KR102590005B1 - 차량 기동 중 차량의 모션 상태를 추정하는 방법 - Google Patents

차량 기동 중 차량의 모션 상태를 추정하는 방법 Download PDF

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Abstract

차량 기동 중 차량 모션 상태를 추정하는 차량의 방법으로서, 차량 기동의 시작을 나타내는 트리거 신호를 획득하는 단계, 자유 회전 상태 또는 감소된 제동 상태에 있도록 차량의 휠의 서브 세트를 선택하는 단계, 자유 회전 상태 또는 감소된 제동 상태에서 휠의 서브세트의 회전과 관련된 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계 및 측정된 파라미터에 기초하여 차량의 모션 상태를 추정하는 단계를 포함하는, 차량 기동 중 차량 모션 상태를 추정하는 차량의 방법을 제공한다.

Description

차량 기동 중 차량의 모션 상태를 추정하는 방법
본 발명은 차량이 기동하는 동안 위치, 속도 및 가속도와 같은 차량 모션 상태 파라미터를 추정하기 위한 방법, 제어 유닛 및 차량을 개시하고 있다.
본 발명은 세미트레일러, 트럭, 버스 및 건설 장비와 같은 대형 차량에 적용될 수 있다. 본 발명은 주로 트랙터-세미트레일러 결합 차량과 관련하여 설명되고 예시될 것이지만, 본 발명은 이러한 특정 차량에 제한되지 않고, 경트럭, 건설 장비 등과 같은 다른 차량에도 사용될 수 있다.
자율주행 및 반자율주행 차량은 내비게이션 및 차량 제어를 위해 다양한 유형의 센서 입력 신호를 사용한다. 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)도 센서 입력 신호를 기반으로 한다. 차량의 안전한 작동에 필요한 특정 키 센서 신호가 손실되면 안전한 정지 기동이 필요할 수 있다. 안전 정지 기동은 예를 들어 차량을 도로 측면으로 조작하고 제어된 방식으로 차량을 정지시키는 것을 포함할 수 있다. 안전 정지 기동 중에 차량이 적어도 부분적으로 '실명'될 수 있으므로 때때로 대체 입력 신호를 기반으로 제어를 실행해야 한다. 그러한 대체 입력 신호 중 하나는 휠 회전이 예를 들어 이동 거리, 속도 및 가속도를 추정하는 데 사용되는 추측 항법이다.
US 2018/0224851 A1은 GPS 신호가 손실된 경우 안전한 정지 기동을 실행하는 문제에 관한 것이다. 기본 위치 시스템이 오작동하는 경우 추측 항법에 기반한 위치 추정이 사용된다.
타이어 슬립, 즉 휠이 노면에서 미끄러지는 현상은 추측 항법 기술에 기반한 위치 추정을 사용할 때 문제가 된다. 차량의 휠 회전이 노면에 대한 차량의 모션을 정확하게 반영하지 못하는 경우, 차량의 위치, 속도, 가속도 모두에서 추정 오차가 커질 수 있다. 타이어 슬립과 관련된 문제를 설명하기 위해, US 2018/0224851 A1은 차량의 휠 속도 및 종방향 속도를 기반으로 타이어 슬립을 예측하도록 구성된 타이어 슬립 예측 유닛을 제안한다. 그러나 이 타이어 슬립 예측 장치는 타이어 슬립에 대한 정확하고 강건(Robust)한 추정을 항상 산출하는 것은 아니다. 결과적으로, 예를 들어 안전한 정지 기동 동안 차량 동작 상태를 추정하기 위한 보다 강건한 방법이 필요하다.
본 개시의 목적은 안전 정지 기동과 같은 차량 기동 동안 차량 모션 상태를 추정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 차량 기동 동안 차량의 모션 상태를 추정하기 위한 차량 내 방법에 의해 획득된다. 이 방법은 차량 기동의 개시를 나타내는 트리거 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 그 다음, 방법은 자유 회전 상태에 있는 차량의 휠의 서브 세트를 선택하고 자유 회전 상태의 휠의 서브 세트의 회전과 관련된 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계를 포함한다. 그런 다음 측정된 파라미터를 기반으로 차량 동작 상태를 추정한다.
이러한 방식으로 타이어 미끄러짐의 영향이 줄어든다. 하나 이상의 자유 회전 휠에 의한 회전에 대한 측정이 이루어지기 때문이다. 자유 회전 휠은 타이어 미끄러짐을 유발하는 제동력이나 가속력의 영향을 받지 않는다. 따라서, 유리하게는 타이어 미끄러짐 예측 유닛 등이 필요하지 않고 더 정확한 추측 항법이 얻어진다.
유리하게는, 이 방법은 차량 자동화 제어를 개선하고 차량 기능적 안전 기능을 개선할 수 있다.
선택된 휠이 반드시 완전한 자유 회전 상태에 놓일 필요는 없다. 선택된 휠이 다른 휠에 비해 제동력이 감소되거나 가속 작동이 되는 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 타이어 미끄러짐을 줄이기 위해 선택된 휠에 더 적은 제동력이 가해진다. 따라서 특히 선택된 휠은 휠에 작용하는 가속 또는 감속력이 전혀 없이 자유 회전 상태에 놓일 수 있고, 또는 차량의 다른 휠에 가해지는 힘에 비해 감소된 제동력이나 가속력만 휠에 가해지는 조건에 배치될 수 있다. 여기서, 자유 회전 조건과 감소된 제동/가속력 조건은 등가로 간주된다.
양태에 따르면, 차량 기동은 차량의 최대 감속 용량 미만으로 차량의 제어된 감속을 필요로 하는 안전한 정지 기동이다. 이 방법은 안전한 정지 기동의 맥락에서 특히 유리하다. 이는 차량이 너무 급정거하지 않도록, 예를 들어 후행 차량과의 후방 충돌 위험을 줄이기 위해 최대 제동 용량에 비해 감소된 제동력으로 안전 정지 기동을 수행하는 경우가 많기 때문이다. 결과적으로, 추가 제동 용량을 사용할 수 있으므로 휠 서브 세트가 자유 회전 상태이거나 제동 조건이 감소된 상태에서 설정 제동 거리 후에도 차량이 완전히 정지할 수 있다.
양태에 따르면, 차량 기동은 센서 보정 기동이며, 이에 의해 차량의 하나 이상의 센서 시스템은 추정된 모션 상태 데이터에 대해 보정되도록 배열된다. 이러한 방식으로 온보드 센서는 보정 목적을 위해 자유 회전 조건에서 휠이 제공하는 접지 정보를 사용할 수 있다. 예를 들어, 관성 측정 단위(IMU)를 기반으로 하는 가속도 센서는 자유 회전 조건에서 휠에서 측정된 가속도를 기반으로 보정될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 상기 방법은 자유 회전 조건에서 선택된 휠과 제동력 또는 가속력이 가해지는 휠 사이의 휠 회전 특성을 비교함으로써 도로 마찰 계수를 추정하는 단계를 포함한다. 큰 차이는 타이어 미끄러짐이 크다는 것을 나타내며, 트랙션이 좋은 주행 조건에서는 차이가 더 작을 가능성이 있다.
양태에 따르면, 휠의 서브세트는 선택된 휠 액슬 상의 휠로서 선택된다. 유리하게는, 동일한 액슬에 있는 2개의 휠이 선택될 때, 선택된 액슬에 있는 2개의 휠 사이의 회전 특성의 차이를 결정함으로써 예를 들어 종방향 위치, 속도 및 가속도 외에도 차량 회전율이 추정될 수 있다.
일부 그러한 양태에 따르면, 선택된 휠 액슬은 차량의 다른 휠 액슬에 비해 수직 하중이 가장 적은 휠 액슬이다. 이러한 휠 액슬의 선택은 감소된 부하를 갖는 액슬의 휠의 제동 용량이 이미 감소되어 더 높은 액슬 부하와 관련된 액슬의 다른 휠에 비해 차량 제동에 크게 기여할 수 없다는 점에서 유리하다. 결과적으로, 차량 제동 능력에 대한 영향이 감소된다.
다른 그러한 양태에 따르면, 선택된 휠 액슬은 다른 액슬에 비해 낮은 회전 관성과 관련된 휠 액슬이다. 이렇게 하면 액슬이 완전히 제동된 상태에서 시작하더라도 액슬이 빠르게 자유 회전 상태에 도달하는 것이 유리하다.
그러한 다른 양태에 따르면, 선택된 휠 액슬은 들어올릴 수 있는 휠 액슬이고, 상기 방법은 파라미터를 측정하기 전에 들어올릴 수 있는 휠 액슬을 낮추는 단계를 포함한다. 들어올릴 수 있는 휠 액슬은 들어올려진 위치에서 차량을 지지하지 않으며 제동 목적으로 사용할 수 없다. 결과적으로 차량의 기동성에 미치는 영향을 최소화하면서 차량의 모션 상태를 추정하는데 사용할 수 있다는 장점이 있다.
양태들에 따르면, 상기 방법은 또한 선택된 액슬과 관련된 서스펜션 공기 압력을 양만큼 조정하는 단계를 포함한다. 서스펜션 공기 압력을 조작하여 자유 회전 액슬로 사용할 액슬의 하중을 줄이거나 늘릴 수 있다. 하중이 가벼워지면 차량의 전반적인 제동 능력 손실이 감소하고 하중이 증가하면 노면과 타이어 사이의 마찰이 증가하여 타이어 미끄러짐이 줄어든다.
양태에 따르면, 휠의 서브세트는 차량의 상이한 휠 액슬 및 차량의 상이한 측면으로부터 선택된다. 유리하게는, 이러한 특정 선택은 차량 안정성을 증가시킬 수 있다. 이 선택은 동일한 액슬의 두 휠이 모두 제동되지 않은 경우에 비해 액슬 방향 제동 균형을 개선하는 데에도 사용할 수 있어 이점이 있다. 차량의 먼 모서리에 있는 휠을 선택하면 측정된 휠 속도의 차이가 더 커지므로 요율의 추정도 향상될 수 있다. 또한 이러한 유형의 대각선 제동은 2축 트럭 시스템 또는 트레일러 시스템의 액슬 부하를 고르게 하기 위해 선호될 수 있다. 또한 이러한 유형의 대각선 제동은 2축 트럭 시스템 또는 트레일러 시스템의 액슬 부하를 고르게 하기 위해 선호될 수 있다.
양태에 따르면, 휠의 서브세트에 포함된 휠은 차량 안정성에 따라 선택되고, 이에 의해 휠의 서브세트는 기동 시나리오에 따라 차량 안정성에 수용 가능한 영향을 제공하도록 선택된다. 차량 안정성 및 기동 시나리오에 따라 어떤 휠을 감속 제동 모드 또는 자유 회전 조건에 둘 것인지 정보에 입각한 선택을 하는 것이 유리하다. 자유 회전 상태의 일부 휠 선택은 차량 안정성에 부정적인 영향을 미친다는 점에서 불리할 수 있다.
양태에 따르면, 휠의 서브세트는 단일 휠로 선택된다. 휠의 서브세트는 단일 휠만을 포함할 수도 있다. 사실, 휠의 서브 세트는 하나 이상의 휠에서 임의의 수의 휠을 포함할 수 있다. 사실, 센서 보정 기동과 같은 일부 기동은 모든 휠이 자유 회전 상태에 있도록 허용할 수 있다. 단일 휠이 자유 회전 상태로 선택되면 단일 휠에서 얻은 정보를 다른 센서의 데이터와 융합하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 나침반 장치에서 얻은 나침반 방향 값을 사용하여 회전율을 추정하고 곡률을 추적할 수 있으며, 이러한 동작 상태 파라미터는 단일 휠만으로는 추정할 수 없다.
일부 양태에 따르면, 상기 방법은 추정된 모션 상태 및 따라야 할 선호되는 기동 트랙에 기초하여 기동을 실행하도록 차량을 제어하는 단계를 포함한다. 따라서, 차량 동작 상태를 추정하기 위한 방법에 추가하여 기동 동안 차량을 제어하기 위한 방법이 여기에 개시된다.
일부 다른 양태에 따르면, 상기 방법은 또한 기동에 대한 선호되는 감속 값에 대해 모션 상태의 감속 값을 검증하는 단계를 포함한다. 결과적으로, 기동이 실행됨에 따라 목표 감속 값이 의도한 대로 보장된다. 따라서 유리하게는 보다 강건한 동작이 얻어진다.
추가 양태에 따르면, 상기 방법은 측정된 파라미터 및 차량과 연관된 획득된 가속도계 데이터에 기초하여 도로 제방 기울기 및/또는 도로 경사를 추정하는 단계를 더 포함한다.
전술한 이점과 관련된 제어 유닛, 컴퓨터 프로그램 및 차량도 여기에 개시되어 있다.
본 발명의 추가 이점 및 유리한 특징은 하기 설명 및 종속항에 개시되어 있다.
일반적으로, 특허청구범위에 사용된 모든 용어는 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술 분야에서의 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. “요소, 장치, 구성 요소, 수단, 단계 등." 에 대한 모든 참조는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 요소, 장치, 구성 요소, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예시를 언급하는 것으로 공개적으로 해석되어야 한다. 여기에 공개된 모든 방법의 단계는 명시적으로 언급되지 않는 한 공개된 정확한 순서로 수행될 필요는 없다. 본 발명의 추가 특징 및 이점은 첨부된 청구범위 및 하기 설명을 연구할 때 명백해질 것이다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 상이한 특징들이 결합되어 이하에서 설명되는 것과 다른 실시예를 생성할 수 있음을 인식한다.
첨부된 도면을 참조하여, 아래에서 실시예로서 인용된 본 발명의 구체예를 상세히 설명한다.
도 1은 차량 기동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 트랙터와 세미 트레일러 결합 차량의 예를 나타낸다.
도 3은 트랙터 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 제어 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 6은 컴퓨터 프로그램 제품의 예를 나타낸다.
본 발명은 이제 본 발명의 특정 측면이 도시된 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 여기에서 설명된 실시예 및 양태에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전할 수 있고 본 발명의 범위를 당업자에게 충분히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다. 유사한 번호는 명세서 전체에서 유사한 요소를 나타낸다.
본 발명은 여기에 설명되고 도면에 예시된 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 당업자는 첨부된 청구항의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
여기서, 차량의 모션 상태는 차량의 현재 상태를 위치, 속도, 가속도, 선회율 등으로 설명하는 것으로 가정한다. 차량 모션 상태는 또한 현재 도로 마찰 특성, 도로 상태에 따른 현재 제동 능력 등과 같은 다른 양을 포함할 수 있다. 일반적으로 차량 모션 상태는 다음 중 하나로 구성된다: 글로벌 또는 상대 위치 좌표, 차량 방향, 차량 궤적 곡률, 차량 종방향 속도, 차량 종방향 가속도, 차량 요율(yaw rate) 및 다양한 환경 변수. 일반적으로 차량 모션 상태, 센서 입력 신호에 기초한 차량 모션 상태 추정 등은 알려져 있으므로 여기에서 더 자세히 설명하지 않을 것이다.
여기서 세미트레일러는 트랙터와 세미트레일러가 결합된 차량의 트레일러 부분을 의미할 수도 있고, 트랙터와 세미트레일러가 결합된 차량 전체를 의미할 수도 있다. 세미 트레일러에 동력을 공급하는 차량을 견인 차량 또는 트랙터 차량이라고 한다.
차량 동작 관리(VMM) 시스템이 항상 고도로 자동화된 차량의 동작을 제어할 수 있도록 하기 위해 차량 제어 시스템의 적어도 일부를 커버하는 리던던시(Redundancy)가 제공되는 경우가 많다. 정상적인 차량 작동 중에 레이더 센서, 라이더 센서, GPS(Global Positioning System) 센서 등과 같은 센서는 센서 입력을 기반으로 제어 결정을 내리는 기본 제어 장치에 입력 데이터를 제공한다.
어떤 이유로 센서 입력 신호가 손실되거나 1차 제어 장치가 중단되면 2차 이중화 제어 시스템이 작동한다. 센서 신호가 끊긴 경우 차량은 기본적으로 블라인드(blind)이며 센서 입력 없이 제한된 시간 동안 작동해야 한다. 그런 다음 제어된 방식으로 차량을 정지시키기 위해 안전한 정지 기동이 실행된다. 안전한 정지 기동 중에 추정해야 하는 가장 중요한 차량 동작 상태는 두 좌표의 글로벌 위치(x 및 y 또는 경도 및 위도 위치), 차량 방향, 궤적 곡률, 차량 세로 속도 및 요율이다. 이러한 양을 알면 차량은 마지막으로 알려진 경로 또는 오래된 데이터를 기반으로 결정된 경로를 따를 수 있으므로 안전한 주행 영역을 벗어날 가능성이 줄어든다.
글로벌 위치 정보(GPS, 카메라 등)가 손실된 경우 이러한 차량 동작 상태 양을 추정하는 알려진 접근 방식은 가속도계 및 각속도 센서의 관성 센서 정보를 휠 속도 정보와 함께 사용하여 차량의 마지막으로 알려진 글로벌 위치를 기반으로 '추측 항법'을 수행하는 것이다.
이 접근 방식에서 흔히 볼 수 있는 추정 위치의 큰 편차를 유발할 수 있는 몇 가지 가능한 오류의 소스가 있다. 위치 및 속도 정보를 얻으려면 가속도 및 각속도 신호를 통합해야 한다. 신호의 오프셋 또는 오류는 시간이 지남에 따라 통합되어 위치 및 속도 추정에서 점점 더 큰 오류가 발생한다. 또한 센서 신호는 일반적으로 잡음이 있으며 예를 들면 중력 영향, 열 등으로 인한 바이어스와 오류를 모두 포함한다. 설상가상으로 차량의 제동 및 추진 중에 타이어와 노면 사이에 상대적인 미끄러짐(slip)이나 스키딩(skidding)이 발생한다. 이 상황에서 휠 회전 속도는 지상에서 차량의 실제 속도와 같지 않다. 이것은 특히 노면이 미끄러울 때 차량 속도 추정 및 종방향 위치에 큰 오류를 초래할 것이다.
도 1은 굴절식 차량(110)이 위치(A)에서 센서 입력을 잃는 예시적인 시나리오(100)를 도시한다. 따라서, 차량(110)을 도로 갓길로 조향(130)하고 제어된 방식으로 위치(C)에서 차량을 완전히 정지시키기 위한 목적으로 안전한 정지 기동이 트리거된다. 차량(110)이 마주하는 차량과 충돌할 수 있는 반대편 차선(120)으로 방향을 바꾸면(140) 위험한 상황이 발생할 수 있다. 이러한 방향 전환은 특히 노면이 미끄러운 경우 추측 항법 중에 누적된 오류의 결과일 수 있다.
도 2는 굴절식 차량(110)을 보다 상세하게 도시한다. 차량은 견인 트럭(210)과 트레일러 유닛(220)을 포함한다. 여기서 견인 트럭은 3개의 휠 액슬을 포함하며, 여기서 하나의 휠 액슬은 들어올릴 수 있는 휠 액슬일 수 있다. 즉, 무게를 운반할 필요가 없을 때 휠이 지면을 떠나도록 들어올릴 수 있다. 하나 이상의 휠 액슬은 능동적으로 구동되는 휠을 포함할 수 있다. 종종 모든 휠이 차량(110)을 감속할 수 있다.
아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 휠의 특정 서브세트는 자유 회전 상태에 있거나 적어도 차량(110)의 다른 휠에 비해 감소된 제동 또는 가속 작동과 관련된 상태에 있도록 선택될 수 있다. 그러한 선택은 단일 액슬(230) 상의 휠을 선택하거나, 상이한 액슬(240a, 240b) 상의 휠을 선택하거나, 심지어 단일 휠(240c)을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
건조한 도로에서 트럭의 공칭 최대 제동 성능은 약 7m/s2 이다. 젖은 도로에서 이 수치는 약 4 m/s2 로 낮아질 수 있다. 트럭 조합에는 일반적으로 2개 이상의 액슬이 있다. 예를 들어 트랙터와 세미트레일러 조합의 경우 일반적으로 5개 또는 6개의 액슬이 있다. 따라서 안전한 정지를 위한 최대 감속 요청이 약 3 m/s2로 제한된다는 사실을 이용하는 것이 가능하게 되며, 젖은 노면 조건에서도 차량의 두 휠을 제동하지 않은 상태로, 즉 자유 구르는 조건에서 가속을 달성할 수 있다. 예를 들어, 차량에 동일한 하중을 가하는 5개의 액슬이 있고 모든 휠이 활성화된 상태에서 달성할 수 있는 공칭 최대 감속이 5 m/s2(타이어-도로 마찰에 의해 제한됨)인 경우 한 액슬이 제동되지 않은 경우 4/5 * 5의 감속 즉, 안전한 정지 기동을 위한 3 m/s2요구 사항보다 훨씬 높은 4 m/s2를 달성할 수 있다.
즉, 안전한 정지 기동을 위해 3-4 m/s2의 감속이 필요하고 최대 트럭 감속이 7-8 m/s2라고 가정한다. 그런 다음 3축 트럭의 경우 전체 액슬을 제동 해제하거나 2축 시스템에서 대각선 휠을 제동 해제할 수 있다.
다른 액슬의 휠을 선택한 경우 내부 및 외부 반경에 대한 휠 속도를 보정해야 할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 차량(110)과 같이 많은 액슬을 갖는 차량에서, 임의의 액슬은 자유 회전으로 선택될 수 있다. 어떤 액슬을 선택할지에 대한 결정 기준은 예를 들어 다음 중 하나를 기반으로 할 수 있다.
- 액슬 하중(예: 하중이 가장 낮거나 차량 안정성에 가장 적은 영향을 미치는 액슬 선택)
- 경로 추종자 알고리즘에 가장 관심이 있는 위치의 액슬
동일한 액슬에서 두 개의 휠을 '자유롭게 굴리는' 대신, 일부 차량 레이아웃의 경우 차량의 반대쪽 모서리에서 휠을 '자유롭게 굴리는' 것이 유리할 수 있다(예: 전방 좌측 및 후방 우측). 이는 특히 짧은 휠 베이스 트랙터 장치의 경우 보다 안정적인 제동 상황을 초래할 수 있다. 차량의 축거 길이에 대한 정보와 결합하면 보다 정확한 위치 추정을 제공할 수도 있다. 휠 속도 정보는 선택적으로 가속도계 및/또는 각속도 센서 정보와 융합될 수 있다. 예를 들면, Kalman 필터 또는 입자(particle) 필터에서 추측 항법 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
휠 속도 정보는 블라인드 정지 항법을 위한 유일한 센서 정보로 사용될 수 있으며, 이는 매우 저렴한 시스템을 얻을 수 있다는 이점이 있다. 예를 들어, 조향각 센서로부터의 조향각 정보는 또한 앞서 언급된 센서와 결합되어 헤딩각 추정치를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 3은 차량(210)이 턴 시나리오(300)에서 곡률 1/R로 턴을 실행하고 있는 차량(210)을 개략적으로 도시한다. 차량은 여기에 개시된 기술을 수행하도록 배열된 제어 유닛(320)을 포함한다. 제어 유닛(320)의 추가 세부사항은 도 5와 관련하여 아래에서 논의될 것이다. 여기에서, 액슬(310)의 휠은 자유 회전 상태에 있도록 선택되었으며 차량 모션 상태를 추정하는 데 사용되고 있다. 액슬의 가장 왼쪽 휠은 속도 V1과 연결되고 가장 오른쪽 휠은 속도 V2와 연결된다. 종방향, 즉 차량의 전진 방향의 속도인 차량 운동 상태 파라미터 V가 추정되어야 한다.
V1 및 V2와 같은 휠 회전 속도는 종종 일부 유형의 회전 속도계에 의해 구현되는 휠 속도 센서(VSS)로 측정할 수 있다. 차량의 휠 회전 속도를 판독하는 데 사용되는 송신 장치로 일반적으로 톱니 링과 픽업 장치로 구성된다. 일반적인 휠 속도 센서 시스템은 강자성 톱니가 있는 릴럭터(reluctor) 링(톤 휠이라고도 함)과 수동 또는 능동일 수 있는 센서로 구성된다. 휠 속도 센서는 알려져 있으며 여기에서 더 자세히 논의하지 않을 것이다.
도 3을 참조하면, 여기에 개시된 기술의 예에 따라, 안전한 정지 기동을 수행하기 위한 방법은 다음과 같다:
수직 하중이 가장 적은 액슬과 같은 주 견인 장치(트럭)의 액슬 310을 선택한다. 안전한 정지 기동 내내 이 액슬의 브레이크를 비활성화 상태로 유지한다.
제동되지 않은 액슬의 자유 회전 휠을 사용하여 지면 위의 세로 방향 차량 속도를 직접 측정한다. 두 속도 V1과 V2의 평균을 취한다.
이 측정된 차량 속도 V를 사용하여 차량 종방향 위치(V 적분) 및 차량 종방향 가속도(V 미분)를 추정한다.
자유 회전 액슬에서 측정한 휠 속도와 차량의 알려진 휠 베이스 간의 차이를 사용하여 차량의 현재 궤적의 곡률을 추정한다. 자유 회전 축의 중심에서 곡률 1/R은 다음과 같이 주어진다. , 여기서 L은 도 2 에도 표시된 바와 같이 액슬 휠 거리, 은 첫 번째 휠의 측정된 속도, 는 두 번째 휠의 측정된 속도이다. 이러한 기하학적 관계는 알려져 있으며 여기에서 더 자세히 논의하지 않을 것이다.
요율 는 로 계산할 수 있다. 물론 이 요율 추정치는 정확도를 개선하기 위해 차량에서 사용 가능한 요율 센서와 '융합'된 다음 통합되어 안전한 정지 과정에서 차량의 헤딩각을 얻을 수 있다. 여기서, 두 개의 추정치를 융합한다는 것은 두 개의 추정치를 함께 사용하여 공통 값을 추정하는 것을 의미한다. 융합은 일반적으로 상대적 정확도를 기반으로 두 값에 가중치를 부여하는 것과 같다. 센서 융합 알고리즘은 알려져 있으므로 여기에서 더 자세히 논의하지 않을 것이다.
차량의 리어 액슬이 제동되는 경우, 예를 들어 다음과 같은 공통 방정식을 사용하여 안전 정지 중 각 시간 단계에서 차량의 위치와 방향을 계산할 수 있다.
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,
,
,
여기서 는 추정 알고리즘의 시간 단계, 는 시간 t의 위도 위치, 는 시간 t의 세로 위치, 는 시간 t의 차량 속도, 는 위도 방향의 가속도이다. 방향 x와 y는 도 3에 나와 있다.
위치 및 헤딩각 는 경로 추종자가 원하는 블라인드 정지 궤적을 따르기 위해 직접 사용할 수 있다.
값과 V t 는 브레이크 시스템에서 사용할 수 있다. 이는 정확한 감속 값에 도달하고 잠김 방지 제동 알고리즘이 제대로 작동할 수 있도록 하는 중요한 입력이다.
본 명세서에 개시된 기술은 또한 측정된 파라미터 및 차량과 연관된 획득된 가속도계 데이터에 기초하여 도로 제방 등급 및/또는 도로 경사를 추정하는 데 사용될 수 있다.
도 4는 위에서 논의된 예시적인 동작을 일반화하는 다양한 방법을 예시하는 흐름도이다. 차량 기동 동안 차량 모션 상태를 추정하기 위한 차량(110, 210)의 방법이 예시되어 있다. 방법은 차량 기동의 시작을 나타내는 트리거 신호를 획득하는 단계(S1)를 포함한다. 이 트리거 신호는 예를 들어 외부 소스, 비상 브레이크 버튼과 같이 객실 내 운전자가 조작할 수 있는 인터페이스로부터 획득될 수 있거나, 센서 신호 중단 후에 제어 유닛(320) 내부에서 생성될 수 있다. 트리거 신호는 또한 예를 들어 셀룰러 네트워크 등을 통한 무선 신호 전송을 통해 원격 소스로부터 수신될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 차량 기동은 차량의 최대 감속 용량 미만으로 차량의 제어된 감속을 필요로 하는 안전한 정지 기동이다.
일부 다른 양태에 따르면, 차량 기동은 센서 보정 기동이며, 이에 의해 차량의 하나 이상의 센서 시스템은 추정된 모션 상태 데이터에 대해 보정되도록 배열된다. 안전 정지 기동과 센서 보정 기동 모두 위에서 논의되었다.
이 방법은 또한 차량의 휠의 서브세트가 자유 회전 상태에 있거나 적어도 감소된 제동 상태에 있도록 선택하는 단계(S2)를 포함한다. 타이어 미끄러짐으로 인한 오류 소스를 최소화하기 위해 자유 회전 상태의 휠이 선호될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나 이 방법은 완전히 자유로이 움직이는 휠을 필요로 하지는 않고, 선택된 서브 세트의 휠을 통해 감소된 크기의 제동 작동이 작동되는 경우에도 잘 작동한다.
휠의 서브세트는 상황과 원하는 효과에 따라 다르게 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에 따르면, 휠의 서브세트는 선택된 휠 액슬(230) 상의 휠로서 선택된다(S21). 차량의 양쪽에 있는 둘 이상의 휠을 선택함으로써, 위의 도 3과 관련하여 설명되고 논의된 바와 같이 트랙 곡률, 요율 등을 추정할 수 있다. 선택된 휠 액슬(230)은 차량의 다른 휠 액슬에 비해 수직 하중이 가장 적은 휠 액슬일 수 있다. 이것은 제동 능력의 손실을 최소화해야 하는 경우에 선호되는 선택이다. 그 이유는 부하가 가장 적은 휠 액슬이 더 무거운 하중을 받는 휠 액슬에 비해 제동력 효과가 더 적기 때문이다.
선택된 휠 액슬(230)은 또한 들어올릴 수 있는 휠 액슬일 수 있다. 이 경우, 방법은 파라미터를 측정하기 전에 들어올릴 수 있는 휠 액슬을 낮추는 단계(S3)를 포함한다. 들어올릴 수 있는 휠 액슬은 차량에 무거운 하중이 가해질 경우에만 사용되는 '추가' 휠 액슬이다. 따라서, 이미 사용하고 있지 않은 경우에는 차량의 제동 능력 등에 큰 영향을 주지 않고 낮추어 차량의 모션 상태를 추정하는 데 사용할 수 있다.
휠의 선택된 서브세트는 차량의 상이한 휠 액슬 및 차량(240a, 240b)의 상이한 측면으로부터의 휠을 더 포함할 수 있다. 이러한 유형의 선택은 기동 중 차량 안정성을 향상시킬 수 있으며 이는 이점이다.
휠의 서브세트는 하나의 휠 이상에서 임의의 수의 휠을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 일부 양태에 따르면, 휠의 서브세트는 단일 휠로서 선택된다(S24). 다른 양태에 따르면, 예를 들어 센서를 보정할 때 휠의 서브세트가 차량의 모든 휠로 선택될 수 있다.
일부 양태에 따르면, 휠의 서브세트에 포함된 휠은 차량 안정성에 따라 선택되고(S23), 이에 의해 휠의 서브세트는 기동 시나리오에 따라 차량 안정성에 수용 가능한 영향을 제공하도록 선택된다.
방법은 또한 자유 회전 조건에서 휠의 서브세트의 회전과 관련된 하나 이상의 파라미터를 측정하고(S5) 측정된 파라미터에 기초하여 차량 운동 상태를 추정하는 단계(S6)를 포함한다.
물론 일부 센서 입력 신호를 사용할 수 있는 경우, 센서 융합 알고리즘은 휠의 서브세트 자유 회전을 기반으로 하는 추측 항법 시스템의 정보를 사용 가능한 센서에서 얻은 정보와 융합하기 위해 적용될 수 있다. 결과적으로, 개시된 기술은 또한 예를 들어 레이더 센서, 라이더 센서, 비전 센서 및 GPS로부터의 센서 입력 신호를 사용할 수 있는 경우에도 적용할 수 있는 것으로 평가된다.
일부 양태에 따르면, 방법은 선택된 액슬(230)과 관련된 서스펜션 공기 압력을 일정량만큼 조정하는 단계(S4)를 포함한다. 예를 들어, 서스펜션 공기 압력은 선택된 휠 액슬의 부하를 줄이기 위해 조정되어 차량의 제동 능력에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 다른 양태에 따르면, 선택된 휠 액슬에 대한 휠 액슬 하중은 자유 회전 휠과 노면 사이의 마찰을 증가시켜 휠 슬립으로 인한 오차를 더욱 감소시키기 위해 증가될 수 있다.
차량 모션 상태를 추정하는 것에 더하여, 상기 방법은 또한 추정된 모션 상태 및 따라야 할 선호되는 기동 트랙에 기초하여 기동을 실행하도록 차량(110)을 제어하는 단계(S7)를 포함할 수 있다. 이 제어는 제어된 안전 정지 기동을 실행하기 위해 추정된 차량 모션 상태와 함께 차량 주변에 대한 최근 정보 또는 마지막으로 알려진 경로를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다시 도 1을 참조하면, 차량이 위치(A)에서 센서 입력 신호를 잃을 때, 차량보다 약간 앞서 있는 환경이 알려져 있을 가능성이 있다. 따라서, 제어 유닛(350)은 위치(A)에서 차량(110)의 전방에 도로가 어떻게 연장되는지를 알고, 따라서 안전한 정지 기동을 위한 적절한 경로(130)를 결정할 수 있다. 그 다음, 제어 유닛은 위치(A)로부터의 추정된 이동 거리, 차량 속도 및 차량 회전율에 기초하여 결정된 경로(130)를 따르기 위해 조향 및 제동을 제어할 수 있다. 따라서, 경로(130)를 따라 위치(A)에서 위치(B)로의 안전한 정지 기동은 차량이 블라인드(예를 들어 GPS, 비전, 레이더 및/또는 라이더 센서 입력이 더 이상 이용 가능하지 않다는 의미)에도 불구하고 실행될 수 있다. 결과적으로, 센서 신호 중단에도 불구하고 더 위험한 경로(140)로의 방향 전환이 회피된다.
일부 다른 양태에 따르면, 방법은 기동을 위한 선호되는 감속 값에 대해 모션 상태의 감속 값을 검증하는 단계(S8)를 포함한다. 이는 차량이 현재 감속이 적절한지 또는 기동 중 차량 감속을 증가 또는 감소시키기 위해 제동 조치를 조정해야 하는지에 대한 정보를 얻을 수 있음을 의미한다.
일부 추가 양태에 따르면, 방법은 측정된 파라미터 및 차량과 연관된 획득된 가속도계 데이터에 기초하여 도로 제방 기울기(grade) 및/또는 도로 경사(slope)를 추정하는 단계(S9)를 더 포함한다. 예를 들어 관성 측정 장치(IMU)의 가속도계 데이터와 결합하면 선택한 휠에서 측정된 속도를 사용하여 도로 제방 기울기/경사를 추정할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 방법은 자유 회전 상태의 휠과 제동력 또는 가속력이 가해지는 휠 사이의 휠 회전을 비교함으로써 도로 마찰 계수를 추정하는 단계(S10)를 포함한다. 자유 회전 휠과 제동 휠과 비교하여 예를 들어 회전 속도와 관련하여 다르게 거동하는 경우 노면이 미끄러운 것으로 의심될 수 있다. 또한, 자유 회전 휠과 제동 휠 사이에 차륜 회전 특성의 유의한 차이가 측정되지 않는다면, 노면 마찰 조건이 제동 작동에 유리한 것으로 추론할 수 있다.
도 5는 본 명세서에서 논의되는 실시예에 따른 제어 유닛(320)의 구성요소를 다수의 기능 유닛과 관련하여 개략적으로 도시한다. 처리 회로(510)는 예를 들어 저장 매체(530)의 형태의 컴퓨터 프로그램 제품, 컴퓨터 프로그램 제품에 저장된 소프트웨어 명령어를 실행할 수 있는 적절한 중앙 처리 장치 CPU, 멀티프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서 DSP 등 중 하나 이상의 임의의 조합을 사용하여 제공된다. 처리 회로(510)는 적어도 하나의 주문형 집적 회로 ASIC, 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 FPGA로서 더 제공될 수 있다.
특히, 처리 회로(510)는 제어 유닛(320)이 도 4와 관련하여 논의된 방법과 같은 일련의 동작 또는 단계를 수행하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 저장 매체(530)는 동작(operation)들의 세트를 저장할 수 있고, 처리 회로(510)는 저장 매체(530)로부터 동작들의 세트를 검색하여 제어 유닛(320)이 동작들의 세트를 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 작업 세트는 실행 가능한 명령어 세트로 제공될 수 있다. 따라서, 처리 회로(510)는 이에 의해 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법을 실행하도록 배열된다.
저장 매체(530)는 또한 예를 들어 자기 메모리, 광학 메모리, 고체 상태 메모리 또는 원격 장착 메모리의 임의의 단일 또는 조합일 수 있는 영구 저장 장치를 포함할 수 있다.
제어 유닛(320)은 위상 제어기 및 기계적으로 회전 가능한 베이스 플레이트를 포함하는 안테나 어레이와 같은 적어도 하나의 외부 장치와의 통신을 위한 인터페이스(520)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 인터페이스(520)는 아날로그 및 디지털 구성요소 및 유선 또는 무선 통신을 위한 적절한 수의 포트를 포함하는 하나 이상의 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다.
처리 회로(510)는 예를 들어, 데이터 및 제어 신호를 인터페이스(520) 및 저장 매체(530)에 전송하고, 인터페이스(520)로부터 데이터 및 보고를 수신하고, 저장 매체(530)로부터 데이터 및 명령을 검색함으로써 제어 유닛(320)의 일반적인 동작을 제어한다. 제어 노드의 다른 구성요소 및 관련 기능은 여기에 제시된 개념을 모호하게 하지 않기 위해 생략된다.
제어 유닛(320)은 나침반 또는 GPS 모듈과 같은 방향 감지 유닛을 선택적으로 포함한다. 제어 유닛은 또한 IMU를 포함할 수 있다. 이러한 센서의 입력은 휠 회전 측정에서 얻은 추정치와 융합될 수 있다.
도 6은 상기 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 도 4에 예시된 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단(620)을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체(610)를 도시한다. 컴퓨터 판독 가능 매체 및 코드 수단은 함께 컴퓨터 프로그램 제품(600)을 형성할 수 있다.

Claims (20)

  1. 차량(110, 210)에서 차량 기동 중 차량 위치를 포함하는 차량 모션 상태를 추정하는 방법으로서,
    차량 기동의 시작을 나타내는 트리거 신호를 획득하는 단계(S1),
    감소된 제동을 포함하는 자유 회전 상태에 있는 차량의 휠의 서브 세트를 선택하는 단계(S2),
    자유 회전 상태 또는 감소된 제동 상태에 있는 휠의 서브세트의 회전과 관련된 하나 이상의 파라미터를 측정하는 단계(S5) 및
    측정된 파라미터에 기초하여 차량의 모션 상태를 추정하는 단계(S6)를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    차량 기동은 차량의 최대 감속 용량 미만으로 차량의 제어된 감속을 필요로 하는 안전 정지 기동인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    차량 기동은 센서 보정 기동이고, 이에 의해 차량의 하나 이상의 센서 시스템은 추정된 모션 상태 데이터에 대해 보정되도록 배열되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    휠의 서브세트가 선택된 휠 액슬(230) 상의 휠로서 선택되는(S21), 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    선택된 휠 액슬(230)은 차량의 다른 휠 액슬에 비해 수직 하중이 가장 적은 휠 액슬인, 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    선택된 휠 액슬(230)은 리프트 가능한 휠 액슬이고,
    파라미터를 측정하기 전에 리프트 가능한 휠 액슬을 낮추는 단계(S3)를 포함하는, 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    선택된 휠 액슬은 차량(110, 210)의 하나 이상의 다른 액슬에 비해 낮은 회전 관성과 관련된 휠 액슬인, 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    선택된 액슬(230)과 관련된 서스펜션 공기압을 양만큼 조정하는 단계(S4)를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    휠의 서브세트는 차량의 상이한 휠 액슬 및 차량(240a, 240b)의 상이한 측면으로부터 선택되는(S22), 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    휠의 서브세트에 포함된 휠이 차량 안정성에 따라 선택되고(S23), 이에 의해 휠의 서브세트가 기동 시나리오에 따라 차량 안정성에 수용 가능한 영향을 제공하도록 선택되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    휠의 서브세트가 단일 휠로서 선택되는(S24), 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 모션 상태는, 글로벌 또는 상대 위치 좌표, 차량 방향, 차량 궤적 곡률, 차량 종방향 속도, 차량 종방향 가속도 및 차량 요율 중 어느 하나를 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    추정된 모션 상태 및 따라야 할 선호하는 기동 트랙에 기초하여 조작을 실행하도록 차량(110)을 제어하는 단계(S7)를 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기동을 위한 선호되는 감속 값에 대해 상기 모션 상태의 감속 값을 검증하는 단계(S8)를 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정된 파라미터 및 차량과 관련하여 획득된 가속도계 데이터에 기초하여 도로 제방 기울기 및/또는 도로 경사를 추정하는 단계(S9)를 더 포함하는, 방법.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 자유 회전 휠과 제동력 또는 가속력이 인가된 다른 휠의 회전특성을 비교하여 도로마찰계수를 추정하는 단계(S10)를 더 포함하는, 방법.
  17. 삭제
  18. 프로그램 제품이 컴퓨터 상에서 실행될 때 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 구성되는, 차량 기동 동안 차량 운동 상태를 추정하기 위한 제어 유닛.
  20. 제19항에 따른 제어 유닛을 포함하는 차량(110).
KR1020217030029A 2019-03-07 2019-03-07 차량 기동 중 차량의 모션 상태를 추정하는 방법 KR102590005B1 (ko)

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