KR20210030556A - 도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정함으로써, 차량의 종방향 가속도가 크게 발생하는 유턴(U-Turn), 급가속 및 급감속 상황에서도 정확도 높게 도로 경사각을 추정할 수 있는 도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 도로의 경사각 추정 장치에 있어서, 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 제어부; 및 상기 추정한 도로의 경사각을 출력하는 출력부를 포함한다.

Description

도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ESTIMATING TILT ANGLE OF A ROAD AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량에 탑재되어 도로의 종방향 경사각(차량이 주행하는 방향의 도로 경사각)을 추정하는 기술에 관한 것이다.
최근 출시되는 차량에는 주행상황을 판단하고 그에 맞게 각종 제어량을 가변하며, 아울러 차량의 상태정보를 운전자에게 제공하는 전자제어시스템이 탑재되고 있다.
이러한 전자제어시스템은 차량의 거동정보와 주변정보 및 운전자의 제어정보(조향, 가속, 감속) 등에 기초하여 차량의 전반적인 제어를 수행하기 때문에 상기 각 정보의 높은 정확도가 요구된다.
특히, 도로의 경사각정보는 차량에 탑재된 다양한 시스템에서 광범위하게 활용되기 때문에 그 정확도가 무엇보다 중요하다.
일반적으로 차량에서 도로의 경사각을 산출하는 기술은 키네마틱 모델(Kinematic Model)을 이용하게 되는데, 이러한 키네마틱 모델은 차량의 요레이트, 횡방향 속도, 종방향 속도의 변화율을 고려하기 때문에, 차량의 종방향 가속도가 크게 발생하는 유턴(U-Turn), 급가속 및 급감속 상황에서는 정확도 높은 도로 경사각을 산출할 수 없는 문제점이 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.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정함으로써, 차량의 종방향 가속도가 크게 발생하는 유턴(U-Turn), 급가속 및 급감속 상황에서도 정확도 높게 도로 경사각을 추정할 수 있는 도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 도로의 경사각 추정 장치에 있어서, 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 제어부; 및 상기 추정한 도로의 경사각을 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각을 이용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 유효 가중치가 최소치이면 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 현재 시점의 도로 경사각으로 추정하고, 상기 유효 가중치가 최소치가 아니면 현재 시점에 산출된 도로 경사각보다 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 더 많이 반영하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 하기의 [수학식 A]에 기초하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정할 수 있다.
[수학식 A]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 현재 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00003
는 이전 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00004
는 현재 시점에 산출된 도로 경사각, K는 유효 가중치에 필터상수를 곱한 결과값이다.
또한, 상기 운전자의 조작량은 APS(Accel Pedal Sensor) 값, 마스터 실린더의 압력값, 차량의 조향각 및 조향각속도 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 차량의 조향각 및 조향각속도에 기초한 횡방향 조향 가중치, APS 값에 기초한 종방향 가속 가중치, 마스터 실린더의 압력값에 기초한 종방향 감속 가중치 중에서 최소값을 유효 가중치로서 산출할 수 있다.
이때, 상기 횡방향 조향 가중치는 차량의 조향각 및 조향각속도가 반영된 횡방향 인자(Lfactor)에 상응하는 횡방향 조향 가중치일 수 있다.
Figure pat00005
여기서, lf는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, lr는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, Cf는 전륜 코너링 강성, Cr는 후륜 코너링 강성, m은 차량의 질량,
Figure pat00006
는 차량의 종방향 속도,
Figure pat00007
는 차량의 조향각,
Figure pat00008
는 차량의 조향각속도를 각각 의미한다.
이러한 본 발명의 장치는 Cf, Cr, lf, lr, m을 저장하는 저장부; 차량의 종방향 속도(
Figure pat00009
)를 측정하는 종방향 속도센서; 차량의 조향각(
Figure pat00010
)을 측정하는 조향각센서; 및 차량의 조향각속도(
Figure pat00011
)를 측정하는 조향각속도센서를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 도로의 경사각 추정 방법에 있어서, 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 단계; 및 상기 추정한 도로의 경사각을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도로의 경사각을 추정하는 단계는 이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각을 이용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계는, 상기 유효 가중치가 최소치이면 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 현재 시점의 도로 경사각으로 추정하는 단계; 및 상기 유효 가중치가 최소치가 아니면 현재 시점에 산출된 도로 경사각보다 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 더 많이 반영하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계는, 하기의 [수학식 A]에 기초하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정할 수 있다.
[수학식 A]
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 현재 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00014
는 이전 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00015
는 현재 시점에 산출된 도로 경사각, K는 유효 가중치에 필터상수를 곱한 결과값이다.
또한, 상기 운전자의 조작량은 APS(Accel Pedal Sensor) 값, 마스터 실린더의 압력값, 차량의 조향각 및 조향각속도 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도로의 경사각을 추정하는 단계는, 차량의 조향각 및 조향각속도에 기초한 횡방향 조향 가중치, APS 값에 기초한 종방향 가속 가중치, 마스터 실린더의 압력값에 기초한 종방향 감속 가중치 중에서 최소값을 유효 가중치로서 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 횡방향 조향 가중치는 차량의 조향각 및 조향각속도가 반영된 횡방향 인자(Lfactor)에 상응하는 횡방향 조향 가중치일 수 있다.
Figure pat00016
여기서, lf는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, lr는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, Cf는 전륜 코너링 강성, Cr는 후륜 코너링 강성, m은 차량의 질량,
Figure pat00017
는 차량의 종방향 속도,
Figure pat00018
는 차량의 조향각,
Figure pat00019
는 차량의 조향각속도를 각각 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치 및 그 방법은, 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정함으로써, 차량의 종방향 가속도가 크게 발생하는 유턴(U-Turn), 급가속 및 급감속 상황에서도 정확도 높게 도로 경사각을 추정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 대한 구성도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 횡방향 조향 가중치 맵을 나타내는 도면,
도 2b는 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 종방향 가속 가중치 맵을 나타내는 도면,
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 종방향 감속 가중치 맵을 나타내는 도면,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 도로의 경사각을 추정하는데 이용되는 인자를 나타내는 도면,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 탑재된 차량이 슬라럼(Slalom) 주행시 횡방향 인자(Lfactor)와 요레이트 사이의 관계를 나타내는 도면,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 탑재된 차량이 선회 주행시 횡방향 인자(Lfactor)와 요레이트 사이의 관계를 나타내는 도면,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치의 성능을 나타내는 일예시도,
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치의 성능을 나타내는 다른 예시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 방법에 대한 흐름도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치(100)는, 저장부(10), 센서부(20), 제어부(30), 및 출력부(40)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.
특히, 저장부(10)는 차량의 제원정보로서 전륜 코너링 강성(Front Axle Cornering Stiffness, Cf), 후륜 코너링 강성(Rear Axle Cornering Stiffness, Cr), 차량의 무게중심과 전륜 사이의 거리(lf), 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리(lr), 차량의 질량(total mass of vehicle) 등을 저장하는 것은 물론, 그외 중력가속도(g), LPF(Low Pass Filter) 상수 등을 더 저장할 수 있다.
또한, 저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
센서부(20)는 경사각 산출부(31)에서 경사각을 산출하는데 필요한 각종 센서값과 가중치 산출부(32)에서 가중치를 산출하는데 필요한 각종 센서값을 제공하는 모듈로서, 복수의 센서를 구비할 수 있다.
이러한 센서부(20)는 차량의 가속도(
Figure pat00020
)를 측정하는 가속도센서, 차량의 종방향 속도(
Figure pat00021
)를 측정하는 종방향 속도센서, 차량의 횡방향 속도(
Figure pat00022
)를 측정하는 횡방향 속도센서, 차량의 요레이트(
Figure pat00023
)를 측정하는 요레이트센서를 구비할 수 있다. 참고로, 각 센서 자체는 주지 관용의 기술이므로 상세 설명은 생략한다.
또한, 센서부(20)는 운전자의 조작량으로서, 운전자에 의한 엑셀 페달의 눌림 정도를 측정하는 APS(Accel Pedal Sensor), 운전자에 의한 브레이크 페달의 눌림에 비례하여 발생하는 마스터 실린더의 압력을 측정하는 압력센서, 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향에 따른 차량의 조향각(
Figure pat00024
)을 측정하는 조향각센서, 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향에 따른 차량의 조향각속도(
Figure pat00025
)를 측정하는 조향각속도센서를 구비할 수 있다. 이때, APS는 엑셀 페달의 눌림 정도를 나타내는 APS 값(%)을 출력한다.
제어부(30)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(30)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제어부(30)는 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정할 수 있다.
이를 위해, 제어부(30)는 기능 블록으로서, 일례로 경사각 산출부(31), 가중치 산출부(32), 경사각 추정부(33)를 구비할 수 있다.
먼저, 경사각 산출부(31)는 키네마틱 모델에 기초하여 도로의 경사각을 산출할 수 있다. 일례로, 경사각 산출부(31)는 하기의 [수학식 1]에 기초하여 도로의 경사각(
Figure pat00026
)을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00027
여기서,
Figure pat00028
는 차량의 가속도를 의미하고,
Figure pat00029
는 차량의 종방향 속도를 의미하며,
Figure pat00030
는 차량의 횡방향 속도를 의미하고,
Figure pat00031
는 차량의 요레이트를 의미하며, g는 중력가속도를 의미한다. 또한,
Figure pat00032
는 차량의 종방향 속도의 변화율을 나타낸다.
이렇게 산출된 도로의 경사각(
Figure pat00033
)은 차량의 횡방향 속도와 차량의 요레이트 및 차량의 종방향 속도의 변화율이 고려되기 때문에 차량의 종방향 가속도가 크게 발생하는 유턴(U-Turn), 급가속 및 급감속 상황에서는 정확도가 현저히 떨어진다.
이에, 경사각 추정부(33)는 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 가중치를 이전 시점에 추정된 도로 경사각과, 상기 경사각 산출부(31)에 의해 산출된 현재 시점의 도로 경사각에 적용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정할 수 있다.
다음으로, 가중치 산출부(32)는 이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각에 적용되는 가중치를 산출할 수 있다. 이때, 가중치의 범위는 일례로 0~1 사이의 값이 될 수 있다.
이러한 가중치 산출부(32)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같은 가중치 맵을 저장할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 횡방향 조향 가중치 맵을 나타내는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 세로축은 횡방향 조향 가중치를 나타내고, 가로축은 횡방향 인자(Lfactor)를 나타낸다. 이때, 가중치 산출부(32)는 하기의 [수학식 2]에 기초하여 횡방향 인자(Lfactor)를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00034
여기서, lf는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, lr는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, Cf는 전륜 코너링 강성(Front Axle Cornering Stiffness), Cr는 후륜 코너링 강성(Rear Axle Cornering Stiffness), m은 차량의 질량(total mass of vehicle),
Figure pat00035
는 차량의 종방향 속도,
Figure pat00036
는 차량의 조향각,
Figure pat00037
는 차량의 조향각속도를 각각 의미한다. 이때, lf, lr, Vx, Vy Lfactor,
Figure pat00038
는 도 3에 상세히 도시되어 있다.
또한, [수학식 2]의 분자항 중에서 첫번째 항은 조향각에 대한 항이고, 두번째 항은 조향각속도에 대한 항을 나타낸다.
가중치 산출부(32)는 저장부(10)에 저장되어 있는 값과 센서부(20)에 의해 측정된 값을, 상기 [수학식 2]에 적용하여 횡방향 인자를 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 횡방향 인자(Lfactor)가 0이면 횡방향 조향 가중치는 1이 되고, 횡방향 인자(Lfactor)가 40이면 횡방향 조향 가중치는 0이 된다.
도 2b는 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 종방향 가속 가중치 맵을 나타내는 도면이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 세로축은 종방향 가속 가중치를 나타내고, 가로축은 종방향 가속 인자로서 APS(Accel Pedal Sensor) 값을 나타낸다. 이때, APS 값은 APS에 의해 측정된 엑셀 페달의 눌림 정도(%)를 나타내는 값이다.
가중치 산출부(32)는 종방향 가속 가중치 맵에 기초하여 APS에 의해 측정된 APS 값에 상응하는 종방향 가속 가중치를 획득할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치에 구비된 종방향 감속 가중치 맵을 나타내는 도면이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 세로축은 종방향 감속 가중치를 나타내고, 가로축은 종방향 감속 인자로서 마스터 실린더 압력 값을 나타낸다.
가중치 산출부(32)는 종방향 감속 가중치 맵에 기초하여 압력센서에 의해 측정된 마스터 실린더 압력 값에 상응하는 종방향 감속 가중치를 획득할 수 있다.
결국, 도 2a 내지 도 2c를 통해 알 수 있듯이, 가중치 산출부(32)는 횡방향 조향 인자에 상응하는 횡방향 조향 가중치, 종방향 가속 인자(APS 값)에 상응하는 종방향 가속 가중치, 종방향 감속 인자(마스터 실린더 압력 값)에 상응하는 종방향 감속 가중치를 획득할 수 있고, 이렇게 획득한 횡방향 조향 가중치와 종방향 가속 가중치 및 종방향 가속 가중치를 상호 비교하여 가장 작은 가중치(이하, 유효 가중치)를 산출할 수 있다.
한편, 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 횡방향 인자(Lfactor)와 요레이트센서에 의해 측정된 요레이트 사이의 관계는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 탑재된 차량이 슬라럼(Slalom) 주행시 횡방향 인자(Lfactor)와 요레이트 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4a에서, '411'은 횡방향 인자를 나타내고, '412'는 요레이트를 나타내며, '413'은 조향각을 나타낸다.
도 4a의 그래프 상에서, 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 횡방향 인자(A1)의 위상이 요레이트센서에 의해 측정된 요레이트(A2)의 위상보다 시간적으로 300ms~500ms 더 빠르게 나타나는 것을 알 수 있다.
즉, 횡방향 인자를 이용하면 300ms~500ms 전에 차량의 요(yaw) 운동을 예측할 수 있고, 차량의 요 운동은 차량의 횡방향 운동과 비례하므로, 결국 차량의 횡방향 운동에 의해 경사각 산출부(31)가 산출한 경사각의 정확도가 낮아질 것을 사전에 예측할 수 있게 된다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 탑재된 차량이 선회 주행시 횡방향 인자(Lfactor)와 요레이트 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4b에서, '421'은 횡방향 인자를 나타내고, '422'는 요레이트를 나타내며, '423'은 조향각을 나타낸다.
도 4b의 그래프 상에서, 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 횡방향 인자(B1)의 위상이 요레이트센서에 의해 측정된 요레이트(B2)의 위상보다 시간적으로 더 빠르게 나타나는 것을 알 수 있다.
따라서, 차량이 선회 주행시 횡방향 인자를 이용하면 경사각 산출부(31)에 의해 산출된 경사각의 정확도가 낮아질 것을 사전에 예측할 수 있다.
다음으로, 경사각 추정부(33)는 경사각 산출부(31)에 의해 산출된 도로의 종방향 경사각과 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정할 수 있다.
이러한 경사각 추정부(33)는 일례로 하기의 [수학식 3]에 기초하여 도로의 경사각을 추정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00039
여기서,
Figure pat00040
는 현재 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00041
는 이전 시점에 추정된 도로 경사각,
Figure pat00042
는 현재 시점에 산출된 도로 경사각, K는 최종 가중치를 각각 나타낸다. 이때, K는 유효 가중치에 필터상수(일례로, 0.15)가 곱해진 값일 수도 있다.
예를 들어, 유효 가중치가 제로(0)인 경우 현재 시점에 산출된 도로 경사각은 신뢰도가 없으므로, 현재 시점에 도로 경사각을 추정하는데 반영되지 않고, 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 그대로 이용한다.
다른 예로, 유효 가중치가 1인 경우 이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각을 모두 이용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하되, 현재 시점에 산출된 도로 경사각에 비해 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 더 많이 반영한다. 이때, 현재 시점에 산출된 도로 경사각의 적용 비율이 최고치이지만, 이전 시점에 추정된 도로 경사각의 적용 비율보다는 낮다.
출력부(40)는 경사각 추정부(33)에 의해 추정된 도로 경사각을 출력한다. 이러한 출력부(40)는 클러스터에 도로 경사각을 디스플레이하거나, 차량에 구비된 각종 전자제어시스템에 도로 경사각을 제공할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치의 성능을 나타내는 일예시도로서, 차량의 유턴시의 도로 경사각 추정 성능을 나타낸다.
도 5a에서, '510'은 실제 도로 경사각을 나타내고, '511'은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 추정한 도로 경사각을 나타내며, '512'는 경사각 산출부(31)가 산출한 도로 경사각을 나타낸다.
또한, '521'은 횡방향 인자를 나타내고, '522'는 요레이트를 나타내며, '531'은 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 유효 가중치를 나타낸다.
이를 통해, 차량의 유턴상황에서 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 추정한 도로 경사각(511)이, 경사각 산출부(31)가 산출한 도로 경사각(512)에 비해 정확도가 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치의 성능을 나타내는 다른 예시도로서, 차량의 급가속 및 급감속시 도로 경사각 추정 성능을 나타낸다.
도 5b에서, '551'은 실제 도로 경사각을 나타내고, '552'는 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 추정한 도로 경사각을 나타내며, '553'는 경사각 산출부(31)가 산출한 도로 경사각을 나타낸다.
또한, '561'은 차량의 종방향 속도를 나타내고, '562'는 APS 값을 나타내며, '563'은 마스터 실린더 압력값을 나타낸다. 이때, 차량의 가속은 0.3G이며 감속은 0.9G이다.
또한, '571'은 가중치 산출부(32)에 의해 산출된 유효 가중치를 나타낸다.
이를 통해, 차량의 급가속 및 급감속시 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 장치가 추정한 도로 경사각(552)이, 경사각 산출부(31)가 산출한 도로 경사각(553)에 비해 정확도가 높다는 것을 확인할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 제어부(30)가 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정한다(601). 이때, 제어부(30)는 저장부(10)에 저장되어 있는 정보와 센서부(20)에 의해 측정된 값을 이용할 수 있다.
이후, 출력부(40)는 제어부(30)에 의해 추정된 도로의 경사각을 출력한다(602).
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 도로의 경사각 추정 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
10: 저장부
20: 센서부
30: 제어부
40: 출력부

Claims (15)

  1. 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 제어부; 및
    상기 추정한 도로의 경사각을 출력하는 출력부
    를 포함하는 도로의 경사각 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각을 이용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 유효 가중치가 최소치이면 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 현재 시점의 도로 경사각으로 추정하고, 상기 유효 가중치가 최소치가 아니면 현재 시점에 산출된 도로 경사각보다 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 더 많이 반영하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하기의 [수학식 A]에 기초하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
    [수학식 A]
    Figure pat00043

    여기서,
    Figure pat00044
    는 현재 시점에 추정된 도로 경사각,
    Figure pat00045
    는 이전 시점에 추정된 도로 경사각,
    Figure pat00046
    는 현재 시점에 산출된 도로 경사각, K는 유효 가중치에 필터상수를 곱한 결과값이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전자의 조작량은,
    APS(Accel Pedal Sensor) 값, 마스터 실린더의 압력값, 차량의 조향각 및 조향각속도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    차량의 조향각 및 조향각속도에 기초한 횡방향 조향 가중치, APS 값에 기초한 종방향 가속 가중치, 마스터 실린더의 압력값에 기초한 종방향 감속 가중치 중에서 최소값을 유효 가중치로서 산출하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 횡방향 조향 가중치는,
    차량의 조향각 및 조향각속도가 반영된 횡방향 인자(Lfactor)에 상응하는 횡방향 조향 가중치인 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 장치.
    Figure pat00047

    여기서, lf는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, lr는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, Cf는 전륜 코너링 강성, Cr는 후륜 코너링 강성, m은 차량의 질량,
    Figure pat00048
    는 차량의 종방향 속도,
    Figure pat00049
    는 차량의 조향각,
    Figure pat00050
    는 차량의 조향각속도를 각각 의미한다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    Cf, Cr, lf, lr, m을 저장하는 저장부;
    차량의 종방향 속도(
    Figure pat00051
    )를 측정하는 종방향 속도센서;
    차량의 조향각(
    Figure pat00052
    )을 측정하는 조향각센서; 및
    차량의 조향각속도(
    Figure pat00053
    )를 측정하는 조향각속도센서
    를 더 포함하는 도로의 경사각 추정 장치.
  9. 키네마틱 모델을 기반으로 산출한 도로의 종방향 경사각과 운전자의 조작량에 상응하는 유효 가중치 및 필터상수에 기초하여 도로의 경사각을 추정하는 단계; 및
    상기 추정한 도로의 경사각을 출력하는 단계
    를 포함하는 도로의 경사각 추정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도로의 경사각을 추정하는 단계는,
    이전 시점에 추정된 도로 경사각과 현재 시점에 산출된 도로 경사각을 이용하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계
    를 포함하는 도로의 경사각 추정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계는,
    상기 유효 가중치가 최소치이면 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 현재 시점의 도로 경사각으로 추정하는 단계; 및
    상기 유효 가중치가 최소치가 아니면 현재 시점에 산출된 도로 경사각보다 이전 시점에 추정된 도로 경사각을 더 많이 반영하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계
    를 포함하는 도로의 경사각 추정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 단계는,
    하기의 [수학식 A]에 기초하여 현재 시점의 도로 경사각을 추정하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 방법.
    [수학식 A]
    Figure pat00054

    여기서,
    Figure pat00055
    는 현재 시점에 추정된 도로 경사각,
    Figure pat00056
    는 이전 시점에 추정된 도로 경사각,
    Figure pat00057
    는 현재 시점에 산출된 도로 경사각, K는 유효 가중치에 필터상수를 곱한 결과값이다.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 운전자의 조작량은,
    APS(Accel Pedal Sensor) 값, 마스터 실린더의 압력값, 차량의 조향각 및 조향각속도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도로의 경사각을 추정하는 단계는,
    차량의 조향각 및 조향각속도에 기초한 횡방향 조향 가중치, APS 값에 기초한 종방향 가속 가중치, 마스터 실린더의 압력값에 기초한 종방향 감속 가중치 중에서 최소값을 유효 가중치로서 산출하는 단계
    를 포함하는 도로의 경사각 추정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 횡방향 조향 가중치는,
    차량의 조향각 및 조향각속도가 반영된 횡방향 인자(Lfactor)에 상응하는 횡방향 조향 가중치인 것을 특징으로 하는 도로의 경사각 추정 방법.
    Figure pat00058

    여기서, lf는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, lr는 차량의 무게중심과 후륜 사이의 거리, Cf는 전륜 코너링 강성, Cr는 후륜 코너링 강성, m은 차량의 질량,
    Figure pat00059
    는 차량의 종방향 속도,
    Figure pat00060
    는 차량의 조향각,
    Figure pat00061
    는 차량의 조향각속도를 각각 의미한다.
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