KR101789073B1

KR101789073B1 - 차량의 곡률 반경 추정 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101789073B1
Application number: KR1020110084592A
Authority: KR
Inventors: 문승욱
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2017-10-23
Also published as: CN102951157B; CN102951157A; KR20130021985A

Abstract

본 발명에서는 요속도에 대하여 서로 다른 특성을 가진 2개의 필터를 사용하여 운전자 조향각에 따라 가중치를 적용하고, 이를 이용하여 곡률 반경을 추정한다. 즉, 본 발명에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법은, 차량의 요속도, 운전자 조향각 및 차량속도를 입력받는 단계와, 상기 운전자 조향각이 0이 아닌 경우, 상기 차량의 요속도를 제1 신호처리 필터로 필터링하는 단계와, 상기 운전자 조향각이 0인 경우, 상기 상기 차량의 요속도를 상기 제1 신호처리 필터에 비해 느린 응답성이 있는 제2 신호처리 필터로 필터링하는 단계와, 상기 제1 및 제2 신호처리 필터에 의해 필터링된 제1 요속도 및 제2 요속도에 대하여 가중치를 적용하는 단계와, 상기 가중치가 적용된 최종 요속도와 상기 차량속도를 이용하여 상기 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

차량의 곡률 반경 추정 방법 및 그 장치{Method and apparatus for estimating radius of curvature of vehicle}

본 발명은 차량의 곡률 반경 추정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 대상차량 선정에 필요한 주행방향을 추정하기 위하여 차량의 곡률 반경을 추정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

운전자의 편의를 향상하기 위한 운전자 보조/지원(Driver Assist) 시스템으로서 스마트 크루즈 컨트롤 시스템이 차량에 장착되고 있다.

스마트 크루즈 컨트롤 시스템은 전방의 차량을 감지해 거리 및 상대속도를 측정하여 가속 페달이나 브레이크 페달의 조작 없이 전방의 차량과 일정한 거리를 유지시켜 주는 편의 장치이다. 이 때 곡선 도로를 주행하거나 운전자의 조향 조작 등에 따라 대상 차량의 곡률 반경을 추정해야 할 필요가 발생한다.

곡률 반경을 추정하는 종래기술의 예로는 특허출원 10-2006-97798호나 10-1999-66446호 등이 있다.

이와 같은 종래기술에서는 통상 단일한 응답성을 가진 하나의 필터를 사용하여 요속도 신호를 처리하고 있기 때문에, 도로표면 상태, 운전자 조향 조작 등의 다양한 주행 상황에 대응하는 것에 한계가 있다.

따라서, 필터 설계시에 고려한 상황에서는 곡률 추정의 정확도가 높으나, 이외의 상황에서는 곡률 추정의 정확도가 저하되어 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 대상 타겟 선정을 위해 사용할 경우 대상 타겟 선정의 성능이 저하될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 곡률 반경 또는 곡률을 추정하기 위하여 조향각과 요속도 신호를 함께 사용하는 방법이 제시되었다.

그러나, 이러한 방법의 경우 서로 다른 신호를 이용하므로 각각의 추정 결과값 사이에 차이가 발생하여 불연속 부분이 발생할 수 있으며, 이로 인해 곡률(또는 곡률 반경) 추정의 정확도가 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 다양한 상황에서 곡률 추정의 정확도를 높일 수 있는 차량의 곡률 반경 추정 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 스마트 크루즈 컨트롤 시스템에서 차선 정보 없이 강건한(robust) 곡률 추정 방법을 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 요속도에 대하여 서로 다른 특성을 가진 2개의 필터를 사용하여 운전자 조향각에 따라 가중치를 적용하고, 이를 이용하여 곡률 반경을 추정한다.

즉, 본 발명의 일면에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법은, 차량의 요속도, 운전자 조향각 및 차량속도를 입력받는 단계와, 상기 운전자 조향각이 0이 아닌 경우, 상기 차량의 요속도를 제1 신호처리 필터로 필터링하는 단계와, 상기 운전자 조향각이 0인 경우, 상기 상기 차량의 요속도를 상기 제1 신호처리 필터에 비해 느린 응답성이 있는 제2 신호처리 필터로 필터링하는 단계와, 상기 제1 및 제2 신호처리 필터에 의해 필터링된 제1 요속도 및 제2 요속도에 대하여 가중치를 적용하는 단계와, 상기 가중치가 적용된 최종 요속도와 상기 차량속도를 이용하여 상기 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 가중치는 상기 운전자의 조향각이 클수록 작아지도록 설정될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 신호처리 필터는 서로 다른 업데이트 게인(K)을 갖는 칼만 필터로서, 상기 제2 신호처리 필터의 업데이트 게인이 상기 제1 신호처리 필터의 업데이트 게인에 비해 작은 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 면에 따른 차량의 곡률 반경 추정 장치는, CAN 통신을 통하여 차량의 요속도, 운전자의 조향각 및 차량속도를 입력받아 차량의 곡률 반경을 추정하는 장치로서, 운전자의 조향입력이 있는 경우에 상기 요속도를 필터링하는 제1 신호처리 필터와, 운전자의 조향입력이 없는 경우에 상기 요속도를 필터링하며, 상기 제1 신호처리 필터에 비해 느린 응답성이 있는 제2 신호처리 필터와, 상기 빠른 제1 및 제2 신호처리 필터에 의해 필터링된 제1 요속도 및 제2 요속도에 대하여 가중치를 적용하는 가중치 합 계산부와, 상기 가중치 합 계산부에 의해 결정된 최종 요속도와 상기 차량속도를 이용하여 상기 곡률 반경을 추정하는 곡률 반경 계산부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 곡률 반경 추정의 정확도를 기존의 방법 대비 11~26%까지 향상할 수 있으며, 곡률 반경 추정 성능의 향상으로 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 대상 타겟 선정 성능이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법에서 운전자의 조향각에 따른 가중치를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 선형화(linearization)한 도면이다.
도 4는 실제 도로주행 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법의 추정값과 GPS 장비를 이용한 실제값을 비교한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 나타내는 블록도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법에서는 곡률 반경을 추정하기 위하여 요속도(γ)와 차량 속도(Vs) 및 운전자의 조향각(δ)을 이용한다.

요속도에 대해서는 상황에 따라 서로 다른 응답성을 갖는 두 개의 필터, 즉 신호처리 필터 #1(110)와 신호처리 필터 #2(120)를 사용하여 필터링된 요속도를 사용한다. 이는 실제 도로상에서 요속도 신호는 주행상황(도로표면 상태 및 거칠기, 운전자의 조향 조작 등)에 따라 매우 민감하게 영향을 받기 때문이다.

즉, 운전자의 조향 입력이 있는 경우, 빠른 응답성이 있는 있는 필터(신호처리 필터 #1)(110)를 이용하여 요속도 신호를 처리함으로써 곡선로와 같은 곡률 변화에 민감하도록 한다.

반대로 운전자의 조향 입력이 없는 경우에는 상대적으로 느린 응답성이 있는 필터(신호처리 필터 #2)(120)를 이용하여 도로표면 등과 같은 외부환경에 둔감하도록 처리된 신호를 이용하여 곡률 반경을 추정하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법에서 사용되는 필터는 다음의 [수학식 1]과 같은 칼만(Kalman) 필터를 기반으로 한다. 여기에서 차량 요속도 신호와 요속도 신호의 확률적 특성을 이용하여 추정값을 결정하는데, 빠른 응답성을 가진 필터(110)는 업데이트 게인(K)이 큰 값을 가지며, 느린 응답성을 가진 필터(120)는 상대적으로 작은 업데이트 게인(K)을 갖도록 설계한다.

여기에서 z(k)는 차량 CAN으로부터의 요속도 신호(측정값)이고,

는 요속도의 추정값이다.

다음으로 운전자의 조향각에 따른 가중치를 적용하는데, 운전자 조향각의 크기에 따라, 0~1 사이의 가중치가 결정된다. 운전자 가중치의 값은 도 2의 그래프에 나타난 바와 같이 결정할 수 있다.

이 때 운전자의 조향각은 차량 센서를 통해 얻을 수 있으며, 조향각의 절대값을 취하여 가중치 결정에 적용한다.

이제 가중치 합 계산 단계(130)에서 가중치가 적용된 요속도 신호를 구하게 되는데, 서로 다른 필터의 출력값을 가중치에 따라 반영 정도를 결정하여 구한다. 상술한 운전자의 조향각에 따른 가중치의 결정 과정에서 운전자의 조향각이 큰 경우 가중치가 작아지도록 설정하였으므로 최종 요속도는 {(1-가중치)*요속도1+(가중치)*요속도2}(여기에서 요속도1은 빠른 응답성을 가진 필터(120)에 의해 처리된 요속도이고, 요속도2는 느린 응답성을 가진 필터(110)에 의해 처리된 요속도이다)와 같이 나타낼 수 있으며, 다음의 [수학식 2]와 같이 결정된다.

이제 가중치가 적용된 요속도 신호와 차량 속도를 이용하여 곡률 반경을 계산할 수 있다(140).

즉, 곡률 반경은 다음의 [수학식 3]에 의하여 결정된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 선형화(linearization)한 도면이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 요속도에 대하여 각각 빠른 응답성 신호처리 필터(310)와 느린 응답성의 신호처리 필터(320)를 사용하고, 운전자의 조향각에 따른 가중치 W를 이용하여 가중치 합(330)을 적용한 최종 곡률을 계산하여, 최종 곡률과 주행속도에 따른 곡률 반경을 추정한다(340).

도 4는 실제 도로주행 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법의 추정값과 GPS 장비를 이용한 실제값을 비교한 그래프이다.

GPS 신호를 이용하여 계산한 곡률값을 실제값(reference)으로 간주하였으며, 실선은 정밀 GPS를 이용한 계측(실제값)을 나타내고, 점선은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 이용한 추정값을 나타낸다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 이용한 추정값이 실제값과 매우 근접함을 알 수 있다.

다음의 [표 1] 및 [표 2]는 각각 다양한 주행상황을 대표하는 장시간 주행 시나리오 #1과 #2에 대하여 단일 필터를 사용한 경우와 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법에서와 같이 서로 다른 특성을 가진 2개의 필터를 운전자 조향각에 따라 가중치를 적용하여 이용한 결과를 비교한 표이다.

	본 발명의 실시예	빠른 응답성 필터	느린 응답성 필터
RMS error(m^-1)	8.4407×10^-4	9.5613×10^-4	8.6452×10^-4
MAX error(m^-1)	0.0063	0.0064	0.0067

	본 발명의 실시예	빠른 응답성 필터	느린 응답성 필터
RMS error(m^-1)	1.0670×10^-4	1.0665×10^-4	1.4455×10^-4
MAX error(m^-1)	6.4237×10^-4	6.4237×10^-4	8.9233×10^-4

[표 1] 및 [표 2]에서 보는 바와 같이, 단일한 특성의 필터를 이용하는 것보다 서로 다른 특성을 가진 2개의 필터를 운전자 조향각에 따라 가중치를 적용하여 이용하는 본 발명의 실시예의 방법에 따른 결과가 실제 곡률값과의 오차가 작음을 확인할 수 있다.

즉, 다양한 주행상황을 대표하는 장시간 주행시나리오 #1(표 1), #2(표 2)에 대하여 평균적인 RMS 오차와 최대 오차가 작은 것을 볼 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 방법을 사용할 경우 곡률 반경 추정의 정확도를 기존의 방법 대비 11~26%까지 향상할 수 있으며, 곡률 반경 추정 성능의 향상으로 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 대상 타겟 선정 성능이 향상될 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

차량의 요속도, 운전자 조향각 및 차량속도를 입력받는 단계와,
상기 운전자 조향각이 0이 아닌 경우, 상기 차량의 요속도를 제1 신호처리 필터로 필터링하는 단계와,
상기 운전자 조향각이 0인 경우, 상기 상기 차량의 요속도를 상기 제1 신호처리 필터에 비해 느린 응답성이 있는 제2 신호처리 필터로 필터링하는 단계와,
상기 제1 및 제2 신호처리 필터에 의해 필터링된 제1 요속도 및 제2 요속도에 대하여 가중치를 적용하는 단계와,
상기 가중치가 적용된 최종 요속도와 상기 차량속도를 이용하여 상기 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함하는 차량의 곡률 반경 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 가중치는,
상기 운전자의 조향각이 클수록 작아지도록 설정된 것인 차량의 곡률 반경 추정 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 신호처리 필터는,
서로 다른 업데이트 게인(K)을 갖는 칼만 필터로서, 상기 제2 신호처리 필터의 업데이트 게인이 상기 제1 신호처리 필터의 업데이트 게인에 비해 작은 것인 차량의 곡률 반경 추정 방법.
CAN(Controller Area Network) 통신을 통하여 차량의 요속도, 운전자의 조향각 및 차량속도를 입력받아 차량의 곡률 반경을 추정하는 장치로서,
운전자의 조향입력이 있는 경우에 상기 요속도를 필터링하는 제1 신호처리 필터와,
운전자의 조향입력이 없는 경우에 상기 요속도를 필터링하며, 상기 제1 신호처리 필터에 비해 느린 응답성이 있는 제2 신호처리 필터와,
상기 빠른 제1 및 제2 신호처리 필터에 의해 필터링된 제1 요속도 및 제2 요속도에 대하여 가중치를 적용하는 가중치 합 계산부와,
상기 가중치 합 계산부에 의해 결정된 최종 요속도와 상기 차량속도를 이용하여 상기 곡률 반경을 추정하는 곡률 반경 계산부를 포함하는 차량의 곡률 반경 추정 장치.
제4항에 있어서, 상기 가중치는,
상기 운전자의 조향각이 클수록 작아지도록 설정된 것인 차량의 곡률 반경 추정 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 신호처리 필터는,
서로 다른 업데이트 게인(K)을 갖는 칼만 필터로서, 상기 제2 신호처리 필터의 업데이트 게인이 상기 제1 신호처리 필터의 업데이트 게인에 비해 작은 것인 차량의 곡률 반경 추정 장치.