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KR101417770B1 - 차량의 기울기 검출 방법 및 장치 - Google Patents

차량의 기울기 검출 방법 및 장치 Download PDF

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KR101417770B1
KR101417770B1 KR1020120144258A KR20120144258A KR101417770B1 KR 101417770 B1 KR101417770 B1 KR 101417770B1 KR 1020120144258 A KR1020120144258 A KR 1020120144258A KR 20120144258 A KR20120144258 A KR 20120144258A KR 101417770 B1 KR101417770 B1 KR 101417770B1
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Abstract

차량의 기울기 검출 방법 및 장치를 개시한다.
차량의 휠에 대한 휠 속도(Wheel Speed) 신호를 감지하며, 요 레이트(Yaw-Late) 신호를 감지하는 센서 유닛; 및 상기 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도(Front Wheel Angular Velocity) 및 후륜 회전 각속도(Rear Wheel Angular Velocity)를 각각 산출한 후 상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값의 동일 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치를 제공한다.

Description

차량의 기울기 검출 방법 및 장치{Method And Device for Detecting Incline of Vehicle}
본 실시예는 차량의 기울기 검출 방법 및 장치 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량이 차고 센서(Height Sensor)와 같이 물리적인 센서를 구비할 필요없이 컨트롤 유닛에서의 소프트웨어 알고리즘(Software Algorithm)만으로 차량의 동적인 변화 요인을 감지하고 더 나아가 차량의 기울기를 산출할 수 있는 차량의 기울기 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아님을 밝혀둔다.
통상적으로 차량의 차고 센서는 차체와 차축의 상대거리를 감지하는 차고의 변화량을 감지한다. 한편, 차고 제어 장치는 이러한 차고 센서를 이용하여 산출된 차고 변화량에 따라 에어 컴프레서(Air Compressor)에서 발생된 압축 공기를 제어 밸브를 통해 에어 스프링으로 공급하여 차고의 높낮이를 제어한다. 전술한 바와 같이, 차고 제어 장치가 차고 센서를 이용하는 경우 차량의 좌/우 회전, U-턴, 지속적인 차량 조향 등에 따른 선회 시 하중 이동에 의해 외륜(External) 차고는 기준 차고보다 낮아지고, 내륜(Internal) 차고는 기준 차고보다 높아지는 변화를 감지할 수 있고, 감지한 차고 정보를 통해 차량의 차고를 제어할 수 있다.
이러한 차고 센서는 HID 헤드램프(High Intensity Discharge Headlamp)를 구비한 차량의 경우 차체가 뒤로 기울어지면 강한 램프광이 반대편 차선의 운전자의 시야를 방해하는 것을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 하지만, 이러한 차고 센서를 구비하는 경우 제조 공정이 복잡해지고 차량 가격이 상승하는 문제가 있다.
본 실시예는 차량이 차고 센서와 같이 물리적인 센서를 구비할 필요없이 컨트롤 유닛에서의 소프트웨어 알고리즘만으로 차량의 동적인 변화 요인을 감지하고 더 나아가 차량의 기울기를 산출할 수 있는 차량의 기울기 검출 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 차량의 휠에 대한 휠 속도(Wheel Speed) 신호를 감지하며, 요 레이트(Yaw-Late) 신호를 감지하는 센서 유닛; 및 상기 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도(Front Wheel Angular Velocity) 및 후륜 회전 각속도(Rear Wheel Angular Velocity)를 각각 산출한 후 상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값의 동일 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치를 제공한다.
또한, 본 실시에의 다른 측면에 의하면, 차량의 시동 온 또는 오프를 감지하며, 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 감지하는 센서 유닛; 및 상기 차량의 시동 오프(Off) 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 저장하고 상기 시동 온(On) 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 검출한 후 상기 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 상기 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호의 동일 여부에 근거하여 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치를 제공한다.
또한, 본 실시에의 다른 측면에 의하면, 차량의 휠에 대한 휠 속도 신호를 감지하며, 요 레이트 신호를 감지하는 센싱 과정; 상기 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도 및 후륜 회전 각속도를 각각 산출하는 산출 과정; 및 상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값의 동일 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하는 기울기 판단 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 방법을 제공한다.
또한, 본 실시에의 다른 측면에 의하면, 차량의 시동 온 또는 오프를 감지하며, 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 감지하는 센싱 과정; 상기 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 저장하고 상기 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 검출하는 가속도 검출 과정; 및 상기 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 상기 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 비동일한 경우, 차량 정차 시 기울어짐이 발생한 것으로 판단하는 기울기 발생 확인 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 차량이 차고 센서와 같이 물리적인 센서를 구비할 필요없이 컨트롤 유닛에서의 소프트웨어 알고리즘만으로 차량의 동적인 변화 요인을 감지하고 더 나아가 차량의 기울기를 산출할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 컨트롤 유닛의 소프트웨어 알고리즘을 이용한 차량의 타이어 반경 저하 검출하고, 차량 시동 전/후 또는 출발 전/후 간의 기울기 변화 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면 차량에 동적인 변화 요인으로서, 타이어 공기압 변화, 휠 반경 변화, 차량 무게 중심 변화 등이 발생할 수 있는데 이를 물리적인 센서를 미구비한 상태에서 컨트롤 유닛의 소프트웨어 알고리즘만으로 감지하고, 차량의 기울기를 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 차량의 기울기 검출 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 마찰계수와 휠슬립 간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 정치 시 차량 기울기 검출을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 차량 주행 중 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 차량 정차 시 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 차량의 기울기 검출을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 차량의 기울기 검출 장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 실시예에 따른 차량의 기울기 검출 장치(100)는 센서 유닛(110)과 기울기 판단 유닛(120)을 포함한다. 본 실시예에서는 기울기 검출 장치(100)가 센서 유닛(110)과 기울기 판단 유닛(120)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 기울기 검출 장치(100)에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
이러한, 기울기 검출 장치(100)는 차량 내에 구비되는 센서 유닛(110)과 기울기 판단 유닛(120)을 포함하는 개념이며, 센서 유닛(110)과 기울기 판단 유닛(120)은 도 1b와 같이 차량에 내부에 탑재될 수 있다. 다만, 도 1b에 도시된 각종 센서의 위치는 본 실시예에 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변경이 가능할 것이다.
센서 유닛(110)은 차량에 구비된 센서로부터 센싱 신호를 수신하는 장치를 일컫는다. 즉, 본 실시예의 센서 유닛(110)은 차량에 구비된 모든 센서를 통칭하는 개념이다. 한편, 센서 유닛(110)은 차량 자세 제어 시스템인 ESC(Electronic Stability Control) 또는 ESP(Electronic Stability Program)를 포함하는 개념이다. 이러한, 센서 유닛(110)은 휠 속도 센서(Wheel Speed Sensor)(112), 요 레이트 센서(Yaw-Rate Sensor)(113), 횡가속도(Lateral Gravity) 센서(114), 종가속도(Longitudinal Acceleration) 센서(115), 차속 센서(116) 및 조향각 센서(117) 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함한다.
여기서, 센서 유닛(110)은 기울기 판단 유닛(120)이 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하도록 하기 위해 차량의 휠에 대한 휠 속도 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송하고, 요 레이트(Yaw-Late) 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다. 한편, 센서 유닛(110)은 기울기 판단 유닛(120)이 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단하도록 하기 위해 차량의 시동 온(On) 또는 오프(Off)를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송하며, 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다. 도 1에서는 차량의 시동 온 또는 오프를 감지하는 별도의 센서를 도시하지 않았으나, 센서 유닛(110)이 엔진과 연결 또는 통신하여 차량의 시동 온 또는 오프를 감지할 수 있을 것이다.
이하, 센서 유닛(110)에 포함된 각 센서에 대해 설명하도록 한다.
휠 속도 센서(112)는 차량에 대한 각각의 휠에 대한 휠 속도 신호를 감지한다. 이러한, 휠 속도 센서(112)는 일반적으로 직접 휠 허브(Wheel Hub) 또는 드라이브 샤프트(Drive Shaft)에 연결된 펄스 휠 위에 위치될 수 있다. 이때, 휠 속도 센서(112)는 펄스 휠과 코일을 통해 차속의 변화 연관된 교대의 회전 운동을 변화하는 자기장을 측정할 수 코일에 교류 전압을 유도한다. 한편, 휠 속도 센서(112)는 센서의 기능 모드를 바탕으로 추가 전원 공급을 필요로 하는 능동 센서의 추가 전원 공급 없이 작동하는 수동 센서로 분류된다. 이러한, 휠 속도 센서(112)에 포함된 자기저항(Magneto-Resistance)은 다극 자석이 회전할 때 회전 자기장을 감지하고, 전자를 디지털 신호로 변환한 후 변환된 신호를 펄스 폭 변조 한 전류 신호(즉, 휠 속도 신호)로 변조하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다.
요 레이트 센서(113)는 차량에 대한 요 레이트 신호를 감지한다. 이러한, 요 레이트 센서(113)는 차량의 수직축 방향의 회전 각속도(Yaw-rate)를 검출한 요 레이트 신호를 감지하는 센서를 말한다. 한편, 요 레이트 센서(113)는 자동차뿐 아니라, 선박이나 항공기의 항법장치 등에도 사용된다. 이러한, 요 레이트 센서(113)는 각속도 센서(Angular Rate Sensor)라고도 칭하나 본 실시예에서는 설명의 편의상 '요 레이트 센서'로 지칭한다. 또한, 요 레이트 센서(113)의 종류로는 감도 및 정밀도가 높은 레이져 자이로스코프(Laser Gyroscopes), 광섬유 자이로스코프(Fiber Optic Gyroscope) 등이 있으며, 마이크로 머신 기술을 이용한 진동형 요 레이트 센서가 있다.
이러한, 요 레이트 센서(113)는 차량이 수직축을 기준으로 회전할 때 요 레이트 센서 내부에 플레이트 포크(Plate Fork)가 진동 변화를 일으키면서 전자적으로 요 레이트(즉, 회전 각속도)를 감지하고 이를 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다. 즉, 기울기 판단 유닛(120)은 요 레이트 센서(113)로부터 수신된 요 레이트 신호에 근거하여 차량의 요잉(Yawing)을 감지하여 요 속도가 일정속도(예컨대, 4 deg/s)에 도달하면 VDC(Vehicle Dynamic Control) 제어를 수행한다. 요 레이트 센서(113)는 센서 자체 내부에 자기 진단 기능을 구비할 수 있으며, 이러한 자기 진단 정보를 별개의 CAN통신을 통해서 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)으로 전송할 수 있다.
횡가속도 센서(114)는 차량의 횡가속도 신호를 감지한다. 즉, 횡가속도 센서(114)는 센서 내부에 소형 엘리먼트(Element)가 횡 가속도에 의해 편향이 가능한 레버암(Lever-Arm)에 부착되어 있다. 이에, 횡가속도 센서(114)는 횡 가속도에 따라 변하는 정전용량으로 차량에 작용하는 횡 가속도의 방향과 크기를 알 수 있다. 종가속도 센서(115)는 차량의 종가속도 신호를 감지한다. 이러한, 종가속도 센서(115)는 EPB(Electronic Parking Brake) 제어를 위해서 사용될 수 있으며, 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)이 종가속도 센서(115)로부터 종가속도 신호를 수신하여 비탈길의 경사도를 인지할 수 있다. 한편, 이러한, 횡가속도 센서(114) 및 종가속도 센서(115)는 ESC에 포함되어 구현될 수 있다.
차속 센서(116)는 차량의 속도를 감지한다. 즉, 차속 센서(116)는 차량의 속도를 측정하기 위한 센서로서, 차량 속도를 감지하여 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)으로 송신한다. 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)은 차량 속도 신호를 이용하여 차속을 계산하는데 이용하거나 계기판 차속 표시용으로 이용할 수 있다. 이러한, 차속 센서(116)는 리드 스위치(Read Switch) 형식으로 스피드 미터 속에 설치되거나 홀 센서(Hall Sensor) 원리를 이용한 트랜스 액슬(Transaxle)의 스피드 미터(Speed Meter)에 설치될 수 있다. 리드 스위치 형식은 출력 기어 1 회전에 4 펄스 신호를 출력한다. 컨트롤 유닛은 기울기 판단 유닛(120)에서 공급된 전원(예컨대, 5V)을 리드 스위치로 차단함으로써 발생되는 차속 신호를 펄스 신호로 변환시켜 컨트롤 유닛인 기울기 판단 유닛(120)으로 전송하면 해당 신호를 기초로 공회전 속도를 조정하게 된다. 홀 센서 방식은 자동차가 공회전 상태인지 주행 상태인지를 파악하는 방식이다.
조향각 센서(117)는 차량의 조향각 신호를 감지한다. 이러한, 조향각 센서(117)는 운전자의 핸들 조작으로 인해 회전하는 조향휠의 회전각도를 측정한 조향각 신호를 생성하여 컨트롤 유닛인 기울기 검출 장치(100)로 전송한다. 본 실시예에서는 설명의 편의상 조향각 센서(117)에서 조향휠의 회전각도를 측정한 신호를 조향각 신호로 칭하도록 한다.
기울기 판단 유닛(120)은 차량에 탑재되는 일종의 ECU(Electronic Control Unit)를 말한다. 이러한 기울기 판단 유닛(120)은 차량의 구동에 전반적인 동작을 제어하는 제어 수단으로서, 운전자의 조향, 가속, 브레이크에 의해 입력되는 신호에 따라 차량을 제어하는 기본 기능뿐만 아니라 부가 기능을 수행하는 모듈을 말한다.
본 실시예에 따른 기울기 판단 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 수신된 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도(Front Wheel Angular Velocity) 및 후륜 회전 각속도(Rear Wheel Angular Velocity)를 각각 산출한 후 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도 및 요 레이트 신호의 값의 동일 여부에 근거하여 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단한다.
이때, 기울기 판단 유닛(120)은 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호가 동일한 경우, 차량 주행 중 기울어짐이 미발생(즉, 정상 상태)한 것으로 판단한다. 한편, 기울기 판단 유닛(120)은 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호가 비동일(Unequal)한 경우, 차량 주행 중 기울어짐(차량 주행 중 차량 무게 중심 변화, 타이어 공기압 변화 및 휠 반경 변화 중 적어도 하나 이상의 변화가 발생)이 발생한 것으로 판단한다.
이하, 기울기 판단 유닛(120)이 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호가 비동일한 경우, 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단한 경우에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 기울기 판단 유닛(120)이 차량 주행 중 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출하는 과정에 대해 설명한다. 기울기 판단 유닛(120)은 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도 및 요 레이트 신호의 값이 비동일한 경우 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단하되, 휠 속도 신호에 해당하는 휠 속도(V1)와 차속(V)에 근거하여 휠 슬립(Wheel Slip)값을 추정하고, 추정된 휠 슬립값에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보(Incline Information)를 산출한다. 이때, 기울기 판단 유닛(120)은 휠 속도(V1)와 차속(V)의 차이를 차속(V)으로 나눈 값을 휠 슬립값으로 추정하며, 이를 수학식으로 표시하면 [수학식 1]과 같다.
Figure 112012103247060-pat00001
(V1:휠 속도 V: 차속)
이후, 기울기 판단 유닛(120)은 타이어(Tire)마다 기 설정된 고유의 물리 모델(Physical Model)의 노면 마찰계수(Road Friction)(μ)와 휠 슬립값 간의 선형(Linear) 구간을 이용하여 휠 슬립값에 대응하는 노면 마찰계수를 확인하고, 확인된 노면 마찰계수에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다. 즉, 기울기 판단 유닛(120)은 휠 슬립값이 타이어의 노면 마찰계수와 휠 반경(Wheel Radial) 차이를 합산한 값과 동일(수학식 2 참조)하므로, 추정된 휠 슬립값과 확인된 노면 마찰계수를 이용하여 휠 반경 차이를 산출하고, 휠 반경 차이에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다.
Figure 112014026248764-pat00002
이후, 기울기 판단 유닛(120)이 차량 주행 중 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출하는 과정에 대해 설명한다. 기울기 판단 유닛(120)은 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도 및 요 레이트 신호 값이 비동일한 경우 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단하되, 센서 유닛(110)으로부터 수신된 종가속도 신호, 횡가속도 신호, 차속 신호, 조향각 신호 및 요 레이트 신호 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 차체 슬립각(Vehicle Slip-Angle)을 추정하고, 추정된 차체 슬립각에 근거하여 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출한다. 즉, 기울기 판단 유닛(120)은 횡가속도 신호와 종가속도 신호를 기반으로 차체의 기울기(θW)를 산출하고, 요 레이트 신호를 기반으로 도로 측면 경사각(θS)을 추정한 후 차체 기울기(θW)와 도로 측면 경사각(θS)이 비동일한 경우 차량의 좌/우 기울어짐이 발생한 것으로 판단한다. 이때, 기울기 판단 유닛(120)은 차속 신호에 대한 차속(V)과 조향각 신호에 대한 조향각(α)에 대한 함수인 회전반경(r)을 산출하고, 회전반경(r)과 차속(V)을 이용하여 원심력(B`)을 산출한 후, 원심력(B`)을 기반으로 목표각(θT)을 결정하고, 목표각(θT), 차체 기울기(θW), 도로 측면 경사각(θS)에 근거하여 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출한다.
여기서, 기울기 판단 유닛(120)이 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출하는 과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 기울기 판단 유닛(120)은 엔진 시동과 함께 차량의 주행이 이루어지게 되면 차속 센서(116)와 조향각 센서(117)로부터 감지된 신호인 차속(V)과 조향각(α)를 읽어 들인다. 이후, 기울기 판단 유닛(120)은 차속(V)과 조향각(α)에 대한 함수인 회전반경(r)을 산출한다. 기울기 판단 유닛(120)은 차량이 선회 시 승객이 받게 되는 원심력(B`)은 회전반경(r)과 차속(V)에 대한 함수로써 산출된 회전반경(r)과 차속(V)을 이용하여 산출할 수 있다. 이에 따라 차량이 유지해야 될 목표각(θT)이 결정된다. 이와 함께 기울기 판단 유닛(120)은 횡가속도 센서(114)와 종가속도 센서(115)로부터 수신된 횡가속도 센서와 종가속도 센서를 기반으로 차체의 기울기(θW)를 산출하고, 요 레이트 센서(113)를 통해 수신된 요 레이트 신호를 기반으로 도로 측면 경사각(θS)을 추정한다. 이후, 기울기 판단 유닛(120)이 제어해야 될 제어각(θC)은 차량이 유지해야 될 목표각(θT)로부터 차체의 기울기 (θW)와 도로 측면 경사각(θS)을 뺀 값이 될 수 있다. 따라서, 기울기 판단 유닛(120)은 차체의 기울기(θW)와 도로 측면 경사각(θS)이 비동일한 경우 차량의 좌/우 기울어짐이 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 차량이 유지해야 될 목표각(θT), 차체의 기울기 (θW), 도로 측면 경사각(θS)을 통해 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출할 수 있다.
이하에서는 기울기 판단 유닛(120)이 차량 정차 시 기울어짐이 발생한 것으로 판단한 경우에 대해 설명하도록 한다.
기울기 판단 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신하여 저장한 후 다시 센서 유닛(110)으로부터 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신한다. 이후 기울기 판단 유닛(120)은 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호의 동일 여부에 근거하여 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단한다. 즉, 기울기 판단 유닛(120)은 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 비동일한 경우, 차량 정차 시 기울어짐이 발생한 것으로 판단하는 것이다.
한편, 도 1a 및 도 1b에는 미도시하였지만, 기울기 검출 장치(100)는 저장부를 포함하여 기울기 판단을 위해 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 마찰계수와 휠슬립 간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 통해 기울기 판단 유닛(120)이 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단한 경우에 대해 설명하도록 한다. 기울기 판단 유닛(120)은 차량 주행 중 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출하기 위해 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도 및 요 레이트 신호의 값이 비동일한 경우 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단하는데, 휠 속도 신호에 해당하는 휠 속도(V1)와 차속(V)에 근거하여 휠 슬립값을 추정하고, 추정된 휠 슬립값에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다.
여기서, 기울기 판단 유닛(120)은 일차적으로 휠 속도(V1)와 차속(V)의 차이를 차속(V)으로 나눈 값을 휠 슬립값으로 추정한다. 이후, 기울기 판단 유닛(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 타이어마다 기 설정된 고유의 물리 모델의 노면 마찰계수(μ)와 휠 슬립값 간의 선형 구간을 이용하여 휠 슬립값에 대응하는 노면 마찰계수를 확인하고, 확인된 노면 마찰계수에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다. 이때, 차량에서는 결과적으로 도 2에 도시된 '선형구간'에서 휠슬립을 제어하는 것이 목표이기 때문에 노면 마찰계수(μ)와 휠 슬립값 간의 선형 구간을 이용하여 휠 슬립값에 대응하는 노면 마찰계수를 확인하는 것이다. 여기서, 차량의 기울기 검출 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 타이어마다 기 설정된 고유의 물리 모델을 저장부에 저장할 수 있다.
즉, 기울기 판단 유닛(120)은 휠 슬립값이 타이어의 노면 마찰계수와 휠 반경 차이를 합산한 값과 동일하므로, 추정된 휠 슬립값과 확인된 노면 마찰계수를 이용하여 휠 반경 차이를 산출하고, 휠 반경 차이에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 정치 시 차량 기울기 검출을 설명하기 위한 예시도이다.
기울기 판단 유닛(120)은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서 유닛(110)으로부터 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신하여 저장한다. 즉, 차량의 시동 오프 시의 차량 각도 θ`에 대한 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신하여 저장하게 되는 것이다.
기울기 판단 유닛(120)은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 센서 유닛(110)으로부터 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신한다. 즉, 차량의 시동 온 시의 차량 각도 θ에 대한 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신하여 저장하게 되는 것이다.
이후, 기울기 판단 유닛(120)은 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호의 동일 여부에 근거하여 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단한다. 차량의 시동 오프 시의 차량 각도 θ`에 대한 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 차량의 시동 온 시의 차량 각도 θ에 대한 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 동일한지의 여부에 근거하여 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단하게 되는 것이다. 만약, 기울기 판단 유닛(120)은 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 비동일한 경우, 차량 정차 시 기울어짐이 발생한 것으로 판단하는 것이다.
도 4는 본 실시예에 따른 차량 주행 중 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
기울기 검출 장치(100)의 센서 유닛(110)은 기울기 판단 유닛(120)이 차량 주행 중 기울어짐 여부를 판단하도록 하기 위해 차량의 휠에 대한 휠 속도 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송하고, 요 레이트 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다(S410). 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 수신된 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도 및 후륜 회전 각속도를 각각 산출한다(S420). 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호의 값이 비동일한지의 여부를 확인한다(S430).
단계 S430의 확인 결과, 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호의 값이 비동일한 경우, 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 차량 주행 중 기울어짐(차량 주행 중 차량 무게 중심 변화, 타이어 공기압 변화 및 휠 반경 변화 중 적어도 하나 이상의 변화가 발생)이 발생한 것으로 판단한다(S440). 한편, 단계 S430의 확인 결과, 산출된 전륜 회전 각속도, 후륜 회전 각속도와 수신된 요 레이트 신호의 값이 동일한 경우, 차량 주행 중 기울어짐이 미발생한 것(즉, 정상 상태)으로 판단한다.
기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 휠 속도 신호에 해당하는 휠 속도(V1)와 차속(V)에 근거하여 휠 슬립값을 추정한다(S450). 단계 S450에서, 기울기 판단 유닛(120)은 휠 속도(V1)와 차속(V)의 차이를 차속(V)으로 나눈 값을 휠 슬립값으로 추정한다.
기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 추정된 휠 슬립값에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다(S460). 단계 S460에서 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 타이어마다 기 설정된 고유의 물리 모델의 노면 마찰계수(μ)와 휠 슬립값 간의 선형 구간을 이용하여 휠 슬립값에 대응하는 노면 마찰계수를 확인하고, 확인된 노면 마찰계수에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출한다. 즉, 기울기 판단 유닛(120)은 휠 슬립값이 타이어의 노면 마찰계수와 휠 반경 차이를 합산한 값과 동일하므로, 추정된 휠 슬립값과 확인된 노면 마찰계수를 이용하여 휠 반경 차이를 산출하고, 휠 반경 차이에 근거하여 차량의 앞/뒤 기울기 정보를 산출할 수 있다.
기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 수신된 종가속도 신호, 횡가속도 신호, 차속 신호, 조향각 신호 및 요 레이트 신호 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 차체 슬립각을 추정한다(S470).
기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 추정된 차체 슬립각에 근거하여 차량의 좌/우 기울기 정보를 산출한다(S480). 단계 S480에서, 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 엔진 시동과 함께 차량의 주행이 이루어지게 되면 차속 센서(116)와 조향각 센서(117)로부터 감지된 신호인 차속(V)과 조향각(α)를 읽어 들인다. 이후, 기울기 판단 유닛(120)은 차속(V)과 조향각(α)에 대한 함수인 회전반경(r)을 산출한다. 기울기 판단 유닛(120)은 차량이 선회 시 승객이 받게 되는 원심력(B`)은 회전반경(r)과 차속(V)에 대한 함수로써 산출된 회전반경(r)과 차속(V)을 이용하여 산출할 수 있다.
도 4에서는 단계 S410 내지 단계 S480을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S410 내지 단계 S480 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 도 4에 기재된 본 실시예에 따른 차량 주행 중 기울기 검출 방법은 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 차량 주행 중 기울기 검출 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
도 5는 본 실시예에 따른 차량 정차 시 기울기 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
기울기 검출 장치(100)의 센서 유닛(110)은 기울기 판단 유닛(120)이 차량 정차 시 기울어짐 여부를 판단하도록 하기 위해 차량의 시동 온 또는 오프를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송하며, 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 감지하여 기울기 판단 유닛(120)으로 전송한다(S510). 여기서, 센서 유닛(110)은 엔진과 연결 또는 통신하여 차량의 시동 온 또는 오프를 감지할 수 있다.
기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 센서 유닛(110)으로부터 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신하여 저장한 후 다시 센서 유닛(110)으로부터 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호를 수신한 후 기울기 판단 유닛(120)은 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호의 비동일 여부를 확인한다(S520).
단계 S520의 확인 결과, 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 비동일한 경우, 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 차량 정차 시 기울어짐이 발생한 것으로 판단한다(S530). 한편, S520의 확인 결과, 차량의 시동 오프 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호와 시동 온 시 종가속도 신호 또는 횡가속도 신호가 동일한 경우, 기울기 검출 장치(100)의 기울기 판단 유닛(120)은 차량 정차 시 기울어짐이 미발생한 것(즉, 정상 상태)으로 판단한다.
도 5에서는 단계 S510 내지 단계 S530을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S510 내지 단계 S530 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 실시예에 따른 차량의 기울기 검출을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차량에 동역학적 변인(Variable)으로서 '타이어 공기압 변화', '휠 반경 변화', '차량 무게 중심 변화' 등이 발생할 수 있는데, 이때, 차량은 구비된 기울기 검출 장치(100)를 이용하여 '휠/센서 요 레이트 차이 추정', '차량 바디 슬립각 추정', '조향 휠 슬립 각 추정'을 수행하여 차량 동역학 분석 로직을 수행하여 결과적으로 차량 기울기 정보를 획득할 수 있다. 이때, 차량에 구비된 기울기 검출 장치(100)는 차량 동역학 분석 로직으로서 '가속도 센서를 통한 도로 기울기 분석 및 피치(Pitch) 분석', '휠 상대 반경 분석을 통한 차량 무게 배분 감지', '차량도어 여닫이, 점화(Ignition) 상태정보를 통한 분석 로직 최적화'를 통해 결과적으로 차량 기울기 정보를 획득할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 센서 유닛 112: 휠 속도 센서
113: 요 레이트 센서 114: 횡가속도 센서
115: 종가속도 센서 116: 차속 센서
117: 조향각 센서 120: 기울기 판단 유닛

Claims (16)

  1. 차량의 휠에 대한 휠 속도(Wheel Speed) 신호를 감지하며, 요 레이트(Yaw-Late) 신호를 감지하는 센서 유닛; 및
    상기 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도(Front Wheel Angular Velocity) 및 후륜 회전 각속도(Rear Wheel Angular Velocity)를 각각 산출한 후 상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값이 비동일(Unequal)한 경우 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단하며,
    상기 휠 속도 신호에 해당하는 휠 속도(V1)와 차속(V)에 근거하여 휠 슬립(Wheel Slip)값을 추정하고, 타이어(Tire)마다 기 설정된 고유의 물리 모델(Physical Model)의 노면 마찰계수(Road Friction)(μ)와 상기 휠 슬립값 간의 선형(Linear) 구간을 이용하여 상기 휠 슬립값에 대응하는 상기 노면 마찰계수를 확인하고, 상기 노면 마찰계수에 근거하여 상기 차량의 기울기 정보를 산출하는 기울기 판단 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기 판단 유닛은,
    상기 휠 속도(V1)와 상기 차속(V)의 차이를 상기 차속(V)으로 나눈 값을 상기 휠 슬립값으로 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기 판단 유닛은,
    상기 휠 슬립값이 상기 타이어의 노면 마찰계수와 휠 반경(Wheel Radial) 차이를 합산한 값과 동일하므로, 추정된 상기 휠 슬립값과 확인된 상기 노면 마찰계수를 이용하여 상기 휠 반경 차이를 산출하고, 상기 휠 반경 차이에 근거하여 상기 차량의 기울기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기 판단 유닛은,
    상기 센서 유닛으로부터 수신된 종가속도(Longitudinal Acceleration) 신호, 횡가속도(Lateral Gravity) 신호, 차속 신호, 조향각 신호 및 상기 요 레이트 신호 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 차체 슬립각(Vehicle Slip-Angle)을 추정하고, 상기 차체 슬립각에 근거하여 상기 차량의 기울기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기 판단 유닛은,
    상기 차량에 기울어짐이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값이 비동일한 경우, 차량 주행 중 차량 무게 중심 변화, 타이어 공기압 변화 및 휠 반경 변화 중 적어도 하나 이상의 변화가 발생한 것으로 인지하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 유닛은,
    상기 차량에 대한 각각의 휠에 대한 상기 휠 속도 신호를 감지하는 휠 속도 센서;
    상기 차량에 대한 상기 요 레이트 신호를 감지하는 요 레이트 센서;
    상기 차량의 횡가속도 신호를 감지하는 횡가속도 센서;
    상기 차량의 종가속도 신호를 감지하는 종가속도 센서;
    상기 차량의 속도를 감지하는 차속 센서; 및
    상기 차량의 조향각 신호를 감지하는 조향각 센서
    중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 차량의 휠에 대한 휠 속도 신호를 감지하며, 요 레이트 신호를 감지하는 센싱 과정;
    상기 휠 속도 신호를 이용하여 전륜 회전 각속도 및 후륜 회전 각속도를 각각 산출하는 산출 과정; 및
    상기 전륜 회전 각속도, 상기 후륜 회전 각속도 및 상기 요 레이트 신호의 값이 비동일한 경우 차량 주행 중 기울어짐이 발생한 것으로 판단하며,
    상기 휠 속도 신호에 해당하는 휠 속도(V1)와 차속(V)에 근거하여 휠 슬립값을 추정하고, 타이어마다 기 설정된 고유의 물리 모델의 노면 마찰계수(μ)와 상기 휠 슬립값 간의 선형 구간을 이용하여 상기 휠 슬립값에 대응하는 상기 노면 마찰계수를 확인하고, 상기 노면 마찰계수에 근거하여 상기 차량의 기울기 정보를 산출하는 기울기 판단 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기울기 판단 과정은,
    종가속도 신호, 횡가속도 신호, 차속 신호, 조향각 신호 및 상기 요 레이트 신호 중 적어도 하나 이상의 값을 이용하여 차체 슬립각을 추정하며, 상기 차체 슬립각에 근거하여 상기 차량의 기울기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 기울기 검출 방법.
  16. 삭제
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