KR102004344B1

KR102004344B1 - 조향 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102004344B1
Application number: KR1020170080386A
Authority: KR
Inventors: 이윤형
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-07-29
Also published as: KR20190001043A

Abstract

본 발명은 조향 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 차량에 설치되어 차량 주위를 촬영한 영상을 출력하며, 복수의 카메라를 포함하는 촬상장치; 차량 주위의 장애물을 감지하는 장애물 검출부; 장애물 검출부에서 장애물이 감지되면, 영상을 이용하여 바퀴가 장애물에 접촉하기 위해 회동해야 하는 접촉 각도를 산출하는 접촉각 산출부; 접촉 각도에 도달하기 소정 각도 전부터 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 감소시키는 조향제어부;를 포함한다. 이에 의해, 조향 모터, 배터리 및 관련 부품에 과도한 부하가 발생하여 수명과 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

조향 제어 장치 및 방법{STEERING CONTROL DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 실시예들은 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 스티어링 휠을 용이하게 조향할 수 있도록 전동식 조향장치(EPS: Electronic Power Steering)가 구비되어 있으며, EPS는 조향 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 보조한다.

EPS는 스티어링 휠의 조타시 조향 모터의 구동을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)를 구비하고 있으며, ECU는 조향각 센서, 토크 센서, 차속 센서 및 엔진 회전수 센서 등으로부터 신호를 입력받아 어시스트 전류값을 연산하고, 이를 조향 모터에 제공하여 스티어링 휠의 조향감을 조절하게 된다.

한편, 주행 중 차량의 바퀴가 연석이나 장애물에 접촉하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이, 토크 센서에서 감지되는 토크는 증가하게 되고, 조향각 센서에서 감지되는 조향각속도는 감소하게 된다. 이러한 경우, ECU는 토크가 미리 설정된 임계값 이상이고, 조향각속도가 일정 이하인 상태가 미리 설정된 시간동안 지속되면, 바퀴가 연석이나 장애물에 접촉한 것으로 판단하여 어시스트 전류를 일정 기울기를 가지고 감소시켜 조향 모터에 최소의 어시스트 전류가 제공되도록 한다.

그런데, 이렇게 바퀴가 연석이나 장애물에 접촉한 이후, 토크와 조향각속도에 의해 어시스트 전류를 감소시키게 되면, 바퀴가 연석이나 장애물에 접촉하고 어시스트 전류를 감소시키기까지 시간(t) 동안 조향 모터에는 필요 이상의 어시스트 전류가 제공된다. 이에 따라, 조향 모터에 과부하가 걸리고, 조향 모터뿐만 아니라 배터리나 관련 전자부품의 내구성을 저하시키게 된다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연석이나 장애물이 바퀴에 접촉하는 것을 예상하여 어시스트 전류를 조절함으로써, 조향 모터, 배터리, 관련 전자부품에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있는 조향 제어장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

상기 목적은, 차량에 설치되어 상기 차량 주위를 촬영한 영상을 출력하며, 복수의 카메라를 포함하는 촬상장치; 상기 차량 주위의 장애물을 감지하는 장애물 검출부; 상기 장애물 검출부에서 장애물이 감지되면, 상기 영상을 이용하여 바퀴가 상기 장애물에 접촉하기 위해 회동해야 하는 접촉 각도를 산출하는 접촉각 산출부; 및 상기 접촉 각도에 도달하기 소정 각도 전부터 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 감소시키는 조향제어부;를 포함하는 조향 제어 장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 목적은, 차량 주위를 촬영하여 영상을 출력하는 촬영단계; 상기 차량 주위의 장애물을 감지하는 단계; 상기 차량 주위에 장애물이 감지되면, 상기 영상을 이용하여 바퀴가 상기 장애물에 접촉하기 위해 회동해야 하는 접촉 각도를 산출하는 접촉각 산출단계; 및 상기 접촉 각도에 도달하기 소정 각도 전부터 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 감소시키는 전류 제어단계;를 포함하는 조향 제어 방법에 의해 달성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 실시예들에 의하면, 차량의 바퀴 주변에 연석을 미리 감지하고, 연석이 바퀴와 접촉한다고 판단되는 경우, 바퀴가 연석에 접촉하기 전에 어시스트 전류를 감소시킴으로써, 조향 모터, 배터리 및 관련 부품에 과도한 부하가 발생하여 수명과 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 연석 접촉시 토크와 어시스트 전류 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 조향 제어 장치의 개략적 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따라 바퀴가 연석에 접촉하는 접촉 각도를 산출하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 조향 제어에 따라 연석 접촉시 토크와 어시스트 전류 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 조향제어장치에서 연석 감지에 따라 어시스트 전류값을 제어하는 과정을 보인 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 조향 제어 장치의 개략적 구성도이다.

본 발명에 따른 조향 제어 장치는, 연석의 감지시 바퀴(3)가 연석에 접촉하기 전에 미리 어시스트 전류를 조절하여 부하를 감소시킬 수 있다.

본 조향 제어 장치는, 토크 센서(10), 조향각 센서(20), 촬상장치(30), 장애물 검출부(40), 접촉각 산출부(50), 메모리(70), 조향제어부(60), 구동회로부(80)를 포함할 수 있다.

토크 센서(10)는, 스티어링 휠에 연결된 스티어링 컬럼에 설치되며, 스티어링 휠의 좌우 조타시 발생하는 스티어링 컬럼의 토크를 검출하여 토크값을 출력하고, 출력된 토크값은 조향제어부(60)로 제공될 수 있다. 이때, 토크값은 스티어링 휠을 중립 위치로부터 반시계방향으로 조타시키는지, 시계방향으로 조타시키는지에 따라 플러스 또는 마이너스 값을 가질 수 있다.

조향각 센서(20)는 스티어링 휠의 조향시 스티어링 휠의 회전정도를 나타내는 조향각과, 회전방향을 나타내는 조향방향을 감지하여 조향제어부(60) 로 제공할 수 있다. 이때, 스티어링 휠의 조향방향을 플러스 또는 마이너스로 나타낼 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의성을 위해 스티어링 휠의 조향방향이 시계방향인 경우를 플러스로 설정하고, 조향방향이 반시계방향인 경우를 마이너스로 설정하도록 한다. 이에 따라, 조향각 센서(20)에서 감지된 조향각은 시계방향으로 조타하는 경우에는 플러스 각도값을 갖고, 반시계방향으로 조타하는 경우에는 마이너스 각도값을 갖게 된다.

촬상장치(30)는, 복수의 카메라(31)와, 카메라(31)에서 촬영된 영상을 처리하는 영상처리부(33)를 포함할 수 있다. 복수의 카메라(31)는 차량(1)의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 장착되며, 본 실시예에서는 차량(1)의 바퀴(3) 상부로부터 하부 바닥면을 향하도록 배치되어 도 3에 도시된 바와 같이, 차량(1)의 바퀴(3)와 차량(1) 주변의 물체를 촬영할 수 있다. 영상처리부(33)는 복수의 카메라(31)에서 촬영된 영상을 하나의 영상으로 통합하고, 통합된 영상을 흑백 처리 및/또는 이진화 처리할 수 있다.

장애물 검출부(40)는, 영상처리부(33)에서 처리된 영상에서 차량(1) 주변을 관심영역(ROI: Region of Interest)로 설정하고, 관심영역에서 연석 등의 장애물을 판단할 수 있다. 일반적으로 연석은 일측으로 길게 형성되어 있고, 바닥면과의 단차, 색상, 재질의 상이함에 따라 바닥면과 상이한 조도를 갖게 된다. 이에 따라, 장애물 검출부(40)는 관심영역에서 조도 차이를 이용하여 연석을 판단할 수 있다. 한편, 장애물 검출부(40)는 이진화 처리된 영상에서 엣지를 검출하고, 관심영역 내에서 검출된 엣지를 이용하여 연석 등의 장애물을 검출할 수도 있다.

장애물 검출부(40)는 초음파 센서, 레이저 센서, 레이더 센서 등을 포함하여 구성할 수도 있다. 이러한 센서들에서 장애물이 감지되면, 장애물 검출부(40)는 카메라(31)에서 촬영된 영상과 비교하여 장애물의 위치와 연석 인지 여부 등을 판단할 수 있다.

장애물 검출부(40)에서는 다양한 방법으로 연석 등의 장애물을 검출할 수 있으며, 본 발명은 장애물 검출부(40)에서 사용하는 특정 장애물 판단 방법에 한정되지 아니한다.

접촉각 산출부(50)에서는 장애물 검출부(40)에서 연석 등의 장애물이 검출되면, 접촉각 산출부(50)에서는 바퀴(3)가 연석 등의 장애물에 접촉하기 위한 바퀴(3)의 접촉 각도(α)를 산출할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 접촉각 산출부(50)에서는 바퀴(3)의 중심과 연석과의 거리(a)를 측정하고, 바퀴(3)가 회전했을 때 연석과 바퀴(3)가 만나는 접촉점(P2)을 파악할 수 있다. 이때, 바퀴(3)의 중심과 연석과의 거리(a)는 차체 또는 바퀴(3)의 크기를 이미 아는 상태이므로, 차체 또는 바퀴(3)의 크기와 비교하면 바퀴(3)의 중심과 연석과의 직선 거리(a)를 산출할 수 있다. 여기서, 바퀴(3)의 중심과 연석을 잇는 직선이 연석에 만나는 점을 접점(P1)이라 한다.

연석과 바퀴(3)가 만나는 접촉점(P2)의 경우, 바퀴(3)의 반경에 따라 회전궤도가 정해지므로, 바퀴(3)의 중심과 연석과의 거리(a)와 이미 알고 있는 바퀴(3)의 회전궤도를 이용하면, 접촉점(P2)을 파악할 수 있다. 여기서, 바퀴(3)의 중심과 접촉점(P2) 간의 거리(c)는 바퀴(3)의 반경이 된다.

그런 다음, 접촉각 산출부(50)는, 접점(P1)과 접촉점(P2) 간의 거리(b)를 산출할 수 있다. 접점(P1)과 접촉점(P2) 간의 거리(b)와, 바퀴(3)의 중심에서 연석까지의 거리(a)를 이용하여 바퀴(3)가 연석에 접촉하기 위한 바퀴(3)의 접촉 각도(α)를 산출할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량(1)이 연석에 대해 비스듬하게 위치한 경우, 접촉각 산출부(50)는 바퀴(3)의 중심에서 연석까지의 거리(a)를 산출하고, 연석과 바퀴(3)가 만나는 접촉점(P2)을 파악한 다음, 바퀴(3)와 접촉점(P2) 간의 직선 거리(d)를 산출한다. 그리고 접촉점(P2)과 접점(P1) 간의 거리(b)를 산출한다. 그런 다음, 이 세 거리를 이용하여 바퀴(3)의 접촉 각도(α)를 산출할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 바퀴(3)가 차량(1)과 연석에 대해 비스듬하게 위치한 경우, 접촉각 산출부(50)는 바퀴(3)의 중심에서 연석까지의 거리(a)를 산출하고, 연석과 바퀴(3)가 만나는 접촉점(P2)을 파악한 다음, 바퀴(3)와 접촉점(P2) 간의 직선 거리(d)를 산출한다. 그리고 접촉점(P2)과 접점(P1) 간의 거리(b)를 산출한다. 그런 다음, 이 세 거리를 이용하여 바퀴(3)의 접촉 각도(α)를 산출할 수 있다.

메모리(70)에는 차량(1)의 바퀴(3)의 직경과, 바퀴(3)의 회전궤도에 대한 정보가 저장되어 있다. 또한 메모리(70)에는 토크 센서(10)에서 입력되는 토크와 접촉 각도(α)에 따라, 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 산출하기 위한 알고리즘이 저장되어 있다.

조향제어부(60)는, 접촉각 산출부(50)에서 산출된 접촉 각도(α)에 따라 메모리(70)에 저장된 알고리즘을 이용하여 조향 모터로 인가되는 어시스트 전류값을 산출할 수 있다. 이때, 조향제어부(60)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠이 접촉 각도(α)에 도달하기 이전의 소정 각도까지는 토크에 따라 일반적인 어시스트 전류값을 출력하지만, 스티어링 휠이 소정 각도에 도달하면, 어시스트 전류값을 미리 설정된 기울기를 따라 감소시키게 된다.

이때, 소정 각도는 설계자에 의해 다양하게 선택될 수 있으며, 미리 선택된 일정 각도가 될 수도 있고, 산출된 접촉 각도(α)에 대해 일정 비율의 각도가 될 수도 있다. 예를 들어, 소정 각도가 5도로 설정된 경우, 접촉 각도(α)가 30도이면, 조향제어부(60)는 스티어링 휠의 조향각이 25도가 되면 어시스트 전류값을 미리 설정된 기울기를 따라 감소시키게 된다. 다른 예로서, 소정 각도가 접촉 각도(α)의 10%로 설정된 경우, 접촉 각도(α)가 30도이면, 조향제어부(60)는 스티어링 휠의 조향각이 27도가 되면 어시스트 전류값을 미리 설정된 기울기를 따라 감소시키게 된다.

한편, 조향제어부(60)는 접촉 각도(α)가 스티어링 휠의 최대 조향각을 초과하는 경우, 스티어링 휠의 최대 조향각을 기준으로 어시스트 전류값을 산출할 수 있다. 즉, 접촉 각도(α)가 스티어링 휠의 최대 조향각을 초과하게 되면, 바퀴(3)가 연석에 닿기 전에 스티어링 휠의 조향이 정지하게 되므로, 조향제어부(60)는 스티어링 휠을 어시스트 전류값을 급격히 감소시킬 필요가 없다.

구동회로부(80)는, 조향제어부(60)로부터 선택된 어시스트 전류값에 따른 제어신호를 입력받아 조향 모터에 제공되는 전류를 제어한다.

이러한 구성에 의한 조향 제어장치에서 연석 감지에 따라 어시스트 전류값을 제어하는 과정을 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

차량(1)의 운행 중 또는 주차 중에 복수의 카메라(31)에서는 차량(1)의 둘레를 촬영하고(S700), 촬영된 복수의 영상은 영상처리부(33)에서 통합되어 흑백처리 및/또는 이진화 처리 되어 장애물 검출부(40)로 전달될 수 있다(S710).

장애물 검출부(40)에서는 센서 또는 영상을 이용하여 연석 등의 장애물을 검출할 수 있다(S720). 연석 등의 장애물이 감지되면, 접촉각 산출부(50)는 도 3 내지 도 5에 개시된 방법을 이용하여 바퀴(3)가 연석에 접촉하기 위한 접촉 각도(α)를 산출할 수 있다(S730).

조향제어부(60)에서는 접촉 각도(α)에 대한 정보를 제공받는다. 접촉 각도(α)가 스티어링 휠의 최대 조향각보다 작은 경우(S740), 조향제어부(60)는 미리 설정된 소정 각도까지는 토크와 조향각에 기초하여 어시스트 전류값을 산출하고(S750-N, S755), 소정 각도 이상에서는 미리 설정된 기울기에 따라 어시스트 전류값을 감소시키도록 한다(S750-Y, S760).

한편, 접촉 각도(α)가 스티어링 휠의 최대 조향각보다 큰 경우, 조향 제어부는 조향각, 토크, 조향각속도 등에 기초하여 어시스트 전류값을 산출할 수 있다(S745).

이렇게 조향제어부(60)에서 산출된 어시스트 전류값은 제어신호로 구동회로부(80)로 전달되고, 구동회로부(80)에서는 조향제어부(60)에서 산출된 어시스트 전류값에 대응되는 어시스트 전류를 조향 모터로 제공할 수 있다(S770).

이와 같이, 본 발명에서는 차량(1)의 바퀴(3) 주변에 연석을 미리 감지하고, 연석이 바퀴(3)와 접촉한다고 판단되는 경우, 바퀴(3)가 연석에 접촉하기 전에 어시스트 전류를 감소시킴으로써, 조향 모터, 배터리 및 관련 부품에 과도한 부하가 발생하여 수명과 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 차량 3 : 바퀴
30 : 촬상장치 31 : 카메라
40 : 장애물 검출부 50 : 접촉각 산출부
60 : 조향제어부

Claims

차량에 설치되어 상기 차량 주위를 촬영한 영상을 출력하며, 복수의 카메라를 포함하는 촬상장치;
상기 차량 주위의 장애물을 감지하는 장애물 검출부;
상기 장애물 검출부에서 장애물이 감지되면, 상기 영상을 이용하여 바퀴가 상기 장애물에 접촉하기 위해 회동해야 하는 접촉 각도를 산출하는 접촉각 산출부; 및
상기 접촉 각도에 도달하기 소정 각도 전부터 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 감소시키는 조향제어부를 포함하고,
상기 접촉각 산출부는, 상기 바퀴의 축에서 상기 장애물까지의 직선 거리와, 상기 바퀴의 회동시 상기 바퀴가 상기 장애물에 접촉하는 접촉점과 상기 바퀴의 축에서 상기 장애물을 잇는 직선이 상기 장애물에 만나는 접점 간의 거리를 이용하여 상기 접촉 각도를 산출하는 조향 제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 접촉각 산출부는, 상기 바퀴의 회동시 상기 바퀴가 상기 장애물에 접촉하는 접촉점에서 상기 바퀴를 잇는 직선 거리를 추가로 이용하여 상기 접촉 각도를 산출하는 조향 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조향제어부는 상기 접촉 각도의 일정 비율을 소정 각도로 설정하고, 상기 소정 각도에 도달하면 미리 설정된 일정 기울기를 따라 상기 어시스트 전류를 감소시키는 조향 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조향제어부는 상기 소정 각도를 일정 각도로 설정하고, 상기 소정 각도에 도달하면 미리 설정된 일정 기울기를 따라 상기 어시스트 전류를 감소시키는 조향 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조향제어부는 상기 접촉 각도가 스티어링 휠의 최대 조향각보다 큰 경우, 상기 조향각에 따라 상기 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 산출하는 조향 제어장치.
차량 주위를 촬영하여 영상을 출력하는 촬영단계;
상기 차량 주위의 장애물을 감지하는 단계;
상기 차량 주위에 장애물이 감지되면, 상기 영상을 이용하여 바퀴가 상기 장애물에 접촉하기 위해 회동해야 하는 접촉 각도를 산출하는 접촉각 산출단계; 및
상기 접촉 각도에 도달하기 소정 각도 전부터 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 감소시키는 전류 제어단계를 포함하고,
상기 접촉각 산출단계는, 상기 바퀴의 축에서 상기 장애물까지의 직선 거리와, 상기 바퀴의 회동시 상기 바퀴가 상기 장애물에 접촉하는 접촉점과 상기 바퀴의 축에서 상기 장애물을 잇는 직선이 상기 장애물에 만나는 접점 간의 거리를 이용하여 상기 접촉 각도를 산출하는 단계를 포함하는 조향 제어방법.
삭제
제7항에 있어서,
상기 접촉각 산출단계는, 상기 바퀴의 회동시 상기 바퀴가 상기 장애물에 접촉하는 접촉점에서 상기 바퀴를 잇는 직선 거리를 추가로 이용하여 상기 접촉 각도를 산출하는 단계를 포함하는 조향 제어방법.
제7항에 있어서,
상기 전류 제어단계는 상기 접촉 각도의 일정 비율을 소정 각도로 설정하고, 상기 소정 각도에 도달하면 미리 설정된 일정 기울기를 따라 상기 어시스트 전류를 감소시키는 단계를 포함하는 조향 제어방법.
제7항에 있어서,
상기 전류 제어단계는 일정 각도로 상기 소정 각도를 설정하고, 상기 소정 각도에 도달하면 미리 설정된 일정 기울기를 따라 상기 어시스트 전류를 감소시키는 단계를 포함하는 조향 제어방법.
제7항에 있어서,
상기 전류 제어단계는 상기 접촉 각도가 스티어링 휠의 최대 조향각보다 큰 경우, 상기 조향각에 따라 상기 조향 모터에 제공되는 어시스트 전류값을 산출하는 단계를 포함하는 조향 제어방법.