KR102326060B1 - 차량 속도 보정 장치 및 그에 의한 속도 보정 계수 산출 방법 - Google Patents

차량 속도 보정 장치 및 그에 의한 속도 보정 계수 산출 방법 Download PDF

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Abstract

차량의 속도 보정 장치 및 그에 의한 속도 보정 계수 산출 방법이 개시된다.
본 발명의 일 면에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 센서를 통해 제1 속도값을 측정하는 측정부, 위성으로부터 상기 차량의 제2 속도값을 획득하는 획득부, 보정 계수 산출 동작 진행 여부를 판단하는 판단부, 상기 판단부의 판단결과에 기초하여 상기 제1 속도값과 상기 제2 속도값에 기초해서 생성한 연산값을 칼만필터에 입력하여 상기 차량의 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 산출부 및 상기 보정 계수와 상기 제1 속도값을 곱셈 연산하여 상기 차량의 속도를 보정하는 보정부를 포함한다.

Description

차량 속도 보정 장치 및 그에 의한 속도 보정 계수 산출 방법{Device for vehicle speed correction and method of calculating the wheel scale factor by the same}
본 발명은 차량 속도 보정 장치에 관한 것으로, 특히 속도 보정을 위한 보정 계수를 산출하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 속도를 측정하기 위해 차량의 제어 유닛은 차륜에 장착된 휠 속도 센서(Wheel Speed Sensor)의 정보를 이용한다. 이때, 휠 속도 센서는 휠에 장착된 톤 휠(tone wheel)의 이동에 따라 주기적으로 변화하는 휠 속도 신호를 출력한다. 이 휠 속도 신호는 차량의 속도에 따라 주기가 변한다.
예컨대, 차량의 고속 주행 시 휠 속도 신호의 주기는 짧아진다. 반면, 차량이 저속으로 주행 시 센서에서 출력하는 휠 속도 신호의 주기는 고속 주행 시 보다 상대적으로 길어지게 된다.
제어 유닛은 휠 속도 센서로부터 제공되는 휠 속도 신호의 주기를 측정하고, 그 주기의 크기에 따라 차량의 속도를 계산한다. 그러나 차륜의 회전수, 온도, 차륜의 노화 정도 및 노면 상태 등의 조건에 따라 미끄러짐이 생겨, 휠 속도 신호만을 이용하여 차량의 속도를 측정하는 것은 정확도가 떨어진다.
한편, 위성 항법 시스템(Global Positioning System, GPS)을 이용하여 차량의 위치, 속도, 시간 정보를 GPS 위성으로부터 획득할 수 있다. 하지만, 도심지역이나 산간 지역에서는 빌딩이나 나무들에 가려 GPS의 가시 위성의 개수가 3개 이하인 구간이 발생하기도 한다. 이러한 구간에서는 위치 정보의 정밀도가 낮으므로, 안정적인 차량의 정확한 위치를 알 수 없다. 또한, GPS의 수신 주기가 느리므로, 차량 제어를 위한 빠른 주기의 차량 위치 업데이트(갱신)가 필요하다.
최근, 빠른 주기의 안정적인 차량 위치 파악 위해, 휠 속도 센서의 정보와 GPS 정보를 이용하여 차량의 위치 정보를 개선하며, 이를 추측 항법(Dead Reckoning, DR)라 부른다. 그러나 종래의 추측 항법은 휠 속도 센서에서 제공되는 휠 속도 신호를 그대로 이용하기 때문에, 차륜의 회전수, 온도, 차륜의 노화 정도 및 노면 상태 등의 조건에 따라 오차가 발생할 수 있다. 또한, GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신하는데 지연 시간이 발생하기 때문에, 현재 시점에서 GPS로부터 수신되는 정보와 센서로부터 수신되는 정보 간에는 시간 오차가 발생하여, 정확도가 떨어진다.
본 발명은 위성으로부터 수신되는 차량 속도와 센서를 통해 측정된 차량 속도를 이용하여 산출되는 보정 계수를 이용하여 차량 속도를 보정할 수 있도록 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 센서를 통해 제1 속도값을 측정하는 측정부, 위성으로부터 상기 차량의 제2 속도값을 획득하는 획득부, 보정 계수 산출 동작 진행 여부를 판단하는 판단부, 상기 판단부의 판단결과에 기초하여 상기 제1 속도값과 상기 제2 속도값에 기초해서 생성한 연산값을 칼만필터에 입력하여 상기 차량의 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 산출부 및 상기 보정 계수와 상기 제1 속도값을 곱셈 연산하여 상기 차량의 속도를 보정하는 보정부를 포함하며, 상기 연산값은 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균과 상기 일정 시간 동안 획득된 상기 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 결과이고, 상기 제1 속도값의 평균은 기 설정된 상기 제2 속도값의 수신 지연 시간이 고려되어 현재 시점을 기준으로 상기 수신 지연 시간 이전에 상기 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균이다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 차량의 속도 보정을 위한 차량 속도 보정 계수 산출 방법은 차량의 휠 센서를 이용하여 제1 속도값을 측정하는 단계, GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 상기 차량의 제2 속도값을 획득하는 단계, 보정 계수 산출 동작 진행 여부를 판단하는 단계, 상기 판단에 기초하여 상기 제1 속도값과 상기 제2 속도값에 기초해서 생성한 연산값를 칼만 필터에 입력하여 상기 차량의 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 단계, 상기 보정 계수와 상기 제1 속도값을 곱셈 연산하여 상기 차량의 속도를 보정하는 단계 및 상기 판단에 기초하여 상기 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단하면 상기 제1 속도값을 이전 주기에 산출된 보정 계수를 이용하여 보정하는 단계를 포함하고, 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균을 구하는 단계, 상기 일정 시간 동안 획득된 상기 제2 속도값의 평균을 구하는 단계를 더 포함하고, 상기 보정 계수를 산출하는 단계는 상기 제1 속도값의 평균과 상기 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 결과를 상기 칼만 필터에 입력하는 것이고, 상기 제1 속도값의 평균을 구하는 단계는 기 설정된 상기 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여, 현재 시점을 기준으로 상기 수신 지연 시간 이전에 상기 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균을 구한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 기존에 이용된 휠 가속도 정보 및 GPS 정보를 이용함으로써, 별도의 하드웨어 추가 없이 추측 항법(Dead Reckoning)의 구현이 가능하여 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 휠 속도와 GPS 속도를 이용할 시 GPS로부터의 데이터 수신 지연 시간(delay)을 고려하여 보정 계수(WheelScale Factor)를 구하고, 이를 이용하여 차량의 속도를 보정함으로써, 추측 항법의 성능 향상 및 자율주행 차량의 측위에 긍정적인 영향을 준다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 GPS의 수신 감도 및 보정 차량의 속도 등을 고려하여 보정 계수 산출 동작을 진행할지 여부를 판단한 후 보정 계수를 산출함으로써, 보정 계수 산출, 그에 따른 차량 속도 보정 및 이동 거리 계산의 정확성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치의 버퍼를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치에 의한 속도 보정 계수 산출 방법 흐름도.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
차량의 센서만을 이용해서는 차량의 정확한 속도를 파악할 수 없으며, 이에 따라 차량의 실제 이동 거리 또한 정확하게 알 수 없다. 따라서, 안정적인 차량 위치 파악 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 휠 속도 센서의 정보와 GPS 정보를 이용하여 차량의 위치 정보를 개선하는 추측 항법(Dead Reckoning, DR)을 수행한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 센서와 함께 위성으로부터 획득되는 정보를 이용하여 보정 계수를 산출하고, 산출된 보정 계수를 이용하여 차량의 속도값을 보정한다. 이와 같은 과정을 통해 차량의 속도가 정확하게 파악됨으로써, 차량의 실제 이동 거리 또한 정확하게 확인될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 도 1과 같은 구성을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치(100)는 측정부(110), 획득부(120), 산출부(140) 및 판단부(150)를 포함한다.
측정부(110)는 차량의 센서를 통해 제1 속도값을 측정한다. 여기서, 차량의 센서는 차량용 센서(In Vehicle Sensor, IVS)로서, 휠 속도 센서(Wheel Speed Sensor)이다. 휠 속도 센서는 차량의 좌우 뒷바퀴에 장착되며, 톤 휠(tone wheel)의 이동에 따라 주기적으로 변화하는 휠 속도 신호를 출력한다. 예컨대, 휠 속도 센서는 차량의 CAN(C-CAN) 통신을 통해 신호를 출력한다.
측정부(110)는 휠 속도 센서에서 출력되는 휠 속도 신호를 이용하여 차량의 제1 속도값을 측정한다. 예컨대, 측정부(110)는 휠 속도 센서로부터 제1 시간(예컨대, 20ms) 주기마다 휠 속도 신호를 획득하여 차량의 제1 속도값을 측정한다. 이렇게 측정된 제1 속도값을 통해 차량의 이동 거리가 구해질 수 있다.
획득부(120)는 위성으로부터 수신되는 차량의 위치 정보를 이용하여 차량의 제2 속도값을 획득한다. 여기서, 위성은 GPS(Global Positioning System) 위성이며, 획득부(120)는 GPS 모듈과 같은 data adaptor일 수 있다.
일반적으로, 획득부(120)는 4개 이상의 GPS 위성으로부터 수신되는 차량의 위치 정보를 통해 제2 속도값을 획득한다. 이때, 획득부(120)는 제2 시간(예컨대, 100ms) 주기마다 GPS 위성으로부터 수신되는 차량 위치 정보를 통해 제2 속도값을 획득한다.
획득부(120)는 GPS 위성으로부터 위치 정보를 수신하는 것이 바람직하나, 위치 정보를 수신하는 그 외 다른 방식을 채택할 수 있음도 물론이다. 또한, 획득부(120)는 제2 속도값과 함께, 통신 가능한 GPS 위성 개수, GPS 모드, HDOP(Horizontal Dilution of Precision) 획득할 수 있다.
한편, 측정부(110)에 의해 측정된 제1 속도값과 획득부(120)에 의해 획득된 제2 속도값은 버퍼(Buffer)에 저장된다. 이때, 버퍼(130)에는 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여 제1 속도값 및 제2 속도값이 저장된다. 이는, GPS 위성으로부터 위치 정보를 처리하여 내보내기까지 소정의 지연 시간만큼 지연됨에 따라, 제2 속도값의 수신 지연 시간이 존재하며, 이에 제1 속도값과 제2 속도값 간에 시간차가 존재하기 때문이다.
예컨대, 현재 시점(t)은 0ms이고, 수신 시간 지연 시간이 60ms라 하면, 도 2에 도시된 바와 같이 버퍼(130)에는 크기가 9인 배열에 160ms(t-60ms-100ms) 전부터 현재 시점(0ms)까지의 제1 속도값이 제1 시간(20ms) 마다 저장된다. 여기서, 100ms는 제2 속도값이 획득되는 제2 시간 주기이다.
또한, 버퍼(130)에는 크기가 2인 배열에 100ms(t-100ms)전부터 현재 시점(0ms)까지의 제2 속도값이 제2 시간(100ms) 주기 마다 저장된다. 이때, 제2 속도값에는 수신 지연 시간이 존재하기 때문에, 현재 시점(0ms)과 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값 각각은 실제로, -160ms의 시점과 -60ms의 시점 사이에 측정된 속도값이다.
산출부(140)는 버퍼(130)에 저장된 제1 속도값과 제2 속도값을 이용하여 보정 계수(Wheel Scale Factor)를 산출한다. 이는, 차량의 휠, 타이어 등의 사이즈가 일정하지 않으며, 미끄러운 노면에서는 휠이 헛도는 경우가 발생하여, 측정부(110)를 통해 측정된 제1 속도값과 차량의 실제 속도 사이에 오차가 존재할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 산출부(140)는 제1 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출한다.
산출부(140)는 제1 속도값과 제2 속도값을 연산한 연산값(측정값)을 이용하여 보정 계수를 산출한다. 즉, 산출부(140)는 제2 속도값을 제1 속도값으로 나눈 값을 휠 스케일 팩터(보정계수)로 산출할 수 있다.
다른 실시예로서, 산출부(140)는 제1 속도값과 제2 속도값을 연산한 연산 결과(측정값)를 칼만 필터에 입력하며, 칼만 필터의 알고리즘을 통해 출력되는 출력값(추정값)을 보정 계수로 산출한다.
여기서, 칼만 필터의 알고리즘은 시간정보갱신(Time update)과 측정정보갱신(Measurement update)의 두 단계로 구성되어 있다. 이 두 단계는 각각 수학식 1과 수학식 2로 표현된다.
Figure 112021049391980-pat00001
Figure 112021049391980-pat00002
Figure 112021049391980-pat00003
Figure 112021049391980-pat00004
Figure 112021049391980-pat00005
여기서,
Figure 112021049391980-pat00006
는 보정 계수 즉, 출력값(추정값)이고,
Figure 112021049391980-pat00007
는 연산값(측정값)이고,
Figure 112021049391980-pat00008
는 Covariance이고,
Figure 112021049391980-pat00009
는 Kalman Gain이며, Q와 R은 노이즈이다.
한편, 칼만 필터에 입력되는 연산값(측정값)은 다음의 과정을 통해 구해진다.
일 예로서, 산출부(140)는 현재 시점(t)에서 획득된 제2 속도값과 제1 속도값을 연산하여 연산값(
Figure 112021049391980-pat00010
)을 구한다. 예컨대, 산출부(140)는 현재 시점(t=0ms)에 획득된 제2 속도값과 현재 시점(t=0ms)에 측정된 제1 속도값을 나눗셈 연산한 결과(
Figure 112021049391980-pat00011
=제2 속도값/제1 속도값)를 연산값으로 구하여 칼만 필터에 입력한다. 이에 따라, 산출부(140)는 칼만 필터의 출력값(
Figure 112021049391980-pat00012
)을 보정 계수로 산출한다.
다른 예로서, 산출부(140)는 제1 속도값을 측정하는 주기와 제2 속도값을 획득하는 주기가 서로 다른 것을 고려하여 연산값(
Figure 112021049391980-pat00013
)을 구한다. 예컨대, 산출부(140)는 일정 시간 동안의 제1 속도값의 평균과 일정 시간 동안의 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산하여 연산값을 구한다. 이때, 일정 시간 동안의 제1 속도값 및 제2 속도값은 버퍼(130)에 저장된 것이다.
제1 속도값보다 상대적으로 속도값의 획득 주기가 긴 제2 속도값의 획득 주기가 100ms라 가정한다. 산출부(140)는 현재 시점(t=0ms)을 기준으로 이전의 일정 구간(100ms(-100ms ~ 0ms)) 동안 20ms 마다(-100ms, -80ms, -60ms, -40ms, -20ms, 0ms) 측정된 제1 속도값의 평균을 구한다. 이때, 20ms는 사용자에 의해 기 설정된 시간 주기이며, 변경 가능하다. 또한, 산출부(140)는 현재 시점(t=0ms)에 획득된 제2 속도값과 현재 시점(t)을 기준으로 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값의 평균을 구한다.
산출부(140)는 이렇게 구해진 제1 속도값의 평균과 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 연산 결과(
Figure 112021049391980-pat00014
=제2 속도값 평균/제1 속도값 평균)를 칼만 필터에 입력한다. 이에 따라, 산출부(140)는 칼만 필터의 출력값(
Figure 112021049391980-pat00015
)을 보정 계수로 산출한다.
또 다른 예로서, 산출부(140)는 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여 연산값을 구한다. 여기서, 수신 시간 지연 시간이 60ms라 가정한다. 예컨대, GPS 모듈을 통해 위치 정보를 획득하는 경우, GPS 수신기가 위성 신호를 수신한 후 이를 처리하여 위치 정보를 출력하기 까지 약 60ms 시간이 소요되므로, 이러한 시간 지연을 고려함이 바람직하다.
이 경우, 산출부(140)는 현재 시점(t=0ms)을 기준으로 수신 지연 시간(-60ms) 이전에 일정 시간(100ms) 동안 20ms 마다(-160, -140ms, -120ms, -100ms, -80ms, -60ms) 측정된 제1 속도값의 평균을 구한다. 또한, 산출부(140)는 현재 시점(0ms)과 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값의 평균을 구한다. 여기서, 현재 시점(0ms)과 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값 각각은 실제로, 현재 시점(0ms)를 기준으로 -160ms의 시점과 -60ms의 시점에 측정된 속도값이기 때문에, 제2 속도값 또한, -160ms의 시점부터 -60ms의 시점에 측정된 속도값이 이용되는 것이다.
산출부(140)는 이렇게 구해진 수신 지연 시간을 고려한 제1 속도값의 평균과 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 연산 결과(
Figure 112021049391980-pat00016
= 일정 시간 동안의 제2 속도값 평균/수신 지연 시간이 고려된 일정 시간 동안의 제1 속도값 평균)를 구하여 보정 계수를 구한다.
또는, 보다 정확한 통계적 예측값을 얻기 위해, 산출부(140)은 연산 결과(
Figure 112021049391980-pat00017
= 일정 시간 동안의 제2 속도값 평균/수신 지연 시간이 고려된 일정 시간 동안의 제1 속도값 평균)를 칼만 필터에 입력한다. 산출부(140)는 연산된 연산값(측정값)을 칼만 필터에 입력하며, 그에 대응하여 출력되는 출력값(예측값)(
Figure 112021049391980-pat00018
)을 보정 계수(Wheel Scale Factor)로 산출한다. 이에 따라, 이전 주기에 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00019
)는 새로운 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00020
)로 갱신된다.
보정부(160)는 산출부(140)에서 산출된 보정 계수를 이용하여 차량의 속도값을 보정한다. 이때, 보정부(160)는 측정부(110)에 의해 측정된 제1 속도값을 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00021
)를 이용하여 보정한다. 예컨대, 보정부(160)는 보정 계수와 제1 속도값을 곱셈 연산하여 차량의 속도값을 보정한다.
한편, 산출부(140)에 의해 보정 계수가 산출되기 전, 판단부(150)에 의해 보정 계수 산출 동작을 진행할지 여부가 판단된다. 예컨대, 판단부(150)는 칼만 필터에 입력되는 연산값(
Figure 112021049391980-pat00022
)과 이전 주기에서 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00023
)의 차이가 기 설정된 소정값 이상이면, 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단한다. 여기서, 소정값은 사전에 사용자에 의해 설정된 값일 수 있다.
판단부(150)는 제1 속도값이 일정 속도값보다 작은 경우, 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단한다. 이는, 차량이 일정 속도값(예컨대, 0.01m/s)이하인 경우, 차량이 정지 또는 서행하는 것으로 간주되어 제1 속도값의 보정의 효과가 미비하기 때문이다.
판단부(150)는 GPS 위성의 개수가 소정 개수(예컨대, 3개) 이하인 경우 또는 GPS 모드가 0인 경우(GPS 위성이 존재하지 않은 경우)에 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단한다. 이는, 건물, 나무, 산, 언덕 등과 같은 주변 환경에 의해 GPS의 수신 감도가 떨어져 GPS 위성으로부터 획득되는 제2 속도값의 신뢰성이 떨어지기 때문에, 이를 이용하여 산출되는 보정 계수 또한 신뢰하기 어렵기 때문이다. 이때, 판단부(150)는 획득부(120)로부터 획득된 GPS 위성 개수, GPS 모드, HDOP를 고려하여 GPS의 신호의 신뢰성을 판단한다.
만약, 판단부(150)에 의해 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단되면, 산출부(140)는 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는다. 또한, 판단부(150)에 의해 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단되면, 보정부(160)는 제1 속도값을 이전 주기에 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00024
)를 이용하여 보정한다. 또한, 이와 같은 과정을 통해, 보정된 차량의 속도를 이용하여 보정부(160)는 차량의 이동 거리를 계산할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 기존에 이용된 휠 가속도 정보 및 GPS 정보를 이용함으로써, 별도의 하드웨어 추가 없이 추측 항법(Dead Reckoning)의 구현이 가능하여 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 휠 속도와 GPS 속도를 이용할 시 GPS로부터의 데이터 수신 지연 시간(delay)을 고려하여 보정 계수(WheelScale Factor)를 구하고, 이를 이용하여 차량의 속도를 보정함으로써, 추측 항법의 성능 향상 및 자율주행 차량의 측위에 긍정적인 영향을 준다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 GPS의 수신 감도 및 보정 차량의 속도 등을 고려하여 보정 계수 산출 동작을 진행할지 여부를 판단한 후 보정 계수를 산출함으로써, 보정 계수 산출, 그에 따른 차량 속도 보정 및 이동 거리 계산의 정확성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치에 의한 속도 보정 계수 산출 방법 흐름도이다.
단계 S310에서, 차량 속도 보정 장치(100)는 차량의 센서를 통해 제1 속도값을 측정한다.
여기서, 차량의 센서는 차량용 센서(In Vehicle Sensor, IVS)로서, 휠 속도 센서(Wheel Speed Sensor)이다. 예컨대, 차량 속도 보정 장치(100)는 휠 속도 센서로부터 제1 시간(예컨대, 20ms) 주기마다 휠 속도 신호를 획득하여 차량의 제1 속도값을 측정한다.
단계 S320에서, 차량 속도 보정 장치(100)는 GPS 위성을 통해 제2 속도값을 획득한다.
여기서, 위성은 GPS(Global Positioning System) 위성이며, 차량 속도 보정 장치(100)는 GPS 모듈을 통해 제2 속도값을 획득한다. 또한, 차량 속도 보정 장치(100)는 제2 속도값과 함께, 통신 가능한 GPS 위성 개수, GPS 모드, HDOP(Horizontal Dilution of Precision) 획득할 수 있다.
한편, 차량 속도 보정 장치(100)는 제1 속도값과 제2 속도값을 버퍼(Buffer)(130)에 저장한다. 이때, 버퍼(130)에는 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여 제1 속도값 및 제2 속도값이 저장된다. 이는, GPS 위성으로부터 위치 정보를 처리하여 내보내기까지 소정의 수신 지연 시간만큼 지연됨에 따라, 제2 속도값의 수신 지연 시간이 존재하며, 이에 제1 속도값과 제2 속도값 간에 시간차가 존재하기 때문이다.
예컨대, 현재 시점(t)는 0ms이고, 수신 시간 지연 시간이 60ms라 하면, 도 2에 도시된 바와 같이 버퍼(130)에는 크기가 9인 배열에 현재 시점(0ms)을 기준으로 -160ms부터 현재 시점(0ms)까지의 제1 속도값이 제1 시간(20ms) 마다 저장된다.
또한, 버퍼(130)에는 크기가 2인 배열에 현재 시점(0ms)을 기준으로 -100ms전부터 현재 시점(0ms)까지의 제2 속도값이 제2 시간(100ms) 주기 마다 저장된다. 이때, 제2 속도값에는 수신 지연 시간이 존재하기 때문에, 현재 시점(0ms)과 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값 각각은 실제로, -160ms의 시점과 -60ms의 시점에 측정된 속도값이다.
단계 S330에서, 차량 속도 보정 장치(100)는 보정 계수 산출 동작을 진행할지 여부를 판단한다.
이때, 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 경우는 다음과 같을 수 있다. 예컨대, 차량 속도 보정 장치(100)는 칼만 필터에 입력되는 연산값(
Figure 112021049391980-pat00025
)과 이전 주기에서 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00026
)의 차이가 기 설정된 소정값 이상인 경우, 제1 속도값이 일정 속도값(예컨대, 0.01m/s) 이하인 경우, GPS 위성의 개수가 소정 개수(예컨대, 3개) 이하이거나 GPS 모드가 0인 경우(GPS 위성이 존재하지 않은 경우) 중 적어도 하나의 경우 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단한다.
단계 S330에서 보정 계수 산출 동작을 진행하는 것으로 판단하면, 단계 S340에서, 차량 속도 보정 장치(100)는 제1 속도값과 제2 속도값을 이용하여 보정 계수를 산출 및 갱신한다.
예컨대, 차량 속도 보정 장치(100)는 제1 속도값과 제2 속도값을 연산한 연산 결과(측정값)(
Figure 112021049391980-pat00027
)를 칼만 필터에 입력하며, 칼만 필터의 알고리즘을 통해 출력되는 출력값(추정값)(
Figure 112021049391980-pat00028
)을 보정 계수로 산출한다.
여기서, 차량 속도 보정 장치(100)는 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여 연산값을 구한다. 여기서, 소정의 수신 시간 지연 시간이 60ms라 가정한다.
차량 속도 보정 장치(100)는 현재 시점(t=0ms)을 기준으로 수신 지연 시간(-60ms) 이전에 일정 시간(100ms) 동안 20ms 마다(-160, -140ms, -120ms, -100ms, -80ms, -60ms) 측정된 제1 속도값의 평균을 구한다. 또한, 차량 속도 보정 장치(100)는 현재 시점(0ms)과 이전 주기(-100ms)에 획득된 제2 속도값의 평균을 구한다.
차량 속도 보정 장치(100)는 이렇게 구해진 수신 지연 시간을 고려한 제1 속도값의 평균과 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 연산 결과(
Figure 112021049391980-pat00029
= 일정 시간 동안의 제2 속도값 평균/수신 지연 시간이 고려된 일정 시간 동안의 제1 속도값 평균)를 칼만 필터에 입력한다.
단계 S350에서, 차량 속도 보정 장치(100)는 단계 S340에서 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00030
)를 이용하여 차량의 속도를 보정한다.
이때, 차량 속도 보정 장치(100)는 현재 시점(t=0ms)에서 측정된 제1 속도값을 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00031
)를 이용하여 보정한다. 예컨대, 차량 속도 보정 장치(100)는 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00032
)와 제1 속도값을 곱셈 연산하여 차량의 속도값을 보정한다.
만약, 단계 S330에서, 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단한 경우, 차량 속도 보정 장치(100)는 이전 주기에서 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00033
)를 이용하여 차량의 속도를 보정한다.
이때, 차량 속도 보정 장치(100)는 현재 시점(t=0ms)에서 측정된 제1 속도값을 이전 주기에서 산출된 보정 계수(
Figure 112021049391980-pat00034
)를 이용하여 차량의 속도를 보정한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 기존에 이용된 휠 가속도 정보 및 GPS 정보를 이용함으로써, 별도의 하드웨어 추가 없이 추측 항법(Dead Reckoning)의 구현이 가능하여 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 차량의 휠 속도와 GPS 속도를 이용할 시 GPS로부터의 데이터 수신 지연 시간(delay)을 고려하여 보정 계수(WheelScale Factor)를 구하고, 이를 이용하여 차량의 속도를 보정함으로써, 추측 항법의 성능 향상 및 자율주행 차량의 측위에 긍정적인 영향을 준다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 차량 속도 보정 장치는 GPS의 수신 감도 및 보정 차량의 속도 등을 고려하여 보정 계수 산출 동작을 진행할지 여부를 판단한 후 보정 계수를 산출함으로써, 보정 계수 산출, 그에 따른 차량 속도 보정 및 이동 거리 계산의 정확성이 향상된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 차량 속도 보정 장치
110 : 측정부 120 : 획득부
130 : 버퍼 140 : 산출부
150 : 판단부 160 : 보정부

Claims (10)

  1. 차량의 센서를 통해 제1 속도값을 측정하는 측정부;
    위성으로부터 상기 차량의 제2 속도값을 획득하는 획득부;
    보정 계수 산출 동작 진행 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단부의 판단결과에 기초하여 상기 제1 속도값과 상기 제2 속도값에 기초해서 생성한 연산값을 칼만필터에 입력하여 상기 차량의 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 산출부; 및
    상기 보정 계수와 상기 제1 속도값을 곱셈 연산하여 상기 차량의 속도를 보정하는 보정부를 포함하며,
    상기 연산값은 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균과 상기 일정 시간 동안 획득된 상기 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 결과이고,
    상기 제1 속도값의 평균은 기 설정된 상기 제2 속도값의 수신 지연 시간이 고려되어 현재 시점을 기준으로 상기 수신 지연 시간 이전에 상기 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균인 것
    인 차량 속도 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산출부는,
    상기 제2 속도값을 상기 제1 속도값으로 나눗셈 연산한 상기 연산값 상기 보정 계수로 산출하는 것
    인 차량 속도 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산출부는,
    수신 지연 시간 이전에 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균과 상기 일정 시간 동안 획득된 상기 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산하고, 상기 나눗셈의 연산 결과인 연산값으로 상기 보정 계수를 산출하는 것
    인 차량 속도 보정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정부는,
    상기 차량의 휠 센서에 의해 획득되는 휠 회전 데이터를 이용하여 상기 제1 속도값을 측정하는 것
    인 차량 속도 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 획득부는,
    GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 상기 제2 속도값을 획득하는 것
    인 차량 속도 보정 장치.
  6. 차량의 속도 보정을 위한 차량 속도 보정 계수 산출 방법에 있어서,
    차량의 휠 센서를 이용하여 제1 속도값을 측정하는 단계;
    GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 상기 차량의 제2 속도값을 획득하는 단계;
    보정 계수 산출 동작 진행 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단에 기초하여 상기 제1 속도값과 상기 제2 속도값에 기초해서 생성한 연산값를 칼만 필터에 입력하여 상기 차량의 속도값을 보정하기 위한 보정 계수를 산출하는 단계;
    상기 보정 계수와 상기 제1 속도값을 곱셈 연산하여 상기 차량의 속도를 보정하는 단계; 및
    상기 판단에 기초하여 상기 보정 계수 산출 동작을 진행하지 않는 것으로 판단하면 상기 제1 속도값을 이전 주기에 산출된 보정 계수를 이용하여 보정하는 단계를 포함하고,
    일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균을 구하는 단계;
    상기 일정 시간 동안 획득된 상기 제2 속도값의 평균을 구하는 단계를 더 포함하고,
    상기 보정 계수를 산출하는 단계는,
    상기 제1 속도값의 평균과 상기 제2 속도값의 평균을 나눗셈 연산한 결과를 상기 칼만 필터에 입력하는 것이고,
    상기 제1 속도값의 평균을 구하는 단계는,
    기 설정된 상기 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여, 현재 시점을 기준으로 상기 수신 지연 시간 이전에 상기 일정 시간 동안 측정된 상기 제1 속도값의 평균을 구하는 것
    인 차량의 속도 보정 계수 산출 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보정 계수를 산출하는 단계는,
    상기 제2 속도값과 상기 제1 속도값을 나눗셈 연산한 결과를 상기 칼만 필터에 입력하는 것
    인 차량의 속도 보정 계수 산출 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 보정 계수를 산출하는 단계는,
    기 설정된 상기 제2 속도값의 수신 지연 시간을 고려하여, 현재 시점을 기준으로 상기 수신 지연 시간 이전의 일정 구간에 획득된 상기 제1 속도값을 이용하는 것
    인 차량의 속도 보정 계수 산출 방법.
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