KR20240002277A - 도로 경사를 고려하는 차량 측위 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 센싱 정보를 이용하여 차량의 이동방향을 추정하고, 센싱 정보와 이동방향을 이용하여 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하며, 센싱 정보, 횡속도 및 종속도를 이용하여 차량에 대한 경사각을 추정하고, 센싱 정보, 횡속도, 종속도, 경사각을 이용하여 차량에 대한 측위를 수행하는, 차량 측위 방법을 제공한다.

Description

도로 경사를 고려하는 차량 측위 방법 및 장치{VEHICLE POSITIONING METHOD AND DEVICE CONSIDERING ROAD SLOPE}
본 발명은 도로 경사를 고려하는 차량 측위 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 도로 경사에 따른 차량의 경사각을 산출하여 차량에 대한 측위를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
자율주행 차량의 측위는 dead reckoning, GPS(global positioning system) 기반 측위, lidar 기반 map matching(vector map 기반 측위 또는 3D point cloud map 기반 측위), 노면 기억 기반 측위 등 여러 기법이 존재하고, 각 기법들의 단점을 최소화하고 장점을 극대화 하기 위해 kalman filter로 융합하는 등의 센서퓨전 방식이 이용된다.
이 중에서, dead reckoning은 종속도, 횡속도 및 요 레이트를 적분하여 차량의 위치를 추정하는 시스템으로써, 차량 내부의 IMU 센서의 정보를 이용하여 차량의 위치를 추정한다.
국내공개특허 제10-2005-0076474호(2005.07.26.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 도로 경사에 따른 차량의 종측 경사각과 횡측 경사각을 산출하고, 이를 이용하여 차량에 대한 측위를 수행하도록 도로 경사를 고려하는 차량 측위 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면은, 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계; 상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계; 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및 상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측위를 수행하는 단계는, 상기 이동방향에서, 상기 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하는 단계; 및 상기 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계는, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출하는 단계; 및 상기 제 1 경사각에서 상기 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 상기 경사각으로서, 제 2 경사각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 경사각을 산출하는 단계는, 상기 센싱 정보에 포함된 종가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 횡속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 종경사각을 산출하는 단계; 및 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 종속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 횡경사각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 경사각을 산출하는 단계는, 상기 센싱 정보에 포함된 종가속도에 대응되는 몸체의 피치각을 결정하는 단계; 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도에 대응되는 몸체의 롤각을 결정하는 단계; 상기 제 1 종경사각에서 상기 피치각을 보상하여 제 2 종경사각을 산출하는 단계; 및 상기 제 1 횡경사각에서 상기 롤각을 보상하여 제 2 횡경사각을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계는, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나를 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 추정하는 단계; 및 상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나와, 상기 추정된 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 이용하여 다른 하나를 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 종속도는, 상기 센싱 정보에 포함된 휠속도, 조향각 및 요 레이트, 상기 횡속도 및, 상기 차량에 대해 미리 설정된 축간거리를 이용하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 횡속도는, 상기 센싱 정보에 포함된 조향각, 상기 이동방향, 상기 종속도, 상기 차량에 대해 미리 설정된 축간거리 및 코너링 강성을 이용하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 종속도는, 상기 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도가 추정되면, 상기 차량의 구동 상태에 기초하여, 상기 종속도로서, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나가 선택된 것일 수 있다.
또한, 상기 종속도는, 상기 차량의 구동 상태가 감속 중인 것으로 판단되면, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 큰 피구동륜 별 종속도가 선택된 것이고, 상기 차량의 구동 상태가 가속 중인 것으로 판단되면, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 작은 피구동륜 별 종속도가 선택된 것일 수 있다.
또한, 상기 센싱 정보는, 상기 차량에 대한 조향각, 요 레이트, 피치 레이트 및 휠속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 적어도 하나의 센서를 이용하여 측정된 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 저장되는 메모리; 및 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하고, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하며, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하고, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 이동방향에서, 상기 차량에 대한 몸체의 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하고, 상기 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출하고, 상기 제 1 경사각에서 상기 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 상기 경사각으로서, 제 2 경사각을 산출할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 센싱 정보에 포함된 종가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 횡속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 종경사각을 산출하고, 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 종속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 횡경사각을 산출할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 센싱 정보에 포함된 종가속도에 대응되는 몸체의 피치각을 결정하고, 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도에 대응되는 몸체의 롤각을 결정하며, 상기 제 1 종경사각에서 상기 피치각을 보상하여 제 2 종경사각을 산출하고, 상기 제 1 횡경사각에서 상기 롤각을 보상하여 제 2 횡경사각을 산출할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나를 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 추정하고, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나와, 상기 추정된 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 이용하여 다른 하나를 추정할 수 있다.
또한, 상기 종속도는, 상기 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도가 추정되면, 상기 차량의 구동 상태에 기초하여, 상기 종속도로서, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나가 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면은, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계; 상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계; 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및 상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계; 상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계; 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및 상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 도로 경사를 고려하는 차량 측위 방법 및 장치를 제공함으로써 도로 경사에 따른 차량의 종측 경사각과 횡측 경사각을 산출하고, 이를 이용하여 차량에 대한 측위를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 측위 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 차량 측위 프로그램의 일 실시예를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 프로세서가 측위를 수행하는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 측위 방법의 순서도이다.
도 7은 도 6의 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계의 세부 순서도이다.
도 8은 도 6의 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계의 세부 순서도이다.
도 9는 도 6의 차량에 대한 측위를 수행하는 단계의 세부 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 측위 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량 측위 장치(100)는 입출력 모듈(110), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 입출력 모듈(110)을 통해, 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대해 측정된 센싱 정보를 입력받을 수 있다.
여기에서, 센싱 정보는 차량의 휠 속도, 조향각, 요 레이트(yaw rate), 피치 레이트(pitch rate), 종가속도 및 횡가속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 센서는 상기의 센싱 정보를 측정하도록 차량 내측에 설치된 것이며, 차량의 거동에 따른 센싱 정보를 측정하여 프로세서(120)에 전달할 수 있다.
이때, 적어도 하나의 센서는 차량 측위 장치(100)와 구분되는 별도의 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 실시예에 따라, 적어도 하나의 센서는 차량 측위 장치(100)에 포함될 수도 있다.
이에 따라, 프로세서(120)는 센싱 정보를 이용하여 차량의 종속도, 횡속도 및 경사각을 추정하여 차량에 대한 측위를 수행할 수 있다.
여기에서, 차량의 종속도는 차량이 종측 방향으로 진행하는 속도이고, 횡속도는 차량이 횡측 방향으로 진행하는 속도이다. 예를 들어, 평지에서, 차량이 직선으로 전진하는 경우에는 차량의 속도와 종속도가 동일하고, 횡속도는 0일 수 있다. 이때, 차량이 좌측 또는 우측 방향으로 조향되는 경우에, 차량의 속도는 종속도와 횡속도의 벡터 합으로 결정될 수 있다.
또한, 경사각은 차량이 기울어진 각도이며, 차량의 피치(Pitch) 회전에 대한 종경사각 및 롤(Roll) 회전에 대한 횡경사각을 포함할 수 있다.
한편, 측위는 평면 상에서 차량이 이동한 거리를 추정하고, 미리 설정된 기준 위치에 대해 추정된 거리를 이용하여 차량이 이동한 위치를 추정하는 것이며, 예를 들어, dead reckoning일 수 있다.
이때, 기준 위치는 GPS(global position system) 등을 이용한 위치 추정에 따른 결과일 수 있다.
한편, 메모리(130)에는 차량 측위 프로그램(200) 및 차량 측위 프로그램(200)의 실행에 필요한 정보가 저장될 수 있다.
본 명세서에서 차량 측위 프로그램(200)은 센싱 정보를 이용하여 차량의 종속도, 횡속도 및 경사각을 추정하여 차량에 대한 측위를 수행하도록 프로그램된 명령어들을 포함하는 소프트웨어를 의미할 수 있다.
따라서, 프로세서(120)는 차량 측위 프로그램(200)을 실행하기 위하여 메모리(130)에서 차량 측위 프로그램(200) 및 차량 측위 프로그램(200)의 실행에 필요한 정보를 로드할 수 있다.
한편, 차량 측위 프로그램(200)의 기능 및/또는 동작에 대하여는 도 2를 통해 상세하게 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1의 차량 측위 프로그램의 일 실시예를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 차량 측위 프로그램(200)은 이동방향 추정부(210), 속도 추정부(220), 경사각 추정부(230) 및 측위 수행부(240)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 이동방향 추정부(210), 속도 추정부(220), 경사각 추정부(230) 및 측위 수행부(240)는 차량 측위 프로그램(200)의 기능을 쉽게 설명하기 위하여 차량 측위 프로그램(200)의 기능을 개념적으로 나눈 것으로서, 이에 한정되지 않는다. 실시예들에 따라, 이동방향 추정부(210), 속도 추정부(220), 경사각 추정부(230) 및 측위 수행부(240)의 기능은 병합/분리 가능하며, 하나의 프로그램에 포함된 일련의 명령어들로 구현될 수도 있다.
이동방향 추정부(210)는 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 센싱 정보를 이용하여 차량의 이동방향을 추정할 수 있다. 여기에서, 차량의 이동방향은 차량이 좌측 또는 우측으로 선회하는 정도를 의미할 수 있다.
이에 따라, 속도 추정부(220)는 센싱 정보와 이동방향을 이용하여 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정할 수 있다.
구체적으로, 속도 추정부(220)는 센싱 정보와 이동방향 중 적어도 하나를 이용하여 차량에 대한 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 추정하고, 센싱 정보와 이동방향 중 적어도 하나와, 앞서 추정된 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 이용하여 다른 하나를 추정할 수 있다.
여기에서, 종속도는 센싱 정보에 포함된 휠속도, 조향각 및 요 레이트, 횡속도 및, 차량에 대해 미리 설정된 축간거리를 이용하여 산출되고, 횡속도는 센싱 정보에 포함된 조향각, 이동방향, 종속도, 차량에 대해 미리 설정된 축간거리 및 코너링 강성을 이용하여 산출될 수 있다.
이와 관련하여, 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 과정은 아래에서, 도 3 내지 도 5를 이용하여 상세히 설명하도록 한다.
한편, 속도 추정부(220)는 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도를 추정하고, 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나를 차량의 종속도로서 선택할 수도 있다.
이를 위해, 속도 추정부(220)는 각각의 피구동륜에 대한 종속도를 추정하기 위해, 각각의 피구동륜에 대한 휠속도를 이용할 수 있다.
이러한 경우에, 속도 추정부(220)는 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도가 추정되면, 차량의 구동 상태에 기초하여, 종속도로서, 상기에서 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
예를 들어, 속도 추정부(220)는 차량의 구동 상태가 감속 중인 것으로 판단되면, 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 큰 값을 갖는 피구동륜 별 종속도를 선택하고, 차량의 구동 상태가 가속 중인 것으로 판단되면, 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 작은 값을 갖는 피구동륜 별 종속도를 선택할 수 있다.
한편, 경사각 추정부(230)는 센싱 정보, 횡속도 및 종속도를 이용하여 차량에 대한 경사각을 추정할 수 있다.
이를 위해, 경사각 추정부(230)는 센싱 정보, 횡속도 및 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출할 수 있다. 이때, 제 1 경사각은 지면 경사에 의한 차량의 기울기와, 차량에 장착된 현가장치에 의한 차량 몸체의 기울기를 포함하는 것일 수 있다. 여기에서, 차량의 기울기는 차량의 롤각 및 피치각을 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 경사각 추정부(230)는 센싱 정보에 포함된 종가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 횡속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 종경사각을 산출하고, 센싱 정보에 포함된 횡가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 종속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 횡경사각을 산출할 수 있다.
이에 따라, 경사각 추정부(230)는 제 1 경사각에서 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 제 2 경사각을 산출하고, 차량에 대한 측위를 수행하기 위한 경사각으로서, 제 2 경사각을 이용할 수 있다.
즉, 제 2 경사각은 차량 몸체의 기울기를 보상하여, 차량의 측위를 수행하는 과정에서, 지면의 경사각만을 고려하도록 생성될 수 있다.
이를 위해, 경사각 추정부(230)는 센싱 정보에 포함된 종가속도에 대응되는 몸체의 피치각을 결정하고, 센싱 정보에 포함된 횡가속도에 대응되는 몸체의 롤각을 결정할 수 있다.
이때, 몸체의 피치각은 미리 설정된 1차 전달함수를 통해 종가속도의 값에 대응되는 값으로 결정되고, 몸체의 롤각은 미리 설정된 1차 전달함수를 통해 횡가속도의 값에 대응되는 값으로 결정될 수 있다.
이를 통해, 경사각 추정부(230)는 제 1 종경사각에서 몸체의 피치각을 보상하여 제 2 종경사각을 산출하고, 제 1 횡경사각에서 몸체의 롤각을 보상하여 제 2 횡경사각을 산출할 수 있다.
측위 수행부(240)는 센싱 정보, 이동방향, 횡속도, 종속도 및 경사각을 이용하여 차량에 대한 측위를 수행할 수 있다.
이를 위해, 측위 수행부(240)는 이동방향에서, 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하고, 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출할 수 있다.
이에 따라, 측위 수행부(240)는 미리 설정된 기준 위치에, 산출된 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 적용하여 차량이 이동된 위치를 결정할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 프로세서가 측위를 수행하는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 차량의 앞뒤, 좌우 바퀴를 확인할 수 있으며, 또한, 차량의 측위를 수행하는데 이용되는 변수들을 확인할 수 있다.
여기에서,
Figure pat00001
는 차량의 속도이고,
Figure pat00002
는 종속도이며,
Figure pat00003
는 횡속도일 수 있다. 또한,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
는 각각 앞뒤, 좌우 바퀴의 휠속도일 수 있다.
또한,
Figure pat00008
는 앞 바퀴의 조향각이고,
Figure pat00009
는 뒷 바퀴의 조향각이며,
Figure pat00010
은 차량 앞쪽의 축간거리이고,
Figure pat00011
은 차량 뒤쪽의 축간거리일 수 있다. 또한,
Figure pat00012
는 좌측 바퀴 중심과 우측 바퀴 중심 간의 거리이고,
Figure pat00013
는 센싱 정보에 포함된 요 레이트일 수 있다.
도 5를 참조하면, 차량의 앞뒤 바퀴를 확인할 수 있으며, 또한, 차량의 측위를 수행하는데 이용되는 변수들을 확인할 수 있다.
여기에서,
Figure pat00014
는 차량의 종측 방향이고,
Figure pat00015
는 차량의 횡측 방향이며,
Figure pat00016
는 차량의 선회 전 종측 방향이고,
Figure pat00017
는 차량의 선회 전 횡측 방향일 수 있다.
또한,
Figure pat00018
는 차량의 선회에 따른 이동방향이고,
Figure pat00019
는 지면 경사와 차량 몸체의 기울기에 의한 성분이 포함된 이동방향이며 센싱 정보에 의해 추정되는 이동방향이고,
Figure pat00020
는 차량의 슬립각일 수 있다.
또한,
Figure pat00021
는 앞 바퀴의 조향각이고,
Figure pat00022
은 차량 앞쪽의 축간거리이며,
Figure pat00023
은 차량 뒤쪽의 축간거리이고,
Figure pat00024
은 뒷 바퀴에 대한 횡측 방향으로의 힘이며,
Figure pat00025
는 앞 바퀴에 대한 횡측 방향으로의 힘일 수 있다.
이에 기초하여, 일 실시예에서, 이동방향 추정부(210)는 아래의 수학식 1을 통해 이동방향을 추정할 수 있다.
Figure pat00026
여기에서,
Figure pat00027
는 센싱 정보에 따른 차량의 롤각이고,
Figure pat00028
는 센싱 정보에 따른 차량의 피치각이며,
Figure pat00029
는 센싱 정보에 따른 피치 레이트(Pitch rate)일 수 있다.
이에 따라, 일 실시예에서, 속도 추정부(220)는 아래의 수학식 2를 이용하여 차량의 종속도를 추정할 수 있다.
Figure pat00030
여기에서, 대문자 X는 앞 바퀴 및 뒷 바퀴 중 어느 하나를 나타내고, 대문자 Y는 좌측 바퀴 및 우측 바퀴 중 어느 하나를 나타낼 수 있다.
즉, FL(Front, Left) 바퀴인 경우에, 대문자 X는 F로 치환되고, 대문자 Y는 L로 치환될 수 있다. 또한, RR(Rear, Right) 바퀴인 경우에, 대문자 X는 R로 치환되고, 대문자 Y는 R로 치환될 수 있다.
또한,
Figure pat00031
는 앞 바퀴면 덧셈이고, 뒷 바퀴면 뺄셈인 기호이며,
Figure pat00032
는 앞 바퀴면 뺄셈이고, 뒷 바퀴면 덧셈인 기호일 수 있다. 또한,
Figure pat00033
는 좌측 바퀴면 뎃셈이고, 우측 바퀴면 뺄셈인 기호일 수 있다.
또한, 속도 추정부(220)는 아래의 수학식 3 내지 수학식 9를 이용하여 차량의 횡속도를 추정할 수 있다.
이때, 차량의 횡측 방향으로의 힘에 대한 평형식은 아래의 수학식 3과 같을 수 있고, 차량의 요 모멘트에 대한 평형식은 아래의 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure pat00034
Figure pat00035
여기에서,
Figure pat00036
은 미리 정해진 차량의 중량일 수 있다.
이에 따라, 수학식 3 및 4에 아래의 수학식 5와 같은 선형 타이어 힘을 적용하면, 아래의 수학식 6을 추론할 수 있다.
Figure pat00037
여기에서, 대문자 X는 앞 바퀴 및 뒷 바퀴 중 어느 하나를 나타내고, c는 앞 바퀴 또는 뒷 바퀴의 코너링 강성 계수(Cornering Stiffness Coefficient)이며,
Figure pat00038
는 앞 바퀴 또는 뒷 바퀴의 슬립각일 수 있다.
Figure pat00039
여기에서,
Figure pat00040
는 z축에 대한 차량의 질량 관성 모멘트일 수 있다.
이때, 수학식 6에 대해, 시간에 따른 차량의 슬립각의 변화량이 0인 경우에는, 아래의 수학식 7을 추론할 수 있다.
Figure pat00041
여기에서,
Figure pat00042
는 센싱 정보에 포함된 횡가속도 값일 수 있다.
이에 따라, 수학식 7에 대해, 아래의 수학식 8과 같은 조건을 이용하면, 수학식 9와 같이 횡속도를 추정할 수 있다.
Figure pat00043
Figure pat00044
일 실시예에서, 경사각 추정부(230)는 아래의 수학식 10을 이용하여 차량의 제 1 종경사각 및 제 1 횡경사각을 추정할 수 있다.
Figure pat00045
여기에서,
Figure pat00046
는 센싱 정보에 포함된 종가속도 값일 수 있다.
이때, 경사각 추정부(230)는 수학식 11과 같이, 제 1 종경사각 및 제 2 종경사각 각각에서 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 제 2 종경사각 및 제 2 횡경사각을 산출할 수 있다.
Figure pat00047
여기에서,
Figure pat00048
는 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 피치각이고,
Figure pat00049
는 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각일 수 있다.
이를 통해, 일 실시예에서, 측위 수행부(240)는 아래의 수학식 12를 이용하여 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하고, 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출할 수 있다.
Figure pat00050
여기에서,
Figure pat00051
는 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향이고,
Figure pat00052
는 이전의 이동방향이며,
Figure pat00053
는 평면에서의 차량의 종측 이동 거리이고,
Figure pat00054
는 평면에서의 차량의 횡측 이동 거리이며,
Figure pat00055
는 이전의 종측 이동 거리이고,
Figure pat00056
는 이전의 횡측 이동 거리일 수 있다.
또한,
Figure pat00057
는 차량의 속도이며, 아래의 수학식 13을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00058
이를 통해, 측위 수행부(240)는 지면의 경사를 고려하여 평면에서의 차량의 이동 거리를 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 측위 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 프로세서(120)는 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 센싱 정보를 이용하여 차량의 이동방향을 추정하고(S100), 센싱 정보와 이동방향을 이용하여 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정할 수 있다(S200).
이때, 프로세서(120)는 센싱 정보, 횡속도 및 종속도를 이용하여 차량에 대한 경사각을 추정할 수 있다(S300).
이에 따라, 프로세서(120)는 센싱 정보, 횡속도, 종속도, 경사각을 이용하여 차량에 대한 측위를 수행할 수 있다(S400).
도 7은 도 6의 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계의 세부 순서도이다.
도 7을 참조하면, 프로세서(120)는 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도를 추정할 수 있다(S210).
이에 따라, 프로세서(120)는 차량의 구동 상태를 판단하고(S220), 차량의 구동 상태가 감속 중이 아니거나, 또는, 가속 중인 것으로 판단되면, 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 작은 피구동륜 별 종속도를 선택할 수 있다(S230).
또한, 프로세서(120)는 차량의 구동 상태가 감속 중인 것으로 판단되면, 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 큰 피구동륜 별 종속도를 선택할 수 있다(S240).
도 8은 도 6의 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계의 세부 순서도이다.
도 8을 참조하면, 프로세서(120)는 센싱 정보, 횡속도 및 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출하고(S310), 제 1 경사각에서 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 경사각으로서, 제 2 경사각을 산출할 수 있다(S320).
도 9는 도 6의 차량에 대한 측위를 수행하는 단계의 세부 순서도이다.
도 9을 참조하면, 프로세서(120)는 이동방향에서, 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출할 수 있다(S410).
이를 통해, 프로세서(120)는 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출할 수 있다(S420).
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)(예: 메모리(내장 메모리 또는 외장 메모리))에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램)로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 장치)를 포함할 수 있다. 상기 명령이 프로세서(예: 프로세서)에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 상기 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 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 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 차량 측위 장치

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측위를 수행하는 단계는,
    상기 이동방향에서, 상기 차량의 몸체에 대한 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하는 단계; 및
    상기 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계는,
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출하는 단계; 및
    상기 제 1 경사각에서 상기 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 상기 경사각으로서, 제 2 경사각을 산출하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 경사각을 산출하는 단계는,
    상기 센싱 정보에 포함된 종가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 횡속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 종경사각을 산출하는 단계; 및
    상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 종속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 횡경사각을 산출하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 경사각을 산출하는 단계는,
    상기 센싱 정보에 포함된 종가속도에 대응되는 몸체의 피치각을 결정하는 단계;
    상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도에 대응되는 몸체의 롤각을 결정하는 단계;
    상기 제 1 종경사각에서 상기 피치각을 보상하여 제 2 종경사각을 산출하는 단계; 및
    상기 제 1 횡경사각에서 상기 롤각을 보상하여 제 2 횡경사각을 산출하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계는,
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나를 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 추정하는 단계; 및
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나와, 상기 추정된 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 이용하여 다른 하나를 추정하는 단계;를 포함하는, 차량 측위 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 종속도는,
    상기 센싱 정보에 포함된 휠속도, 조향각 및 요 레이트, 상기 횡속도 및, 상기 차량에 대해 미리 설정된 축간거리를 이용하여 산출되는, 차량 측위 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 횡속도는,
    상기 센싱 정보에 포함된 조향각, 상기 이동방향, 상기 종속도, 상기 차량에 대해 미리 설정된 축간거리 및 코너링 강성을 이용하여 산출되는, 차량 측위 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 종속도는,
    상기 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도가 추정되면, 상기 차량의 구동 상태에 기초하여, 상기 종속도로서, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나가 선택된 것인, 차량 측위 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 종속도는,
    상기 차량의 구동 상태가 감속 중인 것으로 판단되면, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 큰 피구동륜 별 종속도가 선택된 것이고,
    상기 차량의 구동 상태가 가속 중인 것으로 판단되면, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 가장 작은 피구동륜 별 종속도가 선택된 것인, 차량 측위 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱 정보는,
    상기 차량에 대한 조향각, 요 레이트, 피치 레이트 및 휠속도 중 적어도 하나를 포함하는, 차량 측위 방법.
  12. 적어도 하나의 센서를 이용하여 측정된 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 저장되는 메모리; 및
    상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하고, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하며, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하고, 상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 프로세서;를 포함하는, 차량 측위 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 이동방향에서, 상기 차량에 대한 몸체의 롤각과 피치각이 보정된 이동방향을 산출하고, 상기 보정된 이동방향을 이용하여 횡측 이동 거리와 종측 이동 거리를 산출하는, 차량 측위 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 제 1 경사각을 산출하고, 상기 제 1 경사각에서 상기 차량에 장착된 현가장치에 의한 몸체의 롤각과 피치각을 보상하여, 상기 경사각으로서, 제 2 경사각을 산출하는, 차량 측위 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 센싱 정보에 포함된 종가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 횡속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 종경사각을 산출하고, 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도 및 요 레이트, 이전에 추정된 종속도 및 미리 설정된 중력 가속도를 이용하여 제 1 횡경사각을 산출하는, 차량 측위 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 센싱 정보에 포함된 종가속도에 대응되는 몸체의 피치각을 결정하고, 상기 센싱 정보에 포함된 횡가속도에 대응되는 몸체의 롤각을 결정하며, 상기 제 1 종경사각에서 상기 피치각을 보상하여 제 2 종경사각을 산출하고, 상기 제 1 횡경사각에서 상기 롤각을 보상하여 제 2 횡경사각을 산출하는, 차량 측위 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나를 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 추정하고, 상기 센싱 정보와 상기 이동방향 중 적어도 하나와, 상기 추정된 종속도 및 횡속도 중 어느 하나를 이용하여 다른 하나를 추정하는, 차량 측위 장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 종속도는,
    상기 차량에 장착된 다수의 피구동륜 각각에 대해 피구동륜 별 종속도가 추정되면, 상기 차량의 구동 상태에 기초하여, 상기 종속도로서, 상기 추정된 피구동륜 별 종속도 중 어느 하나가 선택된 것인, 차량 측위 장치.
  19. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  20. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    적어도 하나의 센서를 이용하여 차량의 거동에 대한 센싱 정보가 측정되면, 상기 센싱 정보를 이용하여 상기 차량의 이동방향을 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보와 상기 이동방향을 이용하여 상기 차량에 대한 종속도 및 횡속도를 추정하는 단계;
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도 및 상기 종속도를 이용하여 상기 차량에 대한 경사각을 추정하는 단계; 및
    상기 센싱 정보, 상기 횡속도, 상기 종속도, 상기 경사각을 이용하여 상기 차량에 대한 측위를 수행하는 단계;를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050076474A (ko) 2004-01-20 2005-07-26 엘지전자 주식회사 이동체의 위치 결정방법
KR101639152B1 (ko) * 2015-01-28 2016-07-12 한양대학교 산학협력단 도로 구배를 이용한 차량 위치 추정 방법 및 장치

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