KR20100019598A - 차량의 위치확인장치와 그 확인방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 위치확인장치와 그 확인방법에 관한 것으로, GPS수신모듈, 조향각센서, 휠스피드센서, 지자기센서, 가속도센서로 구성된 센서부와; MCU, DSP, 메모리, 입력변환부로 구성된 시스템 전반을 담당하는 마이크로프로세서부; 외부기기, ECU와의 통신을 위한 통신인터페이스부; 사용자가 직접 수동으로 제어하기 위한 조작부 및; 차량의 현재 위치 및 주행상태를 나타내는 표시부로 구성된다. 또한 본 발명의 차량 위치 확인 방법은 차량의 조향핸들에 설치된 조향센서를 사용하여 차량의 조향각을 감지함과 더불어 지자기 센서를 사용하여 차량의 고도각을 감지하여, 차량의 조향각과 고도각의 변위를 차량의 주행거리에 산입하도록 함으로써, 차량의 위치를 정확하게 나타낼 수 있게 한 것이다. 이러한 본 발명의 시스템을 사용하면 차량내 내비게이션 등의 위치기반 시스템에서 GPS수신 모듈의 장착할 필요가 없으며, 더욱 정확한 지도 표시가 가능할 뿐만 아니라, 차량용 블랙박스, 도난방지, 차량위치추적 및 차량의 이력관리시스템에 직접 이용할 수 있고, 차량의 자율 주행 시스템 등에도 활용할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

차량의 위치 확인장치, 지자기 센서, 조향각 센서,

Description

차량의 위치확인장치와 그 확인방법{AN APPARUTUS FOR VERIFING THE POSITION OF A VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 GPS를 이용한 차량의 위치확인장치와 그 방법에 관한 것으로, 특히 차량에 설치된 하나의 GPS에서 감지되는 신호를 차량의 주행상태와 주행기록 및 위치를 확인하는데 공동으로 사용할 수 있게 함과 더불어, 조향각 센서와 지자기 센서를 이용하여 차량의 주행위치를 정확하게 파악할 수 있게 한 차량의 주행상태 확인장치와 그 확인방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 GPS수신모듈은 차량의 네비게이션이나 GPS시스템에 내장이나 외장의 형태로 개별 시스템마다 별도로 장착되어있다. 이 경우 차량의 GPS수신 모듈의 중복성을 배제할 수 없으며 수신감도가 떨어지는 등의 이유로 인하여 디자인에 제약을 받는다는 문제점이 있다.

또한, 최근 GPS수신칩의 성능 향상에도 불구하고 도심의 고층건물 밀집지역이나 터널이나 지하에서는 미약한 RF신호로 인해 여전히 GPS수신 감도가 떨어지거 나 수신이 제대로 되지 않고, 또한 자이로센서나 맵의 보정을 통해 이를 보완하고 있지만 정확도는 떨어지며 시간이 지날수록 위치의 오차가 누적되어 정확한 측정이 불가능하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 기존에도 여러 가지 방안이 제안되어 있는바, 예컨대 특허출원 10-1996-58523호의 "차량항법장치의 GPS수신 고도값을 이용한 맵매칭방법"의 발명은 네비게이션의 지도에 미리 고도에 따른 데이터를 미리 입력해 두고, GPS가 수신하는 고도값에 따라 교차로 등과 같이 고도가 서로 다른 여러 갈래의 인접한 도로를 정확하게 선택하게 할 수 있게 하고 있다.

그런데 이러한 상기 종래의 발명에 따른 맵매칭 방법은 우선 네비게이션 지도에 미리 고도에 따른 데이터를 입력해 두어야 한다는 번거롭고 힘든 과정을 거쳐야 할 뿐만 아니라, GPS에서 도로의 정확한 고도값을 판단하기가 곤란하다는 등의 문제점이 있어 정확한 차량의 위치를 파악할 수가 없다는 문제점을 안고 있다.

한편, 특허출원 10-1996-39413호의 "자동차용 네비게이션 장치의 맵매칭방법"에서는 GPS에서 파악되는 차량의 위치에 부가하여 차량의 이동 위치를 좀더 정확하게 파악하기 위해, 차량이 좌회전 또는 우회전하는 경우에 이를 네비게이션이 미리 파악하여 지도상에 정확한 위치를 나타내게 하기 위해, 차량의 방향지시등의 작동 여부를 판단하고, 차량의 방향지시등의 작동 여부에 따라 차량이 방향을 전환하는 것으로 판단하여 정확하게 지도상의 위치를 표시하게 되어 있다.

그러나 상기 발명에 따른 방법은 차량의 방향전환을 방향지시등의 작동 여부만으로 판단하게 되어 있기 때문에, 해당 방향으로 여러 갈래의 길이 나누어져 있 는 경우 또는 방향 지시등을 켜지 않은 경우 등에는 요구하는 바의 기능을 달성할 수가 없을 뿐만 아니라, 특히 차량이 방향 전환을 하면서 높은 곳이나 낮은 곳으로 이동한 경우에는 그 이동 거리 및 방향을 정확하게 파악할 수가 없어, 네비게이션 지도상에 차량의 위치를 정확하게 나타낼 수가 없다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 일반적인 차량 위치 시스템에 관한 문제를 해소하여, 차량에 설치된 위치정보와 차량의 주행 상태 등의 차량 주행정보를 차량에 설치된 네비게이션 시스템과 GPS시스템 등에 공동 이용하게 함으로써, 개별시스템마다 GPS시스템을 장착해야하는 번거러움을 피할 수 있도록 한 차량의 위치 확인장치와 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 차량이 방향 전환을 하거나 높은 곳 또는 낮은 곳으로 이동할 때 그 이동거리를 정확하게 파악하여 네비게이션 지도의 차량의 위치를 제대로 표현하여 나타낼 수 있게 한 차량의 위치 확인장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량위치 확인시스템은 GPS수신모듈, 조향각센서, 휠스피드센서, 지자기센서, 가속도센서로 구성된 센서부와; MCU, DSP, 메모리, 입력변환부등으로 구성된 시스템 전반을 담당하는 마이크로프로세서부; 외부기기 및 ECU와의 통신을 위한 통신인터페이스부; 사용자가 직접 수동으로 제어하기 위한 조작부 및; 차량의 현재 위치 및 주행상태를 나타내는 표시부로 구성된다.

또한, 본 발명의 차량 위치 확인 방법은 차량의 조향핸들에 설치된 조향센서를 사용하여 차량의 조향각을 감지함과 더불어 지자기 센서를 사용하여 차량의 고도각을 감지하여, 차량의 조향각과 고도각의 변위를 차량의 주행거리에 산입하도록 함으로써, 차량의 위치를 정확하게 나타낼 수 있게 한 것이다.

이러한 본 발명의 시스템을 사용하면 차량내 네비게이션등의 위치기반 시스템에서 GPS수신 모듈의 장착할 필요가 없으며, 더욱 정확한 지도 표시가 가능할 뿐만 아니라, 차량용블랙박스, 도난방지, 차량위치추적 및 차량의 이력관리시스템에 직접 이용할 수 있고, 차량의 자율 주행 시스템 등에도 활용할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 장치와 방법을 사용함으로써 차량이 GPS의 신호를 감지할 수 없는 경우나 지하층에 들어가는 경우에도 정확한 위치를 파악하여 차량의 위치를 정확하게 나타낼 수 있게 하는 효과를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 차량 위치 확인시스템은, 차량의 위치정보를 제공하는 GPS시스템을 차량용 블랙박스나 네비게이션 등의 개별 시스템마다 별도로 장착하지 않으므로 인해 비용을 절약하고 디자인의 유연성을 확보 할 수 있는 장점이 있으며, 개별시스템마다 정확도 향상을 위한 보정 시스템을 별도로 개발할 필요성이 없으며, 동일한 위치정보를 활용함으로써 기기간의 혼돈을 막을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량위치 확인시스템은 보정된 GPS정보를 출력해줌으로써 신뢰성 및 정확도가 개선되고 특히 GPS수신감도가 떨어지는 터널이나 지하에서 위치확인에 탁월하며, 차량의 각종센서 데이터를 동시에 제공하여 사용자로 하여금 부가적인 정보를 활용할 수 있도록 하였으며, 사고발생시 이를 재현하여 사고원인을 분석 가능하게 하는 등의 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도면 1은 본 발명에 따른 차량 위치확인장치의 전체구성을 나타낸 블럭도로서, 도면 1에 도시하여 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 차량위치 확인장치는, 차량의 각종 상태를 감지하는 센서가 구비된 센서부(10)와, 상기 센서부(10)의 신호를 접수하여 처리하는 마이크로 프로세서부(20), 상기 마이크로 프로세서부(20)의 처리 조건을 입력하는 조작부(30), 상기 마이크로 프로세서부(20)의 처리 결과를 사용자가 육안으로 확인할 수 있게 하는 표시부(40) 및, 상기 마이크로프로세서부(10)에서 가공된 차량의 주행상태 정보데이터를 외부기기(51) 및 ECU(52) 등과 연결하여 통신할 수 있게 하는 통신인터페이스(50)로 구성된다.

상기와 같은 구성의 장치에서 센서부(10)는 GPS정보를 획득할 수 있도록 설 치된 GPS수신모듈(11)과, 차량의 스티어링휠의 각도를 감지하는 조향각 센서(12), 바퀴의 회전량을 감지하는 휠 스피드센서(13), 차량의 방위각을 감지하는 지자기 센서(14) 및, 차량의 이동 방위각을 감지하는 3축 가속도 센서(11)를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 마이크로 프로세서부(20)는 MCU, 메모리, DSP, 입력변환부 등으로 이루어지며, 상기 센서부(10)와 연결되어 각각의 센서에서 입력된 데이터를 처리, 가공, 변환출력하고, 가공된 데이터를 저장할 수 있는 기능을 갖추고 있다.

상기 조작부(30)는 키를 갖춘 리모컨이나 기기에 설치된 입력 버튼 등으로 이루어져 차량의 운전자 또는 기기의 사용자가 간단하게 조작하여 요구하는 바의 정보를 얻을 수 있게 하고, 상기 표시부(40)는 LCD창으로 이루어져 마이크로 프로세서부(20)의 작동상태를 육안으로 확인하며 제어할 수 있게 한다.

한편, 상기 통신 인터페이스(50)는 양방향통신이 가능하게 이루어져 마이크로 프로세서부(20)의 처리신호를 접수하여 외부기기(51) 또는 ECU(52)에 전달하는 역할도 하지만, 이들 외부기기(51) 또는 ECU(52)의 신호를 마이크로 프로세서부(20)에 전달하는 기능도 갖게 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 장치에서 상기 센서부(10)에 구비된 GPS수신모듈(11)은 기본적인 GPS위성수신이 양호한 위치에 설치되며, 차량의 위치, 속도, 고도 등의 기본적인 NMEA데이터를 수신한다.

상기 센서부(10)의 조향각센서(12)는 차량의 스티어링 휠에 장착되어 스티어링 휠의 조향각도를 감지하여 그 데이터를 마이크로 프로세서부(20)에 전달하는 것 으로서 차량의 진행 방향확인을 위해 활용된다.

상기 지자기 센서(14)는 지구의 자기장을 이용해 3축 방위각을 탐지할 수 있는 전자 나침반으로, 차가 정지해 있거나 GPS가 수신되지 않을 때에 절대적인 방위각을 활용해 GPS방위 보정의 용도 및 차량의 평형상태 등의 정보로 활용되며 사고시 전복 등의 상황 재현에 사용된다.

그리고, 상기 가속도 센서(15)는 차량의 움직임을 3차원적으로 파악해 주기 위한 것으로서, 특히 GPS음영구간인 지하주차장 등에 진출입시 차량의 고도변화에 따른 2차원적 이동구간의 거리 계산에 활용된다.

또한, 차량의 추돌이나, 충돌 등 급격한 가속도의 변화 등을 탐지해 사고상황임을 판단하는 근거로 활용될 수 있다.

한편, 상기 마이크로 프로세서부(20)는 MCU(21), DSP(22), 메모리(23), 입출력 변환부(24) 등으로 구성된다.

여기서 상기 MCU(21)는 데이터의 입출력제어하고 데이터 변환 및 저장 등 시스템 전반을 운영을 담당하며, 상기 DSP(22)에서는 적절한 알고리즘으로 센서부(10)의 각 센서에서 입력된 데이터를 토대로 이를 바로잡고, 사고유무를 판단하는 역할을 한다.

그리고, 상기 메모리(23)는 각종데이터를 저장하여 유사시 이를 활용할 수 있도록 하며, 또한 조작부와 표시부와 연결되어 사용자가 직접 제어가 가능하게 함과 더불어, 차량의 ECU와 연동하여 보정된 휠 스피드센서의 데이터나 사고인지 데이터 등을 공유할 수 있으며, 상기 입출력변환부(24)는 센서부(10)와 연결되어 MCU(21)에서 읽을 수 있는 데이터형태로 변환된다.

한편, 상기 표시부(40)는 양방향통신이 가능한 통신 변환부로서, 마이크로프로세서부(20)로부터 생산된 데이터를 외부기기(51)와 ECU(52)에 전송하고, 외부기기(51)나 ECU(52)로부터 명령이나 데이터를 마이크로프로세서부(20)로 전송하는 기능을 담당한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 장치는 센서부(10)에서 차량의 주행상태 등을 감지하여 마이크로 프로세서부(20)에 전달하면, 상기 마이크로프로세서부(20)에서 네비게이션이나 차량의 기록정보기 등에 수록된 지도와 실제의 위치에 맞추어 정확하게 위치 보정을 하게 되고, 이렇게 보정된 정보가 인터페이스부(50)를 통하여 외부기기(51)와 ECU(52) 등을 전달됨과 더불어, 표시부(40)에 시각적으로 확인할 수 있게 표시된다.

도면 2는 본 발명에 따라 GPS전파 음영지역에서의 위치 계산하는 방법, 즉 GPS수신이 비교적 열악한 도심의 고층빌딩 지역이나 GPS수신이 불가능한 터널이나 지하주차장 등에서 차량의 현재 위치를 계산하는 방법을 나타낸 것이다.

도면2에서 참조부호 (61)의 실선은 차량이 이동하여 온 구간을 나타내고, 참조부호 (62)는 차량이 방향전환을 하기 전의 위치를 나타내며, 참조부호 (63)은 방향전환하여 이동한 후의 차량의 위치를 나타낸다.

한편, 참조부호 (64)는 조향각센서(12)로부터 읽은 차량의 진행방향을 기준으로 시계방향으로의 편위각을 나타내며, (65)는 휠 스피드센서(14)의 회전량에 따른 차량의 이동 거리를 나타낸다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 위치 확인방법을 살펴보면, 차량이 GPS음영지역에 진입함으로 인하여 GPS에서 감지된 위치를 바로잡아야 할 때, 조향각센서(12)로부터 읽은 각도데이터로 진행방향을 표시하고, 휠 스피드센서(14)의 회전수에 따른 차량의 이동거리를 산출하여 현재위치로부터 변위량을 더해 변화된 위치를 계산함으로써, GPS음영지역에서 이동한 방향과 거리를 정확하게 바로잡아 나타낼 수가 있는 것이다.

한편, 차량의 급정거나 급회전 등의 경우와 같이 차량이 미끄러져 조향각센서(12)로 감지할 수 없는 위치로 차량이 회전한 경우에는 지자기 센서(14)가 차량의 회전 또는 이동한 각도를 감지하여 진행 방향에 따른 방위각을 바로잡게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 장치와 방법을 사용함으로써, 차량이 지하 주차장이나 건물 내의 주차장 또는 지하시설물에서와 같이 GPS음영지역에 들어간 경우에도 차량의 위치와 차량의 진행 방향을 정확하게 지도상에 나타낼 수 있게 되는 것이다.

도면 3은 본 발명의 장치와 방법을 이용하여 GPS전파 음영지역에서의 고도변화에 따른 2차원 평면상의 위치를 산출하는 과정을 나타낸 것으로서, GPS수신이 비교적 열악한 지역, 특히 표고차가 심한 지하주차장이나 지하 구조물 등에서 차량이 이동할 때 표고차에 의해 2차원 평면상에 위치는 실제 이동하는 거리와는 다르게 나타나게 되는데, 이러한 경우에 표고차에 따른 위치 보정을 평면상의 지도에 정확하게 나타내 줄 수 있어야 한다.

도면 3에서 참조부호 (71)의 실선은 차량이 이동하여 지나온 구간을 나타내 고, 참조부호 (72)는 차량이 방향을 전환하기 전의 위치를 나타내며, 참조부호 (73)은 이동 후의 실제차량의 위치를 나타낸다.

그리고 참조부호 (74)는 고도변화에 따른 2차원평면에서의 계산된 가상의 차량의 위치를 나타낸다. 참조부호(75)는 지자기센서(14)에 의해 측정된 지표평면을 기준으로 기울어진 각도를 의미하고, 참조부호(76)은 차량의 실제 이동거리를 나타내는 한편, 참조부호 (77)은 2차원 평면상의 이동위치를 나타낸다.

상기 도면 3에 따른 위치보정방법을 살펴보면, 차량이 GPS음영지역인 지하 구조물이나 지하주차장에 진입할 때 조향각 센서(12)와 휠스피드 센서(13)를 이용하여 실제 이동거리(76)를 계산하고, 이때 지자기센서(14)에 의해 측정된 지표평면축으로부터 차량이 편향된 각을 입력받아 삼각함수 계산법에 의해 계산된 2차원 평면상의 가상의 위치(74)를 구한다.

경우에 따라서는 지자기센서(14) 대신 가속도 센서(15)를 이용하여 차량의 진행방향에 따른 기울어진 각도를 계산할 수도 있다.

도면 4는 타이어의 상태변화에 따른 바퀴의 정확한 1회 전 길이를 산출하여 이용하는 방법을 나타낸 것이다. 즉 차량은 타이어의 상태, 타이어의 종류, 적재량의 차이 등에 따른 실제 타이어의 1회전 길이가 달라지는데, 이러한 바퀴의 1회전 길이를 정확하게 측정함으로써 차량의 이동거리를 정확하게 산출하여 위치를 바로잡는데 이용할 수가 있는 것이다.

이 방법을 사용하여 보정된 타이어의 회전반경을 이용해 휠 회전센서의 회전량을 감지해 정확한 차량의 이동거리나 차량의 스피드를 정확히 계산할 수 있다.

도면 4에서 참조부호 (81)은 차량이 출발하기 전의 위치를 나타내고, 참조부호 (82)는 차량이 이동한 후의 위치를 나타내며, 참조부호 (83)은 GPS모듈(11)에 의해 감지된 이동거리를 나타낸다.

이렇게 측정된 차량의 이동거리를 감지하고 바퀴의 회전수가 측정되면, <GPS에 의한 이동거리/바퀴의 회전수 = 바퀴의 1회전 거리>가 산출되게 된다.

이와 같이 바퀴의 1회전 거리가 산출된 결과를 저장하고 있다가 차량이 GPS의 수신불량 또는 음영지역으로 들어간 상태에서 이동하였을 때, 차량의 이동거리를 정확하게 산출하여 위치를 바로잡을 수가 있는 것이다.

따라서, 차량 바퀴의 1회전 거리 측정은 GPS위치 오차를 고려하여 GPS수신상태가 양호하고, 비교적 긴 직선구간을 이동할 때의 값을 기준으로 삼아야 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 장치는 하나의 GPS수신모듈(11)을 이용하여 차량에서 필요한 위치 정보를 공동으로 이용할 수가 있을 뿐만 아니라, GPS수신 상태가 불량하거나 수신이 되지 않는 지역에서 이동할 경우에도, 그 위치를 정확하게 계산하여 차량의 현재 위치를 지도상에 정밀하게 바로잡아 나타낼 수가 있으므로, 차량의 위치를 항상 정확하게 파악할 수가 있게 된다.

또한, 본 발명은 차량의 조향샤프트에 설치된 조향각센서와 지자기 센서 및 가속도센서를 함께 사용함으로써, 차량의 위치를 정확하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 차량의 주행상태 등을 정확하게 분석할 수가 있으므로, 차량의 주행기록을 저장하는 차량 블랙박스에도 활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 차량 위치확인장치의 전체구성을 나타낸 블럭도,

도 2는 GPS 전파 음영지역에서의 위치 계산하는 방법을 나타낸 설명도,

도 3은 GPS 전파 음영지역에서의 고도변화에 따른 이동거리를 산출하는 방법을 나타낸 설명도,

도 4는 본 발명의 방법에 따라 타이어의 상태변화에 따른 정확한 회전반경을 산출하는 방법을 나타낸 설명도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 - 센서서 20 - 마이크로프로세서부

30 - 조작부 40 - 표시부

50 - 통신 인터페이스부 51 - 외부기기

52 - ECU

Claims (5)

1. GPS수신모듈, 조향각센서, 휠스피드센서, 지자기센서, 가속도센서로 구성된 센서부와; MCU, DSP, 메모리, 입력변환부로 구성된 시스템 전반을 담당하는 마이크로프로세서부; 외부기기 및 ECU와의 통신을 위한 통신 인터페이스부; 사용자가 직접 수동으로 제어하기 위한 조작부 및; 차량의 현재 위치 및 주행상태를 나타내는 표시부를 포함하여 이루어진 차량의 위치확인장치
2. 차량에 설치된 GPS수신모듈의 신호를 전달받아 네비게이션 등의 위치확인기기에 내장된 지도에 차량의 현재 위치를 나타내는 차량의 위치확인방법에 있어서,

   차량의 조향샤프트에 설치된 조향각센서로부터 읽은 각도데이터로 진행방향을 표시하고, 휠 스피드센서의 회전수에 따른 차량의 이동거리를 산출하여 현재위치로부터 변위량을 더해 변화된 위치를 계산하여, GPS음영지역에서 이동한 방향과 거리를 정확하게 바로잡아 나타내는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 위치확인방법
3. 제 2항에 있어서, 차량이 GPS음영지역인 지하 구조물이나 지하주차장에 진입할 때 조향각 센서와 휠스피드 센서를 이용하여 실제 이동거리를 계산하고, 이때 지자기센서에 의해 측정된 지표평면축으로부터 차량이 편향된 각을 입력받아 삼각함수 계산법에 의해 계산된 2차원 평면상의 가상의 위치를 구하여, GPS음영지역에서 이동한 방향과 거리를 정확하게 바로잡아 나타내는 과정을 추가 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 위치확인방법
4. 제 3항에 있어서, 상기 실제 이동거리는 GPS에 의한 이동거리를 바퀴의 회전수로 나누어 계산하고, 상기 실제 이동거리는 GPS수신상태가 양호하고, 비교적 긴 직선구간을 이동할 때의 값을 기준으로 결정된 것을 특징으로 하는 차량의 위치확인방법
5. 제 3항에 있어서, 차량이 급정거나 급회전의 경우와 같이 차량이 미끄러져 조향각센서로 감지할 수 없는 위치로 차량이 회전한 경우에는 지자기센서가 차량의 회전 또는 이동한 각도를 감지하여 진행 방향에 따른 방위각을 바로 잡게 하는 과정을 추가 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 위치확인방법

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