KR20210068873A - 차량의 무게 추정 방법 - Google Patents

Abstract

무게 추정 시스템에서 차량 운전 정보로부터 제동에 의한 차량 정지 이벤트가 발생한 인에이블 상태인지를 판단하는 단계; 상기 인에이블 상태이면, 상기 무게 추정 시스템에서 차량 정차 순간 가속도 센서로부터 입력되는 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계; 상기 무게 추정 시스템에서 상기 노이즈가 제거된 가속도 신호로부터 가속도 신호의 주기 값을 결정하는 단계; 및 상기 무게 추정 시스템에서 상기 결정된 주기 값 정보를 이용하여 차량 무게를 추정하는 단계를 포함하는 차량의 무게 추정 방법이 개시된다.

Description

차량의 무게 추정 방법{Method for estimating weight of vehicle}

본 발명은 차량의 무게 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 추가 센서의 이용 없이 기존의 하드웨어만을 이용하여 현재의 차량 무게를 추정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

차량의 무게 정보는 차량 제어에 있어서 다양하게 이용될 수 있고, 특히 차량의 무게 정보를 차량 제어에 이용할 수 있다면 제어 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

예를 들면, 화물차에서 구동륜 토크 제어를 위해 화물차의 무게 정보를 반영하여 제어하면 불필요한 휠 슬립의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 차량의 무게 정보를 반영하여 ESC(Electronic Stability Control)를 수행할 경우 차량의 자세 제어 성능을 최적화할 수 있고, 차량의 무게 정보를 반영하면 차량의 정확한 주행 가능 거리 예측 및 표시가 가능해진다.

그 밖에, 가변 댐퍼 서스펜션 제어에 있어 현가상 무게 정보를 반영하여 제어할 수 있다면 실시간 최적 댐핑력 제어가 가능해질 것이다.

그러나, 차량의 무게 측정을 위해서는 정밀한 센서를 차량에 추가로 장착해야 하고, 이는 원가 상승의 요인이 될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량에서 추가 센서의 이용 없이 기존의 하드웨어만을 이용하여 현재의 차량 무게를 추정할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 무게 추정 시스템에서 차량 운전 정보로부터 제동에 의한 차량 정지 이벤트가 발생한 인에이블 상태인지를 판단하는 단계; 상기 인에이블 상태이면, 상기 무게 추정 시스템에서 차량 정차 순간 가속도 센서로부터 입력되는 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계; 상기 무게 추정 시스템에서 상기 노이즈가 제거된 가속도 신호로부터 가속도 신호의 주기 값을 결정하는 단계; 및 상기 무게 추정 시스템에서 상기 결정된 주기 값 정보를 이용하여 차량 무게를 추정하는 단계를 포함하는 차량의 무게 추정 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 무게 추정 방법에 의하면, 차량에서 추가 센서의 이용 없이 기존의 하드웨어만을 이용하여 현재의 차량 무게를 추정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 실차에서 가속도 센서의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 차량 정지시 운전자 제동 강도를 달리하였을 때 가속도 신호를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량 무게 추정 과정을 수행하는 시스템의 구성 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무게 추정 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 무게 추정 인에이블 조건 판단 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 가속도 신호로부터 각 순번별 진동 주기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

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

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 차량에서 추가 센서의 이용 없이 기존의 하드웨어만을 이용하여 현재의 차량 무게를 추정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

지금까지 차량의 구동토크와 기존 차량 내 센서 등을 이용하여 추가적인 비용 없이 차량 무게를 추정하려는 연구가 진행되어 왔으나, 필요한 입력 변수인 토크 정보, 주행저항 모델, 구동계 모델 등의 부정확성으로 인해 실제 적용에는 많은 한계가 있었다.

특히, 차량이 구배가 있는 경사로에서 주행 중에 있거나 주행 중인 노면이 고르지 못하여 차량의 피치(pitch) 거동이 발생할 때에는 종래의 무게 추정 기술이 적용될 수 없었다.

이에 따라 본 발명에서는 추가적인 센서 장착이나 이용 없이, 그리고 토크 정보나 모델 등의 이용 없이 차량에 기 장착되어 있는 가속도 센서의 신호를 이용하여 차량 무게를 추정할 수 있는 방법을 제시한다.

연료 소비를 제외한 대부분의 무게 변화는 인원 탑승이나 화물 적재로 인한 것이며, 이는 차량 정차시에 발생하는 이벤트이다.

따라서, 본 발명에서 주행 중에는 무게 추정을 미실시하고, 정차시에만 무게 추정을 실시한다.

또한, 본 발명에서 기본적인 무게 추정의 원리는 차량 정차시 가속도 센서의 측정값, 즉 가속도 센서의 신호에서 나타나는 진동 패턴에 기반한다.

차량에 장착되어 있는 가속도 센서는 차량 가속도를 검출하는 센서로서, 가속도 검출 값에 따른 전기적인 신호를 출력하도록 구비되는데, 차량에서 통상의 가속도 센서는 종가속도 센서를 의미하고, 가속도 센서가 출력하는 신호는 차량의 종가속도를 나타내는 신호(종가속도 신호)를 의미한다.

이하의 설명에서 가속도는 특별히 다르게 정의하지 않는 한 차량의 종가속도를 의미하고, 가속도 센서는 차량에 기 장착된 종가속도 센서를 의미한다.

또한, 가속도 센서의 신호 및 가속도 신호는 가속도 센서에서 출력되는 신호를 의미한다.

본 발명에서는 차량 정차 순간 발생하는 차량 거동 현상에 관계된 차량 가속도 정보로부터 차량 무게를 추정하는데, 구체적으로는 차량 정지시 가속도 센서에서 출력되는 신호, 즉 차량이 정차한 순간 차량 가속도를 나타내는 가속도 신호를 이용하여 차량 무게를 추정한다.

더 구체적으로는, 차량 가속도를 나타내는 가속도 신호에서 신호의 진동 주기를 측정 및 분석하여 차량 무게를 추정한다.

가속도 신호의 진동은 차량 무게의 함수로 그 주기가 변화하는데, 이 원리에 따라 가속도 센서가 출력하는 가속도 신호의 진동 주기가 길어질수록 차량 무게가 증가하였음을 알 수 있고, 가속도 센서가 출력하는 가속도 신호의 진동 주기가 짧아질수록 차량 무게가 감소하였음을 알 수 있다.

이에 따라 본 발명에서는 차량이 정차한 순간 발생하는 가속도 신호의 진동 주기의 함수로 무게를 추정한다.

도 1은 실차에서 가속도 센서의 측정 결과를 나타내는 도면으로, 차량이 정차한 순간 가속도 센서가 출력하는 가속도 신호의 예를 보여주고 있다.

본 발명에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량이 감속한 뒤 정차한 순간 가속도 센서가 출력하는 신호를 이용하고, 도 1은 그 신호의 예를 보여주는 것이다.

특히, 도 1에서는 차량에 화물이 적재된 적재 상태와 동일 차량에 화물이 적재되지 않은 미적재 상태(공차 상태)에서 가속도 센서에서 출력되는 가속도 신호의 예를 비교하여 나타내고 있다.

도 1을 참조하면, 100kg의 화물을 적재한 상태로 차량이 정지할 때 가속도 센서가 출력하는 가속도 신호의 진동 주기는, 미적재 상태로 차량이 정지할 때에 비해 증가함을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 2는 차량 정지시 운전자 제동 강도를 달리하였을 때 측정된 가속도 신호(즉, 가속도 센서의 출력 신호)를 비교하여 나타낸 도면이다.

여기서, 제동 강도는 브레이크 페달 조작량 또는 조작 세기(세게 밟거나 약하게 밟은 정도) 등의 운전자 페달 조작 상태를 의미한다 할 수 있고, 도 2는 운전자가 브레이크 페달의 조작 상태를 모두 달리한 각 제동 상황에서 차량 정차 순간에 측정된 가속도 신호를 나타낸 것이다.

도 2의 모든 제동 상황은 제동 강도만 달리하였을 뿐 나머지 차량 조건은 모두 동일하게 하여 시험한 것이며, 특히 모든 제동 상황에서 동일한 차량 하중을 적용하여 시험한 것이다.

즉, 동일한 차량 무게 조건으로 각 제동 상황마다 제동 강도만 달리하여 측정한 가속도 신호를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 운전자 제동 강도가 달라짐에도 차량 무게가 동일하다면 정차한 순간 발생하는 가속도 신호의 진동 주기는 모두 같다는 것을 알 수 있고, 다만 가속도 신호의 진폭은 운전자 제동 강도가 달라짐에 따라 도 2와 같이 상이하게 나타난다.

시험 결과와 같이 차량 무게의 변화가 없을 때 제동 강도가 5배 정도까지 차이가 남에도 불구하고 정차 순간 가속도 신호의 진동 주기가 모두 동일하다는 것은, 운전자 제동 강도나 제동 조작 상태에 상관 없이 차량 정차 순간 가속도 신호의 진동 주기를 이용하면 차량 무게의 추정이 가능하다는 것을 의미한다.

본 발명자는 차량 무게가 동일하다면, 차량 정지 직전의 운전자 브레이크 페달 조작량이나 조작 세기 등에 상관 없이 차량 정차 순간에 가속도 센서를 통해 얻어지는 가속도 신호의 진동 패턴은 모두 동일하다는 것을 반복된 실험을 통해 확인하였다.

이에 따라 본 발명에서는 운전자가 브레이크 페달을 조작하여 차량이 정지 상태가 된 순간의 미세한 차량 거동을 가속도 센서를 통해 측정하고, 상기 가속도 센서를 통해 얻어진 가속도 신호로부터 차량 무게를 추정한다.

또한, 본 발명에서 차량 무게 추정 및 그 추정 값인 차량 무게의 갱신(업데이트)은 차량이 주행 중 정지할 때마다(즉, 정지 이벤트 발생시마다) 수행될 수 있다.

예를 들어, 차량이 신호등에서 정차할 때 차량 무게 추정이 수행될 수 있고, 신호등에서와 같이 차량이 정차할 때마다 차량 무게를 추정하여 갱신하는 것이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 차량 무게 추정 과정을 수행하는 시스템의 구성 블록도로서, 도시된 바와 같이, 차량의 무게 추정 시스템은, 운전정보 검출부(10), 가속도 센서(11), 정지 이벤트 판단부(21), 기준가속도 생성부(22), 진동주기 결정부(23), 주기정보 갱신부(24), 무게결정부(25)를 포함하여 구성된다.

운전정보 검출부(10)는 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 현재의 차량 운전 정보를 검출하는 구성부로서, 운전 정보는 차량 휠속과 브레이크 페달 입력값이 될 수 있다.

이때, 운전정보 검출부(10)는 차량 휠속을 검출하는 휠속 센서(12)와, 브레이크 페달 입력값을 검출하는 브레이크 페달 센서(Brake Pedal Sensor, BPS)(13)를 포함할 수 있다.

이러한 휠속 센서(12)와 브레이크 페달 센서(13) 역시 차량에 이미 장착되어 이용되고 있는 센서이다.

이에 더하여, 운전 정보는 차량 가속도와 변속단, 모터 속도를 더 포함할 수 있으며, 이때 운전정보 검출부(10)는 차량 가속도를 검출하는 가속도 센서(11), 현재의 변속단을 검출하는 변속단 검출부(14), 그리고 모터 속도를 검출하는 모터속도 검출부(15)를 포함할 수 있다.

본 발명에서 가속도 센서(11)에 의해 검출되는 가속도 정보(차량 종가속도 정보)는 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 정보 중 하나로 이용될 수 있고, 이때 가속도 센서(11)는 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 운전정보 검출부 내 센서라 할 수 있다.

다만, 본 발명에서 가속도 센서(11)의 신호는 상기와 같이 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하기 위한 것 외에, 후술하는 바와 같이 실질적으로 차량 무게를 검출하는 주 신호로 이용된다.

상기 정지 이벤트 판단부(21)는 운전정보 검출부(10)에 의해 검출되는 운전 정보로부터 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하는데, 본 발명에서 차량의 정지 이벤트가 발생하였는지를 판단하는 것은, 무게 추정 실시를 위한 정해진 인에이블 조건을 만족하는지를 판단하는 것과 같은 의미로 해석될 수 있다.

구체적으로는, 휠속 센서(12)에 의해 검출되는 휠속, 및 브레이크 페달 센서(13)에 의해 검출되는 브레이크 페달 입력값 등의 운전 정보를 기반으로 무게 추정 실시를 위한 인에이블(enable) 조건을 만족하는지를 판단한다.

본 발명에서는 정지 이벤트 판단부(21)가 현재의 차량 운전 정보로부터 정해진 인에이블 조건을 만족하는 것으로 판단한 경우 인에이블 상태가 되어 차량의 무게 추정이 실시된다.

차량의 운전 정보에 기초하여 정지 이벤트 발생 및 인에이블 조건을 판단하는 과정에 대해서는 뒤에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에서 가속도 센서(11)는 전술한 바와 같이 가속도 신호를 출력하는 센서로서, 정차 순간의 차량 미소 거동을 나타내는 가속도 신호는 무게 추정을 위한 주 신호로 이용되는 것 외에, 인에이블 조건을 만족하는지를 판단하기 위한 차량 운전 정보 중 하나로 이용될 수 있다.

다음으로, 기준가속도 생성부(22)는 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호로부터 기준가속도 신호를 생성하는 구성부이며, 가속도 신호를 필터링하여 기준가속도 신호를 생성하도록 구비될 수 있다.

이를 위해 기준가속도 생성부(22)는 가속도 신호를 필터링하여 가속도 기준값인 기준가속도를 생성하는 필터를 포함할 수 있고, 기준가속도 생성부(22)에서 가속도 기준값인 기준가속도 생성을 위한 필터는 로우 패스 필터가 될 수 있다.

상기 기준가속도 생성부(22)의 로우 패스 필터는 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호를 입력으로 하며, 본 발명에서 이 로우 패스 필터에 의해 필터링되어 출력되는 신호를 기준가속도 신호로 이용한다.

상기 기준가속도 생성부(22)의 로우 패스 필터로는 가속도 신호로부터 원하는 기준가속도 신호를 생성할 수 있도록 미리 정해진 컷오프(cutoff) 주파수를 가지는 필터이고, 후술하는 진동주기 결정부(23)의 노이즈 제거용 로우 패스 필터에 비해 더 낮은 컷오프 주파수를 가지는 필터여야 한다.

한편, 무게 추정 시스템의 진동주기 결정부(23)는 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호를 입력받아 가속도 신호의 진동 주기를 측정하는 구성부로서, 필터링을 통해 가속도 신호로부터 노이즈를 먼저 제거한 뒤 노이즈가 제거된 가속도 신호로부터 진동 주기를 측정하도록 구성될 수 있다.

즉, 진동주기 결정부(23)는 노이즈 제거용 필터를 포함할 수 있고, 여기서 노이즈 제거용 필터는 로우 패스 필터가 될 수 있으며, 이로써 진동주기 결정부(23)는 로우 패스 필터를 이용하여 노이즈를 제거한 가속도 신호로부터 진동 주기를 결정할 수 있다.

또한, 무게 추정 시스템의 주기정보 갱신부(24)는 진동주기 결정부(23)에 의해 결정된 주기를 갱신(업데이트)하여 저장하며, 후술하는 바와 같이 가속도 신호로부터 결정된 진동 주기를 주기 순번별로 갱신하여 저장하며, 또한 순번별로 갱신(업데이트)된 주기 정보를 정해진 방식으로 합산하여 최종 주기 정보를 도출한다.

도 3을 참조하면, 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호를 진동주기 결정부(23)가 기준가속도 생성부(22)를 통해 입력받는 것으로 예시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 진동주기 결정부(23)가 가속도 센서(11)의 신호를 직접 입력받아 이용하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 무게결정부(25)는 상기 결정된 최종 주기 정보를 이용하여 차량 무게를 추정한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무게 추정 과정을 나타내는 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에서 무게 추정의 인에이블(enable) 조건을 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 6은 본 발명의 실시예에서 가속도 신호로부터 각 순번별 진동 주기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무게 추정 방법 및 그 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 무게 추정 과정에서는 정지 이벤트 판단부(21)에 의해 차량의 정지 이벤트 발생 여부를 판단하는 과정이 실시된다(S11).

상기 정지 이벤트 판단부(21)는 차량 운전 정보로부터 소정의 인에이블 조건을 만족하는지를 판단하는데, 인에이블 조건을 만족하면 차량의 정지 이벤트가 발생한 것으로 판단하고, 무게 추정이 실시되는 인에이블 상태가 된다.

여기서, 차량의 정지 이벤트가 발생하였다는 것은 제동에 의해 현재 차량이 정차한 순간임을 의미하고, 인에이블 상태가 됨은 차량이 정차한 순간에 해당하여 무게 추정이 이루어질 수 있는 상태가 됨을 의미한다.

인에이블 조건에 대해 설명하면, 본 발명에서는 차량 주행 중 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량 휠이 멈추었을 때 차량이 앞뒤로 미소하게 흔들리는 상황에서 측정되는 가속도 신호를 이용하여 차량 무게를 추정한다.

이를 위해 무게 추정의 인에이블 조건은, 운전자가 브레이크 페달을 미리 설정된 기준치 이상 밟았을 때, 즉 브레이크 페달 센서(13)에 의해 검출되는 브레이크 페달 입력값이 미리 설정된 페달 입력 기준치 이상인 조건을 포함한다.

또한, 인에이블 조건은 휠속 센서(12)에 의해 검출되는 차량 휠속이 휠속 기준치 이하인 상태를 포함하며, 본 발명에서 브레이크 페달 입력값이 페달 입력 기준치 이상이고 차량 휠속이 휠속 기준치 이하인 상태는 차량이 감속하여 정지한 상태를 의미한다.

이렇게 차량이 정지한 순간 차량이 흔들리는 것에 의해 가속도 신호의 주기적인 변동이 발생하였을 때 가속도 신호를 이용하여 차량 무게가 추정될 수 있다.

또한, 인에이블 조건은 가속도 센서(11)의 신호로부터 가속도(종가속도) 상승의 기울기가 도 5에서와 같이 기준치 이상인 급상승 조건, 및 변속단 검출부(14)에 의해 검출된 변속단 D단에서 모터속도 검출부(15)에 의해 검출된 모터 속도가 음(-)의 속도가 된 조건을 더 포함할 수 있다.

모터로 구동하는 전동화 차량에서 차량이 정지한 순간에 필수적으로 모터의 미세한 역회전 상태가 일시적으로 발생하는데, 모터의 미세한 역회전 상태에서는 모터 속도가 음(-)의 속도를 나타내게 된다.

따라서, 모터 속도가 도 5에서와 같이 음(-)의 속도를 나타낼 때 모터의 미세한 역회전 상태가 발생한 것으로 판단하고, 이때 차량이 정차한 순간인 것으로 판단한다.

이와 같이 본 발명에서 무게 추정 인에이블 조건은, 차량이 정지한 순간임을 정확하게 판단할 수 있도록 하기 위해, 모터의 미세한 역회전이 발생한 조건, 즉 모터 속도가 음(-)의 속도가 된 조건을 더 포함할 수 있다.

또한, 가속도 상승의 기울기가 기준치 이상인 조건은 정차 순간이 아닌 등판로 주행으로 인한 가속도 형상을 구분하여 제외하기 위한 것으로, 차량의 종가속도(가속도 신호)가 기준치 이상으로 급상승하였다는 것은, 그러한 종가속도 상승이, 차량의 단순 등판로 주행으로 인한 것이 아닌, 차량이 정차한 순간임을 의미한다(도 5 참조).

나아가, 본 발명에서 상기한 인에이블 조건을 만족한 상태로 정해진 기준시간(최대 인에이블 지속 시간임, 예, 2초)을 유지하여야 하고, 만약 상기 기준시간 이내에 상기한 인에이블 조건 중 하나를 만족하지 못하여 무게 추정의 인에이블 상태가 비활성화되면, 이번 차량 정차 동안의 주기 결정 및 주기 갱신 등 모든 무게 추정 과정이 중단되고, 이번 차량 정차 동안 결정된 값들 또한 갱신 없이 무효 처리되어 무시된다.

또한, 무게 추정의 인에이블 상태가 한번 비활성화되고 나면, 이후로 휠속이 미리 정해진 주행 기준속도 이상 도달한 이력이 있어야만 다음의 인에이블 상태가 재발현 가능하다.

예를 들어, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 인에이블 상태에 진입한 이후 기준시간 이내에 브레이크 페달로부터 발을 뗀 뒤 다시 밟으면, 인에이블 조건을 다시 만족하더라도 인에이블 상태가 되지 않고 이후의 무게 추정 과정이 비활성화된다.

한편, 정지 이벤트 판단부(21)에서 상기한 인에이블 조건을 만족하여 차량의 정지 이벤트가 발생한 것으로 판단하면, 기준가속도 생성부(22)가 무게 추정 인에이블 상태에서 가속도 센서(11)의 출력 신호, 즉 가속도 신호를 입력받아 그로부터 기준가속도 신호를 생성하고(S12,S13), 생성된 기준가속도 신호를 진동주기 결정부로 입력한다.

또한, 인에이블 상태에서 진동주기 결정부(23)는 기준가속도 생성부(22)로부터 가속도 신호와 기준가속도 신호를 입력받으며, 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거한 뒤 노이즈가 제거된 가속도 신호로부터 유효 순번을 결정하고(S13), 이어 동일 시간대의 가속도 신호와 기준가속도 신호를 비교하여 진동 주기를 결정한다.

상기 진동주기 결정부(23)에 입력되는 가속도 신호는 차량이 정차한 순간의 차량 종가속도를 나타내는 신호로서, 차량의 정지 이벤트가 발생한 상태에서 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호이다.

상기 진동주기 결정부(23)는 가속도 신호에서 로우 패스 필터를 이용하여 노이즈를 제거한 뒤, 노이즈가 제거된 가속도 신호를 기준가속도 신호와 비교하여 가속도 신호의 진동 주기를 측정하는데, 상기한 인에이블 조건이 만족한 상태가 되면 주기 측정이 이루어진다.

이때, 주기 측정은 인에이블 직후가 아닌, 기준가속도 신호 값(즉, 기준가속도 값)이 가속도 신호 값(즉, 가속도 값)보다 큰 조건을 만족한 시점부터 시작된다.

즉, 인에이블 이후 기준가속도 신호 값이 가속도 신호 값보다 큰 조건을 만족하는 최초 시점부터 주기 측정을 위한 시간 카운트가 시작되는 것이다.

이어, 주기 측정 과정에서는 두 신호의 교차가 발생하는 주기를 측정하며, 도 6에 나타낸 바와 같이, 1번 주기의 시작 시점은 인에이블 이후 최초로 기준가속도 신호와 가속도 신호가 교차한 시점(두 신호 값이 같은 시점임)이 된다.

즉, 1번 주기의 시작 시점은 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 인에이블 이후 최초로 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점이고, 1번 주기의 종료 시점 및 2번 주기의 시작 시점은 그 다음으로 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점이다.

그리고, 2번 주기의 종료 시점 및 3번 주기의 시작 시점은 그 다음으로 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점이며, 3번 주기의 종료 시점 및 4번 주기의 시작 시점은 그 다음으로 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점이다.

그리고, 도 6에서 4번 주기의 종료 시점은 그 다음으로 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점이다.

위에서 두 신호 교차 시점은 기준가속도 신호 값과 가속도 신호 값이 같아진 시점을 의미한다(도 6 참조).

이와 같이 각 순번의 주기 시작 시점은 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 교차 시점으로 결정되고, 상기 각 순번의 주기 종료 시점은 상기 주기 시작 시점 이후 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 다시 양수가 되기 직전의 교차 시점으로 결정된다.

도 6 및 위의 설명에서 4번 주기까지 무게 추정을 위한 유효 순번의 주기로 이용됨을 예시하고 있으나, 이는 예시적인 것일뿐, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 무게 추정을 위한 유효 순번의 개수(n)는 달라질 수 있다.

바람직하게는, 진동주기 결정부(23)에서 가속도 신호의 첫 번째 상측 피크(first upper peak) 값과 첫 번째 하측 피크(first lower peak, first valley) 값의 차이로부터 유효 순번의 개수(n)가 결정될 수 있다.

이때, 진동주기 결정부(23)에서 가속도 신호의 첫 번째 상측 피크 값과 첫 번째 하측 피크 값의 차이에 상응하는 유효 순번의 개수를 미리 설정해놓은 테이블 등의 데이터가 이용될 수 있다.

즉, 가속도 신호로부터 첫 번째 상측 피크 값과 첫 번째 하측 피크 값(첫 번째 밸리 값)이 구해지고, 이 상측 피크 값과 하측 피크 값의 차이에 해당하는 유효 순번의 개수(예, n = 4)가 결정되며, 상기 결정된 개수의 유효 순번(예, 1번 ~ 4번)까지 각 순번의 주기 값을 이용하여 차량 무게가 추정된다.

도 6의 예는 인에이블 이후 유효 순번의 개수(n)가 4개인 예로서, 1번에서 4번까지의 주기가 결정되는 예이며, 만약 유효 순번의 개수(n)가 4개보다 많아질 경우, 매 순번마다 이전 순번 주기의 종료 시점 및 다음 순번 주기의 시작 시점이 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호 교차 시점으로 순차적으로 정해진다.

본 발명에서 유효 순번까지 각 순번별로 측정되는 주기는 해당 순번 주기의 시작 시점과 종료 시점 사이의 시간으로 정의되며, 다만 유효 순번이라 하더라도 카운트 된 주기가 설정된 정상범위 이내의 값일 때에만 그 카운트 된 주기가 유효한 주기 값으로 결정되고, 각 순번별 카운트 된 주기 값이 정상범위를 벗어나면 그 주기 값은 무효 처리되어 0의 값으로 무시된다.

한편, 진동주기 결정부(23)에서 유효 순번 내 각 순번의 주기가 결정되면, 상기 결정된 각 순번의 주기 값이 주기정보 갱신부(24)에 입력되고, 이에 주기정보 갱신부(24)에서는 새로운 주기 값을 이용하여 순번(i)별로 주기 값을 각각 갱신하여 저장한다(S14,S15).

본 발명에서는 차량 정지 이벤트 발생시마다 인에이블 조건을 만족하면, 유효 순번의 개수(n)에 도달할 때까 각 순번(i)별로 주기 값이 구해지고, 새로이 구해진 신규 주기 값을 이용하여 각 순번별 주기 값의 갱신(업데이트)이 실시된다.

즉, 매 차량 정지 이벤트 발생시마다 1번 주기의 주기 값(시간), 2번 주기의 주기 값, 3번 주기의 주기 값, 4번 주기의 주기 값끼리 주기 갱신이 이루어지도록 하는 것이다.

만약, 이번의 차량 정지시 진동주기 결정부(23)에서 특정 순번의 주기 값이 정상범위를 벗어나 무효 처리되어 무시되었다면, 진동주기 결정부(23)에서 주기정보 갱신부(24)로 입력되는 새로운 주기 값은 없는 것이므로, 상기 특정 순번의 주기 값 갱신(업데이트)은 이루어지지 않고 이전 주기 값을 유지한다.

여기서, 이전 주기 값은 이전의 차량 정지시 해당 순번의 갱신 또는 유지되었던 주기 값을 의미한다.

주기 값 갱신시에는 각 순번별로 주기 값이 이번의 차량 정지시 결정된 신규의 주기 값으로 갱신되어 저장되도록 할 수 있다.

즉, 각 순번별로 이전의 저장된 주기 값을 삭제하고 이번의 차량 정지시 결정된 신규의 주기 값이 새로이 기록 및 저장되는 것이다.

또는 각 순번별로 차량 정지 이벤트 발생시마다 측정되는 주기 값의 이동 평균을 계산하여 계산된 이동 평균 값을 새로운 주기 값으로 갱신 및 저장하는 것이 실시 가능하다.

일례를 들면, 이전의 차량 정지 이벤트 발생시까지 1번 주기는 0.4초, 2번 주기는 0.39초, 3번 주기는 0.41초였고, 이번의 차량 정지 이벤트 발생시 1번 주기가 0.42초, 2번 주기가 0.43초, 3번 주기는 정상범위를 벗어나 무효 처리되었다면(3번 주기 없음), 주기 갱신시 1번 주기가 이번의 차량 정지 이벤트 발생시 결정된 새로운 0.42초로, 2번 주기는 새로운 주기 0.43초로 갱신되고, 3번 주기는 이전의 0.41초로 유지될 수 있다.

또는 이번의 차량 정지 이벤트 발생시 새로이 결정된 1번 주기 값인 0.42초를 이전의 차량 정지 이벤트 발생시마다 구해진 1번 주기 값들에 더한 뒤, 더해진 1번 주기 값들을 평균한 평균 값을 취하고, 마찬가지로 2번, 3번의 경우에도 이번 정지시의 새로운 주기 값을 해당 순번의 이전 정지시의 주기 값들에 더한 뒤 평균하여 그 평균 값으로 각 순번별 주기 값을 갱신한다.

다음으로, 주기정보 갱신부(24)는 측정된 진동 주기를 순번별로 갱신(업데이트)하는 것과 더불어, 순번별로 갱신된 주기 정보를 정해진 방식으로 합산하여 최종 주기 정보를 결정한다(S16).

주기 합산 과정에서는 최종의 순번별 주기를 한 개의 주기 결과 값으로 합산하는데, 예를 들어 1번 주기를 'A', 1번 주기와 2번 주기의 합을 'B', 1번 주기와 2번 주기, 3번 주기의 총 합을 'C'라 한다면, A, B, C의 합산치를 최종의 주기 값으로 결정할 수 있다.

이때, 주기정보 갱신부(24)에는 기준 주기의 개수가 미리 정해지고, 상기 정해진 기준 주기의 개수에 해당하는 주기 정보로 필요한 주기 값을 환산하는데, 만약 기준 주기의 개수가 3개라면, A의 3배수, B의 1.5배수 C의 1배수의 값을 각각 취한 뒤, 상기 취해진 각 값에 정해진 가중치를 부과하여 합산하는 방식으로 최종 합산 주기를 계산할 수 있다.

여기서, 상기 기준 주기의 개수는 몇 주기의 시간을 최종 무게 추정 판단 척도로 사용할 것인가에 대한 정해진 값이다.

위의 예에서는 이 기준이 3개의 주기에 대한 시간을 척도로 사용하겠다는 의미이고, 좀 더 상세히 설명하면, A의 값은 첫 1개 주기에 해당하는 값이다.

그러므로 기준 주기가 3개라면, 3개 주기에 해당하는 값으로 환산하기 위하여 A의 3배수를 취한 값을 사용해야 하고, 2번째 주기까지 유효한 데이터가 존재한다면(B), 2개의 주기를 기준 주기인 3개 주기로 환산하기 위하여 B의 1.5배수를 취한 값을 사용한다.

또한, 3번째 주기까지 유효한 데이터가 존재한다면(C), 3개의 주기이기 때문에 기준 주기인 3개 주기와 동일하므로 바로 C의 1배수를 사용할 수 있다.

만약, 4번째 주기까지 유효한 데이터가 존재한다면(D), 4개의 주기를 기준 주기인 3개 주기로 환산하기 위하여 D의 0.75 배수를 취한 값을 사용하고, 마찬가지로 5개 주기 환산 값은 3/5배수, 6개 주기 환산 값은 0.5배수 등이 된다.

이와 같이 n 개까지 유효 순번이 구해지는 의미가 부여된다.

추가적으로, 기준 주기가 2개라면, A의 2배수, B의 1배수, C의 2/3배수, D의 1/2배수 등이 된다.

다음으로, 주기정보 갱신부(24)에서 구해진 최종 합산 주기는 무게결정부(25)로 입력되어 무게결정부에서 차량 무게로 환산되는데(S16), 무게결정부(25)에서는 가속도 신호의 최종 진동 주기 값(주기 측정값)인 상기 합산 주기로부터 설정 데이터를 이용하여 차량 무게를 결정한다.

이를 위해 무게결정부(25)에는 최종 진동 주기 값인 합산 주기를 입력으로 하여 차량 무게를 결정 및 출력할 수 있는 설정 데이터가 미리 입력 및 저장되어 사용된다.

상기 설정 데이터는 동종 차량에 대한 선행 시험 및 평가 결과를 이용하여 얻어질 수 있는 것으로, 해당 차량에 대해 진동 주기(합산 주기) 값과 차량 무게의 상관 관계를 미리 정의해놓은 데이터가 될 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 설정 데이터는 진동 주기에 상응하는 값으로 차량 무게가 설정되어 있는 맵이나 테이블이 될 수 있고, 또는 가속도 신호의 진동 주기 값의 함수로 차량 무게를 정의한 수식이 될 수 있다.

여기서, 수식의 예를 설명하면, 먼저 가속도 신호의 주파수(ω_n)와 차량 무게(m)의 관계는 아래의 식 (1)과 같다.

(1)

여기서, 주파수(ω_n)는 주기 값(T)를 이용하여 나타내면 아래의 식 (2)와 같다.

(2)

이를 정리하면, 식 (3)이 유도되고, 결국 차량 무게(m)는 주기 값(T)과 고정 상수로 미리 정해지는 스프링 강성(k)을 이용하여 하기 식 (4)에 의해 구해질 수 있다.

(3)

(4)

식 (4)에서 주기 값 T는 주기정보 갱신부(24)에서 최종적으로 결정되는 가속도 신호의 최종 주기 값이며, 이는 'T = 최종 합산 주기/기준 주기의 개수'로 정의될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 차량이 정차시 순간적인 차량 미소 거동 현상인 차량 종가속도 정보를 이용하여 차량 무게를 추정할 수 있으며, 보다 상세하게는 차량이 정차한 순간 가속도 센서(11)에서 출력되는 가속도 신호(즉, 차량 종가속도 값을 나타내는 신호임)를 이용하여 구배에 따른 영향 없이 안정적으로 무게를 추정하는 것이 가능해진다.

이러한 본 발명에 따르면, 차량에서 추가 센서의 이용 없이 기존의 하드웨어만을 이용하여 현재의 차량 무게를 추정하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 차량 운행 동안 신호등 정차시와 같은 차량 정지 이벤트 발생시마다 차량 무게를 추정 및 갱신할 수 있고, 추정된 무게 정보를 차량 제어에 이용하는 것이 가능하다.

상기한 본 발명의 무게 추정 방법은 모터로 구동하여 주행하는 전기 차량(Electric Vehicle, EV)에 적용하여 차량 무게를 추정하는데 유용하게 이용될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 운전정보 검출부
11 : 가속도 센서
12 : 휠속 센서
13 : 브레이크 페달 센서
14 : 변속단 검출부
15 : 모터속도 검출부
21 : 정지 이벤트 판단부
22 : 기준가속도 생성부
23 : 진동주기 결정부
24 : 주기정보 갱신부
25 : 무게결정부

Claims (12)

1. 무게 추정 시스템에서 차량 운전 정보로부터 제동에 의한 차량 정지 이벤트가 발생한 인에이블 상태인지를 판단하는 단계;
   상기 인에이블 상태이면, 상기 무게 추정 시스템에서 차량 정차 순간 가속도 센서로부터 입력되는 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하는 단계;
   상기 무게 추정 시스템에서 상기 노이즈가 제거된 가속도 신호로부터 가속도 신호의 주기 값을 결정하는 단계; 및
   상기 무게 추정 시스템에서 상기 결정된 주기 값 정보를 이용하여 차량 무게를 추정하는 단계를 포함하는 차량의 무게 추정 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 인에이블 상태인지를 판단하는 단계에서,
   상기 차량 운전 정보는 브레이크 페달 입력값과 차량 휠속을 포함하고,
   상기 브레이크 페달 입력값이 미리 정해진 페달 입력 기준치 이상인 조건, 및 상기 휠속이 미리 정해진 휠속 기준치 이하인 조건을 모두 만족하면, 상기 인에이블 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 차량 운전 정보는 상기 가속도 센서에 의해 검출되는 가속도, 현재의 변속단 및 모터 속도를 더 포함하고,
   상기 가속도 상승 기울기기 기준치 이상인 급상승 조건, 및 상기 변속단이 D단인 상태에서 모터 속도가 음의 속도인 모터 역회전이 발생한 조건을 더 만족하면, 상기 인에이블 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 인에이블 상태에서 브레이크 페달 입력이 해제되면 무게 추정을 위한 인에이블 상태가 해제되고, 이후 상기 휠속이 미리 정해진 주행 기준속도 이상 도달한 이력이 있는 경우에만, 상기 브레이크 페달 입력값 조건 및 상기 휠속 조건을 다시 만족하였을 때 인에이블 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가속도 신호의 주기 값을 결정하는 단계는,
   상기 차량 정차 순간 가속도 센서로부터 입력되는 상기 가속도 신호를 필터링하여 기준가속도 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 기준가속도 신호를 상기 노이즈가 제거된 동일 시간대의 가속도 신호와 비교하여, 상기 가속도 신호에서 각 순번의 주기 시작 시점 및 종료 시점을 결정하는 단계;
   상기 각 순번의 주기 시작 시점과 종료 시점 사이의 시간을 카운트하여 카운트 한 시간을 해당 순번의 주기 값으로 결정하는 단계;
   이전의 차량 정지 이벤트 발생시 저장된 각 순번별 주기 값을 상기 결정된 각 순번별 주기 값을 이용하여 갱신하는 단계; 및
   상기 갱신된 각 순번별 주기 값을 이용하여 차량 무게 추정을 위한 가속도 신호의 주기 값을 최종 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 노이즈가 제거된 가속도 신호의 상, 하 피크값 정보를 이용하여 유효 순번의 개수가 결정되고, 상기 결정된 개수의 유효 순번에 대해 상기 각 순번별 주기 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 노이즈가 제거된 가속도 신호에서 첫 번째 상측 피크(first upper peak) 값과 첫 번째 하측 피크(first lower peak) 값의 차이에 상응하는 유효 순번의 개수가 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 가속도 신호를 필터링하여 기준가속도 신호를 생성하는 단계에서, 상기 기준가속도 신호를 생성하기 위해 가속도 신호를 로우 패스 필터로 필터링하고,
   상기 기준기속도 신호를 생성하기 위한 로우 패스 필터는,
   상기 가속도 신호를 필터링하여 노이즈를 제거하기 위한 로우 패스 필터보다 컷오프 주파수가 낮은 필터인 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 가속도 신호에서 각 순번의 주기 시작 시점 및 종료 시점은, 가속도 신호와 기준가속도가 같은 값을 나타내는 시점인 두 신호의 교차 시점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
   
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 순번의 주기 시작 시점 중 인에이블 상태 이후 첫 번째 주기인 1번 주기의 시작 시점은, 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 인에이블 상태 이후 최초로 양수가 되기 직전의 두 신호의 교차 시점으로 결정되고,
    상기 1번 주기의 종료 시점 및 두 번째 주기인 2번 주기의 시작 시점은 그 다음으로 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 두 신호의 교차 시점으로 결정되며,
    이후 반복적으로, 각 순번의 주기 시작 시점은 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 양수가 되기 직전의 교차 시점으로 결정되고,
    상기 각 순번의 주기 종료 시점은 주기 시작 시점 이후 기준가속도 신호 값에서 가속도 신호 값을 뺀 값이 다시 양수가 되기 직전의 교차 시점으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
    
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 순번별 주기 값을 갱신하는 단계에서,
    이전 저장된 해당 순번의 주기 값을 삭제하고 새로이 결정된 해당 순번의 주기 값을 저장하여 갱신하거나,
    이전 저장된 해당 순번의 주기 값들에 새로이 결정된 해당 순번의 주기 값을 더하여 평균한 값을 해당 순번의 주기 값으로 저장 및 갱신하는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
    
12. 청구항 5에 있어서,
    상기 카운트 한 시간을 해당 순번의 주기 값으로 결정하는 단계에서,
    상기 각 순번별 결정된 주기 값이 설정된 정상범위 이내의 값일 때에만 각 순번의 유효한 주기 값으로 결정되고,
    상기 각 순번별 결정된 주기 값이 상기 정상범위를 벗어나면 해당 순번의 주기 값은 0의 값으로 무효 처리되는 것을 특징으로 하는 차량의 무게 추정 방법.
    
    
    
    

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