KR101846205B1

KR101846205B1 - 도로 구배 판단 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101846205B1
Application number: KR1020160166090A
Authority: KR
Inventors: 조형상; 김빛나
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-05-18

Abstract

본 발명은 도로 구배 판단 장치에 대한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치는 차량에 장착된 센서를 이용하여 도로의 경사각을 판단하는 도로 구배 판단 장치에 있어서, 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단하는 피치각 산출조건 판단부; 가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출하는 제1 피치각 산출부; 차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 제2 피치각 산출부; 및 상기 제1 피치각 산출부에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출부에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출하는 피치각 융합부를 포함한다.

Description

도로 구배 판단 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DECIDING ROAD GRADIENT}

본 발명은 도로 구배 판단 기술에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 차량에 구비된 복수의 센서에서의 센싱값을 융합하여 도로 구배를 판단하는 기술에 관한 것이다.

차량이 경사로를 주행할 때 차량의 안정성 및 운전자 편의를 위해 불필요한 변속을 방지해야 한다. 또한, 일정한 속도를 유지하는 Auto Cruise Control 모드에서는 경사로를 만나면 스로틀 밸브를 더 개방함으로써 속도를 더 안정적으로 유지할 수 있도록 해야 한다. 따라서, 차량이 경사로를 주행할 때는 선행적으로 도로의 경사각을 판단해야 한다.

도로의 경사각을 판단하는 방법으로는 종가속도 센서 기반 판단 방법과 차량 모델 기반 판단 방법 등이 있다. 종가속도 센서 기반 판단 방법은 종가속도 센서의 출력값과 실제 차량의 종가속도를 나타내는 차속의 미분값을 비교하여 경사 각도만큼 종방향으로 발생되는 중력 성분을 검출하여 도로의 경사각을 판단한다. 차량 모델 기반 판단 방법은 차량 구동 시스템의 최종 토크 출력값과 실제 차속의 증가율의 차이로 도로의 경사각을 판단한다.

이때, 종가속도 센서 기반 판단 방법은 가속도 센서에서 발생되는 노이즈와 차속 센서의 미분으로 증폭된 노이즈가 존재하기 때문에 이를 감쇄시키기 위해 로우 패스 필터(Low Pass Filter)를 활용해야 한다. 이 경우, 위상 지연이 발생하는 로우 패스 필터의 특성상 실제 경사각과 종가속도 센서 기반 판단 방법에 따른 경사각 사이에 시간 지연이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 차량 모델 기반 판단 방법은 주행 저항에 대해 예측이 필요하기 때문에 정확한 경사각 판단이 어려울 뿐 아니라, 종가속도 센서 기반 판단 방법과 마찬가지로 로우 패스 필터를 활용해야 하므로, 시간 지연이 발생하는 문제점도 있다.

따라서, 종가속도 센서 기반 판단 방법 및 차량 모델 기반 판단 방법에 의하여 경사각 판단시 시간 지연이 발생하므로, 차량이 경사로를 주행할 때 불필요한 변속이 발생할 수 있으며, Auto Cruise Control 모드에서는 경사로를 만날 때 스로틀 밸브가 뒤늦게 반응함으로써 안정적인 속도 유지가 어려운 문제점이 있다.

(특허번호 1) 대한민국등록특허공보 제10-1117395호

본 발명은 차량이 경사로 주행시 차량에 장착된 복수의 센서를 이용하여 산출한 도로의 피치각을 주파수 영역별로 융합하여 도로 구배를 판단하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치는 차량에 장착된 센서를 이용하여 도로의 경사각을 판단하는 도로 구배 판단 장치에 있어서, 가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출하는 제1 피치각 산출부; 차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 제2 피치각 산출부; 및 상기 제1 피치각 산출부에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출부에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출하는 피치각 융합부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단하는 피치각 산출조건 판단부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 피치각 산출부 및 상기 제2 피치각 산출부는 상기 피치각 산출조건 판단부에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 상기 소정값 미만인 경우, 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 피치각 산출부는 상기 제1 가속도 값에서 상기 차속 값을 미분하여 산출한 제2 가속도 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제1 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 피치각 산출부는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값과 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 피치각 산출부는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값과 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 상보 필터는 동일한 차단 주파수를 갖는 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 및 하이 패스 필터(High Pass Filter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 피치각 융합부는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 피치각 융합부는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하여 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 추출하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하여 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 추출하며, 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분과 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 합하여 상기 융합 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 방법은 차량에 장착된 센서를 이용하여 도로의 경사각을 판단하는 도로 구배 판단 방법에 있어서, 가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출하는 제1 피치각 산출 단계; 차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 제2 피치각 산출 단계; 및 상기 제1 피치각 산출부에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출부에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출하는 피치각 융합 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단하는 피치각 산출조건 판단 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 피치각 산출 단계 및 상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 피치각 산출조건 판단 단계에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 상기 소정값 미만인 경우, 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 피치각 산출 단계는 상기 제1 가속도 값에서 상기 차속 값을 미분하여 산출한 제2 가속도 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제1 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값과 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값과 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 피치각 융합 단계는 상기 제1 피치각을 상기 상보 필터에 포함된 로우 패스 필터(Low Pass Filter)에 적용하고, 상기 제2 피치각을 상기 상보 필터에 포함된 하이 패스 필터(High Pass Filter)에 적용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 피치각 융합 단계는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하여 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 추출하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하여 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 추출하며, 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분과 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 합하여 상기 융합 피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량이 경사로 주행시 차량에 장착된 가속도 센서 및 차속 센서를 이용하여 산출한 도로의 피치각과 차고 센서 또는 타이어 압력 센서를 이용하여 산출한 도로의 피치각을 주파수 영역별로 융합하여 도로 구배를 판단한다.

이에 따라, 차량에 장착된 가속도 센서 및 차속 센서만을 이용하여 산출한 도로의 피치각의 시간 지연 오차를 감소시키는 효과가 있다.

따라서, 차량이 경사로를 주행할 때 불필요한 변속을 방지할 수 있으며, Auto Cruise Control 모드에서 경사로를 만날 때 차량 속도를 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 차량이 경사로 주행시 작용하는 파라미터를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 피치각 산출부에서 산출한 피치각에 대해 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 피치각 산출부에서 산출한 피치각에 대해 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 피치각 융합부에서 융합한 피치각에 대해 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치의 도로 구배 판단 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치에 대해 설명한다. 이때, 본 발명의 도로 구배 판단 장치는 차량이 경사로 주행시 도로의 경사각을 산출한다. 이하의 설명에서는 도로 구배는 상기 도로의 경사각을 의미하며, 상기 도로의 경사각은 상기 도로의 피치각과 같은 의미로 사용함을 전제한다.

한편, 상기 차량에는 복수의 센서가 장착된다. 구체적으로, 상기 차량에는 가속도 센서, 차속 센서, 차고 센서 및 타이어 압력 센서 등이 장착된다. 본 발명의 도로 구배 판단 장치는 상기 센서들을 이용하여 도로 구배를 판단한다.

도 1은 차량이 경사로 주행시 작용하는 파라미터를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 차량이 경사로 주행시 작용하는 파라미터를 확인할 수 있다. 구체적으로, θ는 도로의 경사각(피치각)을 의미한다. a_G는 상기 차량에 장착된 가속도 센서에서 검출된 가속도 값을 의미한다. a_veh는 상기 차량의 종방향 속도 증가율을 의미한다. N_F는 상기 차량의 앞바퀴에 작용하는 수직항력을 의미한다. N_R는 상기 차량의 뒤바퀴에 작용하는 수직항력을 의미한다. h_cg는 지면으로부터 상기 차량의 무게중심까지의 높이를 의미한다. l_F는 상기 차량의 무게중심으로부터 앞바퀴까지의 거리를 의미한다. l_R은 상기 차량의 무게중심으로부터 뒤바퀴까지의 거리를 의미한다. f_F는 상기 차량의 전륜 타이어에 작용하는 마찰력을 의미한다. f_R은 상기 차량의 후륜 타이어에 작용하는 마찰력을 의미한다.

이하, 도 1에 도시된 파라미터를 이용하여 본 발명의 도로 구배 판단 장치에서 도로의 경사각을 산출하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치의 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치(100)는 피치각 산출조건 판단부(110), 제1 피치각 산출부(120), 제2 피치각 산출부(130) 및 피치각 융합부(140)를 포함한다.

피치각 산출조건 판단부(110)는 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단한다. 제1 피치각 산출부(120)는 상기 도로의 제1 피치각을 산출한다. 제2 피치각 산출부(130)는 상기 도로의 제2 피치각을 산출한다. 피치각 융합부(140)는 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

피치각 산출조건 판단부(110)는 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단한다.

이는, 상기 차량이 경사가 없는 도로를 주행 중임에도 급가속 또는 급제동하는 경우, 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값과 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값간의 차이가 발생하므로, 이에 따라 제2 피치각 산출부(130)에서 상기 도로가 경사가 있는 것으로 오판하는 것을 방지하기 위함이다.

또는, 상기 차량이 경사가 없는 도로를 주행 중임에도 급가속 또는 급제동하는 경우, 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력과 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력간의 차이가 발생하므로, 이에 따라 제2 피치각 산출부(130)에서 상기 도로가 경사가 있는 것으로 오판하는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 상기 차량이 일정한 경사각을 갖는 도로를 주행 중에 급가속 또는 급제동하는 경우, 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값과 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값간의 차이가 발생하므로, 이에 따라 제2 피치각 산출부(130)가 상기 도로의 경사각을 상기 차량이 현재 주행 중인 도로의 실제 경사각과 큰 오차를 갖는 값으로 오판하는 것을 방지하기 위함이다.

또는, 상기 차량이 일정한 경사각을 갖는 도로를 주행 중에 급가속 또는 급제동하는 경우, 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력과 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력간의 차이가 발생하므로, 이에 따라 제2 피치각 산출부(130)가 상기 도로의 경사각을 상기 차량이 현재 주행 중인 도로의 실제 경사각과 큰 오차를 갖는 값으로 오판하는 것을 방지하기 위함이다.

즉, 본 발명은 피치각 산출조건 판단부(110)를 통해 상기 차량이 급가속 또는 급제동하는 상황을 배제하여, 상기 도로의 경사각 판단의 신뢰성을 향상시킬 수있는 효과가 있다.

따라서, 제1 피치각 산출부(120) 및 제2 피치각 산출부(130)는 피치각 산출조건 판단부(110)에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 상기 소정값 미만인 경우에만 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출한다. 즉, 제1 피치각 산출부(120) 및 제2 피치각 산출부(130)는 상기 차량이 급가속 또는 급제동 중이 아니라고 판단되면 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출한다.

제1 피치각 산출부(120)는 상기 가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출한다. 이때, 상기 가속도 센서는 상기 차량의 종방향 가속도를 측정하는 종가속도 센서를 의미할 수 있다.

제1 피치각 산출부(120)는 상기 제1 가속도 값에서 상기 차속 값을 미분하여 산출한 제2 가속도 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제1 피치각을 산출한다. 이를 수식으로 구체적으로 표현하면, 하기 수학식 1과 같다.

이때, θ_G는 상기 제1 피치각, g는 중력 가속도, a_G는 상기 제1 가속도 값, a_veh는 상기 제2 가속도 값을 의미한다. 즉, 상기 가속도 센서는 상기 차량이 경사로를 주행함에 따라 나타나는 중력 성분과 상기 차량의 차속 변화율을 검출하게 되는데, 제1 피치각 산출부(120)는 여기서 상기 차속 변화율을 제거함으로써 얻어지는 중력 방향 성분만을 통해 상기 제1 피치각을 산출하게 된다.

도 3은 본 발명의 제1 피치각 산출부에서 산출한 피치각에 대해 설명하는 도면이다. 이때, a 슬로프는 상기 도로의 실제 경사각을 의미하고, b 슬로프는 상기 제1 피치각을 의미하며, c 슬로프는 상기 제1 피치각을 로우 패스 필터링한 슬로프를 의미한다.

도 3의 b 슬로프를 참조하면, 상기 제1 피치각은 심한 노이즈가 발생된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 노이즈를 제거하기 위해 상기 제1 피치각을 로우 패스 필터링하면 c 슬로프와 같이 노이즈가 제거되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, c 슬로프는 상기 도로의 실제 경사각을 나타내는 a 슬로프와 시간 지연이 발생되는 문제점이 발생한다. 즉, 제1 피치각 산출부(120)에서 산출한 상기 제1 피치각만으로 상기 도로의 경사각을 판단시 시간 지연의 오차가 발생할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 제2 피치각 산출부(130)는 상기 차고 센서에서 검출된 차고 값을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출한다.

구체적으로, 제2 피치각 산출부(130)는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값과 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출할 수 있다. 이하, 하기 수학식 2 내지 7을 통해 상기 제2 피치각을 산출하는 과정을 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 상기 차량이 경사로 주행시 작용하는 파라미터를 이용하여 회전 운동방정식을 작성하면 하기 수학식 2와 같다. 이때, 상기 차량의 주행속도에 따른 공기저항의 영향은 저주파 특성을 가지므로 고주파 영역에서는 무시될 수 있다.

(J : 차량의 질량 관성 모멘트,

: 각가속도)

이때, 상기 차량에 장착된 타이어에 작용하는 마찰력에 따른 차고의 변화는 상기 도로의 경사각에 기인하는 것이 아니고, 상기 차량이 급가속 또는 급제동하는 경우 발생하는 값인바, 상기 마찰력에 따른 영향을 무시하면 하기 수학식 3과 같다.

이때, 상기 차량의 무게중심으로부터 앞바퀴까지의 거리와 뒷바퀴까지의 거리는 비슷하기 때문에 l_F=l_R=l로 가정하고 각 가속도에 대해 정리하면 하기 수학식 4와 같다.

이때, 상기 각가속도를 두 번 적분하면 각도를 계산할 수 있다. 다만, 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분만 주로 검출하기 위해서 양변을 시간에 대해 미분하면 하기의 수학식 5와 같다.

이때, 상기 수학식 5의 우변에 있는 수직 항력의 순간 변화율은 상기 차고 센서 출력값의 순간 변화율과 근사한 값을 갖는다. 따라서, 이를 수식으로 표현하면 하기의 수학식 6과 같다.

이때, h_F는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값, h_R은 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 의미한다. 상기 수학식 6을 시간에 대해 삼중 적분하면 하기의 수학식 7과 같다.

이때, θ_H는 상기 제2 피치각을 의미한다. 또한, c는 상기 수직 항력의 순간 변화율과 상기 차고 센서 출력값의 순간 변화율의 관계를 나타내는 비례상수로써, 이는 캘리브레이션을 통해 경험적으로 결정할 수 있다.

다른 일 실시예에 있어서, 제2 피치각 산출부(130)는 상기 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출한다.

구체적으로, 제2 피치각 산출부(130)는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값과 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출할 수 있다.

이때, 상기 수학식 2 내지 5는 상기 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 경우에도 동일하게 적용된다. 즉, 상기 수학식 5의 우변에 있는 수직 항력의 순간 변화율은 상기 타이어 압력 센서 출력값의 순간 변화율과 근사한 값을 갖는다. 따라서, 이를 수식으로 표현하면 하기의 수학식 8과 같다.

이때, P_F는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값, P_R은 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 의미한다. 상기 수학식 8을 시간에 대해 삼중 적분하면 하기의 수학식 9와 같다.

이때, θ_T.P는 상기 제2 피치각을 의미한다. 또한, c는 상기 수직 항력의 순간 변화율과 상기 타이어 압력 센서 출력값의 순간 변화율의 관계를 나타내는 비례상수로써, 이는 캘리브레이션을 통해 경험적으로 결정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 피치각 산출부에서 산출한 피치각에 대해 설명하는 도면이다. 이때, a 슬로프는 상기 도로의 실제 경사각을 의미하고, b 슬로프는 상기 제2 피치각을 의미한다.

도 4를 참조하면, b 슬로프 a 슬로프간에는 시간 지연의 오차가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 제2 피치각은 삼중 적분에 의해 산출되어 누적 오차가 발생하는 또 다른 문제점이 발생한다. 따라서, 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각을 융합하여 정확한 상기 도로의 경사각을 산출할 필요가 있다.

피치각 융합부(140)는 상기 제1 피치각 산출부에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출부에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출한다.

이때, 상기 상보 필터는 동일한 차단 주파수를 갖는 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 및 하이 패스 필터(High Pass Filter)를 포함한다. 따라서, 서로 다른 2개의 입력의 저주파 영역과 고주파 영역을 융합할 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 상보 필터는 상기 로우 패스 필터의 차단 주파수가 3 rad/s인 경우, 상기 하이 패스 필터의 차단 주파수도 3 rad/s로 설정하여 상기 로우 패스 필터로 입력되는 값의 저주파 영역과 상기 하이 패스 필터로 입력되는 값의 고주파 영역을 합한 값을 출력하게 된다.

구체적으로, 피치각 융합부(140)는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하여 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 추출하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하여 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 추출한다. 이에 따라, 피치각 융합부(140)는 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분과 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 합하여 상기 융합 피치각을 산출한다. 이를 수식으로 표현하면 하기의 수학식 10, 수학식 11과 같다.

상기 수학식 10은 차고 센서를 이용하여 상기 제2 피치각을 산출한 경우, 융합 피치각의 주파수 영역 값을 나타낸다. 이때, τ는 시상수로 상기 상보 필터의 차단 주파수의 역수로 산출할 수 있다. 상기 차단 주파수는 설계 파라미터로 캘리브레이션을 통해 최적의 값을 산출하게 된다.

상기 수학식 11은 타이어 압력 센서를 이용하여 상기 제2 피치각을 산출한 경우, 융합 피치각의 주파수 영역 값을 나타낸다. 이때, τ는 시상수로 상기 상보 필터의 차단 주파수의 역수로 산출할 수 있다. 상기 차단 주파수는 설계 파라미터로 캘리브레이션을 통해 최적의 값을 산출하게 된다.

도 5는 본 발명의 피치각 융합부에서 융합한 피치각에 대해 설명하는 도면이다. 이때, a 슬로프는 상기 도로의 실제 경사각을 의미하고, b 슬로프는 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 의미하고, c 슬로프는 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 의미하며, d 슬로프는 상기 융합 피치각을 의미한다.

도 5를 참조하면, b 슬로프는 a 슬로프와 시간 지연의 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있고, c 슬로프는 a 슬로프와 누적 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 그러나, d 슬로프는 a 슬로프와 b 슬로프를 합한 슬로프로 시간 지연의 오차 및 누적 오차가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 즉, 피치각 융합부(140)에서 산출한 융합 피치각은 실제 도로의 경사각과 거의 동일한 피치각을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 도로 구배 판단 장치는 상기 융합 피치각을 상기 도로의 경사각으로 판단한다. 즉, 상기 융합 피치각을 상기 도로의 구배로 판단한다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 방법에 대해 설명한다. 이때, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 구배 판단 장치의 도로 구배 판단 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

먼저, 피치각 산출조건 판단부(110)는 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단한다(S101).

이후, 제1 피치각 산출부(120)는 S101 단계에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 소정값 미만인 경우, 가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 상기 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출한다(S103).

이후, 제2 피치각 산출부(130)는 차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출한다(S105).

이후, 피치각 융합부(140)는 S103 단계에서 산출한 상기 제1 피치각과 S105 단계에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출한다(S107).

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100 : 도로 구배 판단 장치
110 : 피치각 산출조건 판단부
120 : 제1 피치각 산출부
130 : 제2 피치각 산출부
140 : 피치각 융합부

Claims

차량에 장착된 센서를 이용하여 도로의 경사각을 판단하는 도로 구배 판단 장치에 있어서,
가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출하는 제1 피치각 산출부;
차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 제2 피치각 산출부; 및
상기 제1 피치각 산출부에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출부에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출하는 피치각 융합부를 포함하는 도로 구배 판단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단하는 피치각 산출조건 판단부를 더 포함하는 도로 구배 판단 장치.
제 2항에 있어서,
상기 제1 피치각 산출부 및 상기 제2 피치각 산출부는 상기 피치각 산출조건 판단부에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 상기 소정값 미만인 경우, 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제1 피치각 산출부는 상기 제1 가속도 값에서 상기 차속 값을 미분하여 산출한 제2 가속도 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제1 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제2 피치각 산출부는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값에서 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제2 피치각 산출부는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값에서 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 상보 필터는 동일한 차단 주파수를 갖는 로우 패스 필터(Low Pass Filter) 및 하이 패스 필터(High Pass Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 7항에 있어서,
상기 피치각 융합부는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
제 8항에 있어서,
상기 피치각 융합부는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하여 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 추출하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하여 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 추출하며, 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분과 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 합하여 상기 융합 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 장치.
차량에 장착된 센서를 이용하여 도로의 경사각을 판단하는 도로 구배 판단 방법에 있어서,
가속도 센서에서 검출된 제1 가속도 값 및 차속 센서에서 검출된 차속 값을 이용하여 상기 도로의 제1 피치각을 산출하는 제1 피치각 산출 단계;
차고 센서에서 검출된 차고 값 또는 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력을 이용하여 상기 도로의 제2 피치각을 산출하는 제2 피치각 산출 단계; 및
상기 제1 피치각 산출 단계에서 산출한 상기 제1 피치각과 상기 제2 피치각 산출 단계에서 산출한 상기 제2 피치각을 상보 필터(Complementary Filter)에 적용하여 융합 피치각을 산출하는 피치각 융합 단계를 포함하는 도로 구배 판단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 차속 센서에서 검출된 차속 값의 증감율이 소정값 미만인지 판단하는 피치각 산출조건 판단 단계를 더 포함하는 도로 구배 판단 방법.
제 11항에 있어서,
상기 제1 피치각 산출 단계 및 상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 피치각 산출조건 판단 단계에서 판단 결과 상기 차속 값의 증감율이 상기 소정값 미만인 경우, 상기 제1 피치각 및 상기 제2 피치각을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.
제 12항에 있어서,
상기 제1 피치각 산출 단계는 상기 제1 가속도 값에서 상기 차속 값을 미분하여 산출한 제2 가속도 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제1 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.
제 12항에 있어서,
상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 차량의 전방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값에서 상기 차량의 후방 서스펜션(suspension)에 장착된 차고 센서에서 검출된 차고 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.
제 12항에 있어서,
상기 제2 피치각 산출 단계는 상기 차량의 전방 타이어에 장착된 타이어 압력 센서에서 검출된 타이어 압력 값에서 상기 차량의 후방 타이어에 장착된 타이어 압력센서에서 검출된 타이어 압력 값을 뺀 값을 이용하여 상기 제2 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 피치각 융합 단계는 상기 제1 피치각을 상기 상보 필터에 포함된 로우 패스 필터(Low Pass Filter)에 적용하고, 상기 제2 피치각을 상기 상보 필터에 포함된 하이 패스 필터(High Pass Filter)에 적용하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.
제 16항에 있어서,
상기 피치각 융합 단계는 상기 제1 피치각을 상기 로우 패스 필터에 적용하여 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분을 추출하고, 상기 제2 피치각을 상기 하이 패스 필터에 적용하여 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 추출하며, 상기 제1 피치각의 저주파 영역 성분과 상기 제2 피치각의 고주파 영역 성분을 합하여 상기 융합 피치각을 산출하는 것을 특징으로 하는 도로 구배 판단 방법.