KR20060016453A - 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템은, 차량의 선속도(Vv)를 산출하여 출력하는 GPS와, 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하여 출력하는 휠센서와, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 횡미끌림각산출부와, 차량의 요레이트( psi ^ cdot)를 감지하여 출력하는 요레이트센서와, 차량의 조향각( phi )을 감지하여 출력하는 조향각센서와, 상기 차량의 종방향 속도(Vx)와 요레이트( psi ^ cdot) 및 조향각( phi )을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정하는 차량 동력학 모델과, 상기 횡미끌림각산출부에 의해 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델에 의해 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하여 출력하는 확장 칼만 필터를 포함하여 구성되어, 차량의 횡미끌림각을 정확하고 안정되게 추정할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : GPS 20 : 휠센서
30 : 요레이트 40 : 조향각센서
50 : 횡미끌림각산출부 60 : 차량 동력학 모델
70 : 확장 칼만 필터
본 발명은 차량의 횡미끌림각 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상 세하게는 차량에 많이 탑재되고 있는 GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각을 추정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 차량의 자세를 적절히 제어하는 ESP시스템(Electronic Stability Program System)이 차량에 많이 장착되고 있는데, 상기한 ESP 시스템은 차량의 자세를 제어하기 위해서 차량의 현재 상태 즉, 횡미끌림각(side slip angle)이나 회전 각속도(yaw rate)를 정확히 추정해 내는 것이 매우 중요하다.
상기한 횡미끌림각은 직접적으로 측정할 수 있는 방법이 없어서, ESP 시스템에 구비되어 있는 여러 가지 다른 센서들을 이용하여 복잡하게 추정해 내는 방법 등을 사용하여 계산하여 왔다.
그러나, 상기와 같은 기존의 차량의 횡미끌림각 추정 방법은, 횡미끌림각을 직접적으로 측정하지 않는 방법이라 추정된 횡미끌림각이 실제 횡미끌림각과는 상당한 오차가 존재할 뿐만 아니라, 오차가 누적되어 추정값이 손쉽게 불안정해지곤 하는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 차량에 많이 탑재되고 있는 GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각을 추정함으로써 차량의 횡미끌림각을 정확하고 안정되게 추정할 수 있도록 하는 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템은, 차량의 선속도(Vv)를 산출하여 출력하는 GPS와, 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하여 출력하는 휠센서와, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 횡미끌림각산출부와, 차량의 요레이트( psi ^ cdot)를 감지하여 출력하는 요레이트센서와, 차량의 조향각( phi )을 감지하여 출력하는 조향각센서와, 상기 차량의 종방향 속도(Vx)와 요레이트( psi ^ cdot) 및 조향각( phi )을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정하는 차량 동력학 모델과, 상기 횡미끌림각산출부에 의해 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델에 의해 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하여 출력하는 확장 칼만 필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법은, GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계와, 차량 동력학 모델을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정하는 단계와, 확장 칼만 필터를 이용하여 상기 GPS를 이용하여 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델을 이용하여 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계는, GPS를 이용하여 차량의 선속도(Vv)를 산출하는 단계와, 휠센서를 이용하여 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하는 단계와, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템의 블록 구성도이다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템은, GPS(10)와, 휠센서(20)와, 요레이트센서(30)와, 조향각센서(40)와, 횡미끌림각산출부(50)와, 차량 동력학 모델(60) 및, 확장 칼만 필터(70)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 GPS(10)는 차량의 선속도(Vv)를 산출하여 횡미끌림각산출부(50)로 출력한다.
이때, GPS(10)에서는 차량의 움직임에 의해 변화하는 차량의 위치 정보가 위도와 경도로 표현됨에 따라, 이와 같이 위도와 경도로 표현된 차량의 위치 정보로부터 차량의 선속도(Vv)를 얻어 낼 수 있는 것이다.
즉, 위도와 경도로 표현된 차량의 위치 정보로부터 차량의 이동거리를 파악할 수 있고, 이 이동거리를 시간으로 나눔으로써, 차량의 선속도(Vv)를 얻어 낼 수 있는 것이다.
상기 휠센서(20)는 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하여 상기 횡미끌림각산출부(50) 및 동력학모델(60)로 입력한다.
이때, 차량에는 4개의 휠 각각에 휠센서가 구비되는데, 본 발명에서는 리어 레프트 휠과 리어 라이트 휠에 각각 장착된 2개의 휠센서에서 감지된 차속의 평균값을 차량의 종방향 속도(Vx)로 사용한다.
상기 요레이트센서(30)는 차량의 요레이트( psi ^ cdot)를 감지하여 차량 동력학 모델(60)로 출력하고, 상기 조향각센서(40)는 차량의 조향각( phi )을 감지하여 차량 동력학 모델(60)로 출력한다. 이때, 상기 차량의 조향각( phi )은 스티어링휠의 조향각이 아니라 타이어의 조향각이며, 스티어링휠의 조향각과 타이어의 조향각은 비례관계에 있으므로, 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각센서에서 출력되는 신호에 일정비를 곱하여 사용할 수 있다.
상기 횡미끌림각산출부(50)는 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하여 확장 칼만 필터(70)로 출력한다.
이때, 상기 횡미끌림각산출부(50)는 하기의 수학식1과 같이 표현될 수 있다.
한편, 상기 차량 동력학 모델(60)은, 상기 각 센서들(20, 30, 40)로부터 입력된 차량의 종방향 속도(Vx)와 요레이트( psi ^ cdot) 및 조향각( phi )을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정한다.
이때, 상기 동력학 모델(60)은 하기의 수학식2와 같이 표현될 수 있다.
상기 수학식2에서, m은 차량의 질량이고, Fs는 차량에 횡방향으로 작용되는 힘으로, 상기 Fs는 하기의 수학식 3에서 기재한 Pacejka 식을 이용하여 구해진다.
PHI = (1-E) alpha + (E/B) tan^ -1 (B alpha)
C= 1.3
D= a_1 F_Z ^2 +a_2 F_Z
BCD = a_3 s^cdot m (a_4 tan^-1 (a_5 F_z ) )
E = a_6 F_Z ^2 + a_7 F_Z + a _8
a1 = -22.1 a2 = 1011
a3 = 1078 a4 = 1.82
a5 = 0.208 a6 = 0
a7 = -0.354 a8 = 0.707
alpha = 타이어 슬립각 FZ = 타이어 노멀 포스(tire normal force)
한편, 상기 확장 칼만 필터(70)는 상기 횡미끌림각산출부(50)에 의해 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델(60)에 의해 추정된 횡미끌림각(beta2) 을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하여 출력하도록 되어 있다.
이때, 상기 확장된 칼먼 필터(70)는 하기의 수학식 4로 표현될 수 있다.
P_k ^- = A_k P_k-1 A_k ^T + W_k Q_k-1 W_k ^T
K_k = P_k ^- H_k ^T (H_k P_k ^-1 H_k ^T + V_k R_k V_k^T ) ^-1
beta 3_k = K_k [ beta1 _k - h (beta2_k ^-1 , 0)] + beta2_k
P_k = (I - K_k H_k )P_k ^ -
상기에서 Ak=시스템 매트릭스, Pk= 에러 공분산, Wk= 진행 공분산, Rk
= 측정 공분산, Vk= 업데이트 공분산, Hk= 측정 매트릭스, Kk= 이득 매트릭스, I= 아이덴티티 매트릭스
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템 및 방법의 작용 및 효과를 도 2의 순서도를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 지피에스를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법의 순서도이다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는 GPS(10)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출한다.
즉, 상기 GPS를 이용하여 차량의 선속도(Vv)를 산출하고, 휠센서(20)를 이용 하여 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지한 다음, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 것이다.
그리고, 단계(S2)에서는 상기 수학식2로 표현된 차량 동력학 모델을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정한다.
이어서, 단계(S3)에서는 수학식 3으로 표현된 확장 칼만 필터를 이용하여 GPS를 이용하여 산출된 횡미끌림각(beta1)과 차량 동력학 모델을 이용하여 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 차량에 많이 탑재되고 있는 GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각을 추정함으로써 차량의 횡미끌림각을 정확하고 안정되게 추정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
Claims (3)
- 차량의 선속도(Vv)를 산출하여 출력하는 GPS와, 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하여 출력하는 휠센서와, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 횡미끌림각산출부와, 차량의 요레이트( psi ^ cdot)를 감지하여 출력하는 요레이트센서와, 차량의 조향각( phi )을 감지하여 출력하는 조향각센서와, 상기 차량의 종방향 속도(Vx)와 요레이트( psi ^ cdot) 및 조향각( phi )을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정하는 차량 동력학 모델과, 상기 횡미끌림각산출부에 의해 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델에 의해 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하여 출력하는 확장 칼만 필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 시스템.
- GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계와, 차량 동력학 모델을 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta2)을 추정하는 단계와, 확장 칼만 필터를 이용하여 상기 GPS를 이용하여 산출된 횡미끌림각(beta1)과 상기 차량 동력학 모델을 이용하여 추정된 횡미끌림각(beta2)을 상호 보완하여 최적의 횡미끌림각(beta3)을 추정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 GPS를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계는, GPS를 이용하여 차량의 선속도(Vv)를 산출하는 단계와, 휠센서를 이용하여 차량의 종방향 속도(Vx)를 감지하는 단계와, 상기 차량의 선속도(Vv)와 종방향 속도(Vx)를 이용하여 차량의 횡미끌림각(beta1)을 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 차량의 횡미끌림각 추정 방법.
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