KR102635242B1

KR102635242B1 - 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR102635242B1
Application number: KR1020220066017A
Authority: KR
Inventors: 문인섭; 김종화; 이건호; 강지성; 조기춘; 김찬수; 석지원
Original assignee: 현대모비스 주식회사; 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2024-02-08
Also published as: CN117141491A; JP2023175613A; US20230384088A1; EP4286233A1; KR20230166272A

Abstract

실시예에 의한 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치 및 그 방법이 개시된다. 상기 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치는 휠 속도 데이터를 획득하는 휠 속도 센서부; IMU 데이터를 획득하는 IMU 센서부; 상기 휠 속도 데이터와 상기 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하는 전처리부; 및 상기 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하고, 상기 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정한 후 상기 차량의 기울기와 상기 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는 기울기 추정부를 포함한다.

Description

도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING ROAD TO VEHICLE PITCH AND METHOD THEREOF}

실시예는 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 헤드 램프는 일정한 방향으로 광을 조사하도록 설치되는데, 차량의 차고가 변하는 경우에도 일정한 방향으로 광을 조사하는 경우에는 충분한 시야를 확보하지 못하거나 대향 차량에게 눈부심이 발생되도록 하는 경우가 발생하게 된다.

이러한 차체의 높이 변화를 센싱하고 그 센싱한 값을 기초로 헤드 램프의 조사각을 조정하는 방안들이 제시되는데, 이러한 방안들은 차고 센서를 이용하여 차체의 높이 변화를 센싱하게 된다.

하지만 차고 센서를 이용한 차량의 기울기 산출은 차량의 차체와 서스펜션 간의 높이 차이를 기반으로 이루어지기 때문에, 산출되는 차량의 기울기와 차량의 실제 기울기 사이에는 차이가 발생하며, 하나의 차고 센서를 이용하는 경우에는, 산출 기울기와 실제 기울기 사이의 차이는 더욱 커지는 문제가 있다.

실시예는, 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

실시예에 따른 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치는 휠 속도 데이터를 획득하는 휠 속도 센서부; IMU 데이터를 획득하는 IMU 센서부; 상기 휠 속도 데이터와 상기 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하는 전처리부; 및 상기 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하고, 상기 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정한 후 상기 차량의 기울기와 상기 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는 기울기 추정부를 포함할 수 있다.

상기 전처리부는 상기 IMU 데이터와 미리 정해진 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검하는 제1 전처리부; 및 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인 경우, 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터와 상기 휠 속도 데이터를 기초로 상기 정지 구간과 상기 운동 구간을 추출하는 제2 전처리부를 포함할 수 있다.

상기 운동 구간은 가속 구간과 감속 구간을 포함하고, 상기 제2 전처리부는 상기 정지 구간과 상기 가속 구간 또는 상기 감속 구간과 상기 정지 구간을 하나의 쌍으로 추출할 수 있다.

상기 제2 전처리부는 상기 정지 구간에서 상기 IMU 센서부의 바이어스의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 바이어스의 평균값을 상기 IMU 데이터 중 각속도 데이터에서 빼서 제거할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 상기 정지 구간에서 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터를 기초로 상기 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 속도를 입력 받고, 상기 입력 받은 속도를 기초로 일정 크기 이상의 속도를 갖는 구간을 관심 영역으로 추출하고, 상기 관심 영역의 각 지점의 속도를 기초로 다수의 도로의 기울기를 산출한 후 상기 산출된 다수의 도로의 기울기의 평균값을 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기로 최종 추정할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 속도를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 위치를 입력 받고, 상기 운동 구간에서의 시작 지점과 마지막 지점의 위치를 기초로 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기를 최종 추정할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 위치를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 기울기 추정부는 도로의 형상에 가상의 직선을 피팅하여 상기 가상의 직선과 차량의 위치를 기초로 에러의 크기를 산출하고, 상기 산출된 에러의 크기와 미리 정해진 임계치를 비교하여 도로의 선형성을 평가하고, 상기 평가한 결과로 상기 도로의 선형성이 적합한 경우 상기 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

실시예에 따른 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법은 휠 속도 데이터와 IMU 데이터를 획득하는 단계; 상기 휠 속도 데이터와 상기 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하는 전처리 단계; 상기 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하는 제1 추정 단계; 상기 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정하는 제2 추정 단계; 및 상기 차량의 기울기와 상기 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는 제3 추정 단계를 포함할 수 있다.

상기 전처리 단계는 상기 IMU 데이터와 미리 정해진 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검하는 제1 전처리 단계; 및 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인 경우, 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터와 상기 휠 속도 데이터를 기초로 상기 정지 구간과 상기 운동 구간을 추출하는 제2 전처리 단계를 포함할 수 있다.

상기 운동 구간은 가속 구간 또는 감속 구간을 포함하고, 상기 제2 전처리 단계는 상기 정지 구간과 상기 가속 구간 또는 상기 감속 구간과 상기 정지 구간을 하나의 쌍으로 추출할 수 있다.

상기 제2 전처리 단계는 상기 정지 구간에서 IMU 센서부의 바이어스의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 바이어스의 평균값을 상기 IMU 데이터 중 각속도 데이터에서 빼서 제거할 수 있다.

상기 제1 추정 단계는 상기 정지 구간에서 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터를 기초로 상기 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 제2 추정 단계는 상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 속도를 입력 받고, 상기 입력 받은 속도를 기초로 일정 크기 이상의 속도를 갖는 구간을 관심 영역으로 추출하고, 상기 관심 영역의 각 지점의 속도를 기초로 다수의 도로의 기울기를 산출한 후 상기 산출된 다수의 도로의 기울기의 평균값을 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기로 최종 추정할 수 있다.

상기 제2 추정 단계는 상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 속도를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 제2 추정 단계는 상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 위치를 입력 받고, 상기 운동 구간에서의 시작 지점과 마지막 지점의 위치를 기초로 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기를 최종 추정할 수 있다.

상기 제2 추정 단계는 상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 위치를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정할 수 있다.

상기 제3 추정 단계는 도로의 형상에 가상의 직선을 피팅하여 상기 가상의 직선과 차량의 위치를 기초로 에러의 크기를 산출하고, 상기 산출된 에러의 크기와 미리 정해진 임계치를 비교하여 도로의 선형성을 평가하고, 상기 평가한 결과로 상기 도로의 선형성이 적합한 경우 상기 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

실시예에 따르면, 휠 속도 데이터와 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하고 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하며 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정한 후 차량의 기울기와 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하도록 함으로써, 도로 대비 차량의 기울기를 정확히 추정할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에 따른 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 실시예에 따른 좌표계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 차량 기울기, 도로 기울기, 도로 대비 차량 기울기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 도로 기울기 추정 구간 추출 과정을 보여주는 도면들이다.
도 6은 도 4에 도시된 바이어스 제거 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 차량의 기울기 추정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 실시예에 따른 속도 기반 도로의 기울기 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 실시예에 따른 위치 기반 도로의 기울기 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 4에 도시된 도로의 선형성 평가 원리를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치를 나타내는 도면이고, 도 2a 내지 도 2c는 실시예에 따른 좌표계를 설명하기 위한 도면들이고, 도 3은 차량 기울기, 도로 기울기, 도로 대비 차량 기울기를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 장치는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서부(110), 휠 속도 센서부(120), 전처리부(130), 및 기울기 추정부(140)를 포함할 수 있다.

IMU 센서부(110)는 선형 가속도(acceleration), 회전 각속도(rotation rate)와 같은 차량 움직임에 대한 데이터 즉, IMU 데이터를 획득할 수 있다. 선형 가속도는 바디 프레임(body frame) 상에서 x, y, z 축 가속도와 중력(gravitational force)을 포함하고, 회전 각속도는 바디 프레임 상에서 x, y, z축 각속도를 포함할 수 있다.

이때, 도 2a의 바디 프레임은 차량의 움직임에 따라 같이 움직이는 차량 기준 좌표계이고, 도 2b의 로드 프레임(road frame)은 도로 기울기에 맞추어 변하는 도로 기준 좌표계이며, 도 2c의 네비게이션 프레임(navigation frame)은 차량의 움직임에 관계없이 기준점을 기준으로 변하지 않는 좌표계를 각각 나타낸다.

이러한 프레임을 이용한 주요 변수는

와 같이 표시될 수 있다.

IMU 센서부(110)는 자이로스코프(gyroscope) 센서와 가속도(acceleration) 센서를 포함할 수 있다. 먼저 가속도 센서는 바디 프레임 상에서 가속도와 중력을 측정할 수 있다. IMU 센서부(100)의 3축 가속도와 중력은 바디 프레임 상에서 측정될 수 있다. 또한 자이로스코프 센서는 바디 프레임 상에서 각속도를 측정할 수 있다. 각속도는 차량의 종 방향 움직임이 고려되기 때문에 차량의 피치 움직임이 측정되어야 한다. 따라서 단일 y-축 자이로스코프가 사용될 수 있는데, 단일 y-축 자이로스코프가 없어도 구현 가능하지만 성능 저하가 있을 수 있다.

휠 속도 센서부(120)는 CAN(Controller Area Network)을 통해 휠 속도 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 휠 속도 데이터는 구동 휠(driving wheel)이 아닌 두 개의 리어 휠(rear wheel)의 속도를 평균하여 획득할 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않는다.

전처리부(130)는 IMU 센서부(110)로부터 획득한 IMU 데이터와 휠 속도 센서부(120)로부터 획득한 휠 속도 데이터를 전처리할 수 있다. 전처리부(130)는 제1 전처리부(131)와 제2 전처리부(132)를 포함할 수 있다.

제1 전처리부(131)는 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검할 수 있다. 예를 들면, 제1 전처리부(131)는 IMU 데이터가 미리 정해진 임계치 이상인 경우 유효한 데이터로 판단하고, 임계치 미만인 경우 유효하지 않은 데이터로 판단할 수 있다.

제2 전처리부(132)는 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출할 수 있다. 정지 구간은 차량이 정지 상태인 구간으로, 휠 속도 데이터가 0인 구간일 수 있다. 운동 구간은 차량이 감속 또는 가속하는 구간일 수 있다.

제1 전처리부(131)는 IMU 데이터로부터 IMU 오류를 제거할 수 있다. IMU 오류는 바이어스(bias)와 제로 평균 백색 잡음(zero mean white noise)의 두 가지 타입이 있다. 이러한 오류는 가속도와 각속도의 적분하는 경우 큰 문제가 될 수 있다. 차량이 정지하는 경우, 자이로스코프의 출력은 오직 바이어스와 잡음뿐이다.

실시예에서는 자이로스코프의 바이어스를 제거하여 IMU 데이터의 질을 향상시키고, 평균값을 통해 바이어스를 추정하여 제로 평균 백색 잡음을 제거한다.

기울기 추정부(140)는 전처리된 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다. 기울기 추정부(140)는 제1 기울기 추정부(141), 제2 기울기 추정부(142), 제3 기울기 추정부(143), 선형성 평가부(144)를 포함할 수 있다.

제1 기울기 추정부(141)는 정지 상태에서의 차량의 기울기를 추정할 수 있다. 제1 기울기 추정부(141)는 제2 전처리부(132)로부터 추출된 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

제2 기울기 추정부(142)는 운동 상태에서의 도로의 기울기를 추정할 수 있다. 제2 기울기 추정부(142)는 제2 전처리부(132)로부터 추출된 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정할 수 있다.

제3 기울기 추정부(143)는 추정된 정지 구간의 차량의 기울기와 운동 구간의 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다. 예를 들면, 제3 기울기 추정부(143)는 도 3과 같이, 추정된 차량의 기울기

에서 도로의 기울기

를 빼줌으로써, 도로 대비 차량의 기울기

를 추정할 수 있다.

선형성 평가부(144)는 도로의 기울기를 산출하기 위한 도로의 선형성을 평가할 수 있다. 예를 들면, 도로의 선형성에 적합하다고 평가한 경우에만 추정 과정을 수행하여 제3 기울기 추정부(143)가 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다.

도 4는 도로 대비 차량의 기울기를 추정하기 위한 방법을 나타내는 도면이고, 도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 도로 기울기 추정 구간 추출 과정을 보여주는 도면들이고, 도 6은 도 4에 도시된 바이어스 제거 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 4에 도시된 차량의 기울기 추정 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치(이하 기울기 추정장치라고 한다)는 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 수신할 수 있다(S110).

다음으로, 기울기 추정장치는 수신된 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검할 수 있다(S120). 이때, 기울기 측정장치는 미리 정해진 파라미터를 기초로 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검할 수 있다. 미리 정해진 파라미터는 가속도, 조향각, 도로 기울기를 포함할 수 있다.

예를 들면, 기울기 추정장치는 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 기초로 차량의 가속도가 미리 정해진 가속도 이하이거나, 차량의 조향각이 미리 정해진 조향각 이상이거나, 차량이 위치하는 도로의 기울기가 미리 정해진 도로 기울기(pitch 방향) 이상인 경우이거나 미리 정해진 도로 기울기(roll 방향) 이상인 경우 IMU 데이터와 휠 속도 데이터가 유효하지 않은 데이터라고 판단하여 기울기 추정 과정을 종료할 수 있다.

이러한 이유는 가속도는 급가속의 경우 서스펜션 운동에 의한 노이즈가 대부분이고, 조향각은 Y축 가속도의 변화를 야기하고, 일정 크기 이상의 도로 기울기는 하중에 의한 도로 대비 차량의 기울기의 정적 변화를 일으키기 때문에 이를 고려하기 위함이다.

다음으로, 기울기 추정장치는 수신된 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 기초로 도로 기울기 추정 구간을 추출할 수 있다(S130). 이때 도로 기울기 추정 구간은 정지 후 가속되는 정지-가속 구간과 감속 후 정지되는 감속-정지 구간을 포함할 수 있다. 실시예에 따른 도로 기울기 추정 구간에서는 정지 후 가속 또는 주행 중 감속 후 정지 상태를 판단하기 때문에 IMU 데이터 중 IMU 가속도 데이터를 이용하고 있다.

구체적으로, 기울기 추정장치는 도 5a의 IMU 가속도 데이터를 수신하고, 수신된 IMU 가속도 데이터를 필터링하여 일정 크기 이상의 IMU 가속도 데이터를 추출할 수 있다.

기울기 추정장치는 필터링된 IMU 가속도 데이터와 휠 속도 데이터를 기초로 도 5b와 같이 정지 구간, 가속 구간, 감속 구간을 구분할 수 있다.

이때, 정지 구간과 가속 구간 또는 감속 구간과 정지 구간은 가속도의 크기가 일정 값 이상인 구간을 운동 구간 즉, 가속 구간과 감속 구간으로 결정할 수 있다.

기울기 추정장치는 도 5c 및 도 5d와 같이 구분된 정지 구간, 가속 구간, 감속 구간을 기초로 정지-가속 구간 또는 감속 -정지 구간을 도로 기울기 추정 구간으로 추출할 수 있다.

실시예에서는 이렇게 구간 정지-가속 구간 또는 감속-정지 구간에서의 IMU 데이터와 휠 속도 데이터를 이용하여 도로 대비 차량의 기울기를 추정하고자 한다.

다음으로, 기울기 추정장치는 정지 구간에서 바이어스의 평균값을 산출하여 산출된 바이어스의 평균값을 IMU 데이터 즉, IMU 각속도 데이터에서 빼서 제거할 수 있다(S140).

도 6과 같이 각속도계의 출력값 즉, IMU 각속도 데이터는 바이어스가 포함되어 높기 때문에, 바이어스의 평균값을 빼서 제거하여 낮아지게 됨을 알 수 있다.

다음으로, 기울기 추정장치는 정지 구간에서 IMU 데이터 즉, IMU 가속도 데이터를 기초로 정적 차량의 기울기 즉, 피치(pitch), 롤(roll)을 추정할 수 있다(S150). 이때, 도 7과 같이 정지 구간에서 중력(g_n)의 위치를 기초로 정적 차량 기울기를 추정하는데, 정적 차량의 기울기는 다음의 [수학식 1], [수학식 2]와 같이 정의된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서,

,

는 바디 프레임에서 z축, y축, x축 상의 가속도를 나타낸다. 실시예에서는 수학식 3의 차량의 피치 각도를 차량의 기울기로 정의한다.

다음으로, 기울기 추정장치는 IMU 데이터를 기초로 도로의 기울기를 추정할 수 있다(S160). 도로의 기울기는 가속도, 속도, 위치를 기반으로 산출될 수 있는데, 각 도로의 기울기는 다음의 [수학식 3], [수학식 4], [수학식 5]와 같이 정의된다.

[수학식 3]

여기서,

,

는 네비게이션 프레임에서 z축, y축, x축 상의 가속도를 나타낸다.

,

는

,

를 회전 변환하여 산출할 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

이때, 가속도, 속도, 위치의 관계는 다음의 [수학식 6], [수학식 7]와 같이 정의된다.

[수학식 6]

여기서,

,

는 네비게이션 프레임에서 z축, y축, x축 상의 속도를 나타낸다.

[수학식 7]

여기서,

,

는 네비게이션 프레임에서 z축, y축, x축 상의 위치를 나타낸다.

도 8a 내지 도 8b는 실시예에 따른 속도 기반 도로의 기울기 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 8a를 참조하면, 기울기 추정 장치는 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 속도를 입력 받고, 입력 받은 속도를 기초로 일정 크기 이상의 속도를 갖는 구간을 관심 영역으로 추출할 수 있다.

기울기 추정 장치는 각 지점의 속도를 기초로 다수의 제1 도로의 기울기를 산출할 수 있다.

기울기 추정 장치는 산출된 다수의 제1 도로의 기울기를 평균하여 하나의 제2 도로의 기울기를 산출하는데, 제2 도로의 기울기를 최종 도로의 기울기로 산출하게 된다.

도 8b를 참조하면, 실시예에서는 속도에 대한 시작 마진과 종료 마진을 고려하여 운동 구간 전체가 아닌 일부 운동 구간에서만 도로의 기울기를 산출하고자 한다.

예컨대, 전체 운동 구간 중 시작 부분의 일부 운동 구간과 종료 부분의 일부 운동 구간을 제외한 나머지 구간에서 입력 받은 속도를 기초로 도로의 기울기를 산출하게 된다.

도 9a 내지 도 9b는 실시예에 따른 위치 기반 도로의 기울기 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 9a를 참조하면, 기울기 추정 장치는 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 위치를 입력 받고, 시작 지점과 마지막 지점의 위치를 기초로 도로의 기울기를 산출하게 된다.

도 9b를 참조하면, 실시예에서는 위치에 대한 시작 마진과 종료 마진을 고려하여 운동 구간 전체가 아닌 일부 운동 구간에서만 도로의 기울기를 산출하고자 한다.

예컨대, 전체 운동 구간 중 시작 부분의 일부 운동 구간과 종료 부분의 일부 운동 구간을 제외한 나머지 구간에서 입력 받은 위치를 기초로 도로의 기울기를 산출하게 된다.

이때, 시작 마진과 종료 마진은 시작 마진 비율과 종료 마진 비율로 설정될 수 있다. 여기서는 시작 마진과 종료 마진을 모두 고려한 예를 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 시작 마진과 종료 마진 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.

또한 시작 마진과 종료 마진은 동일한 마진 비율을 가질 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 상황에 따라 서로 다른 마진 비율을 가질 수 있다. 예를 들면, 정지 후 가속인 구간에서는 시작 마진 비율이 종료 마진 비율보다 크고, 감속 후 정지 구간에서는 시작 마진 비율보다 종료 마진 비율이 크게 설정될 수 있다.

다음으로, 기울기 추정 장치는 도로의 선형성을 평가할 수 있다(S170).

도 10은 도 4에 도시된 도로의 선형성 평가 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 기울기 추정 장치는 도로의 형상에 가상의 직선을 피팅하고 가상의 직선과 차량의 위치를 기초로 에러의 크기를 산출하여 산출된 에러의 크기를 기초로 도로의 선형성을 평가할 수 있다.

예를 들면, 기울기 추정 장치는 에러의 크기가 미리 정해진 임계치 이상인 경우 도로가 굴곡이 심해서 도로의 기울기를 산출하기 위한 도로의 선형성에 부적합하다고 판단하여 도로 대비 차량의 기울기를 추정하지 않고 추정 과정을 종료하게 된다.

반면, 기울기 추정 장치는 에러의 크기가 미리 정해진 임계치 미만인 경우 도로가 굴곡이 심하지 않아서 도로의 기울기를 산출하기 위한 도로의 선형성에 적합하다고 판단할 수 있다.

다음으로, 기울기 추정장치는 도로의 선형성에 적합하다고 판단되는 경우, 추정된 차량의 기울기와 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정할 수 있다(S180). 이러한 도로 대비 차량의 기울기는 다음의 [수학식 8]과 같이 정의된다.

[수학식 8]

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: IMU 센서부
120: 휠 속도 센서부
130: 전처리부
131: 제1 전처리부
132: 제2 전처리부
140: 기울기 추정부
141: 제1 기울기 추정부
142: 제2 기울기 추정부
143: 제3 기울기 추정부
144: 선형성 평가부

Claims

휠 속도 데이터를 획득하는 휠 속도 센서부;
IMU 데이터를 획득하는 IMU 센서부;
상기 휠 속도 데이터와 상기 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하는 전처리부; 및
상기 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하고, 상기 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정한 후 상기 차량의 기울기와 상기 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는 기울기 추정부를 포함하고,
상기 기울기 추정부는,
상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 속도를 입력 받고, 상기 입력 받은 속도를 기초로 일정 크기 이상의 속도를 갖는 구간을 관심 영역으로 추출하고,
상기 관심 영역의 각 지점의 속도를 기초로 다수의 도로의 기울기를 산출한 후 상기 산출된 다수의 도로의 기울기의 평균값을 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기로 최종 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 전처리부는,
상기 IMU 데이터와 미리 정해진 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검하는 제1 전처리부; 및
상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인 경우, 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터와 상기 휠 속도 데이터를 기초로 상기 정지 구간과 상기 운동 구간을 추출하는 제2 전처리부를 포함하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제2항에 있어서,
상기 운동 구간은 가속 구간 또는 감속 구간을 포함하고,
상기 제2 전처리부는 상기 정지 구간과 상기 가속 구간 또는 상기 감속 구간과 상기 정지 구간을 하나의 쌍으로 추출하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 전처리부는,
상기 정지 구간에서 상기 IMU 센서부의 바이어스의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 바이어스의 평균값을 상기 IMU 데이터 중 각속도 데이터에서 빼서 제거하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 기울기 추정부는,
상기 정지 구간에서 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터를 기초로 상기 차량의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 기울기 추정부는,
상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 속도를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 기울기 추정부는,
상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 위치를 입력 받고, 상기 운동 구간에서의 시작 지점과 마지막 지점의 위치를 기초로 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기를 최종 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 기울기 추정부는,
상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 위치를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 기울기 추정부는,
도로의 형상에 가상의 직선을 피팅하여 상기 가상의 직선과 차량의 위치를 기초로 에러의 크기를 산출하고,
상기 산출된 에러의 크기와 미리 정해진 임계치를 비교하여 도로의 선형성을 평가하고, 상기 평가한 결과로 상기 도로의 선형성이 적합한 경우 상기 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 장치.
휠 속도 데이터와 IMU 데이터를 획득하는 단계;
상기 휠 속도 데이터와 상기 IMU 데이터를 기초로 정지 구간과 운동 구간을 추출하는 전처리 단계;
상기 정지 구간에서 차량의 기울기를 추정하는 제1 추정 단계;
상기 운동 구간에서 도로의 기울기를 추정하는 제2 추정 단계; 및
상기 차량의 기울기와 상기 도로의 기울기를 기초로 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는 제3 추정 단계를 포함하고,
상기 제2 추정 단계는,
상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 속도를 입력 받고, 상기 입력 받은 속도를 기초로 일정 크기 이상의 속도를 갖는 구간을 관심 영역으로 추출하고,
상기 관심 영역의 각 지점의 속도를 기초로 다수의 도로의 기울기를 산출한 후 상기 산출된 다수의 도로의 기울기의 평균값을 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기로 최종 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 전처리 단계는,
상기 IMU 데이터와 미리 정해진 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인지를 점검하는 제1 전처리 단계; 및
상기 IMU 데이터가 유효한 데이터인 경우, 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터와 상기 휠 속도 데이터를 기초로 상기 정지 구간과 상기 운동 구간을 추출하는 제2 전처리 단계를 포함하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제12항에 있어서,
상기 운동 구간은 가속 구간과 감속 구간을 포함하고,
상기 제2 전처리 단계는 상기 정지 구간과 상기 가속 구간 또는 상기 감속 구간과 상기 정지 구간을 하나의 쌍으로 추출하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 전처리 단계는,
상기 정지 구간에서 IMU 센서부의 바이어스의 평균값을 산출하고, 상기 산출된 바이어스의 평균값을 상기 IMU 데이터 중 각속도 데이터에서 빼서 제거하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 추정 단계는,
상기 정지 구간에서 상기 IMU 데이터 중 가속도 데이터를 기초로 상기 차량의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 제2 추정 단계는,
상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 속도를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 추정 단계는,
상기 운동 구간에서 미리 정해진 시간마다 위치를 입력 받고, 상기 운동 구간에서의 시작 지점과 마지막 지점의 위치를 기초로 상기 운동 구간에 대한 상기 도로의 기울기를 최종 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 추정 단계는,
상기 운동 구간 중 적어도 일부 구간에 대한 위치를 기초로 상기 도로의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 제3 추정 단계는,
도로의 형상에 가상의 직선을 피팅하여 상기 가상의 직선과 차량의 위치를 기초로 에러의 크기를 산출하고,
상기 산출된 에러의 크기와 미리 정해진 임계치를 비교하여 도로의 선형성을 평가하고, 상기 평가한 결과로 상기 도로의 선형성이 적합한 경우 상기 도로 대비 차량의 기울기를 추정하는, 도로 대비 차량의 기울기를 측정하기 위한 방법.