KR19990029284U - 자동차의 항법장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 센서의 오차로 인해 누적되는 오차의 영향을 감소시킬 수 있는 자동차의 항법장치에 관한 것으로, 다수개의 위성으로부터 전파 발신시각과 궤도정보를 수신하기 위한 GPS유니트(20)와, 자신의 차량의 절대방위를 검출하는 지자기 센서(30)와, 자신의 차량에 대하여 좌우 차륜의 회전차를 카운트하여 좌우회전을 검출하는 속도센서(40)와, 지도데이터가 기록된 CD롬(50)과, 상기 지자기 센서(30)로부터 검출된 데이터와 상기 속도센서(40)로부터 검출된 데이터와 상기 CD롬(50)으로부터 로드된 지도데이터 및 상기 GPS유니트(20)로부터 수신된 데이터를 입력으로 하며 상기 입력된 신호를 기초로 하여 특이점에서 자동차의 위치를 계산한 후 오차보정 제어신호 및 표시 제어신호를 출력하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 오차보정 제어신호를 처리한 후 지자기 센서(30) 및 속도센서(40)에 보정신호를 송출하는 센서보정부(70)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 표시 제어신호에 따라 자신의 차량에 대한 진행방향을 지도상에 표시하는 표시부(80)로 이루어지도록 하여 상기 센서 보정부(70)에서 에 의해 구하고 상기 구해진 오차 보정신호를 상기 지자기 센서(30) 및 속도센서(40)에 인가함으로써 도로상의 특이점에서 누적되는 오차를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차의 항법장치(NAVIGATION SYSTEM FOR USE IN AN AUTOMOBILE)

본 고안은 자동차에 관한 것으로서, 특히 센서의 오차로 인해 누적되는 오차의 영향을 감소시킬 수 있는 자동차의 항법장치에 관한 것이다.

자동차에 따라서는 이상적인 네비게이션이란 목적지에 착오없이 최적 최단(거리 및 시간)의 경로를 운전자에게 지시하는 것이라 생각할 수 있다. 이것을 실현하기 위해서는 자기위치를 정확하게 파악하는 것과, 교통, 도로, 기상정보라고 하는 외부정보를 입수해서 이것을 분석하여 최적 경로를 지시, 유도할 필요가 있다. 그러나 현 시점에서는 이들을 모두 만족하는 다이내믹 네비게이션은 기술적으로 곤란하기 때문에 주로 자기위치의 검출과 주행경로를 트레이스 하는 스태틱 네비게이션 시스템이 실용화되고 있는 것이 현실이다.

도요다 자동차는 이전부터 네비게이션 기술의 중요성을 인식하고 계속 연구개발을 진행해 왔으며 이 활동의 성과는 1981년 이후의 동경 모터쇼에서 실험연구수준의 자동차를 일반에게 공개해 왔다. 카세트 테이프에 저장된 지도 데이터를 CRT(Cathode Ray Tube)상에 불러내어 지자기나 차륜센서로 주행경로를 찾아가는 네비게이션 시스템을 탑재하고 있다.

앞서 언급한 바와 같이 자동차에 네비게이션을 탑재하는 구상은 오랫동안 검토되어 왔다. 또한 기술적 어려움과 가격문제 등으로 장착률이 저조했지만 1990년에 들어와서 그 양상이 달라지고 있다. 1997년 무렵부터 시장이 급속히 확대되고 금세기 말에는 자동차의 주요탑재장치가 될 것으로 예상된다. 이러한 시장의 확대에 대응하기 위해서는 현재 자동차 제조시의 라인 장착뿐만 아니라애프트 마켓에서 유저가 쉽게 부착할 수 있는 시스템의 개발, 제공이 급선무로 되어왔다.

지금까지 언급해 온 배경에 기인하여 새로운 타입의 네비게이션 시스템의 필요성을 인식하게 되었다. 새로운 타입의 계획을 추진하는데 있어서 기본 골격은 애프터서비스가 용이한 방법일 것과, 안정성에 역점을 둔 맨머신 인터페이스일 것과, 보급하기 쉬운 저렴한 가격의 상품일 것 등 이상 3가지 점을 토대로 시스템 구성을 계획하게 되었다.

따라서 센서류는 애프터서비스가 용이하고 확도가 높으며 보정과 같은 조작이 필요 없다는 등의 이유로 GPS를 선택했고, 차에 탑재한 디스플레이에 지도를 나타내는 방식을 채용하지 않았다. 디스플레이는 주행시에 사용하는 정보를 전달하는 소형경량의 간이 타입으로 한다.

자기위치의 자세한 정보가 필요한 경우는 인쇄된 지도상에서 확인하는 방식으로 하며 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 한다. GPS측위의 확도는 100m정도로 알려져 있으며 위성의 배치(Dilution Of Precision : DOP)나 전파의 전달경로가 크게 영향을 미치므로 조건이 나쁜 상태에서는 이 측정 데이터보다 약간 악화된다는 것을 생각할 수 있다. 자동차를 일정한 위치에 고정하고 위성의 배치에 의한 영향을 측정하면 최악의 경우에는 200m 정도의 오차가 나오는 경우가 있지만 통상의 배치에서는 50m 이내로 양호한 결과가 얻어지고 있다.

측위가능 시간은 궤도상에 배치되어 있는 위성수와 위성으로부터 전파를 차단하는 장애물의 수로 정해진다. 위성의 수에 대해서는 금후 계속 증가하고 있는데, 현재도 실용상 어느 정도 이용할 수 있는 수준에 도달하고 있다. 장애물에 대해서는 이것이 어느 정도의 영향을 미치는지 구체적인 데이터가 없으며 G-map 개발에 따라 여러 실험을 실시한 것을 토대로 소개한다. 장해물의 영향정도를 마스크각이라 하는 것은 위성의 전파가 건물 등에 의해 차단되어 수신할 수 없게 되는 각도를 말하며 대도시에서는 마스크 각이 높아지고 측위시간이 짧아진다.

GPS 이외에도 네비게이션 시스템에 사용되는 센서는 여러 가지로 생각할 수 있다. 현재 실용화 되어있거나 개발중에 있는 것도 있지만 어느 방식을 채용해도 장단점은 있다. 애프트마켓에서 장착하는 것을 전제로 생각하면 부착이 용이하고 자동차의 종류에 영향을 주지 않아야 하고, 측위확도가 높아야 하고, 위도, 경도에 의한 절대위치 측위를 위해 오차의 누적이 없어야한다. 이상 세가지 점에서 G-map 에서는 GPS를 선택하고 있다.

도 1은 일반적인 자동차의 항법장치를 도시한 블록도로서, 수퍼 에어로포룸 안테나(1)는 트렁크나 루프에 장착하기 위해 소형이면서 얇으며 테프론의 기판에 특수한 패턴을 에칭한 평면타입으로 하고 있다. 또 안테나로부터 수신부까지의 전달시 손실을 막기 위해 프리앰프를 얼레먼트에 직접 접속한 구성으로 하고 있다. 내장부를 비나 먼지로부터 보호하기 위해 래이돔(Radome)으로 커버를 하고 있다.

전파해석 ECU(Electronic Control Unit)(2)는 안테나로 수신한 위성의 전파를 증폭, 검파하여 위성의 귀도 정보와 시각 정보를 꺼내는 GPS 튜너부와 얻어진 신호를 연산하여 디스플레이에 표시하는 신호로 변환하는 좌표연산 보드부로 구성되어 있다.

디스플레이(4)는 CTR나 액정의 화면에 지도를 표시하고, 그 위에 현재위치나 목적지를 표시함과 동시에 주행경로를 표시하는 방법이 대부분이었다. 이 방식은 자동차 공장의 라인에서 장착되는 네비게이션 시스템의 경우에는 전용의 장착장소와 배선이 확보되어 있어 유리하지만 애프트 마켓에서는 대규모 개조가 필요하게 되어 실현하기가 상당히 곤란하다. 이 때문에 G-map에서는 지도를 화면에 표시하는 방식을 채용하지 않고 디스플레이에는 주행중 필요한 정보를 표시하는 것으로 하여 디스플레이 본체를 소형화하고 애프터서비스가 용이하도록 했다. 사용자가 더 자세한 정보를 필요로 할 때는 지도게이지와 지도수첩을 조합함으로써 대응할 수 있도록 배려하고 있다.

지도 혹은 지도게이지(3)는 목적지, 경유지를 입력하거나 현재 위치의 정보를 알려고 하는 경우, 자세한 지도정보를 얻는 수단으로 이들은 종래의 CTR나 액정 디스플레이에 나타내는 지도화면과 현재위치 표시에 해당하는 것이다.

이러한 종래 장치는 패턴비교에 따라 위치데이터를 표시하므로 오류판단을 위한 계산량 및 시간이 많이 소요되어 기존의 위치값이 다음의 위치값에 영향을 미치므로 센서오차의 영향이 넓은 범위에서 패턴의 차이가 날때까지 계속되는 문제가 발생된다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 센서로부터 검출되는 신호를 특이점에서 보정한 후 제어신호를 센서에 인가함으로써 센서오차의 영향을 감소시킬 수 있는 자동차의 항법장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 자동차의 항법장치를 도시한 블록도.

도 2는 본 고안에 따른 자동차의 항법장치를 도시한 블록도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : GPS유니트 30 : 지자기 센서

40 : 속도센서 50 : CD롬

60 : 제어부 70 : 센서보정부

80 : 표시부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 항법장치는 다수개의 위성으로부터 전파 발신시각과 궤도정보를 수신하기 위한 GPS유니트(20)와, 자신의 차량의 절대방위를 검출하는 지자기 센서(30)와, 자신의 차량에 대하여 좌우 차륜의 회전차를 카운트하여 좌우회전을 검출하는 속도센서(40)와, 지도데이터가 기록된 CD롬(50)과, 상기 지자기 센서(30)로부터 검출된 데이터와 상기 속도센서(40)로부터 검출된 데이터와 상기 CD롬(50)으로부터 로드된 지도데이터 및 상기 GPS유니트(20)로부터 수신된 데이터를 입력으로 하며 상기 입력된 신호를 기초로 하여 특이점에서 자동차의 위치를 계산한 후 오차보정 제어신호 및 표시 제어신호를 출력하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 오차보정 제어신호를 처리한 후 지자기 센서(30) 및 속도센서(40)에 보정신호를 송출하는 센서보정부(70)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 표시 제어신호에 따라 자신의 차량에 대한 진행방향을 지도상에 표시하는 표시부(80)로 이루어지며, 상기 센서 보정부(70)에서 계산되는 현재오차는 에 의해 실현되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 자동차의 항법장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 자동차의 항법장치를 도시한 블록도로서, 다수개의 위성으로부터 전파 발신시각과 궤도정보를 수신하기 위한 GPS유니트(20)와, 자신의 차량의 절대방위를 검출하는 지자기 센서(30)와, 자신의 차량에 대하여 좌우 차륜의 회전차를 카운트하여 좌우회전을 검출하는 속도센서(40)와, 지도데이터가 기록된 CD롬(50)과, 상기 지자기 센서(30)로부터 검출된 데이터와 상기 속도센서(40)로부터 검출된 데이터와 상기 CD롬(50)으로부터 로드된 지도데이터 및 상기 GPS유니트(20)로부터 수신된 데이터를 입력으로 하며 상기 입력된 신호를 기초로 하여 특이점(교차로의 좌/우 회전 등)자동차의 위치를 계산한 후 오차보정 제어신호 및 표시 제어신호를 출력하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 오차보정 제어신호를 처리한 후 지자기 센서(30) 및 속도센서(40)에 보정신호를 송출하는 센서보정부(70)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 표시 제어신호에 따라 자신의 차량에 대한 진행방향을 지도상에 표시하는 표시부(80)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 자동차의 항법장치의 동작원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지자기 센서(30)로부터 검출된 데이터와 속도센서(40)로부터 검출된 데이터와 CD롬(50)으로부터 로드된 지도데이터 및 GPS유니트(20)로부터 수신된 데이터를 기초로 하여 제어부(60)에서 처리되는 출력값은 실제 지도상에 투영하게 되면 짧은 시간동안에 그 오차가 상수형태의 바이어스(일정량의 오차)처럼 생각할 수 있다. 그러나, 실제로 장시간 동안 누적되는 오차를 살표보면 백색잡음(랜덤한 잡음)과 같이 예측할 수 없는 성질을 지니고 있다.

자동차가 맵 매칭되어 지도상의 특이점을 통과할 때 지도상의 특이점 위치와 자동차의 위치간에 오차를 구할 수 있게 된다. 이러한 보정오차 제어신호는 센서 보정부(70)에 입력되며 상기 센서 보정부(70)에서는 적절한 시간동에 따라 하기의 수학식과 같이 오차를 계산하여 상기 지자기센서(30) 및 속도센서(40)에 그 값을 입력하게 된다.

상기 수학식에서 의 값은 1보다 작다.

상술한 바와같이 본 고안에 의하면 지자기 센서로부터 검출된 데이터와 속도센서로부터 검출된 데이터와 CD롬으로부터 로드된 지도데이터 및 GPS유니트로부터 수신된 데이터를 기초로 하여 오차를 구하고 오차 보정신호를 상기 지자기 센서 및 속도센서에 인가함으로써 도로상의 특이점에서 누적되는 오차를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 다수개의 위성으로부터 전파 발신시각과 궤도정보를 수신하기 위한 GPS유니트(20)와,

   자신의 차량의 절대방위를 검출하는 지자기 센서(30)와,

   자신의 차량에 대하여 좌우 차륜의 회전차를 카운트하여 좌우회전을 검출하는 속도센서(40)와,

   지도데이터가 기록된 CD롬(50)과,

   상기 지자기 센서(30)로부터 검출된 데이터와 상기 속도센서(40)로부터 검출된 데이터와 상기 CD롬(50)으로부터 로드된 지도데이터 및 상기 GPS유니트(20)로부터 수신된 데이터를 입력으로 하며 상기 입력된 신호를 기초로 하여 특이점에서 자동차의 위치를 계산한 후 오차보정 제어신호 및 표시 제어신호를 출력하는 제어부(60)와,

   상기 제어부(60)로부터 출력된 오차보정 제어신호를 처리한 후 지자기 센서(30) 및 속도센서(40)에 보정신호를 송출하는 센서보정부(70)와,

   상기 제어부(60)로부터 출력된 표시 제어신호에 따라 자신의 차량에 대한 진행방향을 지도상에 표시하는 표시부(80)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 항법장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서 보정부(70)에서 계산되는 현재오차는 수학식1에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 자동차의 항법장치.