KR20100064608A - 차량 통합제어시스템 - Google Patents

Abstract

모션 제어장치들 간의 간섭 가능성이 없으며 목표로 하는 차량 거동의 제어가 정확히 수행될 수 있는 차량 통합제어시스템으로서, 차량의 거동 제어를 위한 복수개의 액츄에이터; 차량 정보 및 주변 정보를 기초로 상기 액츄에이터들 중 적어도 하나 이상에 대한 제어 목표값을 산출하는 통합 제어유닛; 상기 제어 목표값으로 인해 상기 액츄에이터들에 야기 가능한 간섭들이 상쇄되도록 피드 포워드 디커플링 제어를 수행하는 코디네이터; 및 상기 코디네이터의 출력값들을 액츄에이터들 각각의 구동값들로 변환하는 구동유닛;을 포함한 통합제어시스템이 소개된다.

통합 제어, 섀시, 안전

Description

차량 통합제어시스템{INTEGRATED VEHICLE CONTROL SYSTEM}

본 발명은 차량 전체에 대한 동역학 모델(이하 '전차량 모델'이라 함)을 기반으로 차량의 거동을 능동적으로 제어하는 차량 통합제어시스템에 관한 것이다.

지금까지 전자식 섀시제어시스템(Electronic Chassis Control System)은 제동, 현가, 구동, 조향 등과 관련한 독립적인 기술개발 및 각 서브 시스템내에서의 성능 최적화가 주요한 관심사였다.

상기 서브 시스템들에 제공된 모션 제어장치들, 특히 서로 다른 서브 시스템에 제공된 모션 제어장치들은 각각의 목적 및 기능이 상이하며 때로는 기계적인 연결 관계를 갖기 때문에, 반드시 상호간의 간섭 가능성이 존재한다. 이러한 간섭 가능성을 회피하고 각 모션 제어장치의 독립적인 효과를 극대화하기 위해서는, 각 모션 제어장치들 간의 상호작용 및 융화성을 보충할 필요가 있다.

상기 상호작용 및 융화성 보충에는 협조 제어가 고려될 수 있다. 상기 협조 제어는, 예로서, 제동 시스템의 ESC(Electronic Stability Control)에서 차량 거동을 제어하는 과정에 조향 시스템의 EPS(Electric Power Steering)의 협조가 필요한 경우, CAN(Controller Area Network) 통신을 통하여 요구되는 제어 요청 신호를 송 출하면 EPS에서 이 제어 요청 신호에 응하여 필요로 하는 제어를 실시하는 방식으로 이루어진다.

그런데, 상기된 바와 같은 협조 제어는 다양한 타입의 모션 제어장치들 간의 상호작용 및 조율에 필요한 규약들 및 제어 알고리즘들을 필요로 하는데, 첫 번째, 통합되는 시스템들이 증가함에 따라 고려되어야 하는 변수가 증가하고 협조 제어 시스템의 구성이 복잡해지며, 두 번째, 교체 또는 추가된 모션 제어장치가 타 모션 제어장치들과의 조율이 정확히 맞추어지지 않은 경우 상기 교체 또는 추가된 모션 제어장치로부터의 제어 요청 신호는 타 모션 제어장치들에서는 외란으로 판단되어 제어 요청 신호에 반하는 제어를 수행하게 되어 협조제어시스템의 제어 성능이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은, 모션 제어장치들 간의 간섭 가능성이 없으며 목표로 하는 차량 거동의 제어가 정확히 수행될 수 있는 차량 통합제어시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 통합제어시스템은, 차량의 거동 제어를 위한 복수개의 액츄에이터; 차량 정보 및 주변 정보를 기초로 상기 액츄에이터들 중 적어도 하나 이상에 대한 제어 목표값을 산출하는 통합 제어유닛; 상기 제어 목표값으로 인해 상기 액츄에이터들에 야기 가능한 간섭들이 상쇄되도록 피드 포워드 디커플링 제어를 수행하는 코디네이터; 및 상기 코디네이터의 출력값들을 액츄에이터들 각각의 구동값들로 변환하는 구동유닛;을 포함한다.

상기 코디네이터는, 서로 간섭 가능한 액츄에이터들 각각에 있어 서로의 간섭들을 상쇄시키기 위한 피드 포워드 파라미터들을 구비할 수 있다.

상기 통합 제어유닛은 전차량 모델에 기반하여 구성될 수 있다.

상기 통합 제어유닛은, 상기 액츄에이터들을 통한 제어결과의 확인을 위한 피드백 제어를 수행할 수 있다.

상기 구동유닛은 상기 액츄에이터들 각각의 설치 영역에 포함된 구동부들을 포함하며, 이 구동부들은 서로 자율적이고 병렬적으로 작동할 수 있다.

상술한 바와 같은 차량 통합제어시스템에 따르면, 차량의 거동 제어를 위한 액츄에이터들 간의 간섭이 방지되며 목표로 하는 차량 거동의 제어가 정확히 수행될 수 있다.

또한, 상기 차량 통합제어시스템은, 전차량 모델을 기초로 설계되므로 최적 제어 이론에 근거하여 제어 성능을 최적화할 수 있으며, 통합되는 시스템의 수가 많더라도 협조제어시스템에 비하여 구조가 현저히 덜 복잡하다.

또한, 상기 차량 통합제어시스템에 다르면, 상기 액츄에이터들 간의 간섭이 상쇄되어 서로 디커플링되므로, 구동유닛 및/또는 액츄에이터의 교체나 추가와 같은 상황 변화에 대한 적응성이 높다.

또한, 상기 차량 통합제어시스템은 하나의 전자제어유닛(ECU)을 이용하여 구현될 수 있다.

또한, 상기 차량 통합제어시스템에 따르면, 서라운드 센서 정보를 바탕으로 하는 능동 안전 기능의 추가되므로, 주행 안전성 및 편의성까지 향상된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 통합제어시스템에 대하여 살펴본다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 통합제어시스템은, 차량 정보와 주변 정보를 기초로 차량 전체의 거동 제어에 필요한 목표 제어값을 산출하는 통합 제어유닛(10) 및 디커플링 제어를 위한 코디네이터(20)와 더불어, 액츄에이터(40) 및 구동유닛(30)을 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 차량 정보를 얻기 위한 차량 센서(11)와 더불어 상기 주변 정보를 얻기 위한 서라운드 센서(12)가 시스템에 통합된다. 차량 센서(11)로는 속도 센서, 브레이크 센서, 스로틀 센서 등 통상의 차량내 센서가 포함되며, 서라운드 센서(12)로는 초음파 센서, 레이더 센서, 비전 센서 등과 같은 차량 주변의 주시를 위한 센서들이 포함된다. 이렇게 서라운드 센서(12)가 시스템 내에 포함됨으로써, 서라운드 센서(12)를 기초로 하는 능동안전 기능이 추가된 차량 통합제어시스템의 구현이 가능해진다.

도 1 및 도 2에서 보듯이, 상기 통합 제어유닛(10)은 전차량 모델에 기반하여 구성되며, 차량 동역학 관점에서 제어 목표(예로서, 주행 안정성, 편의성 및 민첩성 등을 종합한 설계 요구사항)를 달성하기 위한 상기 액츄에이터들의 개별적 역할 및 목표 성능을 정의하고 최적의 차량 거동(즉, 차량 성능)을 도출하기 위한 피드백 제어 알고리즘을 포함한다.

상기 코디네이터(20)는 상기 통합 제어유닛(10)에서 얻어진 결과로부터 얻어진 상기 액츄에이터들(31~35) 간의 간섭문제(즉, 차량 전체 관점에서의 제어 성능 저하)를 해결하기 위하여 각각의 액츄에이터들(31~35)을 디커플링하는 피드 포워드 제어 알고리즘을 포함한다. 상기 통합 제어유닛(10)에서의 통합 안정성 판별 결과에 따라 얻어진 목표 제어값은 이 코디네이터(20)에서 디커플링된 제어량으로 결정된다.

상기 구동유닛(30)은, 코디네이터(20)에서의 출력값들을 상기 액츄에이터들(31~35), 예로서, 제동시스템의 ESC, 조향 시스템의 EPS, 현가 시스템의 CDC(Continuous Damping Control)의 구동값들로 변환한다. 이 구동값들은, ESC의 경우 제동압, EPS의 경우 조향각 또는 조향토크, CDC의 경우 댐핑계수일 수 있다. 이러한 구동유닛(30)은 상기 액츄에이터들(31~35) 각각의 설치 영역에 포함된 구동부들(41~45)을 포함하며, 이 구동부들(41~45)은 서로 자율적이고 병렬적으로 작동한다.

상기 구동값들에 따라 상기 액츄에이터들(31~35)은 차량의 거동을 제어하며, 그 제어결과는 통합 제어유닛(10)으로 피드백 제어된다. 실시예에 따르면, 첨단안전차량(Advanced Safty Vehicle: 이하 'ASV')에 사용되는 액츄에이터가 통합제어시스템에 통합된다.

도 3을 참조하여, 대상 차량에, 예로서, 제동, 조향, 현가시스템이 동시에 작동하고 있는 경우에 있어, 발생 가능한 상기 서브 시스템들 간의 상호 간섭현상을 살펴본다. 도 3은 실시예에 따른 디커플링 제어가 실시되지 않는 것이다.

도 3에서, u_b, u_s, u_c는 각각 제동 시스템의 제어를 위한 입력값, 조향 시스템의 제어를 위한 입력값, 현가 시스템의 제어를 위한 입력값이며, y_(bs), y_(bc) : u_b의 입력에 의해 다른 서브 시스템(조향, 현가)에 영향을 주는 물리량이며, y_(sb), y_(sc) : u_s의 입력에 의해 다른 서브 시스템(제동, 현가)에 영향을 주는 물리량, y_(cb), y_(cs) : u_c의 입력에 의해 다른 서브 시스템(제동, 조향)에 영향을 주는 물리량이다.

도 3에서 보듯이, 예로서, u_b가 제동시스템에 입력된다고 할 때, u_b는 제동 시스템에서 y_b라는 요구된 출력이 발생시키지만, 이외에 조향, 현가시스템에 대하여 각각 y_(bs), y_(bc)의 간섭을 야기한다. 또한, 애초에 제동시스템에 대한 제어 목표는 u_b에 대응한 y_b의 출력이지만, 실제로 제동시스템은 조향 및 현가시스템에 입력되는 u_s, u_c에 의해 y_b 이외에 y_(sb) + y_(cb)의 간섭이 발생된다. 각 시스템이 서로 디커플링되지 않는 경우, 어느 한 시스템에 입력되는 제어값은 다른 시스템들에 대하여 외란으로 작용하게 되는 것이다. 상기 실시예에 따른 코디네이터는 이와 같은 문제의식에서 도출된 것이다.

도 4를 참조하여, 상기 코디네이터에서의 디커플링 제어 방식에 대하여 살펴본다.

차량 시동이 온(on)된 직후의 초기 상태를 벗어나 차량 시스템들이 안정화되어 정상상태에 있는 경우, 예로서, 제동, 조향 및 현가시스템에 대하여 다음과 같이 입출력 관계식이 정립될 수 있다. 그리고, 아래의 수식에서 k_(sb), k_(cb)와 같은 제어 파라미터가 제어 대상 차량의 동특성에 맞게 명확하게 정의 또는 결정되어 있다면, 후술되는 바와 같이, 이들 제어 파라미터를 이용하여 타 시스템들에의 입력값들으로 인하여 발생되는 간섭들을 상쇄시킬 수 있다. 한편, 아래의 제어 파라미터가 있다면, 입력값(u)으로부터 출력값(y)를 얻거나, 혹은 출력값(y)으로부터 입력값(u)을 얻을 수 있다는 점을 이해할 필요가 있다.

[제동시스템]

y_{(sb)_ss} = k_(sb) x u_{s_ss}

y_{(cb)_ss} = k_(cb) x u_{c_ss}

여기서, u_{s_ss}, u_{c_ss} : 정상상태에서 조향 및 현가시스템에의 입력값, y_{(sb)_ss}, y_{(cb)_ss} : u_{s_ss}, u_{c_ss}의 입력에 의해 의해 제동시스템에 영향을 주는 물리량, k_(sb), k_(cb) : 전차량 모델을 기초로 얻어진 제동시스템에서의 제어 파라미터이다.

[조향시스템]

y_{(bs)_ss} = k_(bs) x u_{b_ss}

y_{(cs)_ss} = k_(cs) x u_{c_ss}

여기서, u_{b_ss}, u_{c_ss} : 정상상태에서 제동 및 현가시스템에의 입력값, y_{(bs)_ss}, y_{(cs)_ss} : u_{b_ss}, u_{c_ss}의 입력에 의해 의해 조향시스템에 영향을 주는 물리량, k_(bs), k_(cs) : 전차량 모델을 기초로 얻어진 조향시스템에서의 제어 파라미터이다.

[현가시스템]

y_{(bc)_ss} = k_(bc) x u_{b_ss}

y_{(sc)_ss} = k_(sc) x u_{s_ss}

여기서, u_{b_ss}, u_{s_ss} : 정상상태에서 제동 및 현가시스템에의 입력값, y_{(bc)_ss}, y_{(sc)_ss} : u_{b_ss}, u_{s_ss}의 입력에 의해 의해 조향시스템에 영향을 주는 물리량, k_(bc), k_(sc) : 전차량 모델을 기초로 얻어진 현가시스템에서의 제어 파라미터이다.

도 4에서, k_(sb), k_(cb) : 제동시스템에서 조향 및 현가시스템의 간섭로부터의 각각 상쇄시키기 위한 피드 포워드 제어 파라미터, k_(bs), k_(cs) : 조향 시스템에서 제동 및 현가 시스템으로부터의 간섭을 각각 상쇄시키기 위한 피드 포워드 제어 파라미터, k_(bc), k_(sc) : 현가시스템에서 제동 및 조향시스템으로부의 간섭을 각각 상쇄시키기 위한 피드 포워드 제어 파라미터이다. 이들 피드 포워드 제어 파라미터들은 앞서 설명된 정상상태에서의 시스템들의 제어 파라미터에, 즉, 전차량 모델을 기초로 얻어진 시스템들에서의 제어 파라미터에 대응한다.

도 4에서 보듯이, 제동, 조향 및 현가시스템에 대하여 각각 u_b, u_s, u_c의 입력이 있는 경우, 앞서 이미 살펴본 바와 같이, 이들 입력값들 각각은 제어가 의도되었던 시스템 이외의 시스템들에서는 외란으로 작용하여 해당 시스템들에 간섭을 발생시킬 수 있다. 따라서, 이러한 간섭을 회피하기 위하여 상기된 피드 포워드 제어 파라미터들을 이용하여 간섭을 상쇄시킬 수 있는 제어값을 출력한다. 일례로서, 조향 및 현가시스템에 입력된 u_s, u_c는 각각 제동시스템에서 간섭을 발생시키므로, 이를 상쇄하기 위하여 코디네이터(20)는 제동시스템에 대하여 예정되어 있는 u_b에 따른 제어분은 더해지고, 제동시스템에 대하여 예정되어 있지 않은 u_s x k_(sb), u_c x k_(cb)와 같은 간섭분은 차감된 제어값

을 출력한다. 따라서, 실제로 제동시스템에 u_s, u_c이 입력되더라도 이들에 의한 간섭분들이 상기 제어값에서 차감되어 있으므로, 실제로는 간섭이 발생되지 않는다.

한편, 최근 최적의 주행 안전성 또는 안정성 및 편의성을 보장하기 위해, 섀시 시스템의 서브 시스템들을 통합 제어하는 섀시 통합제어시스템과 차량과의 충돌을 사전에 예방해주는 능동형 안전시스템을 결합한 통합제어시스템에 관한 관심이 점차 높아지고 있다. 능동형 안전시스템의 대표적인 예로는 첨단안전차량(Advanced Safty Vehicle: 이하 'ASV')이 있다. 코디네이터에서 간섭을 상쇄시킬 수 있는 제어 신호를 출력하는 본 실시예에 따르면, 섀시 통합제어시스템과 능동형 안전시스템의 융합된 차량 통합제어시스템의 구현이 가능하다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합제어시스템의 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통합제어시스템의 작동 흐름도,

도 3은 본 발명의 실시예에 다른 통합제어시스템의 디커플링 제어가 없는 경우의 문제점을 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합제어시스템의 디커플링 제어 방식의 설명을 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 통합제어유닛 20: 코디네이터

Claims (5)

1. 차량의 거동 제어를 위한 복수개의 액츄에이터;

   차량 정보 및 주변 정보를 기초로 상기 액츄에이터들 중 적어도 하나 이상에 대한 제어 목표값을 산출하는 통합 제어유닛;

   상기 제어 목표값으로 인해 상기 액츄에이터들에 야기 가능한 간섭들이 상쇄되도록 피드 포워드 디커플링 제어를 수행하는 코디네이터; 및

   상기 코디네이터의 출력값들을 액츄에이터들 각각의 구동값들로 변환하는 구동유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 통합제어시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 코디네이터는, 서로 간섭 가능한 액츄에이터들 각각에 있어 서로의 간섭들을 상쇄시키기 위한 피드 포워드 파라미터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 통합제어시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 통합 제어유닛은 전차량 모델에 기반하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 통합제어시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 통합 제어유닛은, 상기 액츄에이터들을 통한 제어결과의 확인을 위한 피드백 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량 통합제어시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 구동유닛은 상기 액츄에이터들 각각의 설치 영역에 포함된 구동부들을 포함하며, 이 구동부들은 서로 자율적이고 병렬적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 차량 통합제어시스템.

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