KR101716270B1 - 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법 - Google Patents

전방 지면 상태 추정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101716270B1
KR101716270B1 KR1020150171286A KR20150171286A KR101716270B1 KR 101716270 B1 KR101716270 B1 KR 101716270B1 KR 1020150171286 A KR1020150171286 A KR 1020150171286A KR 20150171286 A KR20150171286 A KR 20150171286A KR 101716270 B1 KR101716270 B1 KR 101716270B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ground
ultrasonic
unit
ground state
terrestrial
Prior art date
Application number
KR1020150171286A
Other languages
English (en)
Inventor
최세범
김민현
Original Assignee
한국과학기술원
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020150171286A priority Critical patent/KR101716270B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101716270B1 publication Critical patent/KR101716270B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/54—Audio sensitive means, e.g. ultrasound
    • B60W2550/14—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 전방 지면의 높이 차이에 의해 지면 위를 이동하는 물체(이하, '지상이동체'라고 함)에 줄 수 있는 유동을 최소화시키기 위한 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 지면 위를 이동하는 물체(이하,'지상이동체'라고 함)를 위한 전방 지면 상태 추정 장치로서,지상이동체의 진행방향 전단부에 설치된 초음파 송신기에 신호를 송신하는 송신부; 상기 초음파 송신기에 대하여 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 배열된 2개 이상의 초음파 수신기로부터 신호를 수신하는 수신부; 상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 보정을 수행하는 제1 보정처리부; 상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 지상이동체의 이동에 따른 보정을 수행하는 제2 보정처리부; 및 상기 송신부, 수신부, 제1 보정처리부 및 제 2 보정처리부를 제어하여 전방 지면상태 추정 처리를 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

전방 지면 상태 추정 장치 및 방법{THE FRONT GROUND STATE ESTIMATION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 전방 지면의 높이 차이에 의해 지면 위를 이동하는 물체(이하, '지상이동체'라고 함)에 줄 수 있는 유동을 최소화시키기 위한 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 보급이 급격히 확대됨에 따라 대다수의 가정이 자동차를 보유하고 있다.
한편, 자동차 보급이 확대됨에 따라 자동차와 관련된 사고 발생 또한 급격히 증가되고 있다.
이때, 자동차 사고는 운전 부주의에 의해 유발되는 것이 상당 부분이라 할 수 있으나, 일부는 도로에 장애물이 있거나, 함몰부가 있거나 빙판이 있거나, 빗물이 고여 있는 경우와 같이 지면 상태가 정상적이지 못한 상황에서 이를 인지하지 못하고 주행함으로써 유발되기도 한다.
따라서 운전자들은 자동차 주행 시 지면 상태를 파악하여 안내해 줄 수 있도록 하는 지면 상태 감지 장치를 기대하고 있다.
이러한 이유로 해당 분야에서는 자동차 주행 중에 지면 상태를 감지하여 안내할 수 있도록 하는 자동차용 지면 상태 감지 장치의 개발을 시도하고 있다.
그러나 현재까지 제안된 자동차용 지면 상태 감지 장치는 도로에 표시된 차선을 감지하거나 장애물의 유무를 판단하는 정도에 그치는 것이어서 지면 상태를 감지하여 안내한다고 하기에는 미흡한 문제가 있었다.
또한 현재까지 지면 상태 추정을 위해 레이저센서, 레이더, 스테레오 카메라 등이 사용되어 왔다. 하지만 이러한 센서들은 수십에서 수백만 원에 가격이 형성되어 있으며 수집하는 데이터의 양도 매우 많으므로 값비싼 고성능의 정보처리정보를 필요로 한다. 따라서 이를 이용한 지면 높이 추정장치는 매우 고가의 비용을 지불해야만 한다.
이를 해결하기 위하여 저가의 초음파 센서를 활용한 지면추정방식이 제안되어왔다. 초음파로 장애물이 있는지 없는지 판별하는 정도의 발명과 반사되는 초음파의 주파수 변화를 이용하는 발명이 제안되었다. 하지만 장애물의 유무 정도로 차체의 유동을 제어하기엔 정보가 부족하였고, 주파수 변화를 이용한 방법도 고가의 초음파 센서가 필요할 뿐만 아니라 지면의 정확한 위치 추정이 불가하였다.
KR 20-1995-0014177
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 전방 지면의 높이 차이에 의해 지면 위를 이동하는 물체(이하, '지상이동체'라고 함)에 줄 수 있는 유동을 최소화시키기 위하여 초음파 센서의 음속에 따른 거리정보를 보정하고 이동 속도에 따른 보정을 수행하는 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지면 위를 이동하는 물체(이하,'지상이동체'라고 함)를 위한 전방 지면 상태 추정 장치로서, 지상이동체의 진행방향 전단부에 설치된 초음파 송신기에 신호를 송신하는 송신부; 상기 초음파 송신기에 대하여 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 배열된 초음파 수신기로부터 신호를 수신하는 수신부; 상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 보정을 수행하는 제1 보정처리부; 상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 지상이동체의 이동에 따른 보정을 수행하는 제2 보정처리부; 및 상기 송신부, 수신부, 제1 보정처리부 및 제 2 보정처리부를 제어하며, 상기 송신부에 초음파를 발생시켜 상기 수신부에 수신되는 신호가 최대 2번이 되도록 수신감도를 조절한 후 전방 지면상태 추정 처리를 수행하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는 상기 초음파 수신기는 2개이다.
바람직하게는 상기 초음파 송신기는 지상이동체의 진행방향에 대하여 소정거리 앞쪽을 향하여 초음파를 발산시킨다.
바람직하게는 지상이동체의 속도정보를 수신하고 전방 지면상태 정보를 송신하는 통신부를 더 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 청구항 1에 기재된 전방 지면상태 추정장치를 이용하여 지면 위를 이동하는 물체(이하,'지상이동체'라고 함)를 위한 전방 지면 상태 추정 방법으로서, (a) 지상이동체의 상기 송신부에 초음파를 발생시켜 상기 수신부에 수신되는 신호가 최대 2번이 되도록 수신감도를 조절하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 수신감도가 조절된 후 지상이동체가 이동할 때 상기 송신부에서 초음파를 발생시키는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 발생된 상기 송신부의 초음파를 상기 수신부에서 각각 수신하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 제1 보정값을 얻는 단계; 및 (e) 상기 단계 (c)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 이동에 따른 제2 보정값을 얻는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1 보정값과 제2 보정값을 이용하여 획득한 전방 지면 상태 데이터에 기초하여 지상이동체의 자세를 제어하는 것이다.
본 발명에 의하면, 고급 차량에 장착된 레이더, 레이저, 스테레오 카메라를 이용한 고가의 지면 측정 장비들을 저가로 대체하는 효과가 있다.
또한 보급형 차량뿐만 아니라 이동 로봇에도 저렴하게 적용이 가능하여 승차감 향상과 동시에 조정성을 극대화 시켜주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지상이동체를 위한 전방 지면 상태 추정장치를 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전방 지면 상태 추정장치의 추정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 지상이동체를 위한 전방 지면 상태 추정 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 지상 이동체를 위한 전방 지면 상태 추정 장치를 통한 테스스베드에서의 성능 시험 결과를 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상이동체를 위한 전방 지면 상태 추정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 지면 위를 이동하는 물체(이하, '지상이동체'라고 한다.)를 위한 지면 상태 추정 장치는 초음파을 송수신하는 센서(100)와 이 센서를 제어하여 지면 상태를 추정하는 센서 제어 유닛(200)으로 구성된다. 지상이동체는 센서(100) 및 센서 제어 유닛(200)를 포함하는 지면 상태 추정 장치와, 지면 상태 추정 장치로부터 데이터를 전달받아 지상이동체의 자세를 조정하는 자세 조정 장치를 포함한다.
센서(100)는 초음파 센서로 초음파를 발산하는 초음파 송신기(110)와, 초음파 송신기(110)에서 발산되는 초음파를 수신하는 초음파 수신기(120a, 120b)로 구성된다. 초음파 센서는 가까운 거리에 있는 물체 혹은 사람의 유, 무, 거리측정, 속도측정 등에 사용되며, 초음파 소자는 고유 진동에 상당하는 교류 전압을 가하면 압전 효과에 의해서 효율이 좋게 진동해서 초음파를 발생시키게 된다.
초음파는 사람의 귀로 들을 수 없는 20khz대 이상의 음을 말하며, 초음파의 파장은 전파 속도를 주파수로 할당한 값으로 전자파의 속도는 3*108 m/s 이지만 음속은 약 344 m/s 로 아주 늦기 때문에 파장이 짧게 된다. 파장이 짧으면 거리 방향의 분해능이 높고 정밀도는 높은 계측을 할 수 있게 된다. 또한 물체의 유, 무를 감지하기 위해서는 초음파가 물체에 닿으면 반사하여야 한다. 금속이나 목재, 콘크리트나 종이 유리등은 초음파를 거의 100% 반사하지만 옷감등과 같은 것은 인조로 만들어져 공기가 포함되어 있는 물체는 초음파를 거의 흡수하기 때문에 센서 회로의 앰프의 이득을 높여야할 필요가 있다. 초음파는 온도에 영향을 받는다. 공기 중의 음파의 전송 속도 c=331.5+0.607t[m/s](t:주위온도) 로 표시되며 주위 온도에 따라서 음속이 변하기 때문에 물체까지의 거리를 정밀하게 측정하기 위해서는 온도에 따른 보정이 필요하다.
초음파 센서는 2개의 압전소자(또는 1개의 압전소자와 금속판)로 되어 있으며 2개의 압전소자로 되어 있는 것을 바이몰(bimole), 1개의 압전소자로 되어 있는 것을 유니몰(unimole)이라 한다. 이것에 초음파가 입사되면 압전소자는 진동해서 발생되고 역으로 압전 소자에 전압을 인가하면 초음파가 발생하게 된다. 초음파 센서는 센서 자신이 가지고 있는 고유 진동 주파수와 똑같은 주파수의 교류 전압을 가하면 좀 더 효율이 좋은 음파를 발생할 수 있다. 물체에서 반사된 음파를 그대로 센서로 입력(진동)시켜서 발생된 정압을 회로에서 처리하므로 측정거리를 계산할 수 있다.
초음파 송신기(110)는 지상이동체의 진행방향의 전단부에 설치하고, 초음파 수신기(120a, 120b)는 초음파 송신기(110)에 대하여 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 2개 이상을 배열하여 설치한다. 여기서 초음파 수신기(120a, 120b)는 초음파 송신기(110)와 최대한 붙여서 설치하며, 2개 이상을 이용하는 이유는 노이즈에 강인하기 위함이며 초음파 수신기(120a, 120b) 특성상 한 번씩 튀는 신호가 들어오기 때문이다. 또한, 초음파 송신기(110) 및 초음파 수신기(120a, 120b)를 최대한 붙여서 장착하는 이유는 지상이동체의 진행 방향에 대하여 오르막이나 내리막길의 경우 전방 지면 상태 추정 장치를 이용하여 측정한 지면 높이가 실제 높이에 비해 높게 측정되기 때문에 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(120a, 120b)를 최대한 붙여서 설치하고 초음파 수신기(120a, 120b) 끼리도 최대한 붙여서 설치한다. 또한 초음파 송신기(110)는 지상이동체의 진행방향에 대하여 소정거리 앞쪽을 향하여 초음파를 발산시킬 수도 있다.
센서 제어 유닛(200)은 지상이동체의 진행방향 전단부에 설치된 초음파 송신기(110)에 신호를 송신하는 송신부(210)와, 초음파 송신기(110)에 대하여 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 배열된 2개 이상의 초음파 수신기(120a, 120b)로부터 신호를 수신하는 수신부(220)와, 송신부(210)와 수신부(220)로부터 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 보정을 수행하는 제1 보정처리부(240)와, 송신부(210)와 수신부(220)의 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 지상이동체의 이동에 따른 보정을 수행하는 제2 보정처리부(250)와, 송신부(210)에 신호를 송신하고 수신부(220)에 신호를 수신하며, 제1 보정처리부(240)와 제2 보정처리부(250)를 제어하는 제어부(230)와, 제1 보정처리부(240)와 제2 보정처리부(250)로부터 얻은 지면정보를 지상이동체의 자세 조정 장치(300)로 전송하기 위한 통신부(260)를 포함한다.
송신부(210)는 초음파 송신기(110)를 통하여 초음파를 발산(출력)하기 위한 구성으로 송신 소자에 공진 주파수와 동시에 주파수의 발진 전력을 공급한다. 공급하는 신호는 구형파 펄스이고 전압 진폭은 1~20V 정도이며, 단 직류 성분이 없어야 하므로 콘덴서를 사용하여 직류성분을 제거하여 공급한다. 전압이 높으면 음압이 높게 되므로 멀리까지 보낼 수 있지만 약 10V에서 포화되어 10V이상 전압을 높여도 큰 효과는 없다.
수신부(220)는 초음파 수신기(120a, 120b)가 초음파를 수신하면 그 출력 단자에 전압을 출력한다. 수신 감도는 센서의 공진 주파수 근처가 초음파 송신기(110)와 마찬가지로 40khz가 가장 좋으며 출력에 부하 저항을 연결하면 그 양단에 초음파의 강약에 따라서 40khz의 정현파가 나타나게 된다. 출력 전압은 거리에 따라서 몇mV~수백mV 정도가 되기 때문에 이것을 증폭해서 비교기 등에서 고감도로 검출해서 디지털 신호로 변환하여 사용한다.
따라서, 송신부(210)에서 짧은 시간동안 펄스를 출력하여 신호가 물체에 도달하여 반사되어 되돌아오게 되는데, 이때 반사되어 되돌아온 신호를 수신부(220))에서 검출한다.
여기서, 송신 신호는 음속 Vs의 속도로 출력되기 때문에,
Figure 112015118326517-pat00001
이며,
여기서 t=신호가 되돌아 올 때 걸리는 시간이고, 음속 Vs=331.5+0.6T (T:온도(℃))이다.
예를 들어, 실내 온도를 25℃라 하고, 음속 Vs=340 m/s라고 하면, 음속이 1cm의 거리를 왕복하는데 걸리는 시간은 tc=2*0.01/340=58.824*10-6이 된다. 음속이 1cm의 거리를 왕복하는데 걸리는 시간은 58.824㎲ 가 구해지는 것이다.
제1 보정처리부(240)는 제어부(230)와 연동되어 송신부(210)에서 초음파를 송신 후, 수신부(220)에서 수신할 때까지의 시간이 카운트된(정해진 시간마다 1씩 증가하도록 프로그래밍) 데이터 값 ttof(Time-of-Flight)을 기초하여 음속변화에 따른 보정을 수행한다. ttof 를 통하여 초음파가 이동한 시간을 알았으니 음파의 속도를 이용하여 초음파가 반사된 위치를 알 수 있는데, 공기 중의 음속은 온도나 기압 그리고 기타 환경에 따라 달라지며, 센서 오프셋이나 제어부(230)에서 제어하는 카운터의 오프셋이 존재할 수 있으므로 본 발명에서는 제1 보정처리부(240)를 통해 이를 동적으로 보정하는 것이다.
여기서, 동적으로 보정하기 위하여 본 발명에서는 알고 있는 거리 D = A1 · ttof + A2 라는 식을 이용하며, A1 과 A2는 보정 상수이다. 즉, 보정 상수가 2개이니 2개의 알고 있는 거리 D1 과 D2를 이용하여 정하면 되는데 이에 대한 설명은 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2는 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(120a, 120b)가 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 나란하게 배열되어 설치되어 있으며 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(120a, 120b)는 최대한 붙여서 설치하였다. 초음파 송신기(110)와 초음파 수신기(120a, 120b)의 구조로 초음파 송신기(110)로부터 초음파 수신기(120a)까지의 거리 Da2와 , 초음파 수신기(120b)까지의 거리 Db2를 알 수 있으며, 지상이동체가 정지했을 때의 초음파 센서와 지면과의 거리 D를 통하여 본 발명에서는 Da1과 Db1을 보정할 수 있다.
먼저, 송신부(210)에서 초음파 송신기(110)로 한번 초음파를 발생시킨다. 이때 수신부(220)는 제어부(230)의 제어를 통하여 초음파 수신기(120a,120b)로 초음파가 최대 2번 수신되게끔 수신 감도를 조절한다. 이후 송신부(210)가 한 번 더 초음파 송신기(110)를 통해 초음파를 발생시켜서 초음파 수신기(120a)에 대하여 처음 들어온 신호의 ttof,a 는 ttof,a2 라 하고, 두 번째 들어온 신호의 ttof,a 는 ttof,a1 라고 하며, 초음파 수신기(120b)에 대해서도 동일하게 적용되어 처음 들어온 신호의 ttof,b 는 ttof,b2 라 하고, 두 번째 들어온 신호의 ttof,b 는 ttof,b1 라 한다.
여기서 상기 첫 번째 들어온 신호(ttof,a2 , ttof,b2)는 송신부(210)를 통하여 초음파 송신기(110)로부터 초음파 수신기(120a, 120b)를 통하여 수신부(220)에서 얻어진 데이터이다. 초음파 센서는 지향성이 있기 때문에 초음파가 설치 방향인 아래로 향하지만 매우 가까운 거리에 대해서는 전방위로 초음파가 발생된다. 따라서 초음파 송신기(110)에 대하여 초음파 수신기(120a, 120b))와의 거리 Da2, Db2로 나타낸다.
그리고 두 번째 들어온 신호는 노면에 반사되어 들어온 신호이다. 이때의 초음파가 이동한 거리를 Da1, Db1 이라 하며, 상기 ttof,a1 과 ttof,a2 그리고 ttof,b1 과 ttof,b2 그리고 Da1 과 Da2, Db1과 Db2를 이용하여 Aa1과 Aa2, Ab1과 Ab2를 정해줄 수 있다.
즉, 초음파 송신기(110)를 통해 초음파를 수신하는 초음파 수신기(120a, 120b)의 구조로부터 Da2와 Db2는 알 수 있으며, 송신부(210)와 수신부(220)에서의 신호로부터 ttof,a1, ttof,a2, ttof,b1, ttof,b2를 알 수 있으며, 본 발명에서는 Da1과 Da2, Db1과 Db2를 아래의 식 [1], 식 [2] 로부터 Aa1과 Aa2 , Ab1과 Ab2를 구한다.
식 [1]
Da2 = Aa1 · ttofa2 + Aa2
Da1 = Aa1 · ttofa1 + Aa2
식[2]
Db2 = Ab1 · ttofb2 + Ab2
Db1 = Ab1 · ttofb1 + Ab2
이와 같이 초음파를 1번 송신하여 바로 A1과 A2를 정할 수 있기에 주변 환경이 변화할 때 제1 보정처리부(240)로부터 지면과의 거리를 정확히 알 수 있다.
제2 보정처리부(250)는 송신부와 수신부의 신호를 이용하여 특정시간 t_0에 측정된 지면의 높이는 지상이동체의 속도에 따라 진행 방향으로 위치차를 가지므로 이를 보정하기 위한 구성이다. 위치차는 지상이동체의 속도에 따라 선형적으로 변하므로 위치차 ΔX = B1V + B2로 모델링할 수 있다. 여기서 V는 지상이동체의 속도이고 B1, B2는 최적화된 매개변수이다. 매개변수 B1 과 B2는 이미 알고 있는 지면에 대해 ICP(Iterative Closet Point) 알고리즘을 이용하여 실험적으로 알 수 있고, 가속도 센서를 이용하여도 구할 수 있다. 따라서 제2 보정처리부(250)를 통하여 진행 방향 축으로 지상이동체의 움직임에 대하여 강인한 지면 높이의 위치 추정이 가능해진다.
통신부(260)는 지상이동체로부터 속도정보를 수신하고 제1 보정처리부(240)와 제2 보정처리부(250)로부터 얻은 지면정보를 자세 조정 장치(300)로 송신한다.
자세 조정 장치(300)는 제1 보정처리부(240)와 제2 보정처리부(250)로부터 얻은 지면 높이 정보와 위치 정보로 지상이동체의 서스펜션이나 몸체 구동을 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 지면 위를 이동하는 물체를 위한 전방 지면 상태 추정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 초음파 송신기(110)에 초음파를 발생시켜 초음파 수신기(120a, 120b))의 수신감도를 조절한다(S110). 이때 수신감도는 초음파 송신기(110)에서 발생된 초음파가 최대 2번 수신되도록 초음파 수신기(120a, 120b)의 수신감도를 조절한다.
이후, 지상이동체가 이동할 때 송신부(210)에서 초음파 송신기(110)로 초음파를 발생한다(S120).
단계 (S120)에서 발생한 상기 송신부(210)의 초음파를 상기 수신부(220)에서 수신한다(S130). 여기서 수신부(220)에서의 수신은 초음파 수신기(120a, 120b) 각각을 수신하며, 초음파 수신기(120a, 120b)의 오류 신호를 신호처리를 통하여 오류 신호 성분을 제거할 수 있다.
단계 (S130)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속 변화에 따른 제 1 보정값을 구한다(S140).
그리고 단계(130)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 제 2 보정값을 구한다(S150).
이후, 단계 (S140)에서 구한 제1 보정값과 단계 (S150)에서 구한 제 2 보정값을 이용하여 획득한 전방 지면 상태 데이터에 기초하여 지상이동체의 자세를 제어한다(S160).
도 4는 본 발명에 따른 전방 지면 상태 추정 장치를 테스트베드에서의 성능 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4에서의 하늘색 선은 테스트 벤치 노면의 참값이고 붉은점은 추정치이다. 급한 내리막 길에서 실제 높이보다 조금 높게 나오는 것을 확인 할 수 있다. 그리고 ROC(Receiver Operating Characteristic) 커브는 추정에 대한 성능을 확인 할 때 사용하는 것으로 X축은 허용오차를 의미하고, Y축은 해당 허용오차 내에 들어가는 추정치의 비율을 의미한다. 예를 들어, 허용오차가 5mm일 때 약 70%의 데이터가 오차범위 내에 들어간다는 것을 알 수 있다. 그리고 AUC(Area under Curve)는 ROC 가 그리는 커브의 아래 면적을 의미한다. AUC가 클수록 성능이 좋은 것을 의미한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 초음파 센서 110: 초음파 송신기
120a, 120b: 초음파 수신기 200: 센서 제어 유닉
210: 송신부 220: 수신부
230: 제어부 240: 제1보정처리부
250: 제2보정처리부 250: 통신부
300: 자세 조정 장치 310: 자세 제어부

Claims (7)

  1. 지면 위를 이동하는 물체(이하,'지상이동체'라고 함)를 위한 전방 지면 상태 추정 장치로서,
    지상이동체의 진행방향 전단부에 설치된 초음파 송신기에 신호를 송신하는 송신부;
    상기 초음파 송신기에 대하여 지상이동체의 진행방향의 반대쪽으로 순차적으로 배열된 초음파 수신기로부터 신호를 수신하는 수신부;
    상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 보정을 수행하는 제1 보정처리부;
    상기 송신부와 상기 수신부의 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 지상이동체의 이동에 따른 보정을 수행하는 제2 보정처리부; 및
    상기 송신부, 수신부, 제1 보정처리부 및 제 2 보정처리부를 제어하며, 상기 송신부에 초음파를 발생시켜 상기 수신부에 수신되는 신호가 최대 2번이 되도록 수신감도를 조절한 후 전방 지면상태 추정 처리를 수행하는 제어부
    를 포함하는 전방 지면상태 추정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 수신기는 2개인 것
    을 특징으로 하는 전방 지면상태 추정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 초음파 송신기는 지상이동체의 진행방향에 대하여 소정거리 앞쪽을 향하여 초음파를 발산시키는 것
    을 특징으로 하는 전방 지면상태 추정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    지상이동체의 속도정보를 수신하고 전방 지면상태 정보를 송신하는 통신부를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전방 지면상태 추정장치.
  5. 청구항 1에 기재된 전방 지면상태 추정장치를 이용하여 지면 위를 이동하는 물체(이하,'지상이동체'라고 함)를 위한 전방 지면 상태 추정 방법으로서,
    (a) 지상이동체의 상기 송신부에 초음파를 발생시켜 상기 수신부에 수신되는 신호가 최대 2번이 되도록 수신감도를 조절하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 수신감도가 조절된 후 지상이동체가 이동할 때 상기 송신부에서 초음파를 발생시키는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에서 발생된 상기 송신부의 초음파를 상기 수신부에서 각각 수신하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터에 기초하여 음속변화에 따른 제1 보정값을 얻는 단계; 및
    (e) 상기 단계 (c)에서 수신한 신호를 이용하여 측정된 데이터 및 지상이동체의 속도에 기초하여 이동에 따른 제2 보정값을 얻는 단계
    를 포함하는 전방 지면상태 추정방법.
  6. 청구항 5에 있어서
    상기 제1 보정값과 제2 보정값을 이용하여 획득한 전방 지면 상태 데이터에 기초하여 지상이동체의 자세를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 전방 지면상태 추정방법.
  7. 삭제
KR1020150171286A 2015-12-03 2015-12-03 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법 KR101716270B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150171286A KR101716270B1 (ko) 2015-12-03 2015-12-03 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150171286A KR101716270B1 (ko) 2015-12-03 2015-12-03 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101716270B1 true KR101716270B1 (ko) 2017-03-14

Family

ID=58459875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150171286A KR101716270B1 (ko) 2015-12-03 2015-12-03 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101716270B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020045978A1 (ko) * 2018-08-29 2020-03-05 한국과학기술원 초음파 신호를 이용한 노면 종류 추정 방법 및 장치
KR102397312B1 (ko) 2021-11-17 2022-05-12 주식회사 모바휠 음파의 도메인 변환을 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102415195B1 (ko) 2021-11-17 2022-06-30 주식회사 모바휠 대기 감쇄량이 보정된 음파를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102505159B1 (ko) 2021-11-17 2023-03-02 주식회사 모바휠 음파를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102638589B1 (ko) 2023-09-27 2024-02-20 주식회사 모바휠 차량의 기장착 센서를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102656603B1 (ko) 2023-09-27 2024-04-11 주식회사 모바휠 이동체의 속도 추정을 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR20240053377A (ko) 2022-10-17 2024-04-24 주식회사 모바휠 비전센서와 음파센서가 구비된 도로 상태 모니터링 시스템 및 그 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0714940Y2 (ja) * 1988-08-31 1995-04-10 三菱自動車工業株式会社 路面状況検出装置
KR950014177A (ko) 1993-11-27 1995-06-15 박흥기 고투명 착색 폴리에스테르 필름
JPH0769421B2 (ja) * 1990-03-20 1995-07-31 日本無線株式会社 車載用多目的超音波計測装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0714940Y2 (ja) * 1988-08-31 1995-04-10 三菱自動車工業株式会社 路面状況検出装置
JPH0769421B2 (ja) * 1990-03-20 1995-07-31 日本無線株式会社 車載用多目的超音波計測装置
KR950014177A (ko) 1993-11-27 1995-06-15 박흥기 고투명 착색 폴리에스테르 필름

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020045978A1 (ko) * 2018-08-29 2020-03-05 한국과학기술원 초음파 신호를 이용한 노면 종류 추정 방법 및 장치
KR102397312B1 (ko) 2021-11-17 2022-05-12 주식회사 모바휠 음파의 도메인 변환을 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102415195B1 (ko) 2021-11-17 2022-06-30 주식회사 모바휠 대기 감쇄량이 보정된 음파를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102505159B1 (ko) 2021-11-17 2023-03-02 주식회사 모바휠 음파를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR20240053377A (ko) 2022-10-17 2024-04-24 주식회사 모바휠 비전센서와 음파센서가 구비된 도로 상태 모니터링 시스템 및 그 방법
KR102638589B1 (ko) 2023-09-27 2024-02-20 주식회사 모바휠 차량의 기장착 센서를 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법
KR102656603B1 (ko) 2023-09-27 2024-04-11 주식회사 모바휠 이동체의 속도 추정을 이용한 노면 종류 추정 장치 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101716270B1 (ko) 전방 지면 상태 추정 장치 및 방법
US10011275B2 (en) Collision prevention device
US20180031701A1 (en) Obstacle monitoring using motion-compensated distance
US20200413188A1 (en) Reducing or eliminating transducer reverberation
US10983188B2 (en) Object notification apparatus
JP2642977B2 (ja) 道路の状態を認識するための装置
WO2014178173A1 (ja) 障害物検出装置
JP6445419B2 (ja) 物体検出装置、及び物体検出方法
US9684067B2 (en) Sound wave sensor, correction value setting device, and distance detecting device
GB2500290A (en) Ultrasonic detector for vehicle
JP4197033B2 (ja) レーダ
US20170108586A1 (en) Object detection device and object detection method
KR20110012584A (ko) 초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법
US6279396B1 (en) Ultrasonic-wave distance measuring method and apparatus of separate transmission and reception type reflection system
KR102300646B1 (ko) 흡음계수를 이용한 초음파센서의 신호 보상방법 및 이를 이용한 신호 보상장치
CN111615640A (zh) 用于运行声学传感器的方法和设备
KR20170069332A (ko) 기상 환경에 따른 초음파 센서의 신호 보정 시스템 및 그 동작 방법
CN101187706A (zh) 距离测量方法和距离测量装置
US20240004066A1 (en) Method for characterising an object in an environment of a motor vehicle
US6683533B1 (en) Inter-vehicle distance measuring system and apparatus measuring time difference between each detection time of same road surface condition
Kim et al. Estimation of road surface height for preview system using ultrasonic sensor
JP2016191614A (ja) 障害物検出装置、湿度補正値算出方法、および超音波受波しきい値決定方法
US10393873B2 (en) Adaptive mitigation of ultrasonic emission in vehicular object detection systems
CN110709729A (zh) 物体检测装置
US11579277B2 (en) Position detection system and processing device

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 4