KR100224927B1 - Car navigation device for detecting inconsistancy between movement vechicle and that of wheel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 바퀴의 움직임과 차량의 움직임의 불일치를 가속도계와 각속도계를 이용하여 감지하여 차량 항법 장치에서 발생할 수 있는 위치 측정 오차의 크기를 감소시킬 수 있는 차량 항법 장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량 항법 장치로, 차량의 진행방향을 측정하는 제1센서부와, 바퀴의 회전량을 감지하는 제2센서부와, 차량의 운동 가속도를 감지하는 제3센서부와, 상기 제2센서부와 제3센서부로부터의 신호를 받아 차량의 운동상태와 바퀴의 회전 불일치를 소정의 수학식에 의해 검사하고, 상기 검사된 결과에 따라 불일치의 여부 및 불일치 값의 크기를 전달하는 운동 감지부와, 상기 제1센서부와 운동 감지부의 출력으로부터 차량의 이동방향 및 이동량을 측정하는 추측 항법 연산부와, 상기 추측 항법 연산부의 오차를 보정하기 위한 지도정보를 제공하는 지도 데이터부와, 상기 추측 항법 연산부로부터의 출력과 차량의 위치 및 고도의 정보를 포함하는 위성 측위 신호를 수신하는 위성신호 수신부와, 상기 위성신호 수신부의 출력으로부터 상기 추측 항법 연산부의 오차를 추정하는 오차 추정부와, 상기 추측 항법 연산부의 출력을 상기 지도 데이터와 결합하여 표시하는 표시부를 구비함을 특징으로 한다.The present invention relates to a vehicle navigation apparatus capable of reducing a magnitude of position measurement error that can occur in a vehicle navigation apparatus by detecting an inconsistency between a wheel movement of a vehicle and a movement of the vehicle using an accelerometer and an angular speedometer. The present invention provides a vehicle navigation apparatus comprising: a first sensor unit for measuring a moving direction of a vehicle, a second sensor unit for detecting a rotation amount of a wheel, a third sensor unit for detecting a movement acceleration of the vehicle, and the second Receives signals from the sensor unit and the third sensor unit, and detects the vehicle's motion state and the wheel's rotation mismatch by a predetermined equation, and detects the motion and transmits the magnitude of the mismatch value according to the result of the test. And a speculative navigation calculator for measuring a moving direction and a moving amount of the vehicle from the outputs of the first sensor unit and the motion detector, a map data unit for providing map information for correcting an error of the speculative navigation calculator, and the speculative calculation. A satellite signal receiver for receiving a satellite positioning signal including the output from the navigation calculator and the position and altitude of the vehicle; and the estimated term from the output of the satellite signal receiver. The map and the error estimator for estimating the error in the operation unit, the output of the dead reckoning operation unit is characterized in that a display that displays in conjunction with the data.

Description

차량의 운동상태와 바퀴의 움직임의 불일치를 감지하는 차량 항법 장치{CAR NAVIGATION DEVICE FOR DETECTING INCONSISTANCY BETWEEN MOVEMENT VECHICLE AND THAT OF WHEEL}CAR NAVIGATION DEVICE FOR DETECTING INCONSISTANCY BETWEEN MOVEMENT VECHICLE AND THAT OF WHEEL}

본 발명은 차량 항법 장치에 관한 것으로, 특히 차량의 운동상태와 바퀴의 움직임의 불일치를 감지하여 보다 정확한 항법을 가능하게 하는 차량 항법 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle navigation apparatus, and more particularly, to a vehicle navigation apparatus that detects a mismatch between a movement state of a vehicle and a movement of a wheel and enables more accurate navigation.

일반적으로, 차량 항법 시스템은 인공위성을 이용한 위치 측정 시스템(GPS)과 디지털 (Digital) 지도, 속도계, 차량의 진행방향을 측정하는 센서를 적절히 혼합하여 사용한다. 차량의 대략적인 위치는 상기 GPS를 이용하여 찾을 수 있지만, 이 경우 위치 정확도는 약 100미터(meter) 가까이 오차가 발생하므로 이것만으로는 실용적인 항법 장치를 만들수가 없다. 그러므로, 상기 GPS외의 추가적인 위치 검출 방법이 요구된다. 일반적으로, 차량의 초기위치를 안다는 가정하에서 진행속도와 진행방향을 알면 차량의 현재위치를 적산을 통하여 구한다. 이와 같은 형태와 항법 시스템에서는 차량의 진행속도를 감지하기 위해서 바퀴의 회전을 이용한다. 즉 바퀴의 회전수에 비례하는 펄스(pulse)를 발생하는 속도계로부터 펄스의 수를 적산하여 이동거리를 산출하는 방법을 사용한다. 또한 진행방향은 각속도계를 이용하여 측정한다.In general, a vehicle navigation system uses a combination of a satellite positioning system (GPS), a digital map, a speedometer, and a sensor for measuring a moving direction of the vehicle. The approximate position of the vehicle can be found using the GPS, but in this case, the positional accuracy may be close to about 100 meters, so this alone does not make a practical navigation device. Therefore, an additional position detection method other than the GPS is required. In general, on the assumption that the initial position of the vehicle is known, the current position of the vehicle is obtained through integration by knowing the traveling speed and the traveling direction. This type and navigation system uses the rotation of the wheels to detect the speed of the vehicle. That is, a method of calculating a moving distance by integrating the number of pulses from a speedometer that generates a pulse proportional to the number of revolutions of the wheel is used. The direction of travel is also measured using an angular speedometer.

정상적인 운행상태가 아닌, 노면이 미끄럽거나 모래와 같은 물질로 덮여있는 경우 바퀴의 회전량과 차량의 이동량은 일치하지 않게 된다. 즉 바퀴는 회전하는데 차가 움직이지 않거나, 바퀴는 움직이지 않는데 차가 미끄러지는 경우 등이 발생한다. 이런 경우에 항법 장치는 바퀴의 움직임을 기준으로 차량의 움직임을 판단하므로 차량의 위치 추정에 오차가 발생한다. 이러한 현상은 실제상황에서 발생하는 오차의 정도는 작지만 수시로 일어나므로 이런 오차가 누적되면 항법 장치의 위치 정확도를 저하시키는 결과를 가져온다.If the road surface is covered with a slippery or sandy material that is not in normal driving conditions, the amount of wheel rotation and the amount of movement of the vehicle will not match. In other words, when the wheel is rotating but the car does not move, or the wheel does not move, the car slips, and so on. In this case, since the navigation apparatus determines the movement of the vehicle based on the movement of the wheel, an error occurs in the position estimation of the vehicle. These phenomena occur in real situations, but the degree of error is small but occurs frequently, and when these errors accumulate, the positional accuracy of the navigation system is reduced.

본 발명의 목적은 차량의 바퀴와 차량의 움직임 불일치를 가속도계와 각속도계를 이용하여 감지하고, 이를 계산하여 위치에 대한 측정 오차 크기를 감소시킬 수 있는 차량 항법 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a vehicle navigation apparatus that can sense the misalignment of the wheels of the vehicle and the movement of the vehicle by using an accelerometer and an angular speed meter and calculate the calculated error to reduce the magnitude of the measurement error for the position.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 항법 장치를 보여주는 블록도.1 is a block diagram showing a vehicle navigation apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 본 발명은 차량 항법 장치로, 차량의 진행방향을 측정하는 제1센서부와, 바퀴의 회전량을 감지하는 제2센서부와, 차량의 운동 가속도를 감지하는 제3센서부와, 상기 제2센서부와 제3센서부로부터의 신호를 받아 차량의 운동상태와 바퀴의 회전 불일치를 소정의 수학실에 의해 검사하고, 상기 검사된 결과에 따라 불일치의 여부 및 불일치 값의 크기를 전달하는 운동 감지부와, 상기 제1센서부와 운동 감지부의 출력으로부터 차량의 이동방향 및 이동량을 측정하는 추측 항법 연산부와, 상기 추측 항법 연산부의 오차를 보정하기 위한 지도정보를 제공하는 지도 데이터부와, 상기 추측 항법 연산부로부터의 출력과 차량의 위치 및 고도의 정보를 포함하는 위성 측위 신호를 수신하는 위성신호 수신부와, 상기 위성신호 수신부의 출력으로부터 상기 추측 항법 연산부의 오차를 추정하는 오차 추정부와, 상기 추측 항법 연산부의 출력을 상기 지도 데이터와 결합하여 표시하는 표시부를 구비함을 특징으로 한다.According to the technical idea of the present invention for achieving the above object, the present invention is a vehicle navigation apparatus, the first sensor unit for measuring the direction of travel of the vehicle, the second sensor unit for detecting the amount of rotation of the wheel, the vehicle A third sensor unit for detecting the acceleration of movement of the vehicle, and receiving a signal from the second sensor unit and the third sensor unit, inspecting an inconsistency of the movement of the vehicle and the rotation of the wheel by a predetermined math room, and checking the result According to the motion detection unit for transmitting the size of the discrepancy and whether there is a discrepancy value, the dead reckoning operation unit for measuring the movement direction and the amount of movement of the vehicle from the output of the first sensor unit and the motion detection unit, and the error Satellite data receiving a satellite positioning signal including a map data unit for providing map information for correction, the output from the dead reckoning unit and the position and altitude information of the vehicle And it characterized in that it includes a receiver and the error estimator for estimating the error in the dead reckoning calculation unit from the output of the satellite signal reception unit, a display unit for displaying the map data in combination with the output from the dead reckoning calculation unit.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 항법 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 차량의 진행방향을 측정하는 센서부 예를들면 진행방향 감지기 10과, 바퀴의 회전량을 감지하는 센서부 예를들면 차속계 20과, 차량의 운동 가속도를 감지하는 센서부 예를들면 가속도계 30과, 상기 차속계 20과 가속도계 30으로부터의 신호를 받아 차량의 운동상태와 바퀴의 회전의 불일치를 판단하고 이의 여부와 그 크기를 추측 항법 연산부 50에 전달하는 운동 감지부 40과, 진행방향 감지기 10과 운동 감지부 40의 출력으로부터 차량의 이동 방향 및 이동량을 측정하는 추측 항법 연산부 50과, 상기 추측 항법 연산부 50의 오차를 보정하기 위한 지도정보를 제공하는 지도 데이터부 60과, 추측 항법 연산부 50과 차량의 위치, 고도등의 정보를 포함하는 위성 측위 신호를 수신하는 위성신호 수신부 70의 출력으로부터 추측 항법 연산부 50의 오차를 추정하는 오차 추정부 80과, 추측 항법 연산부 50의 출력을 지도 데이터부 60과 결합하여 표시하는 표시부 90으로 구성되어 있다. 특히 운동 감지부 40은 가속도계 30과 바퀴의 회전량 감지를 위한 차속계 20의 출력을 이용하여 각각에 의한 차량의 현재속도 추정값을 구하고 이러한 두가지 센서부를 이용하여 차량의 현재의 운동상태를 파악하며 그 결과와 적절한 차량속도의 추정값을 추측 항법 연산부 50에 전달하는 기능을 갖는다. 또한 이러한 차량 항법 장치는 차량의 바퀴가 헛도는 상태 및 바퀴는 고정되어도 차량이 움직이는 상태를 감지하여 정확한 차량의 움직임을 알아내고 이를 이용하여 항법의 정밀도를 높일 수 있다.1 is a block diagram showing a vehicle navigation apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a sensor unit for measuring a moving direction of a vehicle, for example, a travel direction sensor 10, a sensor unit for detecting a rotation amount of a wheel, for example, a vehicle speedometer 20, and a sensor unit for detecting an acceleration of a vehicle For example, the motion sensor 40 receives a signal from the accelerometer 30, the vehicle speedometer 20, and the accelerometer 30 to determine a mismatch between the state of movement of the vehicle and the rotation of the wheel, and transmits the result to the dead reckoning calculation unit 50. A map estimation unit 60 providing a map navigation unit 50 for measuring a moving direction and the amount of movement of the vehicle from the outputs of the traveling direction detector 10 and the motion detection unit 40, and map information for correcting an error of the guess navigation unit 50; The misplacement of the dead reckoning operation unit 50 is determined from the output of the dead reckoning calculation unit 50 and the satellite signal receiving unit 70 which receives the satellite positioning signal including information on the position and altitude of the vehicle. The output of the error estimation unit 80, a dead reckoning calculation unit 50 estimating a consists of a display unit 90 that displays in conjunction with a map data unit 60. In particular, the motion detection unit 40 obtains an estimate of the vehicle's current speed by using the accelerometer 30 and the output of the vehicle speedometer 20 for detecting the rotation amount of the wheels, and uses the two sensors to determine the current state of movement of the vehicle. It has a function of passing the result and the estimated value of the appropriate vehicle speed to the dead reckoning calculation unit 50. In addition, the vehicle navigation apparatus can detect the exact state of the vehicle by detecting the state of the vehicle moving even if the wheel of the vehicle is idle and the wheel is fixed, and can increase the precision of navigation by using the same.

본 발명의 차량 항법 장치는 종래의 차량 항법 장치에 가속도계 30과 운동감지부 40을 추가로 부착한 형태이다. 가속도계 30의 출력을 적산하면 속도를 얻을 수 있다. 한편 차량의 속도는 바퀴의 회전수를 측정하여서도 얻어진다. 가속도계 30은 차량의 움직임 자체를 측정하는 것이므로, 바퀴의 움직임과는 무관하게 출력을 얻을 수 있다. 그러므로, 이 두가지 센서부 즉, 가속도계 30 및 차속계 20의 출력을 비교하면 바퀴의 움직임과 차량의 움직임의 불일치, 즉 바퀴의 미끄러짐이나 헛돎을 측정할 수 있다. 이를 예를들어 설명하면 가속도계 30의 출력이 작을 때 바퀴의 회전수가 많은 것으로 측정되면 이것은 바퀴가 헛돌고 있음을 알려주는 것이고 바퀴의 회전수는 낮게 측정되는데 가속도계의 출력이 큰 값을 보이면 이는 차량이 어느 방향으로 미끄러지고 있음을 알려 주는 것이다. 한편 차속계와 진행방향 감지기, 위성신호를 이용한 측위기, 지도데이터를 이용하는 일반적인 차량 항법 장치에서 차량의 현재 위치는 차속계의 출력 V, 진행방향 감지기의 출력 ψ를 이용하여 다음과 같이 구해진다. 이때 P는 차량의 위치를 나타내고 아래첨자 N, E는 남북방향 및 동서방향 성분임을 나타낸다.The vehicle navigation apparatus of the present invention is a form in which the accelerometer 30 and the motion sensing unit 40 are additionally attached to the conventional vehicle navigation apparatus. The speed can be obtained by integrating the output of accelerometer 30. The speed of the vehicle is also obtained by measuring the number of revolutions of the wheel. Since the accelerometer 30 measures the movement of the vehicle itself, the output can be obtained regardless of the movement of the wheel. Therefore, by comparing the outputs of these two sensor units, that is, the accelerometer 30 and the vehicle speedometer 20, it is possible to measure the discrepancy between the movement of the wheel and the movement of the vehicle, that is, the slippage or aft of the wheel. To illustrate this, if the output of the accelerometer 30 is measured as having a low number of revolutions of the wheel, this indicates that the wheel is spinning and the number of revolutions of the wheel is measured low. It tells you which way you are sliding. On the other hand, the current position of the vehicle in a vehicle navigation system using a speedometer, a direction sensor, a positioning device using satellite signals, and map data is obtained as follows using the output V of the speedometer and the output ψ of the direction sensor. In this case, P denotes the position of the vehicle and subscripts N and E denote components of north-south direction and east-west direction.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

Figure kpo00002
Figure kpo00002

상기 수학식 1과 수학식 2에서 보이듯이, 차량의 현재속도는 차속계에 의한 속도 측정값 υ를 차량의 속도로 이용한다. 한편 가속계를 이용하면 다음의 관계식을 얻는다.As shown in Equation 1 and Equation 2, the current speed of the vehicle uses the speed measurement value v by the vehicle speedometer as the speed of the vehicle. Using an accelerometer, on the other hand, we obtain

Figure kpo00003
Figure kpo00003

차속계의 출력 υ와 가속도계에 의한 속력 υa는 정상적인 경우에는 차이가 작다. 그러나 차가 미끄러지는 경우에는 바퀴의 회전은 거의 없으므로 차속계의 출력 υ는 아주 작은 값을 보이고 가속도계에 의한 속력 측정값은 큰 값을 보이게 된다. 또한 바퀴가 헛도는 경우에는 이와 반대의 결과가 나타난다. 그러므로 차속계의 출력 υ와 가속도계에 의한 속력 υa를 비교하면 차량의 정확한 운행상태를 판단할 수 있다. 또한 이 두 경우에는 차속계의 출력은 신뢰할 수 없는 상태이므로 가속도계에 의한 속력 추정값 υa를 속력으로 사용하도록 한다. 이와 같은 과정을 통해서 차량의 운행상태를 보다 정확히 반영하여 현재위치를 찾을 수 있다. 또한 이러한 차량 항법 장치는 위성 신호 수신부에 의해 수신된 위성 측위 신호와 항법 센서부들에서 얻어지는 정보를 이용하여 차량의 현재위치를 계산하고, 계산된 현재 위치를 지도 데이터부에서 읽어낸 해당지역의 데이터와 함께 표시 장치에 표시함으로써 차량이 이동하는데에 따른 계속적인 위치변화를 표시할 수 있도록 하는 항법 장치의 기본적인 기능을 행한다.The difference between the output υ of the speedometer and the speed υ a by the accelerometer is small. However, when the car slips, there is little wheel rotation, so the output υ of the speedometer shows a very small value and the speed measurement by the accelerometer shows a large value. If the wheels are idle, the opposite is true. Therefore, comparing the output υ of the speedometer with the speed υ a by the accelerometer can determine the exact driving condition of the vehicle. In both cases, the output of the speedometer is unreliable, so use the speed estimate υ a by the accelerometer as the speed. Through this process, the current location can be found by more accurately reflecting the driving state of the vehicle. In addition, the vehicle navigation apparatus calculates the current position of the vehicle using the satellite positioning signal received by the satellite signal receiver and the information obtained from the navigation sensor units, and calculates the current position of the vehicle from the map data unit. Together with the display device, the navigation device performs a basic function of displaying the continuous change of position as the vehicle moves.

상기한 본 발명에 따르면, 차량의 실제 움직임과 바퀴의 움직임이 불일치하는 경우를 검출하고 이때 가속도계와 각속도계의 출력으로부터 차량의 움직임을 감지하여 차량 항법에 필요한 현재의 차량위치를 계산할 수 있는 데이터를 제공하고 이를 통하여 차량 항법 장치가 측정한 차량의 현재위치가 가질 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to detect a case where the actual movement of the vehicle and the wheel movement is inconsistent, and at this time, to detect the movement of the vehicle from the outputs of the accelerometer and the tachometer, and to calculate the current vehicle position required for the vehicle navigation. This provides the effect that the current position of the vehicle measured by the vehicle navigation apparatus can have.

상기한 본 발명은 도면을 중심으로 예를들어 한정되었지만, 그 동일한 것은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변화와 변형이 가능함이 본 분야의 숙련된 자에게 있어 명백할 것이다.Although the present invention described above is limited to, for example, the drawings, the same will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.

Claims (1)

차량 항법 장치에 있어서,In a vehicle navigation system, 차량의 진행방향을 측정하는 제1센서부와,A first sensor unit measuring a moving direction of the vehicle; 바퀴의 회전량을 감지하는 제2센서부와,A second sensor unit detecting a rotation amount of the wheel, 차량의 운동 가속도를 감지하는 제3센서부와,A third sensor unit for detecting a movement acceleration of the vehicle, 상기 제2센서부와 제3센서부로부터의 신호를 받아 차량의 운동상태와 바퀴의 회전 불일치를 하기 수학식 4 내지 수학식 6에 의해 검사하고, 상기 검사된 결과에 따라 불일치의 여부 및 불일치 값의 크기를 전달하는 운동 감지부와,In response to the signals from the second sensor unit and the third sensor unit, the vehicle motor state and the wheel mismatch are inspected by Equation 4 to Equation 6 below. With a motion detector to transmit the size of, 상기 제1센서부와 운동 감지부의 출력으로부터 차량의 이동방향 및 이동량을 측정하는 추측 항법 연산부와,A dead reckoning calculator for measuring a moving direction and a moving amount of the vehicle from the outputs of the first sensor unit and the motion detecting unit; 상기 추측 항법 연산부의 오차를 보정하기 위한 지도정보를 제공하는 지도 데이터부와,A map data unit providing map information for correcting an error of the dead reckoning unit; 상기 추측 항법 연산부로부터의 출력과 차량의 위치 및 고도의 정보를 포함하는 위성 측위 신호를 수신하는 위성신호 수신부와,A satellite signal receiving unit for receiving a satellite positioning signal including the output from the dead reckoning unit and the position and altitude information of the vehicle; 상기 위성신호 수신부의 출력으로부터 상기 추측 항법 연산부의 오차를 추정하는 오차 추정부와,An error estimating unit estimating an error of the dead reckoning unit from an output of the satellite signal receiving unit; 상기 추측 항법 연산부의 출력을 상기 지도 데이터와 결합하여 표시하는 표시부를 구비함을 특징으로 하는 차량 항법 장치.And a display unit which displays the output of the dead reckoning unit in combination with the map data.
Figure kpo00004
Figure kpo00004
Figure kpo00005
Figure kpo00005
Figure kpo00006
Figure kpo00006
 상기 수학식 4 내지 수학식 6에 사용된 용어의 정의 :Definition of terms used in Equations 4 to 6: 상기 수학식의 v는 차속계의 출력, ψ는 진행방향 감지기의 출력,V is the output of the vehicle speedometer, ψ is the output of the traveling direction sensor, P는 차량의 위치, va는 가속도계에 의한 속력P is the position of the vehicle, v a is the speed by the accelerometer 아래첨자 N, E는 남북방향 및 동서방향의 성분,Subscripts N and E represent components in the north-south and east-west directions,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0511698A (en) * 1991-06-28 1993-01-22 Isuzu Motors Ltd Navigation device for vehicle

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