KR100651397B1

KR100651397B1 - 자이로스코프 영점 설정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100651397B1
Application number: KR1020040081418A
Authority: KR
Inventors: 윤두희; 문영곤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-11-29
Also published as: KR20060032465A; US7565260B2; US20070136019A1

Abstract

본 발명은 이동체의 위치를 계산하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자이로스코프 영점 혹은 그 기준값을 설정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 자이로스코프 영점 설정 장치는, 회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프와, GPS(Global Positioning System) 신호를 수신하는 GPS 수신기와, 상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 디지털화 하는 아날로그/디지털 변환기와, GPS 신호를 분석하여 차량의 직진 주행을 판단하고 자이로스코프 영점 기준값을 구하며, 소정 주기마다 자이로스코프 출력값 범위와 잡음 레벨을 비교하여 상기 자이로스코프 출력값 범위가 잡음 레벨 이하이면 자이로스코프 영점을 갱신하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

자이로스코프, 영점(zero point)

Description

자이로스코프 영점 설정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SETTING GYROSCOPE ZERO POINT}

도 1은 종래의 자이로스코프 영점 설정 장치의 구성을 나타낸 도면

도 2는 진동이 심하지 않은 차량에 탑재된 자이로스코프 영점 설정 상태를 나타낸 도면

도 3은 진동이 심한 차량에 탑재된 자이로스코프 영점 설정 상태를 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정 장치의 구성을 나타낸 도면

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정 방법을 나타낸 흐름도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 GPS를 이용한 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref) 측정 방법을 나타낸 흐름도

도 7은 진동이 심하지 않은 경우에 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정이 성공적으로 이루어지는 상태를 나타낸 그래프

도 8은 진동이 심한 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정이 성공적으로 이루어지는 상태를 나타낸 그래프

본 발명은 이동체의 위치를 계산하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자이로스코프 영점 혹은 그 기준값을 설정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

텔레매틱스 단말기는 차량에 탑재되며, 운전자에게 교통 안내, 시사, 금융 등 다양한 정보를 제공한다. 대부분의 텔레매틱스 단말기는 차량의 위치를 계산하기 위하여 GPS(Global Positioning System)와 DR(Dead Reckoning) 센서를 사용한다. DR 센서는 진행 거리를 측정할 수 있는 거리 센서와 진행 각을 측정할 수 있는 방향 센서로 구성된다. 방향 센서로는 자이로스코프(gyroscope)를 사용할 수 있다.

자이로스코프를 사용하여 방향각의 변위를 올바로 계산하기 위해서는 영점(zero point) 바이어스를 정확하게 측정하여야 한다. 영점 바이어스는 영점이라고도 하며 단품에 따라 또는 설치 환경에 따라 다르다. 실제로 자이로스코프 영점을 측정할 때 가장 문제가 되는 것이 진동이다. 그러므로 자이로스코프 영점 측정을 할 때 진동에 둔감하도록 하는 기술은 매우 중요하다.

도 1은 종래의 자이로스코프 영점 설정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

종래의 자이로스코프 영점 설정 장치는 회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프(101), 자이로스코프(101)의 출력 전압을 아날로그/디지털(Analog to Digital: 이하 A/D라 함.) 변환하기 위한 A/D 변환기(102), A/D 변환된 자이로스코프 출력을 처리하기 위한 제어부(103)로 구성된다. 제어부(103)는 마이크로프로세서로 구현할 수 있다.

이때

는 순수 자이로스코프 바이어스 성분을 의미한다.

은 열 잡음에 의한 성분- 무진동 및 무회전 조건에서 측정된 자이로스코프 영점 출력 잡음 레벨-을 의미한다. 또한

은 차량 진동 등에 의한 성분을 의미한다. 그러므로 정지했을 때 범위값은

의 크기로 결정된다. 이때

은 단품에 따른 편차가 거의 없지만

은 장착 차량의 종류 및 노후 상태에 따라 상당한 편차가 존재한다. 예를 들면, 가솔린 엔진을 장착한 승용차의 경우

의 크기가 디젤 엔진을 장착한 트럭

의 크기보다 상당히 작다. 즉, 종래의 기술에서는 고정 잡음 레벨을 사용하기 때문에 모든 차량의 대응이 불가능하였다. 그래서 차량의 종류에 따라 잡음 레벨 값을 최적화하여야 한다. 차량 출시부터 내부에 빌트-인(built-in) 형태로 탑재되는 비포 마켓(before market) 텔레매틱스 단말기의 경우에는 탑재 차량 모델에 따라 고정 잡음 레벨 값을 결정해 주면 문제는 간단하게 해결된다. 그러나 애프터 마켓(after market) 텔레매틱스 단말기의 경우에는 어떠한 종류의 차량에 탑재될지를 모르기 때문에 다수를 차지하고 있는 승용차에 적합하도록 고정 잡음 레벨을 결정할 수밖에 없다.

도 2는 진동이 심하지 않은 차량에 탑재된 자이로스코프 영점 설정 상태를 나타낸 도면이다.

자이로스코프가 승용차와 같이 진동이 심하지 않은 차량에 탑재된다면 도시된 바와 같이 차량 정지 시 초기 영점 판단 구간(301)에서 측정된 자이로스코프 출력 범위값(302)이 고정 잡음 레벨값(303)보다 작으므로 성공적으로 자이로스코프 영점이 측정될 수 있다.

도 3은 진동이 심한 차량에 탑재된 자이로스코프 영점 설정 상태를 나타낸 도면이다.

자이로스코프가 디젤 트럭과 같이 진동이 심한 차량에 탑재된다면 도시된 바와 같이 차량이 정지했을 때 영점 판단 구간(401)에서 측정된 자이로스코프 출력 범위값(402)이 고정 잡음 레벨값(403)보다 크게 되므로 자이로스코프 영점이 측정될 수 없게 된다.

따라서 본 발명은 진동이 심한 차량에 탑재된 자이로스코프의 영점 혹은 그 기준값을 성공적으로 측정하도록 하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 제1발명은 자이로스코프 영점 기준값 설정 장치가, 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 한다.

또한 본 제2발명은 자이로스코프 영점 기준값을 설정하는 방법이, 일정 주기마다 GPS를 측정하는 과정과, 상기 GPS 측정 결과로부터 차량의 직진 주행 여부를 체크하여 직진 주행으로 판단되면 직진 주행 카운트를 증가시키고 아래 수학식에 의거 자이로스코프 영점 기준값을 계산하는 과정과,

ZPT_Ref = (N-1)/N * ZPT_Ref + 1/N * Mean(Y[0...9])

ZPR_Ref: 자이로스코프 영점 기준값

N: 평균 필터 상수

MEAN(Y[0...9]): 일정 주기 동안의 자이로스코프 출력값 평균을 일정 회수만큼 측정하여 누적한 값을 평균한 값의 평균값

상기 자이로스코프 영점 기준값 계산 후, 상기 직진 주행 카운트를 검사하여 N보다 크면 상기 계산된 자이로스코프 영점 기준값을 메모리에 저장하고, N 이하이면 상기 주기 도래가 도래할 때까지 대기하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

또한 본 제3발명은 자이로스코프 영점 설정 장치가, 회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프와, GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기와, 상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 디지털화 하는 아날로그/디지털 변환기와, GPS 신호를 분석하여 차량의 직진 주행을 판단하고 자이로스코프 영점 기준값을 구하며, 소정 주기마다 자이로스코프 출력값 범위와 잡음 레벨을 비교하여 상기 자이로스코프 출력값 범위가 잡음 레벨 이하이면 자이로스코프 영점을 갱신하는 제어부를 포함함을 특징 으로 한다.

또한 본 제4발명은 자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준 값을 저장하는 메모리를 구비하고, 자이로스코프 영점을 설정하는 방법이, 전원이 인가되면 상기 메모리에 자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준 값이 존재하는지 여부를 체크하는 과정과, 상기 값들이 존재하면 자이로스코프 영점과 자이로스코프 영점 기준값을 그 저장된 값으로 초기화 하고, 잡음 레벨은 그 저장된 값의 일정 배로 초기화 하며, 존재하지 않으면 잡음 레벨만 진동이 아주 심한 경우를 가정하여 산출한 값으로 초기화 하는 과정과, 다수의 버퍼에 순차적으로 제1시간동안 제2시간 간격으로 자이로스코프 출력값 평균을 누적한 값을 평균하여 저장하는 과정과, 최초로 모든 버퍼에 저장이 이루어진 후부터, 상기 다수의 버퍼에 순차적으로 제1시간동안 제2시간 간격으로 자이로스코프 출력값 평균을 누적한 값을 평균하여 저장할 때마다 자이로스코프 출력값 범위를 구하며, 상기 범위가 그때까지의 잡음 레벨 이하이면, 상기 잡음 레벨을 그때까지의 최소 자이로스코프 출력값 범위 값으로 갱신하는 과정과, 상기 잡음 레벨이 갱신되면 상기 모든 버퍼에 저장된 값들을 합하고 그 평균값을 새로운 자이로스코프 영점으로 갱신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요 소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 하기 설명에서는 구체적인 주기, 잡음 레벨 값 등과 같은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명은 자이로스코프(101), A/D 변환기(102), 제어부(103), 메모리(504), 및 GPS 수신기(505)로 구성된다.

자이로스코프(101)는 회전 각속도를 전압으로 출력하며, 이를 A/D 변환기(102)를 사용하여 제어부(103)가 처리할 수 있도록 디지털 값으로 변환한다. 메모리(504)는 자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)을 저장한다. 이와 같이 저장해두면 다음에 장치의 전원을 켰을 때 자이로스코프 영점 설정의 확률을 높일 수 있다. 메모리(504)는 에스램(SRAM) 또는 플래시(FLASH) 메모리로 구현할 수 있다. 그리고 제어부(103)는 GPS 수신기(505)를 통해 수신된 GPS 신호를 분석하여 차량의 속도와 방향각 등을 검출한다. 그리고 상기 검출 결과에 의거 차량 직진 주행 여부를 판단하고, 직진 주행 중이면 이때 획득된 자이로스코 프 출력 값을 필터링 하여 대략적인 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)을 확보함으로써 자이로스코프 영점 설정의 오류를 줄일 수 있도록 하였다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정 방법을 나타낸 흐름도이다.

601단계에서 전원이 인가되면, 602단계에서 제어부(103)는 변수 Ka와 n을 0으로 설정한다. 변수 Ka은 100ms동안 '10ms 단위의 자이로스코프 출력값 평균'을 누적한 값을 나타낸다. 변수 n은 10ms가 경과할 때마다 1씩 증가하는 인덱스(index)이다.

603단계에서 제어부(103)는 메모리(504)에 자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준 값(ZPT_Ref) 등이 저장되어 있는지 여부를 검사한다. 이들이 저장되어 있으면 605단계에서 자이로 영점과 자이로 영점 기준 값(ZPT_Ref)은 저장된 값 그대로 초기화 하고, 잡음 레벨은 저장된 잡음 레벨의 1.2배로 초기화 한다.

반면에, 저장된 측정값이 존재하지 않는 경우에는 604단계에서 잡음 레벨을 무조건 LEVEL_MAX로 초기화 한다. 여기서 LEVEL_MAX는 진동이 아주 심한 경우를 가정하여 산출한 자이로스코프 잡음 레벨(예: 노후된 디젤 트럭의 측정 잡음 레벨 * 1.2)을 의미한다.

606단계 ~ 608단계에서 제어부(103)는 100ms동안, 0.1초 간격으로 자이로스코프 출력값을 평균하여 누적한다. 구체적으로 설명하면, 606단계에서 10ms동안 자 이로스코프의 출력값을 평균하여 현재의 X_b로 설정한다. 그리고 607단계에서 상기 현재의 X_b값을 이전의 X_b값들을 누적해놓은 값인 현재의 Ka에 더하여 새로운 Ka를 얻는다(Ka = Ka + X_b). 그리고 608단계에서 100ms가 경과했는지 체크한다. 상기 체크 결과 100ms가 경과하지 않았으면 606단계로 되돌아가 다음 10ms동안 자이로스코프의 출력값을 평균한다.

609단계는 100ms가 경과하고 난 후 Ka를 10으로 나누어 평균값 Y[n]을 얻어 이를 버퍼에 저장하는 단계이다.

610단계는 변수 n과 Ka를 갱신하는 단계이다. 구체적으로, 변수 Ka는 0으로 초기화 된다. 또한 변수 n을 구하는 식은 'n = (n + 1) % 10"인데, '% 10'은 10으로 나눈 나머지를 의미한다. 그러므로 초기 100ms가 경과할 때까지는 n이 '0'이었으므로 다음에는 '1'이 된다.

611단계에서 최초로 버퍼가 모두 채워진 후인가를 체크하는데, 이는 처음에 일단 모든 버퍼들이 채워지기(예: 본 실시예에서는 자이로스코프 출력값이 100ms 동안 10m 단위로 측정되므로 9개의 버퍼 각각에 Y[0] ~ Y[9]가 저장되기) 전까지는 612단계로 진행하지 않고 606단계로 되돌아가기 위함이다.

한편, 일단 최초로 모든 버퍼들에 자이로스코프 출력값이 저장된 이후에는 612단계 ~ 618단계를 수행한 다음 상기 606단계로 되돌아가게 된다. 즉, 최초로 모든 버퍼들에 자이로스코프 출력값이 저장된 이후에는 매 0.1초마다(Y[n]이 얻어질 때마다, n = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 혹은 9) 버퍼에 저장된 자이로스코프 출 력값 범위(이하 Range라 함.)를 아래 수학식 1과 같이 계산한다.

Range = MAX(Y[0...9]) - MIN(Y[0...9])

여기서 MAX(Y[0...9])는 Y[0] ~ Y[9] 값들 중 최대값이고, MIN(Y[0...9]는 Y[0] ~ Y[9] 값들 중 최소값이다. 본 실시예에서 9개의 버퍼들은 환형(circular) 구조를 갖는다. 다시 말해서, Y[0] ~ Y[9]가 모두 저장된 다음 다시 Y[0]이 구해지면 처음에 저장되었던 Y[0]이 지워지고 그 버퍼에 상기 다시 구해진 Y[0]이 저장되는 구조이다.

구체적으로 설명하면, 612단계에서 Range를 계산한 다음에는 613단계에서 Range가 잡음 레벨보다 작거나 같은지 여부를 체크한다. 이는 잡음 레벨 값의 유효성을 검증하기 위한 것이다. 만일 Range가 잡음 레벨보다 작거나 같으면, 614단계에서 그때까지 얻어진 Range들 중 최소값 MIN(Range)를 잡음 레벨로 설정함으로써 잡음 레벨을 갱신한다. 단, MIN(Range)가 LEVEL_MAX보다 클 경우는 제외한다. 이때 LEVEL_MAX는 진동이 아주 심한 경우를 가정하여 설정 한 값(예: 노후된 디젤 트럭의 무진동 및 무회전 조건에서 측정된 잡음 레벨 * 1.2)을 의미한다.

한편, 613단계에서 Range가 잡음 레벨보다 크면 606단계로 되돌아간다.

614단계에서 잡음 레벨을 갱신한 후에는 615단계로 진행하여 직진 주행 카운트가 일정 값{N: 평균 필터(smoothing filter) 상수}보다 크거나 메모리(504)에 저장되어 있던 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)이 유효한지 여부를 체크한다. 여기서 상기 직진 주행 카운트는 GPS를 사용하여 측정한 값이다. 직진 주행 카운트가 일정 값{N: 평균 필터 상수}보다 크다는 것은 의미 있는 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)이 구해졌다는 것을 나타낸다. 또한 방전으로 인해 메모리(504)에 저장된 값들이 모두 0으로 되는 경우가 발생할 수도 있으므로 유효성 검증이 필요한 것이다.

직진 주행 카운트가 일정 값보다 크거나 메모리(504)에 저장되어 있던 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)이 유효한 경우에는 616단계로 진행하여 아래 [수학식 2]조건을 만족시키는지 여부를 체크한다.

여기서,

은 시스템에 따라 튜닝(tuning)해준다. 주로 무진동시 자이로스코프 순수 잡음 레벨의 반(1/2) 값을 사용한다.

상기 [수학식 2] 조건을 만족시키거나 직진 주행 카운트가 일정 값{N: 평균 필터 상수} 이하이거나 메모리(504)에 저장되어 있던 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref)이 유효하지 않으면 617단계에서 자이로스코프 영점값이 갱신된다. 즉, 자이로스코프 영점을 Mean(Y[0...9])으로 설정하고, 618단계에서 상기 계산된 자이로스코프 영점과 그때의 잡음 레벨을 메모리(504)에 저장한다. 이렇게 저장된 자이로스코프 영점과 잡음 레벨은 다음에 전원을 겼을 때 사용될 수 있다. 618단계 수행 후에는 606단계로 되돌아간다.

이하 다음 표를 이용하여 614단계에서의 잡음 레벨 갱신에 대하여 부연 설명 한다.

시간	0.9	1.0	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6
잡음 레벨	10	3	3	3	3	3	3	3
Range	3	3	3	4	5	4	3	3

상기 표의 잡음 레벨 및 Range 값들은 설명을 위해 가정한 것이다. 또한 상기 표에서 0 ~ 0.9초까지는 기재하지 않았는데, 이는 0 ~ 0.9초까지가 Y[0] ~ Y[9]가 구해지는 시간이며, 최초로 Y[0] ~ Y[9]가 모두 구해진 후인 1.0초부터 0.1초 간격으로 Range가 계산되기 때문이다. 0.9초일 때 잡음 레벨 10은 LEVEL_MAX를 가정한 값이다.

만일 1.0초일 때 612단계에서 계산된 Range 값이 "3"이라고 가정하고, 613단계에서 Range 값과 잡음 레벨을 비교하면 Range 값 "3"이 그때까지의 잡음 레벨 "10"보다 작으므로 614단계에서 잡음 레벨을 MIN(Range) 값으로 설정하게 되며, 그때까지의 MIN(Range) 값은 "3"이므로 잡음 레벨이 "10'에서 "3"으로 갱신된다.

만일 1.2초일 때 612단계에서 계산된 Range 값이 4라고 가정하고, 613단계에서 Range 값과 잡음 레벨을 비교하면 Range 값 "4"가 그때까지의 잡음 레벨 "3"보다 크므로 잡음 레벨을 갱신하지 않고 606단계로 되돌아간다.

상기 표에 따르면, 0.9 ~ 1.1초, 1.5 ~ 1.6초 동안은 잡음 레벨과 Range 값이 같으므로 정지 상태로 판단되고, 1.2 ~ 1.4초 동안은 잡음 레벨이 Range 값 보다 작으므로 기동 상태로 판단된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 GPS를 이용한 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref) 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.

701단계에서 매 1초마다 GPS 측정을 실시한다. 그러므로 GPS가 수신되는 경우 매 1초마다 GPS로부터 차량 방향각과 속도를 얻을 수 있다.

702단계에서 상기 실시한 1Hz GPS 측정 결과를 분석하여 일정 속도 이상에서 차량 방향각이 수 초 이상 동일하다고 판단되면 직진 주행으로 간주하고, 그렇지 않으면 상기 701단계로 되돌아간다.

702단계에서 직진 주행이라고 판단했을 경우에는 703단계로 진행하여 매 직진 주행 판단마다 직진 주행 카운트를 증가시킨다. 그리고 704단계로 진행하여 아래 [수학식 3]를 사용하여 자이로스코프 영점 기준 값(ZPT_Ref)을 평균한다.

ZPT_Ref = (N-1)/N * ZPT_Ref + 1/N * Mean(Y[0...9])

여기서, ZPR_Ref는 자이로스코프 영점 기준값을 의미하고, N은 평균 필터상수(예: 대략 50), 그리고 MEAN(Y[0...9])는 GPS 직진 주행 판단시 일정 주기(예: 10ms) 동안의 자이로스코프 출력값 평균(X_b)을 일정 회수(예: 100ms동안 10번)만큼 측정하여 누적한 값(Ka)을 평균한 값(Y[n])의 평균값을 의미한다.

다시 말해서, GPS를 이용한 직진 주행 판단시의 자이로스코프 출력 값을 자이로스코프 영점 기준 값으로 사용하되, 차량 주행 시 발생되는 잡음을 상기 [수학식 3]과 같은 평균 필터를 사용하여 감쇠시킨다.

705단계에서 직진 카운트 수가 N보다 커지는지 여부를 체크하여 커지면 평균 필터가 안정화되므로 706단계에서 자이로스코프 영점 기준 값(ZPR_Ref)을 메모리(504)에 저장하여 다음에 전원을 켰을 때 사용할 수 있도록 한다. 반면에, 직진 카운트 수가 N보다 커지지 않았을 때는 상기 705단계에서 701단계로 되돌아간다.

도시된 바에 따르면, 706단계 수행 후 701단계로 되돌아가도록 되어 있는데, 이는 매 1초마다(1Hz 주기로) GPS 측정이 자동 실시되므로 이해의 편의를 돕기 위한 표현이다. 다시 말해서, 실제로는 706단계에서 자이로스코프 영점 기준 값 저장이 끝나야만 701단계가 시작되는 것은 아니지만, 701단계에서 706단계까지 수행하는 데 걸리는 시간과 GPS 측정 주기 사이의 차이(gap)는 무시한 것임을 밝혀둔다.

도 7은 진동이 심하지 않은 경우에 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정이 성공적으로 이루어지는 상태를 나타낸 그래프이고, 도 8은 진동이 심한 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 자이로스코프 영점 설정이 성공적으로 이루어지는 상태를 나타낸 그래프이다.

상기 두 가지 경우 모두 잡음 레벨이 초기 값 LEVEL_MAX(도 7의 804, 도 8의 904)에서 시작하여 각각의 자이로스코프 출력 범위(802, 902)를 사용하여 성공적으로 영점을 설정한다(801, 901). 이후에 최종 잡음 레벨 값(803, 903)이 각각 진동 환경에 맞게 결정될 수 있다. 그러므로 애프터 마켓(After Market)용 텔레매틱스 단말기의 적용 범위를 일반 승용차(가스 혹은 휘발유 차량은 진동이 적다.)에 국한하지 않고 디젤 엔진 장착 차량{디젤 엔진을 장착한 차량(예: 레저용 자동차, 트럭 등)은 진동이 크다.}으로도 확대할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 자이로스코프 영점 설정을 위한 잡음 레벨을 자이로스코프가 설치된 환경에서 결정할 수 있게 함으로써 고정 잡음 레벨 값을 사용하던 종래의 기술에 비하여 자이로스코프 영점 설정 확률을 높이는 장점이 있다. 본 발명은 진동이 심하지 않은 경우 및 진동이 심한 경우에서 모두 성공적으로 자이로스코프 영점을 설정할 수 있어 애프터 마켓용 텔레매틱스 단말기의 적용 범위를 일반 승용차에 국한하지 않고 디젤 엔진 장착 차량으로도 확대할 수 있다.

또한 본 발명은 GPS를 사용하여 결정된 자이로스코프 영점 기준 값(ZPT_Ref)을 사용하여 자이로스코프 영점 유효성을 검증하므로 자이로스코프 영점 값이 잘 못 결정될 확률을 줄일 수 있다. 그러므로 잡음 레벨이 비교적 크게 결정되는 진동이 심한 환경에서 아주 유용하다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 일단 측정된 자이로스코프 영점, 잡음 레벨 및 자이로스코프 영점 기준값(ZPT_Ref) 등은 차량 장착 환경이 변하지 않는 한 일정 값을 유지하므로, 이를 메모리에 저장해놓았다가 다음에 전원을 켰을 때 사용할 수 있도록 함 으로써 자이로스코프 영점 측정 확률을 높이고 소요 시간을 줄이는 장점도 있다. 그러므로 오퍼레이션 시스템이 탑재된 장치에 매우 유용하다. 왜냐하면, 오퍼레이션 시스템이 부팅 되는 데 수 초 이상이 소요되므로 종래 기술을 사용할 경우 차량 시동 후 일정 시간 동안 정지 상태를 유지해야만 자이로스코프 영점이 결정 될 수 있기 때문이다. 이는 운전자에게 상당한 불편을 줄 수 있다. 그런데 본 발명을 이용할 경우 메모리에 저장된 자이로스코프 영점을 사용할 수 있으므로 차량 시동 후 바로 운전을 하더라도 자이로스코프 영점이 성공적으로 설정될 수 있다.

Claims

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회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프와,

GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기와,

상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 디지털화하는 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 포함하며,

상기 자이로스코프 영점 기준값을 구하는 계산식이 아래와 같음을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 장치.

ZPT_Ref = (N-1)/N * ZPT_Ref + 1/N * Mean(Y[0...9])

ZPR_Ref: 자이로스코프 영점 기준값

N: 평균 필터 상수

Mean(Y[0...9]): 일정 주기 동안의 자이로스코프 출력값 평균을 일정 회수만큼 측정하여 누적한 값을 평균한 값의 평균값
제2항에 있어서,

상기 자이로스코프 영점 기준값을 저장하는 메모리를 더 구비함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 장치.
자이로스코프 영점 기준값을 설정하는 방법에 있어서,

일정 주기마다 GPS를 측정하는 과정과,

상기 GPS 측정 결과로부터 차량의 직진 주행 여부를 체크하여 직진 주행으로 판단되면 직진 주행 카운트를 증가시키고 아래 수학식에 의거 자이로스코프 영점 기준값을 계산하는 과정과,

ZPT_Ref = (N-1)/N * ZPT_Ref + 1/N * Mean(Y[0...9])

ZPR_Ref: 자이로스코프 영점 기준값

N: 평균 필터 상수

MEAN(Y[0...9]): 일정 주기 동안의 자이로스코프 출력값 평균을 일정 회수만큼 측정하여 누적한 값을 평균한 값의 평균값

상기 자이로스코프 영점 기준값 계산 후, 상기 직진 주행 카운트를 검사하여 N보다 크면 상기 계산된 자이로스코프 영점 기준값을 메모리에 저장하고, N 이하이면 상기 주기가 도래할 때까지 대기하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 방법.
회전 각속도를 전압으로 출력하는 자이로스코프와,

GPS 신호를 수신하는 GPS 수신기와,

상기 자이로스코프에서 출력하는 전압을 디지털화 하는 아날로그/디지털 변환기와,

GPS 신호를 분석하여 차량의 직진 주행을 판단하고 자이로스코프 영점 기준값을 구하며, 소정 주기마다 자이로스코프 출력값 범위와 잡음 레벨을 비교하여 상기 자이로스코프 출력값 범위가 잡음 레벨 이하이면 자이로스코프 영점을 갱신하는 제어부를 포함하며,

상기 잡음 레벨은 상기 자이로스코프 출력값 범위가 상기 잡음 레벨 이하일 때마다 그때까지 계산되었던 자이로스코프 출력값 범위(들) 중 최소값으로 갱신됨을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 설정 장치.
제5항에 있어서,

상기 자이로스코프 출력값 범위는 아래 수학식과 같이 계산됨을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 설정 장치.

Range = MAX(Y[0...9]) - MIN(Y[0...9])

MAX(Y[0...9]): 일정 주기 동안의 자이로스코프 출력값 평균을 일정 회수만큼 측정하여 누적한 값을 평균한 값들 중 최대값

MIN(Y[0...9]: 일정 주기 동안의 자이로스코프 출력값 평균을 일정 회수만큼 측정하여 누적한 값을 평균한 값들 중 최소값
제5항에 있어서,

자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준값을 저장하는 메모리를 더 구비함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 설정 장치.
자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준 값을 저장하는 메모리를 구비하고, 자이로스코프 영점을 설정하는 방법에 있어서,

전원이 인가되면 상기 메모리에 자이로스코프 영점, 잡음 레벨, 및 자이로스코프 영점 기준 값이 존재하는지 여부를 체크하는 과정과,

상기 값들이 존재하면 자이로스코프 영점과 자이로스코프 영점 기준값을 그 저장된 값으로 초기화 하고, 잡음 레벨은 그 저장된 값의 일정 배로 초기화 하며, 존재하지 않으면 잡음 레벨만 진동이 아주 심한 경우를 가정하여 산출한 값으로 초기화 하는 과정과,

다수의 버퍼에 순차적으로 제1시간동안 제2시간 간격으로 자이로스코프 출력값 평균을 누적한 값을 평균하여 저장하는 과정과,

최초로 모든 버퍼에 저장이 이루어진 후부터, 상기 다수의 버퍼에 순차적으로 제1시간동안 제2시간 간격으로 자이로스코프 출력값 평균을 누적한 값을 평균하 여 저장할 때마다 자이로스코프 출력값 범위를 구하며, 상기 범위가 그때까지의 잡음 레벨 이하이면, 상기 잡음 레벨을 그때까지의 최소 자이로스코프 출력값 범위 값으로 갱신하는 과정과,

상기 잡음 레벨이 갱신되면 상기 모든 버퍼에 저장된 값들을 합하고 그 평균값을 새로운 자이로스코프 영점으로 갱신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 자이로스코프 출력값 범위가 그때까지의 잡음 레벨 이하이더라도 상기 범위가 진동이 아주 심한 경우를 가정하여 설정한 값보다 클 경우에는 상기 잡음 레벨을 갱신하지 않고 그대로 유지함을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 자이로스코프 영점 설정 전에 아래 조건을 만족하는지 여부를 체크하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.

Mean(Y[0...9]): 자이로스코프 영점값

PT_Ref: 자이로스코프 영점 기준값

: 무진동시 자이로스코프 순수 잡음 레벨의 반(1/2) 값
제10항에 있어서,

직진 주행 카운트를 검사하여 N(평균 필터 상수)보다 큰지 여부를 체크하여 크면 상기 조건 만족 여부를 체크함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 방법.
제10항에 있어서,

미리 저장된 자이로스코프 영점 기준값이 유효한지 여부를 체크하여 유효하면 상기 조건 만족 여부를 체크함을 특징으로 하는 자이로스코프 영점 기준값 설정 방법.