KR20120002089A - Method for controlling vehicle of integration type - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 통합형 차량 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 주행 중인 차량이 현재 어떠한 상황인지 판단하여 제어모드를 결정하고, 그 제어모드에 적합한 차량의 이동을 계산함으로써, 쓰로틀, 조향각, 차량에 장착된 바퀴의 제동 등을 최적으로 분배하여 횡방향 안정성 보장 및 상대 차량 간 충돌을 방지하는 종방향 안정성을 확보하기 위한 통합형 차량 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
일반적으로 차량에 사용되는 ECU(Electronic Control Unit)는 각종 센서로부터 감지신호를 입력받아 차량 상태를 파악하여 각종 구동기를 작동시키기 위한 것으로, 각종 센서로부터 입력되는 감지신호를 변환하는 입력 인터페이스, 정해진 순서에 따라 입력 데이터의 산출연산 또는 논리 연산을 행하는 마이크로컴퓨터 및, 그 결과를 구동기의 작동신호로 변환하는 출력 인터페이스로 이루어진다.In general, an ECU (Electronic Control Unit) used in a vehicle is to detect a vehicle signal and operate various drivers by receiving detection signals from various sensors. The input interface converts the detection signals input from the various sensors in a predetermined order. Therefore, a microcomputer that performs arithmetic or logical operation of the input data, and an output interface for converting the result into an operation signal of the driver.
상기 ECU와 연계된 차량 제어 시스템으로는 EPS(Electronic Power Steering), ABS(Ani-Lock Break System), CDC(Continuous Damper Control) 등이 있으며, 이들은 차량의 현가장치, 제동장치, 조향장치, 구동장치 등을 제어하여 차량의 안전성과 승차감이 높아지도록 한다.Vehicle control systems associated with the ECU include electronic power steering (EPS), ani-lock break system (ABS), continuous damper control (CDC), and the like. Etc., to increase the safety and ride comfort of the vehicle.
특히, ECS(Electronic Control Suspension)는 자동차 주행 상태에 따라 전자제어되는 유압장치를 부착하여 도로조건 및 속도에 의해 자동으로 서스펜션의 강도 및 차고가 조절되어 노면에 대한 접지력과 구동력을 확보하므로, 속도 감응에 따른 주행 안전성과 승차감이 향상되도록 하고, ASV(Advanced Safety Vehicle: 선진안전 자동차)는 졸음운전 경보 시스템, 야간 장애물 감지 시스템, 위험상태 경보 시스템과 같은 기술을 통해 자동차의 안전성을 향상시키고 차량 사고가 미리 방지하므로, 차량의 운행에 따른 교통사고 사망자가 최대한 줄어들도록 한다.In particular, ECS (Electronic Control Suspension) is equipped with an electronically controlled hydraulic device according to the driving condition of the vehicle, and the strength and height of the suspension are automatically adjusted according to the road conditions and speed, thereby securing traction and driving power on the road surface. To improve driving safety and ride comfort, and Advanced Safety Vehicles (ASVs) improve vehicle safety and improve vehicle safety through technologies such as drowsy driving warning systems, night obstacle detection systems, and danger warning systems. Since it prevents in advance, the number of traffic accident deaths caused by the operation of the vehicle is reduced as much as possible.
한편, 최근에는 차량의 주행 안정성과 주행 중 운전자의 편의성에 대한 요구가 증가하여 차량의 능동 안전 시스템과 운전자 보조 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. On the other hand, in recent years, as the demand for driving stability of the vehicle and the convenience of the driver while driving increases, studies on the active safety system and the driver assistance system of the vehicle have been actively conducted.
능동 안전 시스템으로는 ESC(Electronic Stability control), AFS(Active Front Steering)등이 있고, 운전자 보조 시스템으로는 SCC(Smart Cruise Control) or ACC(Adaptive Cruise Control), CA(Collision Avoidance), LKS(Lane Keeping Support) 등을 들 수 있으며, 현재 이러한 시스템들은 양산 적용 단계까지 이르렀지만 각각의 개별 시스템들이 독립적으로 작동하고 있는 실정이다. Active safety systems include Electronic Stability Control (ESC) and Active Front Steering (AFS), and driver assistance systems include Smart Cruise Control (SCC) or Adaptive Cruise Control (ACC), Collision Avoidance (CA), and LKS (Lane). Keeping Support, etc. Currently, these systems are in production stages, but each individual system operates independently.
여러 종류의 제어 시스템들의 독립적인 작동은 시스템 별로 제어 권한을 두어 제어 권한이 높은 시스템이 필요한 경우 제어 입력 사이에 서로 충돌 우려가 있으면 제어 권한이 낮은 다른 시스템은 작동하지 않음을 의미하는데, 이러한 기술은 현재 차량이 가지고 있는 여러 위험 상황들 중 하나만 제어를 하기 때문에 또 다른 위험 상황을 초래할 수 있다.Independent operation of different types of control systems means that if a system with high control rights is required and there is a risk of conflict between control inputs, other systems with low control rights will not work. Only one of several dangerous situations that a vehicle currently has can be controlled, which can lead to another dangerous situation.
대표적인 예로 능동 안전 시스템인 ESC와 운전자 보조 시스템인 SCC를 들 수 있으며, SCC 작동 중에 ESC가 필요한 상황이 오면 SCC 시스템은 작동을 하지 않게 되는데 이는 차량의 횡방향 안정성은 보장 받지만 종방향인 선행 차량과는 충돌 상황을 일으킬 수 있다. Typical examples include the ESC, the active safety system, and the SCC, the driver assistance system. When the ESC is required during the SCC operation, the SCC system is not operated. Can cause a crash situation.
도 1은 직선도로를 주행 중 우측 노면의 마찰계수가 작은 도로를 지나갈 때 전방차량이 감속하는 경우를 도시한 것으로, 종방향 안정성만 제어하게 되면 비대칭 노면에서의 제동이 불안정하여 횡방향 안정성이 낮게 제어되며, 횡방향 안정성만 제어하게 되면 전방 차량과 충돌을 일으킬 수 있게 된다.FIG. 1 illustrates a case in which the front vehicle decelerates when passing a road having a small friction coefficient on the right road while driving on a straight road. When controlling only the longitudinal stability, braking is unstable on the asymmetric road, resulting in low lateral stability. It is controlled, and controlling only the lateral stability can cause a collision with the vehicle ahead.
도 2 및 도 3은 종래의 차량 제어 시스템에 대한 종방향 및 횡방향의 데이터를 나타내는 그래프이다.2 and 3 are graphs showing longitudinal and transverse data for a conventional vehicle control system.
도 2에서 SCC/CA는 차량에 대한 종방향 제어를 나타낸 것이며 ESC는 횡방향 제어를 나타낸 것으로, Position error는 차선 중심과 차량 주심과의 차이를 나타내고, Clearance는 주행 중인 차량과 전방에 위치한 차량과의 상대 거리를 나타낸다. 이때 도 2의 (a)를 보면 SCC/AC의 경우 감속하는 구간에서 차선을 벗어나는 것을 볼 수 있으며, ESC에 우선순위를 두어 제어한 경우에는 운전자가 감속하지 않으면 충돌하게 되는 위험 상황이 발생할 수 있다.In FIG. 2, SCC / CA represents longitudinal control of a vehicle, and ESC represents lateral control. Position error represents a difference between a lane center and a vehicle referee. Represents the relative distance of. At this time, in (a) of FIG. 2, it can be seen that the SCC / AC is out of the lane in the decelerating section, and in the case of controlling the priority with the ESC, a dangerous situation may occur if the driver does not decelerate. .
한편, 도 3의 (a) 및 (b)에서 속도(Velocity)와 가속도(Acceleration)를 보면 횡방향 우선 제어인 ESC의 목표 추종이 잘 안 되는 것을 알 수 있으며, 도 3의 (c)는 요율 에러(Yaw rate error)를 나타낸 것으로 SCC/CA의 종방향 제어만 실시한 경우 에러가 크게 증가하여 차량이 불안정한 상태가 되는 것을 알 수 있다.On the other hand, when the velocity (Velocity) and the acceleration (Acceleration) in Figures 3 (a) and (b) it can be seen that the target tracking of the ESC, which is the lateral priority control, is not good, and Figure 3 (c) is the rate It is an error (Yaw rate error) shows that when only the longitudinal control of the SCC / CA, the error is greatly increased and the vehicle is in an unstable state.
이와 같이, 종래의 차량 제어 시스템은 종방향이 불안정한 경우 종방향 제어만 실시하게 되며, 횡방향이 불안정한 경우 횡방향 제어만 실시하게 되어 차량 사고 발생 가능성이 높아지게 되며, 또한, ESC와 SCC 두 시스템을 통합하여 횡방향 안정성 유지 및 종방향 충돌 방지를 동시에 만족하더라도 과도한 제동 압력에 의해 예상치 못한 급 감속으로 운전자에게 불안감을 주거나 교통 흐름에 방해를 일으키게 되는 문제점이 있었다.
As such, the conventional vehicle control system performs only longitudinal control when the longitudinal direction is unstable, and only executes lateral control when the transverse direction is unstable, thereby increasing the possibility of a vehicle accident. Even if the lateral stability and longitudinal collision avoidance are satisfied at the same time, there is a problem that the driver is disturbed or disturbs the traffic flow due to unexpected sudden deceleration due to excessive braking pressure.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 통합형 차량 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 주행 중인 차량이 현재 어떠한 상황인지 판단하여 제어모드를 결정하고, 그 제어모드에 적합한 차량의 이동을 계산함으로써, 쓰로틀, 조향각, 차량에 장착된 바퀴의 제동 등을 최적으로 분배하여 횡방향 안정성 보장 및 상대 차량 간 충돌을 방지하는 종방향 안정성을 확보하기 위한 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to an integrated vehicle control method for solving the above problems, and in particular, determines the control mode by determining what situation the vehicle is currently driving, and calculates the movement of the vehicle suitable for the control mode, thereby providing a throttle and steering angle. It is an object of the present invention to optimally distribute the braking of the wheels mounted on the vehicle to ensure longitudinal stability and to prevent longitudinal vehicle collisions.
이러한 본 발명은 차량의 특성 파라미터를 측정하며, 차량에 장착된 센서를 통해 주행 중인 차량 및 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하는 차량상태 측정단계와; 상기 차량상태 측정단계를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 바퀴에 가해지는 힘, 차량의 횡속도, 노면 마찰 계수를 데이터로 변환하는 데이터 추정단계와; 상기 데이터 추정단계를 통해 차량의 종방향 제어 및 횡방향 제어 상황을 판단하여 제어 모드를 결정하는 상황판단단계와; 상기 상황판단단계를 통해 종방향 제어 시 목표 가속도를 계산하게 되며, 횡방향 제어 시 목표 요율(yaw rate)을 계산하는 종횡방향 제1계산단계와; 상기 종횡방향 제1계산단계에서 계산된 목표 가속도와 목표 요율을 추종하기 위한 종방향 힘과 요모멘트를 계산하는 종횡방향 제2계산단계와; 상기 종횡방향 제2계산단계에서 계산된 종방향 힘과 요모멘트를 주행 중인 차량에 적용하여 액츄에이터를 작동시키는 입력값을 계산하는 종횡방향 제3계산단계로 구성함으로써 달성된다.
The present invention includes a vehicle state measuring step of measuring a characteristic parameter of the vehicle, and detecting a change in accordance with the operating state of the vehicle and the surrounding vehicle running through the sensor mounted on the vehicle; A data estimating step of receiving the state information of the vehicle through the vehicle state measuring step and converting the force applied to the wheel, the transverse velocity of the vehicle, and the road friction coefficient into data; A situation determination step of determining a control mode by determining a longitudinal control and a lateral control situation of the vehicle through the data estimating step; Calculating a target acceleration in the longitudinal control through the situation determination step, and calculating a target yaw rate in the lateral control; A second longitudinal calculation step of calculating a longitudinal force and a yaw moment for following the target acceleration and the target yaw rate calculated in the longitudinal first calculation step; The longitudinal force and the yaw moment calculated in the longitudinal second calculation step are applied to the vehicle in motion to achieve a third longitudinal calculation step for calculating an input value for operating the actuator.
이상과 같은 본 발명은 기존에 독립적으로 작동했던 차량 능동 안전 시스템인 ESC와 AFS, 운전자 보조 시스템인 SCC/CA를 통합하여 제어 전략과 주행상황별 제어모드를 정의하고 상기 제어모드의 변경 시점을 결정할 수 있는 주행상황 판단용 데이터를 산출할 수 있게 함으로써, 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
As described above, the present invention integrates ESC, AFS, and SCC / CA, which is a vehicle active safety system that has operated independently, to define a control strategy and a control mode for each driving situation, and to determine a change point of the control mode. It is possible to calculate the driving situation data that can be used to improve the stability of the vehicle and the unwanted control input even in the case of a dangerous situation that requires a complex control input in the longitudinal and transverse directions as well as the conventional longitudinal and transverse hazard situations. It is an invention that is effective in improving the merchandise by minimizing the heterogeneity of the driver and helping the smooth traffic flow.
도 1은 종래의 직선도로에서 주행 중인 차량과 감속 중인 차량을 도시하는 도면,
도 2는 종래의 차량 제어 시스템에서 종방향 제어 효과를 도시하는 그래프,
도 3은 종래의 차량 제어 시스템에서 횡방향 제어 효과를 도시하는 그래프,
도 4는 본 발명의 통합형 차량 제어 방법을 도시하는 흐름도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에서 주행 중인 차량과 전방 차량을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에서 횡방향 제어 시 옆미끄럼각에 의한 차량 상태를 도시하는 그래프.1 is a view showing a vehicle traveling on a conventional straight road and a vehicle decelerating,
2 is a graph showing a longitudinal control effect in a conventional vehicle control system;
3 is a graph showing the lateral control effect in a conventional vehicle control system,
4 is a flowchart illustrating an integrated vehicle control method of the present invention;
5 and 6 are views showing a vehicle and a front vehicle running in the integrated vehicle control method of the present invention,
7 is a graph showing the vehicle state by the side sliding angle during the lateral control in the integrated vehicle control method of the present invention.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에 관한 것으로, 도 4는 본 발명의 통합형 차량 제어 방법을 도시하는 흐름도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에서 주행 중인 차량과 전방 차량을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에서 횡방향 제어 시 옆미끄럼각에 의한 차량 상태를 도시하는 그래프이다.
4 to 7 are related to the integrated vehicle control method of the present invention, Figure 4 is a flow chart showing the integrated vehicle control method of the present invention, Figures 5 and 6 are driving vehicles in the integrated vehicle control method of the present invention And a front vehicle, and FIG. 7 is a graph showing a vehicle state by side sliding angle during lateral control in the integrated vehicle control method of the present invention.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 통합형 차량 제어 방법은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 차량상태 측정단계(S10)와, 데이터 추정단계(S20)와, 상황판단단계(S30)와, 종횡방향 제1계산단계(S40)와, 종횡방향 제2계산단계(S50)와, 종횡방향 제3계산단계(S60)로 이루어져 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황 뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.
4 to 7, the integrated vehicle control method of the present invention, the vehicle state measuring step (S10), the data estimation step (S20), the situation determination step (S30), the longitudinal and first direction calculation step (S40), the vertical and horizontal second calculation step (S50), and the vertical and horizontal third calculation step (S60), as well as the conventional longitudinal and lateral risk situation, as well as a combination of longitudinal and transverse control inputs is required. Its technical features are to improve the merchandise by improving vehicle stability and reducing unwanted control inputs in a dangerous situation, minimizing the heterogeneity of the driver and helping the traffic flow smoothly.
이하 본 발명의 통합형 차량 제어 방법에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, each component of the integrated vehicle control method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, one by one.
도 4에 도시된 바와 같이, 통합형 차량 제어 방법은 주행 중인 차량의 상태 및 주변 차량의 상태를 감지하는 차량상태 측정단계(S10)와, 차량의 상태를 데이터로 변환하는 데이터 추정단계(S20)와, 종방향 및 횡방향 제어를 판단하는 상황판단단계(S30)와, 목표 가속도 및 목표 요율을 계산하는 종횡방향 제1계산단계(S40)와, 종방향 힘과 요모멘트를 계산하는 종횡방향 제2계산단계(S50)와, 액츄에이터를 작동시키는 입력값을 계산하는 종횡방향 제3계산단계(S60)로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the integrated vehicle control method includes a vehicle state measuring step (S10) of detecting a state of a driving vehicle and a state of a surrounding vehicle, a data estimating step (S20) of converting a state of a vehicle into data, and , Situation determination step (S30) for determining longitudinal and transverse control, longitudinal first calculation step (S40) for calculating target acceleration and target rate, and longitudinal second for calculating longitudinal force and yaw moment The calculation step (S50), and the vertical and horizontal third calculation step (S60) for calculating the input value for operating the actuator.
차량상태 측정단계(S10)는 자동차 고유의 제원에 따라 결정되는 다수의 특성 파라미터를 측정하며, 차량에 장착된 센서를 통해 주행 중인 차량의 동작 상태 및 주변 차량의 동작 상태에 따른 변화를 감지하게 된다.The vehicle state measuring step S10 measures a plurality of characteristic parameters determined according to the unique specifications of the vehicle, and detects a change according to the operating state of the driving vehicle and the operating state of the surrounding vehicle through sensors mounted on the vehicle. .
상기 차량상태 측정단계(S10)에서 측정되는 파라미터는 차량의 중량, 무게중심, 높이, 윤거, 회전강성 계수 등이며, 이는 ECU와 연동되어 차량의 기본 제원에 대한 데이터를 가지고 있게 하고, 차량에 장착된 다수의 센서를 통해 횡가속도(lateral acceleration), 가속도(acceleration), 요율(yaw rate), 조향각(steering angle), 차속(speed), 엔진회전속도(engine RPM), 터빈회전속도(turbine RPM)를 검출하여 차량 제어에 사용된다.Parameters measured in the vehicle state measurement step (S10) are the weight of the vehicle, the center of gravity, the height, the rolling, the stiffness coefficient, etc., which is linked to the ECU to have data on the basic specifications of the vehicle, mounted on the vehicle Lateral acceleration, acceleration, yaw rate, steering angle, vehicle speed, engine RPM, turbine RPM It is used to control the vehicle by detecting it.
데이터 추정단계(S20)는 상기 차량상태 측정단계(S10)를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 바퀴에 가해지는 힘, 차량의 횡속도, 노면 마찰 계수를 추정하여 데이터로 변환시킨다.The data estimating step (S20) receives the vehicle state information through the vehicle state measuring step (S10) and estimates the force applied to the wheel, the transverse speed of the vehicle, and the road surface friction coefficient to convert the data into data.
상황판단단계(S30)는 상기 데이터 추정단계(S20)로부터 추정된 바퀴에 가해지는 힘, 차량의 횡속도, 노면 마찰 계수 데이터를 통해 차량의 종방향 제어 및 횡방향 제어 상황을 판단하여 제어 모드를 결정하게 된다.The situation determination step (S30) determines the longitudinal control and the lateral control situation of the vehicle based on the force applied to the wheel estimated from the data estimating step (S20), the lateral speed of the vehicle, and the road friction coefficient data, thereby controlling the control mode. You decide.
이때, 종방향 인덱스와 횡방향 인덱스는 아래와 같다.In this case, the longitudinal index and the lateral index are as follows.
종방향 인덱스(차량이 물리적으로 정지할 수 있는 가장 작은 거리와 현재 상대 거리와의 비율을 통해서 충돌 위험성을 판단하는 지표와 운전자가 시각적으로 느끼는 위험성을 나타내는 지표이다)Longitudinal index (indicator for judging the risk of a collision and the driver's visual risk based on the ratio of the smallest distance that the vehicle can physically stop to the current relative distance)
횡방향 인덱스(횡방향 미끄럼각과, 차량이 목표로 하는 요율과 현재 요율의 차이를 나타낸다)Lateral index (represents the difference between the lateral sliding angle and the rate that the vehicle targets and the current rate)
종횡방향 제1계산단계(S40)는 상기 상황판단단계(S30)를 통해 종방향 제어 판단 시 목표 가속도를 계산하게 되며, 횡방향 제어 판단 시 목표 요율(yaw rate)을 계산하게 된다.In the longitudinal direction first calculating step S40, the target acceleration is calculated when the longitudinal control is determined through the situation determination step S30, and the target yaw rate is calculated when the horizontal control is determined.
주행 중인 차량의 동작 상태에 따라 검출되는 변수들을 이용하여 현재 차량의 상태에 관한 데이터를 계산하며, 여기서 계산된 데이터를 통해 종방향 제어를 위한 목표 가속도 및 횡방향 제어를 위한 목표 요율(yaw rate)을 계산하여 제어모드를 결정하게 되고, 또한 전방 진행 차량에 대한 추종을 수행하게 된다.Using the variables detected according to the operating state of the driving vehicle, data about the current state of the vehicle is calculated, and the target acceleration for the longitudinal control and the target yaw rate for the lateral control are calculated from the calculated data. In order to determine the control mode, and also to follow the vehicle ahead.
여기서, 종횡방향 제1계산단계(S40)의 데이터는 충돌경보지수, 역충돌시간, 요율, 그리고 옆미끄럼각과 같은 인덱스를 포함한다.In this case, the data of the first horizontal calculation step S40 includes an index such as a collision warning index, a reverse collision time, a rate, and a lateral sliding angle.
한편, 선행차량에 대한 접근 속도가 빠르고 주행 중인 차량으로부터 선행차량까지의 거리가 작을수록 선행차량과의 충돌위험이 커지므로 이에 대한 차량의 종방향 제어가 필요하다. On the other hand, the faster the approach speed to the preceding vehicle and the shorter the distance from the driving vehicle to the preceding vehicle, the greater the risk of collision with the preceding vehicle, so longitudinal control of the vehicle is required.
따라서, 이러한 차량의 종방향 제어시점을 결정하기 위해 전방충돌위험과 관련 있는 선행차량과의 상대거리 및 상대속도를 반영한 충돌경보지수(X) 및 역충돌시간(TTC-1)을 통해 주행 상황을 판단하도록 한다.Therefore, in order to determine the longitudinal control point of the vehicle, the driving situation is determined through the collision warning index (X) and the reverse collision time (TTC- 1 ) reflecting the relative distance and the relative speed with the preceding vehicle related to the forward collision risk. Use judgment.
충돌경보지수(X)는 주행 중인 차량과 주변 차량 사이에서 충돌이 발생할 수 있는 수치를 나타내는 것으로, 차량의 제동거리와 운전자의 조작지연을 고려한 센서를 이용해 측정된 차간거리, 선행차량에 대한 상대속도, 주행 차량 속도를 이용하여 계산된 값이며, 선행차량과의 차간거리, 상대속도, 주행 중인 차량의 속도, 시스템 및 운전자의 조작지연, 노면 마찰계수 등을 이용하여 선행차량과의 충돌위험을 정량화한 무차원 상수이다.The collision warning index (X) represents a number of possible collisions between a vehicle being driven and a surrounding vehicle, and the distance between the vehicles measured using a sensor considering the braking distance of the vehicle and the driver's operation delay and the relative speed with respect to the preceding vehicle. , Calculated using the speed of the driving vehicle and quantifying the collision risk with the preceding vehicle using the distance between the preceding vehicle, the relative speed, the speed of the driving vehicle, the system and driver's operation delay, and the road friction coefficient. Is a dimensionless constant.
도 5를 참조하여 충돌경보지수(X)에 대한 인덱스를 계산하는 수학식은 다음과 같다.The equation for calculating the index for the collision alarm index (X) with reference to Figure 5 is as follows.
drel : 선행차량과의 상대거리 d rel : Relative distance from preceding vehicle
dw : 시스템 지연시간과 운전자 지연시간을 고려한 전방차량과의 충돌 방지를 위한 최소 거리d w : Minimum distance to avoid collision with vehicle ahead considering system delay and driver delay
dbr : 시스템 지연시간을 고려한 전방차량과의 충돌 방지를 위한 최소 거리
d br : Minimum distance to avoid collision with forward vehicle considering system delay time
충돌시간(TTC)은 선행 차량이 멈추고 차량이 감속을 하지 않았을 때 충돌할 때까지의 시간으로 충돌시간(TTC)은 상대 속도가 0 일 때 즉, 두 차량이 멈추었을 때 발산하므로 그 역수를 취해 역충돌시간(TTC-1)을 계산하게 된다.The collision time (TTC) is the time until the preceding vehicle stops and the vehicle collides without deceleration.The collision time (TTC) is diverged when the relative speed is 0, that is, when the two vehicles stop. Calculate the reverse collision time (TTC -1 ).
도 6을 참조하여 충돌시간(TTC)에 대한 인덱스를 계산하는 수학식은 다음과 같다.The equation for calculating the index for the collision time (TTC) with reference to Figure 6 is as follows.
TTC(Time to Collision) : 주행 차량과 전방 차량 사이에 충돌 시 까지 걸리는 시간으로써, 상대차간거리를 상대속도로 나누어준 값TTC (Time to Collision): The time it takes for a collision between a driving vehicle and a vehicle in front, and the distance between relative vehicles divided by the relative speed.
도 6에서 Looming 효과는 운전자가 시각적으로 물체의 접근속도를 느끼는 정도를 표현하는 것을 말하며, 이로써 운전자의 시각적 효과에 의한 Looming 효과는 충돌시간(TTC)과 밀접한 관계가 있다는 것을 알 수 있다.In FIG. 6, the Looming effect refers to expressing the degree to which the driver visually feels the approaching speed of the object. Thus, it can be seen that the Looming effect by the driver's visual effect is closely related to the collision time (TTC).
차간거리가 작을 경우 차간거리 변화에 따른 Looming 효과는 상당히 크게 나타나게 되는데 이로 인해 역충돌시간(TTC-1)은 차간거리가 작은 저속상황에서 운전자의 감성 상태를 반영하는 파라미터로 사용되며, 선행차량의 속도가 일정할 때 운전자는 대부분 선행차량의 속도를 일정하게 추종하는데, 이때 운전자의 타임 갭은 일정한 값을 유지하게 된다.When the distance is small, the Looming effect due to the change in the distance is very large. Therefore, the reverse collision time (TTC -1 ) is used as a parameter that reflects the driver's emotional state in low speed situations where the distance is small. When the speed is constant, the driver mostly follows the speed of the preceding vehicle at a constant speed, and the driver's time gap is kept constant.
따라서 정상상태 주행은 역충돌시간(TTC-1)이 일정값 이하를 만족하는 상황으로 정의할 수 있으나, 충돌 가능성이 높은 운전자의 급제동 주행 데이터의 분석결과 운전자가 사용하는 감가속도가 클수록 역충돌시간은 점차 증가하는 경향을 보이기 때문에 계산된 역충돌시간이 점차 증가할수록 위험한 상황이라 판단할 수 있고 이에 대한 종방향 제어가 필요한 시점을 결정할 수 있게 되는 것이다.Therefore, steady state driving can be defined as a situation where the reverse collision time (TTC -1 ) satisfies a certain value or less, but as the result of analysis of the rapid braking driving data of the driver with a high possibility of collision, the greater the deceleration used by the driver, the more the reverse collision time. Since it tends to increase gradually, it can be judged as a dangerous situation as the calculated reverse collision time gradually increases, and it is possible to determine when the longitudinal control is required.
한편, 차량이 Under/Over steer 또는 횡방향 미끌림이 커질 경우에 차량의 횡방향 제어가 필요하다. On the other hand, when the vehicle is under / over steer or lateral sliding is increased, the lateral control of the vehicle is required.
따라서 이렇게 횡방향 제어가 필요한 시점을 결정하기 위해 차량의 횡방향 거동에 중요한 상태 변수인 요율과 옆미끄럼각을 통하여 주행 상황을 판단하도록 한다.Therefore, in order to determine when the lateral control is necessary, the driving situation is determined through the rate and the side sliding angle which are important state variables for the lateral behavior of the vehicle.
요율은 차량의 횡방향 이동에 관한 것으로 센서를 통하여 충분히 얻을 수 있는 값으로, 차량의 요율은 조정성 향상을 위한 목표 요율 값과의 비교를 통하여 Under/Over steer를 판단하며, 조정성 향상을 위한 목표 요율은 다음과 같은 수학식을 통해 구할 수 있다.The rate is related to the lateral movement of the vehicle. The rate is a value that can be sufficiently obtained through the sensor.The rate of the vehicle is used to determine the under / over steer by comparing with the target rate value for improving the adjustability. The target rate can be obtained through the following equation.
목표 요율은 운전자의 Steering 변화에 따른 빠른 정상상태로의 도달을 목적으로 하기 때문에 위 식에 Dynamics term을 0으로 설정해 줌으로써 목표 요율을 구할 수 있으며, 계산 결과는 다음과 같다.Since the target rate is for the purpose of reaching the steady state quickly according to the steering change of the driver, the target rate can be obtained by setting the Dynamics term to 0 above, and the calculation result is as follows.
d는 운전자가 선회할 때 목표로 하는 요율값(yaw rate)이다. 정상 선회이므로 왼쪽의 항들을 0으로 놓고, 목표값을 0으로 설정하여 식을 정리하면 얻을 수 있는 정상선회시의 요율에 운전자 delay를 고려한 1차 전달함수를 고려한 것이다.d is the desired yaw rate when the driver turns. Since it is a normal turn, the left-hand terms are set to 0, and the target value is set to 0, so the first transfer function considering the driver's delay is considered in the normal turn rate.
한편, 차량을 제어하기 위한 요율을 base로 한 목표 요율과 옆미끄러짐각을 목표로 한 요율을 상황에 따라 무게를 곱해서 목표 요율로 사용한다.
On the other hand, the target rate based on the rate for controlling the vehicle and the rate aimed at the side slip angle is used as the target rate by multiplying the weight according to the situation.
옆미끄럼각은 차량이 옆으로 미끄러지는 위험성에 관한 것으로 언더스티어(Understeer)의 선회특성을 가진 차량의 경우 선회주행 중에 차량에 작용하는 횡가속도가 차량의 기본값을 초과하게 되는 상황에 이르면 실제 차량의 궤적이 운전자가 원하는 선회궤적을 추종하지 못하여 주행차로를 이탈하게 되는 것을 계산하게 된다.The side sliding angle is related to the risk of the vehicle slipping sideways.In the case of vehicles with understeer turning characteristics, when the lateral acceleration acting on the vehicle exceeds the default value of the vehicle during turning, The trajectory does not follow the turning trajectory desired by the driver and calculates the departure of the driving lane.
이때, 상기 옆미끄럼각의 경우 요율과 같이 센서로 측정할 수 있는 상태 변수가 아니므로 추정을 통해서 제어 로직에 적용되게 되는데, 횡방향 제어에 사용된 인덱스인 요율과 횡방향 미끄럼각은 상호 연관성이 매우 깊다.In this case, the lateral sliding angle is not a state variable that can be measured by the sensor like the rate, so it is applied to the control logic through estimation. The rate and the lateral sliding angle, which are indices used for the lateral control, are correlated with each other. Very deep.
이러한 두 가지 종류의 상태 변수를 동시에 제어하면 가장 좋겠지만 서로 간의 연관성 그리고 제어 입력에 제한 때문에 두 상태 변수를 동시에 제어하는 것은 불가능하기 때문에, 횡방향 제어는 기본적으로 운전자의 운전 특성이 최대한 반영된 요율 제어를 하되 옆미끄럼각이 일정 값 이상이 되면 상기 옆미끄럼각 제어를 하도록 한다.Although it is best to control these two types of state variables simultaneously, it is impossible to control both state variables at the same time because of the relationship between each other and the limitation of the control input. When the side slip angle is more than a predetermined value to control the side slip angle.
이와 같은 내용을 도 7을 참조하여 설명하면, 중앙에 수직한 방향으로 형성된 점선 안쪽 영역은 옆미끄럼각이 차량의 안정성에 영향을 주지 않는 안전한 영역임을 보이고 있는 것으로, 따라서 옆미끄럼각이 안전한 영역에 있을 경우에는 조정성 향상을 위한 요율 제어를 하고 그렇지 않은 경우에는 옆미끄럼각 제어를 통하여 차량을 안정화 시키는 것이다.Referring to FIG. 7, the dotted inner region formed in the direction perpendicular to the center shows that the side sliding angle is a safe area without affecting the stability of the vehicle. If present, the rate control is performed to improve the controllability, otherwise the vehicle is stabilized by the side sliding angle control.
종횡방향 제2계산단계(S50)는 상기 종횡방향 제1계산단계(S40)에서 계산된 목표 가속도와 목표 요율을 추종하기 위한 종방향 힘과 요모멘트를 계산하게 된다.The second longitudinal calculation step S50 may calculate a longitudinal force and yaw moment for following the target acceleration and the target yaw rate calculated in the longitudinal first calculation step S40.
이때, 목표 가속도로부터 계산되는 종방향 힘과 횡방향 제어에 필요한 요모멘트에 관한 수학식은 아래와 같다.At this time, the equation about the longitudinal force calculated from the target acceleration and the yaw moment required for the lateral control is as follows.
목표 가속도에 의한 종방향 힘Longitudinal force by target acceleration
목표 요모멘트Target yaw moment
종횡방향 제3계산단계(S60)는 상기 종횡방향 제2계산단계(S50)에서 계산된 종방향 힘과 요모멘트를 주행 중인 차량에 적용하여 쓰로틀, 브레이크, 능동조향 장치로 이루어진 액츄에이터를 작동시킬 수 있는 입력값을 계산하게 된다.The third longitudinal calculation step S60 may apply the longitudinal force and yaw moment calculated in the second longitudinal calculation step S50 to the driving vehicle to operate an actuator including a throttle, a brake, and an active steering device. Will calculate the input value.
이때, 작동되는 액츄에이터는 쓰로틀, 브레이크, 능동조향 장치로 이루어지는데, 쓰로틀 장치는 Reverse Dynamics를 통해 입력값이 계산되고, 브레이크와 능동조향 장치는 Optimal Distribution을 통해서 입력값이 결정된다.At this time, the actuated actuator is composed of a throttle, a brake, and an active steering device. The throttle device calculates an input value through reverse dynamics, and the brake and active steering device determines an input value through optimal distribution.
한편, 쓰로틀이 결정되면 Optimal Distribution에서는 종방향 힘을 0으로 설정하여 계산된 요모멘트를 만족시키도록 브레이크와 능동조향각을 결정하는데, 이는 차량이 가속 중에 횡방향 제어를 브레이크가 아닌 능동조향각을 먼저 사용함으로써 목표 가속도와 목표 요율을 동시에 만족시키지만 능동조향각의 한계를 넘었을 경우에는 브레이크를 통한 종방향 제어를 포기하게 되며, 또한 종방향 힘이 마이너스의 값일 경우에는 쓰로틀은 사용하지 않고 브레이크와 능동조향의 조합으로 종방향과 횡방향 제어를 동시에 만족시키도록 하는 것이다
On the other hand, when the throttle is determined, the Optimal Distribution determines the brake and active steering angle to satisfy the calculated yaw moment by setting the longitudinal force to 0. This is because the vehicle uses the lateral control first during the acceleration, not the brake. It satisfies the target acceleration and target rate at the same time, but when the limit of active steering angle is exceeded, it gives up the longitudinal control through the brake. When the longitudinal force is negative, the throttle is not used and the brake and active steering are not used. In combination to satisfy both longitudinal and transverse control
그 결과, 차량이 가속 중에 횡방향 제어를 브레이크가 아닌 능동조향각을 먼저 사용하되, 능동조향각이 한계를 넘었을 경우에는 브레이크를 통한 종방향 제어를 포기하고, 종방향 힘이 마이너스의 값일 경우에는 쓰로틀은 사용하지 않고 브레이크와 능동조향의 조합으로 종방향과 횡방향 제어를 동시에 만족시키도록 하는 것이다.
As a result, the vehicle uses the active steering angle instead of the brake first during the acceleration, but when the active steering angle exceeds the limit, gives up the longitudinal control through the brake, and when the longitudinal force is negative, the throttle Without the use of brakes, the combination of brake and active steering is to satisfy both longitudinal and transverse control simultaneously.
상기와 같이 구성된 본 발명의 통합형 차량 제어 방법은 주행 중인 차량의 상태 및 주변 차량의 상태를 감지하는 차량상태 측정단계(S10)와, 차량의 상태를 데이터로 변환하는 데이터 추정단계(S20)와, 종방향 및 횡방향 제어를 판단하는 상황판단단계(S30)와, 목표 가속도 및 목표 요율을 계산하는 종횡방향 제1계산단계(S40)와, 종방향 힘과 요모멘트를 계산하는 종횡방향 제2계산단계(S50)와, 액츄에이터를 작동시키는 입력값을 계산하는 종횡방향 제3계산단계(S60)로 이루어져, 종래의 종방향 및 횡방향 위험상황뿐만 아니라 종방향과 횡방향의 복합적인 제어 입력이 필요한 위험상황에서도 차량의 안정성을 높이고 원하지 않는 제어 입력을 줄여 운전자의 이질감을 최소화하는 동시에 원활한 교통 흐름에 도움이 될 수 있게 하여 상품성을 향상시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.
Integrated vehicle control method of the present invention configured as described above is a vehicle state measuring step (S10) for detecting the state of the vehicle and the state of the surrounding vehicle, a data estimation step (S20) for converting the state of the vehicle into data, A situation determination step (S30) for determining longitudinal and lateral control, a longitudinal first calculation step (S40) for calculating target acceleration and target yaw rate, and a longitudinal second calculation for calculating longitudinal force and yaw moment Step S50, and the third longitudinal calculation step (S60) for calculating the input value for operating the actuator, the conventional longitudinal and lateral risk situation, as well as a combination of longitudinal and transverse control input is required Excellent in improving the merchandise by increasing the stability of the vehicle and reducing unwanted control inputs in a dangerous situation, minimizing the heterogeneity of the driver and helping the smooth traffic flow. It is an invention having one advantage.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims to be described.
S10 : 차량상태 측정단계 S20 : 데이터 추정단계
S30 : 상황판단단계 S40 : 종횡방향 제1계산단계
S50 : 종횡방향 제2계산단계 S60 : 종횡방향 제3계산단계S10: vehicle state measurement step S20: data estimation step
S30: situation judgment step S40: longitudinal first calculation step
S50: Vertical calculation second calculation step S60: Vertical calculation third calculation step
Claims (1)
상기 차량상태 측정단계를 통해 차량의 상태 정보를 제공받아 바퀴에 가해지는 힘, 차량의 횡속도, 노면 마찰 계수를 데이터로 변환하는 데이터 추정단계와;
상기 데이터 추정단계를 통해 차량의 종방향 제어 및 횡방향 제어 상황을 판단하여 제어 모드를 결정하는 상황판단단계와;
상기 상황판단단계를 통해 종방향 제어 시 목표 가속도를 계산하게 되며, 횡방향 제어 시 목표 요율(yaw rate)을 계산하는 종횡방향 제1계산단계와;
상기 종횡방향 제1계산단계에서 계산된 목표 가속도와 목표 요율을 추종하기 위한 종방향 힘과 요모멘트를 계산하는 종횡방향 제2계산단계와;
상기 종횡방향 제2계산단계에서 계산된 종방향 힘과 요모멘트를 주행 중인 차량에 적용하여 액츄에이터를 작동시키는 입력값을 계산하는 종횡방향 제3계산단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 통합형 차량 제어 방법.A vehicle state measuring step of measuring a characteristic parameter of the vehicle and detecting a change according to an operating state of a vehicle and a surrounding vehicle that are driven by a sensor mounted on the vehicle;
A data estimating step of receiving the state information of the vehicle through the vehicle state measuring step and converting the force applied to the wheel, the transverse velocity of the vehicle, and the road friction coefficient into data;
A situation determination step of determining a control mode by determining a longitudinal control and a lateral control situation of the vehicle through the data estimating step;
Calculating a target acceleration in the longitudinal control through the situation determination step, and calculating a target yaw rate in the lateral control;
A second longitudinal calculation step of calculating a longitudinal force and a yaw moment for following the target acceleration and the target yaw rate calculated in the longitudinal first calculation step;
And a third longitudinal calculation step of calculating an input value for operating the actuator by applying the longitudinal force and yaw moment calculated in the longitudinal second calculation step to the driving vehicle.
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