KR20180067044A - 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법. - Google Patents

요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량이 차고 센서(Height Sensor)와 같이 물리적인 센서를 구비할 필요 없이 컨트롤 유닛에서의 소프트웨어 알고리즘(Software Algorithm)과 가속도 센서의 센싱 값으로 차량의 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상을 검출, 감지하고 더 나아가 차량의 기울기를 산출하여 제어할 수 있는 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 에러 검출방법은, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 유효성 검증을 위하여 각각 타이어의 내측 일면에 장착된 가속도 센서를 이용함으로써, 기 마련된 가속도 센서를 활용하여 원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
추가적으로, 타이어 센서(가속도 센서)만으로도 차량의 기울기를 검출하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 가능하며 정차/주행 중에 차량의 기울기 검출하여 차량의 주행 및 제동 안정성 기여가능하다.
또한, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 에러를 검출 또는 검증함에 있어, ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 수준을 만족시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법. {Abnormal detection of yaw rate sensor and lateral acceleration sensor, vehicle control system and method}
본 발명은 타이어 접지면 내측에 부착된 가속도 센서를 이용하여 요 레이트(Yaw Rate) 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 검출하고, 검출된 결과에 기초하여 차량을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 개발되고 있는, 인텔리전트 타이어 시스템은 타이어에 부착된 각종센서(가속도, 변형률, 압력 및 온도 등)를 활용하여 타이어에 작용하는 힘이나 압력 온도 등을 보다 정확하고 용이하게 계측하여 자동차의 샤시 제어에 적극적으로 활용할 수 있고, 나아가서 계측 데이터의 정밀성 향상으로 자동차의 샤시 제어의 정밀도를 높여, 자동차의 주행 안정성과 승차감을 보다 향상시킬 수 있으며, 간단한 구조를 통해 시스템 구성의 용이 및 비용 감소를 추구할 수 있는 기술이다.
본 발명은 인텔리전트 타이어 시스템의 구성요소인 타이어에 부착된 센서 중에서 특히 가속도 센서를 이용하는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 차량에 차고 센서(Height Sensor)와 같은 별도의 센서를 구비할 필요 없이 컨트롤 유닛에서의 소프트웨어 알고리즘(Software Algorithm)과 타이어에 부착된 가속도 센서의 센싱 값만으로 차량의 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 검출, 감지하고 더 나아가 차량의 기울기를 산출하여 제어할 수 있는 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 기울기를 판단하고 차량을 판단된 기울기에 대응되도록 제어하기 위하여 차량 내부 일측에는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서가 마련된다.
또한, 최근의 차량에는 주행 안정성 향상 및 제동 안정성을 위하여 다양한 장치가 설치된다. 이러한 다양한 장치로서 차륜의 슬립을 방지하기 위한 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program) 등이 있다.
이러한 장치들에는 차량의 정확한 차량 상태가 입력되어야만 주행 안정성 향상 및 제동을 위한 정확한 연산이 가능해진다.
만약, 설치된 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서에 이상이 발생할 경우 이를 기초로 잘못 연산된 정보가 상기 ABS, TCS, ESP 등의 차량 제어 시스템에 전달되게 되면, 차량의 안정성 및 제동에 치명적인 위험이 부가될 수 있다.
최근 들어, 차량에 자가진단 기능을 갖춘 센서를 별도로 추가하지 않고, 기 장착된 차량 내부의 센서를 이용하여, 자가진단 기능을 수행하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
대한민국 특허 제 1997-0029217호
본 발명의 목적은, 차량에 다양한 변수가 고려되지 않아도 되는 일상적인(Routine) 차량 주행상태에서 타이어에 부착된 가속도 센서의 신호를 이용하여 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 유효성을 검증하고 이를 이용하여 차량을 제어 가능한 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 차륜의 속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 차륜속도 센서, 차량의 일측에 마련되어 차량의 횡방향 가속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 횡가속도 센서, 차량의 일측에 마련되어 차량 요잉(Yawing)의 회전 각속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 요 레이트 센서, 차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 차체 전자제어장치(BCM ECU)로 전송하는 가속도 센서, 차량의 스티어링 휠의 조향각을 측정하여 파워 스티어링 전자제어장치(MDPS ECU)로 전송하는 조향각 센서 및 상기 차륜 속도센서, 횡가속도 센서, 요 레이트 센서, 가속도 센서 및 조향각 센서로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 판별하는 전자제어장치(ECU)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템이 제공되는 것이 가능하다.
이에 있어서, 상기 차륜속도 센서는 차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가속도 센서는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 가속도 센서는 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 가능하다.
또한, 상기 전자제어장치(ECU)는 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서에서 측정된 측정값과 가속도 센서에서 측정된 측정값을 비교하여, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 판별하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 전자제어장치(ECU)는 상기 요 레이트 센서, 횡가속도 센서 및 가속도 센서에서 전송된 데이터 값을 비교하여, 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 측정값과 상기 가속도 센서에서 전송된 데이터 값이 상이할 경우, 상기 가속도 센서에서 측정된 값으로 결정하며, 상기 결정된 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 바람직하다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 차륜속도 센서, 횡가속도 센서, 요 레이트 센서, 조향각 센서 및 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용하여 각 요소를 측정하는 측정단계, 상기 측정단계에서 측정된 데이터 값을 처리하여 저장하는 데이터 처리단계, 상기 데이터 처리단계를 거친 데이터 값을 이용하여 차량의 기울기 여부를 판별하는 기울기 판별단계, 상기 가속도 센서의 측정값과 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 측정값을 비교하여 이상 여부를 판단하는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계 및 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상으로 판단되는 경우, 상기 측정단계에서 측정된 가속도 센서 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계를 포함하는 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법이 제공되는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 측정단계는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도 센서를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 데이터 처리단계는 측정된 상기 가속도 센서의 값을 이중 적분하는 이중 적분단계 및 적응형 칼만 필터를 이용한 필터링단계를 포함하는 것이 가능하다.
추가적으로, 상기 기울기 판별단계는 상기 데이터 처리단계를 거친 가속도 센서 측정값을 기준으로 차량의 기울기를 판별하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계는 상기 가속도 센서의 측정값과 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 측정값을 비교하며, 상기 가속도 센서의 측정값과 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 측정값이 상이할 경우, 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상으로 결정하는 것이 바람직하다.
이에 있어서, 상기 제어단계는 상기 산출단계에서 산출된 값이 각각 상이할 경우, 상기 가속도 센서에서 산출된 값으로 결정하며, 결정된 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 검출, 차량 제어 시스템 및 방법에 따르면, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 유효성 검증을 위하여 각각 타이어의 내측 일면에 장착된 가속도 센서를 이용함으로써, 기 마련된 가속도 센서를 활용하여 원가를 절감할 수 있다는 이점이 있다.
추가적으로, 타이어에 장착된 가속도 센서만으로도 차량의 기울기를 검출하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 가능하며 정차/주행 중에 차량의 기울기를 검출하여 차량의 주행 및 제동 안정성에 기여가 가능하다.
또한, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 에러를 검출 또는 검증함에 있어, ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 수준을 만족시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 검출 및 차량 제어방법의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 검출 및 차량 제어방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 경사 노면에 마련된 차량에 대한 작용힘을 표시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 경사 노면에 마련된 차량에 대한 작용힘을 표시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서가 마련된 구성을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "···부", "···유닛", "···모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 사용되는 용어에 대해 다음과 같이 간단하게 정의한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 검출 및 차량 제어방법의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 입력부 및 제어부를 포함한 흐름도로 표현하고 있음을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로는, 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 차륜의 속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 차륜속도 센서(10), 차량의 일측에 마련되어 차량의 횡방향 가속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 횡가속도 센서(20), 차량의 일측에 마련되어 차량 요잉(Yawing)의 회전 각속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 요 레이트 센서(30), 차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 차체 전자제어장치(BCM ECU)로 전송하는 타이어에 부착된 가속도 센서(40), 차량의 스티어링 휠의 조향각을 측정하여 파워 스티어링 전자제어장치(MDPS ECU)로 전송하는 조향각 센서(50) 및 상기 차륜속도 센서(10), 횡가속도 센서(20), 요 레이트 센서(30), 조향각 센서(50) 및 가속도 센서(40)로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상 여부를 판별하는 전자제어장치(ECU, 60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)이 제공되는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 차륜속도 센서(10)는 차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 가속도 센서(40)는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서가 마련된 구성을 도시한 단면도이다.
보다 구체적으로는, 도 5를 참고하면 상기 가속도센서는 가속도를 측정하여 타이어 정보획득 및 해석이 가능하도록 타이어 각각의 접지면 내측 일면에 마련되는 센서인 것이 가능하다.
여기서, 상기 가속도 센서(40)는 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전자제어장치(ECU, 60)는 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)에서 측정된 측정값과 가속도 센서(40)에서 측정된 측정값을 비교하여, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 판별하는 것이 가능하며, 상기 요 레이트 센서(30), 횡가속도 센서(20) 및 가속도 센서(40)에서 전송된 데이터 값을 비교하여, 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값과 상기 가속도 센서(40)에서 전송된 데이터 값이 상이할 경우, 상기 가속도 센서(40)에서 측정된 값으로 데이터 값을 결정하며, 상기 결정된 데이터 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 바람직하다.
정리하자면, 본 발명은 인텔리전트 타이어 시스템을 이용한 차량의 기울기 검출 및 제어시스템으로써, 타이어에 부착된 가속도 센서의 가속도 신호를 감지하며, 상기 가속도 센서의 가속도 신호를 전륜측 가속도 및 후륜측 가속도로 각각 별개로 특정하고 이를 이중 적분한 값과 전륜과 후륜 타이어 사이 거리인 축간거리를 이용하여 차량의 종방향 기울기를 산출한다.
다음으로는 타이어에 부착된 가속도 센서로 출력되는 가속도를 좌측 가속도 및 우측 가속도로 각각 특정하여 이를 이중 적분한 값과 왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴 간의 거리인 윤거 거리를 이용하여 횡방향 기울기를 산출한다.
이때, 보다 바람직하게는 가속도 신호 값을 이중 적분한 값은 추가로 필터링된 값일 수 있으며, 필터링은 적응형 칼만필터를 이용하여 수행될 수 있다.
결과적으로 축간 거리와 윤거 거리, 그리고 타이어에 부착된 가속도 센서로부터 출력된 가속도 값으로부터 차량의 기울기를 산출하는 것이 가능하다.
또한, 산출된 차량의 기울기와 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 신호 값이 대응되는지 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 유닛을 포함하는 것이 가능하며, 한편으로는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부를 검출하며, 상기 센서들의 에러 및 이상이 발견될 경우의 차량의 기울기 검출 방법 및 차량 제어시스템에 관한 내용에 해당한다.
더욱 상세하게는, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 시그널이 아닌 타이어에 부착된 가속도 센서로 차량의 기울기 검출 및 차량의 상태를 검출하여 차량의 위험 요소가 발생하지 않은 시간 즉, 차량에 다양한 변수가 고려되지 않아도 되는 일상적인(Routine) 차량 주행 시간 내에 요 레이트 및 횡가속도 센서의 유효성을 검증하기 용이한 요 레이트 및 횡가속도 센서의 에러 검출 방법과 에러에 따른 차량 주행 안전성 및 제동 안정성을 위한 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
이를 위한 장치로써, 차량 자세관련 주행안전장치(ESC)는 운전자의 스티어링 휠 조작과 차의 회전 상태를 비교 판단하고, 각 바퀴의 브레이크를 개별적으로 제어함으로써 차량이 안정적으로 주행할 수 있게 도와주는 장치이다.
이러한 ESC는 기본적으로 브레이크 잠김 방지(ABS)와 구동력 제어 장치(TCS)의 기능을 포함하고 있다.
ABS는 제동의 경우, TCS는 가속의 경우 브레이크를 제어함으로써 이러한 상황에서 운전자가 원하는 방향으로 차를 움직일 수 있도록 도와준다.
ABS와 TCS가 차의 주행방향 움직임을 제어한다면 ESC는 여기에 옆 방향 움직임 즉, 회전 상황에서 차체 움직임을 제어하는 기능이 추가된 것이다.
따라서 ESC는 차의 운동특성 전반을 안정적으로 유지해주는 기능을 한다.
이러한 ESC는 크게 세 가지 요소로 구성된다.
ESC의 작동에 필요한 정보를 얻는 센서, 센서를 통해 얻은 정보를 종합하고 판단해 작용 여부를 결정하며 장치를 제어하는 마이컴과의 차량 내 CAN 통신 및 차세대 통신 및 브레이크 작동을 제어하는 유압장치이다.
이 중에서 바퀴 회전 속도를 감지하는 차륜속도 센서, 조향 동작에 관련된 스티어링 휠의 회전 각도를 감지하는 조향각 센서, 차체의 회전율을 감지하는 요 레이트(yaw rate) 센서가 마련되며, 나아가서 측면 방향의 가속도 센서와 차체의 옆 방향 기울기를 감지하는 롤 레이트(roll rate) 센서가 추가된다.
또한, 운전자의 조작과 주행 상태를 비교해서 ESC는 차의 주행 방향과 운전자가 스티어링 휠을 조작하는 각도를 감지한다.
이 경우, ESC는 차의 실제 주행 방향과 운전자의 스티어링 휠 조작 각도가 일치할 때에는 작동하지 않다가 차이가 생기면 작동한다.
언더스티어나 오버스티어가 일어나 운전자가 스티어링 휠을 조작하는 것보다 차체 앞 또는 뒤쪽이 옆 방향으로 미끄러지는 정도가 커지면 ESC가 개입해서 제어한다.
ESC는 각 바퀴를 브레이크를 개별적으로 제어해 차량의 바퀴마다 제동력의 크기를 달리할 수 있고, 차의 주행 방향을 안정적으로 유지한다.
이때, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서에 고장이 발생되어 잘못된 정보가 ABS, TCS, ESP 등의 차량 제어 시스템에 전달되면 차량의 안정성 및 제동에 치명적인 위험이 가해질 수 있다.
여기에서 차량의 상태를 판별하는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 신호 이상 여부 검출 및 불량 여부를 타이어에 부착된 가속도 센서로부터 가속도 신호를 수신하여 차량의 기울기를 산출하여 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부를 판별하여 차량의 제동 안정성 및 주행 안정성을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 경사 노면에 마련된 차량에 대한 작용힘을 표시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 경사 노면에 마련된 차량에 대한 작용힘을 표시한 개략도이다.
도 3 및 도 4를 참고하여 구체적으로 설명하자면, 상기 가속도 센서의 가속도 신호에 있어, 전륜 좌/우측 타이어의 가속도를 산출하여 이를 이중 적분한 값과 전륜과 후륜 타이어 사이 거리인 축간거리(L)로 차량의 종방향 기울기를 산출하며(도 3), 이중 적분한 값은 측정 오차가 배제될 수 있도록 적응형 칼만 필터를 적용하여 필터링된 값일 수 있다.
이때 상기 이중 적분에 사용되는 시간은 전륜이 경사노면에 진입한 시간을 초기시간으로 하고, 이어 후륜이 경사노면에 진입한 시간을 종료시간으로 할 수 있다.
전륜과 후륜사이에 발생되는 노면의 종방향 경사 Theta_F_R, Theta_R_F은 아래와 같은 관계식에 의해 정의되어 진다.
Theta_F_R := L*sin^-1((L_az_FR+L_az_FL)/2)
Theta_R_F := L*sin^-1((L_az_RR+L_az_RL)/2)
앞서도 설명한 바와 같이, 수직방향의 가속도를 전륜이 경사노면에 진입한 시간을 초기시간으로 하고, 이어 후륜이 경사노면에 진입한 시간을 종료시간으로 하여 이중 적분할 경우, 경사각을 구하는 데 필요한 높이(변위량)를 구할 수 있다.
위의 경우는 차량이 전진으로 올라가는 경우와 후진으로 내려오는 경우이며, 전진으로 내려오는 경우와 차량이 후진으로 올라가는 경우에는 반대가 된다.
1) 차량이 전진하는 경우
(1) 노면의 종방향 경사를 차량이 전진으로 올라가는 경우
→ Theta_F_R := L*sin^-1((L_az_FR + L_az_FL)/2)
(2) 노면의 종방향 경사를 차량이 전진으로 내려오는 경우
→ Theta_R_F := L*sin^-1((L_az_RR + L_az_RL)/2)
2) 차량이 후진하는 경우
(1) 노면의 종방향 경사를 차량이 후진으로 올라가는 경우
→ Theta_R_F := L*sin^-1((L_az_RR + L_az_RL)/2)
(2) 노면의 종방향 경사를 차량이 후진으로 내려오는 경우
→ Theta_F_R := L*sin^-1((L_az_FR + L_az_FL)/2)
또한, 상기 가속도 센서의 수직방향으로 변화가 있는 가속도 신호를 좌측(전/후륜) 가속도 또는 우측(전/후륜) 가속도로 각각 산출하여 이를 이중 적분하고 적응형 칼만필터를 적용한 신호와 앞바퀴 좌우간 거리인 전 윤거 거리(F_L)와 뒤 바퀴 좌/우간 거리인 후 윤거 거리(R_L)로부터 차량의 횡방향 기울기를 산출한다. (도 4)
Theta_F := F_L*sin^-1(||L_az_FR - L_az_FL||)
Theta_R := R_L*sin^-1(||L_az_RR - L_az_RL||)
Theta := (Theta_F + Theta_R)/2
이 경우, 좌/우측 타이어의 수직방향 가속도(수직방향으로 차량의 위치 변화가 존재할 경우)를 경사노면을 주행중인 차량의 특정 주행주기를 샘플링하여 샘플링한 주기를 기준으로 이중 적분할 경우, 경사각을 구하는 데 필요한 각 좌/우측 타이어의 변위량(높이차)을 구할 수 있다.
이 경우, 상기 축간거리와 전/후 윤거 거리는 차량에서 제공되는 정보를 이용한다. (단, 타이어 인치에 따라 윤거 거리는 변화가 있다.)
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 검출 및 차량 제어방법의 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 각 단계의 순서도를 포함한 흐름도로 표현하고 있음을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로는, 차륜속도 센서(10), 횡가속도 센서(20), 요 레이트 센서(30), 조향각 센서(50) 및 타이어에 부착된 가속도 센서(40)를 이용하여 각 요소를 측정하는 측정단계(S10), 상기 측정단계(S10)에서 측정된 데이터 값을 처리하여 저장하는 데이터 처리단계(S20), 상기 데이터 처리단계(S20)를 거친 데이터 값을 이용하여 차량의 기울기 여부를 판별하는 기울기 판별단계(S30), 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값을 비교하여 이상 여부 판단하는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계(S40) 및 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상으로 판단되는 경우, 상기 측정단계(S10)에서 측정된 가속도 센서 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계(S50)를 포함하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)이 제공되는 것이 가능하다.
또한, 상기 측정단계(S10)는 차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도 센서(40)를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 데이터 처리단계(S20)는 측정된 가속도 센서(40)의 값을 전술한 바와 같은 방법으로 이중 적분하는 이중 적분단계 및 적응형 칼만 필터를 이용한 필터링단계를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 기울기 판별단계(S30)는 상기 데이터 처리단계(S20)를 거친 가속도 센서 측정값을 기준으로 차량의 기울기를 판별하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계(S40)는 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값을 비교하며, 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값이 상이할 경우, 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상으로 결정하는 것이 바람직하다.
정리하자면, 본 발명은 인텔리전트 타이어 시스템을 이용한 차량의 기울기 검출 및 제어시스템으로써, 상기 가속도 센서의 가속도 신호를 감지하며, 요 레이트(Yaw-Rate) 신호를 감지하는 요 레이트 센서 및 상기 가속도 센서의 가속도 신호를 전륜측 가속도 및 후륜측 가속도를 각각 별개로 산출하여 이를 특정 구간의 시간으로 이중 적분하여 적응형 칼만필터를 적용한 신호와 전륜과 후륜 타이어 사이 거리인 축간거리를 이용하여 차량 종방향의 기울기를 산출한다.
또한, 상기 가속도 센서의 수직방향 가속도 신호를 좌측 타이어 및 우측 타이어를 각각 별개로 산출하여 이를 경사 노면 주행중인 특정구간에서 샘플링한 시간을 기준으로 이중 적분하여 적응형 칼만 필터를 적용한 신호와 앞바퀴 좌우간 거리인 윤거 전 거리와 뒤 바퀴 좌/우간 거리인 윤거 후 거리로 차량의 횡방향 기울기를 산출하는 것이 가능하다.
또한, 상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 신호의 값의 동일 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 유닛을 포함하는 것이 가능하며, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 검출하며, 상기 센서들의 에러 및 이상이 발견될 경우의 차량의 기울기 검출 방법 및 차량 제어시스템에 관한 내용에 해당한다.
더욱 상세하게는, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 시그널이 아닌 가속도 센서로 차량의 기울기 검출 및 차량의 상태를 검출하여 차량의 위험 요소가 발생하지 않은 시간 내에 요 레이트 및 횡가속도 센서의 유효성을 검증하기 용이한 요 레이트 및 횡가속도 센서의 에러 검출 방법과 에러에 따른 차량 주행 안전성 및 제동 안정성을 위한 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
또한, 상기 제어단계(S50)는 상기 측정단계(S10)에서 측정된 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값이 각각 상이할 경우, 상기 가속도 센서(40)에서 산출된 값으로 결정하며, 결정된 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템
10 : 차륜속도 센서
20 : 횡가속도 센서
30 : 요 레이트 센서
40 : 가속도 센서
50 : 조향각 센서
60 : 전자제어장치(ECU)
S1 : 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법
S10 : 측정단계
S20 : 데이터 처리단계
S30 : 기울기 판별단계
S40 : 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상여부 판단단계
S50 : 제어단계

Claims (12)

  1. 차량의 차륜에 적어도 하나 이상 마련되어 각각의 차륜의 속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 차륜속도 센서(10);
    차량의 일측에 마련되어 차량의 횡방향 가속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 횡가속도 센서(20);
    차량의 일측에 마련되어 차량 요잉(Yawing)의 회전 각속도를 측정하여 차량 자세 전자제어장치(ESC ECU)로 전송하는 요 레이트 센서(30); 및
    차량에 마련되는 다수개의 타이어 접지면 내측에 설치되어 각 타이어의 가속도를 측정하여 차체 전자제어장치(BCM ECU)로 전송하는 가속도 센서(40);
    차량의 스티어링 휠의 조향각을 측정하여 파워 스티어링 전자제어장치(MDPS ECU)로 전송하는 조향각 센서(50);
    상기 차륜속도 센서(10), 횡가속도 센서(20), 요 레이트 센서(30), 가속도 센서(40) 및 조향각 센서(50)로부터 각각의 데이터를 전송받아 데이터 수치를 상호 비교하여 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상 여부를 판별하는 전자제어장치(ECU, 60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차륜속도 센서(10)는,
    차량의 4개의 휠 각각에 마련되어 각각의 톤 휠의 티스(teeth)를 감지하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 센서(40)는,
    차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되,
    상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 센서(40)는,
    지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어장치(ECU, 60)는,
    상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)에서 측정된 측정값과 가속도 센서(40)에서 측정된 측정값을 비교하여, 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서의 이상 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자제어장치(ECU, 60)는,
    상기 요 레이트 센서(30), 횡가속도 센서(20) 및 가속도 센서(40)에서 전송된 데이터 값을 비교하여, 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값과 상기 가속도 센서(40)에서 전송된 데이터 값이 상이할 경우, 상기 가속도 센서(40)에서 측정된 값으로 데이터 값을 결정하며, 상기 결정된 데이터 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어 시스템(1)
  7. 차륜속도 센서(10), 횡가속도 센서(20), 요 레이트 센서(30), 가속도 센서(40) 및 조향각 센서(50)를 이용하여 각 요소를 측정하는 측정단계(S10);
    상기 측정단계(S10)에서 측정된 데이터 값을 처리하여 저장하는 데이터 처리단계(S20);
    상기 데이터 처리단계(S20)를 거친 데이터 값을 이용하여 차량의 기울기 여부를 판별하는 기울기 판별단계(S30);
    상기 가속도 센서(40)의 측정값과 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값을 비교하여 이상 여부 판단하는 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계(S40); 및
    상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상으로 판단되는 경우, 상기 측정단계(S10)에서 측정된 가속도 센서 값을 이용하여 차량의 시스템을 제어하는 제어단계(S50);
    를 포함하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측정단계(S10)는,
    차량의 4개의 타이어 각각의 내측 일면에 마련되되, 상기 타이어의 폭을 양분하는 중심선 상에 마련되는 가속도 센서(40)를 이용하여 지면과 평행한 x, y축 방향 및 지면과 수직한 z축 방향 성분의 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
  9. 제7항에 있어서,
    상기 데이터 처리단계(S20)는,
    측정된 가속도 센서(40)의 값을 이중 적분하는 이중 적분단계 및 적응형 칼만 필터를 이용한 필터링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기울기 판별단계(S30)는,
    상기 데이터 처리단계(S20)를 거친 가속도 센서 측정값을 기준으로 차량의 기울기를 판별하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
  11. 제7항에 있어서,
    상기 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서 이상 여부 판단단계(S40)는,
    상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값을 비교하며, 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값이 상이할 경우, 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 이상으로 결정하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어단계(S50)는,
    상기 측정단계(S10)에서 측정된 상기 가속도 센서(40)의 측정값과 상기 요 레이트 센서(30) 및 횡가속도 센서(20)의 측정값이 각각 상이할 경우, 상기 가속도 센서(40)에서 산출된 값으로 결정하며, 결정된 값으로 안티락브레이크 시스템(ABS: Anti-lock Brake System), 충돌제어시스템(TCS: Traction Control System) 및 차량 자세제어 시스템(ESP: Electronic Stability Program)을 제어하는 것을 특징으로 하는 타이어에 부착된 가속도 센서를 이용한 요 레이트 센서와 횡가속도 센서의 이상 검출 및 차량 제어방법(S1)
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