KR102102866B1 - Fault dianosis and signal recovery method for failure sensors of automatically operated vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 기구학적 모델과, 차량에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 상기 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있도록 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diagnosis and signal recovery method for sensor failure of an automatic driving vehicle, and more specifically, by using a kinematic model of the vehicle and steering angle, speed and rotation angle speed measured by sensors provided in the vehicle. It relates to a diagnosis and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle to detect the failure or abnormality of the sensor in real time, and to recover the detected signal in accordance with the normal signal.
일반적으로, 자동운전차량(Automatically operated vehicle)은 운전자 또는 승객의 조작 없이 스스로 운행이 가능한 차량, 즉 주위의 상황 등을 검출하면서 미리 설정된 경로를 자동으로 주행하는 차량을 의미하는 것으로, 1970년대 후반부터 초보적인 수준의 연구가 시작되어 최근에는 많은 자동차 기업들 뿐만 아니라 구글, NVIDIA 등의 IT 기업들도 자동운전차량을 개발하고 있는 실정이다.Generally, an automatically operated vehicle means a vehicle capable of driving itself without driver or passenger manipulation, that is, a vehicle automatically driving a predetermined route while detecting surrounding conditions, etc., since the late 1970s. Beginning with a rudimentary level of research, recently, not only many automobile companies, but also IT companies such as Google and NVIDIA are developing automatic driving vehicles.
이러한 자동운전차량에는 차량의 자동 운전을 위한 다양한 센서가 장착되는데, 그 중에서도 차량의 주행 운동에 직접 관련되는 조향각센서, 속도센서 및 회전각속도센서(자이로센서)는 차량의 동적 거동을 측정하는 핵심적인 역할을 수행하게 된다.The automatic driving vehicle is equipped with various sensors for automatic driving of the vehicle. Among them, the steering angle sensor, the speed sensor, and the rotational angle speed sensor (gyro sensor), which are directly related to the driving motion of the vehicle, are the core of measuring the dynamic behavior of the vehicle. It plays a role.
자동운전차량에 장착되는 장치들은 시간에 따라 노후화되고 전기적 또는 기계적 충격으로 인해 어느 순간에 또는 서서히 고장이 발생할 수 있으며, 이에 따라 차량 운동량의 정확한 측정이 불가능하게 될 수 있다.The devices mounted on the automatic driving vehicle may age over time and may fail at any moment or gradually due to electrical or mechanical shock, and thus it may become impossible to accurately measure the vehicle momentum.
자동운전차량에서 이러한 고장을 정확하게 검지하지 못하거나 고장에 대한 대응을 제대로 하지 못하게 되면 차량의 적절한 속도제어 및 조향제어가 불가능하게 되어 주행로를 이탈하게 되는 등 승객의 안전에 치명적인 영향을 줄 수 있다.If an automatic driving vehicle does not accurately detect such a failure or fails to properly respond to the failure, proper speed control and steering control of the vehicle becomes impossible, which may have a fatal effect on passenger safety, such as leaving the driving path. .
따라서, 실시간으로 주요 센서들의 고장 또는 이상을 검지하여 복구하는 방법에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a method for detecting and recovering failures or abnormalities of major sensors in real time.
한편, 종래의 고장진단기술 및 신호복구시스템들은 중요한 센서들에 대해 다중화하여 고장에 대비하거나 측정된 신호와 추정값을 대신 이용하며 이들의 오차를 이용하여 이상 여부를 판단하는 구조로 이루어진다.On the other hand, the conventional failure diagnosis technology and signal recovery systems are configured to prepare for a failure by multiplexing important sensors or to use a measured signal and an estimated value instead, and use these errors to determine whether there is an abnormality.
그런데, 센서의 중복설치는 비용상, 공간상의 제약을 초래하므로 측정된 신호와 추정값 사이의 오차를 이용하여 알고리즘적인 처리를 하는 후자의 방식이 주를 이룬다.However, since the overlapping installation of the sensor introduces cost and space constraints, the latter method mainly performs algorithmic processing using the error between the measured signal and the estimated value.
또한, 추정값과 측정값을 비교하는 방식에서도 고장 여부를 판단하기 위해 설정하는 오차 기준값의 크기에 따라 진단시점의 지연이 발생하고 진단된 시점에서 고정신호와 추정신호를 대체하여 사용하도록 하므로 신호의 복구 지연을 피할 수 없게 되는 문제점이 있다.In addition, even in the method of comparing the estimated value and the measured value, the delay of the diagnosis time is generated according to the size of the error reference value set to determine whether a failure occurs, and the fixed signal and the estimated signal are replaced and used at the time of diagnosis. There is a problem that the delay cannot be avoided.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 기구학적 모델과, 차량에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있도록 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is a sensor using a kinematic model of a vehicle and steering angle, speed and rotation angle speed measured by sensors provided in the vehicle. It is to provide a diagnostic and signal recovery method for sensor failure of an automatic driving vehicle that detects a failure or an abnormality in real time and recovers the detected signal according to a normal signal.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,
자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 있어서, 상기 자동운전차량에 장착되는 속도센서, 조향각센서 및 회전각속도센서로부터의 신호를 수신하는 센서자료 입력단계와, 차량의 기구학적 모델과, 상기 조향각센서 및 속도센서로부터 수신한 조향각 및 속도를 이용하여 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하는 제1오차계산단계와, 차량의 기구학적 모델과, 상기 회전각속도센서 및 속도센서로부터 수신한 회전각속도 및 속도를 이용하여 조향각을 추정하고, 추정된 조향각을 이용하여 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하는 제2오차계산단계와, 상기 제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값과 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값의 비교를 통해 상기 센서들의 고장여부를 진단하는 고장진단단계 및 상기 고장진단단계에서의 진단에 따라 고장이 발생된 센서의 신호를 복구시키는 신호복구단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In the method of diagnosing and recovering a sensor failure of an automatic driving vehicle, a sensor data input step of receiving signals from a speed sensor, a steering angle sensor and a rotational angular velocity sensor mounted on the automatic driving vehicle, and a kinematic model of the vehicle , A first error calculation step of obtaining an error between the estimated speed and the measured speed using the steering angle and speed received from the steering angle sensor and the speed sensor, the kinematic model of the vehicle, and the rotational angle speed sensor and the speed sensor A second error calculation step of estimating the steering angle using the rotational angular velocity and speed, and obtaining an error between the estimated speed and the measured speed using the estimated steering angle, and the error calculated in the first and second error calculation steps, respectively. A failure diagnosis step for diagnosing the failure of the sensors through comparison of the first and second boundary values of a maximum value and a predetermined error and the failure Characterized in that it comprises a signal recovery step of restoring the signal of the sensor that has failed in accordance with the diagnosis in the single step.
이때, 상기 제1오차계산단계는, 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도 및 조향각센서로부터 획득된 조향각을 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 연산하는 제1중심점 속도 연산단계와, 상기 제1중심점 속도 연산단계에서 연산된 각 차륜을 기준으로 한 중심점 속도들의 오차를 고려하여 중심점 속도를 결정하는 제1중심점 속도 결정단계와, 상기 제1중심점 속도 결정단계에서 결정된 중심점 속도를 이용하여 각 차륜의 속도를 추정하는 제1차륜 속도 추정단계 및 각 차륜의 추정 속도와 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 실측속도 사이의 오차를 계산하여 오차의 최대값을 획득하는 제1오차 최대값 획득단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In this case, the first error calculation step calculates the speed at the vehicle center point based on each wheel from the kinematic model of the vehicle using the rotational speed at each wheel obtained from the speed sensor and the steering angle obtained from the steering angle sensor. A first center point speed calculation step, and a first center point speed determination step of determining a center point speed in consideration of errors of center point speeds based on each wheel calculated in the first center point speed calculation step, and the first center point speed The maximum value of the error is calculated by calculating the error between the first wheel speed estimation step of estimating the speed of each wheel using the center point speed determined in the determination step, and the estimated speed of each wheel and the actual speed at each wheel obtained from the speed sensor. It characterized in that it comprises a first error maximum value acquisition step for obtaining a.
여기서, 상기 제1중심점 속도 연산단계에서는,Here, in the first center point speed calculation step,
또한, 상기 제1중심점 속도 결정단계에서는 제1중심점 속도 연산단계에서 연산된 4개의 중심점 속도 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 차량중심점에서의 속도로 결정하는 것을 특징으로 한다.Further, in the first center point speed determination step, after selecting any two of the four center point speeds calculated in the first center point speed calculation step to obtain an error, the average value of the two smallest errors is the speed at the vehicle center point. It is characterized by determining.
그리고, 상기 제1차륜 속도 추정단계에서는,And, in the first wheel speed estimation step,
한편, 상기 제2오차계산단계는, 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도 및 회전각속도센서로부터 획득된 회전각속도를 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 조향각을 각각 추정하는 조향각 추정단계와, 상기 조향각 추정단계에서 추정된 조향각들의 오차를 고려하여 추정 조향각을 결정하는 조향각 결정단계와, 상기 조향각 결정단계에서 결정된 추정 조향각과 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도를 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 연산하는 제2중심점 속도 연산단계와, 상기 제2중심점 속도 연산단계에서 연산된 각 차륜을 기준으로 한 중심점 속도들의 오차를 고려하여 중심점 속도를 결정하는 제2중심점 속도 결정단계와, 상기 제2중심점 속도 결정단계에서 결정된 중심점 속도를 이용하여 각 차륜의 속도를 추정하는 제2차륜 속도 추정단계 및 각 차륜의 추정 속도와 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 실측속도 사이의 오차를 계산하여 오차의 최대값을 획득하는 제2오차 최대값 획득단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the second error calculation step, the steering angle based on each wheel is estimated from the kinematic model of the vehicle by using the rotational speed at each wheel obtained from the speed sensor and the rotational angular speed obtained from the rotational angular speed sensor. Steering angle estimation step, steering angle determination step of determining the estimated steering angle in consideration of errors of the steering angles estimated in the steering angle estimation step, and using the estimated steering angle determined in the steering angle determination step and the rotational speed in each wheel obtained from the speed sensor From the kinematic model of the vehicle, the second center point speed calculation step of calculating the speed at the vehicle center point based on each wheel and the center point speeds based on each wheel calculated in the second center point speed calculation step are calculated. A second center point speed determination step of determining a center point speed in consideration, and the second center point speed determination The second wheel speed estimation step of estimating the speed of each wheel using the center point speed determined in the step, and calculating the error between the estimated speed of each wheel and the measured speed in each wheel obtained from the speed sensor to calculate the maximum value of the error Characterized in that it comprises a step of acquiring the maximum value of the second error to be acquired.
이때, 상기 조향각 추정단계에서는,At this time, in the steering angle estimation step,
또한, 상기 조향각 결정단계에서는 조향각 추정단계에서 연산된 4개의 추정 조향각 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 추정 조향각으로 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the steering angle determination step, after selecting any two of the four estimated steering angles calculated in the steering angle estimation step to obtain an error, the two average values having the smallest errors are determined as estimated steering angles.
그리고, 상기 제2중심점 속도 연산단계에서는,And, in the second center point speed calculation step,
또한, 상기 제2중심점 속도 결정단계에서는 제2중심점 속도 연산단계에서 연산된 4개의 중심점 속도 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 차량중심점에서의 속도로 결정하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the second center point speed determination step, after selecting any two of the four center point speeds calculated in the second center point speed calculation step to obtain an error, the average value of the two smallest errors is the speed at the vehicle center point. It is characterized by determining.
또한, 상기 제2차륜 속도 추정단계에서는,In addition, in the second wheel speed estimation step,
그리고, 상기 고장진단단계에서는, 제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값 보다 모두 작을 경우 모든 센서들이 정상인 것으로 판별하고, 제1오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1경계값 이상이고, 제2오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제2경계값 보다 작은 경우 조향각센서에 이상이 있는 것으로 판별하며, 제1오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1경계값 보다 작고, 제2오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제2경계값 이상인 경우 회전각속도센서에 이상이 있는 것으로 판별하고, 상기 제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값이 모두 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값 이상인 경우 속도센서에 이상이 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.In the failure diagnosis step, if the maximum values of the errors calculated in the first and second error calculation steps are smaller than the first and second boundary values of the preset error, all sensors are determined to be normal, and the first error is determined. If the maximum value of the error calculated in the error calculation step is greater than or equal to the first threshold value of the preset error, and the maximum value of the error calculated in the second error calculation step is smaller than the second threshold value of the preset error, it is abnormal to the steering angle sensor. It is determined that there is, and the maximum value of the error calculated in the first error calculation step is smaller than the first boundary value of the preset error, and the maximum value of the error calculated in the second error calculation step is the second boundary of the preset error. If it is more than the value, it is determined that there is an abnormality in the rotational angular velocity sensor, and if the maximum values of the errors respectively calculated in the first and second error calculation steps are more than the first and second boundary values of the preset error, It is characterized by determining that there is an abnormality in the degree sensor.
또한, 상기 신호복구단계에서는, 고장진단단계에서 조향각센서에 이상이 있는 것으로 판별된 경우, 제2오차계산단계에서 추정된 조향각으로 대체하도록 하고, 고장진단단계에서 회전각속도센서에 이상이 있는 것으로 판별된 경우, 제1오차계산단계에서 추정된 후륜의 속도를 이용하여, 
본 발명에 따르면, 차량의 기구학적 모델과, 차량에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 임의의 2개 이상의 센서 고장 또는 이상이 동시에 발생되더라도 발생된 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, even if any two or more sensor failures or abnormalities occur at the same time using the kinematic model of the vehicle and the steering angle, speed and rotational angular velocity measured by the sensors provided in the vehicle, or It has an excellent effect of detecting an abnormality in real time and restoring the detected signal based on a normal signal.
또한, 본 발명에 따르면 센서의 고장 판별을 위한 물리적인 센서의 2중화 구조를 피하고, 통상의 자동운전차량에 기본적으로 장착되어 있는 센서들을 이용하여 고장 진단 및 신호복원구조를 생성하므로 설치 공간상이 제약이 없을 뿐만 아니라 설치 및 운영 비용을 절감할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, it avoids the dual structure of the physical sensor for determining the failure of the sensor, and generates a fault diagnosis and signal restoration structure using the sensors basically installed in the normal automatic driving vehicle, so the installation space is limited. In addition to this, it has the additional effect of reducing installation and operating costs.
또한, 본 발명에 따르면 각 차륜 간의 압력 차이 또는 펑크 등에 기인한 각 바퀴의 이상 여부를 차량의 곡선부 또는 직선부 주행에 관계없이 확인할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, it has an effect of confirming whether or not the abnormality of each wheel due to a pressure difference between each wheel or a puncture, etc. is irrespective of the driving of the curved or straight portion of the vehicle.
도 1은 본 발명이 적용되는 자동운전차량에 센서들이 장착된 모습을 나타낸 저면도.
도 2는 본 발명이 적용되는 자동운전차량의 기구학적 모델을 나타낸 개념도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법을 나타낸 흐름도.
도 5는 본 발명에 의해 진단된 속도센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의해 진단된 조향각센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 의해 진단된 회전각속도센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프.1 is a bottom view showing a state in which sensors are mounted on an automatic driving vehicle to which the present invention is applied.
2 is a conceptual diagram showing a kinematic model of an automatic driving vehicle to which the present invention is applied.
3 and 4 is a flow chart showing a diagnostic and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle according to the present invention.
5 is a graph showing the failure of the speed sensor diagnosed by the present invention and the restored signal accordingly.
6 is a graph showing a failure of the steering angle sensor diagnosed by the present invention and a signal restored accordingly.
7 is a graph showing the failure of the rotational angular velocity sensor diagnosed by the present invention and the restored signal accordingly.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method for diagnosing and recovering a signal for a sensor failure of an automatic driving vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용되는 자동운전차량에 센서들이 장착된 모습을 나타낸 저면도이고, 도 2는 본 발명이 적용되는 자동운전차량의 기구학적 모델을 나타낸 개념도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명에 의해 진단된 속도센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 의해 진단된 조향각센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명에 의해 진단된 회전각속도센서의 고장 및 그에 따라 복원된 신호를 나타낸 그래프이다.1 is a bottom view showing a state in which sensors are mounted on an automatic driving vehicle to which the present invention is applied, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a kinematic model of an automatic driving vehicle to which the present invention is applied, and FIGS. 3 and 4 are FIG. 5 is a flowchart showing a diagnosis and signal recovery method for sensor failure of an automatic driving vehicle according to the present invention, FIG. 5 is a graph showing a failure of the speed sensor diagnosed by the present invention and a signal restored accordingly, and FIG. 6 is the present invention A graph showing a failure of the steering angle sensor diagnosed by and a signal restored accordingly, and FIG. 7 is a graph showing a failure of the rotational angle sensor diagnosed by the present invention and a signal restored accordingly.
본 발명은 차량의 기구학적 모델과, 차량에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 상기 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있도록 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명이 적용되는 자동운전차량(1)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 각 차륜(12,14,22,24)에 속도센서(30)가 각각 장착되고, 전방 차축(10)의 중심부에 조향각센서(40)가 장착되며, 전방 차축(10)의 전방 중앙부에 회전각속도센서(자이로센서)(50)가 장착된 것을 기준으로 설명하기로 한다.The present invention detects the failure or abnormality of the sensor in real time by using the kinematic model of the vehicle and the steering angle, speed and rotation angle speed measured by the sensors provided in the vehicle, and recovers the detected signal according to the normal signal. It relates to a diagnosis and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle to enable, the first automatic driving vehicle (1) to which the present invention is applied, as shown in Figure 1, each wheel (12,14,22, The
또한, 상기와 같이 자동운전차량(1)에 장착된 센서들 중에 조향각센서(40)와 회전각속도센서(50)는 동일한 순간에 함께 고장 또는 이상이 발생하지 않는 것으로 하여, 두 개의 센서(40,50) 중 어느 하나에만 고장 또는 이상이 발생하는 것으로 가정하고, 각 차륜(12,14,22,24)에 장착된 속도센서(30)들 중 적어도 어느 2개는 정상을 유지할 수 있다고 가정한다.In addition, among the sensors mounted on the
상기와 같은 가정은 실제로 조향각센서(40)와 회전각속도센서(50)가 동일한 순간에 함께 고장 또는 이상이 발생하거나, 3개 이상의 속도센서(30)가 동시에 고장 또는 이상이 발생할 확률이 무시할 수 있을 정도로 희박하다는 사실을 전제로 한 것이므로, 상기와 같은 가정에 의해 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법의 신뢰성이 저하되는 일은 없을 것으로 판단된다.In the above assumption, the probability that the
한편, 후술할 본 발명의 제1오차계산단계(S20) 및 제2오차계산단계(S30)에서 이루어지는 연산들은 모두 도 2에 나타낸 본 발명이 적용되는 자동운전차량(1)의 기구학적 모델에 기초하여 이루어지는데, 도 2에 표기된 기호들이 나타내는 것을 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, all operations performed in the first error calculation step (S20) and the second error calculation step (S30) of the present invention, which will be described later, are based on the kinematic model of the
O; 자동운전차량(1)이 선회주행을 하는 경우의 선회중심, P; 자동운전차량(1)의 중심점(차량중심점), A; 전방 차축(10)의 중심점(조향각센서의 설치 위치), B; 후방 차축(20)의 중심점, R; O를 중심으로 한 선회반경(선회중심과 차량중심점 사이의 거리), 
이하, 상기한 내용을 전제로 한 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of diagnosing and recovering a signal for a sensor failure of an automatic driving vehicle according to the present invention on the premise of the above will be described in detail.
본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 센서자료 입력단계(S10), 제1오차계산단계(S20), 제2오차계산단계(S30), 고장진단단계(S40) 및 신호복구단계(S50)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 센서자료 입력단계(S10)는 자동운전차량(1)에 장착되어 있는 속도센서(30), 조향각센서(40) 및 회전각속도센서(50)에 의해 측정되는 자료, 즉 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도, 전방 차축(10) 중심에서의 조향각 및 선회주행시의 회전각속도를 수신하여 자동운전차량(1)에 구비되는 중앙제어장치(미도시) 등의 장비에 입력하는 단계에 관한 것이다.As shown in FIGS. 3 and 4, a method for diagnosing and recovering a sensor failure of an automatic driving vehicle according to the present invention is largely illustrated as a sensor data input step (S10), a first error calculation step (S20), and a second error calculation. It comprises a step (S30), a fault diagnosis step (S40) and a signal recovery step (S50). First, the sensor data input step (S10) is a
다음, 상기 제1오차계산단계(S20)는 조향각센서(40)로부터 수신한 조향각과 속도센서(30)로부터 수신한 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도를 이용하여 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도를 연산하고, 연산된 추정속도와 속도센서(30)로부터 수신한 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도, 즉 실측속도 사이의 오차를 구하는 단계에 관한 것으로, 상기 추정속도의 연산에는 전술한 자동운전차량(1)의 기구학적 모델이 사용된다.Next, in the first error calculation step (S20), each wheel using the steering angle received from the
이때, 상기 제1오차계산단계(S20)은 제1중심점속도 연산단계(S22), 제1중심점속도 결정단계(S24), 제1차륜속도 추정단계(S26) 및 제1오차최대값 획득단계(S28)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 제1중심점속도 연산단계(S22)는 속도센서(30)로부터 획득된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도 및 조향각센서(40)로부터 획득된 조향각을 이용하여 차량(1)의 기구학적 모델로부터 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 연산하는 단계에 관한 것이다.At this time, the first error calculation step (S20) is the first center point speed calculation step (S22), the first center point speed determination step (S24), the first wheel speed estimation step (S26) and the first error maximum value acquisition step ( S28), the first center point speed calculation step (S22) is the rotational speed and
보다 상세히 설명하면, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델에서 삼각형의 닮음의 원리를 이용하면, 차량중심점에서의 조향각 
따라서, 
여기서, 
또한, 
상기 (1)식과 (2)식을 이용하면 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델로부터 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 속도센서(30)에 의해 측정된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도를 이용하여 나타낼 수 있게 되는데, 그 결과는 아래와 같다.When the above expressions (1) and (2) are used, the
이때, 
상기 (3) ~ (6)식의 우변에 있는 변수들은 모두 속도센서(30), 조향각센서(40) 및 차량(1)의 기구학적 모델로부터 알 수 있는 값들이므로, 상기 (3) ~ (6)식에 의해 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 각각 연산할 수 있다.Since the variables on the right side of the equations (3) to (6) are all values that can be seen from the kinematic models of the
다음, 상기 제1중심점속도 결정단계(S24)는 제1중심점속도 연산단계(S22)에서 연산된 4개의 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 중심점 속도들의 오차를 고려하여 1개의 중심점 속도를 결정하는 단계에 관한 것이다.Next, the first center point speed determining step (S24) takes into account the error of the center point speeds based on each of the four
보다 상세히 설명하면, 먼저 아래의 식 (7)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1중심점 속도 연산단계(S22)에서 연산된 4개의 중심점 속도 
여기서, 
다음, 아래의 식 (8)에 나타낸 바와 같이, 최소 오차에 포함된 2개의 중심점 속도를 선택하여 그 평균값을 차량중심점에서의 속도로 결정한다.Next, as shown in equation (8) below, two center point speeds included in the minimum error are selected and the average value is determined as the speed at the vehicle center point.
여기서, 
다음, 상기 제1차륜속도 추정단계(S26)는 제1중심점속도 결정단계(S24)에서 결정된 중심점 속도 
즉, 상기 제1중심점속도 연산단계(S22)에서 각 차륜(12,14,22,24)에서의 측정속도를 이용하여 차량중심점에서의 속도를 연산한 것과는 반대로, 전술한 과정에 의해 결정된 차량중심점 속도를 이용하여 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도를 구하게 되는 것이다.That is, as opposed to calculating the speed at the vehicle center point using the measured speed at each wheel (12, 14, 22, 24) in the first center point speed calculation step (S22), the vehicle center point determined by the above-described process The estimated speed at each
마찬가지로, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델을 이용하여 차량중심점 속도를 이용한 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도를 구하게 되는데, 이때 사용되는 수식은 아래와 같다.Similarly, the estimated speed at each
여기서, 
다음, 상기 제1오차최대값 획득단계(S28)는 상기 (9) ~ (12)식에 의해 연산된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도와, 속도센서(30)로부터 수신된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 실측속도 사이의 오차를 계산하여 그 중 최대 오차를 선택하는 단계에 관한 것으로, 선택된 오차의 최대값은 후술할 고장진단단계(S40)에서 기설정된 오차의 제1경계값과의 비교에 사용된다.Next, the first error maximum value acquisition step (S28) is the estimated speed at each wheel (12,14,22,24) calculated by the formula (9) ~ (12), and the
즉, 상기 제1오차최대값 획득단계(S28)에서는 먼저, 아래의 식 (13)에 나타낸 바와 같이, 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하고,That is, in the first error maximum value acquisition step (S28), first, as shown in the following equation (13), the error between the estimated speed and the measured speed in each wheel (12,14,22,24) is obtained ,
아래의 식 (14)에 나타낸 바와 같이, 식 (13)에 의해 얻어진 4개의 오차 중 최대값을 선택하여 제1오차최대값을 획득하게 된다.As shown in Equation (14) below, the first error maximum value is obtained by selecting the maximum value among the four errors obtained by Equation (13).
여기서, 
다음, 상기 제2오차계산단계(S30)는 회전각속도센서(50)로부터 수신한 회전각속도와 속도센서(30)로부터 수신한 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도를 이용하여 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도를 연산하고, 연산된 추정속도와 속도센서(30)로부터 수신한 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도, 즉 실측속도 사이의 오차를 구하는 단계에 관한 것이다.Next, the second error calculation step (S30) uses the rotational angular velocity received from the rotational
전술한 제1오차계산단계(S20)에서와 마찬가지로 상기 추정속도의 연산에는 전술한 자동운전차량(1)의 기구학적 모델이 사용되는데, 먼저 차량(1)의 회전각속도와 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도를 이용하여 조향각을 추정하고, 추정된 조향각을 이용하여 전술한 제1오차계산단계(S20)에서와 마찬가지 과정에 의해 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도를 연산하게 된다.As in the above-described first error calculation step S20, the kinematic model of the above-described
즉, 상기 제2오차계산단계(S30)는 조향각 추정단계(S31), 조향각 결정단계(S32), 제2중심점속도 연산단계(S33), 제2중심점속도 결정단계(S34), 제2차륜속도 추정단계(S35), 제2오차최대값 획득단계(S36)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 조향각 추정단계(S31)는 속도센서(30)로부터 획득된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도 및 회전각속도센서(50)로부터 획득된 회전각속도를 이용하여 차량(1)의 기구학적 모델로부터 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 조향각, 즉 조향각센서(40)에 의해 측정되는 전방 차축(10) 중심에서의 조향각을 각각 추정하는 단계에 관한 것이다.That is, in the second error calculation step (S30), the steering angle estimation step (S31), the steering angle determination step (S32), the second center point speed calculation step (S33), the second center point speed determination step (S34), and the second wheel speed Estimation step (S35), the second error maximum value acquisition step (S36) comprises a first step, the steering angle estimation step (S31) is obtained from the
보다 상세히 설명하면, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델로부터 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정 조향각을 아래의 식 (15) 내지 (18)과 같이 회전각속도센서(50)에 의해 측정된 회전각속도와, 속도센서(30)에 의해 측정된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 속도를 이용한 관계식으로 나타낼 수 있다.In more detail, from the kinematic model of the
여기서, 
상기 (15) 내지 (18) 식과, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델로부터 아래의 식 (19) 내지 (22)에 의해 각 차륜(12,14,22,24)을 중심으로 한 전방 차축(10) 중심에서의 추정 조향각을 각각 연산할 수 있게 된다.From the equations (15) to (18) and the kinematic models of the
여기서, 
다음, 상기 조향각 결정단계(S32)는 조향각 추정단계(S31)에서 추정된 4개의 조향각들 사이의 오차를 고려하여 1개의 추정 조향각을 결정하는 단계에 관한 것으로, 전술한 제1중심점속도 결정단계(S24)와 동일한 과정에 의해 추정 조향각을 결정한다.Next, the steering angle determination step (S32) relates to the step of determining one estimated steering angle in consideration of an error between the four steering angles estimated in the steering angle estimation step (S31), the first center point speed determination step ( The estimated steering angle is determined by the same process as in S24).
보다 상세히 설명하면, 상기 조향각 추정단계(S31)에서 연산된 4개의 추정 조향각 
여기서, 
한편, 차량(1)에 장착된 모든 센서 즉, 속도센서(30), 조향각센서(40) 및 회전각속도센서(50)가 정상일 경우에는 조향각센서(40)에 의해 측정된 실측 조향각(
다음, 상기 제2중심점속도 연산단계(S33)는 조향각 결정단계(S32)에서 결정된 추정 조향각 
즉, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델로부터 차량중심점에서의 조향각 
상기 (24)식과 (25)식을 이용하면 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델로부터 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 속도센서(30)에 의해 측정된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 회전속도를 이용하여 나타낼 수 있게 되는데, 그 결과는 아래와 같다.When the equations (24) and (25) are used, the
이때, 
다음, 상기 제2중심점속도 결정단계(S34)는 제2중심점속도 연산단계(S33)에서 연산된 4개의 각 차륜(12,14,22,24)을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도들의 오차를 고려하여 1개의 중심점 속도를 결정하는 단계에 관한 것으로, 전술한 제1중심점속도 결정단계(S24)와 동일한 과정에 의해 이루어진다.Next, in the second center point speed determination step (S34), errors in speeds at the vehicle center point based on the four
즉, 상기 제2중심점속도 연산단계(S33)에서 연산된 4개의 중심점 속도 
여기서, 
다음, 상기 제2차륜속도 추정단계(S35)는 제2중심점속도 결정단계(S34)에서 결정된 중심점 속도 
즉, 도 2에 나타낸 차량(1)의 기구학적 모델을 이용하여 제2중심점속도 결정단계(S34)에서 결정된 차량중심점 속도 
여기서, 
다음, 상기 제2오차최대값 획득단계(S36)는 상기 (31) ~ (34)식에 의해 연산된 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도 
보다 상세히 설명하면, 상기 제2오차최대값 획득단계(S36)에서는 먼저, 아래의 식 (35)에 나타낸 바와 같이, 각 차륜(12,14,22,24)에서의 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하고,In more detail, in the second error maximum value acquisition step (S36), first, as shown in equation (35) below, between the estimated speed and the actual measured speed in each wheel (12,14,22,24). Find the error,
아래의 식 (36)에 나타낸 바와 같이, 식 (35)에 의해 얻어진 4개의 오차 중 최대값을 선택하여 제2오차최대값을 획득하게 된다.As shown in equation (36) below, the maximum value of the second error is obtained by selecting the maximum value among the four errors obtained by equation (35).
여기서, 
다음, 상기 고장진단단계(S40)는 전술한 제1 및 제2오차계산단계(S20,S30)에서 각각 연산된 오차의 최대값, 즉 제1 및 제2오차최대값(
이때, 상기 제1 및 제2경계값(
보다 상세히 설명하면, 상기 고장진단단계(S40)에서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2오차최대값(
다음, 상기 제1오차최대값(
반대로, 상기 제1오차최대값(
또한, 상기 제1 및 제2오차최대값(
즉, 
한편, 동시에 여러 센서에서 고장 또는 이상이 발생된 경우에는 고장 진단 및 신호 복구가 어려우므로 즉시 자동운전차량(1)의 이동을 중지하여 정차시키도록 한다.On the other hand, when a failure or an abnormality occurs in several sensors at the same time, it is difficult to diagnose the failure and recover the signal, so stop the movement of the
다음, 상기 신호복구단계(S50)는 고장진단단계(S40)에서의 진단에 따라 고장 또는 이상이 발생된 센서, 즉 차량(1)에 설치된 조향각센서(40) 및 회전각속도센서(50)의 신호를 복구시키는 단계에 관한 것이다.Next, the signal recovery step (S50) is a signal of a malfunction or an abnormality generated according to the diagnosis in the failure diagnosis step (S40), that is, the signal of the
보다 상세히 설명하면, 상기 신호복구단계(S50)에서는 고장진단단계(S40)에서 조향각센서(40)에 고장 또는 이상이 발생된 것으로 판별된 경우, 속도와 회전각속도는 각각 속도센서(30) 및 회전각속도센서(50)에 의한 측정값을 그대로 사용하고, 조향각은 제2오차계산단계(S30)에서 추정된 조향각, 즉 조향각 결정단계(S32)에서 (23)식에 의해 결정된 추정 조향각 
또한, 상기 고장진단단계(S40)에서 회전각속도센서(50)에 고장 또는 이상이 발생된 것으로 판별된 경우, 속도와 조향각은 각각 속도센서(30) 및 조향각센서(40)에 의한 측정값을 그대로 사용하고, 회전각속도는 제1오차계산단계(S20)에서 추정된 후륜(22,24)의 속도, 즉 제1차륜속도 추정단계(S26)에서 (11) 및 (12)식에 의해 연산된 후방 좌,우측 차륜(22,24)에서의 추정속도 
여기서, 
그리고, 상기 고장진단단계(S40)에서 속도센서(30)에 고장 또는 이상이 발생된 것으로 판별된 경우, 조향각과 회전각속도는 각각 조향각센서(40) 및 회전각속도센서(50)에 의한 측정값을 그대로 사용하고, 속도는 제1차륜속도 추정단계(S26)에서 조향각을 기반으로 (9) ~ (12)식에 의해 추정된 차륜(12,14,22,24)의 속도 
한편, 도 5 내지 도 7은 각각 속도센서(30), 조향각센서(40) 및 회전각속도센서(50)에 고장이 발생된 것을 가정하여 전술한 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 의해 진단과 신호 복원을 실시한 결과를 나타낸 그래프로, 먼저 도 5에서는 무고장 상태에서 전체 센서들(30,40,50)의 신호를 수신하는 상태에서, 전방 좌측 차륜(12)의 속도센서(30)에 고장 또는 이상이 발생한 것을 모의하기 위해 수신되는 속도 신호에 0을 곱하여 청색선으로 표시하였다.Meanwhile, FIGS. 5 to 7 are diagnostics of sensor failures of the automatic driving vehicle according to the present invention, assuming that a failure has occurred in the
추정값으로 복원된 속도는 녹색선으로 표시하였고, 복원값의 정확성을 비교하기 위해 속도센서(30)가 정상일 때의 신호를 적색으로 표시하였는데, 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 의해 추정되어 복원된 값이 정상값을 잘 추정하고 있음을 알 수 있다.The speed restored as the estimated value is indicated by a green line, and the signal when the
다음, 도 6에서는 마찬가지로 무고장 상태에서 전체 센서들(30,40,50)의 신호를 수신하는 상태에서, 조향각센서(40)에 고장 또는 이상이 발생한 것을 모의하기 위해 수신되는 조향각에 0을 곱하여 청색선으로 표시하였다.Next, in FIG. 6, the steering angle received is multiplied by 0 to simulate a failure or abnormality in the
마찬가지로 추정값으로 복원된 조향각은 녹색선으로 표시하였고, 조향각센서(40)가 정상일 때의 신호를 적색으로 표시하여 비교한 결과, 본 발명에 의해 추정되어 복원된 조향각이 정상값을 잘 추정하고 있음을 확인할 수 있다.Similarly, the steering angle restored to the estimated value is indicated by a green line, and the signal when the
다음, 도 7에서는 무고장 상태에서 전체 센서들(30,40,50)의 신호를 수신하는 상태에서, 회전각속도센서(50)에 고장 또는 이상이 발생한 것을 모의하기 위해 수신되는 회전각속도에 0을 곱하여 청색선으로 표시하였다.Next, in FIG. 7, in the state in which the signals of the
추정값으로 복원된 회전각속도는 녹색선으로 표시하였고, 회전각속도센서(50)가 정상일 때의 신호를 적색으로 표시하여 비교한 결과, 마찬가지로 본 발명에 의해 추정되어 복원된 회전각속도가 정상값을 잘 추정하고 있음을 확인할 수 있다.The rotational angular velocity restored as the estimated value is indicated by a green line, and the signal when the rotational
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 의하면, 차량(1)의 기구학적 모델과, 차량(1)에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 임의의 2개 이상의 센서 고장 또는 이상이 동시에 발생되더라도 발생된 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있음과 동시에 센서의 고장 판별을 위한 물리적인 센서의 2중화 구조를 피하고, 통상의 자동운전차량(1)에 기본적으로 장착되어 있는 센서들을 이용하여 고장 진단 및 신호복원구조를 생성하므로 설치 공간상이 제약이 없을 뿐만 아니라 설치 및 운영 비용을 절감할 수 있고, 각 차륜(12,14,22,24) 간의 압력 차이 또는 펑크 등에 기인한 각 차륜(12,14,22,24)의 이상 여부를 차량(1)의 곡선부 또는 직선부 주행에 관계없이 확인할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.Therefore, according to the above-described diagnostic and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle according to the present invention, the kinematic model of the
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 의한 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법을 프로그램화하여 기록매체에 저장하거나 자동운전차량(1) 이외의 일반 차량이나 선박, 항공기 등의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 사용할 수 있도록 시스템화하는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.The above-described embodiments have been described with respect to the most preferred example of the present invention, but are not limited to the above-described embodiments, and the method of diagnosis and signal recovery for sensor failure of the automatic driving vehicle according to the present invention is programmed and stored in a recording medium. Or, various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention, such as systemization for use in diagnosis and signal recovery methods for sensor failures of general vehicles, ships, aircraft, etc. other than the automatic driving vehicle (1). It is obvious to those skilled in the art.
본 발명은 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 기구학적 모델과, 차량에 구비된 센서들에 의해 측정되는 조향각, 속도 및 회전각속도를 이용하여 상기 센서의 고장 또는 이상을 실시간으로 검지하고, 검지된 신호를 정상신호에 준하여 복구할 수 있도록 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diagnosis and signal recovery method for sensor failure of an automatic driving vehicle, and more specifically, by using a kinematic model of the vehicle and steering angle, speed and rotation angle speed measured by sensors provided in the vehicle. It relates to a diagnosis and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle to detect the failure or abnormality of the sensor in real time, and to recover the detected signal in accordance with the normal signal.
1 : (자동운전)차량 10 : 전방 차축
12 : 전방 좌측 차륜 14 : 전방 우측 차륜
20 : 후방 차축 22 : 후방 좌측 차륜
24 : 후방 우측 차륜 30 : 속도센서
40 : 조향각센서 50 : 회전각속도센서
S10 : 센서자료 입력단계 S20 : 제1오차계산단계
S22 : 제1중심점속도 연산단계 S24 : 제1중심점속도 결정단계
S26 : 제1차륜속도 추정단계 S28 : 제1오차 최대값 획득단계
S30 : 제2오차계산단계 S31 : 조향각 추정단계
S32 : 조향각 결정단계 S33 : 제2중심점속도 연산단계
S34 : 제2중심점속도 결정단계 S35 : 제2차륜속도 추정단계
S36 : 제2오차 최대값 획득단계 S40 : 고장진단단계
S50 : 신호복구단계1: (automatic driving) vehicle 10: front axle
12: front left wheel 14: front right wheel
20: rear axle 22: rear left wheel
24: rear right wheel 30: speed sensor
40: steering angle sensor 50: rotation angle speed sensor
S10: Sensor data input step S20: First error calculation step
S22: first center point speed calculation step S24: first center point speed determination step
S26: First wheel speed estimation step S28: First error maximum value acquisition step
S30: Second error calculation step S31: Steering angle estimation step
S32: Steering angle determination step S33: Second center point speed calculation step
S34: Second center point speed determination step S35: Second wheel speed estimation step
S36: second error maximum value acquisition step S40: failure diagnosis step
S50: Signal recovery stage
Claims (13)
상기 자동운전차량에 장착되는 속도센서, 조향각센서 및 회전각속도센서로부터의 신호를 수신하는 센서자료 입력단계와,
차량의 기구학적 모델과, 상기 조향각센서 및 속도센서로부터 수신한 조향각 및 속도를 이용하여 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하는 제1오차계산단계와,
차량의 기구학적 모델과, 상기 회전각속도센서 및 속도센서로부터 수신한 회전각속도 및 속도를 이용하여 조향각을 추정하고, 추정된 조향각을 이용하여 추정속도와 실측속도 사이의 오차를 구하는 제2오차계산단계와,
상기 제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값과 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값의 비교를 통해 상기 센서들의 고장여부를 진단하는 고장진단단계 및
상기 고장진단단계에서의 진단에 따라 고장이 발생된 센서의 신호를 복구시키는 신호복구단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
In the method of diagnosis and signal recovery for sensor failure of an automatic driving vehicle,
A sensor data input step of receiving signals from a speed sensor, a steering angle sensor, and a rotation angle speed sensor mounted on the automatic driving vehicle;
A first error calculation step of obtaining an error between the estimated speed and the measured speed using the kinematic model of the vehicle and the steering angle and speed received from the steering angle sensor and the speed sensor;
A second error calculation step of estimating the steering angle using the kinematic model of the vehicle and the rotational angular velocity sensor and the rotational angular velocity and speed received from the speed sensor, and obtaining an error between the estimated speed and the measured speed using the estimated steering angle Wow,
A failure diagnosis step of diagnosing the failure of the sensors by comparing the maximum value of the error calculated in the first and second error calculation steps with the first and second boundary values of the preset error, respectively.
Diagnosis and signal recovery method for the sensor failure of the automatic driving vehicle, characterized in that it comprises a signal recovery step of restoring the signal of the sensor having a failure according to the diagnosis in the failure diagnosis step.
상기 제1오차계산단계는,
속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도 및 조향각센서로부터 획득된 조향각을 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 연산하는 제1중심점 속도 연산단계와,
상기 제1중심점 속도 연산단계에서 연산된 각 차륜을 기준으로 한 중심점 속도들의 오차를 고려하여 중심점 속도를 결정하는 제1중심점 속도 결정단계와,
상기 제1중심점 속도 결정단계에서 결정된 중심점 속도를 이용하여 각 차륜의 속도를 추정하는 제1차륜 속도 추정단계 및
각 차륜의 추정 속도와 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 실측속도 사이의 오차를 계산하여 오차의 최대값을 획득하는 제1오차 최대값 획득단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
According to claim 1,
The first error calculation step,
A first center point speed calculating step of calculating a speed at a vehicle center point based on each wheel from a kinematic model of the vehicle by using the rotational speed at each wheel obtained from the speed sensor and the steering angle obtained from the steering angle sensor;
A first center point speed determination step of determining a center point speed in consideration of errors in center point speeds based on each wheel calculated in the first center point speed calculation step;
A first wheel speed estimation step of estimating the speed of each wheel using the center point speed determined in the first center point speed determination step, and
And a first error maximum value acquiring step of acquiring a maximum value of the error by calculating an error between the estimated speed of each wheel and the measured speed at each wheel obtained from the speed sensor. Fault diagnosis and signal recovery method.
상기 제1중심점 속도 연산단계에서는,
(여기서,
According to claim 2,
In the first center point speed calculation step,
(here,
상기 제1중심점 속도 결정단계에서는 제1중심점 속도 연산단계에서 연산된 4개의 중심점 속도 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 차량중심점에서의 속도로 결정하는 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
According to claim 3,
In the first center point speed determination step, after selecting any two of the four center point speeds calculated in the first center point speed calculation step to obtain an error, the average value of the two smallest errors is determined as the speed at the vehicle center point. Diagnosis and signal recovery method for sensor failure of the automatic driving vehicle, characterized in that.
상기 제1차륜 속도 추정단계에서는,
(여기서,
The method of claim 4,
In the first wheel speed estimation step,
(here,
상기 제2오차계산단계는,
속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도 및 회전각속도센서로부터 획득된 회전각속도를 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 조향각을 각각 추정하는 조향각 추정단계와,
상기 조향각 추정단계에서 추정된 조향각들의 오차를 고려하여 추정 조향각을 결정하는 조향각 결정단계와,
상기 조향각 결정단계에서 결정된 추정 조향각과 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 회전속도를 이용하여 차량의 기구학적 모델로부터 각 차륜을 기준으로 한 차량중심점에서의 속도를 연산하는 제2중심점 속도 연산단계와,
상기 제2중심점 속도 연산단계에서 연산된 각 차륜을 기준으로 한 중심점 속도들의 오차를 고려하여 중심점 속도를 결정하는 제2중심점 속도 결정단계와,
상기 제2중심점 속도 결정단계에서 결정된 중심점 속도를 이용하여 각 차륜의 속도를 추정하는 제2차륜 속도 추정단계 및
각 차륜의 추정 속도와 속도센서로부터 획득된 각 차륜에서의 실측속도 사이의 오차를 계산하여 오차의 최대값을 획득하는 제2오차 최대값 획득단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
According to claim 1,
The second error calculation step,
A steering angle estimating step of estimating a steering angle based on each wheel from the kinematic model of the vehicle using the rotational speed at each wheel obtained from the speed sensor and the rotational angular speed obtained from the rotational angular speed sensor;
A steering angle determination step of determining an estimated steering angle in consideration of errors of the steering angles estimated in the steering angle estimation step;
A second center point speed calculation step of calculating a speed at a vehicle center point based on each wheel from a kinematic model of the vehicle using the estimated steering angle determined in the steering angle determination step and the rotational speed at each wheel obtained from the speed sensor; ,
A second center point speed determination step of determining a center point speed in consideration of errors in center point speeds based on each wheel calculated in the second center point speed calculation step;
A second wheel speed estimation step of estimating the speed of each wheel using the center point speed determined in the second center point speed determination step, and
And a second error maximum value acquiring step of acquiring a maximum value of the error by calculating an error between the estimated speed of each wheel and the measured speed at each wheel obtained from the speed sensor. Fault diagnosis and signal recovery method.
상기 조향각 추정단계에서는,
(여기서,
The method of claim 6,
In the steering angle estimation step,
(here,
상기 조향각 결정단계에서는 조향각 추정단계에서 연산된 4개의 추정 조향각 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 추정 조향각으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
The method of claim 7,
In the steering angle determination step, the sensor of the automatic driving vehicle is characterized in that, after obtaining an error by selecting any two of the four estimated steering angles calculated in the steering angle estimation step, the average value of the two smallest errors is determined as the estimated steering angle. Fault diagnosis and signal recovery method.
상기 제2중심점 속도 연산단계에서는,
(여기서,
The method of claim 8,
In the second center point speed calculation step,
(here,
상기 제2중심점 속도 결정단계에서는 제2중심점 속도 연산단계에서 연산된 4개의 중심점 속도 중 임의의 2개를 선택하여 오차를 구한 후, 가장 오차가 작은 2개의 평균값을 차량중심점에서의 속도로 결정하는 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
The method of claim 9,
In the second center point speed determination step, an arbitrary two of the four center point speeds calculated in the second center point speed calculation step are selected to obtain an error, and then the average value of the two smallest errors is determined as the speed at the vehicle center point. Diagnosis and signal recovery method for sensor failure of the automatic driving vehicle, characterized in that.
상기 제2차륜 속도 추정단계에서는,
(여기서,
The method of claim 10,
In the second wheel speed estimation step,
(here,
상기 고장진단단계에서는,
제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값 보다 모두 작을 경우 모든 센서들이 정상인 것으로 판별하고,
제1오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1경계값 이상이고, 제2오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제2경계값 보다 작은 경우 조향각센서에 이상이 있는 것으로 판별하며,
제1오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제1경계값 보다 작고, 제2오차계산단계에서 연산된 오차의 최대값이 기설정된 오차의 제2경계값 이상인 경우 회전각속도센서에 이상이 있는 것으로 판별하고,
상기 제1 및 제2오차계산단계에서 각각 연산된 오차의 최대값이 모두 기설정된 오차의 제1 및 제2경계값 이상인 경우 속도센서에 이상이 있는 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 자동운전차량의 센서 고장에 대한 진단 및 신호복구 방법.
According to claim 1,
In the failure diagnosis step,
When the maximum value of the error calculated in the first and second error calculation steps is smaller than the first and second boundary values of the preset error, all sensors are determined to be normal,
Steering angle sensor when the maximum value of the error calculated in the first error calculation step is greater than or equal to the first threshold value of the preset error, and the maximum value of the error calculated in the second error calculation step is smaller than the second threshold value of the preset error. Is determined to be abnormal,
If the maximum value of the error calculated in the first error calculation step is smaller than the first threshold value of the preset error, and the maximum value of the error calculated in the second error calculation step is greater than or equal to the second threshold value of the preset error, the rotation angle speed sensor Is determined to be abnormal,
A sensor of an automatic driving vehicle characterized in that if the maximum value of the error calculated in each of the first and second error calculation steps is equal to or greater than the first and second boundary values of the predetermined error, it is determined that there is an abnormality in the speed sensor. Fault diagnosis and signal recovery method.
상기 신호복구단계에서는,
고장진단단계에서 조향각센서에 이상이 있는 것으로 판별된 경우, 제2오차계산단계에서 추정된 조향각으로 대체하도록 하고,
고장진단단계에서 회전각속도센서에 이상이 있는 것으로 판별된 경우, 제1오차계산단계에서 추정된 후륜의 속도를 이용하여,
(여기서,
In the signal recovery step,
If it is determined that the steering angle sensor is abnormal in the failure diagnosis step, the steering angle estimated in the second error calculation step is replaced,
When it is determined that the rotational angular velocity sensor is abnormal in the failure diagnosis step, using the speed of the rear wheel estimated in the first error calculation step,
(here,
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|---|---|---|---|
| KR1020180127345A KR102102866B1 (en) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Fault dianosis and signal recovery method for failure sensors of automatically operated vehicles |
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