KR101543088B1 - 추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 추가적인 센서의 장착 없이 차량의 제어기에서 기본적으로 제공되는 정보를 이용한 추측 항법 시스템에 관한 것으로, GPS 위성 신호를 통하여 GPS 정보를 수신하는 단계와, 차량용 제어기의 차량 정보를 취득하는 단계와, 상기 GPS 정보 및 상기 차량 정보를 조합하여 DR 로직을 구동하는 단계와, 상기 DR 로직으로 얻은 차량의 위치 정보를 위치 정보 활용 시스템에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법{DEAD RECKONING SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING USING THE SAME}
본 발명은 추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 3D 추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
내비게이션 장치에는 GPS 수신기가 필수적으로 장착된다. GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 위치정보를 수신받고 그 위치정보를 디지털 지도에 일치시켜 현재 위치 및 속도 등의 항법정보와 길안내, 위험지역 알림 등의 위치 기반서비스(LBS: Location Based Service)를 제공한다.
차량의 위치 인식 시스템은 GPS 위성신호를 수신할 수 있는 개활지 환경에서는 GPS 수신기를 활용하여 차량의 위치정보를 제공할 수 있다. 그러나, 터널, 지하주차장, 도심지역 등에서와 같이 GPS 위성신호가 부분적으로 차단된 멀티패스(Multipath) 지역이나 GPS 위성신호가 수신되지 않는 음영 지역에서는 GPS 만으로는 정확한 위치 정보를 제공할 수 없다.
이에 GPS 위성신호를 이용하여 위치산출이 어려운 경우에 대비하여, 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 차량의 현재위치를 추정해나가는 추측항법(Dead Reckoning)이 도입되었다.
추측항법은 GPS 위성신호가 수신되지 않을 경우 자이로센서, 차속센서신호 및 후진기어신호를 활용하여 차량의 현재위치를 추측한다. 추측 항법 GPS는 회전수 및 각도변화량 감지센서를 탑재한 주행거리계와 자이로 센서 등을 이용하여 차량의 초기위치로부터 이동거리와 이동방향을 계속해서 측정하고, 상기 측정된 결과로부터 회전수 및 각도의 변화량을 계속해서 적분하여 외부의 도움없이 독립적으로 차량의 현재위치를 파악하고 위도경도 위치를 맵 매칭이라는 기술을 통해 지도에 표시하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 차량의 고도 판단을 위한 방법을 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 차량(5)이 도 1a와 같은 코스를 주행하게 될 경우, 진행 방향(X축)은 접선 방향 가속도 + X축 중력방향 가속도를 통해 얻을 수 있다. 그리고, 원심력 방향(Z축)은 Z축 원심력 방향 가속도 + Z축 중력 방향 가속도를 통해 얻을 수 있다. 여기서, X축 중력방향 가속도 성분과 Z축 중력 방향 가속도 성분을 추출하여 차량의 기울어진 각도를 알 수 있으며, 3축 가속도 센서 및 3축 자이로 센서를 활용하면 위와 같은 방향별 가속도 성분의 추출이 가능하여 차량의 기울어진 각도 계산을 통하여 진행방향의 높이 증분 추정이 가능하다.
그러나, 높이 정보를 계산하기 위한 3축 가속도 센서 및 3축 자이로 센서를 추측 항법 GPS 모듈에 추가로 장착해야 하는 어려움이 있으며, 장착된 센서만큼 비용이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 제어기에서 기본적으로 제공되는 정보를 이용하는 추측 항법 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 추측 항법 시스템은 GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 수신기와, 차량 정보를 제공하는 차량 제어기와, 상기 GPS 수신기로부터 전송받은 GPS 정보와 상기 차량 제어기로부터 전송받은 차량의 정보를 조합하여 DR 로직을 구동하는 MCU를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 제어기는 ESC(Electronic Stability Control), ACU(Airback Control Unit), TCU(Transmission Control Unit) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 포함하며, 상기 차량 제어기의 상기 차량 정보는 CAN 통신을 통해 상기 MCU로 전송될 수 있다.
그리고, 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 추측 항법 시스템 제어 방법은 GPS 위성 신호를 통하여 GPS 정보를 수신하는 단계와, 차량용 제어기의 차량 정보를 취득하는 단계와, GPS 정보 및 상기 차량 정보를 조합하여 DR 로직을 구동하는 단계와, DR 로직으로 얻은 차량의 위치 정보를 위치 정보 활용 시스템에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 차량 제어기는 ESC(Electronic Stability Control), ACU(Airback Control Unit), TCU(Transmission Control Unit) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 포함한다.
그리고, 상기 GPS 정보를 수신하는 단계 이후, 수신된 GPS 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 차량용 제어기의 차량 정보를 취득하는 단계 이후, 상기 취득한 차량 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함한다.
그리고, GPS 정보를 수신하는 단계 및 상기 차량 정보를 취득하는 단계를 동시에 진행할 수 있다.
또한, 상기 위치 정보 활용 시스템은 내비게이션, ADAS 시스템, AFLS(Advanced Active Front Light System)을 포함하며, 상기 차량의 위치 정보는 CAN 통신을 통해 위치 정보 활용 시스템에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차량의 제어기에서 기본적으로 제공되는 정보를 이용하여 추측 항법 시스템을 구성함으로써, 추가적인 센서를 장착하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따라 차량의 고도 판단을 위한 방법을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 추측 항법 시스템을 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 추측 항법 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 4a 및 도 4b는 ESC의 활용 방법을 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 추측 항법 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, GPS 수신기(10), MCU(Micro Controller Unit)(20) 및 차량 제어기(25)를 포함하여 구성된다.
GPS 수신기(10)는 GPS 위성 신호를 수신받아 MCU로 GPS 정보를 전송한다.
MCU(20)는 GPS 수신기(10)로부터 수신된 상기 GPS 위성 신호로부터 GPS 정보를 인가받는다. 또한, CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량 제어기의 차량 정보를 인가받는다. 그리고, MCU(20)는 추측 항법 로직(이하, DR 로직)을 포함한다. MCU의 DR 로직은 인가받은 GPS 정보 및 차량 정보를 조합하여 차량의 위치 정보를 파악하는 역할을 한다.
차량 제어기(25)는 ESC(Electronic Stability Control; 자세 제어 유닛), ACU(Airback Control Unit; 에어백 제어 유닛), TCU(Transmission Control Unit; 변속 제어 유닛) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering; 전동식 파워 시스템)등을 포함할 수 있다. 차량 제어기(25)를 통해 얻은 차량 정보는 CAN 통신을 통해 MCU로 전송한다. 이때, 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 추측 항법 시스템 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, GPS 위성 신호로부터 차량의 위치 정보를 수신받는 단계(S10)를 진행한다. 그리고, 차량용 제어기의 차량 정보를 취득하는 단계(S15) 단계를 진행한다. 이때, 차량의 위치 정보를 수신받는 단계(S10)와 차량 정보를 취득하는 단계(S15)는 동시에 진행되거나 순차적으로 진행될 수 있다.
차량 제어기(25)는 ESC(Electronic Stability Control; 자세 제어 유닛), ACU(Airback Control Unit; 에어백 제어 유닛), TCU(Transmission Control Unit; 변속 제어 유닛) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering; 전동식 파워 시스템)등을 포함할 수 있다. 차량 제어기(25)를 통해 얻은 차량 정보는 CAN 통신을 통해 MCU로 전송한다. 차량 제어기(25)를 통해 얻은 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함할 수 있다.
여기서, 차량 정보로 사용되는 값 중 자이로 센서 값 및 가속도 센서 값은 ESC를 통해 얻을 수 있다. ESC는 조향각 회전 시 차량의 움직임 동역학 모델과 자이로 센서 값 및 가속도 센서 값으로 인식한 동역학 힘이 맞지 않으면 각 바퀴를 제어하여 차량의 자세를 안정화하는 역할을 하는 유닛이다. 차량 주행 시 조향각을 회전할 만큼 차량도 회전하였는지를 ESC 내의 자이로 센서로 판단할 수 있다. 또한, 차량 회전 시 차량에서 사이드 슬립(Side Slip)이 발생하는지 여부를 휠 속도와 가속도 센서를 통해 판단할 수 있다.
예컨대, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 차량(100)에 언더스티어(understeer) 혹은 오버스티어(oversteer)가 발생할 상황에 처하면 이를 감지하여 자동적으로 안쪽 휠(wheel) 혹은 바깥쪽 휠(wheel)에 제동을 가해 차량의 자세를 제어한다. 또한 언더스티어 혹은 오버스티어가 발생했을 경우, 각각의 휠(wheel)에 제동력을 제어하여 안전 운행을 도와준다.
또한, 차량 정보로 사용되는 값 중 가속도 값은 차량이 경사진 코스를 주행하게 될 경우 접선 방향의 가속도 성분은 짧은 단위 시간당 차속의 차이를 활용하여 계산이 가능하다. 따라서, X축 중력 방향 가속도를 구할 수 있으며 이 값을 활용하여 높이 증분의 추정이 가능하다.
그 다음, 각각의 차량의 동태 정보를 계산하는 단계(S20, S25)를 진행한다. 예컨대, GPS 위성 신호로부터 수신된 차량의 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계(S20)를 진행한다. GPS 위성 신호로부터 수신된 차량의 정보는 차량의 속도 및 차량의 위치 정보를 포함할 수 있다.
그리고, CAN 통신을 통해 수신한 차량 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계(S25)를 진행한다. 이 두 단계(S20, S25)는 동시에 진행되거나 순차적으로 진행될 수 있다.
다음으로, DR 로직을 구동하는 단계(S40)을 진행한다. 차량의 MCU 내에는 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 차량의 현재위치를 추정해나가는 DR 로직이 포함되어 있다. S20 및 S25 단계에서 계산된 차량의 동태 정보가 MCU로 인가되고, MCU 내의 DR 로직이 구동하여 차량의 위치 정보를 추정한다.
그 다음, CAN 통신을 통해 추정된 차량의 위치 정보를 위치 정보 활용 시스템으로 전송하는 단계(S50)를 진행한다. 이후, 전송된 위치 정보를 위치 정보 활용 시스템에서 활용하는 단계(S60)를 진행한다. 위치 정보 활용 시스템에서 전송된 위치 정보를 활용하는 부분을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
내비게이션에서 차량의 위치를 인식한 후 맵 매칭을 통해 지도에 표시하여 목적지에 대한 경로를 안내할 수 있다. 그리고, 핸들 조향 방향으로 헤드 램프를 조사해 주는 시스템인 AFLS(Advanced active Front Light System)에서도 위치 정보를 활용할 수 있다. 차량의 위치와 주행 경로에 대한 지도가 있으면 운전자가 핸들을 조향하기 이전에 헤드 램프를 차량의 진행 방향으로 조사할 수 있다. 따라서, 운전자에게 편안함을 제공할 수 있다.
또한, 추정된 위치 정보를 통해 지도상에서 차량의 위치를 알고 있으면 전방 도로의 상황 예컨대, 굴곡, 빙판길, 내리막길 등에 대한 예측이 가능하여 차량 시스템에 대한 예측 제어가 가능하다.
상술한 바와 같이, 추가적인 센서의 장착 없이 차량의 제어기에서 기본적으로 제공되는 정보를 이용하여 추측 항법 시스템을 구성함으로써,비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
10 : GPS 수신기 20 : MCU
25 : 차량 제어기 30 : 자세 제어 유닛(ESC)
40 : 에어백 제어 유닛(ACU) 50 : 변속 제어 유닛(TCU)
60 : 전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)

Claims (12)

  1. GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 수신기;
    차량 정보를 제공하며, X,Y축 자이로 센서가 구비된 ESC(Electronic Stability Control)를 포함하는 차량 제어기; 및
    상기 GPS 수신기로부터 전송받은 GPS 정보와 상기 차량 제어기로부터 전송받은 차량의 정보를 조합하여 DR 로직을 구동하는 MCU
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 제어기는
    ACU(Airback Control Unit), TCU(Transmission Control Unit) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 제어기의 상기 차량 정보는 CAN 통신을 통해 상기 MCU로 전송되는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템.
  5. GPS 위성 신호를 통하여 GPS 정보를 수신하는 단계;
    X,Y축 자이로 센서가 구비된 ESC(Electronic Stability Control)를 포함하는차량용 제어기를 통해 차량 정보를 취득하는 단계;
    상기 GPS 정보 및 상기 차량 정보를 조합하여 DR 로직을 구동하는 단계; 및
    상기 DR 로직으로 얻은 차량의 위치 정보를 위치 정보 활용 시스템에 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차량 제어기는 ACU(Airback Control Unit), TCU(Transmission Control Unit) 및 MDPS(Motor Driven Power Steering)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 GPS 정보를 수신하는 단계 이후,
    수신된 GPS 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 차량 제어기의 차량 정보를 취득하는 단계 이후,
    상기 취득한 차량 정보를 활용하여 차량의 동태 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 차량 정보는 자이로 센서 값, 가속도 값, 조향각(Steering Angle), 휠 속도(Wheel Speed), 차량 속도, 전진 방향 및 후진 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 GPS 정보를 수신하는 단계 및 상기 차량 정보를 취득하는 단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 위치 정보 활용 시스템은 내비게이션, ADAS 시스템, AFLS(Advanced Active Front Light System)을 포함하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 차량의 위치 정보는 CAN 통신을 통해 위치 정보 활용 시스템에 전송하는 것을 특징으로 하는 추측 항법 시스템 제어 방법.
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