KR20180003728A - 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법 - Google Patents

차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 자이로 센서 데이터를 검출하는 자이로 센서부, 차량의 4휠 스피드를 각기 검출하는 휠 스피드 센서부, 및 상기 자이로 센서 데이터를 이용하여 제1 헤딩을 산출하고, 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하며, 상기 차량 진행 방향이 직진인 경우 상기 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하고, 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 제2 헤딩을 산출하고, 상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법{GYRO SENSOR CORRECTION APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING ACCURACY LOCATION OF CAR NAVIGATION SYSTEM}
본 발명은 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 차량의 진행 방향을 산출하고, 이를 기초로 산출된 자이로 센서의 바이어스(bias) 및 스케일 팩터(Scale Factor)를 이용해 자이로 센서 데이터를 보정함으로써, 보다 정확하게 보정된 자이로 센서 데이터를 이용해 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있도록 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지엔에스에스(GNSS : Global Navigation Satellite System)는 인공위성을 이용하여 지상에 있는 물체의 위치, 고도, 속도에 관한 정보를 제공하는 시스템으로서, 예컨대 미국의 지피에스(GPS), 러시아의 글로나스(GLONASS), 유럽 연합의 갈릴레오(Galileo), 및 중국의 베이도우(BeiDou) 등이 구축되어 있다.
따라서 상기 지엔에스에스(GNSS)가 상기 지피에스(GPS)나 글로나스(GLONASS) 등의 상위 개념이지만, 사실상 의미상의 큰 차이가 없으므로, 편의상 본 실시예에서는 특별한 구분 없이 혼용하여 기재할 수도 있다.
일반적으로 내비게이션은 차량 항법장치라고도 하며, 지도 안내(또는 목적지까지의 경로 안내)를 통해 길 찾기를 도와주는 장치나 프로그램을 의미 하는데, 주로 자동차에 장착되어 사용자에게 목적지의 위치와 주변 지도 등의 정보를 전송하고, 목적지에 이르는 경로나 최단 거리 등을 알려줄 때 사용된다.
이러한 종래의 차량 항법장치에서는, 빌딩, 터널, 교차로 등 GSP 데드 영역에서는 보조 센서를 이용하여 데드 레커닝을 수행하여 차량의 현재 위치를 맵에 표시하게 되는데, 상기 데드 레커닝을 수행함에 있어서 일반적으로 자이로 센서의 각속도를 적분하여 헤딩(Heading Angle)을 산출하게 되며, 상기 자이로 센서의 각속도는 바이어스 오차(또는 편향)를 포함하고 있으며, 비록 해당 오차를 정확하게 추출하였다고 하더라도 각속도를 적분하게 되면 시간에 비례하여 오차가 증가하기 때문에 결과적으로 부정확한 헤딩을 산출하게 되는 문제점이 있다.
이에 따라 기존에도 정밀도 향상을 위한 다양한 자이로 센서 보정 방법이 개발되고 있으나, 좀 더 정밀한 위치를 산출하기 위한 방법이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2009-0093631호(2009.09.02.공개, 차량 항법 장치 및 이를 이용한 자이로 센서 보정 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량의 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 차량의 진행 방향을 산출하고, 이를 기초로 산출된 자이로 센서의 바이어스(bias) 및 스케일 팩터(Scale Factor)를 이용해 자이로 센서 데이터를 보정함으로써, 보다 정확하게 보정된 자이로 센서 데이터를 이용해 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있도록 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치는, 자이로 센서 데이터를 검출하는 자이로 센서부; 차량의 4휠 스피드를 각기 검출하는 휠 스피드 센서부; 및 상기 자이로 센서 데이터를 이용하여 제1 헤딩을 산출하고, 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하며, 상기 차량 진행 방향이 직진인 경우 상기 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하고, 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 제2 헤딩을 산출하고, 상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법은, 차량 항법장치의 제어부가 자이로 센서 데이터를 수신하는 단계; 상기 제어부가 자이로 센서 데이터를 이용하여 제1 헤딩을 산출하는 단계; 상기 제어부가 차량의 4휠 스피드 센서 데이터를 수신하는 단계; 상기 제어부가 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하는 단계; 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진인 경우, 상기 제어부가 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하는 단계; 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우, 상기 제어부가 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 제2 헤딩을 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량의 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 차량의 진행 방향을 산출하고, 이를 기초로 산출된 자이로 센서의 바이어스(bias) 및 스케일 팩터(Scale Factor)를 이용해 자이로 센서 데이터를 보정함으로써, 보다 정확하게 보정된 자이로 센서 데이터를 이용해 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치는, GNSS 수신부(110), 자이로 센서부(120), 휠 스피드 센서부(130), 제어부(140), 및 차량 위치 출력부(150)를 포함한다.
상기 GNSS 수신부(110)는 GNSS 위성 신호(또는 GNSS 데이터)를 수신한다.
상기 GNSS 위성 신호(즉, GNSS 데이터)는 상기 제어부(140)로 전달된다.
상기 자이로 센서부(120)는 차량의 움직임에 따른 각속도 값을 검출한다.
상기 검출된 각속도 값(즉, 자이로 데이터)은 상기 제어부(140)로 전달된다.
상기 휠 스피드 센서부(130)는 차량의 4휠(4개의 바퀴) 회전속도를 검출한다. 상기 검출된 4휠 스피드 센서 데이터(예 : 펄스 데이터)는 상기 제어부(140)로 전달된다. 상기 4휠 스피드 센서 데이터는 차량 전자제어유니트(ECU)와 연결된 통신 채널을 통해 수신할 수 있다.
상기 제어부(140)는 상기 GNSS 수신부(110)의 GNSS 데이터, 상기 자이로 센서부(120)의 자이로 데이터, 및 상기 휠 스피드 센서부(130)의 휠 스피드 센서 데이터를 이용(또는 융합)하여 데드 레커닝(Dead Reckoning)을 수행한다.
여기서 상기 데드 레커닝의 데드는 GNSS 신호를 받지 못하고 있는 상태를 의미하며 레커닝은 추산(또는 추정)한다는 의미로서, 신호가 없는 동안에 추측하여 상태 정보를 갱신하는 것을 의미한다.
상기 제어부(140)는 상기 자이로 센서 데이터와 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량의 진행 방향(예 : 직진, 회전, 유턴 등)을 산출하고, 상기 산출된 차량 진행 방향에 따라 자이로 센서의 바이어스 및 스케일 팩터를 산출하여 보정함으로써, 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있도록 한다.
여기서 상기 스케일 팩터(scale factor)는 어떤 양을 늘리거나 줄이거나 또는 곱하는 수를 의미하고, 상기 자이로 센서의 바이어스(bias)는 상기 자이로 센서에 포함된 바이어스 오차(예 : 차량이 정지(또는 직진 주행)해 있을 경우 자이로 센서의 측정치가 0이 되어야 하는데, 0이 아닌 값이 측정되는 오차)를 의미한다. 따라서 상기 바이어스 오차를 제거함으로써, 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있다.
상기 차량 위치 출력부(150)는 상기 제어부(140)에서 데드 레커닝을 수행하여 산출된 차량의 위치를 시각적 정보(예 : 디스플레이부를 통해 출력되는 정보) 및 청각적 정보(예 : 스피커를 통해 출력되는 정보)로 출력한다.
이하 도 2를 참조하여 상기 제어부(140)의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 자이로 센서부(120)를 통해 자이로 센서 데이터를 수신한다(S101).
그리고 상기 제어부(140)는 상기 수신한 자이로 센서 데이터를 이용하여 헤딩(Heading Angle)(제1 헤딩)을 산출한다(S102).
예컨대 상기 제어부(140)는 상기 자이로 센서부(120)에서 출력된 각속도(
Figure pat00001
)를 적분하여 방위각(
Figure pat00002
)(즉, 헤딩)을 산출한다.
이때 자이로 센서는 실제로는 스케일 팩터(Scale Factor), 편향(Drift or Bias), 및 잡음(Noise)을 포함하므로, 정확한 자이로 각속도와의 관계를 수식으로 모델링(
Figure pat00003
) 할 수 있다.
여기서,
Figure pat00004
는 스케일 팩터(자이로 배율 인자),
Figure pat00005
는 자이로 편향(Drift or Bias),
Figure pat00006
는 자이로 각속도 출력값,
Figure pat00007
는 정확한 자이로 각속도를 의미한다. 즉, 상기 정확한 자이로 각속도를 적분하여 헤딩(즉, 방위각)을 산출할 수 있다.
따라서 상기 편향(Drift or Bias)은, 차량의 움직임이 정지 또는 직진 상태일 때, 상기 다음 수식(
Figure pat00008
)을 이용해 산출할 수 있다. 여기서
Figure pat00009
은 자이로 데이터의 수신 개수로서 사용자가 임의로 설정할 수 있다.
또한 상기 제어부(140)는 4휠 스피드 센서부(130)를 통해 4휠 스피드 센서 데이터를 수신한다(S103).
그리고 상기 제어부(140)는 상기 수신한 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향(예 : 직진, 회전, 유턴 등)을 산출한다(S104).
예컨대 차량이 직진을 할 경우에는 4휠 스피드 센서 데이터가 오차 범위 내에서 동일한 값을 갖지만, 차량이 회전(예 : 좌회전, 우회전)이나 유턴을 할 경우에는 회전 방향의 내측 바퀴와 외측 바퀴의 회전속도에 차이가 발생한다.
따라서 상기 제어부(140)는 상기와 같이 차량의 진행 방향에 따른 4휠 스피드 센서 데이터의 차이를 이용하여 차량 진행 방향(예 : 직진, 회전, 유턴 등)을 산출한다.
다음 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진 주행인 경우(S105의 예), 상기 제어부(140)는 자이로 센서의 바이어스 오차(또는 편향(Drift))를 산출하고(S106), 상기 산출된 바이어스 오차를 제거한다(S107).
예컨대 차량 진행 방향이 직진인 경우, 이미 상술한 바와 같이 자이로 센서의 각속도는 이상적으로 0이어야 하므로, 자이로 센서의 각속도 값이 0이 되도록 바이어스 오차(또는 편향(Drift))를 제거한다.
그런데 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우(S105의 아니오), 즉, 차량 진행 방향이 회전이나 유턴인 경우, 상기 제어부(140)는 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 헤딩(제2 헤딩)을 산출한다(S110).
다음 상기 제어부(140)는 상기 제1 헤딩(자이로 센서 데이터를 이용하여 산출한 헤딩)과 제2 헤딩(4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 산출한 헤딩)을 이용하여 스케일 팩터를 산출한다(S111).
예컨대 상기 스케일 팩터(
Figure pat00010
)는 상기 자이로 센서에서 출력된 각속도를 이용해 산출되는 방위각(
Figure pat00011
)과 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 산출되는 방위각(
Figure pat00012
)의 비율(
Figure pat00013
)을 이용해 산출할 수 있다. 다만 상기 휠 스피드 펄스를 이용한 방위각(
Figure pat00014
) 산출은 임의의 공지된 기술을 이용할 수 있으므로, 본 실시예에서 그 구체적인 설명은 생략한다.
다음 상기와 같이 스케일 팩터가 산출되면, 상기 제어부(140)는 스케일 팩터를 반영하여 자이로 센서 데이터를 보정한다(S108).
참고로 상기 자이로 센서 데이터의 바이어스 오차 제거 단계(S107) 및 스케일 팩터를 반영한 자이로 센서 데이터의 보정 단계(S108)는, 도면에는 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 차량의 진행 방향에 따른 새로운 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 산출하기 전까지 자이로 센서 데이터 수신 시 이전에 산출된 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 적용하여 자이로 센서를 보정한다.
다음 상기 제어부(140)는 GNSS 신호의 수신 상황(예 : GNSS 측위 상황, 데드 레커닝 상황)에 따라 GNSS 신호를 이용해 차량 위치 및 헤딩을 산출하거나, 상기 차량 진행 방향에 기초하여 산출된 자이로 센서의 바이어스 오차와 스케일 팩터를 이용해 보정된 자이로 센서 데이터를 이용해 차량 위치 및 헤딩을 산출할 수 있다(S109).
상기와 같이 본 실시예는 차량의 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 차량의 진행 방향을 산출하고, 이를 기초로 산출된 자이로 센서의 바이어스(bias) 및 스케일 팩터(Scale Factor)를 이용해 자이로 센서 데이터를 보정함으로써, 보다 정확하게 보정된 자이로 센서 데이터를 이용해 데드 레커닝 시 정밀한 위치를 산출할 수 있도록 한다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : GNSS 수신부
120 : 자이로 센서부
130 : 휠 스피드 센서부
140 : 제어부
150 : 차량 위치 출력부

Claims (8)

  1. 자이로 센서 데이터를 검출하는 자이로 센서부;
    차량의 4휠 스피드를 각기 검출하는 휠 스피드 센서부; 및
    상기 자이로 센서 데이터를 이용하여 제1 헤딩을 산출하고, 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하며, 상기 차량 진행 방향이 직진인 경우 상기 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하고, 상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 제2 헤딩을 산출하고, 상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    차량의 진행 방향에 따른 새로운 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 산출하기 전까지, 자이로 센서 데이터 수신 시, 이전에 산출된 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 적용하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    차량이 직진을 할 경우에 4휠 스피드 센서 데이터가 오차 범위 내에서 동일한 값을 갖고, 차량이 어느 일 측으로 회전할 경우에 회전 방향의 내측 바퀴와 외측 바퀴 간에 발생하는 회전속도의 차이를 바탕으로 차량 진행 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출함에 있어서,
    상기 자이로 센서에서 출력된 각속도를 이용해 산출되는 방위각과, 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 산출되는 방위각의 비율을 스케일 팩터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법.
  5. 차량 항법장치의 제어부가 자이로 센서 데이터를 수신하는 단계;
    상기 제어부가 자이로 센서 데이터를 이용하여 제1 헤딩을 산출하는 단계;
    상기 제어부가 차량의 4휠 스피드 센서 데이터를 수신하는 단계;
    상기 제어부가 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하는 단계;
    상기 산출된 차량 진행 방향이 직진인 경우, 상기 제어부가 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하는 단계;
    상기 산출된 차량 진행 방향이 직진이 아닌 경우, 상기 제어부가 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 제2 헤딩을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자이로 센서의 바이어스 오차를 산출하여 제거하는 단계, 및 스케일 팩터를 산출하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 단계에서,
    상기 제어부는, 차량의 진행 방향에 따른 새로운 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 산출하기 전까지, 자이로 센서 데이터 수신 시, 이전에 산출된 바이어스 오차 및 스케일 팩터를 적용하여 자이로 센서 데이터를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 4휠 스피드 센서 데이터를 이용하여 차량 진행 방향을 산출하는 단계에서,
    상기 제어부는, 차량이 직진을 할 경우에 4휠 스피드 센서 데이터가 오차 범위 내에서 동일한 값을 갖고, 차량이 어느 일 측으로 회전할 경우에 회전 방향의 내측 바퀴와 외측 바퀴 간에 발생하는 회전속도의 차이를 바탕으로 차량 진행 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 헤딩과 제2 헤딩을 이용해 스케일 팩터를 산출함에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 자이로 센서에서 출력된 각속도를 이용해 산출되는 방위각과, 휠 스피드 센서 데이터를 이용해 산출되는 방위각의 비율을 스케일 팩터로서 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 항법장치의 위치 정밀도 향상을 위한 자이로 센서 보정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11383723B2 (en) * 2017-06-13 2022-07-12 Hitachi Astemo, Ltd. Vehicle control device

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