KR20000031712A - Apparatus for detecting slope and vehicle speed using gyro and acceleration meter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도 검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행 중에 도로 경사각의 변화를 검출할 수 있는 자이로와 경사각에 의한 중력의 영향을 검출할 수 있는 가속도계의 정보를 통합하여 도로 경사각 및 차량속도를 검출할 수 있는 경사각 및 차량속도 검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for detecting an inclination angle and a vehicle speed using a gyro and an accelerometer, and more particularly, to an accelerometer capable of detecting the influence of gravity due to a gyro and an inclination angle capable of detecting a change in the inclination angle of a road while driving a vehicle. The present invention relates to an inclination angle and a vehicle speed detecting apparatus capable of detecting road inclination angle and vehicle speed by integrating information.
항공기와 선박은 2군데 이상의 전파 발신원으로부터 전파를 수신하여 수신된 전파의 도달 시간차, 위상차, 도플러 시프트 등에 의해 전파 발신원으로부터의 거리를 구하여 현재 위치를 알 수 있는 전파항법에 의해 넓은 하늘과 바다를 안전하게 항행하고 있다. 같은 이동체인 자동차도 지금 현재 지도상의 어디를 주행하고 있는 지를 알 수 있다는 것은 승객에 있어서의 오랜 꿈이었다.Aircraft and ships receive radio waves from two or more radio sources, and obtain a distance from radio sources by time difference, phase difference, Doppler shift, etc. of the received radio waves, and secure the wide sky and the sea by radio navigation which can know the current position. Navigating. It has long been a dream for passengers to know where the same mobile chain car is now driving on the map.
이에 주행중인 자동차 위치를 검출하기 위해서는 우선, 주행 개시전의 자동차 위치를 지도 좌표계의 좌표점에 맞출 필요가 있다. 자동차 위치의 초기 설정은 지도 화면상에 나타나는 자동차 위치 마크를 수동 조작에 의해 현재 위치라고 생각되는 장소에 설정하는 방법 또는 현재 위치의 절대 위치를 나타내는 위도 및 경도의 신호를 자동차 밖으로 수신하여 자동적으로 실행하는 방법에 의해 좌표점이 맞춘다. 주행 중에는 일정 거리 또는 시간마다 주행거리와 주행방위를 계측하여 좌표점을 구한다. 주행거리의 계측은 ABS 등에 사용하는 차륜 회전 센서의 신호를 이용하는데, 진행 방위를 알기 위해서는 지자기센서, 자이로, GPS(Global Positioning System), 비콘 등의 센서를 이용한다.Therefore, in order to detect the position of the vehicle in motion, first, it is necessary to match the position of the vehicle before the start of driving with the coordinate point of the map coordinate system. The initial setting of the car position is performed automatically by manually setting the car position mark displayed on the map screen to a place considered to be the current position or by receiving a latitude and longitude signal indicating the absolute position of the current position out of the car. The coordinate point is adjusted by the method. During driving, the coordinate points are obtained by measuring the driving distance and driving direction at a predetermined distance or time. The measurement of the mileage uses a signal of a wheel rotation sensor used in ABS and the like, and the sensors such as a geomagnetic sensor, a gyro, a global positioning system (GPS), a beacon, etc. are used to know the traveling direction.
일반적인 차량항법 기술은 차량이 2차원의 평면에서 주행하고 있다고 가정하고 차속도계와 방위각 자이로를 사용하여 차량의 위치를 계산한다.The general vehicle navigation technique assumes that the vehicle is traveling in a two-dimensional plane and calculates the position of the vehicle using a speedometer and azimuth gyro.
도 1은 차속도계와 방위각 자이로를 이용한 차량의 위치를 계산하기 위한 도면이다.1 is a diagram for calculating a position of a vehicle using a vehicle speedometer and an azimuth gyro.
도 1을 참조하면, X축과 Y축의 2차원 평면상에 주행 초기점인 t의 시각에 X(t), Y(t) 점을 출발하는 경우에, t+1의 시각에 검출한 위치는 X(t+1)=X(t)+V(t)·sinψ(t), Y(t+1)=Y(t)+V(t)·cosψ(t)의 점에 도달한다.Referring to FIG. 1, when starting X (t) and Y (t) points at the time of t which is the starting point of travel on the two-dimensional planes of the X axis and the Y axis, the position detected at the time t + 1 is The point of X (t + 1) = X (t) + V (t) · sin? (T) and Y (t + 1) = Y (t) + V (t) · cos? (T) is reached.
그러나, 2차원 평면을 가정하여 차량항법 시스템을 구성하는 경우는 차량이 실제로 주행하는 도로의 경사각이 무시되므로 차량의 주행거리가 실제와 차이를 보인다. 또한 주행거리계를 이용하는 경우 차량항법 시스템의 장착이 어려우며 차량간의 타이어 크기 차이로 인하여 항법장치를 차량간에 이동하여 장착하기 어렵다는 단점이 있다.However, in the case of constructing the vehicle navigation system on the assumption of a two-dimensional plane, the inclination angle of the road on which the vehicle actually travels is ignored, so that the mileage of the vehicle is different from the reality. In addition, when the odometer is used, it is difficult to install the vehicle navigation system and it is difficult to move and install the navigation device between the vehicles due to the difference in the tire size between the vehicles.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 차속계를 이용하지 않고, 비접촉센서인 가속계와 자이로만을 이용한 항법 시스템을 구성하기 위하여 가속계를 이용하여 차량의 속도를 계산하고, 경사각을 추출하기 위해 경사각 자이로의 출력을 적분하여 이용한다.Therefore, in order to solve this problem, instead of using a speedometer, a vehicle system can be calculated using an accelerometer to construct a navigation system using only a non-contact sensor accelerometer and a gyro. To use.
도 2는 가속도계와 경사각 자이로의 출력을 이용한 차량의 위치를 계산하기 위한 도면이다.2 is a view for calculating the position of the vehicle using the output of the accelerometer and the inclination angle gyro.
도 2를 참조하면, X축, Y축, Z축의 3차원 평면상에 주행 초기점인 t의 시각에 X(t), Y(t) 점을 출발하는 경우, t+1의 시각에 검출한 차량의 위치는 상기 경사각 자이로에 의해 검출된 경사각변화율의 적분치가 계산되어 X(t+1)=X(t)+V(t)·sinψ(t)·cosθ(t), Y(t+1)=Y(t)+V(t)·cosψ(t)·cosθ(t)의 점에 도달한다.Referring to FIG. 2, when the X (t) and Y (t) points start at the time t of the driving initial point on the three-dimensional planes of the X, Y, and Z axes, they are detected at the time t + 1. The position of the vehicle is calculated by integrating the inclination angle change rate detected by the inclination angle gyro, such that X (t + 1) = X (t) + V (t) · sinψ (t) · cosθ (t) and Y (t + 1 ) = Y (t) + V (t) · cosψ (t) · cosθ (t).
그러나 자이로만을 이용하여 도로의 경사각을 검출하고, 검출된 경사각 변화율을 적분하여 경사각을 계산하는 것은 자이로의 센서오차에 의한 오차가 크게 발생할 수 있다. 또한, 비접촉센서인 가속도계를 이용하여 차량의 속도를 구하고자 하는 경우 중력의 영향을 제거하기 위하여 정확한 경사각 정보가 필요하다.However, detecting the inclination angle of the road using only the gyro and calculating the inclination angle by integrating the detected inclination angle change rate may cause a large error due to the sensor error of the gyro. In addition, in order to obtain the speed of a vehicle using an accelerometer which is a non-contact sensor, accurate inclination angle information is needed to remove the influence of gravity.
이상 설명한 바와 같이, 종래의 차량항법 시스템은 경사각자이로로부터 얻어지는 경사각 변화율을 적분하여 경사각을 계산하는 것으로, 자이로의 특성에 따라 그 성능이 결정된다.As described above, the conventional vehicle navigation system calculates the inclination angle by integrating the inclination angle change rate obtained from the inclination angle gyroscope, and its performance is determined according to the characteristics of the gyro.
일반적으로 자이로의 바이어스 및 민감도 계수는 온도변화 등에 크게 영향을 받으므로 출력의 안정성이 저하되며, 도로에서 입력되는 외란 및 잡음의 영향으로 경사각의 오차가 커지게 된다. 이러한 경우 가속도계로부터 중력이 완전히 보상되지 않아 차량속도의 오차가 매우 커지게 된다는 단점이 있다. 차량속도의 오차가 시간에 따라 커지는 경우 차량의 위치 오차는 차량속도 오차의 적분으로 표현되므로 시간의 제곱에 비례하여 커지게 된다.In general, the bias and sensitivity coefficient of the gyro are greatly affected by temperature changes, and thus the output stability is lowered, and the error of the inclination angle is increased due to the disturbance and noise input from the road. In this case, since the gravity is not completely compensated from the accelerometer, the error of the vehicle speed becomes very large. When the error of the vehicle speed increases with time, the position error of the vehicle is expressed as an integral of the vehicle speed error, and thus increases in proportion to the square of time.
따라서 GPS신호를 자주 받기 어려운 도심이나 터널구간 또는 고가차도 아래 구간의 경우 이러한 위치 오차에 의하여 차량의 위치를 지도에 표시하거나 경로를 안내하기 어렵게 되는 문제가 있다.Therefore, in the case of a city, a tunnel section, or a section under an elevated roadway where GPS signals are frequently received, there is a problem that it is difficult to display the location of the vehicle on a map or guide a route due to such a position error.
이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 경사각과 방위각을 계측할 수 있는 자이로와 차량의 가속도를 계측할 수 있는 가속도계를 이용하여 차량의 속도 및 경사각을 계측할 수 있는 차량항법장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, the object of the present invention is to use the gyro that can measure the inclination angle and azimuth and the accelerometer that can measure the acceleration of the vehicle speed and inclination angle of the vehicle It is an object of the present invention to provide a vehicle navigation apparatus capable of measuring.
도 1은 차속도계와 방위각 자이로를 이용한 차량의 위치를 계산하기 위한 도면;1 is a diagram for calculating a position of a vehicle using a vehicle speedometer and an azimuth gyro;
도 2는 가속도계와 경사각 자이로의 출력을 이용한 차량의 위치를 계산하기 위한 도면;2 is a diagram for calculating a position of a vehicle using an output of an accelerometer and an inclination angle gyro;
도 3은 본 발명에 의한 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도검출장치의 블록도; 그리고3 is a block diagram of an inclination angle and vehicle speed detection apparatus using a gyro and an accelerometer according to the present invention; And
도 4는 가속도계 출력에 있어서의 중력 보상 개념도이다.4 is a conceptual diagram of gravity compensation in accelerometer output.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 가속도계 14 : 저역통과필터10 accelerometer 14 low pass filter
20 : 경사각추출부 30 : 경사각예측부20: inclination angle extraction part 30: inclination angle prediction part
40 : GPS수신기 50 : 차량속도추출부40: GPS receiver 50: vehicle speed extractor
60 : 방위각추출부 70 : 3차원항법연산부60: azimuth extraction unit 70: 3D navigation calculation unit
t,θ : 경사각 Ψ : 방위각t, θ: tilt angle Ψ: azimuth
f : 진행방향의 가속도f: acceleration in the direction of travel
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은In order to realize the above object of the present invention, the present invention
차량의 경사각신호를 검출하기 위한 경사각추출부;An inclination angle extractor for detecting an inclination angle signal of the vehicle;
차량 진행방향의 방위각신호를 검출하기 위한 방위각추출부;An azimuth extraction unit for detecting an azimuth signal in a vehicle traveling direction;
차량의 가속도신호를 검출하여 검출된 가속도신호로부터 중력의 반작용에 의한 가속도신호를 검출하기 위한 가속도추출부;An acceleration extracting unit configured to detect an acceleration signal of the vehicle and detect an acceleration signal due to the reaction of gravity from the detected acceleration signal;
상기 중력의 반작용에 의한 가속도신호에 응답하여 상기 경사각신호를 보정하기 위한 경사각예측부;An inclination angle predictor for correcting the inclination angle signal in response to an acceleration signal caused by the reaction of gravity;
상기 보정된 경사각신호에 응답하여 상기 가속도신호를 중력 보정하고, 상기 중력 보정된 가속도신호로부터 보상된 차량속도를 검출하기 위한 차량속도추출부; 그리고A vehicle speed extracting unit configured to gravity-correct the acceleration signal in response to the corrected inclination angle signal, and detect a vehicle speed compensated from the gravity-corrected acceleration signal; And
상기 보상된 차량속도와 방위각을 제공받아 항법정보를 검출하기 위한 3차원항법연산부를 구비하는 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도 검출장치를 제공한다.Provided is an inclination angle and vehicle speed detection apparatus using a gyro and an accelerometer having a three-dimensional navigation operation unit for detecting navigation information by receiving the compensated vehicle speed and azimuth angle.
상기한 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도 검출장치에 의하면, 저역통과필터를 통해서 추출한 가속도계로부터의 경사각을 근거로 경사추출부를 통하여 추출한 경사각을 보정하고, 보정된 경사각을 근거로 상기 가속도신호를 중력 보상하여 차량속도를 추출하고, 상기 방위각추출부로부터 출력되는 방위각을 3차원항법연산부에 제공하여 차량의 속도 및 차량의 위치를 계산하므로써 경사가 심한 도로에서 보다 정확하게 차량의 위치를 계산할 수 있다.According to the inclination angle and vehicle speed detecting apparatus using the gyro and the accelerometer, the inclination angle extracted through the inclination extraction unit is corrected based on the inclination angle from the accelerometer extracted through the low pass filter, and the acceleration signal is gravity based on the corrected inclination angle. By compensating, the vehicle speed is extracted, and the azimuth output from the azimuth extraction unit is provided to the three-dimensional navigation operation unit to calculate the vehicle speed and the position of the vehicle, so that the position of the vehicle can be calculated more accurately on the inclined road.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the present invention through an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도검출장치의 블록도이다.3 is a block diagram of an inclination angle and a vehicle speed detection apparatus using a gyro and an accelerometer according to the present invention.
도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 자이로와 가속도계를 이용한 경사각 및 차량속도검출장치는 가속도계(10), 저역통과필터(14), 경사각추출부(20), 경사각예측부(30), GPS수신기(40), 차량속도추출부(50), 방위각추출부(60), 그리고 3차원항법연산부(70)로 구성된다.3, the inclination angle and vehicle speed detection apparatus using the gyro and the accelerometer according to the present invention is an accelerometer 10, low pass filter 14, inclination angle extraction unit 20, inclination angle prediction unit 30, GPS receiver 40, a vehicle speed extractor 50, an azimuth extractor 60, and a three-dimensional navigation operator 70.
상기 가속도계(10)는 차량의 가속도를 검출하여 상기 저역통과필터(14) 및 차속도추출부(50)에 각각 제공한다.The accelerometer 10 detects the acceleration of the vehicle and provides the acceleration to the low pass filter 14 and the vehicle speed extractor 50, respectively.
본 발명에 의한 가속도계와 자이로를 이용하여 차량의 속도를 결정하기 위해서는 경사각정보를 이용하여 중력의 영향을 제거하여야 한다.In order to determine the speed of the vehicle by using the accelerometer and gyro according to the present invention, the influence of gravity should be removed by using the inclination angle information.
도 4는 가속도계 출력에 있어서의 중력 보상 개념도이다.4 is a conceptual diagram of gravity compensation in accelerometer output.
도 4와 같이 경사진 도로에서 차량이 진행방향의 가속도 f로 운동하는 경우, 상기 가속도계(10)는 차량의 진행방향 가속도 f이외에도 중력의 반작용에 의한 가속도 g·sint를 검출하므로, 상기 가속도계(10)의 출력은 하기하는 수식 1과 같이 계산된다.When the vehicle moves with the acceleration f in the traveling direction on the inclined road as shown in FIG. 4, the accelerometer 10 detects the acceleration g · sint due to the reaction of gravity in addition to the acceleration f in the traveling direction of the vehicle. ) Is calculated as in Equation 1 below.
여기서 g는 중력가속도이며, t는 도로의 경사각이다. 따라서 차량의 진행방향 가속도 f를 계산하기 위하여는 도로의 경사각 t의 결정이 필요하며, 경사각이 결정된 후 차량의 실제 가속도 f는 하기하는 수식 2와 같다. 이 과정을 중력보상이라 한다.Where g is gravity acceleration and t is the angle of inclination of the road. Therefore, in order to calculate the acceleration f of the vehicle, it is necessary to determine the inclination angle t of the road. After the inclination angle is determined, the actual acceleration f of the vehicle is expressed by Equation 2 below. This process is called gravity compensation.
보다 상세히는 상기 가속도계(10)는 차량의 진행방향에 의한 가속도 f와 중력의 반작용에 의한 가속도 g·sint를 포함하는 가속도 y를 검출하고, 상기 검출된 가속도 y를 상기 저역통과필터(14) 및 차속도추출부(50)에 제공한다.In more detail, the accelerometer 10 detects an acceleration y including an acceleration f due to the traveling direction of the vehicle and an acceleration g · sint due to the reaction of gravity, and the detected acceleration y is converted into the low pass filter 14 and The vehicle speed extracting unit 50 is provided.
또한 상기 저역통과필터(14)는 가속도계(10)로부터 검출된 가속도를 제공받아 저역필터링한 후 저역필터링된 가속도신호를 경사각예측부(30)에 제공한다. 이때 상기 중력의 반작용에 의한 가속도 g·sint는 상기 차량의 진행방향에 의한 가속도 f에 비해 상대적으로 저주파대역에 존재하므로 저역통과필터(14)를 통과하므로써 중력의 반작용에 의한 가속도 g·sint만이 검출된다.In addition, the low pass filter 14 receives the acceleration detected from the accelerometer 10 and performs low pass filtering to provide the low pass filtered acceleration signal to the inclination angle predictor 30. At this time, since the acceleration g · sint due to the reaction of gravity exists in the low frequency band relative to the acceleration f due to the traveling direction of the vehicle, only the acceleration g · sint due to the reaction of gravity is detected by passing through the low pass filter 14. do.
상기 경사각추출부(20)는 경사각자이로(22)와 제1 적분기(24)로 구성되어 차량의 경사각을 검출하여 상기 경사각예측부(30)에 제공한다. 보다 상세히는 상기 경사각자이로(22)는 차량의 경사각변화율을 검출하여 검출된 경사각변화율을 상기 제1 적분기(24)에 제공하고, 상기 제1 적분기(24)는 상기 경사각자이로(22)로부터 경사각변화율을 제공받아 적분 연산하여 도로의 경사각을 검출하고, 검출된 도로의 경사각을 상기 경사각예측부(50)에 제공한다. 이때 경사각의 초기값을 계산하는 과정이 매우 중요하며, 초기 경사각은 출발 직전 차량이 정지한 상태에서 중력을 이용하여 하기하는 식 3과 같이 계산된다. 식 3의 과정은 차량이 정지한 경우에 항상 수행될 수 있다.The inclination angle extractor 20 includes an inclination angle gyroscope 22 and a first integrator 24 to detect the inclination angle of the vehicle and provide the inclination angle prediction unit 30. More specifically, the inclination angle gyro 22 detects the inclination angle change rate of the vehicle and provides the detected inclination angle change rate to the first integrator 24, and the first integrator 24 provides the inclination angle change rate from the inclination angle gyro 22. Receives an integral operation to detect the inclination angle of the road, and provides the detected inclination angle of the road to the inclination angle prediction unit 50. At this time, the process of calculating the initial value of the inclination angle is very important, and the initial inclination angle is calculated as shown in Equation 3 below using gravity while the vehicle is stopped just before departure. The process of equation 3 can always be performed when the vehicle is stopped.
상기 경사각예측부(30)는 상기 GPS 수신기(40)로부터 측위데이터를 제공받고, 상기 도로의 경사각 및 가속도를 제공받아 보정된 경사각을 상기 차속도추출부(50)에 제공한다.The inclination angle prediction unit 30 receives the positioning data from the GPS receiver 40 and provides the inclination angle corrected by the inclination angle and the acceleration of the road to the vehicle speed extracting unit 50.
바람직하게 본 발명에서는 상기 경사각예측부(30)를 칼만 필터(Kalman filter)로 구성하여, 저역통과필터(14)를 통과한 가속도계(10)의 출력을 상기 칼만 필터의 측정치로 이용하여 경사각자이로(22)로부터 얻어진 경사각 정보의 오차를 예측하는 방법을 제시한다.Preferably, the inclination angle prediction unit 30 is configured as a Kalman filter, and the inclination angle gyroscope is used by using the output of the accelerometer 10 passing through the low pass filter 14 as the measured value of the Kalman filter. A method of predicting the error of the inclination angle information obtained from 22) is presented.
상기 칼만 필터의 설계시 경사각 정보를 위치, 속도, 방위각과 함께 칼만 필터의 상태변수로 설정하여 동시에 예측할 수도 있으며, 경사각 정보만을 독립적으로 상태변수로 취하여 예측할 수도 있다. 경사각 정보만을 상태변수로 취하는 경우 경사각 오차 δt는 하기하는 수식 6과 같은 이산 미분방정식으로 모델링한다.When designing the Kalman filter, the inclination angle information may be simultaneously predicted by setting the inclination angle information as the state variable of the Kalman filter together with the position, the velocity, and the azimuth angle. When only the inclination angle information is taken as a state variable, the inclination angle error δt is modeled by a discrete differential equation as shown in Equation 6 below.
여기서 공정잡음
한편, 저역통과필터(14)를 통과한 가속도계(10)의 출력으로부터 얻어지는 경사각을 t_a(k)라 하며, 칼만 필터의 측정치 z는 다음과 같이 얻어진다.On the other hand, the inclination angle obtained from the output of the accelerometer 10 passing through the low pass filter 14 is called t_a (k), and the measured value z of the Kalman filter is obtained as follows.
여기서 측정잡음 v(k)는 상기 저역통과필터(14)를 통과한 가속도계(10)의 출력으로부터 얻어지는 경사각 정보의 오차이다.The measurement noise v (k) is an error of the inclination angle information obtained from the output of the accelerometer 10 passing through the low pass filter 14.
상기한 수식 6과 수식 7과 같이 모델링된 시스템에 칼만 필터를 적용하여 경사각 오차를 실시간으로 예측할 수 있게 된다. 이와같은 칼만 필터는 고주파 신호와 저주파신호의 통합에 유리하며, 도로의 경사각의 변화추이 및 순간적인 변화를 모두 감지할 수 있게 된다.It is possible to predict the tilt angle error in real time by applying the Kalman filter to the system modeled as shown in Equations 6 and 7. Such Kalman filter is advantageous for integrating high frequency signal and low frequency signal, and it is possible to detect both the change of the slope angle and the instantaneous change of the road.
상기 GPS 수신기(40)는 적어도 3개 이상의 GPS위성으로부터 전파를 수신하여 측위데이터를 상기 경사각예측부(30) 및 3차원항법연산부(70)에 제공한다. 이때 상기 GPS위성 각각에는 고정밀도의 시계가 탑재되어 있어 전파 발사 시각신호가 발신됨에 따라 GPS 수신기(40)측에서는 탑재된 시계에 의해 전파의 수신시각을 알 수 있으므로 전파 도달 소요 시간을 알 수 있다. 이렇게 하여 3개의 위성으로부터 전파 도달 소요 시간을 측정하여 각각 전파의 전반 속도인 약 30만㎞/s로 나눈 값이 GPS 위성과 자동차와의 거리가 된다.The GPS receiver 40 receives radio waves from at least three GPS satellites and provides positioning data to the inclination angle prediction unit 30 and the three-dimensional navigation operation unit 70. At this time, each GPS satellite is equipped with a high-precision clock, and as the radio wave emission time signal is transmitted, the GPS receiver 40 can know the reception time of the radio wave by the mounted clock, so that the time required for radio wave arrival can be known. In this way, the time required for radio wave arrival from three satellites is measured, and the value obtained by dividing the total propagation speed of each radio wave by about 300,000 km / s becomes the distance between the GPS satellite and the vehicle.
상기 방위각추출부(60)는 방위각자이로(62)와 제2 적분기(64)로 구성되어 차량의 방위각을 검출하여 상기 3차원항법연산부(70)에 제공한다. 보다 상세히는 상기 방위각자이로(62)는 차량의 방위각변화율을 검출하여 검출된 방위각변화율을 상기 제2적분기(64)에 제공하고, 또한 상기 제2 적분기(64)는 상기 방위각자이로(62)로부터 방위각변화율을 제공받아 적분 연산하여 차량의 방위각을 검출하고, 검출된 차량의 방위각을 상기 3차원항법연산부(70)에 제공한다.The azimuth extraction unit 60 is composed of an azimuth gyro 62 and a second integrator 64 to detect and provide the azimuth of the vehicle to the three-dimensional navigation operation unit 70. More specifically, the azimuth gyro 62 detects the azimuth change rate of the vehicle and provides the detected azimuth change rate to the second integrator 64, and the second integrator 64 azimuth angle from the azimuth gyro 62. The azimuth angle of the vehicle is detected by integrating the change rate, and the detected azimuth angle of the vehicle is provided to the three-dimensional navigation calculator 70.
상기 차량속도추출부(50)는 상기 경사각예측부(30)로부터 제공되는 보정된 경사각에 응답하여 상기 가속도를 중력 보정하고, 상기 중력보정된 가속도로부터 보상된 차량속도를 검출하여 검출된 차량속도를 상기 3차원연산부(70)에 제공한다.The vehicle speed extractor 50 corrects the acceleration in response to the corrected inclination angle provided from the inclination angle predictor 30, and detects the vehicle speed compensated from the gravity corrected acceleration to detect the vehicle speed. The three-dimensional operation unit 70 is provided.
보다 상세히는 상기 차량속도추출부(50)는 중력보상부(52) 및 제3 적분기(54)로 구성된다.In more detail, the vehicle speed extractor 50 includes a gravity compensator 52 and a third integrator 54.
상기 중력보상부(52)는 상기 경사각예측부(30)로부터 출력되는 보정된 경사각을 근거로 상기 가속도계(10)로부터 출력되는 가속도의 중력을 보상하고, 상기 중력 보상된 가속도를 상기 제3 적분기(54)에 제공한다.The gravity compensation unit 52 compensates the gravity of the acceleration output from the accelerometer 10 based on the corrected inclination angle output from the inclination angle prediction unit 30, and converts the gravity compensated acceleration into the third integrator ( 54).
상기 제3 적분기(54)는 상기 중력보상기(52)로부터 제공되는 중력 보상된 가속도를 적분 연산하여 차량속도를 검출하고, 검출된 차량속도를 상기 3차원항법연산부(70)에 제공한다.The third integrator 54 detects the vehicle speed by integrating the gravity-compensated acceleration provided from the gravity compensator 52 and provides the detected vehicle speed to the 3D navigation calculator 70.
상기 3차원연산부(70)는 상기 GPS 수신기(40)로부터 측위데이터를 제공받고, 상기 차량속도와 방위각을 제공받아 항법정보를 출력한다.The 3D operator 70 receives the positioning data from the GPS receiver 40, receives the vehicle speed and the azimuth angle, and outputs navigation information.
상기한 내용은 GPS수신이 불가능한 도심지역이나 터널을 통과할 때에도 이용할 수 있으며, 또한 GPS수신이 가능한 지역에서도 GPS 속도 정보를 함께 이용하여 보다 정밀한 속도 및 경사각 정보를 얻을 수 있다.The above information can be used even when passing through the urban area or tunnel where GPS is impossible to receive, and also GPS speed information can be used in the area where GPS reception is possible to obtain more accurate speed and inclination angle information.
상기에서는 차량의 주행중 GPS속도 정보와 함께 가속도계와 자이로를 이용하여 도로의 경사각 및 차량의 속도를 보다 정밀하게 검출하였으나, 차량의 출발전이나 정지한 경우에는 상기 가속도계의 출력만을 이용하여 도로의 경사각을 계산할 수 있다.In the above, the inclination angle of the road and the speed of the vehicle are detected more precisely using the accelerometer and the gyro together with the GPS speed information while the vehicle is running. However, when the vehicle is stopped or before the vehicle starts, only the output of the accelerometer is used to determine the inclination angle of the road. Can be calculated
보다 상세히는 자이로는 그 특성상 외력이 가해지지 않는 한 검출신호는 존재하지 않으므로 차량의 출발전이나 정지한 경우에는 상기 경사각자이로 및 방위각자이로를 통해서는 경사각변화율 및 방위각변화율은 계측되지 않는다. 그러나, 상기 가속도계로부터는 진행방향가속도와 중력의 반작용에 의한 가속도가 상기한 수식 1과 같이 검출되므로 상기한 수식 3에서 언급한 바와 같이 도로의 경사각 t는 계산할 수 있다.More specifically, since the gyro does not have a detection signal unless an external force is applied due to its characteristics, the inclination angle change rate and the azimuth change rate are not measured through the inclination angle gyro and the azimuth angle gyro before the vehicle starts or stops. However, since the acceleration due to the reaction of the acceleration in the direction and the acceleration from the accelerometer is detected as in Equation 1 above, the inclination angle t of the road can be calculated as mentioned in Equation 3 above.
본 발명의 다른 실시예로서 도로의 경사각정보를 구하기 위하여 경사각자이로(22) 대신에 경사각센서를 이용할 수 있다. 이때 상기 경사각자이로는 경사각변화율을 검출하여 검출된 경사각변화율을 적분하므로써 도로의 경사각을 검출하는 반면, 경사각센서는 도로의 경사각을 직접적으로 감지할 수 있으므로 감지된 도로의 경사각을 상기 경사각예측부(30)에 제공하여 가속도계 출력 중의 중력성분을 제거하여 정확한 차량의 속도를 구할 수 있다. 이 또한 저역통과필터를 통과시킨 가속도계 출력을 함께 이용하여 보다 정밀한 경사각 정보를 얻을 수 있다.As another embodiment of the present invention, the inclination angle sensor may be used instead of the inclination angle gyro 22 to obtain the inclination angle information of the road. At this time, the inclination angle gyro detects the inclination angle of the road by integrating the detected inclination angle change rate by detecting the inclination angle change rate, while the inclination angle sensor can directly detect the inclination angle of the road, so that the inclination angle of the detected road is estimated by the inclination angle prediction unit 30. ) To obtain accurate vehicle speed by removing gravity component from accelerometer output. In addition, more accurate tilt angle information can be obtained by using the accelerometer output passed through the low pass filter.
또한 본 발명의 또 다른 실시예로서 차량의 위치를 지도 위에 위치시키는 지도매칭법과 연계하여 도로 위의 중요지점의 경사각 정보를 계산하여 계산된 경사각 정보를 네비게이션 ECU(electronic control unit) 등에 저장한 후 자주 쓰이는 지도 정보에 추가하여 이용할 수 있다. 특히 경사가 심한 지역 등의 경사각 정보가 중요하며, 반복실험을 통하여 얻어진 중요지점의 경사각 정보를 저장하여 기존의 2차원 항법만을 수행하는 경우에도 도로의 경사각에 의한 거리 오차를 줄일 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, the inclination angle information calculated by calculating the inclination angle information of the important point on the road in connection with the map matching method of positioning the position of the vehicle on the map and then frequently stored in the navigation ECU (electronic control unit) It can be used in addition to the map information used. In particular, the inclination angle information of a severely inclined area is important, and the distance error due to the inclination angle of the road can be reduced even when the existing two-dimensional navigation is performed by storing the inclination angle information of important points obtained through repeated experiments.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 일정 범위 내의 오차를 갖는 가속도계로부터의 경사각정보를 이용하여 자이로의 오차에 의해 누적되는 경사각 오차의 발산을 막을 수 있다.As described above, the present invention can prevent the divergence of the inclination angle error accumulated by the error of the gyro by using the inclination angle information from the accelerometer having an error within a predetermined range.
또한 도로의 경사각을 고려하여 차량의 위치를 계산하므로 심한 경사로에서 보다 정확한 차량의 위치를 계산할 수 있다.In addition, since the position of the vehicle is calculated in consideration of the inclination angle of the road, a more accurate position of the vehicle can be calculated on the severe slope.
또한 GPS가 수신되지 않은 지하도로, 다리 아래 등의 구간에서도 차량의 속도 및 도로의 경사각을 보다 정확하게 계산할 수 있다.In addition, it is possible to more accurately calculate the speed of the vehicle and the inclination angle of the road even in sections such as underground roads and bridges where GPS is not received.
또한 차량의 속도 측정시 주행거리계를 이용할 필요가 없으므로 차량에 직접 배선할 필요가 없으며, 간단하게 탈착을 할 수 있으므로 이동성이 우수하다.In addition, there is no need to use the odometer when measuring the speed of the vehicle, there is no need to wire directly to the vehicle, it is easy to remove and the mobility is excellent.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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