KR20210077868A - 자율주행 차량의 제동 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 의한 자율주행 차량의 제동 제어방법은, 차량 주변의 환경정보에 기초하여 정차상황을 인지하는 단계; 상기 정차상황이 인지되면, 복수의 변곡점을 갖는 n(여기서, n은 3 이상의 자연수)차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하는 단계; 감속기의 반응시간, 주행중인 차량의 질량, 및 브레이크의 감속성능 중 적어도 하나의 인자를 제어변수로 설정하여 상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 감속도 프로파일에 기반하여 상기 차량의 제동을 실행하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

자율주행 차량의 제동 제어장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING BRAKING OF AUTONOMOUS VEHICLE}
본 발명은 자율주행 차량의 제동 제어장치 및 그 방법에 관련된 것으로, 특히 고차 다항식에 기반하여 감속도 프로파일을 생성하고, 승차감에 영향을 미치는 인자를 제어 변수로 설정하여 감속도 프로파일의 초기 기울기와 변곡 시점을 조정하는 기술에 관한 것이다.
자율주행 중 차량의 정지를 위해 급제동을 하는 경우, 제동 기간 중의 감속으로 인하여 가속도가 주행 방향과 반대 방향으로 작용하게 되어 차량 내에 탑승한 승객은 관성력에 의하여 주행방향 쪽으로 쏠리는 힘을 받게 된다. 특히 타이어가 노면에 정지되는 순간에는 이러한 현상이 더욱 심하다.
구체적으로, 자율주행 제동에 있어서 종래의 감속도 프로파일이 도시된 도 1을 참조하면, 차량이 정지하는 순간(te)에 목표속도를 0으로 설정하고, 상수 형태의 일정한 감속도(a)로 차량의 감속을 제어한다. 그러나, 차량이 정지하는 순간(te), 차량과 노면 사이의 상대운동이 갑자기 사라지면서 감속도가 0으로 변화되고 매우 큰 크기의 저크(jerk)가 발생함에 따라, 차량 내 승객은 관성력에 의해 불쾌감을 느끼게 된다.
또한, 종래의 감속도 프로파일은 차량 내 제동 시스템의 성능, 예컨대 감속기의 반응속도 내지 브레이크 패드의 마모도에 대한 고려 없이, 제동거리와 차량의 현재속도에만 의존하여 정형화된 감속도를 산출한다. 이에 따라, 제동이 개시되는 순간(te)에 감속도의 크기가 작은 경우, 브레이크 패드와 휠 디스크 간의 접지력 부족으로 소음과 진동이 유발되고, 제동 시스템의 내구성이 악화되는 문제가 발생한다.
이에, 실시 예는 고차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하여 차량이 정지하는 순간에 승객의 승차감을 개선하고, 감속기의 반응속도와 브레이크의 감속성능을 고려하여 감속도 프로파일을 능동적으로 보정함으로써 제동 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있는 자율주행 차량의 제동 제어장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예는, 차량 주변의 환경정보에 기초하여 정차상황을 인지하는 단계; 상기 정차상황이 인지되면, 복수의 변곡점을 갖는 n(여기서, n은 3 이상의 자연수)차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하는 단계; 감속기의 반응시간, 주행중인 차량의 질량, 및 브레이크의 감속성능 중 적어도 하나의 인자를 제어변수로 설정하여 상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 감속도 프로파일에 기반하여 상기 차량의 제동을 실행하는 단계;를 포함하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동 제어방법을 제공할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 생성하는 단계는, 차량의 주행속도, 목표 제동거리, 및 노면 마찰계수 중 적어도 하나를 토대로 상기 감속도 프로파일의 초기 기울기를 결정할 수 있다.
상기 복수의 변곡점은, 제1 시점에서 감속도가 극대값을 갖는 제1 변곡점; 및 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 상기 감속도가 극소값을 갖는 제2 변곡점;을 포함할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 크면, 상기 제1 시점보다 빠른 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 작으면, 상기 제1 시점보다 늦은 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 작으면, 상기 제2 시점보다 빠른 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 크면, 상기 제2 시점보다 늦은 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 작으면, 상기 초기 기울기가 증가되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는, 상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 크면, 상기 초기 기울기가 감소되도록 상기 감속도 프로파일을 보정할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 의하면, 고차 다항식에 기반하여 차량 제동을 위한 감속도 프로파일을 생성하여 차량 내 승객의 승차감을 개선하고, 감속기의 반응시간과 브레이크의 감속성능을 감속도 프로파일에 반영하여 능동적으로 보정하므로 제동 장치의 내구성과 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 자율주행 제동을 제어하기 위한 감속도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감속도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 일 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 S740 단계의 구체적인 절차가 도시된 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예를 상세히 설명한다. 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시 예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시 예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 자율주행 차량의 제동 제어장치에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치(100)는 주행상황 인지부(110), 감속도 프로파일 생성부(120), 보정부(130), 제어부(140), 및 제동부(150)를 포함할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 센서 오프셋 보정 장치(100)는 상술한 구성요소 중 적어도 하나를 생략하거나, 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
주행상황 인지부(110)는 차량 내에 장착된 다양한 센서(10)를 통해 차량 주변의 환경정보를 수집하고, 상기 환경정보에 기초하여 정차상황을 인지할 수 있다. 여기서, 센서(10)는 GPS 수신기(Global Positioning System receiver, 11), 이미지 센서(12), 거리측정 센서(13), 속도 센서(14), 및 가속도 센서(15) 등의 조합으로 구성될 수 있다.
GPS 수신기(11)는 차량의 지리적 위치를 추정하도록 구성되는 센서로서, 지구 상공에 위치한 GPS 위성으로부터 항법메시지를 수신하여 차량의 현재 위치(위도, 경도를 포함함)를 실시간으로 수집할 수 있다.
이미지 센서(12)는 차량 주변을 촬영하여 획득한 영상을 토대로 신호등, 주변차량, 차선, 도로 위의 오브젝트 등을 인식할 수 있다. 또한, 이미지 센서(12)는 획득한 영상에 대해 노이즈 제거, 화질 및 채도 조절, 파일 압축 등의 이미지 처리를 수행하여, 신호등 정보-예컨대, 점등된 신호 상태(적색, 황색, 녹색, 좌회전 등)-를 수집할 수 있다.
거리측정 센서(13)는 차량과 주변차량 간의 거리를 측정할 수 있으며, 일 예로 레이더(radar), 라이다(Lidar), 또는 초음파 센서 등으로 구현될 수 있다. 거리측정 센서(13)는 주변차량에 주사하여 반사되는 전자기파, 레이저펄스, 또는 초음파의 도달시간을 측정하여 주변차량과의 거리, 방향, 및 고도 등을 확인할 수 있다.
속도 센서(14)는 차동적으로 얻어지는 차량의 휠 속도에 대한 출력 파형을 토대로 차량의 주행속도를 측정할 수 있다.
가속도 센서(15)는 차량에 인가되는 구동(또는, 제동)신호에 기초하여 차량이 가속(또는, 감속)하는 경우 변동되는 가속도를 측정할 수 있다.
주행상황 인지부(110)는 이미지 센서(12)와 거리측정 센서(13)로부터 차량 전방의 신호등 정보, 주변차량의 거동정보 등을 수집하여 정차상황을 인지하고, GPS 수신기(11), 거리측정 센서(13), 속도 센서(14), 및 가속도 센서(15)로부터 차량의 현재위치와 정차지점 사이의 목표 제동거리, 주행속도, 노면의 특성 등에 관한 차량의 주행정보를 획득할 수 있다.
감속도 프로파일 생성부(120)는 차량의 주행정보에 기반하여, 복수의 변곡점을 갖는 고차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성할 수 있다. 이에 대하여 도 3을 참조하여 이하에서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 감속도 프로파일을 나타내는 도면이다.
일반적으로, 차량 내에 탑승한 승객이 느끼는 승차감은 감속도(a) 및/또는 감속도(a)의 변화량인 저크(jerk)에 의해 결정된다. 그 이유는, 차량이 정지하는 순간 감속도(a) 또는 저크(jerk)의 변동 폭이 클 경우, 승객은 관성력에 의해 주행방향으로 신체가 쏠리는 현상을 경험하게 되며, 이는 아주 큰 불쾌감으로 작용하기 때문이다.
이에, 일 실시 예에 따른 감속도 프로파일 생성부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 고차 다항식을 이용하여 감속도 프로파일(1)을 생성함으로써 정차시점(te)에 급격한 감속도(a)의 변화(저크, jerk)가 발생되지 않도록 차량의 감속 제어를 진행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 감속도 프로파일 생성부(120)는 복수의 변곡점을 갖는 n(여기서, n은 3 이상의 자연수)차 다항식 기반의 감속도 프로파일(1)을 생성할 수 있다. 이때, 감속도(a)는 제동 개시 시점(ts)과 정차시점(te) 사이의 구간에서 적어도 하나의 상승곡선 및 하강 곡선을 따라 이동하되, 정차시점(te) 이후에는 0의 값을 유지하게 된다.
감속도 프로파일 생성부(120)는 차량의 주행속도, 목표 제동거리, 및 노면 마찰계수 중 적어도 하나를 고려하여 감속도 프로파일(1)의 초기 기울기(s)를 결정하고, 감속도(a)의 이동 특성 변화를 고려하여 복수의 변곡점(P1, P2)을 추출할 수 있다. 여기서, 감속도 프로파일(1)의 초기 기울기(s)는 제동 개시시점(ts)에서 감속도(a)의 변화량을 나타내고, 복수의 변곡점(P1, P2)은 감속도(a)가 상승 곡선에서 하강 곡선으로 천이되거나 또는 하강 곡선에서 상승 곡선으로 천이되는 지점을 의미할 수 있다. 예컨대, 복수의 변곡점(P1, P2)은 제1 시점(t1)에서 감속도(a)가 극대값(local maximum value)을 갖는 제1 변곡점(P1)과 제1 시점(t1)보다 늦은 제2 시점(t2)에서 감속도(a)가 극소값(local minimum value)을 갖는 제2 변곡점(P2)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 변곡점(P1, P2)의 발생 시점(이하, '변곡 시점'이라 칭함)(t1, t2)에서 저크(jerk)는 0의 값을 가진다.
이처럼, 차량의 감속 제어를 위한 감속도 프로파일(1)을 상수 또는 직선이 아닌 고차 다항식에 기반하여 생성할 경우, 저크(jerk)의 변화가 부드럽고 그 발생량이 적어지므로 승차감이 개선될 수 있다.
비록, 도 3에 도시된 감속도 프로파일(1)은 3차 다항식에 기반하고 있으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명의 범주가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명에 적용되는 감속도 프로파일(1)은 4차 이상의 고차 다항식에 기반하여 생성될 수도 있다.
그리고, 감속도 프로파일 생성부(120)은 전술한 감속도 프로파일(1)을 디폴트(default)로 설정하고, 이를 보정부(130)로 전송할 수 있다.
다시 도 2로 돌아와서, 보정부(130)는 승차감에 영향을 미치는 인자(이하, '영향 인자'라 칭함)를 제어변수로 설정하여 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다. 여기서, 영향 인자는 감속기(152)의 반응시간, 차량의 질량, 및 브레이크(153)의 감속성능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보정부(130)가 영향 인자에 따라 감속도 프로파일(1)을 보정하는 이유는 다음과 같다. 만일, 감속기(152)의 반응시간 내지 차량의 질량이 변동됨에도 불구하고 감속도 프로파일(1)의 변곡 시점(t1, t2)이 그대로 유지된다면, 감속 제어 시 감속기(152)의 반응속도 내지 관성력의 변화가 반영될 수 없어 승차감이 저하되기 때문이다. 또한, 브레이크(153)의 감속성능이 저하됨에도 불구하고 감속도 프로파일(1)의 초기 기울기(s)가 그대로 유지된다면, 디스크 로터(153a)와 브레이크 패드(153c) 간의 접지력이 부족해져 소음과 진동이 유발될 수 있기 때문이다. 이에 대한 보다 상세한 후술하기로 한다.
제어부(140)는 보정된 감속도 프로파일에 기초하여 요구 제동력을 산출하고, 제동부(150)로 감속 지령을 인가하여 차량의 제동을 실행할 수 있다.
제동부(150)는 동력을 발생하는 모터(151), 감속 지령에 의해 모터(151)의 회전수를 줄여 출력 토크를 증폭시키는 감속기(152), 및 감속기(152)의 출력 토크를 이용하여 차량의 제동을 구현하는 브레이크(153)를 포함할 수 있다. 여기서, 브레이크(153)는 차륜에 결합되는 디스크 로터(153a), 감속기(152)의 회전에 의해 축 방향으로 왕복 운동하는 피스톤(153b), 및 피스톤(153b)의 왕복 운동에 의해 디스크 로터(153a)를 가압하는 브레이크 패드(153c)를 포함하며, 피스톤(152b)에 의해 디스크 로터(153a)와 브레이크 패드(153c)가 맞닿게 되면서 마찰력을 일으켜 차량의 제동이 실현된다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 일 예시도이다.
도 4의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이, 보정부(130)는 감속기(152)의 반응시간을 고려하여 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다.
보정부(130)는 감속기(152)의 반응시간을 검출하고, 상기 반응시간과 제1 기준값을 비교하여 제1 변곡점(P1)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다. 여기서, 반응시간이란 감속기(152)에 감속 지령을 인가한 후 그에 따라 감속 거동이 실행되는데 소요되는 시간을 의미하며, 제1 기준값은 차량의 출고 당시 감속기(152)의 반응속도와 사용연수를 고려하여 미리 설정된 반응시간일 수 있다.
이때, 제1 변곡점(P1)의 위치는 그래프의 횡축(시간축)을 따라 좌측 또는 우측으로 평행 이동될 수 있다. 다시 말해서, 보정부(130)는 제1 변곡점(P1)에서 감속도(a)의 크기는 일정하게 유지하되, 변곡 시점(t1)만을 조정(shift)함으로써 보정된 감속도 프로파일(2)을 출력할 수 있다.
만일, 검출된 감속기(152)의 반응시간이 미리 설정된 제1 기준값보다 크면, 보정부(130)는 제1 시점(t1)보다 빠른 시점(t1')으로 제1 변곡점(P1)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(도 4의 (a) 참조). 즉, 보정부(130)는 감속기(152)의 반응속도가 느린 경우, 제1 변곡점(P1)의 변곡 시점을 앞당겨(t1→t1') 응답지연을 보상할 수 있다.
반대로, 검출된 감속기(152)의 반응시간이 미리 설정된 제1 기준값보다 작으면, 보정부(130)는 제1 시점(t1)보다 느린 시점(t1'')으로 제1 변곡점(P1)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(도 4의 (b) 참조). 즉, 보정부(130)는 감속기(152)의 반응속도가 빠른 경우, 제1 변곡점(P1)의 변곡 시점을 늦추어(t1→t1'') 응답단축을 보상할 수 있다.
한편, 보정부(130)는 검출된 감속기(152)의 반응시간이 미리 설정된 제1 기준값과 동일하면, 제1 변곡점(P1)의 위치를 그대로 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 다른 예시도이다.
도 5의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이, 보정부(130)는 차량의 질량을 고려하여 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다.
보정부(130)는 주행중인 차량의 질량을 산출하고, 상기 차량의 질량과 제2 기준값을 비교하여 제2 변곡점(P2)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다. 예컨대, 보정부(130)는 차량에 소정의 구동력(F)이 인가될 때 가속도 센서(15)에서 측정되는 차량 가속도(a)를 이용하여 주행중인 차량의 질량(m, m=F/a)을 산출할 수 있다. 그리고, 제2 기준값은 차체와 운전자의 무게를 합하여 미리 설정된 차량의 질량일 수 있다.
이때, 제2 변곡점(P1)의 위치는 그래프의 횡축(시간축)을 따라 좌측 또는 우측으로 평행 이동될 수 있다. 다시 말해서, 보정부(130)는 제2 변곡점(P2)에서 감속도(a)의 크기는 일정하게 유지하되, 변곡 시점(t2)만을 조정(shift)함으로써 보정된 감속도 프로파일(2)을 출력할 수 있다.
만일, 주행중인 차량의 질량이 미리 설정된 제2 기준값보다 작으면, 보정부(130)는 제2 시점(t2)보다 빠른 시점(t2')으로 제2 변곡점(P2)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일을 보정할 수 있다(도 5의 (a) 참조). 즉, 보정부(130)는 주행중인 차량의 질량이 변동되어 정차시점(te)에 차량에 인가되는 관성력이 감소하는 경우, 제2 변곡점(P2)의 변곡 시점을 앞당겨(t2→t2') 정차 승차감을 보상할 수 있다.
반대로, 주행중인 차량의 질량이 미리 설정된 제2 기준값보다 크면, 보정부(130)는 제2 시점(t2)보다 느린 시점(t2'')으로 제2 변곡점(P2)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일을 보정할 수 있다(도 5의 (b) 참조). 즉, 보정부(130)는 주행중인 차량의 질량이 변동되어 정차시점(te)에 차량에 인가되는 관성력이 증가하는 경우, 제2 변곡점(P2)의 변곡 시점을 늦추어(t2→t2'') 정차 승차감을 보상할 수 있다.
한편, 보정부(130)는 주행중인 차량의 질량이 미리 설정된 제2 기준값과 동일하면, 제2 변곡점(P2)의 위치를 그대로 유지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어장치를 이용하여 감속도 프로파일을 보정하는 방법을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
도 6의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이, 보정부(130)는 브레이크(153)의 감속성능을 고려하여 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다.
보정부(130)는 브레이크(153)의 감속성능을 산출하고, 상기 감속성능과 제3 기준값을 비교하여 감속도(a)의 초기 기울기(s)가 증감되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다. 예컨대, 보정부(130)는 감속 지령에 대응하는 요구 제동력 대비 브레이크(153)에서 출력되는 실 제동력을 연산하여 감속성능을 산출하되, 브레이크 패드(153c)의 마모도와 가압력을 더 고려하여 결정할 수 있다. 그리고, 제3 기준값은 브레이크(153)의 이상적인 감속성능으로 개발자에 의해 미리 설정된 값일 수 있다.
이때, 보정된 감속도 프로파일(2)은 제1 및 제2 변곡점(P1, P2)는 그대로 유지된 채, 제동 개시시점(ts)에서 감속도(a)의 초기 기울기(s)만 증감될 수 있다. 다시 말해서, 보정부(130)는 제동 개시시점(ts)에서의 감속량을 증감함으로써, 브레이크(153)의 감속성능에 따른 접지력의 부족 또는 과잉을 적절히 보상할 수 있다.
만일, 브레이크(153)의 감속성능이 미리 설정된 제3 기준값보다 작으면, 보정부(130)는 감속도(a)의 초기 기울기(s)가 증가되도록(s→s') 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(도 6의 (a) 참조). 즉, 보정부(130)는 브레이크(153)의 감속성능이 저하되는 경우, 감속도(a)의 초기 기울기(s)를 증가시켜 감속량을 증대함으로써 디스크 로터(153a)와 브레이크 패드(153c) 간의 접지력 부족을 보상하고, 그에 따른 소음과 진동을 최소화하여 브레이크(153)의 내구성을 개선할 수 있다.
반대로, 브레이크(153)의 감속성능이 미리 설정된 제3 기준값보다 크면, 보정부(130)는 감속도(a)의 초기 기울기(s)가 감소되도록(s→s'') 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(도 6의 (b) 참조). 즉, 보정부(130)는 브레이크(153)의 감속성능이 향상되는 경우, 감속도(a)의 초기 기울기(s)를 조정하여 불필요한 감속량을 감소시킴으로써 연비와 제동 효율을 개선할 수 있다.
한편, 보정부(130)는 브레이크(153)의 감속성능이 미리 설정된 제3 기준값과 동일하면, 제동 개시시점(ts)에서의 초기 기울기(s)를 그대로 유지할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 8를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어방법을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 제동 제어방법은, 차량의 주변 환경정보를 수집하여 정차상황을 인지하는 단계(S710), 복수의 변곡점을 갖는 고차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하는 단계(S720), 승차감에 영향을 미치는 인자를 제어 변수로 설정하여 기 설정된 기준값과 비교하는 단계(S730), 상기 비교 결과에 따라 감속도 프로파일을 보정하는 단계(S740), 및 감속도 프로파일에 기반하여 차량의 제동을 실행하는 단계(S750)를 포함할 수 있다.
S710 단계에서, 제동 제어장치(100)는 차량 내에 설치된 다양한 센서로부터 차량 전방의 신호등 정보, 주변차량의 거동정보 등을 수집하여 정차상황을 인지할 수 있다.
S720 단계에서, 제동 제어장치(100)는 차량의 주행속도, 목표 제동거리, 및 노면 마찰계수 중 적어도 하나를 고려하여 감속도 프로파일(1)의 초기 기울기(s)를 결정하고, 감속도(a)의 이동 특성 변화를 고려하여 복수의 변곡점(P1, P2)을 추출할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 전술하였는바 중복되는 설명을 피하기 위해 생략하기로 한다.
S730 단계에서, 제동 제어장치(100)는 감속기의 반응시간, 주행중인 차량의 질량, 및 브레이크의 감속성능이 미리 설정된 제1 기준값, 제2 기준값, 및 제3 기준값과 동일한지 여부를 판단할 수 있다(S731a, S732a, S733a).
만일, S731a, S732a 및 S733a 단계를 모두 만족할 경우, 제동 제어장치(100)는 S720 단계에서 생성된 감속도 프로파일(1)을 그대로 유지한 채, 차량의 제동을 실행할 수 있다(S750).
반면에, S731a, S732a 및 S733a 단계 중 적어도 하나를 만족하지 아니하면, 제동 제어장치(100)는 감속도 프로파일을 보정하고(S740), S740 단계에서 보정된 감속도 프로파일(2)에 기반하여 차량의 제동을 실행할 수 있다(S750). 이하에서는, 제동 제어장치(100)에 의해 감속도 프로파일을 보정하는 단계에 대하여 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8은 도 7에 도시된 S740 단계의 구체적인 절차가 도시된 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 제동 제어장치(100)는 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 큰지 여부, 주행중인 차량의 질량이 제2 기준값보다 작은지 여부, 및 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 작은지 여부를 각각 판단할 수 있다(S731b, S732b, S733b).
S731b 단계에서 판단 결과 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 크면(YES), 제동 제어장치(100)는 제1 시점(t1)보다 빠른 시점으로 제1 변곡점(P1)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S741). 여기서, 제1 변곡점(P1)은 감속도(a)가 극대값을 갖는 지점으로, 감속기의 반응성에 의해 조정될 수 있다.
반대로, S731b 단계에서 판단 결과 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 작으면(NO), 제동 제어장치(100)는 제1 시점(t1)보다 느린 시점으로 제1 변곡점(P1)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S742). 이처럼, 제동 제어장치(100)는 감속기의 응답 지연 내지 단축을 고려하여 감속도 프로파일을 능동적으로 보정함으로써 승차감을 개선할 수 있다.
S732b 단계에서 판단 결과 주행중인 차량의 질량이 제2 기준값보다 작으면(YES), 제동 제어장치(100)는 제2 시점(t2)보다 빠른 시점으로 제2 변곡점(P2)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S743). 여기서, 제2 변곡점(P2)은 감속도(a)가 극소값을 갖는 지점으로, 차량 내 승객이 받는 관성력에 의해 조정될 수 있다.
반대로, S732b 단계에서 판단 결과 주행중인 차량의 질량이 제2 기준값보다 크면(NO), 제동 제어장치(100)는 제2 시점(t2)보다 느린 시점으로 제2 변곡점(P2)의 위치가 이동되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S744). 이처럼, 제동 제어장치(100)는 주행중인 차량의 질량에 따른 관성력을 고려하여 감속도 프로파일을 능동적으로 보정함으로써 승차감을 개선할 수 있다.
S733b 단계에서 판단 결과 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 작으면(YES), 제동 제어장치(100)는 감속도(a)의 초기 기울기(s)가 증가되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S745). 이에 의해, 제동 개시시점(ts)에서 감속량이 증대되며, 디스크 로터(153a)와 브레이크 패드(153c) 간의 접지력 부족이 보상되므로, 브레이크(153)의 소음과 진동이 최소화될 수 있다.
반대로, S733b 단계에서 판단 결과 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 크면(NO), 제동 제어장치(100)는 감속도(a)의 초기 기울기(s)가 감소되도록 감속도 프로파일(1)을 보정할 수 있다(S746). 이에 의해, 제동 개시시점(ts)에서 불필요한 감속량이 감소되므로, 연비와 제동 효율이 개선될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 자율주행 차량의 제동 제어방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 포함될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 차량 주변의 환경정보에 기초하여 정차상황을 인지하는 단계;
    상기 정차상황이 인지되면, 복수의 변곡점을 갖는 n(여기서, n은 3 이상의 자연수)차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하는 단계;
    감속기의 반응시간, 주행중인 차량의 질량, 및 브레이크의 감속성능 중 적어도 하나의 인자를 제어변수로 설정하여 상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 감속도 프로파일에 기반하여 상기 차량의 제동을 실행하는 단계;를 포함하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 생성하는 단계는,
    차량의 주행속도, 목표 제동거리, 및 노면 마찰계수 중 적어도 하나를 토대로 상기 감속도 프로파일의 초기 기울기를 결정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 변곡점은,
    제1 시점에서 감속도가 극대값을 갖는 제1 변곡점; 및
    상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 상기 감속도가 극소값을 갖는 제2 변곡점;을 포함하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 크면, 상기 제1 시점보다 빠른 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 작으면, 상기 제1 시점보다 늦은 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 작으면, 상기 제2 시점보다 빠른 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 크면, 상기 제2 시점보다 늦은 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 작으면, 상기 초기 기울기가 증가되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일을 보정하는 단계는,
    상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 크면, 상기 초기 기울기가 감소되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법.
  10. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여, 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동방법을 실현하는 응용 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  11. 차량 주변의 환경정보에 기초하여 정차상황을 인지하는 주행상황 인지부;
    상기 정차상황이 인지되면, 복수의 변곡점을 갖는 n(여기서, n은 3 이상의 자연수)차 다항식 기반의 감속도 프로파일을 생성하는 감속도 프로파일 생성부;
    감속기의 반응시간, 주행중인 차량의 질량, 및 브레이크의 감속성능 중 적어도 하나의 인자를 제어변수로 설정하여 상기 감속도 프로파일을 보정하는 보정부; 및
    상기 보정된 감속도 프로파일에 기반하여 상기 차량의 제동을 실행하는 제어부;를 포함하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 감속도 프로파일 생성부는,
    차량의 주행속도, 목표 제동거리, 및 노면 마찰계수 중 적어도 하나를 토대로 상기 감속도 프로파일의 초기 기울기를 결정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 변곡점은,
    제1 시점에서 감속도가 극대값을 갖는 제1 변곡점; 및
    상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 상기 감속도가 극소값을 갖는 제2 변곡점;을 포함하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 크면, 상기 제1 시점보다 빠른 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 감속기의 반응시간이 제1 기준값보다 작으면, 상기 제1 시점보다 늦은 시점으로 상기 제1 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 작으면, 상기 제2 시점보다 빠른 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 차량의 질량이 제2 기준값보다 크면, 상기 제2 시점보다 늦은 시점으로 상기 제2 변곡점의 위치가 이동되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 작으면, 상기 초기 기울기가 증가되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 브레이크의 감속성능이 제3 기준값보다 크면, 상기 초기 기울기가 감소되도록 상기 감속도 프로파일을 보정하는, 승차감을 고려한 자율주행 차량의 제동장치.
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