KR101410259B1 - 경사로의 적응 순항 제어 방법 - Google Patents

경사로의 적응 순항 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사로의 기울기에 따라 운전자가 설정한 목표 속도를 변화시켜 연비를 향상시킬 수 있는 경사로의 적응 순항 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 적응 순항 제어 시, 경사로의 기울기에 따라 오르막길에서는 목표 속도를 낮추어 엔진의 로드를 줄여주고, 반대로 내리막길에서는 목표 속도를 높여 중력에 의한 추진력을 최대한 이용함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

Description

경사로의 적응 순항 제어 방법{ADAPTIVE CRUISE CONTROL METHOD ON THE INCLINED ROAD}
본 발명은 경사로의 적응 순항 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경사로의 기울기에 따라 운전자가 설정한 목표 속도를 변화시켜 연비를 향상시킬 수 있는 경사로의 적응 순항 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 적응 순항 제어 시스템(Adaptive Cruise Control;ACC)은 레이더나 카메라 등의 전방 감지센서를 이용하여 전방 물체의 상황에 따라 제어 차량의 종방향 거동을 자동 제어하는 시스템이다. 이러한 시스템은 도로 주행시 전방 차량과의 적정한 거리를 유지하는 데 필요한 가속, 감속, 정지와 같은 운전자의 반복적인 작업에 대한 스트레스를 감소시킬 수 있다. 또한 제어 차량을 정해진 속도로 자동 운행하고 전방 물체의 움직임에 따라 자동으로 감속 또는 가속함으로써 차량의 연비 개선과 함께 도로의 교통 흐름도 원활하게 할 수 있다.
이러한 적응 순항 제어 시스템은 운전자가 설정한 목표 속도에 추종하도록 차량의 가속 제어를 통해 적응 순항 제어를 수행한다. 적응 순항 제어를 수행하는 중에 전방의 차량이나 물체 환경을 인지할 수 있는 전방 감지센서를 이용하여 선행하고 있는 차량과의 적당한 간격을 유지하기 위하여 감속 제어와 가속 제어를 수행한다. 이는 차량의 전방 감지 센서로부터 제어 차량과 선행 차량간의 간격, 상대 속도, 제어 차량의 진행 방향과의 각도 등의 정보를 통해 가속 제어 장치, 엔진 제어 장치, 제동 제어 장치에 명령을 내리는 방법으로 구현되고 있다.
그러나, 이러한 차량의 적응 순항 제어 시스템은 노면의 경사도를 고려하지 않고 운전자가 설정한 목표 속도를 추종하기 때문에 오르막길에서는 엔진에 과다한 로드가 발생하고, 내리막길에서는 과도한 제동력이 발생하여 오르막길과 내리막길 같은 경사로에서 연비를 저하시키는 요인이 된다.
본 발명은 노면의 경사도를 고려하여 경사로의 기울기에 따라 운전자가 설정한 목표 속도를 변화시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있는 경사로의 적응 순항 제어 방법을 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 경사로의 적응 순항 제어 방법은, 운전자가 설정한 목표 속도를 추종하여 차량이 적응 순항 제어를 수행하는 단계; 적응 순항 제어 시, 차량이 주행하는 경사로의 기울기를 추정하는 단계; 추정된 경사로의 기울기에 따라 목표 속도를 변화시키는 단계를 포함한다.
추정된 경사로의 기울기가 오르막길인 경우, 목표 속도를 낮추어 엔진의 로드를 줄여주는 것을 특징으로 한다.
추정된 경사로의 기울기가 내리막길인 경우, 목표 속도를 높여 제동력을 줄여주는 것을 특징으로 한다.
추정단계는, 휠 속도와 종가속도를 감지하는 단계와, 감지된 휠 속도에 따라 차량 가속도를 계산하는 단계와, 계산된 차량 가속도와 종가속도에 따라 주행 경사로의 기울기를 추정하는 단계를 포함한다.
추정단계는, 휠 속도를 감지하는 단계와, 감지된 휠 속도로부터 차량 가속력을 구하는 단계와, 차량 모델로부터 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 구하는 단계와, 구한 차량 가속력, 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 이용하여 주행 경사로의 기울기를 추정하는 단계를 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 경사로의 기울기에 따라 오르막길에서는 목표 속도를 낮추어 엔진의 로드를 줄여주고, 반대로 내리막길에서는 목표 속도를 높여 중력에 의한 추진력을 최대한 이용함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 차량 주행을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 일반 모드 주행을 설명하기 위한 동작 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 연비 향상을 위한 제어 방법을 나타낸 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 연비 향상 모드 주행을 설명하기 위한 동작 개념도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템의 구성 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 차량 주행을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 일반 모드 주행을 설명하기 위한 동작 개념도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템은, 감지부(10), 전자 제어 유닛(20), 브레이크 제어부(30), 엔진 제어부(40), 주차 브레이크 제어부(50) 및 운전자 인터페이스(60)를 포함한다.
감지부(10)는 차량의 각종 센서 정보를 감지하는 것으로, 전방 감지센서(11), 휠 속도센서(12), 조향각센서(13), 종 가속도센서(14), 압력센서(15)를 포함한다.
전방 감지센서(11)는 차량의 전방에 있는 물체의 상대 속도와 상대 거리를 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달하고, 휠 속도센서(12)는 차량의 휠(FL, FR, RL, RR)에 각각 설치되어 휠(FL, FR, RL, RR)의 속도를 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달한다.
조향각센서(13)는 핸들의 조향 샤프트에 마련되어 운전자의 핸들 조작에 따른 조향각 및 조향 각속도를 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달한다.
종 가속도센서(14)는 차량의 종가속도를 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달하고, 압력센서(15)는 운전자의 제동 의지에 따라 변경되는 마스터 실린더의 압력을 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달한다.
전자 제어 유닛(20)은 전방 감지센서(11), 휠 속도센서(12), 조향각센서(13), 종 가속도센서(14), 압력센서(15)로부터 전달된 신호를 입력받아 제동력과 차량의 거동 안정성을 판단하여 각 휠(FL, FR, RL, RR)의 제동 압력과 엔진 토크를 제어하기 위한 신호를 브레이크 제어부(30)와 엔진 제어부(40)에 출력한다.
이를 위해, 전자 제어 유닛(20)은 휠 속도센서(12)를 통해 휠(FL, RR, RL, FR)의 속도를 전달받아 차량의 속도를 산출하고, 산출된 차량의 속도에 따라 차량 가속도를 계산한다. 이후 계산된 차량 가속도와 종 가속도센서(14)로부터 전달된 종가속도의 차이에 따라 주행하는 노면의 경사도 즉, 경사로의 기울기(θ)를 추정한다.
또한, 전자 제어 유닛(20)은 상기의 방법 이외에도 경사로의 기울기(θ)를 다음과 같이 추정할 수 있다. 먼저 계산된 차량 가속도와 차량 중량을 이용하여 차량 가속력을 구하고, 차량 가속력과 함께 차량 모델로부터 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 구한다. 이후 구해진 차량 가속력, 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 이용하여 주행하는 노면의 경사도 즉, 경사로의 기울기(θ)를 추정할 수 있다.
차량이 도 2에 도시한 바와 같이, 오르막길의 경사로를 주행할 때, 차량의 운동방정식은 아래의 [수학식 1]과 같이 구할 수 있다.
[수학식 1]
ma = Fxf + Fxr - Faero - Rxf - Rxr - mgsin(θ)
여기에서, Fxf는 전륜 타이어의 종방향 타이어 힘(longitudinal tire force at the front tires), Fxr은 후륜 타이어의 종방향 타이어 힘(longitudinal tire force at the rear tires), Faero는 등가 종방향 공기항력(equivalent longitudinal aerodynamics drag force), Rxf는 전륜 타이어의 구름 저항 힘(force due to rolling resistance at the front tires), Rxr는 후륜 타이어의 구름 저항 힘(force due to rolling resistance at the rear tires), m은 차량 질량(mass of the vehicle), g는 중력 가속도(acceleration due to gravity), θ는 경사로의 기울기(angle of inclination of the road on which the vehicle is traveling), a는 차량의 이동 거리(x)를 2차 미분하여 구한 가속도이다.
[수학식 1]에서 알 수 있듯이, 경사로의 기울기(θ)가 변화하면 mgsin(θ)의 값이 변화한다. 정속 주행하는 기존 차량의 적응 순항 제어 시스템에서는 mgsin(θ)의 변화에 맞게 Fxf의 값을 변화시키며, 이는 엔진 토크 제어량(Te)의 변화를 통해 이루어진다.
경사로의 기울기(θ)에 따라 엔진 토크 제어량(Te)을 변화하게 되면, 오르막길의 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이, 목표 속도(V)를 추종하기 위해 스로틀 밸브를 더 열어야 하기 때문에 엔진에 과다한 로드(High Engine Load)가 발생하고, 이에 따라 동일한 목표 속도(V)에서 연비가 저하된다.
반대로, 내리막길의 경우에는 중력에 의해 추진력이 발생하는데도 불구하고 도 3에 도시한 바와 같이, 목표 속도(V)를 추종하기 위해 과도한 제동 제어(Excessive Braking)를 수행함으로써 연료 손실이 발생하게 된다.
따라서, 전자 제어 유닛(20)은 종 가속도센서(14) 또는 차량 데이터를 이용하여 추정된 경사로의 기울기(θ)에 따라 엔진 토크 제어량(Te)의 변화를 최소화하도록 운전자가 설정한 목표 속도(V)를 변화시킨다.
브레이크 제어부(30)는 전자 제어 유닛(20)으로부터 출력되는 제동 신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 브레이크 액압을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 ABS 제어블록(31)과 협조 제어하여 제동 압력을 발생한다.
엔진 제어부(40)는 전자 제어 유닛(20)으로부터 출력되는 엔진 제어신호에 따라 엔진 토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록(41)과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어한다.
주차 브레이크 제어부(50)는 전자 제어 유닛(20)으로부터 출력되는 주차 브레이크 제어신호에 따라 일정한 제동력을 후륜(RR, RL)에 추가로 가하여 차량의 제동력을 최적화하도록 EPB 제어블록(51)과 협조 제어하여 제동력을 분배한다.
차량의 작동 상태에 따라 모터에 의해 주차 브레이크가 자동으로 작동되도록 하는 전자식 주차 브레이크 시스템(Electronic Parking Brake;이하, EPB라 한다)은 전자 제어 유닛(20)과 연계하여 자동으로 주차 브레이크를 작동시키거나 풀어 주고 긴급한 상황에서 제동 안정성을 확보한다. EPB는 캔 통신을 통해 전자 제어 유닛(20)으로부터 후륜(RR, RL)의 추가 제동력 작동 정보를 입력받아 일정한 제동력을 후륜(RR, RL)에 추가로 가함으로써 차량의 제동력을 최적화하도록 한다.
운전자 인터페이스(60)는 적응 순항 제어의 시작과 모드 그리고 제어 상황을 운전자와 인터페이스하여 통신하는 역할을 수행하는 것으로, 운전자가 설정한 목표 속도(V)를 전자 제어 유닛(20)에 전달한다.
이하, 상기와 같이 구성된 경사로의 적응 순항 제어 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 연비 향상을 위한 제어 방법을 나타낸 동작 순서도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 적응 순항 제어 시스템에서 경사로에서의 연비 향상 모드 주행을 설명하기 위한 동작 개념도이다.
도 4에서, 운전자 인터페이스(60)를 통해 운전자가 목표 속도(V)를 설정하면, 설정된 운전자 목표 속도(V)가 전자 제어 유닛(20)에 전달된다(100).
따라서, 전자 제어 유닛(20)은 레이더나 카메라 등의 전방 감지센서(11)를 이용하여 전방 물체의 상황에 따라 차량의 종방향 거동을 제어하고, 자동으로 전방 차량과의 적정한 거리를 유지하면서 목표 속도(V)에 추종하도록 차량의 가속 제어를 통해 적응 순항 제어를 수행한다.
이러한 적응 순항 제어를 수행하는 중에, 차량의 휠(FL, RR, RL, FR) 속도를 휠 속도센서(12)에서 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달한다(102).
따라서, 전자 제어 유닛(20)은 휠 속도센서(12)로부터 전달되는 휠(FL, RR, RL, FR)의 속도에 따라 차량의 속도를 산출하고, 산출된 차량의 속도에 따라 차량 가속도를 계산한다(104).
또한, 종 가속도센서(14)에서는 차량의 종가속도를 감지하여 전자 제어 유닛(20)에 전달한다(106).
이에 따라, 전자 제어 유닛(20)은 계산된 차량 가속도와 종 가속도센서(14)로부터 전달된 종가속도의 차이에 따라 노면의 경사도 즉, 경사로의 기울기(θ)를 추정하고(106), 추정된 경사로의 기울기(θ)에 따라 엔진 토크 제어량(Te)의 변화를 최소화하도록 운전자가 설정한 목표 속도(V)를 조절한다(110).
목표 속도(V)를 조절하는 방법은 경사로의 기울기(θ)에 따라 다르게 제어한다. 즉, 경사로의 기울기(θ)가 오르막길인 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이, 목표 속도(V)를 낮추어 엔진의 로드를 줄여주고(Engine Load Reduction), 경사로의 기울기(θ)가 내리막길인 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이, 목표 속도(V)를 높여 중력에 의한 추진력을 최대한 이용함으로써 연비 향상이 가능하도록 제어한다.
보다 자세히 설명하면, 경사로의 기울기(θ)를 고려할 경우 아래의 [수학식 1]을 이용하여 mgsin(θ)의 값을 알 수 있고, 이에 따라 엔진 토크 제어량(Te)의 변화를 최소화하여 스로틀(Throttle) 밸브의 변동을 최소화할 수 있는 목표 속도(V)를 알 수 있게 된다.
[수학식 1]
ma = Fxf + Fxr - Faero - Rxf - Rxr - mgsin(θ)
이렇게 함으로서 오르막길 또는 내리막길에서의 주행을 위한 엔진 토크 제어량(Te)을 경사로의 기울기(θ)에 따라 변화시켜 스로틀(Throttle) 밸브의 변동을 최소화할 수 있다. 따라서 경사로의 기울기(θ)에 따라 엔진 토크 제어량을 최소화하여 오르막길 또는 내리막길과 같은 경사로에서의 주행을 제어하여 연비를 향상시키게 된다(112).
10 : 감지부 11 : 전방 감지센서
12 : 휠 속도센서 13 : 조향각센서
14 : 종 가속도센서 15 : 압력센서
20 : 전자 제어 유닛 30 : 브레이크 제어부
40 : 엔진 제어부 50 : 주차 브레이크 제어부
60 : 운전자 인터페이스

Claims (5)

  1. 운전자가 설정한 목표 속도를 추종하여 차량이 적응 순항 제어를 수행하는 단계;
    상기 적응 순항 제어 시, 상기 차량이 주행하는 경사로의 기울기를 추정하는 단계;
    상기 추정된 경사로의 기울기에 따라 상기 목표 속도를 변화시켜 엔진 토크 제어량의 변화를 감소하는 단계;를 포함하고,
    상기 추정된 경사로의 기울기가 오르막길인 경우, 엔진의 로드를 줄여주기 위해 상기 목표 속도를 낮추고, 상기 추정된 경사로의 기울기가 내리막길인 경우, 제동력을 줄여주기 위해 상기 목표 속도를 높여주는 경사로의 적응 순항 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추정단계는,
    휠 속도와 종가속도를 감지하는 단계와,
    상기 감지된 휠 속도에 따라 차량 가속도를 계산하는 단계와,
    상기 계산된 차량 가속도와 상기 종가속도에 따라 주행 경사로의 기울기를 추정하는 단계를 포함하는 경사로의 적응 순항 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추정단계는,
    휠 속도를 감지하는 단계와,
    상기 감지된 휠 속도로부터 차량 가속력을 구하는 단계와,
    차량 모델로부터 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 구하는 단계와,
    상기 구한 차량 가속력, 차량 제동력, 차량 저항력 및 차량 구동력을 이용하여 주행 경사로의 기울기를 추정하는 단계를 포함하는 경사로의 적응 순항 제어 방법.
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