KR20120030624A - 차량 방향 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휠 압력을 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 운전자가 차선 변경 시에 변경하고자 하는 차선에 있는 후행 차량이 자기 차량을 위협하는 경우, 휠 압력을 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어함으로써 운전자에게 이질감을 주지 않고 차량의 진행 방향을 원래 차선으로 변경할 수 있다.

Description

차량 방향 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING DIRECTION OF VEHICLE}
본 발명은 휠 압력을 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 엔진 성능이 고성능화되면서 차량의 주행 속도도 고속화되는 추세이다. 이에 따라 차량의 주행 안정성 향상 및 운전자의 편의 확보를 위해 다양한 운전자 보조 시스템(Driver Assistant System)이 차량에 설치된다. 운전자 보조 시스템(Driver Assistant System)으로는 종방향 보조장치인 적응 순항 제어(ACC;Adaptive Cruise Control) 시스템, 횡방향 보조장치인 차선 유지 시스템(LKS;Lane Keeping System), 차선 이탈 경고(LDW;Lane Departure Warning) 시스템, 차선 변경 보조 시스템(ALCA) 등이 있다.
이러한 운전자 보조 시스템은 운전자가 차선 변경 시에 변경하고자 하는 차선에 있는 후행 차량이 자기 차량을 위협하는 경우 차량의 진행 방향을 원래 차선으로 변경하여 안전을 유지시켜 주는 차량 방향 제어 기능을 가진다. 이를 위해 기존에는 운전자가 핸들링 시 조향 보조 동력을 공급하는 전동식 조향 장치(EPS;Electric Power Steering)를 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어하는 방향 제어를 수행하였다. 하지만 이 경우 전동식 조향 장치(EPS)가 장착된 차량에서만 가능하며 운전자에게 이질감을 줄 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 휠 압력을 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어함으로써 운전자에게 이질감을 주지 않고 차량의 진행 방향을 원래 차선으로 변경할 수 있는 차량 방향 제어 방법을 제시하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 차량 방향 제어 방법은, 차량 속도센서, 조향각 센서, 요 레이트 센서, 횡 가속도센서를 이용하여 차량의 센서 정보를 검출하는 단계; 차량 속도센서와 조향각 센서에서 검출된 정보를 이용하여 차량의 요 레이트를 결정하는 단계; 결정된 요 레이트와 목표 요 레이트를 비교하여 차량에 필요한 요구 요 레이트를 계산하는 단계; 계산된 요구 요 레이트와 요 레이트 센서에서 검출된 요 레이트 정보를 이용하여 목표 모멘트를 계산하는 단계; 계산된 목표 모멘트를 형성하도록 차량의 바퀴에 휠 압력을 인가하여 차량의 방향을 바꾸는 단계를 포함한다.
차량의 바퀴에 휠 압력을 인가하는 것은, 차선에 가까운 쪽 바퀴에 휠 압력을 인가하여 목표 모멘트를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량 방향 제어 방법은, 요 레이트 센서에서 검출된 요 레이트 정보를 신호 처리하는 단계; 신호 처리된 요 레이트를 적분하여 차량의 방향을 바꾸기 위한 실제 방향각을 발생하는 단계; 실제 방향각과 목표 방향각을 비교하여 차량의 방향각 제어 완료를 판단하는 단계를 더 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 운전자가 차선 변경 시에 변경하고자 하는 차선에 있는 후행 차량이 자기 차량을 위협하는 경우, 휠 압력을 이용하여 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어함으로써 운전자에게 이질감을 주지 않고 차량의 진행 방향을 원래 차선으로 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 방향 제어 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 제어 유닛의 방향각 제어 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 방향 제어 방법을 나타낸 동작 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 방향 제어 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차선 방향 제어 시스템은 감지부(100), 전자 제어 유닛(200), 브레이크 제어부(300), 엔진 제어부(400) 및 주차 브레이크 제어부(500)를 포함한다.
감지부(100)는 차량의 각종 센서 정보를 감지하는 것으로, 차량 속도센서(110), 조향각 센서(120), 요 레이트 센서(130), 횡 가속도센서(140)를 포함한다.
차량 속도센서(110)는 차량의 휠(FL, FR, RL, RR)에 각각 설치되어 휠(FL, FR, RL, RR)의 속도에 따른 차량의 종방향 속도를 검출하여 전자 제어 유닛(200)에 전달한다.
조향각 센서(120; Steering Angle Sensor)는 차량의 조향 정도를 검출하여 전자 제어 유닛(200)에 전달한다.
조향각 센서(120)는 스티어링 휠 하단 부위에 장착되며, 핸들을 조향하고 차량이 회전(Yaw)하였을 때 핸들이 운전자가 동작시킨 만큼 조향되었는지 핸들의 조향각을 검출한다. 조향각 센서(120)는 핸들의 조향 속도, 조향 방향도 검출한다.
조향각 센서(120)는 광소자 방식으로 조향 시 센서의 슬리트 판이 회전하면서 광소자의 빛을 통과하거나 차단되면서 전압의 변화가 생기고 이것을 전자 제어 유닛(200)에서 전달받아 핸들의 조향 속도, 조향 방향 및 조향각을 검출한다.
요 레이트 센서(130)는 차량의 요 레이트(선회 속도)를 검출하여 전자 제어 유닛(200)에 전달한다.
요 레이트 센서(130)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때, 즉 Z축 방향을 기준으로 회전할 때 내부의 프레이트 포크가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요 모멘트를 검출한다. 여기서 요 모멘트는 차체의 앞뒤가 좌우측 또는 선회할 때 안쪽 바깥쪽 차륜 쪽으로 이동하려는 힘이다.
요 레이트 센서(130)는 내부에 셀슘 크리스탈 소자가 있어 이 소자가 차량이 움직이면서 회전을 하게 되면 소자 자체가 회전을 하면서 전압을 발생하는 구조로 되어 있다.
횡 가속도센서(140)는 2축 가속도 센서로, 차량 주행 중 차량이 옆 방향으로 밀려나려고 하는 힘의 가속도인 차량의 횡 가속도(Lateral-G)를 검출하여 전자 제어 유닛(200)에 전달한다.
전자 제어 유닛(200)은 차량 속도센서(110), 조향각 센서(120), 요 레이트 센서(130), 횡 가속도센서(140)로부터 전달된 센서 정보를 입력받아 차량을 원래 차선으로 변경해 줄 수 있는 방향각(Heading Angle)을 정하여 차량을 원래 차선으로 변경하는 목표 모멘트(Mz)를 아래의 [수학식 1]을 이용하여 계산한다.
Figure pat00001
[수학식 1]에서, 목표 모멘트(Mz)의 값은 요 레이트의 값에 따라 가변된다. 요 레이트는 차량 속도와 조향각에 의해 결정되는 차량의 선회 속도로, 운전자에게 이질감을 주지 않고 차량을 원래 차선으로 변경할 수 있는 요 레이트의 설계 변수이다.
이를 위해, 전자 제어 유닛(200)은 차량을 원래 차선으로 변경해야 한다고 판단된 경우, 계산된 목표 모멘트(Mz)를 발생시키기 위해 각 휠(FL, FR, RL, RR)에 적절한 압력을 형성하여 차량을 원래 차선으로 변경하는 방향 즉, 차선에 가까운 쪽 바퀴에 휠 압력을 발생시켜 모멘트를 형성하고 최종적으로 차량이 진행 방향을 바꿀 수 있도록 제어한다.
브레이크 제어부(300)는 전자 제어 유닛(200)으로부터 출력되는 제동 신호에 따라 휠 실린더에 공급되는 휠 압력을 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 각 휠(FL, FR, RL, RR)에 브레이크 토크를 발생한다.
엔진 제어부(400)는 전자 제어 유닛(200)으로부터 출력되는 엔진 제어신호에 따라 엔진 토크를 제어하여 차량의 안정성을 최대한 확보하도록 TCS 제어블록(410)과 협조 제어하여 엔진의 구동력을 제어한다.
주차 브레이크 제어부(500)는 전자 제어 유닛(200)으로부터 출력되는 주차 브레이크 제어신호에 따라 일정한 제동력을 후륜(RR, RL)에 추가로 가하여 차량의 제동력을 최적화하도록 EPB 제어블록(510)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(200)과 연계하여 자동으로 주차 브레이크를 작동시키거나 풀어 주고 긴급한 상황에서 제동 안정성을 확보한다. EPB는 캔 통신을 통해 전자 제어 유닛(200)으로부터 후륜(RR, RL)의 추가 제동력 작동 정보를 입력받아 일정한 제동력을 후륜(RR, RL)에 추가로 가함으로써 차량의 제동력을 최적화하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 제어 유닛의 방향각 제어 구성도이다.
도 2에서, 전자 제어 유닛(200)은 상위 제어기에서 결정한 목표 방향각(Heading Angle)과 차량의 실제 방향각(Heading Angle)을 비교하는 연산부(210)와, 연산부(210)의 비교 결과에 따라 차량의 방향각(Heading Angle) 제어 여부를 판단하는 제어 판단부(220)와, 제어 판단부(220)의 판단 결과에 따라 방향각(Heading Angle)을 제어하기 위한 목표 모멘트(Mz)를 계산하는 방향각 제어부(230)와, 방향각 제어부(230)에서 처리된 요 레이트 측정값을 이용하여 요 앵글 즉, 방향각(Heading Angle)을 발생하는 방향각 발생부(240)를 포함한다.
방향각 제어부(230)는 차량 속도센서(110)에서 검출된 차량 속도와 조향각 센서(120)에서 검출된 조향각을 이용하여 오리지널(Original) 요 레이트를 결정하고, 요 레이트 센서(130)에서 검출된 요 레이트 값을 측정하는 시스템 제어기(231)와, 요 레이트 센서(130)를 통해 검출된 측정(Measured) 요 레이트를 칼만 필터(Kalman Filtering)를 이용하여 신호 처리하는 필터부(232)와, 시스템 제어기(231)에서 결정된 오리지널(Original) 요 레이트와 상위 제어기(미도시)에서 결정한 목표 요 레이트를 입력받아 실제로 획득해야 할 즉, 차량에서 필요한 요구(Desired) 요 레이트를 발생하는 요 레이트 발생기(233)와, 요 레이트 발생기(233)에서 발생된 요구(Desired) 요 레이트와 필터부(232)에서 신호 처리된 요 레이트를 비교하는 연산기(234)와, 연산기(234)의 비교 결과에 따라 목표 모멘트(Mz)를 계산하는 요 제어기(235)와, 요 제어기(235)에서 계산된 목표 모멘트(Mz)에 따라 차량의 방향각(Heading Angle)을 제어하기 위한 휠 압력을 연산하고 이를 시스템 제어기(231)에 전달하는 모멘트 제어기(236)를 포함한다.
이하, 상기와 같이 구성된 차량 방향 제어 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 방향 제어 방법을 나타낸 동작 순서도이다.
도 3에서, 차량의 주행 중 운전자가 차선 변경 시에 변경하고자 하는 차선에 있는 후행 차량이 자기 차량을 위협하는 경우, 자기 차량을 원래 차선으로 변경하여 안전을 유지시켜 주어야 한다.
이를 위해 먼저, 차량 속도센서(110), 조향각 센서(120), 요 레이트 센서(130), 횡 가속도센서(140)는 차량의 종방향 속도(V), 차량의 조향각(δ), 차량의 요 레이트(γ; 선회 속도), 차량의 횡 가속도(ay; Lateral-G)를 각각 검출하여 전자 제어 유닛(200)에 전달한다(200).
따라서, 전자 제어 유닛(200)의 시스템 제어기(231)는 차량 속도센서(110)에서 검출된 차량 속도(V)와 조향각 센서(120)에서 검출된 조향각(δ)을 이용하여 오리지널 요 레이트(Yaw_Rate_Original)를 아래의 [수학식 1]과 같이, 결정한다(602).
[수학식 1]
Figure pat00002
[수학식 1]에서,
lf는 차체 중심에서 앞차축까지의 거리이고, lr는 차체 중심에서 뒷차축까지의 거리이며, Cαf는 앞차축의 코너링 Stiffness이고, Cαr는 뒷차축의 코너링 Stiffness이며, L은 lf+lr이고, m은 차량의 질량이며, δ는 조향각이고, V는 차량의 종방향 속도이다.
한편, 전자 제어 유닛(200)의 필터부(232)는 요 레이트 센서(130)를 통해 검출된 측정 요 레이트(Yaw_Rate_Measured)를 칼만 필터(Kalman Filtering)를 이용하여 신호 처리하고, 신호 처리한 요 레이트(Ψ')를 연산기(234)와 방향각 발생부(240)에 전달한다.
이후, 시스템 제어기(231)에서 결정된 오리지널 요 레이트(Yaw_Rate_Original)와 상위 제어기(미도시)에서 결정한 목표 요 레이트(Yaw_Rate_Target)를 요 레이트 발생기(233)에서 입력받아 차량이 실제로 획득해야 할 요구 요 레이트(Ψ'des; Yaw_Rate_Desired)를 아래의 [수학식 2]와 같이, 발생한다(604).
[수학식 2]
Figure pat00003
그리고, 요 레이트 발생기(233)에서 발생된 요구 요 레이트(Ψ'des)와 필터부(232)에서 신호 처리된 요 레이트(Ψ')를 연산기(234)에서 비교하고, 그 비교 결과를 요 제어기(235)에 전달한다.
따라서, 요 제어기(235)는 요구 요 레이트(Ψ'des)와 신호 처리된 요 레이트(Ψ')를 이용하여 차량의 방향각(Ψ; Heading Angle)을 제어하기 위한 목표 모멘트(Mz)를 아래의 [수학식 3]과 같이, 계산한다(606).
[수학식 3]
Figure pat00004
[수학식 3]에서,
Figure pat00005
이고,
γ는 요 레이트이고, δ는 조향각이고, ay는 횡 가속도이고, Mz는 모멘트이다.
이와 같이, 요 제어기(235)에서 계산된 목표 모멘트(Mz)를 모멘트 제어기(236)에서 입력받아 차량의 방향각(Ψ; Heading Angle)을 제어하기 위한 휠 압력(P)을 연산하고 이를 시스템 제어기(231)에 전달한다(608).
따라서, 시스템 제어기(231)는 계산된 목표 모멘트(Mz)를 발생시키기 위해 각 휠(FL, FR, RL, RR)에 적절한 휠 압력(P)을 인가하여 차량이 원래 차선으로 변경하는 방향 즉, 차선에 가까운 쪽 바퀴에 브레이크 토크를 발생시켜 목표 모멘트(Mz)를 형성한다.
이에 따라, 전자 제어 유닛(200)은 최종적으로 차량의 진행 방향을 바꿈으로써 차량이 원래 차선으로 변경할 수 있도록 제어한다(610).
이후, 전자 제어 유닛(200)의 방향각 발생부(240)는 필터부(232)에서 신호 처리된 요 레이트 측정값(Ψ')을 적분하여 요 앵글 즉, 차량의 실제 방향각(Ψ)을 발생하고, 제어 판단부(220)는 상위 제어기에서 결정한 목표 방향각(Ψdes)과 방향각 발생부(240)에서 발생한 차량의 실제 방향각(Ψ)을 연산부(210)를 통해 비교하여 차량의 방향각(Heading Angle) 제어가 완료되었는지를 판단한다(612).
단계 612의 판단 결과, 방향각(Heading Angle) 제어가 완료되지 않은 경우 단계 600으로 피드백하여 이후의 동작을 진행하고, 방향각(Heading Angle) 제어가 완료된 경우 전자 제어 유닛(200)은 방향각(Heading Angle) 제어의 동작을 종료한다.
110 : 차량 속도센서 120 : 조향각 센서
130 : 요 레이트 센서 140 : 횡 가속도센서
200 : 전자 제어 유닛 220 : 제어 판단부
230 : 방향각 제어부 231 : 시스템 제어기
232 : 필터부 233 : 요 레이트 발생기
235 : 요 제어기 236 : 모멘트 제어기
240 : 방향각 발생부 300 : 브레이크 제어부

Claims (3)

  1. 차량 속도센서, 조향각 센서, 요 레이트 센서, 횡 가속도센서를 이용하여 차량의 센서 정보를 검출하는 단계;
    상기 차량 속도센서와 상기 조향각 센서에서 검출된 정보를 이용하여 상기 차량의 요 레이트를 결정하는 단계;
    상기 결정된 요 레이트와 목표 요 레이트를 비교하여 상기 차량에 필요한 요구 요 레이트를 계산하는 단계;
    상기 계산된 요구 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에서 검출된 요 레이트 정보를 이용하여 목표 모멘트를 계산하는 단계;
    상기 계산된 목표 모멘트를 형성하도록 상기 차량의 바퀴에 휠 압력을 인가하여 상기 차량의 방향을 바꾸는 단계를 포함하는 차량 방향 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 바퀴에 휠 압력을 인가하는 것은,
    상기 차선에 가까운 쪽 바퀴에 휠 압력을 인가하여 상기 목표 모멘트를 형성하는 차량 방향 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요 레이트 센서에서 검출된 요 레이트 정보를 신호 처리하는 단계;
    상기 신호 처리된 요 레이트를 적분하여 상기 차량의 방향을 바꾸기 위한 실제 방향각을 발생하는 단계;
    상기 실제 방향각과 목표 방향각을 비교하여 상기 차량의 방향각 제어 완료를 판단하는 단계를 더 포함하는 차량 방향 제어 방법.
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