KR102069451B1 - 차량 곡률 반경 추정 방법 및 장치 - Google Patents

차량 곡률 반경 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 곡률 반경 추정 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따fmsq방법은, 차량의 뒷바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계, 상기 차량의 앞바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계 및 상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경과 상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경 각각에 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

차량 곡률 반경 추정 방법 및 장치{Method and Apparatus for Estimating Radius of curvature of vehicle}
본 발명은 차량 곡률 반경 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 차량에 지능형 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)이 장착되고 있다.
지능형 운전자 보조 시스템은 첨단 감지 센서와 GPS, 통신, 지능형 영상 장비 등을 이용하여 주행 중 일부 상황을 차량 스스로 인지하여 상황을 판단, 자동차를 제어하거나 운전자가 미리 위험요소를 감지할 수 있도록 소리, 불빛, 진동 등으로 알려주는 운전자 보조 시스템이다.
지능형 운전자 보조 시스템 중 스마트 크루즈 컨트롤 시스템은 곡선 도로를 주행하거나 운전자의 조향 조작 등에 따라 차량의 곡률 반경을 추정할 필요가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 차량의 곡률 반경 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 아래 수식에 나타난 바와 같이, 차량의 곡률 반경(R)을 정확히 추정하기 위해서는 차량에 장착된 타이어 및 차량의 물성치를 정확히 알아야 하나, 특히 타이어와 관련된 정확한 값을 구하는 것은 매우 어렵기 때문에 곡률 반경 추정이 복잡해지고 부정확해지는 문제점이 있다.
Figure 112018115038720-pat00001
Figure 112018115038720-pat00002
Figure 112018115038720-pat00003
Figure 112018115038720-pat00004
Figure 112018115038720-pat00005
여기서,
Figure 112018115038720-pat00006
는 회전 강성 계수(타이어 특성, r은 앞바퀴, f는 뒷바퀴),
Figure 112018115038720-pat00007
는 바퀴의 슬립 각도,
Figure 112018115038720-pat00008
는 앞바퀴의 조향각, m은 질량, v는 차량 속도, R은 곡률 반경, L은 차량 축거, mr은 차량 뒤쪽 질량(뒷바퀴에 가해지는 하중과 연관), g는 중력 가속도이다.
한국등록공보 제10-1789073호
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 타이어 및 차량의 물성치를 없이도 곡률 반경을 정확하게 추정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량 곡률 반경 추정 방법으로서, 차량의 뒷바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계; 상기 차량의 앞바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계; 및 상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경과 상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경 각각에 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함하는 차량 곡률 방법 추정 방법이 제공된다.
상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경은 아래의 수학식에 의해 계산될 수 있다.
[수학식]
Figure 112018115038720-pat00009
여기서,
Figure 112018115038720-pat00010
는 차량의 회전 속도(회전 중심 기준)이고, vR_in은 안쪽 뒷바퀴 회전 속도, vR_out는 바깥쪽 뒷바퀴 회전 속도, Rin은 회전시 안쪽 바퀴의 곡률 반경, Rout은 회전시 바깥쪽 바퀴의 곡률 반경,
Figure 112018115038720-pat00011
은 뒷바퀴의 휠속도, Rwheel은 바퀴의 반지름, b는 차폭이다.
상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경은 아래의 수학식에 의해 계산될 수 있다.
[수학식]
Figure 112018115038720-pat00012
Figure 112018115038720-pat00013
은 안쪽 바퀴의 조향각, vF_in은 안쪽 앞바퀴 회전 속도, vF_out는 바깥쪽 앞바퀴 회전 속도,
Figure 112018115038720-pat00014
은 앞바퀴의 휠속도이다.
상기 가중치는 상수, 조향 속도의 변화율, 차속 및 조향각 중 적어도 하나로 결정될 수 있다.
상기 가중치는 조향 속도의 변화율일 수 있고, 상기 차량 곡률 반경의 아래의 수식에 의해 결정될 수 있다.
[수학식]
Figure 112018115038720-pat00015
여기서,
Figure 112018115038720-pat00016
은 뒷바퀴 곡률 반경,
Figure 112018115038720-pat00017
는 앞바퀴 곡률 반경,
Figure 112018115038720-pat00018
는 가중치이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량 곡률 반경 추정 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결된 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 차량의 뒷바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하고, 상기 차량의 앞바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하고, 상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경과 상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경 각각에 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 차량 곡률 반경 추정 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 차량에 장착된 타이어 및 차량의 물성치를 정확히 알지 못하더라도 차량 곡률 반경을 추정할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 차량의 곡률 반경 추정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 뒷바퀴의 곡률 반경 계산 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 앞바퀴의 곡률 반경 계산 과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 실시예에 따른 가중치, 최적 계수 및 평균 오차를 나타낸 것이다.
도 6은 본 실시예에 따른 차량 곡률 반경 추정 장치의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 발명의 차량 및 타이어의 정확한 물성치를 알지 못하더라도 차량의 휠속도를 이용하여 차량의 곡률 추정을 수행한다.
본 발명에 따르면, 회전하는 차량의 앞바퀴와 뒷바퀴의 휠속도가 다르기 때문에 곡률 반경이 다르게 계산되고, 앞바퀴의 휠속도를 이용한 곡률 반경과 뒷바퀴의 휠속도를 이용한 곡률 반경에 적절한 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 곡률 반경 추정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 곡률 반경 추정은 전륜 구동 차량의 경우 앞바퀴(100)의 곡률 반경(곡률 반경)과 뒷바퀴(102)의 곡률 반경을 이용하여 수행된다.
아래 수식에 나타난 바와 같이, 차량의 곡률 반경은 앞바퀴의 곡률 반경과 뒷바퀴의 곡률 반경의 사이에 값으로 나타나는 것을 이용하여 앞바퀴 및 뒷바퀴의 곡률 반경에 가중치(Weighting factor:
Figure 112018115038720-pat00019
)를 반영하여 차량의 곡률 반경을 추정한다.
Figure 112018115038720-pat00020
여기서,
Figure 112018115038720-pat00021
는 Weighting factor이다.
도 3은 뒷바퀴의 곡률 반경 계산 과정을 나타낸 것이다.
도 3를 참조하면, 뒷바퀴의 곡률 반경
Figure 112018115038720-pat00022
는 다음의 수식을 통해 계산된다.
Figure 112018115038720-pat00023
여기서,
Figure 112018115038720-pat00024
는 차량의 회전 속도(회전 중심 기준)이고, vR_in은 안쪽 뒷바퀴 회전 속도, vR_out는 바깥쪽 뒷바퀴 회전 속도, Rin은 회전시 안쪽 바퀴의 곡률 반경, Rout은 회전시 바깥쪽 바퀴의 곡률 반경,
Figure 112018115038720-pat00025
은 뒷바퀴의 휠속도, Rwheel은 바퀴의 반지름, b는 차폭이다.
도 4는 앞바퀴의 곡률 반경 계산 과정을 나타낸 것이다.
또한, 앞바퀴 곡률 반경은 다음의 수식을 통해 결정된다.
Figure 112018115038720-pat00026
Figure 112018115038720-pat00027
은 안쪽 바퀴의 조향각, vF_in은 안쪽 앞바퀴 회전 속도, vF_out는 바깥쪽 앞바퀴 회전 속도,
Figure 112018115038720-pat00028
은 앞바퀴의 휠속도이다.
수학식 1에서와 같이, 본 실시예에 따른 차량의 곡률 반경은 앞바퀴 및 뒷바퀴 각각의 휠속도에 의해 계산된 곡률 반경에 가중치를 적용하여 계산된다.
본 실시예에 따른 가중치는 다양하게 결정될 수 있다.
예를 들어, 가중치는 상수, 조향 속도의 변화율, 차속 및 조향각 중 적어도 하나로 결정될 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 가중치, 최적 계수 및 평균 오차를 나타낸 것이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 가중치는 다양한 방식으로 결정될 수 있으며, 이중 조향 속도의 변화율의 제곱으로 가중치를 적용하는 경우 곡률 반경을 가장 정확히 모사하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 차량 곡률 반경 추정 장치의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 장치는 프로세서(600) 및 메모리(602)를 포함할 수 있다.
프로세서(600)는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다.
메모리(602)는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 컴팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리(202)는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.
이와 같은 메모리(602)에는 프로세서(600)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다.
차량의 곡률 반경 추정을 위해, 본 실시예에 따른 메모리(602)에는 차량의 회전 속도(회전 중심 기준), 앞바퀴 및 뒷바퀴의 휠속도, 앞바퀴 및 뒷바퀴의 안쪽과 바깥쪽 곡률 반경, 바퀴의 반지름, 차폭, 조향각을 이용하여 차량의 앞바퀴 및 뒷바퀴 각각의 곡률 반경을 계산하고, 앞바퀴 곡률 반경과 뒷바퀴 곡률 반경 각각에 미리 설정된 가중치를 반영하여 차량의 곡률 반경을 계산하도록 프로세서(600)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다.
본 실시예에 따르면, 미리 설정된 가중치는 조향 속도의 변화율일 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 차량 곡률 반경 추정 방법으로서,
    차량의 뒷바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계;
    상기 차량의 앞바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하는 단계; 및
    상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경과 상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경 각각에 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정하는 단계를 포함하는 차량 곡률 반경 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경은 아래의 수학식에 의해 계산되는 차량 곡률 반경 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112018115038720-pat00029

    여기서,
    Figure 112018115038720-pat00030
    는 차량의 회전 속도(회전 중심 기준)이고, vR_in은 안쪽 뒷바퀴 회전 속도, vR_out는 바깥쪽 뒷바퀴 회전 속도, Rin은 회전시 안쪽 바퀴의 곡률 반경, Rout은 회전시 바깥쪽 바퀴의 곡률 반경,
    Figure 112018115038720-pat00031
    은 뒷바퀴의 휠속도, Rwheel은 바퀴의 반지름, b는 차폭임
  3. 제1항에 있어서,
    상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경은 아래의 수학식에 의해 계산되는 차량 곡률 반경 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112018115038720-pat00032

    Figure 112018115038720-pat00033
    은 안쪽 바퀴의 조향각, vF_in은 안쪽 앞바퀴 회전 속도, vF_out는 바깥쪽 앞바퀴 회전 속도,
    Figure 112018115038720-pat00034
    은 앞바퀴의 휠속도임
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가중치는 상수, 조향 속도의 변화율, 차속 및 조향각 중 적어도 하나로 결정되는 차량 곡률 반경 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가중치는 조향 속도의 변화율이고, 상기 차량 곡률 반경의 아래의 수식에 의해 결정되는 차량 곡률 반경 추정 방법.
    [수학식]
    Figure 112020500174777-pat00035

    여기서,
    Figure 112020500174777-pat00036
    은 뒷바퀴 곡률 반경,
    Figure 112020500174777-pat00037
    는 앞바퀴 곡률 반경,
    Figure 112020500174777-pat00038
    는 가중치임
  6. 차량 곡률 반경 추정 장치로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 연결된 메모리를 포함하되,
    상기 메모리는,
    차량의 뒷바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하고,
    상기 차량의 앞바퀴에 의한 곡률 반경을 계산하고,
    상기 뒷바퀴에 의한 곡률 반경과 상기 앞바퀴에 의한 곡률 반경 각각에 가중치를 적용하여 차량의 곡률 반경을 추정하도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 차량 곡률 반경 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가중치는 상수, 조향 속도의 변화율, 차속 및 조향각 중 적어도 하나로 결정되는 차량 곡률 반경 추정 장치.
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