torque of the steering wheel and the steering angle of the steering wheel and the torque sensor to sense the torque and the control unit (ECU) for controlling the driving of the motor according to the measured values detected through each of these sensors.
차량의 지능화에 대한 연구진행에 따라 새시통합제어(UCC, ICC) 및 정보통신기능에 대한 연구가 활발하다. 그러나 대부분의 연구가 차량 자체의 성능을 기준으로 한 시스템에 대해서만 중점이 되고 있다. 이는 운전자의 특성이 다양하다는 것을 전혀 고려하지 않은 것이다.As research on the intelligence of the vehicle progresses, research on chassis integrated control (UCC, ICC) and information communication functions is active. Most research, however, focuses only on systems based on the performance of the vehicle itself. It does not take into account that the characteristics of the driver vary.
주지한 바와 같은 조향 시스템(조향장치)도 조종 안정성에 아주 중요한 기능을 하는 시스템으로, 최근에는 능동 조향 시스템(AFS: Active Front Wheel Steering)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Steering systems (steering devices) as well known as a system that plays a very important role in steering stability, active research on active front wheel steering (AFS) (AFS) recently.
능동 조향 시스템(AFS)은 주행 중 강하게 불어오는 옆바람이나 좌우가 대칭적이지 않은 노면의 상태 등의 외부 환경에 능동적으로 대처할 수 있도록 조향 휠과 조향 칼럼 사이의 조향 축을 분리한 것으로, 운전자의 조향 휠 조작으로 인한 조향각을 직접 조향 칼럼에 전달하지 않고 수시로 변화하는 조향각을 지속적으로 감지하여 이를 차량의 각종 정보와 비교분석한 후 조향 칼럼의 조향축 회전을 제어하는 모터에 전기적 신호로 전달함으로써 조향각을 조절하는 시스템으로서, 기어 장치에서 입력과 출력 사이의 기어 비를 변환시키는 기어 비 변환 장치가 구비되어 있다.Active steering system (AFS) is a driver's steering wheel separated from the steering wheel and steering column to actively cope with the external environment such as side winds blowing strongly while driving or road conditions where the sides are not symmetrical. Steering angle is adjusted by continuously detecting the steering angle that changes frequently from time to time without direct transmission to the steering column, comparing it with various information of the vehicle, and transmitting it as an electrical signal to the motor that controls the steering shaft rotation of the steering column. As a system, a gear ratio converting apparatus for converting a gear ratio between an input and an output in a gear apparatus is provided.
이러한 능동 조향 시스템은 극한 상황에서 운전자의 판단 미숙으로 인한 사고를 방지하기 위한 목적으로 설계되어 있지만, 운전자 자체에 대한 연구를 통한 설계가 아닌 앞서 언급한 바와 같이 차량 자체의 조종 안정성 향상에만 그 초점이 맞추어져 있다. This active steering system is designed to prevent accidents due to immaturity of the driver's judgment in extreme situations, but, as mentioned above, the focus is only on improving the steering stability of the vehicle itself, not the design of the driver itself. It is aligned.
운전자의 특성(예를 들어, 초보자, 숙련자)과 조향은 매우 큰 연관이 있음이 많은 연구를 통해 증명되고 있는 시점에서, 종래의 능동 조향 시스템은 다용한 운전자의 개별 특성을 고려하지 않고, 오직 차량 자체의 조종 안정성 향상만을 염두에 두고 개발된 경우이므로, 실제 차량을 이용하는 사용자(운전자)에 대한 고려가 미흡하여 최적의 능동 조향 시스템이라고는 볼 수 없다.At the time when many studies have demonstrated that driver characteristics (eg beginners, skilled personnel) and steering are very relevant, conventional active steering systems do not take into account the individual characteristics of a versatile driver, but only the vehicle. Since it was developed with only the improvement of the steering stability in mind, it is not an optimal active steering system due to the lack of consideration for a user (driver) using a real vehicle.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 능동 조향 시스템의 단점을 개선하기 위해서 제안된 것으로서,Therefore, the present invention is proposed to improve the disadvantages of the conventional active steering system as described above,
본 발명의 목적은, 운전자 모델(model)을 자동으로 추론하고 이를 이용하여 능동적으로 조향을 제어하도록 한 인간중심의 능동 조향 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a human-centered active steering system and method for automatically inferring a driver model and actively controlling steering using the same.
본 발명의 다른 목적은, 운전자 모델을 추론하고, 그 추론한 운전자 모델에 따라 조향 토크가 부족한 그룹(운전자 그룹)에 대해서는 조향 토크를 보조해줌으로써, 인간 중심의 최적의 능동 조향 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to infer a driver model and assist steering torque for a group (driver group) that lacks steering torque according to the inferred driver model, thereby providing a human-centered optimal active steering system and method thereof. To provide.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른" 차량의 능동 조향 시스템"은,"Active steering system of the vehicle" according to the present invention for achieving the above object,
기어 비 변환장치, 모터, 차속을 검출하기 위한 차속 센서, 조향각을 검출하기 위한 조향각 센서, 조향 토크를 검출하기 위한 토크 센서를 포함하는 차량의 능동 조향 시스템에 있어서,In an active steering system of a vehicle comprising a gear ratio converter, a motor, a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed, a steering angle sensor for detecting a steering angle, and a torque sensor for detecting steering torque,
상기 차량의 소정 위치에 장착되고 상기 차량이 주행하는 도로의 이미지를 획득하기 위한 카메라와;A camera mounted at a predetermined position of the vehicle and acquiring an image of a road on which the vehicle travels;
상기 카메라에 의해 획득한 도로의 이미지 정보를 토대로 도로의 곡률 정보 를 산출하고, 상기 도로 곡률 정보와 상기 조향각에 따라 운전자 그룹을 판단하며, 판단한 운전자 그룹에 따라 조향을 위한 보조 토크를 추론하고 이를 토대로 상기 모터를 구동시켜 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 포함한다.The curvature information of the road is calculated based on the image information of the road obtained by the camera, the driver group is determined according to the road curvature information and the steering angle, and the auxiliary torque for steering is inferred based on the determined driver group. And an electronic control device for controlling the steering by driving the motor.
상기 전자 제어 장치는,The electronic control device,
상기 카메라에 의해 획득한 도로의 이미지 정보로부터 도로 곡률 정보를 산출하는 도로 곡률 산출부와; 상기 도로 곡률 정보와 조향각을 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터를 추출하는 비교부와; 실험에 의해 생성된 운전자 그룹 정보와 조향 보조 값이 저장된 운전자 그룹정보 데이터베이스와; 상기 추출한 팩터와 상기 운전자 그룹 정보를 대비하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 출력하는 운전자 그룹 판단부와; 상기 운전자 그룹 판단부에서 출력되는 조향 보조 값과 상기 조향 토크를 기초로 보조 토크를 추론하고, 상기 추론한 보조 토크로 모터 제어를 수행하는 조향토크 제어부를 포함하며,A road curvature calculating unit configured to calculate road curvature information from the image information of the road obtained by the camera; A comparison unit configured to compare the road curvature information and the steering angle to extract a factor for determining a driver group; A driver group information database storing driver group information and steering assistance values generated by experiments; A driver group determination unit which determines a driver group by comparing the extracted factor and the driver group information, and outputs a steering assistance value corresponding to the determined driver group; A steering torque control unit for inferring an auxiliary torque based on a steering auxiliary value output from the driver group determining unit and the steering torque, and performing motor control with the inferred auxiliary torque;
상기 운전자 그룹은 운전자의 고유 특성 정보인 성별, 운전경력 및 연령 정보를 이용하여 구분한 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹을 포함한다.The driver group includes a novice driver group, a normal driver group, and an expert driver group classified using gender, driving experience, and age information, which are unique characteristic information of the driver.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른" 차량의 능동 조향 방법"은,"Active steering method of the vehicle" according to the present invention for achieving the above object,
운전자의 고유특성 정보에 따라 분류한 운전자 그룹 정보 및 조향 보조 값이 저장된 운전자 그룹 정보 데이터베이스를 구비하고, 모터를 구동시켜 조향을 제어하는 전자 제어 장치를 포함하는 능동 조향 시스템을 이용하여 차량의 조향을 능동적으로 제어하기 위한 방법에 있어서,The driver group information database which stores the driver group information and the steering assistance value classified according to the driver's unique characteristic information is stored, and the steering of the vehicle is performed using an active steering system including an electronic control device which controls the steering by driving a motor. In a method for actively controlling,
상기 차량의 시동이 온 상태가 되면 상기 전자 제어 장치에서 자가진단을 수행하고, 그 결과 차량에 이상이 없는 경우 운전자에 의해 조향 휠이 조작되는지를 확인하는 단계와;Performing self-diagnosis in the electronic control apparatus when the vehicle is turned on, and as a result, checking whether the steering wheel is operated by the driver when there is no abnormality in the vehicle;
상기 운전자에 의해 조향 휠이 조작되고, 차속, 조향각, 조향 토크가 검출되어 입력되면, 카메라에 의해 촬영된 도로 이미지를 토대로 도로 곡률 정보를 산출하는 단계와;Calculating road curvature information based on a road image photographed by a camera when a steering wheel is operated by the driver and a vehicle speed, steering angle, and steering torque are detected and inputted;
상기 산출한 도로 곡률 정보와 상기 조향각을 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터를 추출하는 단계와;Extracting a factor for determining a driver group by comparing the calculated road curvature information with the steering angle;
상기 추출한 팩터와 상기 운전자 그룹 정보 데이터베이스에 저장된 운전자 그룹 정보를 비교하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 추출하는 단계와;Comparing the extracted factor with driver group information stored in the driver group information database to determine a driver group, and extracting a steering assistance value corresponding to the determined driver group;
상기 추출한 조향 보조 값과 상기 운전자의 조향 휠 조작에 따라 발생하는 조향 토크 정보를 조합하여 조향 보조 토크를 추론하는 단계와;Deducing steering assistance torque by combining the extracted steering assistance value and steering torque information generated according to the driver's steering wheel operation;
상기 추론한 조향 보조 토크에 대응하게 기어 비 변환장치를 구동하는 모터를 구동시켜 조향을 제어하는 단계를 포함한다.And controlling steering by driving a motor for driving a gear ratio converter in response to the inferred steering assistance torque.
상기에서 운전자 그룹 정보는 상기 운전자의 고유 특성 정보인 성별, 운전경력 및 연령 정보를 이용하여 구분한 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹을 포함한다.The driver group information includes a novice driver group, a normal driver group, and an expert driver group classified using gender, driving experience, and age information, which is the characteristic information of the driver.
본 발명에 따르면 운전자 모델(model)을 자동으로 추론하고 이를 이용하여 능동적으로 조향을 제어함으로써, 인간 중심의 능동 조향을 실현할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by automatically inferring a driver model and actively controlling steering by using the same, there is an advantage of realizing human-centered active steering.
또한, 운전자 모델을 추론하고, 그 추론한 운전자 모델에 따라 조향 토크가 부족한 그룹(운전자 그룹)에 대해서는 조향 토크를 보조해줌으로써, 인간 중심의 최적의 능동 조향을 실현할 수 있는 장점도 있다.In addition, by inferring a driver model and assisting steering torque for a group (driver group) which lacks steering torque according to the inferred driver model, there is also an advantage of realizing human-centered optimal active steering.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention. If it is determined that the detailed description of the known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 능동 조향 시스템의 구성을 보인 도면이다.1 is a view showing the configuration of an active steering system according to the present invention.
도시된 바와 같이, 조향 휠(101)과, 조향 휠(101)에 연결되는 조향 축(103)과, 조향 축(103)을 둘러싸는 조향 칼럼(105)과, 조향 칼럼(105)의 하단에 형성되는 기어 비 변환장치(107)와, 상단이 기어 비 변환장치(107)에 연결되는 입력축(109)과, 조향 휠(101)의 회전 방향에 따라 작동 유의 유로를 변환하는 유로 전 환 밸브(111)와, 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(113)와, 조향 휠(103)의 회전에 따른 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서(115)와, 조향 축(103)의 회전에 의해 발생한 조향 토크를 감지하는 토크 센서(117)와, 상기 기어 비 변환장치(107)를 구동하기 위한 모터(125)를 구비한다. As shown, a
이러한 구성은 일반적인 차량에 구비된 능동 조향 시스템의 구성과 동일 혹은 극히 유사하며, 본 발명은 상기와 같은 일반적인 차량에 구비된 능동 조향 시스템에, 차량이 진행하는 도로의 이미지 정보를 획득하기 위한 카메라(119)와, 상기 카메라(119)에 의해 획득한 도로의 이미지 정보를 토대로 도로의 곡률 정보를 산출하고, 상기 도로 곡률 정보와 상기 조향각에 따라 운전자 그룹을 판단하며, 판단한 운전자 그룹에 따라 조향을 위한 보조 토크를 추론하고 이를 토대로 상기 모터를 구동시켜 조향을 제어하는 전자 제어 장치(ECU)(130)를 포함하여 구성된다.This configuration is the same or very similar to the configuration of the active steering system provided in a general vehicle, the present invention is an active steering system provided in such a general vehicle, the camera for acquiring image information of the road that the vehicle proceeds ( 119 and the curvature information of the road based on the image information of the road obtained by the
상기 전자 제어 장치(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 카메라(119)에 의해 획득한 도로의 이미지 정보로부터 도로 곡률 정보를 산출하는 도로 곡률 산출부(131)와, 상기 도로 곡률 정보와 조향각을 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터를 추출하는 비교부(132)와, 실험에 의해 생성된 운전자 그룹 정보 및 조향 보조 값이 저장된 운전자 그룹정보 데이터베이스(133)와, 상기 추출한 팩터와 상기 운전자 그룹 정보를 대비하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 출력하는 운전자 그룹 판단부(134)와, 상기 운전자 그룹 판단부(134)에서 출력되는 조향 보조 값과 상기 조향 토크를 기초로 보조 토크를 추론하고, 상기 추론한 보조 토크로 모터(125) 제어를 수행하는 조향토크 제어부(135)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
여기서 운전자 그룹은 운전자의 고유 특성 정보인 성별, 운전경력 및 연령 정보를 이용하여 구분한 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹을 포함한다.The driver group includes a novice driver group, a normal driver group, and an expert driver group classified using gender, driving experience, and age information, which are unique characteristics of the driver.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 "차량의 능동 조향 시스템"은, 차량의 시동이 온(on)되면 전자 제어 장치(130)에서 자가 진단을 수행하고, 이상 또는 고장이 발견되면 계기판이나 별도의 디스플레이 장치를 통해 이를 통보해주고, 정상적인 상태이면 운전자의 조향 조작을 대기한다. The "active vehicle steering system" according to the present invention configured as described above, when the start of the vehicle is turned on (on), the
도 2에 도시한 전자 제어 장치(130)의 일 실시 예에서는 자가 진단을 수행하는 기능 블록이 도시되지 않았으나, 실질적으로 전자 제어 장치(130)는 자가 진단을 수행하고 이상 발생시 이를 통보해주기 위한 자가 진단 장치가 포함되는 것이 바람직하며, 이러한 자가 진단 장치는 통상의 전자 장치 및 제어 장치에서 자가 진단을 수행하는 공지의 장치를 그대로 사용하므로, 자세한 설명은 생략한다.In the exemplary embodiment of the
대기 상태에서 차량의 운전이 시작되면 카메라(119)에서 차량 진행 방향의 도로를 촬영하여 도로 이미지를 획득하고 이를 전자 제어 장치(130)에 제공하게 되며, 운전자가 조향휠(101)을 조작하면, 전자 제어 장치(130)의 도로 곡률 산출부(131)에서 상기 카메라(119)에 의해 획득한 도로의 이미지로부터 도로 곡률 정보를 산출하게 된다.When driving of the vehicle is started in the standby state, the
여기서 도로 곡률 정보는 도로의 휘어진 상태를 나타내는 정보로서, 도로 곡률 산출부(131)는 카메라(119)에 의해 획득한 차량 진행 방향의 이미지에서 도로 이미지만을 추출하고, 추출한 도로 이미지를 다시 일정 구간으로 나누어 도로의 휘어진 상태(휘어진 각도)를 산출하게 된다. 도로 이미지 정보로부터 도로 곡률 정보를 산출하는 방법은 다양한 방법이 이미 알려져 있으며, 본 발명도 이미 알려진 다양한 도로 곡률 산출 방법 중 어느 하나를 적용하여 도로 곡률 정보를 산출하게 된다.Here, the road curvature information is information indicating a curved state of the road, and the road
도로 곡률 정보가 산출되면, 비교부(132)에서 상기 산출한 도로 곡률 정보와 조향각 센서(115)에서 검출한 조향 각도를 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터(인자)를 추출하게 된다. 예를 들어, 도로 곡률 정보가 도로의 휘어진 각도 정보를 의미하므로, 도로 곡률 정보와 조향각 센서(115)에서 검출한 조향 각도와 감산하여 그 차이를 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터로 추출하게 된다.When the road curvature information is calculated, the factor (factor) for determining the driver group is extracted by comparing the road curvature information calculated by the
이렇게 추출된 팩터는 운전자 그룹 판단부(134)에 전달되고, 운전자 그룹 판단부(134)는 상기 추출된 팩터를 인덱스로 활용하여 운전자 그룹 정보가 저장된 운전자 그룹 정보 데이터베이스(133)를 검색하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 추출하여 조향 토크 제어부(135)에 제공한다.The extracted factor is transmitted to the driver
여기서 운전자 그룹 정보 데이터베이스(133)에 저장되는 운전자 그룹 정보는 운전자의 고유 특성 정보인 성별, 운전경력 및 연령 정보를 이용하여 구분한 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹을 포함한다.In this case, the driver group information stored in the driver
일반적으로 인간의 정보처리기관은 크게 정보입수기관(sensor system)인 감각계, 자료처리기관(CNS(w/brain)인 신경계, 신경전달기관(neuro-muscular system) 인 운동계로 대별되며, 이러한 오퍼레이터(인간)의 운동 특성(H(s))을 McRuer가 아래의 <수학식1>과 같이 모형화하였다. 이것은 어떤 방식으로 시스템이 반응하도록 하기 위해 어떻게 인간 오퍼레이터가 지각된 에러에 반응하는지를 반영한 이론으로서, 역동 시스템에서 인간의 행동을 설명하는데 매우 성공적인 이론으로 알려져 있다.In general, human information processing organs are roughly classified into sensory systems, which are sensor systems, data systems, nervous systems, which are CNS (w / brain), and motor systems, which are neuro-muscular systems. McRuer's model of the motor's kinetic characteristics (H (s)) is given by
여기서 는 전달지연(Transport time delay), 는 신경근육계 시간상수(Neuromuscular reaction time constant), 는 신경근육계 시스템의 damping ratio, 는 신경근육계 시스템의 natural frequency를 나타낸다.here Is the transport time delay, Is the neuromuscular reaction time constant, Is the damping ratio of the neuromuscular system, Represents the natural frequency of the neuromuscular system.
도 4a 및 도 4b는 실험에 의한 3차 제어 모델의 상수 추종 과정을 보인 그래프로서, 도 4a는 성별에 의한 인체반응 특성 결과 그래프이고, 도 4b는 경력(남자)에 의한 인체반응 특성결과 그래프이다.4A and 4B are graphs showing a constant tracking process of a tertiary control model according to an experiment. FIG. 4A is a graph of results of human response according to gender, and FIG. 4B is a graph of results of response of a human response by career. .
이러한 실험 결과를 토대로 살펴보면, 와 는 신경전달지연과 근골격계 감쇠 특성을 나타내는 것으로, 성별, 경력별에 따라 차이가 없으며, 와 은 근골격계의 반응속도를 나타내는 것으로 특히 성별에 따라 차이가 나타남을 알 수 있다.Based on the results of these experiments, Wow Represents neurotransmission delay and musculoskeletal attenuation characteristics. Wow Represents the reaction rate of the musculoskeletal system, and it can be seen that the difference is shown depending on gender.
따라서 본 발명에서는 이러한 실험의 결과치를 토대로 하여 운전자 고유 특성을 이용하여 운전자를 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹으로 분류하고, 그 분류한 운전자 그룹 정보를 운전자 그룹 정보 데이터베이스(133)에 저장해 놓는다. 이때 분류한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값도 함께 저장해 놓는다. 여기서 조향 보조 값은 초보 운전자나 보통 운전자에게 조향을 보조해주기 위해서 실험에 의해 미리 설정한 값이다.Accordingly, in the present invention, the driver is classified into a novice driving group, a normal driving group, and an experienced driving group by using the driver's unique characteristics based on the result of the experiment, and the classified driver group information is stored in the driver
예를 들어, 남자와 여자로 분리하고, 남자 및 여자의 연령을 20 ~ 30세, 그리고 40세 이상으로 각각 구분하며, 운전경력을 10,000km이내와 10,000 ~ 50,000km이내, 50,000 이상으로 구분하고, 성별이 남자 또는 여자이고, 연령이 20 ~ 30대이며, 운전 경력이 50,000km이상일 경우에는 숙련자로 판단을 하고, 이 경우에 속하는 운전자는 조향 토크를 보조할 필요가 없는 숙련 운전 그룹으로 결정한다. 아울러 성별이 남자이고 연령이 40세 이상이고, 운전 경력이 10,000 ~ 50,000km에 속하는 경우에는 최소로 설정된 만큼의 조향 토크를 보조하는 기본 운전 그룹으로 결정한다. 또한, 성별이 여자이고 연령이 40세 이상이며 운전 경력이 10,000 ~ 50,000km에 속하는 경우 또는 성별 및 나이에 무관하고 운전 경력이 10,000km이내일 경우에는 상기 최소로 설정된 만큼보다는 조금 더 많은 조향 토크를 보조하는 초보 운전 그룹으로 결정한다. 그리고 각 운전 그룹에 따라 조향 보조 값을 실험에 의해 각기 달리 설정하게 되는 데, 이때 숙련 운전 그룹에 대해서는 조향을 보조해 주지 않는다. 이렇게 결정한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 테이블화하여 운전자 그룹 정보 데이터베이스(133)에 저장해 놓는다.For example, separate the male and female age, the male and female age between 20-30 years old and 40 years old, respectively, driving experience within 10,000 km and less than 10,000 to 50,000 km, 50,000 or more, If the gender is male or female, age is 20-30, and the driving experience is more than 50,000 km, the expert is judged, and the driver in this case is determined to be a skilled driving group who does not need to assist in steering torque. In addition, if the gender is male,
조향 토크 제어부(135)는 상기 운전자 그룹 판단부(134)에서 출력되는 조향 보조 값과 상기 토크 센서(117)에서 획득한 조향 토크를 조합하여 보조 토크를 추론하고, 상기 추론한 보조 토크로 모터(125)를 유효 적절하게 제어하여, 운전자의 모델(운전자의 그룹)에 따라 조향 토크를 보조하는 개념으로 인간중심의 조향 제어를 수행하게 된다.The steering
도 3은 본 발명에 따른" 차량의 능동 조향 방법"을 보인 흐름도이다.3 is a flow chart showing an "active steering method of a vehicle" according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 차량의 시동이 온 상태가 되면 전자 제어 장치(130)에서 자가진단을 수행하고, 그 결과 차량에 이상이 없는 경우 운전자에 의해 조향 휠(101)이 조작되는지를 확인하는 단계(S101 ~ S109)와; 상기 운전자에 의해 조향 휠(101)이 조작되고, 차속, 조향각, 조향 토크가 검출되어 입력되면, 카메라(119)에 의해 촬영된 도로 이미지를 토대로 도로 곡률 정보를 산출하는 단계(S111 ~ S113)와; 상기 산출한 도로 곡률 정보와 상기 조향각을 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터를 추출하는 단계(S115)와; 상기 추출한 팩터와 상기 운전자 그룹 정보 데이터베이스에 저장된 운전자 그룹 정보를 비교하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 추출하는 단계(S117)와; 상기 추출한 조향 보조 값과 상기 운전자의 조향 휠 조작에 따라 발생하는 조향 토크 정보를 조합하여 조향 보조 토크를 추론하는 단계(S119)와; 상기 추론한 조향 보조 토크에 대응하게 기어 비 변환장치(107)를 구동하는 모터(125)를 구동시켜 조향을 제어하는 단계(S121)로 이루어진다.As shown in the drawing, when the vehicle is turned on, the
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 "차량의 능동 조향 방법"은, 차량의 시동이 온(on)된 상태에서(S101), 전자제어장치(130)는 단계 S103에서와 같이 자가 진단을 수행한다. 그리고 단계 S105에서 고장이 검출되는지를 확인하게 되고, 이 확인 결과 고장이 검출되는 경우에는 단계 S107로 이동하여 고장에 대응한 코드를 디스플레이장치에 표시해주어 고장에 대한 경보를 수행함으로써, 운전자가 용이하게 차량의 상태를 인지하도록 한다.In the "active steering method of the vehicle" according to the present invention made as described above, in the state in which the vehicle is started (S101), the
이와는 달리 차량의 고장이 검출되지 않은 상태에서, 차량의 운전이 시작되면 단계 S109로 이동하여 운전자에 의해 조향 휠(101)의 조작이 발생하는지를 확인한다.On the contrary, in the state where the failure of the vehicle is not detected, when the driving of the vehicle starts, the process moves to step S109 to check whether the
이 확인 결과 운전자에 의해 조향 휠(101)의 조작이 발생하면, 단계 S111에서 차속, 조향각, 조향 토크를 입력받고, 단계 S131에서 도로 곡률 산출부(131)에서 카메라(119)에 의해 촬영된 도로 이미지를 토대로 도로 곡률 정보를 산출하게 된다. 도로 곡률 정보 산출은 전술한 차량의 능동 조향 시스템에서 자세하게 설명한 바 있으므로 중복 기재를 회피하기 위해서 생략한다.As a result of this check, if the
다음으로, 단계 S115에서 비교부(132)는 상기 산출한 도로 곡률 정보와 상기 입력받은 조향각을 비교하여 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터를 추출하게 된다. 여기서 운전자 그룹을 판단하기 위한 팩터 추출 방법도 전술한 차량의 능동 조향 시스템에 이미 언급한 바 있으므로 생략한다.Next, in step S115, the
이후 단계 S117에서 상기 추출한 팩터와 상기 운전자 그룹 정보 데이터베이스에 저장된 운전자 그룹 정보를 비교하여 운전자 그룹을 판단하고, 그 판단한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값을 추출하게 된다. 여기서 본 발명에서는 실험의 결과치를 토대로 하여 운전자 고유 특성(성별, 연령 및 운전 경력)을 이용하여 운전자를 초보 운전 그룹, 보통 운전 그룹, 숙련 운전 그룹으로 분류하고, 그 분류한 운전자 그룹 정보를 운전자 그룹 정보 데이터베이스(133)에 저장해 놓게 되며, 아울러 분류한 운전자 그룹에 대응하는 조향 보조 값도 함께 저장해 놓는다. Thereafter, in step S117, the driver group is determined by comparing the extracted factor with the driver group information stored in the driver group information database, and a steering assistance value corresponding to the determined driver group is extracted. In the present invention, the driver is classified into a novice driving group, a normal driving group, and an experienced driving group by using the driver's unique characteristics (gender, age, and driving experience) based on the result of the experiment, and the classified driver group information is classified into the driver group. It is also stored in the
따라서 운전자 그룹을 판단하게 되면, 그에 대응하는 조향 보조 값의 추출은 용이하다 할 것이다.Therefore, when determining the driver group, it is easy to extract the steering assistance value corresponding thereto.
다음으로, 단계 S119에서 조향토크 제어부(135)는 상기 추출한 조향 보조 값과 상기 운전자의 조향 휠 조작에 따라 발생하는 조향 토크 정보를 조합하여 조향 보조 토크를 추론하게 된다.Next, in step S119, the steering
즉, 보조 토크의 추론은 운전자의 고유특성 정보(연령, 성별, 운전 경력)를 이용하여 결정한 운전자의 그룹이 조향 토크를 보조해야할 운전자 그룹으로 판단될 경우 상기 조향 토크에 상기 조향 보조 값을 부가하여 새로운 조향 토크를 생성하는 방법으로 보조 토크를 보정 하게 된다. 이러한 조향 보조 값은 실질적으로 조향 토크를 보조할 보조 조향 토크 량을 의미한다. 따라서 조향 토크를 보조해야 할 운전자의 조향 휠 조작에 대응하게 생성한 조향 토크 량에 상기 보조 조향 토크량(조향 보조 값)을 부가하여 최종적인 조향 보조 토크를 추론하게 된다.That is, the inference of the assist torque is determined by adding the steering assistance value to the steering torque when it is determined that the driver group determined using the driver's unique characteristic information (age, gender, driving history) is the driver group to assist the steering torque. Auxiliary torque is compensated by generating a new steering torque. This steering assistance value means an amount of auxiliary steering torque that will substantially assist steering torque. Therefore, the auxiliary steering torque amount (steering assistance value) is added to the steering torque amount generated corresponding to the steering wheel operation of the driver to assist the steering torque to infer the final steering assistance torque.
이후 단계 S121에서 상기 추론한 조향 보조 토크에 대응하게 기어 비 변환장 치(107)를 구동하는 모터(125)를 구동시켜 조향을 제어하게 된다.Subsequently, steering is controlled by driving a
따라서 운전 경력이 부족한 초보 운전자나, 연령이 많은 운전자, 순발력이나 근력이 남자에 비해 떨어지는 여자 등에 대해서는 알맞게 조향 토크를 보조할 수 있으므로, 인간중심의 최적의 조향 시스템을 제공할 수 있게 되는 것이다.Therefore, it is possible to assist steering torque appropriately for the novice driver who is lacking in driving experience, an older driver, and a woman whose wits or muscles are lower than a man, and thus it is possible to provide an optimal steering system that is human-centered.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 능동 조향 시스템에 대한 구성도.1 is a block diagram of an active steering system of a vehicle according to the present invention.
도 2는 도 1의 전자 제어 장치의 일 실시 예 구성을 보인 블록도.FIG. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the electronic control apparatus of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명에 따른 차량의 능동 조향 방법을 보인 흐름도.3 is a flow chart showing an active steering method of a vehicle according to the present invention.
도 4a는 본 발명에서 성별에 의한 인체반응 특성 결과를 보인 그래프이고, 도 4b는 본 발명에서 운전경력에 의한 인체반응 특성 결과를 보인 그래프이다.Figure 4a is a graph showing the results of the human response characteristics by sex in the present invention, Figure 4b is a graph showing the results of the human response characteristics by driving experience in the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
113… 차속 센서113... Vehicle speed sensor
115… 조향각 센서115... Steering angle sensor
117… 토크 센서117.. Torque sensor
119… 카메라119... camera
130… 전자 제어 장치130... Electronic controller
131… 도로 곡률 산출부131... Road curvature calculator
132… 비교부132... Comparator
133… 운전자 그룹 정보 데이터베이스133... Driver Group Information Database
134… 운전자 그룹 판단부134... Driver Group Determination Unit
135… 조향 토크 제어부135... Steering torque control
Claims (7)
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