KR20120034426A - 차량 경로 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량 경로 예측 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 주행 중 차량의 속도, 조향각, 사이드슬립 앵글을 검출하고, 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교하고, 검출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글 이하이면 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요 레이트를 산출하고, 산출된 요레이트를 이용하여 차량의 경로를 예측한다.
본 발명은 차량의 경로가 곡선인지 직진인지 정확하게 예측할 수 있어 차량의 주행 안정성을 높일 수 있다. 이 차량의 경로 예측 정보를 스마트 크루즈 컨트롤 장치에 제공해 줌으로써 스마트 크루즈 컨트롤 장치는 앞 차의 검출 정확도를 높일 수 있다.

Description

차량 경로 예측 장치 및 그 방법 {Vehicle course estimating apparatus and method for estimating the same}
본 발명은 차량 경로 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 곡선 및 직진 경로를 예측하기 위한 차량 경로 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
근래에는 운전자가 차량속도를 일정 속도로 설정해 놓으면 브레이크나 엑셀레이터 페달을 밟지 않아도 외부 도로 조건에 맞추어 차량의 속도를 유지하도록 하는 크루즈 컨트롤 시스템(Cruise Control System)이 개발되어 운전자에게 편의를 제공하고 있다.
이에 더 나아가, 최근에는 차량에 레이더를 구비하여 앞차와의 거리를 검출하면서 스로틀과 브레이크를 제어하여 감속 또는 가속함으로써 앞차와의 안전거리를 유지하며 주행하는 스마트 크루즈 컨트롤(SCC: Smart Cruise Control) 시스템이 개발되었다.
이러한, 스마트 크루즈 컨트롤 시스템은 차량의 요레이트 또는 피치레이트의 변화를 감지하여 차량의 경로가 곡선구간인지 직진구간인지 예측하고, 예측 결과에 따라 레이더의 센싱 방향을 변경하여 앞 차(즉 장애물)을 감지하였다.
그러나 차량의 경로 예측을 위한 요레이트 또는 피치레이트 신호는 필터링을 수행하여도 노이즈가 많아 차량의 경로를 정확하게 예측하지 못하는 문제점이 있다.
이에 따라, 차량 주행 시 앞차(즉 장애물)를 검출하지 못하여 앞 차의 검출 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 사이드슬립 앵글에 따라 요 레이트 신호를 생성하고, 이 요레이트 신호를 이용하여 차량의 경로를 예측하는 차량 경로 예측 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 정확한 경로 예측을 통해 앞차의 검출 정확도를 높이는 차량의 경로 예측 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 경로 예측 장치는, 차량의 속도를 검출하는 휠속도검출부; 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부; 차량의 사이드슬립 앵글을 검출하고, 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교하고, 검출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글 이하이면 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요 레이트를 산출하고, 산출된 요레이트를 이용하여 차량의 경로를 예측하는 경로 예측부를 포함한다.
차량의 경로 예측 장치는 차량의 요레이트(즉, 선회각)를 검출하는 요 레이트 검출부를 더 포함하고, 경로 예측부는, 검출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글을 초과하면 요 레이트 검출부에서 검출된 요 레이트를 이용하여 차량의 경로를 예측한다.
경로 예측부는, 칼만필터를 이용하여 사이드슬립 앵글을 검출한다.
경로 예측부는, 차량의 속도와 조향각을 이용한 요 레이트 산출 식,
Figure pat00001
을 이용하여 요 레이트를 산출한다.
경로 예측부는, 차량의 경로 예측 정보를 스마트 크루즈 컨트롤 장치에 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 경로 예측 방법은, 차량 주행 중 차량의 속도, 조향각, 사이드슬립 앵글을 검출하고, 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교하고, 검출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글 이하이면 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요 레이트를 산출하고, 산출된 요레이트를 이용하여 차량의 경로를 예측한다.
차량의 경로를 예측하는 것은, 경로가 곡선인지 직진인지 예측한다.
차량의 경로 예측 방법은 차량 주행 중 차량의 요 레이트를 검출하는 것을 더 포함하고, 검출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글을 초과하면 검출된 요레이트를 이용하여 차량의 경로를 예측한다.
차량의 속도와 조향각을 이용하여 요레이트를 산출하는 것은, 차량의 속도와 조향각을 이용한 요 레이트 산출 식,
Figure pat00002
을 이용하여 요레이트를 산출하는 것을 포함한다.
본 발명은 차량의 경로가 곡선인지 직진인지 정확하게 예측할 수 있어 차량의 주행 안정성을 높일 수 있다.
또한 차량의 정확한 경로 예측에 따라 앞 차의 검출 정확도를 높일 수 있다.
또한 차량의 정확한 경로 예측 정보를 각종 시스템, 특히 스마트 크루즈 컨트롤 시스템에 제공함으로써 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 성능을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 경로 예측 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 경로 예측 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 직진 및 선회 시 스티어링 신호와 요레이트 신호 그래프이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 경로 예측 장치의 구성도로, 차량 경로 예측 장치(1)는 휠속도 검출부(11), 횡가속도 검출부(12), 요레이트 검출부(13), 조향각 검출부(14), 경로 예측부(15)를 포함한다.
휠속도 검출부(11)는 차량의 좌측 전륜의 휠에 설치되어 좌측 전륜의 속도를 검출하는 FL휠속도센서, 우측 전륜의 휠에 설치되어 우측 전륜의 속도를 검출하는 FR휠속도센서, 좌측 후륜의 휠에 설치되어 좌측 후륜의 속도를 검출하는 RL휠속도센서, 우측 후륜의 휠에 설치되어 우측 후륜의 속도를 검출하는 RR휠속도센서를 가지고, 휠속도 검출부(11)의 각 휠속도센서는 검출한 휠의 속도를 경로 예측부(15)에 전송한다.
횡가속도 검출부(12)는 2축 가속도 센서로, 차량 주행 중 차량이 옆 방향으로 밀려나려고 하는 힘의 가속도인 차량의 횡 가속도(Lateral-G)를 검출하여 경로 예측부(15)에 전송한다.
요 레이트 검출부(13)는 차량의 선회정도를 검출하여 경로 예측부(15)에 전송한다.
요 레이트 검출부(13)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때, 즉 Z축 방향을 기준으로 회전할 때 내부의 프레이트 포크가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 차량의 요 모멘트를 검출한다. 여기서 요 모멘트는 차체의 앞뒤가 좌우측 또는 선회할 때 안쪽 바깥쪽 차륜 쪽으로 이동하려는 힘이다.
요 레이트 검출부(13)는 내부에 셀슘 크리스탈 소자가 있어 이 소자가 차량이 움직이면서 회전을 하게 되면 소자 자체가 회전을 하면서 전압을 발생하는 구조로 되어 있다.
조향각 검출부(14)는 차량의 조향 정도를 검출하여 경로 예측부(15)에 전송한다.
조향각 검출부(14)는 스티어링 휠 하단부위에 장착되며, 핸들을 조향하고 차량이 회전(Yaw)하였을 때 핸들이 운전자가 동작시킨 만큼 조향되었는지 핸들의 조향각을 검출하여 경로 예측부(15)에 전송한다. 조향각 검출부()14는 핸드의 조향속도, 조향방향도 검출한다.
조향각 검출부(14: Steering Angle Sensor)는 광소자 방식으로 조향 시 센서의 슬리트 판이 회전하면서 광소자의 빛을 통과하거나 차단되면서 전압의 변화가 생기고 이것을 ECU가 받아들여 핸들의 조향속도, 조향방향 및 조향각을 검출한다.
경로 예측부(15)는 사이드슬립 앵글(Sideslip angle)을 산출하고, 산출된 사이드슬립 앵글과 기준 각을 비교하고, 이때 산출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글을 초과하면 요레이트 검출부(13)에서 검출된 요레이트, 횡가속도검출부(12)에서 검출된 횡가속도, 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각, 휠속도검출부(11)에서 검출된 휠속도에 기초하여 경로를 예측한다.
여기서 차량 경로 예측은 곡률 파라미터를 추적하여 범위 내에서 자신의 위치 벡터를 앞쪽으로 전파하는 칼만 필터에 의해 예측된다. 여기서 곡률 파라미터는 곡률(degrees/m) 및 곡률 변경(degrees/m2)을 가지고, 곡률 측정은 요 레이트를 차량의 속도로 나눔으로써 발생된다.
그리고 경로 예측부(15)는 산출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글 이하이면 정해진 요레이트 산출 식을 이용하여 요 레이트를 산출하고, 산출된 요레이트, 를 기초하여 경로를 예측한다. 이와 같이 요레이트 산출 식을 이용하여 요레이트를 산출하고, 산출된 요레이트, 횡가속도검출부(12)에서 검출된 횡가속도, 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각, 휠속도검출부(11)에서 검출된 휠속도에 기초하여 경로를 예측한다. 이때, 요레이트의 진동이 감소되어 경로 예측의 정확도를 높일 수 있다.
여기서 요레이트 산출 식은, 휠속도 검출부(11)에서 검출된 차량의 속도와 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각을 이용한다.
이 요레이트 산출 식은 아래와 같다.
Figure pat00003
lf는 전륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
lr는 후륜 차축부터 무게 중심까지의 거리
Cαf는 전륜 코너링 Stiffness
Cαr는 후륜 코너링 Stiffness
L은 lf + lr
m은 질량
δ는 조향각
V는 종방향의 차륜 속도
여기서 사이드슬립 앵글은 차륜이 진행하려는 방향과 차량이 주행하는 방향의 차이를 각도를 나타낸 것으로, 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하여 사이드슬립 앵글을 검출한다(SAE Technical Paper, No. 960181 참조).
또는 각 차륜 속도 및 좌우 차륜 간의 거리를 기초로 하여 전륜의 요레이트와 후륜의 요레이트를 연산하고, 전륜의 요레이트와 후륜의 요레이트를 기초로 하여 차량의 기준 속도를 추정하되, 좌우 후륜의 속도를 비교하여 속도가 더 느린 쪽 차륜(즉, 속도가 더 느린 후륜)의 속도를 기초로 하여 차량의 기준 속도를 추정하고, 추정된 기준 속도를 기초로 하여 각 차륜에서의 사이드슬립 앵글(Sideslip angle)을 연산하는 것도 가능하다.
경로 예측부(15)는 예측된 차량의 경로 정보를 스마트 크루즈 컨트롤 장치(2)로 전송한다.
이에 따라 스마트 크루즈 컨트롤 장치(2)는 차량 경로 예측 장치(1)에서 전송된 차량 경로 예측 정보에 기초하여 차량의 직진 또는 곡선 주행을 제어하고, 앞 차 검출 및 앞 차와의 거리를 연산하여 차량의 안전 속도를 제어함으로써 안정된 주행을 수행한다. 아울러, 안전속도는 곡선 경로의 곡률에 반비례하게 설정된다.
이에 따라 차량의 정확한 경로 예측에 따라 앞 차의 검출 정확도를 높일 수 있어 스마트 크루즈 컨트롤 시스템의 성능을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 경로 예측 방법의 순서도로서, 도 1을 참조하여 설명한다.
차량 경로 예측 장치(1)는 차량이 주행을 시작하면, 휠속도검출부(11), 횡가속도검출부(12), 요레이트 검출부(13), 조향각 검출부(14)를 구동시켜, 차량의 휠 속도, 횡가속도, 요레이트 및 조향각을 검출한다.
다음 차량 경로 예측 장치(1)는 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하여 사이드슬립 앵글(Sideslip angle)을 검출(101)하고, 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교(102)한다.
이때 차량 경로 예측 장치(1)는 산출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글을 초과하면 요레이트 검출부(13)에서 검출된 요레이트를 이용(103)하여 차량의 경로를 예측한다.
즉, 차량 경로 예측 장치(1)는 요레이트 검출부(13)에서 검출된 요레이트, 횡가속도검출부(12)에서 검출된 횡가속도, 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각, 휠속도검출부(11)에서 검출된 휠속도에 기초하여 차량의 경로를 예측(105)한다. 여기서 차량 경로 예측은 칼만 필터에 의해 예측된다.
만약, 차량 경로 예측 장치(1)는 산출된 사이드슬립 앵글이 기준앵글 이하이면 정해진 요레이트 산출 식을 이용하여 요 레이트를 산출(104)하고, 산출된 요레이트, 횡가속도검출부(12)에서 검출된 횡가속도, 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각, 휠속도검출부(11)에서 검출된 휠속도에 기초하여 경로를 예측한다. 이와 같이 요레이트 산출 식을 이용하여 요레이트를 산출하고, 산출된 요레이트에 기초하여 차량의 경로를 예측(105)한다. 이때, 요레이트의 진동이 감소되어 경로 예측의 정확도를 높일 수 있다.
여기서 요레이트 산출 식은, 휠속도 검출부(11)에서 검출된 차량의 속도와 조향각 검출부(14)에서 검출된 조향각을 이용한다.
이 요레이트 산출 식은 아래와 같다.
Figure pat00004
다음, 차량 경로 예측장치(1)는 예측된 차량의 경로 정보를 스마트 크루즈 컨트롤 장치(2)로 전송한다.
이에 따라 스마트 크루즈 컨트롤 장치(2)는 차량 경로 예측 장치(1)에서 전송된 차량 경로 예측 정보에 기초하여 차량의 직진 또는 곡선 주행을 제어하고, 앞 차 검출 및 앞 차와의 거리를 연산하여 차량의 안전 속도를 제어하면서 주행을 수행한다.
이에 따라 차량의 경로가 곡선인지 직진인지 정확하게 예측할 수 있어 차량의 주행 안정성을 높일 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 직진 및 선회 중 스티어링 신호와 요레이트 신호 그래프이다.
도 3의 (a)는 차량 직진 주행 중 조향각 검출부(14)를 통해 검출된 조향각 신호 그래프로, 차량의 직진 주행 중 조향각 신호가 90초 동안 거의 진동하지 않고 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
도 3의 (b)는 차량 직진 주행 중 요레이트 검출부(13)를 통해 검출된 요레이트 신호와, 요레이트 산출 식을 이용하여 산출된 요레이트 신호 그래프로, 요레이트 검출부(13)를 통해 검출된 요레이트 신호는 진동의 변화를 보이는 반면, 차량의 직진 주행 중 요레이트 산출 식을 이용하여 산출된 요레이트 신호는 90초 동안 진동의 변화가 거의 없이 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
도 3의 (c)는 차량 반경 150m 곡선 주행 중 조향각 검출부(14)를 통해 검출된 조향각 신호로, 차량이 반경 150m 곡선 주행 중 차량의 조향각이 곡선을 따라 변화되는 것을 알 수 있다.
도 3의 (d)는 차량 반경 150m 곡선 주행 중 요레이트 검출부(13)를 통해 검출된 요레이트 신호와 조향각 검출부(14)를 통해 검출된 조향각 신호에 기초한 곡률과, 요레이트 산출 식을 이용하여 산출된 요레이트에 기초한 예측 곡률 그래프이다.
즉, 요레이트 검출부(13)를 통해 검출된 요레이트 신호와 조향각 검출부(14)를 통해 검출된 조향각 신호에 기초한 곡률 그래프의 진동이 다소 발생함을 알 수 있다. 반면, 요레이트 산출 식을 이용하여 산출된 요레이트에 기초한 예측 곡률 그래프의 진동은 거의 발생되지 않음을 알 수 있다.
이와 같이, 요레이트 산출 식을 이용하여 요레이트를 산출하고 곡률을 예측하면, 요레이트 검출부(13)의 요레이트 신호와 조향각 검출부(14)의 조향각 신호에서 노이즈를 많이 감소시킬 수 있음 알 수 있다. 이에 따라 차량의 경로가 곡선인지 직진인지 정확하게 예측할 수 있어 차량의 주행 안정성을 높일 수 있다.
1 : 경로 예측 장치 11 : 휠속도 검출부
12 : 횡가속도 검출부 13 : 요레이트 검출부
14 : 조향각 검출부 15 : 경로 예측부
2: 스마트 크루즈 컨트롤 장치

Claims (9)

  1. 차량의 속도를 검출하는 휠속도검출부;
    상기 차량의 조향각을 검출하는 조향각 검출부;
    상기 차량의 사이드슬립 앵글을 검출하고, 상기 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교하고, 상기 검출된 사이드슬립 앵글이 상기 기준앵글 이하이면 상기 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요 레이트를 산출하고, 산출된 요레이트를 이용하여 상기 차량의 경로를 예측하는 경로 예측부를 포함하는 차량의 경로 예측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량의 요레이트을 검출하는 요 레이트 검출부를 더 포함하고,
    상기 경로 예측부는, 상기 검출된 사이드슬립 앵글이 상기 기준앵글을 초과하면 상기 요 레이트 검출부에서 검출된 요 레이트를 이용하여 상기 차량의 경로를 예측하는 차량의 경로 예측 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 예측부는,
    칼만필터를 이용하여 사이드슬립 앵글을 검출하는 차량의 경로 예측 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 예측부는,
    상기 차량의 속도와 조향각을 이용한 요 레이트 산출 식,
    Figure pat00005
    을 이용하여 상기 요레이트를 산출하는 차량의 경로 예측 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 경로 예측부는,
    상기 차량의 경로 예측 정보를 스마트 크루즈 컨트롤 장치에 제공하는 차량의 경로 예측 장치.
  6. 차량 주행 중 상기 차량의 속도, 조향각, 사이드슬립 앵글을 검출하고,
    상기 검출된 사이드슬립 앵글과 미리 설정된 기준앵글을 비교하고,
    상기 검출된 사이드슬립 앵글이 상기 기준앵글 이하이면 상기 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요 레이트를 산출하고,
    상기 산출된 요레이트를 이용하여 상기 차량의 경로를 예측하는 차량의 경로 예측 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 차량의 경로를 예측하는 것은,
    상기 경로가 곡선인지 직진인지 예측하는 차량의 경로 예측 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 차량 주행 중 상기 차량의 요 레이트를 검출하는 것을 더 포함하고,
    상기 검출된 사이드슬립 앵글이 상기 기준앵글을 초과하면 상기 검출된 요레이트를 이용하여 상기 차량의 경로를 예측하는 차량의 경로 예측 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 차량의 속도와 조향각을 이용하여 요레이트를 산출하는 것은,
    상기 차량의 속도와 조향각을 이용한 요 레이트 산출 식,
    Figure pat00006
    을 이용하여 상기 요레이트를 산출하는 것을 포함하는 차량의 경로 예측 방법.
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