KR20190060575A - 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치 및 그것의 차량 위치 추정 방법 - Google Patents

요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치 및 그것의 차량 위치 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치의 동작 방법은, 상기 요레이트 센서를 이용하여 헤딩값을 누적 산출하는 단계, GPS(global positioning satellite) 헤딩 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적 헤딩 변화량을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 근거로 하여 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋(drift offset)을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치 및 그것의 차량 위치 추정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING POSITION OF VEHICLE USING YAWRATE SENSOR}
본 발명은 요레이트 센서(yawrate sensor)를 이용한 차량 위치 추정 장치 및 그것의 차량 위치 추정 방법에 관한 것이다.
자율주행자동차에 관한 연구는 테슬라, 도요타와 같은 자동차 업계 세계 일류 기업들이 서로 앞다투어 개발에 집중하고 있으며, 현재 자율주행자동차 기술은 미국 도로교통안전국(NHTSA)이 제안한 완전 자율주행을 위한 5 단계 기술 중 3~4 단계에 놓여있다. 현재 미국 캘리포니아 주에서 구글 자율 주행 자동차는 시범 운행 중이며, 225 만 km 이상을 주행하면서 완전 자율주행에 가까워졌지만 한계는 명확히 존재한다. 예를 들어 GPS(global positioning system) 신호의 위치 정확도는 환경에 영향을 많이 받는다. 개활지인 경우 위치 정확도는 0.5m 이내인 반면, 도심지역인 경우 위치 정확도는 5m 이상이다. 위와 같은 도심지역에서 GNSS(global navigation satellite system) 신호의 위치 정확도를 높이는 방법은 다방면으로 연구가 진행 중이다. 대표적으로 차량의 내부센서를 이용한 추측항법으로 얻어진 위치 정보와 GNSS 로 얻어진 위치 정보를 융합하는 방식이 있다.
한국공개특허: 10-2016-0038320, 공개일: 2016년 04월 07일, 제목: 차량용 자이로센서의 보정 장치 및 방법. 일본공개번호: 2014-240266, 공개일: 2014년 12월 25일, 제목: 센서 드리프트량 추정 장치 및 프로그램.
본 발명의 목적은 정밀하게 차량의 위치를 제공하는 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치 및 그것의 차량 위치 추정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치의 동작 방법은: 상기 요레이트 센서를 이용하여 헤딩값을 누적 산출하는 단계; GPS(global positioning satellite) 헤딩 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적 헤딩 변화량을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 근거로 하여 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋(drift offset)을 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, GPS 단말기로부터 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 위치 정보를 저장하는 단계; 및 상기 저장된 위치 정보를 이용하여 헤딩값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 헤딩값을 산출하는 단계는, 현재 시점을 기준으로 5개의 점들을 지나는 이차 곡선의 중간점에서의 접점을 해당점의 헤딩 각도로 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 헤딩값을 산출하는 단계는, 상기 5개의 점들을 시간 순서별로 연결한 선분들 중에서 선분간의 각도가 기준값보다 작은 것들을 선택하는 단계; 상기 선택한 선분들을 현으로 타원을 상기 선분들 중에서 어느 하나의 수직 방향으로 k의 배율로 늘림으로써 원으로 변경하는 단계; 및 상기 변경된 원에 대응하는 변경된 선분들의 각각의 수직 이등분선이 한점에서 만날 때, 중간점에서의 접선의 탄젠트 값의 1/k를 상기 타원의 접선 기울기로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 헤딩값을 산출하는 단계는, 상기 선분들 중에서 나머지의 기울기의 중간값과 상기 타원의 접선 기울기 사이에서 상기 헤딩 각도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 요레이트 센서로부터 요레이트 센서값을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 요레이트 센서값을 버퍼링 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 헤딩값을 누적 산출하는 단계는, GPS 정보 주기마다 상기 버퍼링된 요레이트 센서값을 누적 합산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 GPS 헤딩값과 상기 요레이트 센서의 누적 헤딩 변화량을 비교하는 단계는, 사전에 결정된 시간 동안 GPS 헤딩 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적값의 헤딩 변화량을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 비교 결과에 따라 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 보상하는 단계는, 상기 추정된 드리프트 옵셋을 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋에 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치는, 위성 정보를 수신하는 GPS(global positioning satellite) 단말기; 제 1 주기로 상기 위성 정보를 버퍼링 하는 제 1 저장 장치; 상기 위성 정보로부터 헤딩값을 산출 및 저장하는 헤딩값 산출/저장 장치; 헤딩 각도를 측정하는 요레이트 센서; 제 2 주기로 상기 헤딩 각도를 버퍼링하고, 상기 제 1 주기로 버퍼링된 헤딩 각도를 누적 연산 및 저장하는 제 2 저장 장치; 상기 저장된 헤딩값의 변화량과 상기 누적된 헤딩 각도의 변화량을 비교하는 비교 장치; 상기 비교 장치의 비교 결과에 따라 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 추정하는 요레이트 센서 드리프트 옵셋 추정 장치; 및 상기 추정된 드리프트 옵셋을 이용하여 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 보상하는 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 헤딩값 산출/저장 장치는 복수의 점을 지나는 이차곡선의 중간점에서 접점을 해당점의 헤딩 각도로 판별할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치는 상기 비교 결과에 대응하는 헤딩값 변화량에 따라 사전에 결정된 값을 상기 드리프트 옵셋에 차감으로써 상기 드리프트 옵셋을 보상할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치는 바이너리 적분 제어기(binary I controller)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치의 동작 방법은: 복수의 GNSS 데이터를 취득하는 단계; 정밀 위치를 연산하기 위하여 복수의 GNSS 데이터에 대하여 실시간 측위를 수행하는 단계; 상기 실시간 측위를 수신한 후에 제 1 위치값을 얻기 위하여 요레이트 센서 정보 및 휠펄스 정보를 이용하여 DR(dead reckoning) 연산을 수행하는 단계; 좌/우 휠펄스 데이터를 이용한 제 2 위치값을 산출하는 단계; 및 상기 제 1 위치값과 상기 제 2 위치값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 위치값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 복수의 GNSS 칩들로부터 상기 GNSS 데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 실시간 측위를 수행하는 단계는, 위성별 보정 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 1 위치값은 상기 복수의 GNSS 데이터의 정확도를 평가하고, 상기 DR 연산의 위치값과 상기 실시간 측위의 위치값을 융합함으로써 결정될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 GNSS 데이터를 취득하는 단계는, 위치 강건성 향상을 위하여 GPS 및 GLONASS 조합에 따른 데이터를 활용하거나 GLONASS 및 BEIDOU 조합에 따른 데이터를 활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제 2 위치값을 산출하는 단계는, 좌측 휠 펄스 데이터로부터 좌측 휠 이동 거리를 계산하는 단계; 우측 휠 펄스 데이터로부터 우측 휠 이동 거리를 계산하는 단계; 및 상기 좌측 휠 이동 거리 및 상기 우측 휠 이동 거리를 이용하여 헤딩 각도 변화량을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 요레이트 센서를 이용하는 차량 위치 추정 장치 및 그것의 위치 추정 방법은, GPS 정보를 이용하여 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 보정함으로써 차량 환경에서의 요레이트 센서 성능을 높일 수 있고, 이를 통해 추측 항법을 이용하는 차량 측위 기술의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치는 가격 경쟁력을 갖는 MEMS기반 요레이트 센서를 이용함으로써 적용범위를 크게 확장시킬 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)의 헤딩 각도 산출 과정을 보여주는 도면이다.
도 3은 임베디드 환경에서 산출 부하 문제를 극복하기 위하여 근사하는 방법으로 헤딩 각도를 산출하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 드리프트 옵셋 보정 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시 예에 따른 휠펄스 데이터를 이용하여 위치를 보정하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)의 위치 추정 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량 위치 추정 장치(100)는 GPS 단말기(110), 제 1 저장 장치(120), 헤딩값 산출/저장 장치(130), 요레이트 센서(yawrate sensor; 140), 제 2 저장 장치(150), 비교 장치(160), 요레이트 센서 드리프트 옵셋 추정 장치(170), 및 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보정 장치(180)를 포함할 수 있다.
GPS 단말기(110)는 GPS로부터 차량 관련 위치 정보를 수신하도록 구현될 수 있다.
제 1 저장 장치(120)는 GPS 정보를 저장(혹은 버퍼링)하도록 구현될 수 있다.
헤딩값 산출/저장 장치(130)는 GPS 정보로부터 차량의 헤딩(heading)값을 산출하고 저장하도록 구현될 수 있다.
요레이트 센서(140)는 헤딩 각도를 측정하도록 구현될 수 있다.
제 2 저장 장치(150)는 측정된 헤딩 각도를 누적 및 저장하도록 구현될 수 있다. 요레이트 센서값은 수신 주기로 나누어 스케일이 맞춰질 수 있다.
실시 예에 있어서, 제 2 저장 장치(150)는 GPS 정보 주기가 돌아올 동안의 요레이트 센서값을 누적한 후, 누적된 값을 버퍼링 하며 저장할 수 있다. 예를 들어, GPS 주기(제 1 주기)가 1000 ms, 요레이트 센서 수신 주기(제 2 주기) 10 ms 인 경우, 1000 ms 동안 10 ms 마다의 요레이트 센서값을 누적 합산할 수 있다. 즉, 1000 ms 마다 누적 합산 값을 저장할 수 잇다.
비교 장치(160)는 GPS 헤딩값 변화량에서 요레이트 센서(140)의 누적값을 비교하도록 구현될 수 있다.
Figure pat00001
실시 예에 있어서, 비교 장치(160)는 이전 헤딩값과의 차이값을 GPS 헤딩 변화량, 요레이트(yawrate) 누적값을 요레이트(yawrate) 헤딩 변화량으로 하여 비교할 수 있다.
GPS 헤딩 변화량[i] = GPSHeading[i] - GPSHeading[i-1]
요레이트 센서 헤딩 변화량[i] = Yawsum[i]
요레이트 센서 드리프트 옵셋 추정장치(170)는 비교 장치(160)의 비교 결과값에 따라 요레이트 센서(140)의 드리프트 옵셋(drift offset)을 추정하도록 구현될 수 있다.
요레이트 센서 드리프트 옵셋 보정장치(180)는 추정된 드리프트 옵셋을 이용하여 요레이트 센서(140)의 드리프트 옵셋을 보정하도록 구현될 수 있다.
자율주행 및 스마트카 기술이 대두됨에 따라 차량의 정확한 위치측위 기술이 요구되고 있다. GPS, INS, 맵매칭 등 다양한 기술이 이에 활용되지만, 이에 기본이 되는 차량의 추측항법모델의 정확도가 성능의 주요 요인이 된다. 추측항법모델에서도 차량의 요레이트 센서가 중요한 역할을 하는데, 양산되고 있는 MEMS 기반의 요레이트 센서는 드리프트 옵셋(drift offset)이라 불리는 오차요인이 성능 저하를 일으키고 있다. 이를 개선하기 위해 모델링 및 HDR등의 기법이 있지만, 차량환경에서 일반적이고 효율적으로 보상할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
추측항법 모델에서 차량의 헤딩 각도를 요레이트 센서를 누적하며 산출한다. 하지만 요레이트 센서의 드리프트 옵셋(drift offset)으로 인한 오차가 누적되며 헤딩 각도의 틀어짐이 발생하는 문제가 있다. 드리프트 옵셋(drift offset)에는 온도, 제품편차, 전압 등 여러 요인으로 인해 고정되지 않고 변동되기에, 단순 하나의 상수값으로 보상할 수 없고, 지속적으로 드리프트 옵셋(drift offset)을 추정하여 보상해 주어야 한다. 기존 방법으로는 주행 중에서의 드리프트 옵셋(drift offset) 추정에 어려움이 있어서, 장시간 주행시 오차누적의 문제가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)는 GPS 정보가 안정적 일 때의 GPS 궤적을 신뢰할 수 있고, 또 GPS 정보의 오차의 경우 지속적으로 같은 방향으로의 오차를 내는 것이 아닌 난방향으로 발생하는 점을 이용하는 기술이다. 실시 예에 있어서, 차량 위치 추정 장치(100)는 GPS 위치 정보와 요레이트 센서값을 주기적으로 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)의 헤딩 각도 산출 과정을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 현재 시점을 기준으로 5개의 버퍼 데이터가 헤딩 각도 산출에 이용될 수 있다. 실시 예에 있어서, 5개의 점을 지나는 이차 곡선의 중간점에서의 접점이 해당점의 헤딩 각도로 결정될 수 있다.
도 3은 임베디드 환경에서 산출 부하 문제를 극복하기 위하여 근사하는 방법으로 헤딩 각도를 산출하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 5개의 점을 시간 순서별로 연결한 선분 a, b, c, d 중에서 각도가 작은 쪽의 a, b, c 혹은 c, d 만을 선택하고, 선택된 선분만을 이용한 타원이 헤딩 각도 산출에 이용될 수 있다.
실시 예에 있어서, a, b, c를 이용할 때, a의 수직 이등분 선에 대칭이고, a, b, c를 현으로 하는 타원을 기준으로 a 선분의 수직 방향으로 k의 배율로 늘이도록 원이 형성될 수 있다. 이때 변경된 a', b', c'의 수직 이등분 선이 한 점에서 만나게 된다. 이때 중간점에서의 접선이 탄젠트 값의 1/k 만큼 취한 각도가 타원의 접선이 될 수 있다. 실시 예에 있어서, b, c의 기울기의 중간값과 타원의 접선 기울기의 값 사이에서 적정값이 해당점의 헤딩 각도로 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 드리프트 옵셋 보정 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, GPS 위치 정보를 이용하여 특정 점에서의 헤딩값이 산출될 수 있다. 실시 예에 있어서, GPS 위치 정보 중에서 4, 5개를 지나는 근사곡선에 대한 접선을 이용하여 헤딩 값이 산출될 수 있다.
실시 예에 있어서, 요레이트 센서로부터 요레이트 센서값을 수신하는 단계는 요레이트 센서값에서 드리프트 옵셋(Offsetdrift)을 차분하는 단계, 및 상기 차분된 요레이트 센서값을 버퍼링 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
두 시점 사이에서의 GPS 위치 궤적 헤딩값 변화량(dθGPS)과 요레이트 센서 누적 값(dθSensor)으로 추정하는 헤딩값 변화량이 비교될 수 있다. 비교 결과로써 헤딩값 변화량이 작을 경우, 바이너리 적분 제어기(binary I controller)는 -Id(사전에 결정된 값)를 드리프트 옵셋(Offsetdrift)에서 빼줄 수 있다. 반면에, 비교 결과로써 헤딩값 변화량이 큰 경우, 바이너리 적분 제어기는 +Id(사전에 결정된 값)를 드리프트 옵셋(Offsetdrift)에 더해 줄 수 있다. 즉, 추정한 드리프트 옵셋(drift offset)을 요레이트 센서값에 차감함으로써 드리프트 옵셋(drift offset)이 보상될 수 있다.
이로써, 본 발명의 차량 위치 추정 장치(100)는 차량 환경에서의 요레이트 센서 성능을 높일 수 있고, 이를 통해 추측 항법을 이용하는 차량 측위 기술의 성능을 향상시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 차량 위치 추정 장치(100)는 가격 경쟁력을 갖는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기반 요레이트 센서를 이용함으로써 적용범위를 크게 확장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 차량 위치 추정 장치(100)의 위치 추정 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.
요레이트 센서로부터 수신된 헤딩 각도가 누적 산출 될 수 있다(S110). 요레이트 센서의 누적값과 GPS 헤딩값이 비교될 수 있다(S120). 만일, 요레이트 센서의 누적값과 GPS 헤딩값의 차이에 따라 요레이트 센서의 드리프트 옵셋이 보정 및 보상될 수 있다(S130).
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 6를 참조하면, 차량 위치 추정 장치(200)는 제 1 및 제 2 GNSS 칩들(211, 212), 위성별 보정 정보 수신부(213), 차량 정보 수신부(214), 정밀 위치 연산장치(220), 추측 항법 장치(230), 및 위치 보정장치(240)를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 GNSS 칩들(211, 212)의 각각은 GNSS로부터 차량의 위치 정보를 수신하도록 구현될 수 있다. 여기서 위치 정보는 GPS(global positioning system), GLONASS(global navigation satellite), BEIDOU 데이터 등을 포함할 수 있다. 도 6에서는 2개의 GNSS 칩에 대하여 도시되지만, 본 발명의 차량 위치 추정 장치(200)의 GNSS 칩의 개수가 여기에 제한되지 않을 것이다.
위성별 보정 정부 수신부(213)는 위성별 보정 정보를 수신하도록 구현될 수 있다.
차량 정보 수신부(214)는 차량 정보, 예를 들어, 요레이트 센서 정보, 휠펄스 센서 정보 등을 수신하도록 구현될 수 있다.
정밀 위치 연산장치(220)는 위성별 보정 정보, 제 1 및 제 2 GNSS 칩들(211, 212)의 위치 정보를 수신하고, RTK(real time kinematic) 연산을 수행하도록 구현될 수 있다.
정밀 위치 연산장치(220)는 복수의 GNSS 칩들로부터 위치 데이터를 취득하고, 차량의 기본 위치 정보를 산출할 수 있다.
정밀 위치 연산장치(220)는 GPS, GLONASS, BEIDOU RTK 수행함으로써 차량의 기본 위치 정보를 정밀 위치 정보로 변경할 수 있다.
추측 항법 장치(230)는 요레이트 센서값을 이용하여 추측 항법 위치를 산출할 수 있다.
위치 보정장치(240)는 추측 항법 위치를 좌/우 휠펄스 센서 데이터를 이용하여 보정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)는 멀티 GNSS 센서를 이용한 위치 강건성(robustness) 확보, RTK 보정을 통한 정밀도 향상, DR(dead reckoning) 위치 추정시 발생하는 누적 오차 제거할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 차량 위치 추정 장치(200)는 복수 GNSS 칩들을 활용하고, 위성별 RTK 적용하고, DR 계산 및 좌/우 휠펄스를 이용한 위치 보정(DR 누적 오차 제거 가능)을 수행할 수 있다.
일반적인 위성 측위 시스템 및 추측 항법을 융합한 차량 위치 추정 장치는 차량 센서로부터 DR 위치 좌표를 획득하고, GNSS 위치 좌표를 획득하고, DR 위치와 GNSS 위치로부터 차량 위치를 추정하고, 센서 데이터와 GNSS 데이터 정확도를 계산/평가하고, DR 위치와 GNSS 위치를 융합하고 있다. 반면에 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)는, 위치 강건성 향상을 위하여 GPS/GLONASS 조합을 활용하거나, GLONASS/BEIDOU 조합을 활용하고, 위치 정확도 향상을 위하여 GPS 기판 RTK 연산을 수행하거나, GLONASS 기반 RTK 연산을 수행하거나, BEIDOU 기반 RTK 연산을 수행할 수 있다. 이로써 차선폭 이상 에서 차선폭 이하로 위치 정밀도가 향상될 수 있다.
일반적인 차량 항법 시스템 및 그 제어 방법은, 추측항법을 위한 방위각과 이동 거리 측정 센서의 오차 보정을 위해 전자나침반과 자이로 센서 방위각을 비교하고, 차속 센서와 가속도 센서를 통해 각각 이동 거리를 검출 및 비교함으로써 현재 위치 정보를 산출하고 있다. 반면에 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)는 추측 항법(DR) 누적 오차를 최소화시키기 위하여 DR 단독 구간을 판단하고, 좌/우 휠펄스 데이터를 이용하여 이동 거리를 산출하고, 호의 길이 공식을 이용한 차량 헤딩값 (L = rθ)을 산출할 수 있다. 여기서 산출된 헤딩값을 이용한 위치값과 요레이트(요레이트(yawrate)) 추정값은 비교 가능하다. 이로써, 터널 혹은 수신 열악 구간에서도 본 발명의 차량 위치 추정 장치(200)는 최소 누적 오차로써 위치를 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 휠펄스 데이터를 이용하여 위치를 보정하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 7를 참조하면, 좌측 휠 이동 거리(LWL)와 우측 휠 이동 거리(LWR)에 의한 헤딩 각도 변화량(θ)가 결정될 수 있다.
Figure pat00002
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치(200)의 위치 추정 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 차량 위치 추정 장치(200)의 위치 추정 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.
데이터의 안정성 향상을 위하여 복수의 서로 다른 위성으로부터 GNSS 데이터가 취득될 수 있다(S210). 이후 위치 정밀도 향상을 위하여 복수 GNSS RTK 연산이 수행될 수 있다(S220). 이후 제 1 위치값을 산출하기 위하여 요레이트/휠속 데이터를 활용하여 DR 연산에 의해 DR 위치 좌표가 취득될 수 있다(S230). 좌/우 휠펄스 데이터를 활용하여 이동 거리가 계산될 수 있다. 차폭 및 이동 거리를 이용하여 차량 헤딩 변화량이 계산 될 수 있다. 이에 따른 제 2 위치값을 산출하기 위하여 차량의 이동 위치가 계산될 수 있다(S240). 실시 예에 있어서, 제 2 위치값을 산출하는 것은, 좌측 휠 펄스 데이터로부터 좌측 휠 이동 거리를 계산하고, 우측 휠 펄스 데이터로부터 우측 휠 이동 거리를 계산하고, 좌측 휠 이동 거리 및 우측 휠 이동 거리를 이용하여 헤딩 각도 변화량을 산출할 수 있다. GPS 상태가 양호하지 못할 때 헤딩 각도 변화량은 GPS 기준 헤딩 변화량을 대체할 수 있다.
이후에 DR 위치 좌표와 계산된 이동 위치가 비교되고, 즉 제 1 위치값과 제 2 위치값이 비교되고, 비교 결과에 따라 위치 보정을 통해 최종적인 차량의 위치가 결정될 수 있다(S250).
본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 방법은 GNSS 수신하고, 정밀 위치 계산하고, 추측항법 위치 산출하고, 좌/우 휠펄스 활용 위치 산출하고, 위치 보정함으로써, 보다 정밀한 측위를 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 위치 추정 장치는 복수의 GNSS 칩들, 정밀 위치 연산 장치, 추측항법 장치 및 위치 보정 장치를 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 이종의 복수 위성 정보와 보정 정보를 이용한 실시간 이동 측위(RTK; real time kinematic “실시간 이동측위”)가 수행될 수 있다. 실시 예에 있어서, 복수의 정밀 측위 값을 산출 오차 또는 가중치를 이용해서 차량 위치가 산출될 수 있다. 실시 예에 있어서, 수신 미약하거나 수신 불가 지역 판별 장치가 더 포함될 수 있다. 실시 예에 있어서, 추측항법 수행 시 좌/우 휠펄스 데이터 값을 이용한 차량 좌/우 이동거리 비교를 통하여 차량 주행 헤딩값이 산출될 수 있다. 실시 예에 있어서, 요레이트(yawrate)를 이용한 DR 산출 위치와 휠펄스 이용 산출 위치를 비교함으로써, 최종 위치가 보정될 수 있다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
100, 200: 차량 위치 추정 장치
110: GPS 단말기
120: 제 1 저장 장치
130: 헤딩값 산출/저장 장치
140: 요레이트 센서
150: 제 2 저장 장치
160: 비교 장치
170: 요레이트 센서 드리프트 옵셋 추정장치
180: 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상장치
211, 212: GNSS 칩
213: 위성별 보정 정보 수신부
214: 차량 정보 수신부
220: 정밀위치 연산장치
230: 추측 항법 장치
240: 위치 보정장치

Claims (20)

  1. 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치의 동작 방법에 있어서:
    상기 요레이트 센서를 이용하여 헤딩값을 누적 산출하는 단계;
    GPS(global positioning satellite) 헤딩 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적 헤딩 변화량을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 근거로 하여 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋(drift offset)을 보상하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    GPS 단말기로부터 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 위치 정보를 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 위치 정보를 이용하여 헤딩값을 산출하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 헤딩값을 산출하는 단계는,
    현재 시점을 기준으로 5개의 점들을 지나는 이차 곡선의 중간점에서의 접점을 해당점의 헤딩 각도로 판별하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 헤딩값을 산출하는 단계는,
    상기 5개의 점들을 시간 순서별로 연결한 선분들 중에서 선분간의 각도가 기준값보다 작은 것들을 선택하는 단계;
    상기 선택한 선분들을 현으로 타원을 상기 선분들 중에서 어느 하나의 수직 방향으로 k의 배율로 늘림으로써 원으로 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 원에 대응하는 변경된 선분들의 각각의 수직 이등분선이 한점에서 만날 때, 중간점에서의 접선의 탄젠트 값의 1/k를 상기 타원의 접선 기울기로 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 헤딩값을 산출하는 단계는,
    상기 선분들 중에서 나머지의 기울기의 중간값과 상기 타원의 접선 기울기 사이에서 상기 헤딩 각도를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 요레이트 센서로부터 요레이트 센서값을 수신하는 단계;
    상기 요레이트 센서값에서 상기 드리프트 옵셋을 차분하는 단계; 및
    상기 차분된 요레이트 센서값을 버퍼링 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 헤딩값을 산출하는 단계는,
    GPS 정보 주기마다 상기 버퍼링된 요레이트 센서값을 누적 합산하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 GPS 헤딩값의 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적 헤딩 변화량을 비교하는 단계는,
    사전에 결정된 시간 동안에 GPS 헤딩 변화량과 상기 요레이트 센서의 누적값의 헤딩 변화량을 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 추정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 보상하는 단계는,
    상기 추정된 드리프트 옵셋을 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋에 보상하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 위성 정보를 수신하는 GPS(global positioning satellite) 단말기;
    제 1 주기로 상기 위성 정보를 버퍼링 하는 제 1 저장 장치;
    상기 위성 정보로부터 헤딩값을 산출 및 저장하는 헤딩값 산출/저장 장치;
    헤딩 각도를 측정하는 요레이트 센서;
    제 2 주기로 상기 헤딩 각도를 버퍼링하고, 상기 제 1 주기로 버퍼링된 헤딩 각도를 누적 연산 및 저장하는 제 2 저장 장치;
    상기 저장된 헤딩값의 변화량과 상기 누적된 헤딩 각도의 변화량을 비교하는 비교 장치;
    상기 비교 장치의 비교 결과에 따라 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 추정하는 요레이트 센서 드리프트 옵셋 추정 장치; 및
    상기 추정된 드리프트 옵셋을 이용하여 상기 요레이트 센서의 드리프트 옵셋을 보상하는 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치를 포함하는 차량 위치 추정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 헤딩값 산출/저장 장치는 복수의 점을 지나는 이차곡선의 중간점에서 접점을 해당점의 헤딩 각도로 판별하는 차량 위치 추정 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치는 상기 비교 결과에 대응하는 헤딩값 변화량에 따라 사전에 결정된 값을 상기 드리프트 옵셋에 차감으로써 상기 드리프트 옵셋을 보상하는 차량 위치 추정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 요레이트 센서 드리프트 옵셋 보상 장치는 바이너리 적분 제어기(binary I controller)를 포함하는 차량 위치 추정 장치.
  15. 요레이트 센서를 이용한 차량 위치 추정 장치의 동작 방법에 있어서:
    복수의 GNSS 데이터를 취득하는 단계;
    정밀 위치를 연산하기 위하여 복수의 GNSS 데이터에 대하여 실시간 측위를 수행하는 단계;
    상기 실시간 측위를 수신한 후에 제 1 위치값을 얻기 위하여 요레이트 센서 정보 및 휠펄스 정보를 이용하여 DR(dead reckoning) 연산을 수행하는 단계;
    좌/우 휠펄스 데이터를 이용한 제 2 위치값을 산출하는 단계; 및
    상기 제 1 위치값과 상기 제 2 위치값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 제 1 위치값을 보정하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수의 GNSS 칩들로부터 상기 GNSS 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 실시간 측위를 수행하는 단계는,
    위성별 보정 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 위치값은 상기 복수의 GNSS 데이터의 정확도를 평가하고, 상기 DR 연산의 위치값과 상기 실시간 측위의 위치값을 융합함으로써 결정되는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 GNSS 데이터를 취득하는 단계는,
    위치 강건성 향상을 위하여 GPS 및 GLONASS 조합에 따른 데이터를 활용하거나 GLONASS 및 BEIDOU 조합에 따른 데이터를 활용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 위치값을 산출하는 단계는,
    좌측 휠 펄스 데이터로부터 좌측 휠 이동 거리를 계산하는 단계;
    우측 휠 펄스 데이터로부터 우측 휠 이동 거리를 계산하는 단계;
    상기 좌측 휠 이동 거리 및 상기 우측 휠 이동 거리를 이용하여 헤딩 각도 변화량을 산출하는 단계; 및
    GPS 상태가 양호하지 못할 때 상기 헤딩 각도 변화량으로 GPS 기준 헤딩 변화량을 대체하는 단계를 더 포함하는 방법.
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