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KR20220005680A - 차량의 군집 주행 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

차량의 군집 주행 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220005680A
KR20220005680A KR1020200083142A KR20200083142A KR20220005680A KR 20220005680 A KR20220005680 A KR 20220005680A KR 1020200083142 A KR1020200083142 A KR 1020200083142A KR 20200083142 A KR20200083142 A KR 20200083142A KR 20220005680 A KR20220005680 A KR 20220005680A
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KR
South Korea
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vehicle
group
driving
speed
distance
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020200083142A
Other languages
English (en)
Inventor
박승진
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US17/356,789 priority patent/US20220001865A1/en
Priority to EP21183215.9A priority patent/EP3937150A1/en
Priority to CN202110758968.0A priority patent/CN113900433A/zh
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Abstract

군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 차속설정부; 차속설정부에서 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 거리설정부; 및 차속설정부에서 설정한 목표속도 또는 거리설정부에서 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 주행제어부;를 포함하는 차량의 군집 주행 제어 시스템이 소개된다.

Description

차량의 군집 주행 제어 시스템 및 방법 {PLATOON DRIVING CONTROL SYSTEM AND METHOD OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 군집 주행 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 군집 주행의 연비를 향상시키기 위한 제어에 관한 것이다.
차량을 이용하는 사용자의 안전 및 편의를 증대하기 위해, 각종 센서와 전자 장치 등을 차량에 접목하기 위한 기술 개발이 가속화되고 있는 추세이다. 특히, 사용자의 운전 편의를 위해 개발된 다양한 기능(예, smart cruise control, lane keeping assistance)을 제공하는 시스템이 차량에 탑재되고 있다. 이에 따라, 운전자의 조작 없이도, 차량이 스스로 외부 환경을 고려하여, 도로를 주행하는 이른바 자율주행(autonomous driving)이 단계적으로 발전하고 있다.
자율주행의 일부로 포함되는 군집 주행이란 하나의 그룹으로 묶인 복수의 차량들이 각각 외부 환경을 고려하여 자율주행하고, 상호 간에 주행 정보를 공유하면서 도로를 주행하는 것을 의미한다.
특히, 하나의 군집에는 리더 차량 및 팔로워 차량이 포함된다. 리더 차량은 군집의 가장 선두에서 군집을 이끄는 차량이고, 팔로워 차량은 리더 차량을 추종하는 차량이다.
군집 주행은 주로 대열 선두의 리더차량과, 이 리더차량의 안내를 따라 후행하는 다수의 차량들이 서로 통신하면서 차간 거리 제어를 수행함에 의해 이루어지며, 군집을 이루는 각 차량에는 다수의 센서가 구비되어 개별적인 자율 주행이 가능한 것이 일반적이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2017-0034696 A KR 10-2016-0033513 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 군집에 포함된 차량들의 연비 특성을 고려한 주행 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템은 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 차속설정부; 차속설정부에서 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 거리설정부; 및 차속설정부에서 설정한 목표속도 또는 거리설정부에서 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 주행제어부;를 포함한다.
차속설정부는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정할 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 모니터링부;를 더 포함할 수 있다.
거리설정부는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량 및 선행 차량의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리를 설정할 수 있다.
거리설정부는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고, 주행제어부는, 거리설정부에서 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
주행제어부는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
거리설정부는, 거리 구간을 설정한 이격 거리 이상이고, 이격 거리와 기설정된 팩터의 곱 이하인 구간으로 설정할 수 있다.
기설정된 팩터는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정될 수 있다.
군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 제동전략부;를 더 포함할 수 있다.
제동전략부는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 반영한 보상 감속도를 목표 감속도로 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 군집 주행 제어 방법은 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 단계; 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계; 및 설정한 목표속도 또는 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계;를 포함한다.
군집의 목표속도를 설정하는 단계에서는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정할 수 있다.
군집의 목표속도를 설정하는 단계 이전에, 군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량 및 선행 차량의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리를 설정할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고, 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 거리 구간을 설정한 이격 거리 이상이고, 이격 거리와 기설정된 팩터의 곱 이하인 구간으로 설정할 수 있다.
기설정된 팩터는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정될 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계 이전에, 군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 단계;를 더 포함하고, 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 설정한 제동 전략을 기반으로 차량의 주행을 제어할 수 있다.
제동 전략을 설정하는 단계에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 목표 감속도에 반영한 보상 감속도를 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정할 수 있다.
본 발명의 차량의 군집 주행 제어 시스템 및 방법에 따르면, 군집에 포함된 차량의 속도별 연비 특성을 고려하여 주행함으로써 군집 전체의 연비를 향상시키는 효과를 갖는다.
또한, 경사 도로에서 군집에 포함된 각 차량의 속도에 자유도를 향상시킴으로써 각 차량의 연비를 향상시키는 주행이 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템이 적용될 수 있는 군집주행 차량들을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행속도별 연비 데이터를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 회전속도 및 토크별 연비 데이터를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평지를 주행하는 군집의 주행을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집에 포함된 차량의 급제동시 속도 프로파일을 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사도로를 주행하는 군집의 주행을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집에 포함된 차량의 급제동시 속도 프로파일을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 방법의 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템이 적용될 수 있는 군집주행 차량들을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 최전방차량(FC)으로부터 최후방차량(EC)까지 다수의 차량이 차례로 열을 지어 주행을 하며, 각 차량에는 다수의 센서들이 구비되고, 이 센서들의 신호를 바탕으로 차량 주위의 각종 장애물을 인식하고 차량을 제어하는 제어기(CLR)가 각각 구비되어 있으며, 이들 각 차량의 제어기(CLR)들은 상호간의 통신에 의해 필요한 데이터들을 공유하고, 미리 정해진 명령체계에 따라 명령을 전달하여, 지속적인 군집주행으로 목적지까지 이동하도록 한다.
참고로, 도 1에서 각 차량의 센서는 전방센서(FS), 좌측방센서(LS), 우측방센서(RS), 후방센서(ES)가 구비된 것으로 표시되어 있으나, 실제 차량에서는 더 많은 센서가 구비되거나 일부가 생략되는 등 다양한 변화가 가능함은 물론이다.
또한, 최전방차량(FC)은 리더차량(RD_C)으로서, 군집주행을 수행하는 차량들의 대열 최전방에서 뒤따르는 차량들을 인솔하는 역할을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행속도별 연비 데이터를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 회전속도 및 토크별 연비 데이터를 도시한 것이다.
도 2 내지 4를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 시스템은 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 차속설정부(20); 차속설정부(20)에서 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 거리설정부(30); 및 차속설정부(20)에서 설정한 목표속도 또는 거리설정부(30)에서 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 주행제어부(40);를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차속설정부(20), 거리설정부(30), 주행제어부(40), 모니터링부(10) 및 제동전략부(50)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
차속설정부(20)는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정할 수 있다.
구체적으로, 차속설정부(20)는 연비 데이터를 이용하여 군집에 포함된 차량들이 주행하는 속도인 군집의 목표속도를 설정할 수 있다.
더 구체적으로, 도 2에 도시한 것과 같이 차속설정부(20)는 군집에 포함된 모든 차량(1 ~ n) 또는 복수의 차량의 연비 데이터를 이용하여 군집의 목표속도를 설정할 수 있다. 일 실시예로, 수집한 복수 개의 연비 데이터를 합산하여 최고의 연비를 갖는 주행속도를 목표속도로 설정할 수 있다.
즉, 아래의 수식에 의한 f_total(v)가 최소화되는 v를 목표속도(v_total)로 설정할 수 있다.
f_total(v) = f1(v) + f2(v) + f3(v) .. fn(v)
다른 실시예로, 사용자 또는 운전자가 설정한 속도 구간 또는 주행하는 도로에 기설정된 제한속도가 존재하는 경우에는 설정한 속도 구간 또는 제한속도의 범위 이내에서 최고의 연비를 갖는 주행속도를 목표속도로 설정할 수 있다.
추가로, 차량의 연비 데이터는 도 3에 도시한 것과 같이 엔진의 회전속도 및 토크별 연비 데이터일 수 있다.
특히, 후술하는 것과 같이 도로의 구배도 또는 도로의 노면 상태 등에 따라 엔진의 회전속도 또는 차량의 주행속도 뿐만 아니라 엔진의 토크도 연비에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 차량의 연비 데이터는 엔진의 회전속도 및 토크에 따른 연비 테이블 또는 그래프일 수 있다.
여기서 엔진으로 표현하였지만, 엔진 이외의 차량에 구동력을 전달하는 구동모터 등에도 동일하게 적용될 수 있다.
거리설정부(30)는 설정한 목표속도를 기반으로 선행 차량과의 이격 거리를 설정할 수 있다. 선행 차량은 군집에 포함된 차량일 수도 있고, 군집의 리더 차량인 경우에는 군집에 포함되지 않은 차량일 수 있다.
일 실시예로, 거리설정부(30)는 목표속도가 증가함에 따라 선행 차량과의 이격 거리가 증가하도록 설정하거나, 반대로 목표속도가 감소함에 따라 선행 차량과의 이격 거리가 감소하도록 설정할 수 있다.
주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하고, 특히 차량의 주행속도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 주행제어부(40)는 차속설정부(20)에서 설정한 목표속도를 추종하도록 제어하거나, 또는 선행 차량과 거리설정부(30)에서 설정한 이격 거리를 유지하도록 제어할 수 있다.
주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량의 다양한 센서, 구동장치 및 조향장치 등을 제어하거나, 군집에 포함된 리더 차량 또는 후미 차량 등의 주행을 제어함으로써 군집의 자율 주행을 제어할 수 있다.
일반적인 평지에서 주행시 군집에 포함된 차량들이 모두 목표속도를 추종하도록 주행하는 경우, 선행 차량과 이격 거리를 유지할 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 모니터링부(10);를 더 포함할 수 있다.
모니터링부(10)는 군집에 포함된 각 차량의 주행 데이터를 계속해서 저장할 수 있다. 모니터링부(10)는 기저장한 주행 데이터을 이용하여 연비 데이터로 속도-연비 테이블 또는 그래프를 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 각 차량마다 제조사에서 제공하는 연비 데이터가 기저장될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평지를 주행하는 군집의 주행을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집에 포함된 차량의 급제동시 속도 프로파일을 도시한 것이다.
도 5 내지 6을 더 참조하면, 거리설정부(30)는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량(Veh_3) 및 선행 차량(Veh_2)의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리(d)를 설정할 수 있다.
도 6(a)는 선행 차량(Veh_2)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일이며, S_2는 속도 프로파일을 시간에 따라 적분한 값으로 선행 차량(Veh_2)의 정지 거리일 수 있다. 또한, 도 6(b)는 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일이며, S_3은 속도 프로파일을 시간에 따라 적분한 값으로 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 정지 거리일 수 있다.
특히, 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일은 선행 차량의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일보다 기설정된 시간(t_delay)만큼 지연되도록 후행 차량의 시간에 따른 속도 프로파일을 판단할 수 있다.
여기서, 제동 시점의 지연 시간(t_delay)은 일정한 값으로 기설정되거나, 선행 차량과 후행 차량 사이의 이격 거리(d) 및 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 주행속도를 기반으로 설정될 수 있다.
또한, 선행 차량(Veh_2) 및 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일은 기설정된 목표 감속도를 추종함에 따른 속도 프로파일로 설정될 수 있다(도 6(c)).
거리설정부(30)는 선행 차량(Veh_2)의 정지 거리(S_2) 및 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 정지 거리(S_3)를 고려하여 선행 차량(Veh_2)과 군집에 포함된 차량(Veh_3) 사이의 이격 거리(d)를 아래 수식과 같이 설정할 수 있다.
d ≥ S_3 - S_2 + α
여기서, α는 튜닝 파라미터이다.
거리설정부(30)는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고, 주행제어부(40)는, 거리설정부(30)에서 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 거리설정부(30)는 군집에 포함된 차량((Veh_3))의 제동시 속도 프로파일이 목표 감속도가 기설정된 크기 이하가 되도록 이격 거리(d)를 설정할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사도로를 주행하는 군집의 주행을 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 군집에 포함된 차량의 급제동시 속도 프로파일을 도시한 것이다.
도 8(a)는 선행 차량(Veh_2)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일이며, S_2는 속도 프로파일을 시간에 따라 적분한 값으로 선행 차량(Veh_2)의 정지 거리일 수 있다. 또한, 도 8(b)는 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일이며, S_3은 속도 프로파일을 시간에 따라 적분한 값으로 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 정지 거리일 수 있다.
또한, 선행 차량(Veh_2) 및 군집에 포함된 차량(Veh_3)의 급제동시 시간에 따른 속도 프로파일은 후술하는 보상 감속도를 추종함에 따른 속도 프로파일로 설정될 수 있다(도 8(c)).
도 7 내지 8을 더 참조하면, 거리설정부(30)는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고, 주행제어부(40)는, 거리설정부(30)에서 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
일 실시예로, 거리설정부(30)는 구배도센서(60)와 연결되어 구배도센서(60)에서 센싱한 도로의 구배도를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 구배도센서(60)는 차량이 피치(Pitch) 방향으로 회전된 회전각을 센싱하는 차량에 장착된 가속도 센서, 자세 센서 또는 피치 센서일 수 있다.
다른 실시예로, 거리설정부(30)는 네비게이션 정보를 입력 받아 구배도를 입력받을 수 있고, 또는 차량에 탑재된 대기압 센서와 연결되어, 대기압 센서에서 센싱한 대기압의 변화 및 차량의 속도를 기반으로 도로의 구배도를 추정할 수 있다. 더 구체적으로, 센싱한 대기압의 변화에 따른 중력 방향으로 이동하는 중력 방향 속도 및 차량의 속도를 이용하여 도로의 구배도를 추정할 수 있다.
또 다른 실시예로, 차량의 가속 또는 감속 주행 데이터를 이용하여 도로의 구배도를 추정할 수 있다.
구체적으로, 차량의 구동장치에서 발생시킨 구동력 또는 제동장치에서 발생시킨 제동력과 차량의 가속량 또는 감속량을 포함한 가속 또는 감속 데이터를 이용하여 도로의 구배도를 추정할 수 있다.
예를 들어, 가속페달의 답입량(APS 개도: Accelerator Position Sensor Opening), 브레이크 답입량 및 차량의 가속도를 이용하여 도로의 구배도를 추정하는 수식이 기저장되고, 구배도 추정부(40)는 기저장된 수식에 가속 또는 감속 데이터를 적용하여 도로의 구배도를 추정할 수 있다.
또 다른 실시예로, 차량의 전방을 촬영하도록 탑재된 카메라 센서를 이용하여 카메라에서 촬영한 차량의 전방 영상을 통해 차량의 전방 도로의 구배도를 추정할 수 있다.
일 실시예로, 거리설정부(30)는 도로의 구배도 크기가 기설정된 구배도 이상인 경우에 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정할 수 있다.
다른 실시예로, 거리설정부(30)는 도로의 구배도 크기에 따라 거리 구간의 크기를 설정할 수 있다.
거리설정부(30)는 도로의 구배도를 기반으로 거리 구간을 설정하되, 설정한 이격 거리 이상인 구간으로 거리 구간을 설정할 수 있다. 즉, 거리설정부(30)는 주행속도에 따라 급제동시 안전을 유지할 수 있는 이격 거리 이상으로 유지되도록 거리 구간을 설정할 수 있다.
특히 거리설정부(30)는, 거리 구간(d_interval)을 설정한 이격 거리(d) 이상이고, 이격 거리(d)와 기설정된 팩터(w)의 곱 이하인 구간으로 설정할 수 있다. 즉, 아래의 수식에 따라 거리 구간을 설정할 수 있다.
d ≤ d_interval ≤ d * w
일 실시예로, 기설정된 팩터(w)는 고정값으로 기설정될 수 있다.
다른 실시예로, 기설정된 팩터(w)는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정될 수 있다.
주행제어부(40)는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
일 실시예로, 주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 최고의 연비를 갖는 주행속도로 주행하도록 차량을 제어할 수 있다.
특히, 주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량의 주행속도가 선행 차량의 주행속도보다 빠른 경우, 선행 차량과의 거리가 설정한 이격거리(d)에 인접하면 속도를 감속함으로써 선행 차량과의 거리를 유지할 수 있다.
반대로, 주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량의 주행속도가 선행 차량의 주행속도보다 느린 경우, 선행 차량과의 거리가 이격 거리(d)와 기설정된 팩터(w)의 곱에 인접하면 속도를 가속함으로써 선행 차량과의 거리를 유지할 수 있다.
이에 따라, 주행제어부(40)는 군집에 포함된 차량을 제어함에 있어서 설정한 선행 차량과의 거리를 이격 거리에서 확장된 거리 구간 이내로 유지할 수 있어 차량의 속도에 대한 자유도를 향상시킬 수 있다. 특히, 주행제어부(40)는 선행 차량과의 거리를 거리 구간 이내로 유지하면서 차량의 연비를 향상시키기 위한 주행속도로 제어할 수 있다.
군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 제동전략부(50);를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 목표 감속도는 차량마다 기설정되어 저장될 수 있다.
다른 실시예로, 목표 감속도는 선행 차량 또는 장애물과의 이격 거리 및 차량의 주행속도에 따라 산출될 수 있다. 특히, 선행 차량 또는 장애물과의 상대 속도가 0이 되도록 감속하는 동안 차량의 주행 거리가 이격 거리보다 작도록 목표 감속도가 산출될 수 있다.
감속도 프로파일은 기설정된 목표 감속도를 추종하도록 제동 시점부터 시간에 따라 증가하도록 기설정될 수 있다.
제동전략부(50)는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 반영한 보상 감속도를 목표 감속도로 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정할 수 있다.
제동전략부(50)는 추정한 구배도에 따른 감속도를 목표 감속도에 반영한 보상 감속도를 산출하고, 산출한 보상 감속도를 기반으로 군집에 포함된 차량의 제동시 시간에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 판단할 수 있다.
경사 감속도(a_θ)는 추정한 구배도(θ)를 반영하여 아래와 같은 수식으로 산출할 수 있다.
a_θ = g*cos(θ) [m/s^2]
특히, 목표 감속도(a_ctr)는 평지에서의 목표 감속도(a_req)에 추정한 구배도(θ)를 반영한 경사 감속도(a_θ)와 를 합산하여 산출할 수 있다.
a_ctr = a_req + a_θ + tolerance value
여기서, tolerance value는 안전성을 위해 튜닝된 값일 수 있다.
다른 실시예로, 제동전략부(50)는, 산출한 충돌 예상 시간(TTC)을 기반으로 요구 제동 시점을 산출하고, 추정한 구배도에 따른 경사 제동 시간을 산출하며, 산출한 요구 제동 시점에 산출한 경사 제동 시간을 반영하도록 차량의 제동 전략을 판단할 수 있다.
충돌 예상 시간(TTC: Time To Collision)은 아래의 수식으로 산출할 수 있다.
TTC = t_col - t_cur = d / V_cur [sec]
여기서, d는 장애물과 차량 사이의 거리이고, V_cur는 현재 상태에서 장애물과 차량 사이의 상대속도이며, t_col는 충돌 예상 시점, t_cur는 현재 시점일 수 있다.
제동전략부(50)는 차량의 제동 전략으로 제동 시점을 판단할 수 있다. 제동 시점은 장애물과의 충돌이 예상되는 것으로 감지한 시점 또는 그 이후 시점으로 판단될 수 있다.
구체적으로, 요구 제동 시점은 상기 산출한 충돌 예상 시간(TTC) 또는 이를 기반으로 산출된 목표 감속도(a_req)의 Profile을 기반으로 산출될 수 있다.
더 구체적으로, 목표 감속도(a_req)의 Profile에는 요구 제동 시점이 포함되고, 예를 들어 목표 감속도(a_req)의 Profile은 최대 감속도 크기가 기설정된 값 이하가 되도록 요구 제동 시점이 설정될 수 있다.
즉, 일 실시예에 따르면, 제동전략부(50)는 목표 감속도(a_req)의 Profile이 최대 감속도 크기가 기설정된 값 이하로 되도록 요구 제동 시점을 설정할 수 있다.
또한, 제동전략부(50)는 추정한 구배도에 따른 경사 제동 시간을 산출할 수 있다. 일 실시예로, 경사 제동 시간은 추정한 구배도(θ)마다 경사 제동 시간이 기설정되거나, 다른 실시예로 추정한 구배도(θ)를 이용한 수식으로 산출될 수 있다.
일 실시예로, 경사 제동 시간은 내리막 구배도인 경우에는 양수의 값으로 산출되고, 오르막 구배도인 경우 음수의 값으로 산출되며, 구배도의 크기가 클수록 경사 제동 시간의 크기도 증가되도록 산출될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 군집 주행 제어 방법의 순서도이다.
도 9를 더 참조하면, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 단계(S400); 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계(S500); 및 설정한 목표속도 또는 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계(S600);를 포함한다.
군집의 목표속도를 설정하는 단계(S400)에서는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정할 수 있다.
군집의 목표속도를 설정하는 단계(S400) 이전에, 군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 단계(S300);를 더 포함할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계(S500)에서는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량 및 선행 차량의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리를 설정할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계(S500)에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고, 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계(S600)에서는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어할 수 있다.
선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계(S500)에서는, 거리 구간을 설정한 이격 거리 이상이고, 이격 거리와 기설정된 팩터의 곱 이하인 구간으로 설정할 수 있다.
기설정된 팩터는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정될 수 있다.
군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계(S600) 이전에, 군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 단계(S200);를 더 포함하고, 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계(S600)에서는, 설정한 제동 전략을 기반으로 차량의 주행을 제어할 수 있다.
특히, 군집의 목표속도를 설정하는 단계(S400) 이전에, 군집에 포함된 차량에 전방 충돌이 예상되는지 판단하는 단계(S100);를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 군집의 리더 차량에서 전방을 감지하는 레이더 센서, 라이다 센서 또는 카메라 센서 등에서 전방 충돌을 판단할 수 있다.
전방 충돌이 예상되는 것으로 판단시(S100), 제동 전략으로 설정하는 단계(S200)로 진행할 수 있다. 전방 충돌이 예상되지 않는 것으로 판단시(S100), 군집의 목표속도를 설정하는 단계(S400)로 진행할 수 있다.
제동 전략을 설정하는 단계(S200)에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 목표 감속도에 반영한 보상 감속도를 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 모니터링부 20 : 차속설정부
30 : 거리설정부 40 : 주행제어부
50 : 제동전략부 60 : 구배도센서

Claims (20)

  1. 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 차속설정부;
    차속설정부에서 설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 거리설정부; 및
    차속설정부에서 설정한 목표속도 또는 거리설정부에서 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 주행제어부;를 포함하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차속설정부는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 모니터링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    거리설정부는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량 및 선행 차량의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    거리설정부는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고,
    주행제어부는, 거리설정부에서 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    주행제어부는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    거리설정부는, 거리 구간을 설정한 이격 거리 이상이고, 이격 거리와 기설정된 팩터의 곱 이하인 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    기설정된 팩터는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정된 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 제동전략부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제동전략부는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 반영한 보상 감속도를 목표 감속도로 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 시스템.
  11. 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집의 목표속도를 설정하는 단계;
    설정한 목표속도를 기반으로 군집에 포함된 차량과 선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계; 및
    설정한 목표속도 또는 설정한 이격 거리를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    군집의 목표속도를 설정하는 단계에서는, 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 이용하여 군집의 연비가 최대가 되는 주행속도를 군집의 목표속도로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    군집의 목표속도를 설정하는 단계 이전에, 군집에 포함된 차량의 주행 데이터를 모니터링하고, 모니터링한 주행 데이터를 기반으로 주행속도별 연비 데이터를 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 목표속도로 주행하는 군집에 포함된 차량 및 선행 차량의 급제동시 속도 프로파일을 기반으로 이격 거리를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 기반으로 이격 거리를 포함한 거리 구간으로 확장하여 설정하고,
    군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 설정한 거리 구간을 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 선행 차량과의 거리를 설정한 거리 구간 이내로 유지하면서 군집에 포함된 차량의 주행속도별 연비 데이터를 기반으로 군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    선행 차량의 이격 거리를 설정하는 단계에서는, 거리 구간을 설정한 이격 거리 이상이고, 이격 거리와 기설정된 팩터의 곱 이하인 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    기설정된 팩터는 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도가 증가함에 따라 증가되도록 기설정된 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  19. 청구항 11에 있어서,
    군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계 이전에, 군집에 포함된 차량의 급제동시 목표 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 단계;를 더 포함하고,
    군집에 포함된 차량의 주행을 제어하는 단계에서는, 설정한 제동 전략을 기반으로 차량의 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    제동 전략을 설정하는 단계에서는, 군집 또는 군집에 포함된 차량이 주행하는 도로의 구배도를 목표 감속도에 반영한 보상 감속도를 산출하고, 산출한 보상 감속도에 따른 속도 프로파일을 제동 전략으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 군집 주행 제어 방법.
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