KR100586894B1 - 차량의 정지상태 판단방법과 이를 이용한 차량 항법정보생성방법 및 차량항법장치 - Google Patents

차량의 정지상태 판단방법과 이를 이용한 차량 항법정보생성방법 및 차량항법장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 항법정보를 생성하기 위한 것으로서, 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호 및 방위각 변화율 신호 각각에 대하여 2개의 샘플신호를 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하는 제1단계; 및 상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 정지여부를 판단하는 제2단계;를 포함하는 차량 정지상태 판단과정과, 정지상태 구간에서의 센서 데이터 평균값을 계산하고 이를 이용해 센서 바이어스 정보를 갱신하는 오차보정 과정과, 오차보정된 센서의 가속도 신호를 중력보정하는 과정과, 중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성함과 아울러 방위각 변화율 성분을 적분하여 방위각 정보를 생성하는 과정과, 상기 진행거리 정보 및 방위각 정보에 상응하는 2차원 평면상의 좌표를 계산하고 GPS 수신정보를 이용해 절대위치좌표로 변환하여 외부에 출력하는 과정을 포함하는 차량 항법정보 생성방법이 제공된다.
GPS, DOP, 가속도, 중력보정, 시차분

Description

차량의 정지상태 판단방법과 이를 이용한 차량 항법정보 생성방법 및 차량항법장치{Method for discriminating stop state of car and method and device for creating car navigation information using the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 정지상태 판단방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 항법정보 생성방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량항법장치의 구성을 도시하는 블록도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10...GPS 수신기 11a...X축 가속도계
11b...Z축 가속도계 11c...방위각 자이로
12...정지판단부 13...오차보정부
14...중력보정부 15...제1적분기
16...제2적분기 17...항법정보 출력부
본 발명은 차량의 정지상태 판단방법과 이를 이용한 차량 항법정보 생성방법 및 차량항법장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 주행상태 감지신호의 시차분값을 이용해 정지상태 판단을 정확히 수행하고 이에 근거하여 차량 주행상태 센서의 오차를 보정함으로써 정확한 항법정보를 생성하게 되는 시차분값을 이용한 차량의 정지상태 판단방법과 이를 이용한 차량 항법정보 생성방법 및 차량항법장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 항법정보를 검출하기 위해서는 먼저 차량 출발지점의 절대좌표를 파악하여 초기 위치를 설정하여야 하며, 초기치 설정후에는 일정시간마다 주행거리 및 방위를 계측하여 주행위치에 상응하는 좌표점을 구해야 한다.
종래에는 차량의 주행거리 계측을 위해 접촉식의 차륜 회전센서가 많이 사용되었으며, 차량 진행방위의 계측은 지자기 센서나, 자이로, GPS(Global Positioning System), 비콘 등의 장치를 통해 수행되었다. 또한, 비접촉식의 차량 항법정보 검출기술로는 방위각 자이로, 가속도계, 경사각 자이로 등을 이용하여 차량의 속도를 계산하고, 경사각 자이로의 출력신호를 적분하여 도로의 경사각 정보를 얻는 기술을 들 수가 있다.
그러나, 종래의 비접촉식 항법정보 검출기술의 경우 경사각의 계측시 자이로만을 이용하여 도로의 경사각 변화율을 검출하고 그 검출치를 적분하여 경사각을 계산하는 방식이 사용되므로 자이로 자체의 오차에 의해 측정오차가 크게 날 수 있는 취약점이 있다. 즉, 일반적으로 도로의 경사각은 5도 이내로 설계되므로 경사각에 비해서 자이로의 센서오차 비율이 더 클 수 있는 우려가 있다.
또한, 종래에는 주로 가속도계에 의존하여 차량의 속도를 검출했는데 이 경우 역시 가속도계 자체의 오차로 인해 시간에 따른 위치오차가 커질 수 있는 우려가 있다.
따라서, 정확한 항법정보를 얻기 위해서는 차량의 정지상태에서 전술한 센서들의 오차를 보정해주는 작업이 필요하고, 이러한 이유에서 차량의 정지상태 판단은 항법정보의 검출에 있어서 매우 중요한 비중을 차지한다.
차량의 정지상태를 판단하기 위해 현재 널리 사용되는 알고리즘으로는, 자이로나 가속도계의 출력의 분산값을 구하여 설정된 임계치보다 작을 경우 정지상태로 판단하는 방법을 들 수가 있다. 그러나, 이러한 분산값을 이용하는 정지판단 알고리즘은 판단을 위한 샘플링 구간을 필요로 하므로 오차가 많이 발생할 뿐만 아니라 분산값을 연산하는 데 많은 과정을 거쳐야 하므로 연산시간에 상응하는 또 다른 오차를 발생시키는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 차량의 주행상태 감지신호에 대한 시차분값을 이용해 정지상태 판단을 정확히 수행하는 차량 의 정지상태 판단방법과, 이를 바탕으로 센서의 오차를 보정함으로써 정확한 항법정보를 생성하게 되는 차량 항법정보 생성방법 및 차량항법장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량 항법정보 생성방법은, 차량의 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호 및 방위각 변화율 신호 각각에 대하여 2개의 샘플신호를 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하는 제1단계; 및 상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 정지여부를 판단하는 제2단계;를 포함하는 차량 정지상태 판단과정과, 정지상태 구간에서의 센서 데이터 평균값을 계산하고 이를 이용해 센서 바이어스 정보를 갱신하는 오차보정 과정과, 오차보정된 센서의 가속도 신호를 중력보정하는 과정과, 중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성함과 아울러 방위각 변화율 성분을 적분하여 방위각 정보를 생성하는 과정과, 상기 진행거리 정보 및 방위각 정보에 상응하는 2차원 평면상의 좌표를 계산하고 GPS 수신정보를 이용해 절대위치좌표로 변환하여 외부에 출력하는 과정을 포함한다.
바람직하게 본 발명은 상기 정지상태 판단과정의 제1단계에서, GPS 신호를 수신하여 그 신뢰성을 판단하는 단계;를 더 포함하고, 판단결과 신뢰성이 있는 신호일 경우 상기 제2단계에서, GPS 수신정보를 이용해 정지여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, GPS 위성신호를 수신하여 차량의 위치 데이 터 및 속도정보를 제공하는 GPS 수신기와; 차량의 진행방향 가속도, 수직방향 가속도 및 방위각 변화율에 대한 감지신호를 출력하는 센싱부와; 상기 센싱부에서 출력되는 각각의 신호성분에 대하여 2개의 샘플을 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하고, 상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 차량의 정지여부를 판단하는 정지판단부와; 상기 정지판단부에 의해 제공되는 정지상태 구간 정보에 근거하여 상기 센싱부의 출력신호의 오차를 보정하는 오차보정부 및 상기 오차보정부를 거친 진행방향 가속도 성분을 중력보정하는 중력보정부와; 중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성하는 제1적분기 및 방위각 변화율 신호를 적분하여 방위각 정보를 생성하는 제2적분기와; 상기 진행거리 정보, 방위각 정보 및 GPS 위성정보를 전달받아 절대위치좌표로 변환하고 이를 외부에 출력하는 항법정보 출력부;를 포함하는 차량항법장치가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 정지상태 판단방법이 수행되는 과정을 도시하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 가속도계 및 방위각 자이로를 이용하여 차량의 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호 및 방위각 변화율 신호 각각에 대하여 2개의 샘플신호를 취하고 샘플값 사이의 시차분값을 연산하는 단계가 수행된다(단계 S100). 여기서, 시차분값은 각 감지신호의 현재 샘플링값과 직전의 샘플링값의 차이로서, 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
dA(t) = A(t) - A(t-1)
상기 수학식 1에서 A는 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호, 방위각 변화율 신호 각각을 나타낸다.
시차분값을 연산한 후에는 그 연산 결과값과 기설정된 임계치를 비교하여 차량의 정지상태 여부를 판단하는 과정이 진행된다. 여기서, 본 발명에는 정지상태 판단의 신뢰도를 더욱 높이도록 GPS 신호를 수신하여 이용하는 과정이 더 부가될 수 있다.
이를 위해, 단계 S110에서는 인공위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 그 신뢰성을 판단하는 과정이 수행되는데, GPS 신호의 신뢰성 판단은 위성개수나 DOP(Dilution of Precision)값을 이용하면 된다.
신뢰성 판단결과 GPS 신호의 신뢰성이 인정될 경우에는 상기 단계 S100에서 연산된 각 감지신호에 대응되는 시차분값의 절대치를 기설정된 임계치와 비교함과 아울러 GPS 속도가 0인지 여부를 판단하는 과정이 수행된다(단계 S120).
상기 비교결과 GPS 속도정보가 0이 됨과 아울러 시차분값이 임계치보다 작을 경우에는 차량이 정지된 것으로 간주하여 그에 상응하는 신호를 출력한다(단계 S130). 여기서, 상기 비교결과 차량이 주행중인 것으로 판단될 경우에는 센서 데이터의 저장을 위한 내부 메모리 공간을 재설정한 후(단계 S125), 상기 단계 S100의 과정을 다시 수행한다.
한편, 상기 단계 S110에서 GPS 신호의 신뢰성이 인정되지 않을 경우에는 GPS 신호를 고려하지 않은 채 시차분값과 임계치만을 서로 비교한다(단계 S115). 비교판단 결과 상기 시차분값이 임계치에 비해 작을 경우에는 차량 정지상태로 간주하고(단계 S130), 반대로 시차분값이 임계치 이상이 되어 주행상태로 판단될 경우에는 상기 단계 S125와 아울러 단계 S100의 과정을 수행하게 된다.
도 2에는 이상과 같은 차량의 정지판단 과정에 근거하여 차량 항법정보 생성방법이 수행되는 과정이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 먼저 상기 정지판단 과정에 따라 검출된 차량 정지상태 구간에서의 센서 데이터 평균값을 계산하고 이를 이용해 각 센서의 바이어스 정보를 갱신하는 오차보정 과정이 수행된다(단계 S200, 단계 S210).
이어서, 오차보정된 센서의 진행방향 가속도 신호에 대하여 중력보정하는 과정이 수행되는데(단계 S220), 수직방향 가속도 성분은 진행방향 가속도 성분과 독립적이므로 수직방향 가속도 정보를 이용해 경사각을 구하고 그 경사각 정보를 이용해 진행방향 가속도 성분을 중력보정하면 된다.
중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하게 되면 차량의 진행거리 정보가 얻어지고, 아울러 방위각 변화율 성분을 한 번 적분하게 되면 방위각 정보가 얻어진다(단계 S230).
계속해서, 상기 진행거리 정보 및 방위각 정보에 상응하는 2차원 평면상의 좌표를 계산하고 GPS 수신정보를 이용해 절대위치좌표로 변환하게 되면 차량의 주행정보를 나타내는 항법정보가 얻어지게 되고 이는 소정의 디스플레이부를 통해 외부에 시각적으로 출력된다(단계 S240).
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량항법장치의 구성이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 차량의 주행상태를 감지하게 위한 GPS 수신기(10) 및 센싱부(11)와, 상기 센싱부(11)로부터 입력되는 신호를 처리하여 차량의 정지상태 여부를 판단하는 정지판단부(12)와, 차량의 정지시 상기 센싱부(11)의 오차를 보정하기 위한 오차보정부(13) 및 중력보정부(14)와, 차량 주행정보를 연산하는 제1적분기(15) 및 제2적분기(16)와, 상기 주행정보에 상응하는 절대위치좌표를 생성하는 항법정보 출력부(17)를 포함한다.
GPS 수신기(10)는 해당 인공위성으로부터 신호를 수신하여 차량의 초기 절대위치 및 정지판단을 위한 속도정보를 제공한다. 상기 GPS 수신기(10)는 자체의 연산시간을 고려하여 센싱부(11)의 신호와 정확한 동기화 작업이 수행되어야 한다.
센싱부(11)는 비접촉식으로 차량의 진행방향 가속도 감지신호를 출력하는 X축 가속도계(11a) 및 수직방향 가속도 감지신호를 출력하는 Z축 가속도계(11b)와, 차량 주행에 따른 방위각 변화율 감지신호를 출력하는 방위각 자이로(11c)를 구비한다. 상기 X축 가속도계(11a) 및 Z축 가속도계(11b)는 바람직하게 하나의 장치내에서 X축 성분과 Z축 성분의 2축감지가 가능한 가속도계를 채용함으로서 구성될 수 있다.
정지판단부(12)는 상기 센싱부(11) 및 GPS 수신기(10)에서 출력되는 각각의 신호성분에 대하여 2개의 샘플을 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하고, 상기 시차분값과 메모리에 기설정되어 있는 임계치를 비교하여 차량의 정지여부를 판단한다.
오차보정부(13)는 상기 센싱부(11)의 측정오차를 보정하는 것으로서, 상기 정지판단부(12)에 의해 제공되는 정보에 근거한 차량의 정지상태 구간에 대하여 센서의 바이어스 정보를 갱신하여 오차를 보정한다. 상기 오차보정부(13)에 의해 보정된 센싱부(11)의 출력신호 중 특히 진행방향 가속도 성분은 중력보정부(14)에 의해 중력보정된다.
제1적분기(15)는 중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성하고, 아울러 제2적분기(16)는 방위각 변화율 신호를 한 번 적분하여 방위각 정보를 생성한다.
항법정보 출력부(17)는 상기 제1적분기(15)와 제2적분기(16)로부터 전달되는 차량의 진행거리 정보 및 방위각 정보에 상응하는 2차원 평면좌표를 계산함과 아울러, GPS 위성정보를 제공받아 상기 계산값을 절대위치좌표로 변환하고 이를 외부에 출력하는 기능을 수행한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량항법장치의 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 차량항법장치는 비접촉식 가속도계(11a,11b)에 센싱되는 차량의 진행방향 가속도 성분 및 수직방향 가속도 성분과, 방위각 자이로(11c)에 센싱되는 방위각 성분에 대하여 각각 두 개씩의 샘플값을 취한 후 그 시차분값을 연산하고, 이를 임계치와 비교함으로써 차량의 정지상태 여부를 판단한다.
이어서, 상기 정지상태 판단에 따른 차량 정지상태 구간에 대하여 가속도계(11a,11b) 및 방위각 자이로(11c)에 대한 바이어스값을 갱신하여 센서의 측정오차를 보정하고, 보정된 진행방향 가속도 성분은 경사각 정보를 이용해 중력보정한다.
오차보정 및 중력보정 과정을 거친 차량 주행상태 감지신호는 제1적분기(15) 및 제2적분기(16)에 의해 적분되어 차량의 진행거리 정보와 방위각 정보로 계산되고, 이 정보는 다시 항법정보 출력부(17)로 전달되어 GPS 수신신호에 근거한 절대위치좌표로 변환되어 외부에 출력된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면 차량의 주행상태 감지신호에 대한 두 번의 샘플링만으로 정지판단이 가능하므로 샘플구간이 설정되어야 하는 종래의 분산값 이용방식에 비해 오차 및 정지판단 연산시간을 줄일 수 있고, 여러가지 정지판단 기준을 조합하여 사용하므로 신뢰성 있는 정지판단이 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면 정확한 정지상태 판단에 기초하여 차량 주행상태 감지센서의 오차보정이나 차량 항법정보 생성을 정밀하게 수행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 차량의 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호 및 방위각 변화율 신호 각각에 대하여 2개의 샘플신호를 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하는 제1단계; 및 상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 정지여부를 판단하는 제2단계;를 포함하는 차량 정지상태 판단과정과,
    정지상태 구간에서의 센서 데이터 평균값을 계산하고 이를 이용해 센서 바이어스 정보를 갱신하는 오차보정 과정과,
    오차보정된 센서의 가속도 신호를 중력보정하는 과정과,
    중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성함과 아울러 방위각 변화율 성분을 적분하여 방위각 정보를 생성하는 과정과,
    상기 진행거리 정보 및 방위각 정보에 상응하는 2차원 평면상의 좌표를 계산하고 GPS 수신정보를 이용해 절대위치좌표로 변환하여 외부에 출력하는 과정을 포함하는 차량 항법정보 생성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정지상태 판단과정의 제1단계에서, GPS 신호를 수신하여 그 신뢰성을 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    판단결과 신뢰성이 있는 신호일 경우 상기 제2단계에서, GPS 수신정보를 이용해 정지여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법정보 생성방법.
  3. 차량의 진행방향 가속도 신호, 수직방향 가속도 신호 및 방위각 변화율 신호 각각에 대하여 2개의 샘플신호를 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하는 제1단계; 및
    상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 그 결과에 따라 정지여부 판단신호를 출력하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 정지상태 판단방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1단계에서, GPS 신호를 수신하여 그 신뢰성을 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    판단결과 신뢰성이 있는 신호일 경우 상기 제2단계에서, GPS 수신정보를 이용해 정지여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 정지상태 판단방법.
  5. GPS 위성신호를 수신하여 차량의 위치 데이터 및 속도정보를 제공하는 GPS 수신기와;
    차량의 진행방향 가속도, 수직방향 가속도 및 방위각 변화율에 대한 감지신호를 출력하는 센싱부와;
    상기 센싱부에서 출력되는 각각의 신호성분에 대하여 2개의 샘플을 취한 후 샘플값 사이의 시차분값을 연산하고, 상기 시차분값과 기설정된 임계치를 비교하여 차량의 정지여부를 판단하는 정지판단부와;
    정지상태 구간에서의 센서 데이터 평균값을 계산하고 이를 이용해 센싱부의 바이어스 정보를 갱신하는 오차보정부 및 오차보정된 센서부에 의해 측정되는 진행방향 가속도 성분을 중력보정하는 중력보정부와;
    중력보정된 가속도 신호를 두 번 적분하여 차량의 진행거리 정보를 생성하는 제1적분기 및 방위각 변화율 신호를 적분하여 방위각 정보를 생성하는 제2적분기와;
    상기 진행거리 정보, 방위각 정보 및 GPS 위성정보를 전달받아 절대위치좌표로 변환하고 이를 외부에 출력하는 항법정보 출력부;를 포함하는 차량항법장치.
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