지자기 센서 및 GPS를 이용한 효율적 차량 자세 추정 방법

Abstract

차량 자세 제어 장치(ESC)는 지난 수 년간 급속하게 발전하였다. 차량의 자세와 슬립 각에 대한 정보는 차량 자세 제어 장치에 의하여 차량의 안정성 제어를 수행함에 있어 결정적 요소로 작용한다. 따라서, 차량의 자세와 슬립 각에 대한 추정기가 여러 방법을 통하여 제안되었다. 대부분의 추정기는 bicycle 모델과 6D IMU를 사용하여 구성되어 있다. 그러나 기본적인 ESC 시스템은 고가의 센서를 탑재하고 있지 않고, 제한적인 정보를 사용하여 차량의 상태를 추정하기에 많은 사전 실험과 조정 단계를 거친다. 그러나 이러한 조정 단계는, 조정이 이루어 지지 않은 상황에서의 성능까지 보장하지는 못한다. 본 연구의 목표는 비용 효율적이며, 강건하고, 적용성이 향상된 차량 자세 추정기를 개발하는 것이다. 제안하는 추정기는 3축 자기장 센서와 GPS 수신기, 기본적인 ESC 센서 구성을 필요로 하며, 이는 최근에 출시되는 차량에서 쉽게 찾을 수 있다. 전체 추정 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다: 첫번째로 확장 칼만 필터와 TRIAD 알고리즘, GPS 기반의 보상기를 결합한 오일러 각도 추정기를 제안한다. 이후 오일러 각도 추정기를 바탕으로 kinematic 모델을 기반으로 하며 GPS를 이용한 보상기를 갖춘 슬립 각도 추정기를 제안한다. 해당 추정기는 노면의 마찰계수, 경사와 같은 외부 조건에 대하여 강건성을 지닌다. 제안된 추정기들의 성능은 상용 차량 시뮬레이션 소프트웨어 Carsim 및 실차 실험을 통하여 검증되었다.