KR20140053722A

KR20140053722A - 차량 선회시 경사각 측정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140053722A
Application number: KR1020120119991A
Authority: KR
Inventors: 조진국; 최용각; 박일권
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-05-08
Also published as: CN103786730B; US8594887B1; CN103786730A; KR101836242B1; DE102012224420A1

Abstract

본 발명은 차량 선회시 발생하는 횡방향 가속도 및 요 속도(yaw rate)를 고려하여 경사각을 정확하게 측정하는 경사각 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 주행 도로의 경사각을 측정하는 방법으로서, 차속센서를 통해 검출된 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하는 단계; 종방향 가속도센서를 통해 상기 차량의 종방향 가속도를 검출하는 단계; 상기 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 상기 주행 도로의 1차 경사각을 산출하는 단계; 요 속도 센서를 통해 상기 차량의 요 속도를 검출하는 단계; 상기 검출된 요 속도의 값이 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 및 상기 요 속도의 값이 설정값 이상이면, 상기 1차 경사각에 설정된 보정값을 적용한 적용 경사각을 구하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

차량 선회시 경사각 측정 방법 및 장치 {Method and apparatus for measuring tilt angle during turn of vehicle}

본 발명은 차량 선회시 발생하는 횡방향 가속도 및 요 속도(yaw rate)를 고려하여 경사각을 정확하게 측정하는 경사각 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량이 경사진 주행면을 주행할 때, 차량은 경사만큼 기울어진 상태로 주행하게 된다. 차량이 주행하는 경사로의 경사각은 다양한 용도로 사용될 수 있다.

예를 들어, 차량의 연비 개선 및 변속 패턴을 결정하기 위해 도로의 경사각이 활용될 수 있다. 또한, 차량이 출발시에 밀리는 것을 방지하기 위해서 도로의 경사각이 활용될 수 있다. 나아가, 경사각은 내비게이션의 주행 경로 판단, 차량의 자세제어, 차량의 연비개선 및 차량의 실시간 에너지 소모량 검출 등의 목적으로도 사용될 수 있다.

이러한 경사각은 기압센서, 가속도센서, 전자콤파스 또는 자이로 센서를 이용하는 등 다양한 방법에 의해 측정될 수 있지만, 안정성이 뛰어나고 상대적으로 저렴한 가속도센서가 가장 널리 사용되고 있다.

상기 가속도센서는 대부분이 종방향의 가속도를 측정하는 종방향 가속도센서이다. 상기 종방향 가속도센서는 일반적으로 피에조 센서(piezoelectric sensor)를 사용한다. 이러한 피에조 센서를 사용하는 종방향 가속도센서는 긴 막대 형태를 취하며, 상기 긴 막대 형태의 피에조 센서가 가속력으로 인해 휘어질 때, 이에 상응하는 전압을 출력한다. 상기 전압은 해당 가속도를 나타낸다.

명세서 전체에 걸쳐서 가속도센서라 함은, 특별한 다른 언급이 없는 한, 종가속도를 일컫는 것으로 한다.

가속도센서를 이용한 종래의 경사각 측정 방법은 대한민국 공개특허 10-2011-0109606, 10-2000-0031712, 10-2004-0005146 및 등록특허 10-0792908 등에 공개되어 있다.

상기 가속도센서를 이용하여 경사각을 계산하는 일례를 도 1를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 가속도센서의 출력 신호 값(long_accel_val)과 이 출력 신호 값에 따른 경사각(θ)은 아래 공식에 의해 얻을 수 있다. 아래 공식에서 M은 차량 질량이고, a는 차량의 주행 가속도, g는 중력 가속도이다. F는 차량의 출력이고, F_aerodynamic은 차량의 공기저항이고, F_rolling은 차량의 구름저항, F_climbing은 차량의 경사저항이다.

상기 차량의 주행 가속도(a)는 일례로 차속을 검출하는 차속센서의 출력값을 미분하여 얻을 수 있다. 차속센서의 출력값을 미분하여 차량의 주행 가속도를 얻는 것은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

가속도센서의 출력 값(long_accel_val)과 주행 가속도(a)를 알면, 상기 공식에 따라 경사각(θ)을 구할 수 있다. 상기 공식에서 가속도센서의 출력 값(long_accel_val)과 주행 가속도(a)의 차이가 없으면, 경사각이 0인 평지 도로임을 알 수 있다.

그런데, 차량이 선회할 때, 상기와 같이 가속도센서를 이용하여 경사각을 측정하면, 차량 선회에 따른 횡 방향 가속도 및/또는 요 속도(yaw rate)가 발생하게 되어 실제 가속도센서의 출력 값과 실제 가속도 값에 차이가 있어 정확한 경사각을 측정하지 못할 수 있다.

차량 선회시 발생하는 횡 방향 가속도와 요 속도의 영향으로 인해 실제 가속도와 가속도센서의 출력 값에 차이가 발생하면, 이로 인해 측정된 경사각이 감소하는 현상이 발생할 수 있다.

도 2는 차량이 평지를 주행하다가 제동되면서 U턴을 하는 상황을 도시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 차량이 U턴할 때, 선회에 따른 횡방향 가속도와 요 속도의 발생으로 인해 측정된 경사각이 약 7~10% 정도 감소할 수 있다. 이와 같은 현상이 발생하는 경우, 경사각을 이용하는 차량의 제어장치는 평지를 내리막길로 인식하여 차량을 잘못되게 제어할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 차량 선회시 발생하는 횡방향 가속도 및/또는 요 속도(yaw rate)를 고려하여 경사각을 정확하게 측정하는 경사각 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법은, 주행 도로의 경사각을 측정하는 방법으로서, 차속센서를 통해 검출된 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하는 단계; 종방향 가속도센서를 통해 상기 차량의 종방향 가속도를 검출하는 단계; 상기 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 상기 주행 도로의 1차 경사각을 산출하는 단계; 요 속도 센서를 통해 상기 차량의 요 속도를 검출하는 단계; 상기 검출된 요 속도의 값이 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 및 상기 요 속도의 값이 설정값 이상이면, 상기 1차 경사각에 설정된 보정값을 적용한 적용 경사각을 구하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 검출된 요 속도의 값이 설정값 미만이면, 상기 1차 경사각을 적용 경사각으로 할 수 있다.

상기 설정된 보정값은 상기 요 속도의 값에 비례하도록 설정할 수 있다.

상기 적용 경사각을 구하는 단계에서 상기 설정된 보정값을 상기 1차 경사각에 더하여 적용할 수 있다.

상기 주행 가속도는 상기 차속을 설정 시간 동안 미분하여 획득하고, 상기 1차 경사각은 상기 종방향 가속도에서 상기 주행 가속도를 차감한 값을 기초로 해서 구할 수 있다.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치는, 주행 도로의 경사각을 측정하는 장치로서, 차속을 검출하는 차속센서; 차량의 종방향 가속도를 검출하는 종방향 가속도센서; 차량의 요 속도(yaw rate)를 검출하는 요 속도 센서; 및 상기 차속센서, 종방향 가속도 센서 및 요 속도 센서의 신호를 입력받아 상기 주행 도로의 경사각을 측정하는 경사각 측정기;를 포함하되, 상기 경사각 측정기는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 설정된 프로그램에 의하여 동작할 수 있다.

상기 경사각 측정기는, 상기 차속센서의 신호를 입력받는 차속 입력부; 상기 종방향 가속도센서의 신호를 입력받는 종방향 가속도 입력부; 상기 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하고, 산출된 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 1차 경사각을 산출하는 1차 경사각 산출부; 상기 요 속도 센서의 신호를 입력받는 요 속도 입력부; 상기 요 속도 센서의 신호의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 요 속도 크기 판단부; 상기 요 속도 크기에 따라 상기 1차 경사각을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출부; 및 상기 1차 경사각과 상기 보정값을 부가하여 적용 경사각을 출력하는 보정값 결합부;를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 차량 선회시 발생하는 횡방향 가속도 및 요 속도(yaw rate)를 고려하여 경사각을 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 일반적인 경사각 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래기술의 실시예에 따른 경사각 측정 방법의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치를 도시한 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치는, 차량 선회시 발생하는 요 속도(yaw rate) 및/또는 횡방향 가속도를 고려하여 경사각을 정확하게 측정하는 경사각 측정 장치이다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 장치는, 차속을 검출하는 차속센서(12); 차량의 종방향 가속도를 검출하는 종방향 가속도센서(14); 차량의 요 속도(yaw rate)를 검출하는 요 속도 센서(16); 및 상기 차속센서(12), 종방향 가속도 센서(14) 및 요 속도 센서(16)의 신호를 입력받아 상기 주행 도로의 경사각을 측정하는 경사각 측정기(100);를 포함한다.

상기 경사각 측정기(100)는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 설정된 프로그램에 의하여 동작할 수 있다.

상기 차속센서(12)는 일례로 휠에 부착되어 휠의 회전속도를 검출하는 센서로 형성될 수 있으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적인 차속에 상응하는 신호를 출력하는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기 종방향 가속도센서(14)는 일반적으로 차량에 적용되어 차량의 종방향 가속도를 검출하는 센서로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 종방향 가속도센서(14)는 차량에 통상적으로 적용되는 종방향 가속도센서로 할 수 있다.

상기 요 속도 센서(16)는 일반적으로 차량에 적용되어 차량 선회시 차량의 요 속도(yaw rate)를 검출하는 센서로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 요 속도 센서(16)는 차량에 통상적으로 적용되는 요 속도 센서로 할 수 있다.

상기 경사각 측정기(100)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및 전기전자 부품으로 구성된 하드웨어를 포함할 수 있고, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.

즉, 경사각 측정기(100)는 프로그램 및 하드웨어가 결합된 복수의 모듈로 형성될 수 있다.

이와 같이 프로그램 및 하드웨어가 결합된 복수의 모듈로 형성되는 경사각 측정기(100)는 일례로 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 차속센서(12)의 신호를 입력받는 차속 입력부(120); 상기 종방향 가속도센서(14)의 신호를 입력받는 종방향 가속도 입력부(140); 상기 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하고, 산출된 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 1차 경사각을 산출하는 1차 경사각 산출부(150)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 경사각 측정기(100)는 상기 요 속도 센서(16)의 신호를 입력받는 요 속도 입력부(160); 상기 요 속도 센서(16)의 신호의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 요 속도 크기 판단부(170); 상기 요 속도 크기에 따라 상기 1차 경사각을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출부(180); 및 상기 1차 경사각과 상기 보정값을 결합하여 적용 경사각을 출력하는 보정값 결합부(190);를 포함할 수 있다.

상기 경사각 측정기(100)에 포함되는 각 부(120, 140, 150, 160, 170, 180, 190)는 각각 프로그램 및 하드웨어가 결합된 모듈 형태로 될 수 있다.

상기 차속 입력부(120), 종방향 가속도 입력부(140), 요 속도 입력부(160), 1차 경사각 산출부(150) 및 보정값 결합부(190) 각각은 잡음 등을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경사각 측정 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 경사각 측정기(100)는 차속센서(12)를 통해 검출된 차속을 기초로 주행 가속도를 산출한다(S110). 상기 주행 가속도는 상기 차속을 설정시간 미분하여 구할 수 있고, 이는 공지기술로 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 주행 가속도를 산출하기 위해 상기 차속센서(20)에서 검출된 차속 신호는 차속 입력부(120)에서 필터링되어 1차 경사각 산출부(150)에 입력될 수 있다.

상기 차속 입력부(1220)에서 필터링된 차속 신호가 1차 경사각 산출부(150)에 입력되면, 1차 경사각 산출부(150)는 상기 필터링된 차속 신호를 설정시간 미분하여 주행 가속도를 산출한다.

상기 1차 경사각 산출부(150)는 상기 종방향 가속도센서(140)에 의해 검출된 종방향 가속도 신호를 입력받는다(S120). 상기 종방향 가속도센서(140)에 의해 검출된 종방향 가속도 신호는 종방향 가속도 입력부(140)에서 필터링된 후 상기 1차 경사각 산출부(150)에 입력된다.

상기 주행 가속도가 산출되고, 상기 종방향 가속도 신호가 입력되었으면, 상기 1차 경사각 산출부(150)는 상기 주행 가속도(a)와 상기 종방향 가속도 신호(long_accel_val)을 기초로 전술한 바와 같이 아래와 같은 공식에 따라 1차 경사각(θ)를 산출한다(S130).

한편, 경사각 측정기(100)의 요 속도 입력부(160)는 요 속도 센서(16)에 의해 검출된 요 속도 신호를 필터링한 후, 요 속도 크기 판단부(170)에 전달한다(S140).

상기 요 속도 입력부(160)에 의해 필터링된 요 속도 신호가 요 속도 크기 판단부(170)에 전달되면, 상기 요 속도 크기 판단부(170)는 상기 요 속도 신호의 값이 설정값 이상인지를 판단한다(S150).

상기 설정값은 본 발명의 실시예의 경사각 측정 장치가 적용된 차량이 선회하는 정도가, 경사각의 크기를 약 2~3% 이상 감소시키는 정도인지를 고려하여 설정할 수 있다.

상기 요 속도 신호의 값이 상기 설정값 이상이면, 상기 경사각 측정기(100)의 보정값 산출부(180)는 상기 요 속도에 비례한 보정값을 산출한다(S160). 즉, 보정값 산출부(180)는 차량 선회에 따라 발생하는 요 속도 및/또는 횡 가속도에 의해 감소되는 경사각의 크기를 보정하는 보정값을 산출한다.

상기 보정값은 실험 데이터 또는 실험 측정치를 토대로 산출할 수 있음은 물론이다.

상기 요 속도 신호의 값이 상기 설정값 미만이면, 상기 경사각 측정기(100)의 보정값 산출부(180)는 보정값을 0(제로)으로 한다(S170).

상기 보정값이 산출되었으면, 상기 경사각 측정기(100)의 보정값 결합부(180)는 상기 1차 경사각에 상기 보정값을 더하여 적용 경사각으로 출력한다(S180).

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 차량 선회시 경사각이 보정된 형태의 그래프이다. 도 5을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 차량 선회시 경사각이 보정되어 경사각이 종래의 경우(도 2 참조)에 비해, 약 2~3% 정도의 오차 범위 내에서 정확하게 측정될 수 있음을 알 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 도로의 경사각 측정시 요 속도 센서의 신호 값을 통해 경사각이 감소될 것을 예측하여, 차속과 종방향 가속도 신호에 의해 산출된 경사각을 보정함으로써, 경사각을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

12: 차속센서 14: 종방향 가속도센서
16: 요 속도 센서 100: 경사각 측정기
150: 1차 경사각 산출부 170: 요 속도 크기 판단부
180: 보정값 산출부 190: 보정값 결합부

Claims

주행 도로의 경사각을 측정하는 방법으로서,
차속센서를 통해 검출된 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하는 단계;
종방향 가속도센서를 통해 상기 차량의 종방향 가속도를 검출하는 단계;
상기 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 상기 주행 도로의 1차 경사각을 산출하는 단계;
요 속도 센서를 통해 상기 차량의 요 속도를 검출하는 단계;
상기 검출된 요 속도의 값이 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 및
상기 요 속도의 값이 설정값 이상이면, 상기 1차 경사각에 설정된 보정값을 적용한 적용 경사각을 구하는 단계;
를 포함하는 경사각 측정 방법.
제1항에서,
상기 검출된 요 속도의 값이 설정값 미만이면, 상기 1차 경사각을 적용 경사각으로 하는 것을 특징으로 하는 경사각 측정 방법.
제1항에서,
상기 설정된 보정값은 상기 요 속도의 값에 비례하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 경사각 측정 방법.
제3항에서,
상기 적용 경사각을 구하는 단계에서 상기 설정된 보정값을 상기 1차 경사각에 부가하여 적용하는 것을 특징으로 하는 경사각 측정 방법.
제1항에서
상기 주행 가속도는 상기 차속을 설정 시간 동안 미분하여 획득하고, 상기 1차 경사각은 상기 종방향 가속도에서 상기 주행 가속도를 차감한 값을 기초로 해서 구하는 것을 특징으로 하는 경사각 측정 방법.
주행 도로의 경사각을 측정하는 장치로서,
차속을 검출하는 차속센서;
차량의 종방향 가속도를 검출하는 종방향 가속도센서;
차량의 요 속도(yaw rate)를 검출하는 요 속도 센서; 및
상기 차속센서, 종방향 가속도 센서 및 요 속도 센서의 신호를 입력받아 상기 주행 도로의 경사각을 측정하는 경사각 측정기;를 포함하되,
상기 경사각 측정기는, 제1항 내지 제5항의 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 경사각 측정 장치.
제6항에서,
상기 경사각 측정기는,
상기 차속센서의 신호를 입력받는 차속 입력부;
상기 종방향 가속도센서의 신호를 입력받는 종방향 가속도 입력부;
상기 차속을 기초로 주행 가속도를 산출하고, 산출된 주행 가속도와 상기 종방향 가속도를 기초로 1차 경사각을 산출하는 1차 경사각 산출부;
상기 요 속도 센서의 신호를 입력받는 요 속도 입력부;
상기 요 속도 센서의 신호의 크기가 설정값 이상인지 판단하는 요 속도 크기 판단부;
상기 요 속도 크기에 따라 상기 1차 경사각을 보정하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출부; 및
상기 1차 경사각과 상기 보정값을 부가하여 적용 경사각을 출력하는 보정값 결합부;
를 포함하는 경사각 측정 장치.