KR101440851B1 - 가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법 - Google Patents

가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법 Download PDF

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Abstract

가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈은 가속도 센서 모듈에 있어서, 차량의 가속도를 측정하는 가속도 센서와, 차량의 온도를 감지하는 온도 센서와, 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력과 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력 사이의 출력 차이 및 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정하고, 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며, 추정된 온도별 보정 인자와 출력 보정 시점에서 측정된 온도를 근거로 하여 보정값을 판단하며, 판단된 보정값을 가속도 센서로부터 출력된 가속도 측정값에 적용하여 출력 보정하는 출력 보정부 및 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력을 저장하고 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력을 저장하는 저장부를 포함한다.

Description

가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법{ACCELERATION SENSOR MODULE IN A VEHICLE AND METHOD OF COMPENSATING OUTPUT OF THE ACCELERATION SENSOR MODULE}
본 발명은 가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 가속도를 검출하는 가속도 센서의 출력을 보정하는 가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법에 관한 것이다.
차량 자세 제어 장치(Electro Stability Control ; ESC)를 위한 센서 신호 융합 및 추정 연구는 오랜 시간 동안 지속되어왔다. 또한 최근에는 경사로 밀림 방지 시스템(Hill Assist Control ; HAC)과 지능형 정속 주행 장치(Smart Cruise Control ; SCC)의 제어 성능을 향상 시키기 위하여 센서 신호의 융합에 대한 많은 방법들이 계속해서 연구되어지고 있다.
하지만 센서 융합을 통한 속도 및 기울기 추정방법은 가속도 센서의 출력을 직/간접적으로 사용하고 있다. 즉, 가속도 센서의 드리프트(drift)성능 개선은 센서의 출력을 사용하는 시스템의 성능 향상과 직접적인 관계를 가지고 있다. 가속도 센서의 드리프트는 특정 외란에 의해 발생되는 오프셋 편차이다.
각 제품의 편차가 존재하기 때문에 각 제품에 맞는 보정(Calibration) 기능을 통하여 최적의 성능과 안정적인 구동을 보증할 수 있다. 일반적으로 보정 기능은 주변 환경에 대한 정보가 절대적으로 필요한 경우가 많다. 많은 센서에서 사용되는 영점(O점) 보정의 경우는 영점에 영향을 줄 수 있는 주변의 환경 요소(온도/진동/평행도 등)을 최소화 상태로 수행한다. 하지만 센서 자체로는 최적의 보정을 적용했지만 시스템으로 범위가 확장되면서 해당 보정이 적절하지 않게 되는 경우가 종종 발생한다. 이러한 경우 추가적인 보정이 필요하지만 센서 자체로는 보증된 주변 환경 요소를 구분할 방법이 없다.
가속도 센서의 경우는 차량에 장착된 후 안정적인 환경(온도/진동/평행)에서 0점 보정을 수행한다. 하지만 온도가 변경됨에 따라서 보정의 값은 편차가 발생한다. 특히 온도에 의한 드리프트는 제품간 편차를 가지고 있기 때문에 시스템 모델을 사용한 칼만 필터(Kalman Filter) 접근이 어렵다. 또한 온도에 의한 드리프트는 잡음과 같이 단기간 바이어스(bias) 불안정이 아닌 장기간 바이어스 불안정이기에 무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter)와 같은 통계적 접근을 하여도 성능 향상이 어려운 한계가 있다. 이와 같은 이유로 현재까지의 가속도 센서 출력에 대해서는 특히, 온도 보정에 대해서는 센서의 성능을 전적으로 의지할 수 밖에 없었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가속도 센서의 온도에 의한 드리프트를 최소화할 수 있도록 가속도 센서의 최초 시작 출력(The first initial output)과 최종 확인 출력(the last known output)에 근거한 보정 인자를 이용하여 가속도 센서의 출력을 보정하는 가속도 센서 모듈 및 그 출력 보정방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가속도 센서 모듈에 있어서, 차량의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 차량의 온도를 감지하는 온도 센서; 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력과 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력 사이의 출력 차이 및 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정하고, 상기 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며, 상기 추정된 온도별 보정 인자와 출력 보정 시점에서 측정된 온도를 근거로 하여 보정값을 판단하며, 상기 판단된 보정값을 상기 가속도 센서로부터 출력된 가속도 측정값에 적용하여 출력 보정하는 출력 보정부; 및 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력을 저장하고 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력을 저장하는 저장부;를 포함하는 가속도 센서 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 온도 보정선은 온도구간에 대하여 상기 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 상기 최초 시작 출력을 마지막점으로 하며, 상기 최종 확인 출력과 상기 최초 시작 출력의 출력 차이와 온도 차이의 비를 기울기로 하는 직선이며, 상기 출력 보정부는 상기 온도 보정선을 다음의 식을 이용하여 추정하는 것을 포함할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00001
여기서, L는 온도 보정선, aL는 최종 확인 출력, aF는 최초 시작 출력, TL은 최종 확인 출력이 발생하는 시점의 온도, TF는 최초 시작 출력이 발생하는 시점의 온도이다.
또한, 상기 출력 보정부는 각 온도구간에 대하여 상기 각 온도구간에 존재하는 온도 보정선의 가속도 출력을 평균하고, 상기 평균된 값을 해당 온도구간의 보정 인자로 추정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 가속도 측정값을 다음의 식을 이용하여 출력 보정하는 것을 포함할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00002
여기서, aT.C.는 온도가 n인 지점에서의 보정된 가속도 출력이고, ameas는 가속도 측정값이며,
Figure 112013105348908-pat00003
는 해당 온도구간에 대한 보정 인자값의 합이다. 이때, Γt는 보정 인자이며, j는 보정 인자에 대응하는 해당 온도구간이 나뉘어진 개수이다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 보정 인자를 재귀 평균을 이용하여 추정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 재귀 평균을 이용한 보정 인자 추정시 상기 재귀 평균을 최근 n개에 대한 데이터로만 한정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 출력 보정 시점에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 범위인 경우, 상기 가속도 측정값에 대한 보정을 일시 정지하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 최종 확인 출력 및 최초 시작 출력이 존재함과 동시에 상기 최종 확인 출력의 RMSE 값 및 상기 최초 시작 출력의 RMSE 값 모두 기준값보다 적으면, 상기 온도 보정선을 추정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 보정부는 상기 최종 확인 출력 및 최초 시작 출력의 출력 차이가 미리 설정된 값보다 적으면 상기 온도 보정선을 추정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량의 가속도를 측정하는 가속도 센서와, 차량의 온도를 감지하는 온도 센서를 가진 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법에 있어서, 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력과 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력을 저장하고, 상기 저장된 최종 확인 출력과 상기 최초 시작 출력사이의 출력 차이 및 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정하며, 상기 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며, 상기 추정된 온도별 보정 인자와 출력 보정 시점에서 측정된 온도를 근거로 하여 보정값을 판단하며, 상기 판단된 보정값을 상기 가속도 센서로부터 출력된 가속도 측정값에 적용하여 출력 보정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가속도 센서의 최종 확인 출력과 최초 시작 출력에 근거한 보정 인자와 변형된 스플라인 보간법을 이용하여 가속도 센서의 온도에 의한 드리프트를 최소화할 수 있어 가속도 센서의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선형/비선형 온도 드리프트에 대한 대응이 가능하며 재귀식으로 구성된 추정 시스템이 반복될수록 보정 인자가 안정된 값으로 수렴할 수 있어 가속도 센서의 전원 인가와 전원 오프 회수가 누적될수록 보정 인자는 더욱 안정적인 값으로 수렴할 수 있고 비선형 드리프트에 대해서도 더욱 알맞은 보정 인자로 동적으로 변경될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 보정 인자 선정을 재귀식으로 구성함으로써 가속도의 측정 및 동작 오차에 대한 영향은 점차 작아지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 출력 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법에 대한 제어흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈에서 온도 보정선을 추정하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈에서 온도별 보정인자를 이용하여 출력을 보정하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, "연결되는/결합되는"이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 제어블록도이다.
도 1을 참조하면, 가속도 센서 모듈은 가속도 센서(10), 온도 센서(20), 저장부(30) 및 출력 보정부(40)를 포함할 수 있다.
가속도 센서(10)는 운행 중인 차량의 가속도를 측정하여 차량의 상하운동을 추정할 수 있는 장치이다. 가속도 센서(10)는 상하 및 좌우 차체운동의 가속도를 중력가속도 단위로 변환하고 이 값을 전기신호인 전압 또는 디지털 신호로 환산하여 출력한다. 가속도 센서(10)는 검출 결과를 출력 보정부(40)에 출력한다.
온도 센서(20)는 가속도 센서 모듈이 설치된 공간의 온도를 검출하는 접촉식 또는 비접촉식의 센서이며, 검출한 온도를 출력 보정부(40)에 출력한다. 이때, 온도 센서(20)는 가속도 센서 모듈로부터 가속도 출력을 제공받는 시스템에 마련되는 것도 가능하며, 이러한 경우, 가속도 센서 모듈은 그 시스템으로부터 온도 정보를 제공받을 수 있도록 구성된다.
저장부(30)는 ROM(Read Only Memory), 플래시 ROM, RAM(Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 등의 메모리에 의해 구성되어 가속도 센서 모듈의 출력 보정을 위한 시스템 프로그램이나, 각종 기능을 실현하기 위한 각종 프로그램, 각종 데이터 등이 저장되어 있다.
출력 보정부(40)는 저장부(30)에 저장되어 있는 시스템 프로그램 등의 각종 프로그램에 따라 가속도 센서의 출력값을 보정하고, 보정된 출력값을 출력하는 제어장치이며, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서를 가지고 구성된다.
출력 보정부(40)는 온도 센서(20)를 통해 검출된 가속도 센서 모듈이 설치된 공간의 온도를 고려하여 가속도 센서(10)의 출력값을 보정하고, 보정된 출력값을 출력한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 출력 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 출력 보정부(40)는 차량 주차와 같이 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 가속도 센서(10)로부터 출력된 최종 확인 출력(The last known output)과 차량 재주행 시와 같이 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 가속도 센서(10)로부터 출력된 최초 시작 출력(The first initial output) 사이의 출력 차이와 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선(Temp drift Line)을 선형으로 추정하고, 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하고, 추정된 온도별 보정 인자로부터 측정 온도에 해당하는 보정값을 판단하고, 판단된 보정값을 가속도 측정값에 적용하여 가속도 측정값을 보정한다.
이하에서는 출력 보정부(40)의 작동을 설명한다.
일반적인 모델에서는 가속도 센서의 측정값(ameas)은 다음의 식 [1]으로 표현할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00004
식[1]
여기서, ameas는 가속도 센서의 측정값이고, av는 차량의 가속도 성분이며, as는 차량이 놓여진 길의 경사 성분이며, ab는 가속도 센서의 편향(bias) 성분이며, an은 가속도 센서의 잡음 성분이다. 이때, 가속도 센서의 편향 성분에 대한 값은 상수이다.
본 발명의 일 실시예에서는 일반적 모델에서의 가속도 센서의 편향 성분인 ab에 대해서 다음의 3가지로 나눠서 접근한다.
가속도 센서의 편향 성분인 ab을 초기 오프셋 성분, 장착으로 발생되는 장착 오프셋 성분, 드리프트에 의한 편향 성분으로 변경하면 다음의 식 [2]으로 표현할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00005
식[2]
여기서, ameas는 가속도 센서의 측정값이고, av는 차량의 가속도 성분이며, as는 차량이 놓여진 길의 경사 성분이며, εinit는 초기 오프셋 성분이며, εmnt는 장착으로 발생되는 오프셋 성분이며, adrift(T,t)는 드리프트에 의한 편향 성분이다. 이때, T는 온도이고, t는 시간이다.
초기 오프셋(εinit)은 가속도 센서의 값과 가속도 센서 제조상의 공정 오차로 인하여 발생된다.
장착 오프셋(εmnt)은 차량에 가속도 센서를 장착할 때 장착면의 각도와 평탄도에 의한 장착 오차에 의해서 발생된다.
일반적으로 초기 오프셋(εinit)과 장착 오프셋(εmnt)을 최소화 하기 위하여 차량에 가속도 센서 장착 후에 영점 교정을 수행한다.
드리프트에 의한 편향 성분(adrift(T,t))은 온도(T)과 시간(t)에 의한 함수로 표현할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 먼저 드리프트를 온도에 의한 요인을 주요인으로 가정한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예의 동적 온도 보정 방법에 대하여 설명한다.
차량이 정차하고, 가속도 센서 장착 후에 영점 보정을 수행하며, 잡음의 영향성을 배제했다고 가정하면, 상술한 식 [2]을 다음의 식 [3]으로 표현할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00006
식[3]
여기서, ameas는 가속도 센서의 측정값이고, as는 차량이 놓여진 길의 경사 성분이며, adrift(T,t)는 드리프트에 의한 편향 성분이다. 이때, T는 온도이고, t는 시간이다.
이와 같이, 드리프트 영향성을 줄일 수 있는 보정을 수행한다면 보다 이상적인 출력에 가까운 출력값을 기대할 수 있다. 즉, 이상적인 출력값을 얻기 위해서는 드리프트 영향성을 줄일 수 있는 보정을 고려할 필요가 있다.
센서 자체로는 차량이 놓여진 경사에 의해서 발생된 가속도(as)와 드리프트(adrift(T,t))를 구분할 방법이 없다. 그래서 드리프트를 정의하기 위해서는 차가 움직이지 않은 상태(as 를 고정)로 여러 온도에서의 출력값에 대한 측정이 필요하다. 하지만, 이러한 방법으로 샘플별로 드리프트를 정의하는 것은 시간과 비용 문제로 사실상 불가능하다.
드리프트는 온도[℃]와 시간[분/시간/년]에 따라 느리게 변화하는 오프셋이므로 일반적인 필터를 통한 보정은 효과적이지 않다. 또한, 드리프트는 제품간 편차를 가지기 때문에 획일적인 시스템 모델을 통한 보정은 어렵다. 또한, 드리프트는 시변 함수이므로 최초 보정을 통해서는 그 성능을 완벽하게 보정할 수 없다.
즉, 제품별 보정 및 시변 함수에 대한 보정이 함께 필요하다.
하지만, 일반적인 경우에 차량의 시동이 꺼지고 다시 시동이 켜지는 노면의 각도 및 상태는 동일하다는 점을 이용하면 다음의 식 [4]가 성립한다.
Figure 112013105348908-pat00007
식[4]
여기서, ameas는 가속도 센서의 측정값이고, adrift(T,t)는 드리프트에 의한 편향 성분이다. 이때, T는 온도이고, t는 시간이다.
즉, 차량의 시동이 꺼지고 다시 시동이 켜지는 노면의 각도 및 상태는 동일하므로, i 시점의 가속도 측정값(ameas,i)과 i+1 시점의 가속도 측정값(ameas,i+1)의 차이는 i 시점의 드리프트에 의한 편향 성분(adrift,i(T,t))와 i+1 시점의 드리프트에 의한 편향 성분(adrift,i+1(T,t))의 차이는 같다고 볼 수 있다.
따라서, 이를 이용하여 출력 보정부(40)는 차량 주차와 같이 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 가속도 센서(10)로부터 출력된 최종 확인 출력(The last known output)과 차량 재주행 시와 같이 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 가속도 센서(10)로부터 출력된 최초 시작 출력(The first initial output) 사이의 출력 차이와 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선(Temp drift Line)을 선형으로 추정하고, 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며, 추정된 온도별 보정 인자로부터 측정 온도에 해당하는 보정값을 판단하며, 판단된 보정값을 가속도 측정값에 적용하여 가속도 측정값을 보정함으로써 가속도 센서(10)의 측정값에 대하여, 가속도 센서(10)의 온도에 의한 드리프트를 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈에서 보정 인자를 변경하는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 운전자가 차량을 주행하기 위해 시동을 온 시키는데 차량의 시동 온에 의해 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 출력 보정부(40)는 가속도 센서(10)의 출력인 최초 시작 출력을 읽어서 저장부(30)에 저장시킨다(100). 즉, 가속도 센서 모듈에 전원이 인가되면, 가속도 센서(10)의 출력인 최초 시작 출력을 저장부(30)에 저장시킨다. 이때, 출력 보정부(40)는 온도 센서(20)를 통해 최초 시작 출력이 발생할 때의 온도를 측정하여 최초 시작 출력과 함께 저장부(30)에 저장시킨다.
그리고, 출력 보정부(40)는 작동모드 100에서 저장된 최초 시작 출력과 차량이 주행 전에 주차했을 때 저장부(30)에 이미 저장된 가속도 센서(10)의 최종 확인 출력 간의 출력 차이와 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정한다(102).
온도 보정선을 추정한 후 출력 보정부(40)는 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정한다(104).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈의 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈에서 온도 보정선을 추정하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 출력 보정부(40)는 차량 재주행 전에 이전 차량 주행 후 차량 주차시 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 가속도 센서(10)의 출력인 최종 확인 출력(aL)이 존재하는지를 판단하고(200), 최종 확인 출력(aL)이 존재하면, 최종 확인 출력(aL)의 평균 제곱근오차(Root Mean Square Error ; RMSE) 값이 기준값 미만인지를 판단한다(202). RMSE는 가속도 센서(10)의 출력에서 나타나는 오차를 제곱해서 평균한 값의 제곱근을 의미한다.
최종 확인 출력(aL)이 존재함과 함께 최종 확인 출력(aL)의 RMSE 값이 기준값 미만이면, 출력 보정부(40)는 차량 재주행시 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 가속도 센서(10)의 출력인 최초 시작 출력(aF)이 존재하는지를 판단하고(204), 최초 시작 출력(aF)이 존재하면, 최초 시작 출력(aF)의 RMSE 값이 기준값 미만인지를 판단한다(206).
최초 시작 출력(aF)이 존재함과 함께 최초 시작 출력(aF)의 RMSE 값이 기준값 미만이면, 온도 보정선을 추정한다(208).
즉, 온도 보정선 추정은, 최종 확인 출력(aL) 및 최초 시작 출력(aF)이 존재함과 동시에 그 최종 확인 출력(aL)의 RMSE 값 및 그 최초 시작 출력(aF)의 RMSE 값 모두 기준값보다 적은 조건을 만족하면 수행된다. RMSE를 확인하는 이유는 보정 인자를 추정할 때 운전자가 차량 도어를 강하게 닫는 등의 외부 진동 유입이 있을 수 있기 때문이다.
이때, 최종 확인 출력(aL)과 최초 시작 출력(aF)의 출력 차이가 미리 설정된 값보다 적으면 온도 보정선을 추정한다. 또한, 최종 확인 출력(aL)과 최초 시작 출력(aF)의 온도 차이가 적은 구간에 대해서는 온도 보정선을 사용하지 않을 수 있다. 예를 들면 온도 차이가 작은 구간에서는 작은 온도 드리프트가 발생하는데, 이 경우 발생되는 작은 온도 드리프트에서 측정 오차의 영향성이 상대적으로 크게 나타난다. 즉, 선택적 온도 보정선 적용을 통해서 측정 오차로 인한 보정인자 성능 저하를 최소화할 수 있다.
온도 보정선(L)은 다음의 식 [5]로 표현할 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00008
식 [5]
여기서, aL는 최종 확인 출력, aF는 최초 시작 출력, TL은 최종 확인 출력이 발생하는 시점의 온도, TF는 최초 시작 출력이 발생하는 시점의 온도이다.
온도 보정선(L)은 온도구간에 대하여 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 최초 시작 출력을 마지막점으로 하며, 최종 확인 출력과 최초 시작 출력의 출력 차이와 온도 차이의 비를 기울기로 하는 직선이다.
온도 보정선(L)은 온도구간에 대하여 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 최초 시작 출력을 마지막점으로 하며, 최종 확인 출력과 최초 시작 출력의 출력 차이와 온도 차이의 비를 기울기로 하는 직선이다.
도 5를 참조하면, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 가속도 출력을 나타낸다.
L1 내지 L4는 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 최초 시작 출력을 마지막점으로 하는 선형의 온도 보정선이다. 온도 보정선이 4개라는 것은 가속도 센서 모듈에 적어도 4번의 전원 인가와 4번의 전원 오프가 있었음을 의미한다.
온도 보정선 L1 내지 L4은 여러 온도 구간에 걸쳐서 나타나기 때문에 온도 구간에서 여러 개의 온도 보정선에 대응하는 가속도 출력이 나타날 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 온도 보정선 추정 후 출력 보정부(40)는 추정된 온도 보정선이 유효한지를 판단한다(210). 만약, 작동모드 210의 판단결과 추정된 온도 보정선이 유효하지 않은 경우, 이 온도 보정선을 보정 인자를 추정하는 데 사용하지 않는다.
한편, 작동모드 210의 판단결과 추정된 온도 보정선이 유효한 경우, 온도별 보정인자를 추정한다(212). 이때, 온도 보정선에 해당되는 온도구간에 대한 온도 보정선 출력을 이용하여 보정 인자를 추정하고, 추정된 보정 인자를 이용하여 각 온도 구간별로 이미 저장된 보정 인자를 갱신시킨다. 일반적인 경우 센서 전원 오프 장소와 센서 전원 인가 장소는 동일하지만 만약 견인차에 의해 견인되는 등의 경우에는 큰 오프셋 변화가 발생하고, 이로 인해 보정 인자가 상대적으로 큰 값으로 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 이 보정 인자를 보정 인자로 사용하지 않을 수 있다.
이하에서는 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정인자를 추정하는 것을 설명한다.
일반적으로, 라그랑지(Lagrange) 보간법과 같은 일반적인 다항식 보간법의 경우는 n개의 점이 있을 때 n-1차 다항식으로 함수를 정의할 수 있다.
하지만 상술한 바와 같이 모든 출력의 등판각이 동일한 경우를 제외하고는 출력된 오프셋을 기준으로 보간법(곡선 맞춤)이 불가능하다. 도 4의 L1과 L4를 비교하면 온도 보정선이 동일한 기울기이지만 차량의 등판각이 다른 상황이 있을 수 있다. 이와 같은 이유로 해당 보정에서는 y축 절편의 활용이 불가능하다.)
스플라인 보간법의 경우는 n개의 점이 있을 때 n-1개의 식에 대한 기울기와 y축 절편으로 표현이 가능하다. 본 발명의 실시예에서는 기울기만을 이용하여 각 온도 구간에서의 보정 인자를 정의한다.
도 5와 같이, 온도 보정선[L]을 통한 보정 인자[Γ] 선정은 다음과 같다.
1) ΓA, ΓJ = 0
2) ΓB = L2
3) ΓC, ΓD = mean(L1+L2+L4)
4) ΓE, ΓF = mean(L1+L2+L3+L4)
5) ΓG, ΓH = mean(L2+L3)
6) ΓI = L3
즉, A 온도 구간의 보정 인자(ΓA,ΓJ)는 0이고, B 온도 구간은 온도 보정선 L2만이 존재하므로, 보정 인자(ΓB)는 L2에 대응하는 가속도 출력만을 갖는다. 하지만, C와 D 온도 구간은 3개의 온도 보정선(L1,L2,L4)가 존재하므로, 보정 인자(ΓC,ΓD)는 이 L1,L2,L4에 대응하는 가속도 출력들의 평균(mean)값을 갖는다. 나머지 온도 구간들에 대하여 위와 같은 방식으로 보정 인자를 추정할 수 있다.
한편, k번 반복으로 구해진 보정 인자의 재귀 평균은 다음의 식 [6]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00009
[식 6]
여기서, k는 정수이다.
해당 방법은 각 보정 인자로 수렴하며 진행된다. 각 온도 구간이 작을수록 비선형 대응에 용이하다.
한편, 도 3을 다시 참조하면, 출력 보정부(40)는 온도별 보정인자를 추정한 후 온도 센서(20)를 통해 온도를 측정하고(106), 추정된 온도별 보정 인자 중에서 측정된 온도 해당하는 보정 인자를 찾고 찾은 보정 인자를 근거로 보정값을 판단하며(108), 판단된 보정값을 가속도 측정값에 적용하여 가속도 측정값을 보정함으로써 가속도 센서 출력을 보정한다(110). 이렇게 보정된 가속도 센서 출력은 이를 필요로 하는 다른 시스템의 전자제어유닛(ECU)에 전달된다.
가속도 센서 출력 보정은 가속도의 측정값에서 작동모드 108에서 판단된 보정값(각 온도구간에 대한 보정 인자값들의 합)을 빼는 방식으로 이루어진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 모듈에서 온도별 보정인자를 이용하여 출력을 보정하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실선 곡선의 그래프를 가속도 측정값(ameas)라고 하면, 온도 TO 내지 TN 구간에서 가속도 측정값(ameas)이 점차 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이는 가속도 측정값(ameas)이 온도에 의한 영향을 받아서 가속도 측정값(ameas)에 온도 드리프트에 영향이 포함되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 해당 온도 구간에서의 보정 인자들을 이용하여 가속도 측정값(ameas)를 보정함으로써 보정된 출력 곡선이 TO 내지 TN 구간에서 실질적으로 직선에 가깝게 하는 방식으로 출력 보정이 이루어진다.
도 6과 같이, 온도 구간의 차이를 ΔT구간이라 할 때, ΔT구간를 j개로 나뉘었을 때 보정값을 판단하거나 추정한다. 즉, j개에 해당하는 온도를 ΔT구간으로 나눠서 계산한다. 온도가 n인 지점에서의 보정된 가속도 출력은 다음의 식 [7]과 같다.
Figure 112013105348908-pat00010
[식 7]
여기서, aT.C.는 보정된 가속도 출력이고, ameas는 가속도 측정값이며,
Figure 112013105348908-pat00011
는 해당 온도구간에 대한 보정 인자값의 합이다. 이때, Γt는 보정 인자이며, j는 보정 인자에 대응하는 해당 온도구간이 나뉘어진 개수이다.
다시 도 3을 참조하면, 가속도 센서 출력을 보정한 후 출력 보정부(40)는 차량 주차 등으로 인해 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 다음에 차량의 재주행시 출력 보정에 사용할 수 있도록 가속도 센서(10)의 출력인 최종 확인 출력을 읽어서 저장부(30)에 저장시킨다(112). 이때, 최종 확인 출력은 보정된 가속도 출력일 수 있다. 이때, 출력 보정부(40)는 온도 센서(20)를 통해 최종 확인 출력이 발생할 때의 온도를 측정하여 최종 확인 출력과 함께 저장부(30)에 저장시킨다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 외부 전원 스위치를 마련하고, 이 외부 전원 스위치를 이용하여 외부 시스템을 통한 전원 공급으로 안정적인 상태로 판단된 최종 확인 출력을 확보할 수 있다.
또한, 최종 확인 출력과 최초 시작 출력의 잡음 영향성을 줄일 수 있도록 이동 평균(Moving average) 또는 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하는 것도 가능하다.
또한, 재귀 평균을 이용한 보정 인자 추정시 재귀 평균을 최근 n개에 대한 데이터로만 한정할 수 있다. 누적 데이터를 한정함으로 인햐 신규로 적용되는 온도 보정선의 영향을 크게 할 수 있다. 이러한 경우, 보정 인자의 재귀 평균은 다음의 식 [8]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013105348908-pat00012
식 [8]
여기서, α는 0<α<1의 값이다.
또한, 보정 인자의 영향성이 적은 구간은 보정 미적용할 수 있다. 예를 들면, 상온 주변 구간에서는 온도 드리프트가 적게 나타나므로, 상온 구간에서 온도 보정선은 추정하되, 보정 인자를 적용하지 않을 수 있다.
또한, 전원 인가 직후 보정 인자를 이용하여 온도 보정표를 생성할 수 있다. 이를 통하여 측정 온도별로 반복되는 보정값에 대한 연산 시간을 줄일 수 있다.
10 : 가속도 센서 20 : 온도 센서
30 : 저장부 40 : 출력 보정부

Claims (13)

  1. 가속도 센서 모듈에 있어서,
    차량의 가속도를 측정하는 가속도 센서;
    차량의 온도를 감지하는 온도 센서;
    상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력과 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력 사이의 출력 차이 및 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정하고, 상기 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며, 상기 추정된 온도별 보정 인자와 출력 보정 시점에서 측정된 온도를 근거로 하여 보정값을 판단하며, 상기 판단된 보정값을 상기 가속도 센서로부터 출력된 가속도 측정값에 적용하여 출력 보정하는 출력 보정부; 및
    상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력을 저장하고 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력을 저장하는 저장부;를 포함하는 가속도 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 보정선은 온도구간에 대하여 상기 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 상기 최초 시작 출력을 마지막점으로 하며, 상기 최종 확인 출력과 상기 최초 시작 출력의 출력 차이와 온도 차이의 비를 기울기로 하는 직선이며,
    상기 출력 보정부는 상기 온도 보정선을 다음의 식을 이용하여 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
    Figure 112013105348908-pat00013

    여기서, L는 온도 보정선, aL는 최종 확인 출력, aF는 최초 시작 출력, TL은 최종 확인 출력이 발생하는 시점의 온도, TF는 최초 시작 출력이 발생하는 시점의 온도이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 각 온도구간에 대하여 상기 각 온도구간에 존재하는 온도 보정선의 가속도 출력을 평균하고, 상기 평균된 값을 해당 온도구간의 보정 인자로 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 가속도 측정값을 다음의 식을 이용하여 출력 보정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
    Figure 112013105348908-pat00014

    여기서, aT.C.는 온도가 n인 지점에서의 보정된 가속도 출력이고, ameas는 가속도 측정값이며,
    Figure 112013105348908-pat00015
    는 해당 온도구간에 대한 보정 인자값의 합이다. 이때, Γt는 보정 인자이며, j는 보정 인자에 대응하는 해당 온도구간이 나뉘어진 개수이다.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 보정 인자를 재귀 평균을 이용하여 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 재귀 평균을 이용한 보정 인자 추정시 상기 재귀 평균을 최근 n개에 대한 데이터로만 한정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 출력 보정 시점에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 범위인 경우, 상기 가속도 측정값에 대한 보정을 일시 정지하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 최종 확인 출력 및 최초 시작 출력이 존재함과 동시에 상기 최종 확인 출력의 RMSE 값 및 상기 최초 시작 출력의 RMSE 값 모두 기준값보다 적으면, 상기 온도 보정선을 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 출력 보정부는 상기 최종 확인 출력 및 최초 시작 출력의 출력 차이가 미리 설정된 값보다 적으면 상기 온도 보정선을 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈.
  10. 차량의 가속도를 측정하는 가속도 센서와, 차량의 온도를 감지하는 온도 센서를 가진 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법에 있어서,
    상기 가속도 센서 모듈에 전원이 오프될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최종 확인 출력과 상기 가속도 센서 모듈에 전원이 인가될 때 상기 가속도 센서로부터 출력된 최초 시작 출력을 저장하고,
    상기 저장된 최종 확인 출력과 상기 최초 시작 출력사이의 출력 차이 및 그 때의 온도 차이를 이용하여 온도 보정선을 추정하며,
    상기 추정된 온도 보정선을 이용하여 온도별 보정 인자를 추정하며,
    상기 추정된 온도별 보정 인자와 출력 보정 시점에서 측정된 온도를 근거로 하여 보정값을 판단하며,
    상기 판단된 보정값을 상기 가속도 센서로부터 출력된 가속도 측정값에 적용하여 출력 보정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 온도 보정선 추정은, 온도구간에 대하여 상기 최종 확인 출력을 시작점으로 하고, 상기 최초 시작 출력을 마지막점으로 하며, 상기 최종 확인 출력과 상기 최초 시작 출력의 출력 차이와 온도 차이의 비를 기울기로 하는 직선이며, 상기 온도 보정선은 다음의 식을 이용하여 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법.
    Figure 112013105348908-pat00016

    여기서, L는 온도 보정선, aL는 최종 확인 출력, aF는 최초 시작 출력, TL은 최종 확인 출력이 발생하는 시점의 온도, TF는 최초 시작 출력이 발생하는 시점의 온도이다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보정 인자 추정은, 각 온도구간에 대하여 상기 각 온도구간에 존재하는 온도 보정선의 가속도 출력을 평균하고, 상기 평균된 값을 해당 온도구간의 보정 인자로 추정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출력 보정은, 상기 가속도 측정값을 다음의 식을 이용하여 출력 보정하는 것을 포함하는 가속도 센서 모듈의 출력 보정방법.
    Figure 112013105348908-pat00017

    여기서, aT.C.는 온도가 n인 지점에서의 보정된 가속도 출력이고, ameas는 가속도 측정값이며,
    Figure 112013105348908-pat00018
    는 해당 온도구간에 대한 보정 인자값의 합이다. 이때, Γt는 보정 인자이며, j는 보정 인자에 대응하는 해당 온도구간이 나뉘어진 개수이다.
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