KR20200094793A - 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법 - Google Patents

차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 3축 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서, 3축 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프, 가속도 센서 및 자이로스코프로부터 측정한 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 가속도 데이터 보정부 및 보정된 가속도 데이터에 기초하여 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부를 포함하는 것인 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 가속도 센서 보정 방법을 제공할 수 있다.

Description

차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법
본 발명은 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법에 관한 것이다, 보다 구체적으로, 가속도 센서 및 자이로스코프를 이용하여 차량의 움직임을 실시간으로 측정 및 저장하며, 이를 서버에 전송하기 위한 텔레매틱스 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법에 관한 것이다.
차량은 현대인의 필수품이 되었다. 차량 보유 인구가 늘어나면서 차량을 운전하는 운전자의 운전 성향과 같은 정보의 중요성이 커지고 있다. 일례로 과속, 급출발, 급정거와 같은 운전 성향에 따른 자동차 보험료를 측정하는 UBI(Usage-Based Insurance) 관련 산업도 점차 증가세이다.
이러한 정보를 획득하고 빅데이터로 구축하기 위해서는 텔레매틱스(telematics) 기술이 필요하다. 텔레매틱스(telematics)는 통신(Telecommunication)과 정보과학(Informatics)의 합성어로서, 즉 차량·항공·선박 등 운송장비에 내장된 컴퓨터와 무선통신기술, 위성항법장치, 인터넷에서 문자신호와 음성신호를 바꾸는 기술 등에 의해 정보를 주고받을 수 있는 무선데이터 서비스를 통칭한다.
그러나 최근에 개발된 텔레매틱스 기술은 운전 중 사고를 당했을 때, 구난 신호를 보낸다는 것과 같은 신호 전송에 집중되어 있다. 한국 등록특허공보 제10-1095156호를 참조하면, 텔레매틱스 시스템을 이용한 긴급 구난 서비스 제공 방법이 개시되어 있다.
본 발명은 차량의 움직임을 측정하기 위해 실시간으로 차량의 움직임 관련 정보를 수집 및 서버로 전송하여 운전자의 운전 성향 데이터베이스를 구축하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정확한 데이터를 수집하기 위해 가속도의 센서의 측정 오류를 실시간으로 보정하는 장치와 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 차량 충돌 시 발생되는 차량의 움직임 관련 정보를 수집하여 충돌 전후에 발생하는 사건에 대한 데이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충돌 전후에 대한 데이터를 이용하여 차량 사고를 재현하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 과속, 급출발, 급정거, 운전 주기/횟수, 코너링, 주행도로 형태 등과 같은 운전 성향 및 차량 점검 여부와 차량의 상태를 파악하여 UBI(Usage-Based Insurance) 관련 산업에 이용할 수 있는 데이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치에 있어서, 3축 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서; 3축 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프; 가속도 센서 및 자이로스코프로부터 측정한 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 가속도 데이터 보정부; 및 보정된 가속도 데이터에 기초하여 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부를 포함할 수 있다.
또한, 가속도 데이터 보정부는 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 수평면 진행 방향 축으로 2차 변환을 수행하도록 구성할 수 있다.
또한, 중력 벡터는 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 산출된 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 계산될 수 있다.
또한, 2차 변환의 수행은 3축 각속도 값이 (0, 0, 0)일 때, 수행될 수 있다.
또한, 가속도 데이터 보정부는 1차 변환을 위한 각도 a, b 및 2차 변환을 위한 각도 c를 결정하고 가속도 센서로부터 측정한 3축 가속도 값 벡터를 각도 a, b 및 c를 이용하여 변환할 수 있다.
또한, 상기 각도 a, b는 실시간으로 상기 가속도 센서로부터 상기 3축 가속도 값 벡터가 측정될 때마다 상기 가속도 데이터 보정부에 의해 도출될 수 있다.
또한, 가속도 데이터 보정부는 각도 c값이 계산되어 있지 않다면, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터 값에 기초하여 각도 c값을 계산할 수 있다.
또한, 차량의 위치를 파악하기 위한 GPS 수신기를 더 포함하고, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 차량의 충돌을 인식하고, 차량의 충돌 인식 시에 통신부를 통해 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터를 서버로 전송할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치를 이용한 가속도 센서 보정 방법은 가속도 센서 및 자이로스코프를 이용하여 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값을 측정하는 단계; 측정된 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 중력 벡터를 계산하는 단계; 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 단계; 및 보정된 가속도 데이터에 기초하여 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 단계 이후에, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 수평면 진행 방향 축으로 2차 변환을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 중력 벡터는 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 산출된 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 계산될 수 있다.
또한, 2차 변환의 수행은 3축 각속도 값이 (0, 0, 0)일 때, 수행될 수 있다.
또한, 1차 변환을 위한 각도 a, b 및 2차 변환을 위한 각도 c를 결정하고 가속도 센서로부터 측정한 3축 가속도 값 벡터를 각도 a, b 및 c를 이용하여 변환할 수 있다.
또한, 상기 각도 a, b는 실시간으로 상기 가속도 센서로부터 상기 3축 가속도 값 벡터가 측정될 때마다 상기 가속도 데이터 보정부에 의해 도출될 수 있다.
또한, 각도 c값이 계산되어 있지 않다면, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터 값에 기초하여 각도 c값을 계산할 수 있다.
또한, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우, 차량의 충돌로 인식하는 단계; 및 차량 충돌 인식 시에 GPS 수신기로 측정되는 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터를 서버로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 차량의 움직임을 측정하기 위해 실시간으로 차량의 움직임 관련 정보를 수집 및 서버로 전송하여 운전자의 운전 성향 데이터베이스를 구축하는 가속도 보정 장치 및 이를 이용한 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 정확한 데이터를 수집하기 위해 가속도의 센서의 측정 오류를 실시간으로 보정하는 가속도 보정 장치 및 이를 이용한 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량 충돌 시 발생되는 차량의 움직임 관련 정보를 수집하여 충돌 전후에 발생하는 사건에 대한 데이터를 제공하는 가속도 보정 장치 및 이를 이용한 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 충돌 전후에 대한 데이터를 이용하여 차량 사고를 재현할 수 있다.
또한, 본 발명은 과속, 급출발, 급정거, 운전 주기/횟수, 코너링, 주행도로 형태 등과 같은 운전 성향 및 차량 점검 여부와 차량의 상태를 파악하여 UBI(Usage-Based Insurance) 관련 산업에 이용할 수 있는 데이터를 제공하는 가속도 보정 장치 및 이를 이용한 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 보정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오르막 길에서 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 내리막 길에서 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 가속하는 경우, 수평면에서의 2차 변환을 나타낸 예시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 가속하는 경우, 수평면에서의 가속도의 크기를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 감속하는 경우, 수평면에서의 2차 변환을 나타낸 예시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 감속하는 경우, 수평면에서의 가속도의 크기를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 보정 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서 보정 방법의 흐름도이다.
도 9는 차량 충돌이 발생할 경우, 충돌과 관련된 정보를 서버에 전송하는 흐름도이다.
도 10은 가속도 보정 장치가 차량 충돌을 인식하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
본 발명의 일 실시예는, 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치에 있어서, 3축 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서, 3축 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프, 상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정한 상기 3축 가속도 값 및 상기 3축 각속도 값에 기초하여 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 가속도 데이터 보정부 및 보정된 가속도 데이터에 기초하여 상기 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부를 포함하는 가속도 센서 보정 장치를 제공할 수 있다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이와 같은 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 기술되고, 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있다. 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 보정 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치(100)는 처리부(110), 메모리부(120), 데이터 획득부(130) 및 통신부(140)를 포함할 수 있다.
처리부(110)는 가속도 센서 보정 장치(100)의 각종 제어 및 처리 동작을 수행하며, 복수의 구성 요소들의 제어 및 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 예컨대, 처리부(110)는 중앙 처리 장치(CPU)일 수 있고, 중앙 처리 장치(CPU)는 어플리케이션 프로세서(AP)를 포함할 수 있다. 그리고 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 내부에 포함하거나, 또는 필요한 경우 외부 메모리와 통신하며 필요한 정보에 액세스할 수 있다.
처리부(110)는 가속도 데이터 보정부(111)를 포함할 수 있다. 가속도 데이터 보정부(111)는 후술할 데이터 획득부(130)의 가속도 센서(131) 및 자이로스코프(132)가 측정하는 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 중력 벡터를 계산할 수 있다. 또한, 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환할 수 있다.
메모리부(120)는 데이터 저장장소로서 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면 처리부(110) 또는 데이터 획득부(130)에서 처리 또는 획득되는 데이터들을 저장할 수 있으며, 통신부(140)는 메모리부(120)에 저장된 데이터를 읽어 외부로 전송할 수 있다.
데이터 획득부(130)는 3축 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서(131), 3축 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프(132), GPS 위성(300)으로부터 GPS신호를 수신하여 위치 값을 획득하는 GPS 수신기(133)를 포함할 수 있다.
가속도 센서(131)는 가속도를 측정할 수 있으며, 예컨대 x축, y축 및 z축 방향의 가속도를 측정할 수 있는 3축 가속도계(Accelerometer)로 구성될 수 있다. 기본적으로 가속도 센서(131)는 가만히 정지하고 있는 상태에서는 중력 가속도만 감지한다.
또한, 가속도 센서(131)는 일정한 간격의 시간 단위로 3축 가속도 값을 읽을 수 있으며, 저역 필터(Low-pass filter)를 설정하고 폴링(Polling)하는 시간에 맞추어 샘플링 레이트(Sampling rate)를 조정하여 설정할 수 있다. 가속도 센서(131)의 데이터를 그대로 사용하면 노이즈(Noise)가 포함되므로, 평균값, 저역 필터(Low-pass filter) 또는 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하여 노이즈를 줄일 수 있다.
자이로스코프(gyroscope)(132)는 자이로 센서(gyro sensor)로서 차량의 각속도를 측정할 수 있으며, x축, y축 및 z축 방향의 각속도를 측정할 수 있는 3축 각속도 센서로 동작할 수 있다.
또한, 자이로스코프(132)는 일정한 간격의 시간 단위로 3축 각속도 값을 읽을 수 있으며, 저역 필터(Low-pass filter)를 설정하고 폴링(Polling)하는 시간에 맞추어 샘플링 레이트(Sampling rate)를 조정하여 설정할 수 있다. 자이로스코프(132)의 데이터를 그대로 사용하면 노이즈(Noise)가 포함되므로, 평균값, 저역 필터(Low-pass filter) 또는 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하여 노이즈를 줄일 수 있다.
GPS 수신기(133)는 위성항법시스템에 의한 위성의 신호를 수신하는 장치로, 위성의 신호를 수신하여 수신기의 현재 위치를 알 수 있으며, 이에 기초하여 차량의 위치나 속도를 계산할 수 있다.
GPS 수신기(133)는 실시간으로 위치 관련 데이터를 획득할 수 있고, 처리부(110)는 매초 GPS 수신기(133)를 통해 획득한 위치 데이터를 수신하여 이를 처리할 수 있다.
통신부(140)는 보정된 가속도 데이터에 기초하여 차량의 움직임 관련 정보를 서버(200)로 전송할 수 있다. 차량의 움직임 관련 정보에는 메모리부(120)에 저장된 데이터일 수 있으며, 예컨대, 명령어 타입, 장치 고유ID, 프로토콜 버전, 현재 시각(년, 월, 일, 시, 분, 초), 현재 위치(위도, 경도), 현재 차량 속도(속력, 방향), 가속도 센서 값 또는 자이로스코프 값 등이 포함될 수 있다. 이를 위해 통신부(140)는 외부 네트워크와 연결되어 서버(200)와 통신할 수 있으며, 외부 네트워크와 통신부(140)는 무선 통신을 통해서 연결될 수 있다.
무선 통신은, 예를 들어, 셀룰러 통신 또는 근거리 통신을 포함할 수 있다. 예컨대, 셀룰러 통신은 LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multipleaccess), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband), 또는 GSM(Global System for Mobile Communications) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 근거리 통신은 Wi-Fi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth) 또는 NFC(nearfield communication) 등 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 차후 개발되는 무선 통신의 기술도 포함되는 것이 바람직하다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 오르막 길에서 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이다. 그리고 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 내리막 길에서 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 2a를 참조하여 구체적으로 설명하면, 3축 기준 좌표계는 실제 차량의 진행 방향을 x축, 진행하는 방향의 90° 방향을 y축 및 중력의 방향을 z축으로 정의할 수 있다. 그러나 기준 좌표계(x, y, z)에 대비하여 좌표계(x', y', z')가 틀어질 수 있다.
이러한 현상이 발생하는 이유는 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치(100)가 차량에 장착될 때, 방향이 일정하지 않게 장착될 가능성이 높기 때문이다. 또한, 차량이 이동하거나 외부충격으로 인해 틀어질 수도 있다. 이러한 다양한 요인들로 인해 가속도 센서 보정 장치(100)가 실제 측정하는 데이터가 왜곡되어 측정되는 경우가 많다.
이럴 경우, 수평방향으로 측정된 가속도 값에 대한 보정이 필요하다. 즉, 차량이 정지해 있거나 정속 운행을 하는 경우 중력가속도 1g 값만 인식되도록 보정을 할 수 있다. 예컨대, 보정을 하면 1G에 대한 센서 측정 기본값이 256이라고 했을 때, 움직임이 없이 정지된 상태에서 측정되는 가속도 값은 (0, 0, 256) 근사치로 될 수 있다.
또한, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 오르막길 또는 내리막길에 차량이 진입한 경우, 지형의 변화로 인해 평지에서 보정된 가속도 값이 실시간으로 추가 보정이 필요할 수 잇다. 여기서 좌표계(x', y', z')는 평지에서 보정된 좌표계를 도시한 것이며, 좌표계(x, y, z)는 실시간으로 추가 보정된 좌표계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 것을 나타낸 예시도이다.
가속도 값에 대한 보정은 3단계로 이루어질 수 있다. 그 중 1단계는 가속도 데이터 보정부(111)가 일정한 샘플링 주기로 가속도 센서(131)와 자이로스코프(132)의 데이터를 취하여 쿼터니언(Quaternion)을 산출하고 이 쿼터니언(Quaternion)을 이용하여 중력 벡터를 계산한다.
쿼터니언(Quaternion)의 값이
Figure pct00001
이면, 중력 벡터는 아래와 같다.
Figure pct00002
도 3을 참조하여 2단계를 설명하면, 가속도 데이터 보정부(111)는 1단계에서 구해진 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터(A)를 1차 변환할 수 있다. 여기서 1차 변환은 x축의 회전 각도 a와 y축의 회전 각도 b를 산출하는 것을 말한다. 그리고 회전 각도 a, b는 다음과 같은 수식으로 산출될 수 있다.
Figure pct00003
측정된 가속도 값 벡터(A)를 1차 변환 및 보정하면 가속도 값 벡터는 A'와 같이 보정될 수 있다. 이와 같이, 1단계 및 2단계에서의 벡터 변환을 통해 가속도 센서(131)의 z축 방향을 실제 중력 벡터 방향과 맞출 수 있다. 가속도 데이터 보정부(111)는 1차 변환된 각도 a, b를 산출한 후에, a, b 값을 각각 메모리부(120)에 저장할 수 있다.
한편, 가속도 값은 도 2b 및 도 2c와 같이 지형에 따라 지속적으로 또는 실시간으로 보정될 필요가 있다. 따라서 도 2의 가속도 센서 보정 장치(100)는 실시간으로 가속도를 측정할 수 있고, 가속도가 측정될 때마다, a, b를 산출하고 측정된 가속도 값을 보정할 수 있다. 후술할 3단계에서, 차량의 진행 방향을 가속도 센서(131)의 x 축 방향과 맞추는 작업을 추가로 수행할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 가속하는 경우, 수평면에서의 2차 변환을 나타낸 예시도이다. 차량의 가속도가 발생하는 경우는 차량이 가속하는 경우와 감속하는 경우로 나눌 수 있으며, 먼저 가속하는 경우에 대해서 설명한다.
측정된 가속도 값 벡터의 변환 3단계는 차량의 진행 방향을 가속도 x축으로 맞추기 위한 변환이다. 가속도 데이터 보정부(111)은 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 수평면 진행 방향 축으로 2차 변환을 수행할 수 있다.
다시 말하면, 2단계에서 변환된 가속도 값 벡터(A')가 (x1, y1, z1)일 때, 중력가속도 값을 제거한 수평면의 2차원 (x1, y1)벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하고 이때 자이로스코프(132)에서 읽은 데이터 값이 (0, 0, 0)일 때, 각도 c를 도출하는 2차 변환을 할 수 있다.
구체적으로, 차량이 가속할 경우, 1차 변환된 가속도 값 벡터의 수평 벡터(A'xy)는 차량의 진행방향(x축)의 성분을 가질 수 있다. 그러나 1차 변환된 가속도 값 벡터의 수평 벡터(A'xy)의 방향은 정확히 차량의 진행방향과 동일하지 않다. 따라서, 차량의 진행방향과 진행방향으로 설정된 x축과 방향을 맞추기 위한 보정이 필요하다.
그렇지만 차량이 회전하고 있을 경우, 1차 변환된 가속도 값 벡터의 수평 벡터(A'xy) 역시 왜곡된 정보가 포함되어 있을 가능성이 높으므로, 2차 변환은 차량이 회전을 하지 않을 때만 수행될 수 있다. 차량의 회전여부는 자이로스코프(132)에서 획득되는 3축 각속도 값에 의해 확인될 수 있다. 차량이 회전하게 되면, 3축 각속도 값은 x, y, z에 대한 값을 가질 수 있거나, 회전을 하지 않으면 3축 각속도 값은 측정되는 값이 없으므로 (0, 0, 0)일 수 있다. 이와 같이 차량의 회전이 없어 각속도의 값이 0일때, 각도 c를 구할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 가속하는 경우, 수평면에서의 가속도의 크기를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 4b를 참조하면, 차량이 가속할 때는, 일반적으로 x, y벡터의 크기의 변화는 기울기가 완만한 곡선을 이루는 경우가 많다. 이러한 패턴을 분석하기 위해 가속에 대한 설정 값을 미리 결정하여 각도 c를 구할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 감속하는 경우, 수평면에서의 2차 변환을 나타낸 예시도이다.
도 5a를 참조하면, 차량이 감속할 경우는 차량이 가속할 경우와 정반대의 데이터가 산출되지만 각도 c를 유사하게 구할 수 있다. 또한, 이전에 설명한 차량이 가속할 때의 2차 변환의 수행조건이 동일하게 적용될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량이 감속하는 경우, 수평면에서의 가속도의 크기를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도 5b를 참조하면, 차량이 감속할 때는, 도 4b에서의 가속할 때와는 다르게 x, y벡터의 크기가 크고, 크기의 변화 값의 기울기가 크다. 이러한 패턴을 분석하기 위해 감속에 대한 설정 값을 미리 결정하여 각도 c를 구할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 축이 틀어져 있는 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6을 참조하여 각도 c에 대해서 첨언하면, 각도 c는 가속도 센서(100)의 x축 값을 차량의 진행 방향과 일치하기 위한 각도일 수 있다. 각도 c는 항상 변화하지 않고, 측정될 때마다 각도 c의 이전 값들과 같이 평균값으로 계산될 수 있다. 여기서 좌표계(x', y', z')는 보정되기 전 좌표계를 도시한 것이며, 좌표계(x, y, z)는 보정된 좌표계를 도시한 것이다.
가속도 데이터 보정부(111)는 2차 변환하여 각도 c를 산출한 후에, 각도 c 값을 메모리부(120)에 저장할 수 있다. 이후 매번 가속도 센서(131)의 데이터를 읽을 때마다 기 저장된 각도 a, b, c를 사용하여 보정된 가속도 값 벡터를 다음 메모리부(120)에 저장할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 가속도 센서 보정 장치(100)는 차량의 충돌을 인식하여 충돌과 관련된 차량 정보를 서버(200)로 전송할 수 있다. 처리부(110)는 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 차량의 충돌로 인식하고, 차량의 충돌 인식 시에 통신부(140)를 통해 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터를 서버(200)로 전송할 수 있다.
차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터는 가속도 센서(131), 자이로스코프(132) 및 GPS 수신기(133)가 실시간 측정하는 측정 값을 기초로 하여 구할 수 있다. 그리고 서버(200)로 전송되는 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터는 충돌 전 15초 및 충돌 후 15초를 합산한 총 30초의 데이터가 전송될 수 있으며 데이터의 내용은 앞서 설명한 바와 같이 명령어 타입, 장치 고유ID, 프로토콜 버전, 현재 시각(년, 월, 일, 시, 분, 초), 현재 위치(위도, 경도), 현재 차량 속도(속력, 방향), 가속도 센서 값 또는 자이로스코프 값 등이 포함될 수 있으며, 일례로 아래의 <표 1>과 같을 수 있다. <표 1>과 같은 포맷으로 서버(200)로 전송되면 서버는(200) 충돌 시 충돌방향, 충돌의 세기 등을 판단할 수 있다. 그리고 서버(200)로 설정된 시간만큼의 연속된 데이터가 전송되면, 연쇄충돌이 있을 때에도 매초 충돌에 대한 정보를 서버(200)에서 분석할 수 있을 것이다.
Figure pct00004
위에서 언급된 충돌 시 전송되는 데이터의 시간(30초) 또는 데이터의 내용은 하나의 실시예이며 이러한 수치 및 내용으로 한정되는 것은 아니다.
이하부터는 앞서 설명한 가속도 센서 보정 장치(100)를 이용한 가속도 보정 방법에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 보정 방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치(100)를 이용한 가속도 센서 보정 방법은 가속도 센서(131) 및 자이로스코프(132)를 이용하여 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값을 측정할 수 있다.(S700)
그리고 가속도 데이터 보정부(111)는 측정된 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 중력 벡터를 계산할 수 있다.(S710) 중력 벡터가 계산되면 계산된 중력 벡터를 이용하여 가속도 데이터 보정부(111)가 측정된 가속도 값 벡터에 대해 1차 변환을 수행 할 수 있다.(S720) 1차 변환이 수행되면 x축과 y축으로의 회전 각도인 각도 a, b가 도출될 수 있다.
그 후, 가속도 데이터 보정부(111)는 차량의 진행 방향을 가속도 센서의 x 축으로 맞추기 위한 2차 변환을 수행할 수 있으며(S730), 2차 변환으로 각도 c를 도출할 수 있다. 가속도 값 벡터에 대한 1차 변환 및 2차 변환을 통해 도출된 각도 a, b, c에 기초하여 가속도 데이터 보정부(111)는 가속도 값 벡터를 보정할 수 있다.(S740)
또한, 통신부(140)는 보정된 가속도 값 벡터의 데이터에 기초하여 차량의 움직임 관련 정보를 서버(200)로 전송을 할 수 있다.(S750) 차량 움직임 관련 정보는 가속도 센서(131), 자이로스코프(132) 및 GPS 수신기(133)가 실시간 측정하는 측정 값을 기초로 하여 계산되는 정보이며, 일례로 전술된 <표 1>과 같은 데이터 포맷일 수 있다.
한편, 가속도 값은 도 2b 및 도 2c와 같이 지형에 따라 지속적으로 또는 실시간으로 보정될 필요가 있다. 따라서 도 2의 가속도 센서 보정 장치(100)는 실시간으로 가속도를 측정하기 위해서 S750 단계 이후 반복하여 S700 단계 내지 S750 단계를 수행하여 가속도가 측정될 때마다, a, b를 산출하고 측정된 가속도 값을 보정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서 보정 방법의 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 가속도 데이터 보정부(111)는 데이터 획득부(130)를 통해 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값을 획득할 수 있다.(S800)
그리고 가속도 데이터 보정부(111)는 획득한 3축 각속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 산출된 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 중력 벡터를 계산할 수 있다.(S810) 가속도 데이터 보정부(111)는 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 계산된 중력 벡터를 이용하여 가속도 센서 값 벡터의 1차 변환을 통해 각도 a, b를 구할 수 있고, 도출된 각도 a, b를 이용하여 가속도 센서 값 벡터를 1차 보정할 수 있고, 도출된 각도 a, b를 메모리부(120)에 저장할 수 있다.(S820)
여기서 가속도 데이터 보정부(111)는 메모리부(120)에 각도 c가 계산되어 있는지 확인하고(S830), 각도 c가 이미 계산되어 있다면 각도 c를 통해 2차 보정을 수행할 수 있다.(S840) 각도 c가 이미 계산되어 있지 않다면 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터 값에 기초하여 도 4a 및 도5a를 참조하여 전술한 바와 같이 각도 c값을 계산할 수 있다.
각도 c값의 계산은 특정 조건을 만족시키는 경우에만 수행할 수 있으며, 예컨대 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하고(S831), 3축 각속도 값이 (0, 0, 0)인 경우(S832)에만, 각도 c를 도출하는 2차 변환을 수행할 수 있다.(S833)
가속도 데이터 보정부(111)는 2차 변환된 각도 c를 산출한 뒤 메모리부(120)에 저장할 수 있다. 이후 매번 가속도 센서(131)의 데이터를 읽을 때마다 메모리부(120)에 기저장된 각도 a, b, c를 사용하여 1차 및 2차 보정(S820, S840)할 수 있다. 그리고 미리 설정된 주기별로 차량 움직임 관련 정보를 서버(200)로 전송(S850)할 수 있다. 차량 움직임 관련 정보는 가속도 센서(131), 자이로스코프(132) 및 GPS 수신기(133)가 실시간 측정하는 측정 값을 기초로 하여 계산되는 정보이며, 일례로 급가속, 급감속, 급회전 같은 움직임을 측정하여 관련 데이터 또는 충돌이 발생했을 때 충돌 관련 데이터도 포함될 수 있다. 그리고 전술된 <표 1>과 같은 데이터 포맷일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 차량의 충돌을 인식하면 충돌과 관련된 정보를 서버에 전송하는 방법이 포함될 수 있다.
도 9는 도 8의 S850단계에 충돌 관련 데이터가 포함될 경우, 차량 충돌발생을 인지하고 충돌과 관련된 정보를 서버에 전송하는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 가속도 센서 보정 장치(100)가 차량의 충돌을 인식하면(S910), 처리부(110)는 15초동안 타이머를 작동 시킬 수 있다.(S920) 그리고 타이머가 종료될 때까지 1초마다 GPS위치, 속도 및 가속도 센서 값을 메모리부(120)에 저장할 수 있다.(S930)
타이머가 종료되면(S940), 통신부(140)는 일정 기간, 예컨대 충돌 전 15초 및 충돌 후 15초의 위치, 속도 및 가속도 데이터를 서버(200)로 전송할 수 있다.(S950) 이때, 전송되는 데이터의 자세한 예시는 앞서 설명한 바 있으므로 생략한다. 데이터 전송이 완료되면 S800 단계로 되돌아가 일련의 단계를 재실행 할 수 있다.
도 10은 가속도 보정 장치(100)가 차량 충돌을 인식하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 차량 충돌 등으로 외부로부터 힘이 가해지면, 가속도 센서 값의 큰 변화가 발생할 수 있다. 이때, 가속도 센서 값의 변화로 인한 인터럽트 발생을 위한 임계 값을 설정하고 이 임계 값을 초과하는 경우에만 차량 충돌로 인식하여 인터럽트를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 측정된 가속도 벡터의 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기를 계산한다.(S911) 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터는 중력 방향의 z축 값이 0이므로, 수평면, 즉 xy축 평면에서의 크기를 계산한다.
이와 같이 계산된 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기 값이 미리 결정된 임계 값을 초과하는 경우, 차량 충돌로 인식하여 S920 단계로 갈 수 있다. 반대로, 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기 값이 임계 값을 초과하지 못하는 경우, 차량 충돌로 인식하지 않으며 S800 단계로 갈 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치 및 이를 이용한 가속도 센서 보정 방법을 구체적인 다양한 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

Claims (16)

  1. 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치에 있어서,
    3축 가속도 값을 측정하기 위한 가속도 센서;
    3축 각속도 값을 측정하기 위한 자이로스코프;
    상기 가속도 센서 및 상기 자이로스코프로부터 측정한 상기 3축 가속도 값 및 상기 3축 각속도 값에 기초하여 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 가속도 데이터 보정부; 및
    보정된 가속도 데이터에 기초하여 상기 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하기 위한 통신부를 포함하는 가속도 센서 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 데이터 보정부는,
    상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 수평면 진행 방향 축으로 2차 변환을 수행하도록 구성하는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중력 벡터는 상기 3축 가속도 값 및 상기 3축 각속도 값에 기초하여 산출된 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 계산되는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 2차 변환의 수행은 상기 3축 각속도 값이 (0, 0, 0)일 때, 수행 되는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가속도 데이터 보정부는,
    상기 1차 변환을 위한 각도 a, b 및 상기 2차 변환을 위한 각도 c를 결정하고 상기 가속도 센서로부터 측정한 상기 3축 가속도 값 벡터를 상기 각도 a, b 및 c를 이용하여 변환하는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각도 a, b는 실시간으로 상기 가속도 센서로부터 상기 3축 가속도 값 벡터가 측정될 때마다 상기 가속도 데이터 보정부에 의해 도출되는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가속도 데이터 보정부는,
    상기 각도 c값이 계산되어 있지 않다면, 상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터 값에 기초하여 상기 각도 c값을 계산하는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 위치를 파악하기 위한 GPS 수신기를 더 포함하고,
    상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 상기 차량의 충돌을 인식하고, 상기 차량의 충돌 인식 시에 상기 통신부를 통해 상기 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터를 상기 서버로 전송하는 것인, 가속도 센서 보정 장치.
  9. 차량의 움직임을 측정하기 위한 실시간 가속도 센서 보정 장치를 이용한 가속도 센서 보정 방법은,
    가속도 센서 및 자이로스코프를 이용하여 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값을 측정하는 단계;
    상기 측정된 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값에 기초하여 중력 벡터를 계산하는 단계;
    상기 계산된 중력 벡터를 이용하여 측정된 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 단계; 및
    보정된 가속도 데이터에 기초하여 상기 차량의 움직임 관련 정보를 서버로 전송하는 단계를 포함하는 가속도 센서 보정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가속도 값 벡터를 1차 변환하는 단계 이후에,
    상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 수평면 진행 방향 축으로 2차 변환을 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 가속도 센서 보정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 중력 벡터는 상기 3축 가속도 값 및 상기 3축 각속도 값에 기초하여 산출된 쿼터니언(Quaternion) 값을 이용하여 계산되는 것인, 가속도 센서 보정 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 2차 변환의 수행은 상기 3축 각속도 값이 (0, 0, 0)일 때, 수행되는 것인 가속도 센서 보정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 1차 변환을 위한 각도 a, b 및 상기 2차 변환을 위한 각도 c를 결정하고 상기 가속도 센서로부터 측정한 상기 3축 가속도 값 벡터를 상기 각도 a, b 및 c를 이용하여 변환하는 것인, 가속도 센서 보정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각도 a, b는 실시간으로 상기 가속도 센서로부터 상기 3축 가속도 값 벡터가 측정될 때마다 상기 가속도 데이터 보정부에 의해 도출되는 것인, 가속도 센서 보정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 각도 c값이 계산되어 있지 않다면, 상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터 값에 기초하여 상기 각도 c값을 계산하는 것인, 가속도 센서 보정 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 1차 변환된 벡터의 수평면 벡터의 크기가 미리 결정된 값을 초과하는 경우, 상기 차량의 충돌로 인식하는 단계; 및
    상기 차량 충돌 인식 시에 GPS 수신기로 측정되는 상기 차량의 위치, 속도 및 가속도 관련 데이터를 상기 서버로 전송하는 단계를 더 포함하는 가속도 센서 보정 방법.
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