KR19980070886A - 도로 곡률 추정 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 도로 곡률 추정 장치는 도로에 대한 차량의 자세를 검출하는 차량 자세 검출기와, 전륜 및 후륜 조향각 검출기와, 차속 검출기와, 도로 곡률 계산기를 포함한다. 도로 곡률 계산기는 측정된 차량 자세, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산한다. 제어기는 도로 곡률에 의해 계산된 도로 곡률을 기초로 하여 자동 조향 기구의 제어를 실행한다.

Description

도로 곡률 추정 장치
본 발명은 차량 전방의 도로의 곡률을 추정하는 도로 곡률 추정 장치(road curvature estimating apparatus)에 관한 것이다.
일본 특허 공개 (평)4-283900호는 차량 전방의 도로의 표면의 가변 휘도 화상을 촬영하는 촬상 장치를 포함하는 종래의 도로 곡률 추정 장치를 기재하고 있다. 촬상 장치에 의해 촬영된 화상은 촬상 장치의 화상의 바닥 부분으로부터 상부 부분까지의 각각의 화소의 휘도 변화량을 구하기 위하여 휘도 변화 검출 장치로 공급된다. 휘도 변화 검출 장치는 소정량 이상의 휘도 변화량을 갖고 바닥 부분에 가장 근접한 화소를 선택한다. 휘도 변화 검출 장치에서 구해진 화소는 실제 세계 좌표계(world coordinate system)에서의 화소의 위치를 구하기 위하여 세계 좌표계 검출 장치로 보내진다. 굴곡 검출 장치는 세계 좌표계 검출 장치에서 구해진 휘도 변화 화소의 실제 세계 좌표로부터 도로의 곡률 및 반경을 구한다. 구해진 정보는 표시 장치로 공급되어 검출된 도로 형상의 결과를 운전자에게 알려주도록 한다.
그러나, 이러한 종래의 곡률 추정 장치는 차량 전방의 도로의 가변 휘도 화상을 촬영하고 휘도 변화량으로부터 굴곡의 좌표 변환을 실행하도록 배치된다. 이는 대량의 화소에 대하여 계산을 수행하는 것을 필요로 하여서, 계산 시간을 현저히 증가시킨다. 따라서, 차량의 자동 조향 제어가 장치에 의해 추정된 도로 곡률을 이용함으로써 실행되는 경우에, 주행 차량에 대하여 계산 지연을 발생시키고 차량 제어를 불안정하게 할 수 있다. 그러므로, 종래의 장치는 도로의 더욱 먼 지점의 가변 휘도 화상을 촬영함으로써 지연을 보상하는 것이 요구되었다. 더욱이, 먼 지점을 포함하는 도로의 가변 휘도 화상을 촬영하는 것이 필요한 경우에, 먼 지점에서의 도로 폭의 화상은 가까운 지점에서의 동일한 도로 폭의 화상이 많은 화소 개수에 의해 표현되는 반면에 이보다 작은 화소 개수로 표현된다. 이는 화상의 분해능을 저하시킨다. 게다가, 종래의 장치는 도로 상의 백선(white line) 등의 차선을 따른 라인을 다항식 근사에 의해 구하고 구해진 결과를 기초로 곡률을 계산하도록 배치되므로, 화상의 데이타 지점 개수는 커지게 됨으로써 계산 과정을 위한 시간을 증가시킨다. 따라서, 차량의 제어는 계산 지연에 의해 불안정하게 될 수 있다.
본 발명의 목적은 화상 처리를 제한함으로써 도로 곡률의 신속한 계산을 가능하게 하고 안전한 제어를 가능하게 하는 도로 곡률 추정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양은 횡변위(lateral displacement) 측정 섹션, 차륜 조향각 측정 섹션, 차속 측정 섹션 및 도로 곡률 계산 섹션을 포함하는 도로 곡률 추정 장치에 속한다. 횡변위 측정 섹션은 도로에 대하여 차량의 횡변위를 측정한다. 차륜 조향각 측정 섹션은 차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 측정한다. 차속 측정 섹션은 차량의 차속을 측정한다. 도로 곡률 계산 섹션은 측정된 횡변위와, 측정된 차속과, 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산한다.
본 발명의 다른 태양은 차량에 설치된 도로 곡률 추정 장치에 속한다. 도로 곡률 추정 장치는 차량 차세 검출기, 차륜 조향각 검출기, 차속 검출기, 도로 곡률 계산기 및 모니터를 포함한다. 차량 자세 검출기는 도로에 대한 차량의 자세를 검출한다. 차륜 조향각 검출기는 차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 검출한다. 차속 검출기는 차량의 차속을 검출한다. 도로 곡률 계산기는 측정된 횡변위와, 측정된 차속과, 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산한다. 모니터는 계산된 도로 곡률을 차량 운전자에게 알려 주기 위하여 계산된 도로 곡률을 표시한다.
도1a는 측방향으로부터 볼 때 본 발명에 따른 제1 실시예의 도로 곡률 추정 장치가 설비된 자동차의 개략 구조도.
도1b는 상부 방향으로부터 볼 때 도1a의 자동차의 개략 구조도.
도2는 제1 실시예의 도로 곡률 추정 장치에 의해 실행되는 추정 과정의 플로우차트.
도3은 제1 실시예의 도로 곡률 계산기의 블럭 선도.
도4는 상수(λ)와 차속 변화 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도5a는 측방향으로부터 볼 때 본 발명에 따른 제2 실시예의 도로 곡률 추정 장치가 설비된 자동차의 개략 구조도.
도5b는 상부 방향으로부터 볼 때 도5a의 자동차의 개략 구조도.
도6은 자기 네일(magnetic nail)이 제2 실시예에 따라 설치된 도로의 평면도.
도7은 자기 네일 센서와 자기 네일 사이의 관계를 도시하는, 주요부의 확대 평면도.
도8은 제2 실시예의 도로 곡률 추정 장치에 의해 실행되는 추정 과정의 플로우차트.
도9는 제2 실시예에서 채용된 도로 곡률 계산기의 블럭 선도.
도10은 제3 실시예에 채용된 도로 곡률 계산기의 블럭 선도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 도로 곡률 추정 장치
7 : 횡변위 측정 수단
9, 11 : 조향각 센서
13 : 차속 센서
15 : 도로 곡률 계산기
19 : 화상 처리 장치
21 : 전륜
23 : 후륜
73 : 차량 각도 측정 수단
도1a 내지 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 도로 곡률 추정 장치(1)의 제1 실시예가 도시되어 있다.
도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 자동차(VE)에는 수동 조향 기구(3)와 자동 조향 기구(5)가 마련된다. 제1 실시예의 도로 곡률 추정 장치(1)는 횡변위 측정 수단(7), 전륜 조향각 센서(9), 후륜 조향각 센서(11), 차속 센서(13) 및 도로 곡률 계산기(15)를 포함한다. 전륜 조향각 센서(9) 및 후륜 조향각 센서(11)는 전륜 및 후륜 조향각 측정 수단으로서 역할한다. 차속 센서(13)는 차속 측정 수단으로서 역할하고, 도로 곡률 계산기(15)는 도로 곡률 계산 수단으로서 역할한다.
횡변위 측정 수단(7)은 자동차(VE)가 주행하고 있는 도로에 대하여 자동차(VE)의 횡변위를 측정한다. 횡변위 수단(7)은 자동차(VE)로부터의 전방 시계의 화상을 촬영하는 CCD(전하 결합 소자) 카메라(17)와, 화상 처리 장치(19)로 구성된다. CCD 카메라(17)에 의해 촬영된 화상은 화상 처리 장치(19)로 보내진다. 화상 처리 장치(19)는 CCD 카메라(17)로부터의 화상을 기초로 하여 전방 주시 지점에서의 횡변위를 계산한다. 더욱이, 화상 처리 장치(19)는 이를 도로에 대하여 자동차(VE)의 횡변위의 측정된 값으로서 도로 곡률 계산기(15)로 보낸다. 전방 주시 지점에서의 횡변위는 백선 등의 차선 표지에 대하여 횡방향으로 자동차(VE)의 중심선 상의 전방 소정 거리 지점의 횡방향 변위이다.
전륜 조향각 센서(9)는 좌우 전륜(12)의 조향각을 측정하도록 배치되어 이를 도로 곡률 계산기(15)로 입력한다. 후륜 조향각 센서(11)는 좌우 후륜(23)의 조향각을 측정하도록 배치되어 이를 도로 곡률 계산기(15)로 입력한다. 차속 센서(13)는 자동차(VE)의 차속을 측정하도록 배치되어 이를 도로 곡률 계산기(15)로 입력한다.
도로 곡률 계산기(15)는 측정된 횡변위와, 전륜 및 후륜 조향각과, 차속을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 도로 곡률을 계산한다. 계산된 곡률은 자동 조향을 수행하는 제어기(100)로 입력되고, 계산된 도로 곡률을 자동차(VE)의 운전자에게 알려주는 표시 장치(display, 110)로 입력된다.
수동 조향 기구(3)는 조향축(29)의 하단부에 연결된 전륜 피니언 기어(31)를 포함한다. 조향축(29)의 타단부는 조향 휘일(27)에 연결된다. 전륜 피니언 기어(31)는 도시되지 않은 차체 랙 하우징(rack housing)에 지지된 전륜 랙(33)과 맞물려 좌우 방향으로 나란히(병진) 이동시킬 수 있게 한다. 한 쌍의 전륜측 로드(rod, 35)가 전륜 랙(33)의 양단부와 상호 연결된다. 각각의 전륜측 로드(35)는 전륜 너클 아암(knuckle arm, 37)을 통해 각각의 전륜 차축(axle, 39)과 상호 연결된다. 각각의 좌우측 전륜(21)은 전륜 차축(39)에 대해 지지된다. 전륜 조향각 센서(9)는 조향축(29)의 회전각을 검출하도록 조향축(29) 부근에 배치된다.
자동 조향 기구(5)는 차속, 전방 차량에 대한 차량 거리 및 전방 주시 지점에서의 횡변위 등의 주행 주변 정보를 기초로 하여 제어기(100)에 의해 전기 모터(41)를 제어함으로써 자동 조향을 실행하도록 배치된다. 더욱이, 자동차(VE)가 곡선 도로를 주행할 때, 도로 곡률 계산기(15)는 측정된 횡변위와, 전륜 및 후륜 조향각과, 차속을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의하여 도로 곡률을 계산한다. 자동 조향은 도로 곡률 계산기(15)의 출력을 제어기(100)에 입력함으로써 실행된다.
자동 조향 기구(5)는 전기 모터(41)의 출력축(43)에 연결된 후륜 피니언 기어(45)를 포함한다. 후륜 피니언 기어(45)는 도시되지 않은 차체 랙 하우징에 지지된 후륜 랙(47)과 맞물려 좌우 방향으로 나란히(병진) 이동시킬 수 있도록 한다. 후륜 너클 아암(51c)을 통해 한 쌍의 후륜 차축(53)과 상호 연결된 한 쌍의 후륜측 로드(49)가 후륜 랙(47)의 양단부와 상호 연결된다. 후륜(23)은 후륜 차축(53)에 대해 지지된다. 후륜 조향각 센서(11)는 후륜 랙(47)의 좌우 병진 이동량을 검출하도록 후륜 랙(47) 부근에 배치된다.
수동 조향 기구(3)는 조향 휘일(27)의 좌우 조향에 의해 발생된 전륜 피니언 기어(31)의 회전에 따라 전륜 랙(33)이 좌우 방향으로의 병진 운동을 실행하도록 배치된다. 병진 운동은 전륜측 로드(35) 및 전륜 너클 아암(37)에 전달되어서, 좌우 전륜(21)은 전륜 차축(39)을 통해 조향 방향으로 조향된다. 자동 조향이 선택기 수단에 의해 선택된 때, 제어기(100)는 횡변위와, 전륜 및 후륜 조향각과, 차속 등의 주행 주변 정보를 수용한 때 전기 모터(41)를 제어함으로써 자동 조향을 실행한다. 이때, 수동 조향 기구(3)는 조향각이 0인 중립 위치에서 고정되어서, 자동 조향은 자동 조향 기구(5)의 조향에 의해 실행된다.
전기 모터(41)를 구동함으로써, 후륜 피니언 기어(45)는 출력축(43)을 통해 회전되고, 후륜 랙(47)은 후륜 피니언 기어(45)의 회전을 통해 좌우 방향으로 병진 운동을 실행한다. 더욱이, 병진 운동은 후륜측 로드(49) 및 후륜 너클 아암(51)으로 전달되어서, 좌우 후륜(23)은 후륜 차축(53)을 통해 조향된다. 주행 주변 정보는 CCD 카메라(17) 및 차속 센서(13)에 의해 검출된다.
자동 조향 작동 중에, 도로 곡률 계산기(15)는 곡선 도로 상에서의 주행을 원활하게 수행하도록 도2에 도시된 플로우차트를 실행한다.
단계 S1에서, 도로 곡률 계산기(15)는 각각의 섹션을 초기화하는 초기화 과정을 실행한다.
단계 S2에서, 도로 곡률 계산기(15)는 화상 감지 과정을 실행한다. 이 과정 중에, CCD 카메라(17)에 의해 촬영된 화상은 화상 처리 장치(19)에 보내진다.
단계 S3에서, 도로 곡률 계산기(15)는 화상 처리 및 횡변위 측정 과정을 실행한다. 이러한 과정 중에, 도로의 백선 등의 차선 표지에 대한 전방 주시 지점에서의 횡변위는 화상 처리 장치(19)에 의해 계산되어 도로 곡률 계산기(15)로 보내진다.
단계 S4에서, 도로 곡률 계산기(15)는 차속 센서(13)가 차속을 나타내는 신호를 측정하는 차속 측정 과정을 실행하고, 측정된 신호는 차속 센서(13)로부터 도로 곡률 계산기(15)로 보내진다.
단계 S5에서, 도로 곡률 계산기(15)는 전륜 조향각 센서(9) 및 후륜 조향각 센서(11)가 전륜 및 후륜 조향각을 나타내는 신호를 측정하도록 전륜 및 후륜 조향각 측정 과정을 실행하며, 측정된 신호는 전륜 조향각 센서(9) 및 후륜 조향각 센서(11)로부터 도로 곡률 계산기(15)로 보내진다.
단계 S6에서, 도로 곡률 계산기(15)는 도로 곡률 추정 과정을 실행한다. 즉, 도로 곡률 계산기(15)는 측정된 횡변위와, 전륜 및 후륜 조향각과, 차속을 기초로 하여 도로 곡률을 계산(추정)한다. 이러한 도로 곡률 계산의 결과로서, 제어기에 의해 전기 모터(41)를 제어함으로써 곡선 도로 상에서의 주행 중에도 자동 조향이 원활하게 실행된다.
다음에, 도로 곡률 계산기(15)에 채용된 현대 제어 이론을 도3을 참조하여 논의하기로 한다.
도3에 도시된 바와 같이, 도로 곡률 계산기(15)에는 제1 계수 승산기(multiplier, 55), 제2 계수 승산기(57), 제3 계수 승산기(59), 제4 계수 승산기(61), 제5 계수 승산기(61), 적분기(65) 및 가산기(adder, 67, 69, 71)가 마련된다. 각각의 계수 승산기(55, 57, 59, 61, 63)의 참조 부호 A, B, C, D 및 L은 행렬을 나타낸다.
제1 실시예에서, 도로 곡률은 백색 잡음(white noise)에 의해 구동되는 선형 시스템에 의해 근사치 계산되며, 각각의 행렬은 이러한 근사치 계산에 의해 다음과 같이 결정된다. 즉, 조향 안정성을 연구하기 위해 일반적으로 채용되는 2륜 모델을 차량 모델로서 채용함으로써, 차량 모델의 수학식은 다음과 같이 나타난다.
여기서, ρ는 도로 곡률이고, r, β, ΔΨ, Δy 및 v는 요오율(yaw rate), 횡슬립각(lateral slip angle), 요오각(yaw angle), 횡변위 및 차속을 각각 나타내며, a11내지 b22는 자동차(VE)의 설정 조건에 의해 결정되며, 이하의 수학식을 충족시키는 계수이다.
여기서, cf(cr)는 2개의 전륜(후륜)의 코너링 경직도(cornering stiffness)의 합계이고, lf(lr)는 자동차(VE)의 무게 중심점으로부터 전방(후방) 축까지의 거리이며, iz는 요잉 관성(yawing inertia)이고, m은 자동차(VE)의 질량이다.
한편, 도로 곡률(ρ)은 백선에 의해 구동되는 선형 시스템에 의해 다음과 같이 근사치 계산된다.
주행하는 자동차(VE)에 대한 도로의 곡률(ρ)은 주행하였던 도로의 과거의 조건에 따라 변화하므로, (-λs)이라는 상수항으로서 정의된다. 자동차(VE) 전방의 도로의 곡률(ρ)의 변화는 임의적이므로, (λ)가 교란으로서 수학식에 부가된다. 즉, λ는 상수이고 ν는 백색 잡음이다.
수학식 4의 라플라스 변환으로부터 명백한 바와 같이, ν는 시간 상수의 역수이다. 따라서, ν의 값이 작게 될 때, 도로의 곡률은 변화가 없게 됨을 의미한다. 차속이 비교적 높은 경우에 자동차(VE)는 고속도로와 같이 곡률 변화가 없는 도로 상에서 주행하는 경우가 많으므로, λ는 도4에 도시된 바와 같이 차속의 변화에 따라 변화된다고 가정된다.
즉, 차속(v)이 높게 될수록, λ는 작게 된다. 시간 상수는 λ의 역수이므로, 시간 상수는 차속의 증가에 따라 증가된다.
수학식 4를 수학식 1 및 2 내로 대입함으로써, 수학식 5 및 6이 구해진다.
도3에서 행렬 A, B, C 및 D는 수학식 5 및 6의 시스템의 행렬 A, B, C 및 D에 대응한다.
도3의 행렬 L은 출력 오차의 피드백(feedback) 계수로서 호칭된다. 이 값을 증가시킴으로써, 추정치의 실제치로의 수렴도가 향상되지만, 횡변위 등의 측정치는 잡음에 민감하게 된다. 본 명세서에서는, 입력 및 출력 잡음의 분산을 기초로 하는 칼만(Kalman) 필터의 설계 예가 도시되어 있다. ν 및 측정된 횡변위(Δy)의 분산을 Γ 및 Σ로 정의하면, L은 이하의 수학식 8에 의해 계산된다.
L = PCTΣ-1
여기서, P는 이하의 수학식 9를 충족하는 것으로 가정된다.
AP + PAT+ Γ - PCTΣ-1CP = 0
수학식 7, 8 및 9로부터 명백한 바와 같이, 행렬 A, B, C 및 D와 행렬 L은 차속에 따라 가변하는 매개변수로서 역할한다.
도3의 가산기(69)는 측정된 횡변위(Δy)로부터의 오프셋을 보정하고 이를 에 반영하는 역할을 한다. 계수 L이 크므로, 실제치로의 수렴도를 향상시키기 위하여 편차량이 피드백된다.
측정된 전륜 및 후륜 조향각(u), 측정된 횡변위(Δy) 및 차속(v)을 도3의 도로 곡률 계산기(15)에서 수신함으로써, 도로 곡률(ρ)은 요오율(r), 횡슬립각(β), 요오각(ΔΨ) 및 횡변위(Δy)와 함께 출력된다. 이들 출력을 사용할 때 전기 모터(41)를 제어함으로써, 곡선 도로의 주행을 원활하게 실행할 수 있다. 더욱이, 도로 곡률(ρ)은 화상 처리를 채용하지 않고도 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 계산되므로 계산 시간은 극히 단축되어서, 출력된 도로 곡률(ρ)이 자동 조향 제어에 채용될지라도 계산 시간의 지연은 거의 발생하지 않는다. 따라서, 곡선 도로의 매우 정확한 주행을 실행할 수 있다.
도5a 내지 도9를 참조하면, 본 발명에 따른 도로 곡률 추정 장치의 제2 실시예가 도시되어 있다. 제2 실시예는 제1 실시예의 횡변위 측정 수단(7) 대신에 차량 각도 측정 수단(73)이 채용된 것을 제외하고는 제1 실시예와 전반적으로 유사하다.
차량 각도 측정 수단(73)은 자동차(VE)의 후방 단부 및 전방 단부 각각에 설치된 전방 및 후방 자기 네일 센서(magnetic nail sensor, 75, 77)로 구성된다. 전방 및 후방 자기 네일 센서(75, 77)는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 소정 간격(약 2 m)으로 도로(79)에 매립된 자기 네일(81)의 자기 에너지를 검출하도록 배치된다.
자기 네일(81)에 대한 전방 및 후방 자기 네일 센서(75, 77)의 횡변위(Δyf, Δyr)를 측정하고, 센서(75, 77)들 사이의 거리를 H-ss로서 설정함으로써, 자동차(VE) 전방의 도로를 따른 방향에 대한 자동차(VE)의 종방향의 각도, 즉 요오각(ΔΨ)은 ΔΨ=arctan{(Δyf-Δyr)/H-ss}로부터 계산된다.
도로 곡률(ρ)의 추정은 도8의 플로우차트에 대해 다음과 같이 실행된다. 이 플로우차트는 제1 실시예의 도2의 플로우차트에 대응한다. 도8의 플로우차트에서, 단계 S81의 전방 및 후방 변위 측정 과정과, 단계 S82의 요오각 계산 과정이 도2의 단계 S2 및 S3 대신에 실행된다. 이러한 과정에 의해, 도9의 도로 곡률 계산기(15)는 요오각(ΔΨ) 측정치를 수신하여서, 제1 실시예와 유사한 도로 곡률(ρ)의 추정을 실행할 수 있게 된다.
즉, 도9의 도로 곡률 계산기(15)는 측정된 횡변위(Δy)가 측정된 요오각(ΔΨ)으로 대체된다는 사실에서 제1 실시예의 도3의 도로 곡률 계산기(15)와 상이하다. 따라서, 도9의 도로 곡률 계산기(15)는 전방 및 후륜 조향각(u), 요오각(ΔΨ) 및 차속(v)을 측정할 수 있고, 측정된 값을 기초로 하여 요오율(r), 요오각(ΔΨ) 및 횡슬립각(β)과 함께 도로 곡률(ρ)을 계산할 수 있게 된다.
제2 실시예에서, 각각의 행렬 A, B, C, D 및 L은 제1 실시예와 대체로 유사하게 결정된다. 즉, 조향 안정성을 연구하기 위해 일반적으로 사용되는 2륜 모델을 차량 모델로서 채용함으로써, 이러한 차량 모델의 수학식은 다음과 같이 나타난다.
여기서, 도로 곡률(ρ)은 시스템에 대한 입력이다. 각각의 부호의 의미는 제1 실시예의 것과 동일하므로, 이에 대한 설명은 여기서는 생략하기로 한다.
도로 곡률(ρ)은 제1 실시예와 유사하게 백선에 의해 구동되는 선형 시스템 모델에 의해 근사치 계산된다.
수학식 12를 수학식 10 및 11에 대입함으로써, 수학식 13 및 14가 구해진다.
도9의 행렬 A, B, C 및 D는 수학식 13 및 14의 시스템의 행렬 A, B, C 및 D에 대응한다. 즉,
입력 및 출력 잡음의 분산을 기초로 하는, 제1 실시예와 동일한 도9의 행렬 L에 대한 칼만 필터의 설계 예가 나타나 있다. ν 및 측정된 횡변위의 분산을 Γ 및 Σ로 정의하면, L은 이하의 수학식 16에 의해 계산된다.
L = PCTΣ-1
여기서, P는 이하의 수학식 17을 충족하는 것으로 가정된다.
AP + PAT+ Γ - PCTΣ-1CP = 0
수학식 15, 16 및 17로부터 명백한 바와 같이, 행렬 A, B, C 및 D와 행렬 L은 차속에 따라 가변하는 매개변수로서 역할한다.
따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 대체로 동일한 작동 및 이점을 보장한다. 더욱이, 제2 실시예는 카메라로부터의 화상을 사용하지 않으므로, 악천후 조건 하에서도 정확한 작동을 수행하는 것으로 기대된다.
전방 자기 네일 센서(75)의 출력을 전방 주시 지점 횡변위로서 취함으로써, 제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 것으로 구성된다. 게다가, 전방 주시 지점을 측정하기 위하여 자기 네일 센서가 제1 실시예에서 채용된 경우에, 이는 악천후에 대한 내구성을 향상시키며, 제2 실시예와 비교할 때 하나의 자기 네일 센서가 이를 만족시키도록 하는 이점을 보장한다.
도10을 참조하면, 본 발명에 따른 제3 실시예에 채용된 도로 곡률 계산기가 도시되어 있다. 본 제3 실시예는 도로 곡률이 요오각, 차속, 및 전방 및 후륜 조향각 외에도 횡변위의 정보를 기초로 하여 계산되도록 배치된다. 본 제3 실시예에서, 전체적인 구성은 도5의 제2 실시예와 동일한 것으로 구성될 수 있으며, 전륜 및 후륜 자기 네일 센서(75, 77)의 출력 중 하나는 횡변위로서 채용된다. 더욱이, 무게 중심점의 횡변위는 이러한 출력들을 기초로 계산될 수 있다. 무게 중심점의 횡변위의 경우에, 자기 네일 센서(75, 77)의 측정된 지점과 자동차(VE)의 무게 중심점 사이의 위치 관계가 명료하게 되는 것이 필요하다.
제3 실시예에 의하면, 도로 곡률의 추정은 도8의 플로우차트와 유사한 플로우차트에 의해 실행되고, 각각의 행렬은 전술된 실시예와 유사하게 다음과 같이 설정된다.
조향 안정성을 연구하기 위해 일반적으로 사용되는 2륜 모델을 차량 모델로서 채용함으로써, 수학식이 이하에 주어진다.
여기서, 주의할 점은 전방 또는 후방 자기 네일 센서(75, 77)의 횡변위가 Δy로서 표현된다는 것이다. 따라서, 수학식 18의 ls는 자동차(VE)의 무게 중심점으로부터 전방 또는 후방 자기 네일 센서(75, 77)까지의 거리이다. 참조 부호는 자동차(VE)의 전방 부분이 양(plus)이 되도록 정의된다. 횡변위(Δy)가 화상 처리에 의해 전방 주시 지점의 횡변위일 수 있음은 확실하다. 이러한 경우에, 전방 주시 지점 거리는 ls이다.
도로 곡률은 제1 실시예에서와 동일한 것처럼 백선에 의해 구동되는 선형 시스템 모델에 의해 근사치 계산된다.
수학식 20을 수학식 18 및 19에 대입함으로써, 수학식 21 및 22가 구해진다.
도10의 행렬 A, B, C 및 D는 수학식 21 및 22의 시스템의 행렬 A, B, C 및 D에 대응한다. 즉,
도10의 행렬 L에 대한 칼만 필터의 설계 예는 전술된 실시예와 동일하다. ν 및 측정된 횡변위(Δy)의 분산을 Γ 및 Σ로 정의하면, L은 이하의 수학식 24에 의해 계산된다.
L = PCTΣ-1
여기서, P는 이하의 수학식 25를 충족하는 것으로 가정된다.
AP + PAT+ Γ - PCTΣ-1CP = 0
수학식 23, 24 및 25로부터 명백한 바와 같이, 행렬 A, B, C 및 D와 행렬 L은 차속에 따라 가변하는 매개변수로서 역할한다.
따라서, 본 실시예에 의해, 전륜 및 후륜 조향각(u) 측정치, 측정된 횡변위(Δy), 측정된 요오각(ΔΨ) 및 차속(v)을 기초로 하여 요오율(r), 요오각(ΔΨ), 횡슬립각(β) 및 횡변위(Δy)와 함께 도로 곡률(ρ)을 계산하는 것이 가능하다.
따라서, 제2 실시예는 제1 실시예와 유사한 작동 및 이점을 보장한다.
더욱이, 제2 실시예와 유사하게 카메라로부터의 화상이 채용되지 않으므로, 악천후 하에서도 정확하게 작동할 수 있다. 센서 정보는 제1 및 제2 실시예의 센서 정보보다 크므로, 추정치의 신뢰성을 향상시켜 정확한 제어를 실행하는 것이 가능하다.
전술된 실시예는 자동 조향에 작용되도록 되었지만, 이들은 4WS 시스템에 적용될 수 있음을 알아야 한다.
이렇게 배치된 본 발명에 따른 도로 곡률 추정 장치에 의하면, 도로에 대한 차량의 검출된 자세, 전륜 및 후륜 조향각, 및 차속을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정이 실행되므로, 화상 처리를 이용하는 것이 필요치 않으며 신속한 계산을 실행할 수 있다. 예컨대, 자동 조향을 채용하는 차량의 경우에, 그 제어는 안정하게 되어서 원활하고 정확한 주행이 실현된다.

Claims (10)

  1. 차량에 설치되는 도로 곡률 추정 장치에 있어서,
    도로에 대한 차량의 횡변위를 측정하는 횡변위 측정 수단과,
    차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 측정하는 차륜 조향각 측정 수단과,
    차량의 차속을 측정하는 차속 측정 수단과,
    측정된 횡변위, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산하는 도로 곡률 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  2. 차량에 설치되는 도로 곡률 추정 장치에 있어서,
    차량 전방의 도로에 대한 차량의 종방향의 각도를 측정하는 차량 각도 측정 수단과,
    차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 측정하는 차륜 조향각 측정 수단과,
    차량의 차속을 측정하는 차속 측정 수단과,
    측정된 차량 각도, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산하는 도로 곡률 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  3. 차량에 설치되는 도로 곡률 추정 장치에 있어서,
    도로에 대한 차량의 횡변위를 측정하는 횡변위 측정 수단과,
    차량 전방의 도로에 대한 차량의 종방향의 각도를 측정하는 차량 각도 측정 수단과,
    차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 측정하는 차륜 조향각 측정 수단과,
    차량의 차속을 측정하는 차속 측정 수단과,
    측정된 횡변위, 측정된 차량 각도, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산하는 도로 곡률 계산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 도로 곡률 계산 수단은 도로 곡률을 잡음에 의해 구동되는 선형 시스템으로서 모델화되는 선형 시스템 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 선형 시스템 모델의 시간 상수는 차속의 증가에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도로 곡률에 의해 계산된 도로 곡률을 기초로 하여 차량의 자동 조향 기구를 제어하는 제어 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 계산된 도로 곡률을 차량 운전자에게 표시해 주는 표시 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  8. 차량에 설치되는 도로 곡률 추정 장치에 있어서,
    도로에 대한 차량의 자세를 검출하는 차량 자세 검출기와,
    차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 검출하는 차륜 조향각 검출기와,
    차량의 차속을 검출하는 차속 검출기와,
    측정된 차량 자세, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산하는 도로 곡률 계산기와,
    상기 도로 곡률에 의해 계산된 도로 곡률을 기초로 하여 차량의 자동 조향 기구를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  9. 차량에 설치되는 도로 곡률 추정 장치에 있어서,
    도로에 대한 차량의 자세를 검출하는 차량 자세 검출기와,
    차량의 전륜 및 후륜의 조향각을 검출하는 차륜 조향각 검출기와,
    차량의 차속을 검출하는 차속 검출기와,
    측정된 차량 자세, 측정된 차속, 및 측정된 전륜 및 후륜의 조향각을 기초로 하여 현대 제어 이론의 상태 추정에 의해 차량 전방의 도로의 곡률을 계산하는 도로 곡률 계산기와,
    계산된 도로 곡률을 표시하는 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 차량 자세 검출기는 도로에 대한 차량의 횡변위를 측정하는 횡변위 측정 장치와, 차량 전방의 도로에 대한 차량의 종방향의 각도를 측정하는 차량 각도 측정 장치 중 적어도 하나의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 도로 곡률 추정 장치.
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