KR101645708B1 - 차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 현재 속도신호 및 가속도 신호를 인가받아 혼합 여과함으로써 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호, 편향 오차성분을 분리하여 출력하는 신호처리부, 차량의 주행환경에서 수득되는 외란을 추정하고, 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호에 외란을 적용하는 외란 추정부, 신호처리부로부터 인가받은 편향 오차성분 및 외란이 적용된 속도신호 및 가속도신호를 인가받아 오차 보정을 수행하고, 그 보정값을 적용하여 차량에 주행 제어신호를 발생시키는 주행 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법{APPARATUS FOR COMPENSATING AN ACCELERATION SENSOR SIGNAL AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 속도 및 가속도센서로부터 인가된 감지신호를 융합 계측함으로써 정확한 편향오차값을 분리하고, 엔진토크 및 브레이크 압력을 통해 종방향 외란을 추정하여, 그 외란 추정을 이용하여 보정을 수행함으로써 정밀한 동적 보정이 이루어지도록 한 차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법에 관한 것이다.

차량은 현대인의 기동력을 높여줌으로써 인간의 공간적 및 시간적 경쟁력을 극대화시킬 수 있게 하는 수단으로서, 현대인은 매일 상당히 긴 시간을 운전으로 보내고 있다.

이러한 실정을 반영하여 최근에는 운전자의 안전성과 편의성을 극대화시키기 위한 각종 제어장치나 제어방법이 속속 개발되고 있는 바, 대표적인 예로는 자동으로 속도를 제어해 주는 순항장치 뿐만 아니라 차간거리 제어, 정지서행이 가능한 지능형 순항장치등이 개발되어 고급 차량에 적용 중이다.

지능형 순항장치가 미적용된 차량이나 또는 지능형 순항 제어 장치가 적용된 차량은 공히 일반적인 주행 상황에서 마주할 수 있는 노면 경사나 가변 중량 등에 대한 보상이 반드시 필요하다.

왜냐하면, 차량은 환경적 상황 예컨대, 탑승인원, 적재무게, 노면상태, 주행 저항 등에 따라서 그 주행상태가 크게 가변되기 때문이다.(예컨대, 70kg성인 4명은 280kg으로 1.5톤 CVW차량의 약 20%에 해당함.)

도 1에 도시된 바와 같이, 노면 경사로 인해 가변되는 힘 또는 외란이라 불릴 수 있는 힘은 차량의 상품성, 안정성적인 측면에 악영향을 미친다. 마땅히 상품성과 안정성 향상을 위해 노면 경사 추정 및 외란 보상에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

주행환경에 따라 강풍 등 주행저항의 양이 가변적이고 이러한 외란들은 지능형 순항장치의 상품성과 안정성에 악영향을 미친다.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

종래에는 실제 주행환경에 악영향을 미치는 요소들을 보상하기 위해 차량이 경사로를 주행할 때, 차속과 종가속도 신호를 감지하고 브레이크 압력 등을 감지하여 운전자가 소망하는 속도로 자동 감속시켜 운전의 편의성을 향상시키는 기술이 개발되었다.

그러나, 이러한 기술은 운전자의 요구 차속과 현재 차속을 비교하여 그 차이값을 추정하는 것에 불과한 기술이므로, 궁극적으로 종가속도 센서를 노면 경사판단 센서로만 활용하는 것에 그치고 있으며, 종가속도 센서가 감지한 물리신호를 충분하게 활용하지 못하고 있다는 문제가 있었다. 게다가, 속도신호를 미분처리함으로써 신호의 반응성 및 노이즈 측면에서 매우 열악한 성능을 갖는다는 문제가 있었다.

한편, 가속도 센서는 아날로그 센서로서 대부분 편향오차를 갖는 바, 이러한 편향 오차는 제어성능과 안정성을 저해하는 요소로서 작용하기 때문에, 실제 사용 전에 영점 조정의 개념을 도입하여 편향오차를 보정하여야 한다.

그러나, 차량의 양산 과정에서 다수의 센서를 일일이 오차 보정하고자 할 때, ECU의 위치 및 차량의 구조, 조립 공정의 상황에 따라 오차 보정이 현실적으로 어렵다는 문제가 있었으며, 또한 조립공정 당시의 초기 보정으로는 장시간의 운행으로 인한 오차 발생에 대응할 수 없다는 문제가 있었다.

따라서, 종가속도계의 편향 오차를 보정하기 위해, 차량의 자동 제어에 관여하는 종가속도 센서(Longitudinal Acceleration Sensor)의 오프셋을 보정하기 위한 기술이 개발되었다.

이러한 기술은 ECU 및 가속도 센서가 기장착된 차량을 수평 및 평탄성이 이미 확보되어 있는 생산라인으로 이동시켜 유닛 차량의 종가속도 센서값을 감지하고, 기설정된 값이 되도록 오차를 보정하는 기술이다.

그러나, 이러한 기술은 어느 정도 동적인 오차보정이 가능한 기술이기는 하지만, 생산라인으로 차량을 이동시켜야 하므로 시간적 및 공간적으로 제약이 많다는 문제가 있었다. 또한, 노면경사나 주행저항 등의 외란을 전혀 고려하지 않는 보정이므로 보정의 정확성을 보장할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 속도 및 가속도센서로부터 인가된 감지신호를 융합 계측함으로써 정확한 편향오차값을 분리하고, 엔진토크 및 브레이크 압력을 통해 종방향 외란을 추정하여, 그 외란 추정을 이용하여 보정을 수행함으로써 정밀한 동적 보정이 이루어지도록 한 차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 차량의 가속도 센서 보정장치는 차량의 현재 속도신호 및 가속도 신호를 인가받아 혼합 여과함으로써 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호, 편향 오차성분을 분리하여 출력하는 신호처리부와; 차량의 주행환경에서 수득되는 외란을 추정하고, 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호에 외란을 적용하는 외란 추정부와; 상기 신호처리부로부터 인가받은 편향 오차성분 및 외란이 적용된 속도신호 및 가속도신호를 인가받아 오차 보정을 수행하고, 그 보정값을 적용하여 차량에 주행 제어신호를 발생시키는 주행 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 주행 제어부에서 연산된 오차 보정값을 저장하기 위한 메모리가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 신호처리부에서 분리된 편향오차 성분은 중력 편향오차와 초기 편향오차가 합쳐진 성분인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 신호처리부에서 가속도와 속도의 혼합 여과, 편향 오차성분의 분리는 하기의 식에 따라 연산됨을 특징으로 한다.

Z1: 차속센서 신호

Z2: 가속도 센서신호

X1: 추정차속(여과된 차속)

X2: 추정 가속도(여과된 가속도)

X3: 편향 오차(중력편향오차+초기 편향오차)

본 발명의 상기 외란 추정부는 브레이크 압력을 감지하는 브레이크 압력 감지부 및; 엔진 토크값을 인가하는 엔진 토크 입력부와 연계되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 외란 추정부는 상기 브레이크 압력값 및 엔진 토크값을 통해 노면경사, 주행저항, 탑승인원, 적재중량으로 인한 외란을 추정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 차량의 가속도 센서 보정방법은 차속 감지신호 및 가속도 감지신호를 신호처리부가 인가받는 단계와; 신호처리부에서 차속과 가속도를 혼합 여과하여 추정 차속과 추정 가속도를 연산하는 단계와; 신호처리부에서 혼합된 차속과 가속도에서 편향 오차성분을 분리하는 단계와; 추정차속과 추정 가속도에 대해, 브레이크 압력신호 및 엔진 토크값으로 인해 추정된 외란을 적용하는 단계와; 외란이 적용된 가속도 및 차속 결과값에 편향 오차성분을 반영하여 동적 보정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 속도 및 가속도를 상호 분리하지 않고 융합 계측함으로써 물리량의 연관성을 규정하고 필요한 성분을 분리해냄으로써 또한 편향오차를 분리하여 제어 보상에 활용할 수 있고, 이를 통해 신호 처리 로직의 성능을 향상시킬 수 있으며, 로직의 반응성을 가속할 수 있고 노이즈가 감소된다. 궁극적으로 순항제어기의 상품성과 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 엔진, 브레이크 상태 및 노후화에 의한 영향을 보상할 수 있고, 구동장치의 고장진단을 통한 SCC Fial 검지가 가능하다. 특히, 가속도센서의 편향오차를 동적으로 상시 보정할 수 있으므로 보정에 따른 라인 확보 또는 공정 추가가 불필요하며, 시간이나 정비에 따른 전기적 특성에 따른 편향오차도 보정할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 노면 경사시 차량의 경사 추정원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 도시한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치로 입력되는 센서 입력상태를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 통해 신호처리된 출력신호를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 통한 순항제어 성능신호를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치 및 그 보정방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 도시한 블록구성도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치로 입력되는 센서 입력상태를 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 통해 신호처리된 출력신호를 도시한 그래프, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치를 통한 순항제어 성능신호를 도시한 그래프이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)는 속도 및 가속도센서로부터 인가된 감지신호를 융합 계측함으로써 정확한 편향오차값을 분리하고, 엔진토크 및 브레이크 압력을 통해 종방향 외란을 추정하여, 그 외란 추정을 이용하여 보정을 수행함으로써 정밀한 동적 보정이 이루어지도록 한 장치이다.

보다 상세하게, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)는 차량의 속도를 감지하는 차속감지부(4)와; 가속도를 감지하는 가속도 감지부(6)로부터 신호를 수신하는 바, 차량의 현재 속도신호 및 가속도 신호를 인가받아 혼합 여과함으로써 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호, 편향 오차성분을 분리하여 출력하는 신호처리부(12)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)는 차량의 주행환경에서 수득되는 외란을 추정하고, 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호에 외란을 적용하는 외란 추정부(14)와; 상기 신호처리부(12)로부터 인가받은 편향 오차성분 및 외란이 적용된 속도신호 및 가속도신호를 인가받아 오차 보정을 수행하고, 그 보정값을 적용하여 차량에 주행 제어신호를 발생시키는 주행 제어부(16)를 포함한다.

또, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)에는 상기 주행 제어부(16)에서 연산된 오차 보정값을 저장하기 위한 메모리(18)가 더 포함되어져 있다.

이때, 상기 신호처리부(12)에서 분리된 편향오차 성분은 중력 편향오차와 초기 편향오차가 합쳐진 성분이다.

한편, 상기 신호처리부(12)에서 가속도와 속도의 혼합 여과, 편향 오차성분의 분리는 하기의 식에 따라 연산된다.

[식 1]

Z1: 차속센서 신호

Z2: 가속도 센서신호

X1: 추정차속(여과된 차속)

X2: 추정 가속도(여과된 가속도)

X3: 편향 오차(중력편향오차+초기 편향오차)

또한, 상기 외란 추정부(14)는 브레이크 압력을 감지하는 브레이크 압력 감지부(8) 및; 엔진 토크값을 인가하는 엔진 토크 입력부(10)와 연계되어 브레이크 압력신호 및 엔진 토크신호를 수신하여 외란을 추정하는 바, 이때의 외란은 차량의 종방향 외란이다. 즉, 노면경사, 주행저항, ETC 등이 차량의 종방향 외란을 상기 외란추정부(14)에서 추정한다.

보다 상세하게, 상기 외란 추정부(14)는 상기 브레이크 압력값 및 엔진 토크값을 통해 노면경사, 주행저항, 탑승인원, 적재중량으로 인한 외란을 추정할 수 있다.

상기한 구성의 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치의 기능과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치의 신호흐름을 도시한 플로우챠트이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)는 차속감지부(4) 및 가속도 감지부(6)로부터 차량의 속도와 가속도신호를 인가받는다. 즉, 차속 감지신호 및 가속도 감지신호를 신호처리부(12)가 인가받는다.

그리고, 상기 신호처리부(12)에서 차속과 가속도를 혼합 여과하여 추정 차속과 추정 가속도를 연산한다.

도 3에 도시된 속도 그래프(상부 그래프)와 가속도 그래프(하부 그래프)의 신호를 각각 차속감지부(4) 및 가속도 감지부(6)로부터 인가받아, 신호처리를 수행하면 도 4와 같은 추정속도 그래프(상부 그래프)와 추정가속도 그래프(하부 그래프)가 출력되게 된다. 추정 속도 및 추정 가속도는 반응시간을 유지하면서도 노이즈가 크게 감소됨을 확인할 수 있다.

동시에, 상기 신호처리부(12)에서 혼합된 차속과 가속도에서 편향 오차성분을 분리한다.

또한, 상기 외란추정부(14)는 추정차속과 추정 가속도에 대해, 상기 브레이크 압력감지부(8) 및 엔진토크 입력부(10)로부터 각각 브레이크 압력신호 및 엔진 토크값을 인가받아 추정 외란을 적용한다.

이를 통해, 상기 주행제어부(16)는 외란이 적용된 가속도 및 차속 결과값에 편향 오차성분을 반영하여 동적 보정을 수행한다.

외란추정기를 통한 동적 보상은 궁극적으로 노면 경사력을 보상할 수 있으며, 탑승인원, 적재량에 의한 가속 및 감속을 보상할 수 있다.

또한, 엔진, 브레이크 상태 및 노후화에 의한 영향을 보상할 수 있고, 구동장치의 고장진단을 통한 SCC Fial 검지가 가능하다.

특히, 가속도 감지부(6)의 편향오차를 동적으로 상시 보정할 수 있으므로 보정에 따른 라인 확보 또는 공정 추가가 불필요하며, 시간이나 정비에 따른 전기적 특성에 따른 편향오차도 보정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 가속도 센서 보정장치(2)는 속도 및 가속도를 상호 분리하지 않고 융합 계측함으로써 물리량의 연관성을 규정하고 필요한 성분을 분리해냄으로써 또한 편향오차를 분리하여 제어 보상에 활용할 수 있고, 이를 통해 신호 처리 로직의 성능을 향상시킬 수 있으며, 로직의 반응성을 가속할 수 있고 노이즈가 감소된다. 궁극적으로 순항제어기의 상품성과 안정성을 향상시킬 수 있다.

즉, 도 5를 살펴보면 순항제어 기능의 향상분을 검출할 수 있는 바, 가속 PI 제어의 반응속도가 빨라지며 Chattering 이 현저하게 감소됨을 확인할 수 있으며, 감속 P 제어의 Chattering도 감소됨을 확인할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

2: 가속도 센서 보정장치 4: 차속감지부
6: 가속도감지부 12: 신호처리부
14: 외란추정부 16: 주행제어부

Claims (7)

1. 차량의 현재 속도신호 및 가속도 신호를 인가받아 혼합 여과함으로써 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호, 편향 오차성분을 분리하여 출력하는 신호처리부와;
   차량의 주행환경에서 수득되는 외란을 추정하고, 여과된 속도신호 및 여과된 가속도신호에 외란을 적용하는 외란 추정부; 및
   상기 신호처리부로부터 인가받은 편향 오차성분 및 외란이 적용된 속도신호 및 가속도신호를 인가받아 오차 보정을 수행하고, 그 보정값을 적용하여 차량에 주행 제어신호를 발생시키는 주행 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주행 제어부에서 연산된 오차 보정값을 저장하기 위한 메모리가 더 포함된 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 신호처리부에서 분리된 편향오차 성분은 중력 편향오차와 초기 편향오차가 합쳐진 성분인 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 신호처리부에서 가속도와 속도의 혼합 여과, 편향 오차성분의 분리는 하기의 식에 따라 연산됨을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
   

   

   
   Z1: 차속센서 신호
   Z2: 가속도 센서신호
   X1: 추정차속(여과된 차속)
   X2: 추정 가속도(여과된 가속도)
   X3: 편향 오차(중력편향오차+초기 편향오차)
5. 제 1항에 있어서, 상기 외란 추정부는 브레이크 압력을 감지하는 브레이크 압력 감지부 및; 엔진 토크값을 인가하는 엔진 토크 입력부와 연계되어 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 외란 추정부는 상기 브레이크 압력 감지부가 감지한 브레이크 압력값 및 엔진 토크값을 통해 노면경사, 주행저항, 탑승인원, 적재중량으로 인한 외란을 추정할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정장치.
7. 차속 감지신호 및 가속도 감지신호를 신호처리부가 인가받는 단계와;
   신호처리부에서 차속과 가속도를 혼합 여과하여 추정 차속과 추정 가속도를 연산하는 단계와;
   신호처리부에서 혼합된 차속과 가속도에서 편향 오차성분을 분리하는 단계와;
   추정차속과 추정 가속도에 대해, 브레이크 압력신호 및 엔진 토크값으로 인해 추정된 외란을 적용하는 단계와;
   외란이 적용된 가속도 및 차속 결과값에 편향 오차성분을 반영하여 동적 보정을 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 가속도 센서 보정방법.

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