KR100518852B1

KR100518852B1 - 차량의 후진 개선 추측항법

Info

Publication number: KR100518852B1
Application number: KR10-2003-0058874A
Authority: KR
Inventors: 조일수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-09-30
Also published as: EP1510832A1; US20050049787A1; JP2005070046A; KR20050021721A; US7286933B2

Abstract

본 발명은 차량의 후진 개선 추측항법에 대해 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법은, 차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계와; 상기 차량의 후진 신호가 입력되면, 차량이 GPS의 유효 위치 내에 존재하는 여부를 판단하는 단계와; 상기 차량이 GPS의 유효 위치 내에 존재하면, GPS의 각도를 배제하고, GPS의 위치를 추출하는 단계와; 상기 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법은, GPS+데드레코닝 시스템에 있어서 위치생성모듈의 차량 후진 시에 발생할 수 있는 위치오류를 줄임으로서 위치정보의 정확성과 서비스를 향상시킬 수 있다.

Description

차량의 후진 개선 추측항법{METHOD FOR DEAD RECKONING FOR BACKWARD IMPROVEMENT OF MOBILE}

본 발명은 차량의 후진 개선 추측항법에 관한 것으로서, 특히 GPS+데드레코닝 시스템에 있어서 위치생성모듈의 차량 후진 시에 발생할 수 있는 위치오류를 줄임으로서 위치정보의 정확성과 서비스를 향상시킬 수 있는 차량의 후진 개선 추측항법에 관한 것이다.

현재 개발되고 있는 위치기반 서비스 시스템은 절대 위치 정보 산출을 위해서 GPS(Global Position System) 수신기를 기본적으로 장착하여 사용하고 있고, GPS 수신불가 시 위치 정보 생성을 위해 관성 센서(속도/각도 센서)를 이용한 자립항법(Dead-Reckoning) 시스템을 사용하고 있다.

보통 위 두 가지 시스템을 개별적으로 사용하지 않고, 서로의 단점을 보완하기 위하여 통합되어 사용되는데, 현재 구현되고 있는 통합 시스템 알고리즘은 차량의 후진을 고려하지 않아 위치 정보 오류가 크게 발생하여 서비스의 질을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다.

상기 GPS는 미국의 국방성에서 개발한 범세계 측위 시스템으로서, 측정된 정보를 바탕으로 측정자의 위치를 3차원 좌표로 알아내는 시스템이다.

이러한 GPS 항법 시스템에서는 GPS 수신기가 필수적으로 사용되며, 이러한 GPS 수신기는 지구 상공에 있는 24개의 GPS 위성 중 최소 4개 이상의 위성으로부터 신호를 수신함으로써, 상기 GPS 위성과 GPS 수신기간의 거리와 위성의 벡터를 이용하여 GPS 수신기의 위치벡터를 산출하는 기기로서, 이러한 GPS 수신기를 이용하면 전 세계 어디서나 수신자의 위치를 3차원의 좌표로 나타낼 수 있다.

상기 GPS 수신기를 이용하면 매우 정확한 위치취득이 가능하다. 그러나, 그 원리에서 보이듯이 위성신호를 수신할 수 있는 지역에서만 사용할 수 있다.

즉, GPS 위성을 이용하여 수신자의 위치를 산출하는 GPS 측위 시스템에서는 터널 내부나 나무가 우거진 숲 속 또는 고층빌딩으로 둘러싸인 도심지 내부 등에서는 GPS 수신기를 이용한 차량의 위치산출이 불가능하거나, 또는 위치산출 결과가 매우 부정확해지는 등의 문제점을 가지고 있다.

따라서, 상기와 같이 GPS 위성을 이용하여 위치산출이 불가능하게 되는 문제점을 해결하기 위하여 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 차량의 현재위치를 추정해나가는 데드레코닝(Dead-Reckoning)항법이 도입되었다.

상기 데드레코닝(Dead-Reckoning)항법 시스템은 반드시 초기에 참조할 만한 위치값을 알고 있어야 하고, 회전수 및 각도변화량 감지센서를 탑재한 주행거리계와 자이로스코프 등을 이용하여 차량의 초기위치로부터 이동거리와 이동방향을 계속해서 측정해야 된다.

그리고, 상기 측정된 결과로부터 회전수 및 각도의 변화량을 계속해서 적분하여 외부의 도움 없이 독립적으로 차량의 현재위치를 연속적으로 알아내는 시스템이다.

그러나, 데드레코닝(Dead-Reckoning)항법 시스템은 초기 위치정보를 정확하게 설정해주어야 하며, 상기 데드레코닝(Dead-Reckoning)항법 시스템을 이용하여 위치추정을 하는 상태에서 차량이 오랜 시간을 주행하게 되면 각 센서들이 갖고 있는 측정오차의 누적으로 인해 측정되는 위치가 부정확하게 되는 단점을 가지고 있다.

예를 들어 긴 터널이나 도로 양쪽에 높은 산이 길게 가로막고 있는 지역에서는 데드레코닝 항법이 계속해서 실행되어야만 하므로 그 특성 상 누적오차가 시간에 따라 비례하여 커지게 된다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 차량의 이동방향각을 산출하는 자이로스코프와 이동거리를 산출하는 주행거리계를 GPS 수신기에 접목한 형태의 추측항법시스템이 개발되었다. 이러한 추측항법 시스템은 GPS 수신기로 데드레코닝 항법에 필요한 참조 위치값을 제공하므로 GPS+데드레코닝 시스템이라고 불리운다.

도 1은 일반적인 GPS+데드레코닝 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, GPS+데드레코닝 시스템은, 사용자의 절대 위치정보를 수신받는 GPS 수신기(101)와; 사용자의 각 변위량을 측정하기 위한 관성 센서(102)와; 상기 관성 센서(102)에 의해 주행거리 측정하는 데드레코닝(103)과; 상기 GPS 수신기(101)로부터의 절대 위치정보와 상기 데드레코닝(103)에 의한 측정된 주행거리를 이용하여 사용자의 현재 위치를 추정하는 칼만 필터(Kalman Filter)(104)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 추측항법시스템은 상기 GPS 항법 시스템과 상기 데드레코닝 항법 시스템이 혼합 적용되는 형태로서, GPS 신호가 정상적으로 수신되는 경우에는 GPS 항법 시스템에 의한 위치산출이 이루어지고, GPS 신호가 수신되지 않는 경우에는 상기 데드레코닝 항법 시스템에 의한 위치추정이 이루어진다.

따라서, 상기 개발된 추측항법(GPS+데드레코닝)시스템은 GPS 수신이 가능한 시점에서는 GPS 수신기(101)의 위치산출 결과를 이용하고, GPS 수신이 불가능한 시점에서는 가장 최근 시점의 GPS 수신 위치 산출 결과로부터 이동방향각과 이동거리를 수학적으로 계산하여 새로운 위치결과를 추정한다.

도 2는 상기 도 1의 종래에 따른 차량의 곡선 후진 시 예상되는 위치 궤적을 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 실선을 차량이 실제적으로 α°로 후진한 경로를 표시한 것이며, 점선은 α°만큼 전진으로 예상되는 경로를 표시한 것이다.

따라서, 실제적으로 차량이 후진을 하였음에도 불구하고, 전진으로 진행된 것으로 예상하여 위치를 추정하게 된다.

또한, 도 3은 상기 도 1의 종래에 따른 차량의 직진/후진 시 예상되는 위치 궤적을 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 실제 차량이 움직인 경로는 L1 만큼 후진하고, L2 만큼 전진한 후 다시 L3 만큼 후진한 경우의 예이다.

그러나, 종래에 따른 GPS+데드레코닝 시스템에 의한 위치의 추정은 L1 + L2 + L3으로 전진된 것으로 차량의 위치를 추정하게 된다.

따라서, 회전후진이 없고, 직진 후진만 있다고 가정한다면, 반복 후진을 하면 할수록 실제 차량위치와 GPS+DR의 결과는 매우 다르게 발생하는 것을 알 수 있다.

이는 GPS 수신이 어려운 고층빌딩, 고가도로 아래, 지하 주차장, 아파트 주차장 등에서 자립항법만을 이용하여 위치정보 산출 시 GPS 수신 가능 지역보다 더 큰 위치오차가 발생할 수 있다.

결과적으로, 상기 차량의 위치 오차는 위치정보의 정확성이 서비스 성패를 결정하는 위치기반시스템에 매우 큰 문제가 발생된다.

본 발명은, 차량의 후진 개선 추측항법에 관한 것으로, 특히 GPS+데드레코닝 시스템에 있어서 위치생성모듈의 차량 후진 시에 발생할 수 있는 위치오류를 줄임으로서 위치정보의 정확성과 서비스를 향상시킬 수 있는 차량의 후진 개선 추측항법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법은,

차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계와;

상기 차량의 후진 신호가 입력되면, 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하는 여부를 판단하는 단계와;

상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하면, GPS의 각도를 배제하고, GPS의 위치를 추출하는 단계와;

상기 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계에서 차량의 후진 신호가 입력되지 않으면, 전진으로 판단하여 전진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계가 수행되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하지 않으면, 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하는 단계가 수행되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 후진 GPS + 데드레코닝 통합 알고리즘은 P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _reverse (k)ㆍ Δt 자립항법 방정식을 적용하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 전진 GPS + 데드레코닝 통합 알고리즘은 P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _forward (k)ㆍ Δt 자립항법 방정식을 적용하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, GPS+데드레코닝 시스템에 있어서 위치생성모듈의 차량 후진 시에 발생할 수 있는 위치오류를 줄임으로서 위치정보의 정확성과 서비스를 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법에 대한 순서도를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 1의 구성을 참조로 하여 설명하기로 한다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계가 수행된다(S401).

보다 상세히 설명하면, 상기 차량의 전진/후진의 판단은 모든 관성 센서, 병진 운동 물리량으로 알 수 있으며, 접촉식 혼합관성센서시스템으로 사용되는 주행거리계 뿐만 아니라 비접촉식 혼합관성센서로 사용되는 센서를 이용함으로써 센서 선택에 무관하게 알고리즘을 구현할 수 있다.

상기 비접촉식 혼합관성센서시스템은 차량으로부터 배선이 필요없는 센서인 가속도계, 자이로스코프(gyroscope)와 결합하여 항체의 위치정보를 산출하는 시스템이고, 상기 접촉식 혼합관성센서시스템은 차량에서 별도의 배선을 통하여 신호를 추출하여 위치정보를 산출하는 시스템이다.

상기 혼합관성센서시스템은 병진운동의 측정 가능한 센서인 가속도계, 주행거리계 등과 회전운동 물리량이 측정 가능한 센서로 컴파스(compass), 자이로스코프(gyroscope) 등이 결합한 시스템을 말한다.

한편, 일 예로 접촉식 혼합 관성센서의 대표적인 것으로서 주행거리계 (odometer)는 차량의 전진/후진에 상관없이 차량 속도에 비례하여 펄스(pulse) 신호가 발생된다.

이 펄스신호에 속도환산계수를 곱해주면 차량의 속도가 산출되는데, 차량이 후진할 경우에도 펄스 신호는 후진임을 판단할 수 없기 때문에 차량이 전진하고 있다고 판단된다. 이는, 차량을 전진/후진을 반복하여 주차하는 경우에도 위치 오류가 크게 발생되는 주요 원인으로 작용한다.

따라서, 상기 차량의 펄스 신호의 전진/후진을 구분하는 방법으로, 차량의 후진 시 후진 기어의 신호를 받아서 신호를 구분하면 된다.

이이서, 상기 차량의 전진/후진 신호를 구분하여 후진 신호가 입력되면(S402), 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하는 여부를 판단하는 단계가 수행된다(S403).

그 다음으로, 상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하면(S404), GPS의 각도를 배제하고, GPS의 위치를 추출하는 단계가 수행된다(S405).

즉, 차량이 GPS위치의 유효/무효 판단을 통하여 유효하다면 GPS의 급격한 각도 변화를 막기 위하여 속도 성분을 배제한 위치정보만을 추출하게 된다.

마지막으로, 상기 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계가 수행된다(S406).

보다 자세히 설명하면, 상기 모든 센서의 특성을 살린 차량 전진/후진 신호를 구분하고, 자립항법 방정식의 알고리즘을 적용한다. 상기 자립항법은 초기 위치와 병진 및 회전 물리량을 이용하여 자립으로 항체의 위치, 속도, 자세를 산출하는 방법을 말한다.

도 5는 일반적인 자립항법(DR) 좌표계를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 차량 전진 시의 차량 자세 각도를 y 라고 정의한다면, 차량 후진 시의 각 축의 속도 성분은 전진 시의 자세 각도에 180도를 더한 값이 된다.

결과적으로 전진 주행 시의 속도 성분과는 반대 방향 특성을 가지고 자립항법 방정식이 도출된다.

하기 수학식 1은 후진시 적용되는 자립항법 방정식을 나타낸 것이다.

P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _reverse (k)ㆍ Δt

P_DR(k)는 현재 차량 위치, P_DR(k-1)는 이전 차량 위치, Δt는 측정 주기를 나타낸다.

그리고, 상기 v _reverse (k)는

에서 후진 주행이 없고, 평면 주행이라는 가정하에 θ = 0일 경우일 때,

으로 정의된다.

여기서, S(k) 차량진행방향 속력[m/s], ψ(k) 차량 자세각도[deg] , θ(k) = 차량 경사각도[deg], v (k) 속도 벡터[m/s] 이다.

따라서, 사용자가 차량 후진 시 발생되는 신호를 전달받는 순간 비접촉식 관성센서의 주행거리계의 신호를 후진으로 구분하여, 상기 후진 자립항법 방정식의 알고리즘을 적용하게 된다.

그러나, 관성센서만을 이용한 자립항법은 시간이 경과할수록 오차가 발생한다. 이는 초기 정렬 오차(초기위치,초기자세각의 실제차량위치와 불일치), 환산계수 오차(속도환산계수, 자세각도환산계수), 누적오차(DR 센서 자체 특성) 등의 주요 원인에 의해서 기인한다.

따라서, 실제 시스템에 적용 시에는 현재 보편화 되어있는 절대 위치 산출이 가능한 GPS 시스템과 자립항법 시스템(DR 시스템)을 결합한 GPS+DR 통합 시스템을 사용한다.

또한, 상기 GPS는 차량 후진 시 차량의 각도가 180도 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 후진 시 GPS 값이 정상적인 출력이 되더라도 제안한 자립항법 개념을 적용함으로써 위치기반 서비스 시스템에 가장 중요한 요소인 위치, 각도를 정확하게 산출할 수 있다.

한편, 상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하는 여부를 판단하는 단계(S403)에서 상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하지 않으면(S404), 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하는 단계가 수행된다(S406).

또한, 상기 차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계(S401)에서 차량의 후진 신호가 입력되지 않으면(S402), 전진으로 판단하여 전진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계가 수행된다(S407).

하기 수학식 2는 전진 시 적용되는 자립항법 방정식을 나타낸 것이다.

P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _forward (k)ㆍ Δt

P _DR (k)는 현재 차량 위치, P_DR(k-1)는 이전 차량 위치, Δt는 측정 주기를 나타낸다.

사용자가 전진 시에는 상기 전진 자립항법 방정식에 의한 알고리즘을 적용하게 된다.

따라서, 상기와 같이 제안된 방법을 이용하면 차량의 후진 시에도 GPS 수신 가능 여부에 상관없이 정확한 위치정보를 생성함으로써 후진 시 발생하는 위치 오류 문제를 해결할 수 있다.

또한, 상기 방법은 차량에 장착되어 사용되는 위치기반시스템에서 하드웨어 추가 비용이 없고, GPS 및 관성센서를 이용한 모든 자립항법 시스템에 적용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법은, GPS+데드레코닝 시스템에 있어서 위치생성모듈의 차량 후진 시에 발생할 수 있는 위치오류를 줄임으로서 위치정보의 정확성과 서비스를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 GPS+데드레코닝 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 상기 도 1의 종래에 따른 차량의 곡선 후진 시 예상되는 위치 궤적을 도시한 도면.

도 3은 상기 도 1의 종래에 따른 차량의 직진/후진 시 예상되는 위치 궤적을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 차량의 후진 개선 추측항법에 대한 순서도를 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 일반적인 자립항법(DR) 좌표계를 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 --- GPS 수신기 102 --- 관성 센서

103 --- 데드레코닝 104 --- 칼만 필터

Claims

차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계와;

상기 차량의 후진 신호가 입력되면, 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하는 여부를 판단하는 단계와;

상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하면, GPS의 각도를 배제하고, GPS의 위치를 추출하는 단계와;

상기 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 후진 개선 추측항법.
제 1항에 있어서,

상기 차량의 후진 신호의 입력여부를 판단하는 단계에서 차량의 후진 신호가 입력되지 않으면, 전진으로 판단하여 전진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하여 차량의 현재 위치를 추정하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 후진 개선 추측항법.
제 1항에 있어서,

상기 차량이 GPS의 유효 위치내에 존재하지 않으면, 후진 GPS 위치와 데드레코닝을 통합한 알고리즘을 적용하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 후진 개선 추측항법.
제 1항에 있어서,

상기 후진 GPS + 데드레코닝 통합 알고리즘은 P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _reverse (k)ㆍ Δt 자립항법 방정식을 적용하는 것을 특징으로 하는 차량의 후진 개선 추측항법.
제 1항에 있어서,

상기 전진 GPS + 데드레코닝 통합 알고리즘은 P _DR (k) = P _DR (k-1) + v _forward (k)ㆍ Δt 자립항법 방정식을 적용하는 것을 특징으로 하는 차량의 후진 개선 추측항법.