KR20140073977A

KR20140073977A - 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법

Info

Publication number: KR20140073977A
Application number: KR1020120142057A
Authority: KR
Inventors: 서해진; 유종일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-17
Also published as: CN103868523A; KR101417456B1; US20140163808A1

Abstract

GPS정보와 차속정보를 통하여 지도정보와의 매칭을 수행하고 도로의 곡률을 판단하는 판단단계; 도로곡률을 조향각정보 및 차속정보로 보정하여 지도기반방향각을 산출하는 산출단계; 및 요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각을 비교하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 도출단계;를 포함하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법이 소개된다.

Description

차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법 {METHOD FOR OBTAINING BIAS OF YAWRATE SENSOR FOR VEHICLE}

본 발명은 곡선주행 또는 험로주행시에도 요레이트센서 등의 바이어스를 정확하게 탐지하여 차량 방향각과 거동량 산출의 오차를 줄이기 위한 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법에 관한 것이다.

차량에서의 방향각(yaw degree)은 종래에 GPS를 이용해 계산하였으나 그 수신횟수가 초당 1회로 실시간 계산이 힘들고 음영지역에서 오작동의 우려가 있어 Yaw-rate(요레이트) 센서를 이용해 보완하는 방법이 주로 사용되고 있다.

그러나, 차량용 Yaw-rate 센서의 경우 단가 및 사이즈의 제한으로 인해 대부분 MEMs 센서가 사용된다. 이러한 MEMs gyro rate센서는 열 잡음, 지구의 공전 영향 등으로 인해 특유의 bias를 갖고 이는 방향각을 구할 때 오차로 작용하게 된다.

특히 이러한 Yaw-rate bias(바이어스)의 경우 주변환경에 민감하고 그 예측이 어려워 이를 추정하기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다.

본 발명은 지도 정보 중 도로의 곡률 정보를 이용해 Yaw-rate 센서의 bias를 추정하는 방법 및 이를 프로파일링 하여 차량의 방향각 추정의 정확도를 높이는 방법에 관한 것이다. 또한 이 방법은 지도 정보에 따라 Yaw-rate 뿐만 아니라, Roll, Pitch-rate의 bias를 구하는데도 사용될 수 있다.

현재 출시되는 차량의 경우 GPSDR의 일환으로 Yaw-rate 센서를 이용한 방향각 추정 알고리즘이 사용되고 있으며, 이의 정확도를 높이기 위한 Yaw-rate bias 추정 방법은 차량의 주행 상태를 판별하여 정차 상태이거나 직진 주행 상태일 때 Yaw-rate의 평균값을 취하는 것이다.

그러나, 이러한 방법은 해당 주행 상태에서의 Yaw-rate bias는 추정 가능할 수 있으나 이외의 주행상태, 예를 들면 커브 길에서 변화하는 Yaw-rate bias의 추정은 불가능하다. 이는 방향각을 추정할 때 오차로 작용될 수 있으며, 따라서 Yaw-rate를 누적하여 방향각을 구할 때는 Yaw-rate가 꾸준히 변화하는 상황에서의 bias 추정 기법이 요구된다.

종래의 KR10-2006-0032465 A "자이로스코프 영점 설정 장치 및 방법"은 "회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프와, GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기와, 상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 디지털화 하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 GPS 수신 결과로부터 차량의 속도와 방향각을 검출하여 차량 직진 주행 여부를 감지하며, 상기 차량 직진 주행이 감지되면 상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 필터링 하여 자이로스코프 영점 기준값을 구하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 장치"를 제시하였다. 그러나 이러한 기술에 의할 경우에도 요레이트센서 자체의 오차를 넘어설 수는 없는바, 좀 더 정확한 오차를 산출하여 방향각의 계산에 산입하는 방안이 필요하였던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2006-0032465

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 곡선주행로 등과 같이 요레이트가 꾸준히 변화되는 환경에서도 요레이트센서의 바이어스를 정확히 추종함으로써 좀 더 정확한 방향각을 산출하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법은, GPS정보와 차속정보를 통하여 지도정보와의 매칭을 수행하고 도로의 곡률을 판단하는 판단단계; 도로곡률을 조향각정보 및 차속정보로 보정하여 지도기반방향각을 산출하는 산출단계; 및 요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각을 비교하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 도출단계;를 포함한다.

상기 GPS정보에는 위치, 속도 또는 방향각 중 하나 이상의 정보가 포함될 수 있다.

상기 도출단계는 지도기반방향각을 미분하여 지도기반각속도를 도출하고, 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 통하여 요레이트센서의 바이어스를 도출할 수 있다.

상기 도출단계는 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 평균하여 요레이트센서의 바이어스를 도출할 수 있다.

상기 도출단계는, 요레이트센서의 계측값에서 요레이트센서의 바이어스를 제거하여 요레이트센서의 보정값을 계산하는 보정단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 보정단계는, 지도기반방향각을 이용하여 요레이트센서의 보정값을 필터링함으로써 필터링된 요레이트센서의 보정값을 얻는 필터단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 도출단계는, 요레이트센서의 바이어스를 구간마다 저장하는 저장단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 저장단계는, 동일한 구간을 지날 경우 요레이트센서의 바이어스를 다시 도출하고, 기저장된 요레이트센서의 바이어스 저장값과 비교하는 비교단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 비교단계는, 요레이트센서의 바이어스 저장값과의 비교를 통해 현재 차량의 거동이상 또는 노면의 이상 여부를 판단하는 체크단계;를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법에 따르면, 곡선주행로 등과 같이 요레이트가 꾸준히 변화되는 환경에서도 요레이트센서의 바이어스를 정확히 추종함으로써 좀 더 정확한 방향각을 산출할 수 있다.

또한, Yaw-rate 센서를 이용한 방향각 판단시 정확도가 향상되고, 곡선도로 주행 시에도 변화하는 바이어스를 능동적으로 추정/보정함으로써 방향각 판단 시 정확도가 향상된다.

그리고, 지도 정보에 도로의 경사도(pitch) 및 기울기(roll)등이 포함되어 있다면 Pitch 및 Roll 방향의 Gyro-rate 센서에 대한 bias 추정에도 적용이 가능하다.

또한, 특정 구간의 Gyro bias를 프로파일링 해 해당 구간을 지날 때 적용함으로써 bias 계산 정확도가 향상될 수 있고, 프로파일링 된 bias 값과 계산된 bias 값의 차이를 분석해 차량의 흔들림 상태 및 노면의 상태 추정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 지도기반방향각 산출을 나타낸 블록도.
도 3은 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 바이어스 도출을 나타낸 블록도.
고 4는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 이용한 방향각도출을 나타낸 블록도.
도 5는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 이용한 거동 이상을 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 지도기반방향각 산출을 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 바이어스 도출을 나타낸 블록도이고, 고 4는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 이용한 방향각도출을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법은 곡선주행로 등과 같이 요레이트가 꾸준히 변화되는 환경에서도 요레이트센서의 바이어스를 정확히 추종함으로써 좀 더 정확한 방향각을 산출하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명의 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법은, GPS정보와 차속정보를 통하여 지도정보와의 매칭을 수행하고 도로의 곡률을 판단하는 판단단계; 도로곡률을 조향각정보 및 차속정보로 보정하여 지도기반방향각을 산출하는 산출단계; 및 요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각을 비교하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 도출단계;를 포함한다.

즉, 우선 판단단꼐에서 지도정보를 기반으로 한 도로의 곡률을 판단하는 과정을 거친다. 그 후 도로의 곡률을 이용하여 이를 조향각 등으로 보정함으로써 정확한 차량의 계산된 방향각을 산출한다. 그리고 도출단계에서 이를 미분하여 각속도로 고치고 그것과 요레이트센서의 계측값의 차이를 통하여 실시간으로 바이어스를 추정하는 것이다.

구체적으로, 먼저 판단단계를 수행한다. 판단단계에서는 GPS정보와 차속정보를 통하여 지도정보와의 매칭을 수행하고 도로의 곡률을 판단한다. 여기에서의 GPS정보에는 위치, 속도 또는 방향각 중 하나 이상의 정보가 포함될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 지도기반방향각 산출을 나타낸 블록도로서, 지도정보를 불러오고 이에, 현재 차량을 대입한다. 차량의 경우 GPS를 통하여 획득한 기본적인 위치, 속도, 방향각을 대입하여 지도상에 매칭한다. 그리고 이에는 차속정보가 포함되어 차량의 이동거리를 통해 GPS의 정보를 수정할 수 있다. 이러한 과정을 거쳐 현재 차량이 주행하고 있는 도로의 곡률정보를 산출한다.

한편, 산출된 도로곡률을 조향각정보 및 차속정보로 보정하여 지도기반방향각을 산출하는 산출단계를 수행한다. 즉, 도로곡률이 산출된 경우 차량은 그 곡률을 따라 방향각이 변화될 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 차량의 도로곡률에 따라 예상궤적을 산출할 경우, 이를 조향각과 차속을 이용하여 도출한 예상궤적과 비교함으로써 예상되는 방향각을 보정할 수 있는 것이다.

또는 현재의 방향각의 경우에는 현재 차량이 위치한 지점의 도로곡률에 따라 차량의 방향각을 결정하되, 이를 현재의 조향각을 대비하여 그 평균값을 내는 등의 방법으로 적절히 보정함으로써 비교적 정확한 차량의 방향각을 알 수 있는 것이다.

이는 어디까지나 지도의 정보에 근거하고 이를 보정한 값으로써 지도기반방향각으로 볼 수 있다.

그리고, 요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각을 비교하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 도출단계를 수행한다. 도 3은 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법의 바이어스 도출을 나타낸 블록도로서, 요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각의 차이로부터 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 것이다.

이를 위해, 지도기반방향각을 미분하여 지도기반각속도를 도출하고, 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 통하여 요레이트센서의 바이어스를 도출한다.

그리고, 도출단계에서는 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 평균하여 요레이트센서의 바이어스를 도출할 수도 있을 것이다. 요레이트센서의 계측값과 지도기반각속도의 경우 모두 실시간으로 산출되는 값이기 때문이다.

한편, 도 5는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 이용한 거동 이상을 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 상기 도출단계는, 요레이트센서의 계측값에서 요레이트센서의 바이어스를 제거하여 요레이트센서의 보정값을 계산하는 보정단계;를 더 포함할 수 있다. 이는 실제 주행시 도출된 바이어스를 대입하여 실측된 요레이트센서의 계측값의 보정값을 계산하는 것이다.

그리고, 상기 보정단계는, 지도기반방향각을 이용하여 요레이트센서의 보정값을 필터링함으로써 필터링된 요레이트센서의 보정값을 얻는 필터단계;를 더 포함할 수 있다. 필터의 경우 칼만필터, 알파베타필터 등의 다양한 기법을 적용함으로써 보다 정확한 요레이트센서의 보정값을 얻을 수 있는 것이다. 그리고 최종적으로는 이러한 요레이트센서의 보정값을 이용하여 차량의 방향각 산출에 이용하는 것이다.

한편, 도 5는 도 1에 도시된 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법을 이용한 거동 이상을 판단하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 상기 도출단계는, 요레이트센서의 바이어스를 구간마다 저장하는 저장단계;를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 저장단계는, 동일한 구간을 지날 경우 요레이트센서의 바이어스를 다시 도출하고, 기저장된 요레이트센서의 바이어스 저장값과 비교하는 비교단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 비교단계는, 요레이트센서의 바이어스 저장값과의 비교를 통해 현재 차량의 거동이상 또는 노면의 이상 여부를 판단하는 체크단계;를 더 포함할 수 있다.

즉, 차량이 특정 도로를 지날 때 해당 속도별/구간별로 요레이트센서의 바이어스를 계산하여 저장하고, 나중에 동일 구간을 재주행할 때 저장된 값을 이용하여 요레이트센서의 바이어스를 다시 계산함으로써 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 동일 구간을 재주행할 때 저장된 값과 다시 계산된 값의 요레이트센서 바이어스를 비교하여 노면의 상태 또는 차량의 흔들림 상태를 추정할 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims

GPS정보와 차속정보를 통하여 지도정보와의 매칭을 수행하고 도로의 곡률을 판단하는 판단단계;
도로곡률을 조향각정보 및 차속정보로 보정하여 지도기반방향각을 산출하는 산출단계; 및
요레이트센서의 계측값과 지도기반방향각을 비교하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 도출단계;를 포함하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 1에 있어서,
상기 GPS정보에는 위치, 속도 또는 방향각 중 하나 이상의 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 1에 있어서,
상기 도출단계는 지도기반방향각을 미분하여 지도기반각속도를 도출하고, 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 통하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 3에 있어서,
상기 도출단계는 지도기반각속도와 요레이트센서의 계측값의 차이를 평균하여 요레이트센서의 바이어스를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 1에 있어서,
상기 도출단계는, 요레이트센서의 계측값에서 요레이트센서의 바이어스를 제거하여 요레이트센서의 보정값을 계산하는 보정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 5에 있어서,
상기 보정단계는, 지도기반방향각을 이용하여 요레이트센서의 보정값을 필터링함으로써 필터링된 요레이트센서의 보정값을 얻는 필터단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 1에 있어서,
상기 도출단계는, 요레이트센서의 바이어스를 구간마다 저장하는 저장단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 7에 있어서,
상기 저장단계는, 동일한 구간을 지날 경우 요레이트센서의 바이어스를 다시 도출하고, 기저장된 요레이트센서의 바이어스 저장값과 비교하는 비교단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.
청구항 8에 있어서,
상기 비교단계는, 요레이트센서의 바이어스 저장값과의 비교를 통해 현재 차량의 거동이상 또는 노면의 이상 여부를 판단하는 체크단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 요레이트센서의 바이어스 획득방법.