KR102460857B1 - 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 각속도 감지부, 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 가속도 감지부, 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 각각 변환하는 변환부, 각속도 감지부에 의해 감지된 하나 이상의 각속도와, 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출하는 결합부, 및 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)에 근거하여 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법{APPARATUS FOR DETERMINING ROLLOVER CONDITIONS OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 롤 각속도 및 롤 각을 기반으로 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 안전성을 향상시키기 위해 미끄러운 노면에서의 슬립에 의한 브레이크의 잠김을 방지하고 제동 중 운전자에 의한 조향이 가능하도록 하는 ABS(Anti-lock Brake System)가 마련된다. 또한, 미끄러운 노면에서 차량이 출발하거나 급발진시 차량의 슬립을 방지하기 위한 TCS(Traction Control System)가 설치되는 것이 일반적이다. 더 나아가 최근에는 차량의 자세를 안정적으로 제어하기 위한 ESP(Electronic Stability Program : 차량 안정성 시스템)가 차량에 설치되는 것이 보통이다.
한편, 최근 들어 스포츠유틸리티차량(SUV) 및 픽업(Pick-Up)차량의 수요가 증가함에 따라 치명적인 교통 사고율도 증가하고 있다. 이러한 차량의 경우, 차량의 무게중심이 일반 세단형 승용차에 비해 비교적 높은 곳에 위치하고 있기 때문에 전복(RollOver) 사고의 위험에 노출되어 있으며, 실제로 치명적인 교통사고에서 전복 사고의 비율이 상당 부분을 차지한다. 차량 자세제어장치(이하 ESP 시스템)의 경우, 선회 주행 한계 영역에서 차량의 위험 상황을 판단하여 엔진과 제동장치를 적절히 제어해 줌으로써 사고로 진행되지 않도록 막아주며 특히 전복 상황을 막는데도 효과적이다.
따라서, 전복 방지 기능을 효과적으로 구현하기 위해서는 전복 가능 상황을 미리 정확하게 판단하는 것이 필수적이다.
기존 ESP 시스템에서 차량의 전복 상황을 판단하기 위해 롤 각속도 센서(Roll Rate Sensor)를 사용하는 방법과, ESP 시스템에 장착된 센서들만을 이용하여 판단하는 방법 등이 사용되고 있다. 궁극적으로 이 두 가지 방법 모두 차량의 롤 각(Roll Angle)과 롤 레이트(Roll Rate)를 추정/측정하여 미리 설정된 기준값을 넘어설 경우 차량을 전복 가능 상황으로 인지하도록 하는데 초점을 맞추고 있다. 즉, 차량에 장착된 센서 값을 이용하여 차량의 롤 다이나믹(Roll dynamic) 관련 안정/불안정 상태를 판단하도록 하는 것이다.
종래의 ESP 시스템은 각속도 센서로 감지한 롤 각속도과 함께, 롤 각속도를 적분하여 산출한 롤 각을 이용하여 차량의 전복 상황을 판단한다. 이때, 롤 각속도를 누적하여 롤 각을 계산하는 방법은 차량의 회전 등 주행 중 발생하는 센서 오차 누적으로 인해 실제 차량의 롤 각과 큰 오차가 발생하는 문제점이 존재하며, 이에 따라 차량의 롤 각에 대한 오인식으로 인해 에어백과 같은 구속장치가 오전개되어 운전자의 주행 안정성을 오히려 저해하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 롤 각속도 센서의 오차 누적으로 인해 실제 차량의 롤 각과 추정된 롤 각 간의 큰 편차가 발생하여 구속장치가 오전개됨으로써 운전자의 주행 안정성을 저해하는 종래의 문제점을 제거하여, 롤 각 산출상의 정확도를 향상시켜 차량의 전복 상태를 보다 정밀하게 판단하기 위한 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치는 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 각속도 감지부, 상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 가속도 감지부, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 각각 변환하는 변환부, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 상기 하나 이상의 각속도와, 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 상기 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출하는 결합부, 및 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 판단부는, 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 적용하여 상기 롤 각(RollAngle)을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 변환부는, 상기 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC) 각각의 크기, 및 상기 판단부로부터 전달받은 롤 각(RollAngle)의 크기에 기초하여 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 변환부는, 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제1 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)를 0의 값으로 보정하고, 상기 요 각속도(YawRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제2 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 0의 값으로 보정하며, 상기 롤 각(RollAngle)의 크기가 미리 설정된 제3 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 모두 0의 값으로 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 결합부는, 상기 판단부에 의한 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 피치 각(PitchAngle)을 상기 판단부로부터 전달받고, 상기 전달받은 피치 각(PitchAngle)에 따라, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하여 각각 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 결합부는, 상기 각속도 감지부에 의해 상기 요 각속도(YawRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC)로 산출하고, 상기 각속도 감지부에 의해 상기 피치 각속도(PitchRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC)로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 결합부는, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)로 산출하고,
상기 가속도 감지부에 의해 감지된 수직가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)로 각각 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 판단부는, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 상기 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 전복 상태 판단 방법은 각속도 감지부가, 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 단계, 가속도 감지부가, 상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 단계, 변환부가, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하는 단계, 결합부가, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 상기 하나 이상의 각속도와, 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 상기 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출하는 단계, 및 판단부가, 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치는 차량의 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 각속도 감지부, 상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 가속도 감지부, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하는 변환부, 및 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 각속도 센서에 의해 감지된 각속도와, 가속도 센서에 의해 감지된 가속도로부터 변환된 각속도를 결합하는 방식을 이용하여 롤 각을 산출함으로써, 실제 차량의 롤 각이 반영된 롤 각을 산출하여 롤 각 산출상의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 차량의 전복 상태를 정밀하게 판단하여 에어백과 같은 구속장치가 오전개되어 운전자의 주행 안정성을 저해하는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치를 통해 산출된 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 정밀하게 추종할 수 있음을 나타낸 실험데이터이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치를 통해 산출된 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 정밀하게 추종할 수 있음을 나타낸 실험데이터이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 장치는 각속도 감지부(10), 가속도 감지부(20), 변환부(30), 결합부(40), 판단부(50) 및 구동부(60)를 포함할 수 있고, 판단부(50)는 오일러 각 변환부(51) 및 전복 상태 판단부(53)를 포함할 수 있다.
각속도 감지부(10)는 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지할 수 있다. 롤 각속도는 차량의 종방향 축(x축)을 중심으로 하는 회전 각속도를 의미하고, 피치 각속도는 차량의 횡방향 축(y축)을 중심으로 하는 회전 각속도를 의미하며, 요 각속도는 차량의 수칙방향 축(z축)을 중심으로 하는 회전 각속도를 의미한다. 각속도 감지부(10)는 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도를 감지하기 위해 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서 중 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하기 위해 롤 각속도 센서를 포함할 수 있다. 나아가, 각속도 감지부(10)는 피치 각속도(PitchRate), 요 각속도(YawRate) 및 롤 각속도(RollRate_IN)를 모두 감지할 수도 있으며, 이를 위해 자이로센서와 같은 3축 각속도 센서를 포함할 수 있다.
가속도 감지부(20)는 차량의 횡가속도(y축 방향 가속도) 및 수직가속도(z축 방향 가속도)를 감지할 수 있다. 가속도 감지부(20)는 횡가속도 및 수직가속도를 감지하기 위해 횡가속도 센서 및 수직가속도 센서를 포함하거나, 2축 가속도 센서를 포함할 수 있다. 한편, 가속도 감지부(20)는 횡가속도 및 수직가속도뿐만 아니라 종가속도(x축 방향 가속도)도 감지할 수 있으며, 이 경우 가속도 감지부(20)는 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 감지하기 위해 횡가속도 센서, 수직가속도 센서 및 종가속도 센서를 포함하거나, 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 것과 같이 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 각속도와, 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 가속도는 저역 통과 필터에 의한 전처리 과정을 거칠 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술한다.
변환부(30)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 각각 변환할 수 있다. 그리고, 결합부(40)는 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 하나 이상의 각속도와, 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합(선택의 의미를 포함한다)하여, 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출할 수 있다. 변환부(30) 및 결합부(40)의 동작이 갖는 의미에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
판단부(50)는 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)에 근거하여 차량의 전복 상태를 판단할 수 있다. 도 1을 참조하면, 판단부(50)는 오일러 각 변환부(51) 및 전복 상태 판단부(53)를 포함할 수 있으며, 오일러 각 변환부(51)는 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 적용하여 롤 각(RollAngle)을 산출할 수 있으며, 전복 상태 판단부(53)는 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.
전술한 구성에 기초하여, 본 실시예의 따른 차량의 전복 상태 판단 장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
판단부(50)의 오일러 각 변환부(51)가 수행하는 오일러 각 변환은 일반적으로 하기 수학식 1에 따라 수행될 수 있다.
Figure 112018030212001-pat00001
수학식 1에서, Ω는 롤 각속도(p), 피치 각속도(q) 및 요 각속도(r)를 의미하고, Q는 현재의 오일러 각(롤 각(φ), 피치 각(θ), 요 각(ψ))을 의미한다.
수학식 1에 따른 오일러 각은 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 각속도의 값이 정상 범위 내에 존재하는 경우에는 차량의 실제 롤 각을 효과적으로 추종할 수 있으나, 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 각속도의 값에 소정의 오차가 존재하는 경우 차량의 실제 롤 각을 정확하게 추종할 수 없는 문제점이 존재한다. 예를 들어, 수학식 1에서 볼 수 있듯이 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도의 값에 외란 및 센서 오프셋 등의 영향으로 오차가 존재하여, 피치 각속도를 적분하여 생성되는 피치 각이 증가함으로써 90°에 근접하는 경우, tanθ항이 발산하여 차량의 실제 롤 각을 추종할 수 없는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 실시예에서는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도 및 요 각속도로 변환하고, 변환된 피치 각속도 및 요 각속도를 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 하나 이상의 각속도와 각각 결합한 후 오일러 각 변환부(51)를 통해 오일러 각 변환을 수행함으로써 센서 에러 및 오프셋 등의 영향으로 인해 차량의 실제 롤 각을 추종할 수 없는 문제점을 제거하는 구성을 채용한다. 즉, 본 실시예에 따를 때, 도 2에 도시된 것과 같이 기존의 롤 각 및 롤 각속도가 발산하는 문제점을 제거하여 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 추종할 수 있다.
전술한 구성을 구체적으로 설명하기 위해, 우선 변환부(30)의 동작부터 기술한다.
전술한 것과 같이 변환부(30)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환할 수 있다. 또한, 가속도 감지부(20)에 의해 횡가속도 및 수직가속도와 함께 종가속도가 감지된 경우, 변환부(30)는 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환할 수도 있다.
즉, 가속도 감지부(20)가 3축 가속도 센서를 포함하여 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 감지한 경우, 변환부(30)는 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환할 수 있으며, 만약 종가속도가 정상적인 범위 내에 존재하지 않는 경우(종가속도 센서의 고장 등의 경우), 또는 가속도 감지부(20)가 2축 가속도 센서만을 포함하는 경우, 변환부(30)는 횡가속도 및 수직가속도만을 이용하여 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환할 수 있다.
피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)는 가속도 값을 오일러 각으로 변환하는 하기 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112018030212001-pat00002
Figure 112018030212001-pat00003
수학식 2에서 X_ACC는 종가속도, Y_ACC는 횡가속도, Z_ACC는 수직가속도를 의미한다. 수학식 2는 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하는 수식을 의미하며, 종가속도가 정상적인 범위 내에 존재하지 않는 경우(종가속도 센서의 고장 등의 경우), 또는 가속도 감지부(20)가 2축 가속도 센서만을 포함하는 경우, 변환부(30)는 하기 수학식 3에 따라 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 산출할 수 있다.
Figure 112018030212001-pat00004
Figure 112018030212001-pat00005
한편, 변환부(30)는 수학식 2(또는 수학식 3)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC) 각각의 크기, 및 판단부(50)로부터 전달받은 롤 각(RollAngle)의 크기에 기초하여 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정할 수 있다.
구체적으로, 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)가 각각에 대한 상한 임계치 이상의 크기를 갖는 경우, 후술할 피치 각속도(PitchRate_ACC)가 증가하여 롤 각이 발산함으로써 판단부(50)에 의해 산출된 롤 각이 실제 차량의 롤 각을 추종할 수 없는 문제가 발생할 수 있으므로 상한 임계치 이상의 크기를 갖는 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 제거할 필요성이 있다. 또한, 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)가 각각에 대한 하한 임계치 이하의 크기를 갖아 데드존(Dead Zone) 영역에 있는 것으로 판단되는 경우에도 하한 임계치 이하의 크기를 갖는 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 제거할 필요성이 있다. 그리고, 판단부(50)로부터 전달받은 롤 각(RollAngle)이 상한 임계치 이상의 크기를 갖는 경우에도 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 제거할 필요성이 있다.
즉, 변환부(30)는 피치 각속도(PitchRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제1 임계 범위를 벗어나는 경우 피치 각속도(PitchRate_ACC)를 0의 값으로 보정하고, 요 각속도(YawRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제2 임계 범위를 벗어나는 경우 요 각속도(YawRate_ACC)를 0의 값으로 보정하며, 롤 각(RollAngle)의 크기가 미리 설정된 제3 임계 범위를 벗어나는 경우 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 모두 0의 값으로 보정할 수 있다.
여기서, 제1 임계 범위는 PitchRate_DeadZone 보다 크고 PitchRate_Limit보다 작은 범위로 미리 설정되어 있을 수 있고, PitchRate_DeadZone 및 PitchRate_Limit는 튜닝 파라미터로서 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택되어 변환부(30)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예. PitchRate_DeadZone: 0~15 deg/sec, PitchRate_Limit: 20~40 deg/sec). 또한, 제2 임계 범위는 YawRate_DeadZone 보다 크고 YawRate_Limit보다 작은 범위로 미리 설정되어 있을 수 있고, YawRate_DeadZone 및 YawRate_Limit는 튜닝 파라미터로서 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택되어 변환부(30)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예. YawRate_DeadZone: 0~15 deg/sec, YawRate_Limit: 40~70 deg/sec). 그리고, 제3 임계 범위는 RollAngle_Limit보다 작은 범위로 미리 설정되어 있을 수 있고, RollAngle_Limit은 튜닝 파라미터로서 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택되어 변환부(30)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예. RollAngle_Limit: 15~30 deg).
결합부(40)는 전술한 것과 같이 각속도 감지부(10)에 의해 감지된, 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출할 수 있다.
즉, 전술한 것과 같이 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도의 값에 외란 및 센서 오프셋 등의 영향으로 오차가 존재하여, 피치 각속도를 적분하여 생성되는 피치 각이 증가함으로써 90°에 근접하는 경우, tanθ항이 발산하여 차량의 실제 롤 각을 추종할 수 없는 문제점이 발생하므로, 본 실시예에서는 가속도로부터 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를, 각속도 감지부(10)에 의해 감지된, 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와 각각 결합함으로써 센서 에러 및 오프셋 등의 영향으로 인해 차량의 실제 롤 각을 추종할 수 없는 문제점을 제거하는 구성을 채용한다.
이때, 결합부(40)는 판단부(50)에 의한 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 피치 각(PitchAngle)을 판단부(50)로부터 전달받고(즉, 피드백받고), 전달받은 피치 각(PitchAngle)에 따라, 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하여 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 산출할 수 있다.
피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)는 하기 수학식 4에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112018030212001-pat00006
Figure 112018030212001-pat00007
수학식 4에 표시된, 판단부(50)로부터 피드백받는 피치 각(PitchAngle)은 라디안(radian) 단위로서 ±±1로 포화되는 값을 가지며 소정의 게인(G)과 곱해져서 절대값을 취하게 된다. 여기서, 게인(G)은 튜닝 파라미터로서 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택되어 변환부(30)에 미리 설정되어 있을 수 있다(예. G: 4~10).
한편, 전술한 것과 같이 본 실시예에서 각속도 감지부(10)는 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서 중 어느 하나의 센서만을 포함할 수도 있으며, 즉 각속도 감지부(10)는 피치 각속도 및 요 각속도 중 어느 하나의 각속도만을 감지하는 경우가 있을 수 있다(예: 저가형 차량의 경우로서 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서 중 어느 하나의 센서만이 장착된 경우). 또한, 각속도 감지부(10) 또는 가속도 감지부(20)의 이상 동작으로 인해 각속도 또는 가속도가 정상 상태에서 입력될 것으로 기대되는 기대 범위를 벗어난 것으로 판단되는 경우가 있을 수 있다(예: 각속도 센서 또는 가속도 센서의 고장). 상기와 같은 경우에 대한 Fail-Safe 로직이 필요하며, 결합부(40)가 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 산출하는 방법을 경우에 따라 각각 구분하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 각속도 감지부(10)에 의해 요 각속도(YawRate)만 감지된 경우(예: 피치 각속도 센서의 부재) 및 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 피치 각속도 센서의 고장) 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 각속도 감지부(10)에 의한 피치 각속도(PitchRate)를 고려할 수 없으므로, 결합부(40)는 피치 각속도(PitchRate_IN)를 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC)로 산출할 수 있다.
그리고, 각속도 감지부(10)에 의해 피치 각속도(PitchRate)만 감지된 경우(예: 요 각속도 센서의 부재) 및 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 요 각속도 센서의 고장) 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 각속도 감지부(10)에 의한 요 각속도(YawRate)를 고려할 수 없으므로, 결합부(40)는 요 각속도(YawRate_IN)를 변환부(30)에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC)로 산출할 수 있다.
또한, 결합부(40)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 횡가속도 센서의 고장), 수학식 2(또는 수학식 3)에 따라 정상적인 요 각속도(YawRate_ACC)가 산출될 수 없으므로, 요 각속도(YawRate_IN)를 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)로 산출할 수 있다. 이 경우는 각속도 감지부(10)에 의해 요 각속도(YawRate)가 감지된 것을 전제한다.
그리고, 결합부(40)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 수직가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 수학식 2(또는 수학식 3)에 따라 정상적인 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)가 산출될 수 없으므로, 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)로 각각 산출할 수 있다. 이 경우는 각속도 감지부(10)에 의해 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)가 모두 감지된 것을 전제한다.
판단부(50)는 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)에 근거하여 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단할 수 있다.
판단부(50)의 하위 구성으로서 구체적으로 설명하면, 오일러 각 변환부(51)는 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 수행할 수 있으며, 이를 수식으로 나타내면 하기 수학식 5와 같다.
Figure 112018030212001-pat00008
수학식 5에서 RollRate_out 및 PitchRate_out은 오일러 각 변환 과정에서 사용되는 내부 변수를 의미한다.
수학식 5에 의해 산출되는 롤 각(RollAngle)은 전복 상태 판단부(53)로 제공되는 동시에, 변환부(30)로 피드백되어 전술한 것과 같이 변환부(30)가 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정하도록 할 수 있다. 또한, 수학식 5에 의해 산출되는 피치 각(PitchAngle)은 결합부(40)로 피드백되어 전술한 것과 같이 결합부(40)가 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하도록 할 수 있다.
전복 상태 판단부(53)는 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)이 각각에 대한 임계치는 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 설계되어 전복 상태 판단부(53)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
구동부(60)는 전복 상태 판단부(53)에 의해 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단된 경우, 측면 에어백 또는 커튼 에어백과 같은 차량의 구속 장치를 구동시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 각속도와, 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 가속도는 저역 통과 필터(LPF1)에 의한 전처리 과정을 거칠 수 있으며, 저역 통과 필터(LPF1)의 차단 주파수는 50Hz 이하의 값으로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 그리고, 변환부(30)에 의해 변환된 각속도도 저역 통과 필터(LPF2, PitchRate_ACC 및 YawRate_ACC를 필터링) 및 고역 통과 필터(HPF, PitchRate_ACC를 필터링)에 의한 전처리 과정을 거칠 수 있으며, 저역 통과 필터(LPF2)의 차단 주파수는 1 ~ 3 Hz 범위의 값으로, 고역 통과 필터(HPF)의 차단 주파수는 0.01 ~ 0.03 Hz 범위의 값으로 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 3 내지 도 5는 각속도 감지부(10) 및 가속도 감지부(20)가 모두 정상적으로 각속도 및 가속도를 감지하고 있을 때, 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 정밀하게 추종할 수 있음을 나타낸 실험데이터로서, 도 3에 도시된 것과 같이 롤 각속도 센서의 오차 누적으로 인해 롤 각이 발산하는 문제점이 제거된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 4는 구동부(60)에 의해 차량의 구속 장치가 구동되지 않는 범위에서 차량에 전복 위험이 존재하는 경우(예: 전복 각도 약 40°°)의 롤 각 및 롤 가속도를 도시하고 있고, 도 5는 차량이 전복 상태에 있어(예: 전복 각도 약 110°°) 구동부(60)에 의해 차량의 구속 장치가 구동되는 경우 롤 각 및 롤 각속도를 도시하고 있다. 도 4 및 도 5 두 경우 모두 본 실시예에 따른 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 효과적으로 추종하고 있음을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서가 고장이어서 결합부(40)의 Fail-Safe 기능이 동작할 때에도, 본 실시에에 따른 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 정밀하게 추종할 수 있음을 나타낸 실험데이터로서, 도 6에 도시된 것과 같이 롤 각속도 센서의 오차 누적으로 인해 롤 각이 발산하는 문제점이 제거된 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7은 구동부(60)에 의해 차량의 구속 장치가 구동되지 않는 범위에서 차량에 전복 위험이 존재하는 경우(예: 전복 각도 약 40°°)의 롤 각 및 롤 가속도를 도시하고 있고, 도 8은 차량이 전복 상태에 있어(예: 전복 각도 약 110°°) 구동부(60)에 의해 차량의 구속 장치가 구동되는 경우 롤 각 및 롤 각속도를 도시하고 있다. 도 7 및 도 8 두 경우 모두 본 실시예에 따른 롤 각 및 롤 각속도가 실제 차량의 롤 각 및 롤 각속도를 효과적으로 추종하고 있음을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전복 상태 판단 방법을 설명하면, 먼저 각속도 감지부(10)는 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지한다(S10). 각속도 감지부(10)는 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도를 감지하기 위해 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서 중 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하기 위해 롤 각속도 센서를 포함할 수 있다. 나아가, 각속도 감지부(10)는 피치 각속도(PitchRate), 요 각속도(YawRate) 및 롤 각속도(RollRate_IN)를 모두 감지할 수도 있으며, 이를 위해 자이로센서와 같은 3축 각속도 센서를 포함할 수 있다.
이어서, 가속도 감지부(20)는 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지한다(S20). 가속도 감지부(20)는 횡가속도 및 수직가속도를 감지하기 위해 2축 가속도 센서를 포함할 수 있다. 한편, 가속도 감지부(20)는 횡가속도 및 수직가속도뿐만 아니라 종가속도도 감지할 수 있으며, 이 경우 가속도 감지부(20)는 횡가속도, 수직가속도 및 종가속도를 감지하기 위해 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다.
이어서, 변환부(30)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환한다(S30).
S30 단계에서, 변환부(30)는 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC) 각각의 크기에 기초하여 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정할 수 있으며, 후술하는 S50 단계의 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 롤 각(RollAngle)을 피드백받고, 피드백받은 롤 각(RollAngle)에 기초하여 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정할 수도 있다.
이어서, 결합부(40)는 각속도 감지부(10)에 의해 감지된, 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출한다(S40).
이어서, 판단부(50)는 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)에 근거하여 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단한다(S50).
S50 단계에서 판단부(50)는, 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 적용하여 롤 각(RollAngle)을 산출할 수 있고, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.
S50 단계의 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 롤 각(RollAngle) 및 피치 각(PitchAngle)은 각각 변환부(30) 및 결합부(40)로 피드백된다.
이에 따라, S40 단계에서, 결합부(40)는 S50 단계의 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 피치 각(PitchAngle)을 판단부(50)로부터 전달받고, 전달받은 피치 각(PitchAngle)에 따라, 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 변환부(30)에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하여 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 산출할 수 있다.
또한 S40 단계에서, 결합부(40)는 각속도 감지부(10)에 의해 요 각속도(YawRate)만 감지된 경우(예: 피치 각속도 센서의 부재) 및 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 피치 각속도 센서의 고장) 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 피치 각속도(PitchRate_IN)를 변환부(30)에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC)로 산출할 수 있다. 그리고, 결합부(40)는 각속도 감지부(10)에 의해 피치 각속도(PitchRate)만 감지된 경우(예: 요 각속도 센서의 부재) 및 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 요 각속도 센서의 고장) 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 요 각속도(YawRate_IN)를 변환부(30)에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC)로 산출할 수 있다.
또한 S40 단계에서, 결합부(40)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우(예: 횡가속도 센서의 고장), 수학식 2(또는 수학식 3)에 따라 정상적인 요 각속도(YawRate_ACC)가 산출될 수 없으므로, 요 각속도(YawRate_IN)를 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)로 산출할 수 있다. 이 경우는 각속도 감지부(10)에 의해 요 각속도(YawRate)가 감지된 것을 전제한다. 그리고, 결합부(40)는 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 수직가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 수학식 2(또는 수학식 3)에 따라 정상적인 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)가 산출될 수 없으므로, 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)로 각각 산출할 수 있다. 이 경우는 각속도 감지부(10)에 의해 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)가 모두 감지된 것을 전제한다.
이상에서 설명한 실시예에서는 각속도 감지부(10)가 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하고, 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도를 감지하는 실시예로 설명하였다. 다만, 각속도 감지부(10)가 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서를 모두 포함하지 않는 경우가 있을 수 있으며(예: 저가형 차량), 이와 같은 경우 본 실시예는 각속도 감지부(10)가 롤 각속도(RollRate_IN)만을 감지하고, 가속도 감지부(20)가 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하며, 변환부(30)가 가속도 감지부(20)에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하고, 판단부(50)가 롤 각속도(RollRate_IN), 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출한 후, 롤 각속도(RollRate_IN) 및 롤 각(RollAngle)에 근거하여 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 실시예로 구현될 수도 있다. 즉, 각속도 감지부(10)가 롤 각속도 센서만을 포함하고 피치 각속도 센서 및 요 각속도 센서를 모두 포함하지 않는 경우, 가속도 감지부(20)에 의해 감지되는 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하고, 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)와 각속도 감지부(10)에 의해 감지된 롤 각속도(RollRate_IN)를 기반으로 롤 각(RollAngle)을 산출함으로써, 롤 각속도 센서만을 사용하는 경우 대비 보다 정확하게 차량의 실제 롤 각을 추종할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 각속도 센서에 의해 감지된 각속도와, 가속도 센서에 의해 감지된 가속도로부터 변환된 각속도를 결합하는 방식을 이용하여 롤 각을 산출함으로써, 실제 차량의 롤 각이 반영된 롤 각을 산출하여 롤 각 산출상의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 차량의 전복 상태를 정밀하게 판단하여 에어백과 같은 구속장치가 오전개되어 운전자의 주행 안정성을 저해하는 현상을 방지할 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 정해져야 할 것이다.
10: 각속도 감지부
20: 가속도 감지부
30: 변환부
40: 결합부
50: 판단부
51: 오일러 각 변환부
53: 전복 상태 판단부
60: 구동부

Claims (17)

  1. 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 각속도 감지부;
    상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 가속도 감지부;
    상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 각각 변환하는 변환부;
    상기 각속도 감지부에 의해 감지된 상기 하나 이상의 각속도와, 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 상기 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출하는 결합부; 및
    상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 적용하여 상기 롤 각(RollAngle)을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC) 각각의 크기, 및 상기 판단부로부터 전달받은 롤 각(RollAngle)의 크기에 기초하여 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제1 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)를 0의 값으로 보정하고, 상기 요 각속도(YawRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제2 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 0의 값으로 보정하며, 상기 롤 각(RollAngle)의 크기가 미리 설정된 제3 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 모두 0의 값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 결합부는, 상기 판단부에 의한 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 피치 각(PitchAngle)을 상기 판단부로부터 전달받고, 상기 전달받은 피치 각(PitchAngle)에 따라, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하여 각각 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합부는, 상기 각속도 감지부에 의해 상기 요 각속도(YawRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC)로 산출하고,
    상기 각속도 감지부에 의해 상기 피치 각속도(PitchRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC)로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 결합부는, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)로 산출하고,
    상기 가속도 감지부에 의해 감지된 수직가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)로 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 상기 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
  9. 각속도 감지부가, 차량의 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate) 중 하나 이상의 각속도와, 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 단계;
    가속도 감지부가, 상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 단계;
    변환부가, 상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하는 단계;
    결합부가, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 상기 하나 이상의 각속도와, 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)를 각각 결합하여, 상기 차량의 실제 롤 각을 추종하기 위한 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 요 각속도(YawRate_IN)를 각각 산출하는 단계; 및
    판단부가, 상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서, 상기 판단부는,
    상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)에 대하여 오일러 각(Euler Angle) 변환을 적용하여 상기 롤 각(RollAngle)을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변환하는 단계에서, 상기 변환부는,
    상기 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC) 각각의 크기, 및 상기 판단부로부터 전달받은 롤 각(RollAngle)의 크기에 기초하여 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변환하는 단계에서, 상기 변환부는,
    상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제1 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC)를 0의 값으로 보정하고, 상기 요 각속도(YawRate_ACC)의 크기가 미리 설정된 제2 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 0의 값으로 보정하며, 상기 롤 각(RollAngle)의 크기가 미리 설정된 제3 임계 범위를 벗어나는 경우 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 모두 0의 값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서, 상기 결합부는,
    상기 판단부에 의한 오일러 각 변환 과정에서 산출되는 피치 각(PitchAngle)을 상기 판단부로부터 전달받고, 상기 전달받은 피치 각(PitchAngle)에 따라, 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC) 간의 결합 비율, 또는 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)와 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC) 간의 결합 비율을 조정하여 각각 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서, 상기 결합부는,
    상기 각속도 감지부에 의해 상기 요 각속도(YawRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 피치 각속도(PitchRate_ACC)로 산출하고,
    상기 각속도 감지부에 의해 상기 피치 각속도(PitchRate)만 감지된 경우 및 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우 중 하나 이상의 경우에 해당하면, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 변환부에 의해 변환된 요 각속도(YawRate_ACC)로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 산출하는 단계에서, 상기 결합부는,
    상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 요 각속도(YawRate)로 산출하고,
    상기 가속도 감지부에 의해 감지된 수직가속도가 해당 기대 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우, 상기 피치 각속도(PitchRate_IN) 및 상기 요 각속도(YawRate_IN)를 상기 각속도 감지부에 의해 감지된 피치 각속도(PitchRate) 및 요 각속도(YawRate)로 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서, 상기 판단부는,
    상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)이 각각에 대하여 미리 설정된 각 임계치 이상인 경우, 상기 차량이 전복 상태에 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 방법.
  17. 차량의 롤 각속도(RollRate_IN)를 감지하는 각속도 감지부;
    상기 차량의 횡가속도 및 수직가속도를 감지하는 가속도 감지부;
    상기 가속도 감지부에 의해 감지된 횡가속도 및 수직가속도를 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 요 각속도(YawRate_ACC)로 변환하는 변환부; 및
    상기 롤 각속도(RollRate_IN), 상기 피치 각속도(PitchRate_ACC) 및 상기 요 각속도(YawRate_ACC)를 이용하여 롤 각(RollAngle)을 산출하고, 상기 롤 각속도(RollRate_IN) 및 상기 롤 각(RollAngle)에 근거하여 상기 차량이 전복 상태에 있는지 여부를 판단하는 판단부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전복 상태 판단 장치.
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