KR20000039526A - System for detecting inclined angle - Google Patents

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KR20000039526A
KR20000039526A KR1019980054879A KR19980054879A KR20000039526A KR 20000039526 A KR20000039526 A KR 20000039526A KR 1019980054879 A KR1019980054879 A KR 1019980054879A KR 19980054879 A KR19980054879 A KR 19980054879A KR 20000039526 A KR20000039526 A KR 20000039526A
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김병수
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Abstract

PURPOSE: A system for detecting an inclined angle is provided to reduce the manufacturing costs of a device where the system is employed by using an accelerometer. CONSTITUTION: A system for detecting an inclined angle includes a vehicle speed detector(100) for outputting a pulse signal corresponding to a vehicle speed and an accelerometer(200) for generating an acceleration signal obtained by detecting a slope and an acceleration. An inclined angle calculator(300) detects the number of pulses for a predetermined time, generates a vehicle speed signal from the detected number of the pulses, generates an acceleration signal according to the acceleration signal from the acceleration detector(200), and calculates the inclined angle of a road according to the acceleration signal.

Description

경사각 검출장치Tilt angle detector

본 발명은 경사각 검출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가속도계와 차속계를 결합하여 3차원 측위에 필요한 도로의 경사각을 검출할 수 있는 경사각 검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inclination angle detection device, and more particularly, to an inclination angle detection device capable of detecting an inclination angle of a road required for three-dimensional positioning by combining an accelerometer and a vehicle speedometer.

일반적으로 차량항법시스템은 범지구측위시스템(Global Positioning System; 이하 GPS라 칭함)와 추측항법장치를 결합하여 차량의 위치를 계산하고, 상기 계산에 의해서 얻어진 결과를 수치지도에 매칭시켜 최종의 결정된 차량의 위치를 운전자에게 제공하여 운전자로 하여금 현재의 위치를 알려주는 역할을 한다.In general, the vehicle navigation system combines a global positioning system (GPS) and a dead reckoning device to calculate the position of the vehicle, and match the result obtained by the calculation to a numerical map to determine the final vehicle. It provides the driver with the location of the driver to inform the current location.

상기 GPS는 복수의 위성으로부터 전파를 수신하여 차량의 위치를 결정하는 시스템이며, 상기 추측항법장치는 속도검출센서와 방위검출센서를 이용하여 차량의 위치변화량을 결정하는 장치이다.The GPS is a system for determining a location of a vehicle by receiving radio waves from a plurality of satellites, and the dead reckoning device is a device for determining a position change amount of a vehicle using a speed detection sensor and a direction detection sensor.

차량항법에 사용되는 수치지도는 3차원 공간을 2차원 평면에 투영한 것으로 도로의 경사나 고도에 대한 정보는 포함되어 있지 않다.Numerical maps used for vehicle navigation are projections of three-dimensional space on a two-dimensional plane, and do not include information about road inclination or elevation.

추측항법장치에서 속도검출센서로는 차속계가 주로 사용된다. 상기 차속계는 모든 차량에 장착되어 있으며 차륜의 회전량에 비례한 펄스를 출력하는 장치이다. 따라서, 차속계의 출력펄스수와 차량속도는 비례하며, 그 비례상수를 환산계수라 한다.In the dead reckoning system, the speedometer is mainly used as the speed detection sensor. The vehicle speedometer is installed in all vehicles and outputs a pulse proportional to the amount of rotation of the wheel. Therefore, the output pulse number of the vehicle speedometer is proportional to the vehicle speed, and the proportional constant is called a conversion factor.

하기하는 수학식 1은 차속계의 출력펄스수와 속도의 관계를 표시한다.Equation 1 below shows the relationship between the number of output pulses and the speed of the vehicle speedometer.

V(t)=K⋅C(t)V (t) = K⋅C (t)

여기서, C(t)는 구간 [t-1, t] 동안의 펄스수의 합이며, K는 환산계수, V(t)는 시각 t에서 차량의 속도를 의미한다.Here, C (t) is the sum of the number of pulses during the interval [t-1, t], K is the conversion factor, and V (t) is the speed of the vehicle at time t.

추측항법장치는 수학식 1의 속도와 방위검출센서에서 감지된 방위각을 하기하는 수학식 2와 수학식 3에 대입하여 위치변화량을 추정한다.The dead reckoning apparatus estimates the amount of change in position by substituting the equations (2) and (3) below, which calculates the speed and the azimuth angle detected by the azimuth detection sensor.

상기한 수학식 2 내지 3에서, LAT(·)은 위도, LON(·)은 경도를, 그리고 RE 는 지구반경을 나타내며, ψ(t)는 시각 t에서의 방위각을 의미한다. 그러나, 수학식 2와 수학식 3은 도로가 평탄한 경우에만 성립하는 식으로 실제로 하기하는 수학식 4와 수학식 5를 근사화한 것이다.In Equations 2 to 3, L AT (·) is latitude, L ON (·) is longitude, and R E Denotes the radius of the earth, and ψ (t) denotes the azimuth angle at time t. However, equations (2) and (3) are approximations of equations (4) and (5), which are actually performed only when the road is flat.

여기서, θ(t)는 시각 t에서의 경사각을 의미한다.Here, θ (t) means the inclination angle at time t.

상기 수학식 2와 수학식 5 그리고 수학식 3과 수학식 5를 비교하면 근사식인 수학식 2와 수학식 3은 각각 수학식 4와 수학식 5에서 cosθ(t)=1로 대치한 것임을 알 수 있다. 상기 근사화는 일반적인 도로 상황에서는 유효하지만 경사로, 고가차로, 산악도로 등을 주행할 때는 위치오차를 유발하게 된다. 따라서, 고정밀 항법시스템을 구현하기 위해서는 경사각 θ를 감지하는 센서가 필요하게 된다.Comparing Equation 2, Equation 5, Equation 3 and Equation 5, Equations 2 and 3, which are approximations, are replaced by cos θ (t) = 1 in Equations 4 and 5, respectively. have. The approximation is effective in general road conditions but causes location errors when driving on slopes, overpasses, and mountain roads. Therefore, in order to implement a high precision navigation system, a sensor for detecting an inclination angle θ is required.

종래에는 상기한 수학식 4와 수학식 5의 계산에 필요한 경사각을 감지하기 위하여 경사각 센서를 사용하였다.Conventionally, an inclination angle sensor is used to detect an inclination angle necessary for the calculation of Equations 4 and 5 above.

상기 경사각 센서는 도로의 경사에 응답하는 차량의 경사에 의한 액체의 이동을 검출하는 방법과, 경사에 의한 중력의 변화를 검출하는 방법, 그리고 GPS 전파의 위상 변화량을 이용하는 방법으로 구분된다.The inclination angle sensor is classified into a method of detecting the movement of the liquid due to the inclination of the vehicle in response to the inclination of the road, a method of detecting the change of gravity due to the inclination, and a method of using the amount of phase change of GPS radio waves.

첫 번째와 두 번째 방법의 경사각 센서는 정지한 물체의 경사를 측정하는데 사용된다.The tilt angle sensors of the first and second methods are used to measure the tilt of a stationary object.

도 1은 차량의 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a coordinate system of a vehicle.

도 1을 참조하면, 차량의 경사각을 감지하기 위한 감지축은 차량의 진행방향에 대응되는 X축, 차량의 진행방향에 좌우방향인 Y축, 차량의 진행방향에 상하방향인 Z축이 감지축이 된다.Referring to FIG. 1, a sensing axis for detecting an inclination angle of a vehicle includes an X axis corresponding to a traveling direction of the vehicle, a Y axis in a left and right direction in the traveling direction of the vehicle, and a Z axis in a vertical direction in the traveling direction of the vehicle. do.

도 2는 경사각 센서를 이용하여 측정한 경사각과 실제 도로의 경사각을 비교설명하기 위한 도면이다.2 is a view for comparing the inclination angle measured using the inclination angle sensor and the inclination angle of the actual road.

도 2를 참조로 경사각 센서를 이용하여 경사각을 측정하는 경우에 실제 경사와 측정된 경사각 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 보다 상세히는, 만일 차량이 정지 상태가 아닌 경우에는 그 이동에 의한 영향과 경사를 동시에 감지하므로 정확한 경사각을 구하는데는 어려움이 있으므로 이러한 종류의 경사각 센서는 차량주행 환경에서는 사용하기 어렵다.Referring to FIG. 2, when the inclination angle is measured using the inclination angle sensor, it can be seen that there is a large difference between the actual inclination and the measured inclination angle. In more detail, if the vehicle is not in a stationary state, the effect of the movement and the inclination are sensed at the same time, so it is difficult to obtain an accurate inclination angle. Therefore, this kind of inclination angle sensor is difficult to use in a vehicle driving environment.

세 번째 방법에 사용되는 GPS전파의 위상 변화량을 이용하는 방법의 경사각 센서는 주행 중에는 고정밀도의 경사각 정보를 얻을 수 있지만 매우 고가이므로 차량항법에 채용하기에는 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있다.The tilt angle sensor of the method using the phase change amount of the GPS radio waves used in the third method can obtain high-precision inclination angle information while driving, but has a problem that it is very expensive to be employed in vehicle navigation because it is very expensive.

도로의 경사를 측정하는 다른 한가지 방법으로 자이로(Gyro)를 사용할 수 있다. 즉, 자이로를 차량의 Y축이 감지축이 되도록 설치하여 도로의 경사 변화율을 감지하게 하는 방법을 들 수 있다.Another way to measure the slope of a road is to use a Gyro. In other words, the gyro may be installed such that the Y-axis of the vehicle becomes a sensing axis so as to sense a change rate of the inclination of the road.

도 3은 자이로를 이용하여 측정한 경사각과 실제 도로의 경사각을 비교 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for comparing the inclination angle measured using a gyro and the actual inclination angle of the road.

도 3을 참조로, 자이로를 이용하여 경사각을 측정한 경우에 실제 경사와 측정된 경사가 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 보다 상세히는 자이로는 도로의 경사에 의한 영향뿐 아니라 차량의 가속과 감속에 의한 차체의 흔들림도 감지하게 되므로 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that there is a big difference between the actual inclination and the measured inclination when the inclination angle is measured using the gyro. In more detail, since the gyro detects not only the influence of the inclination of the road but also the shaking of the vehicle due to the acceleration and the deceleration of the vehicle, there is a problem that the accuracy is lowered.

이상에서 언급한 바와 같이, 차량항법에 사용되는 2차원 측위방법은 차량이 산악도로나 고가차도를 주행하는 경우에 위치오차가 증가하므로 측위의 정확도를 향상하기 위해서는 3차원 측위를 이용해야 하며 이를 위해서 경사각을 검출하는 장치가 필요하여 경사각 센서를 사용하여 도로의 경사각을 검출하지만 이런 방법은 차량이 주행중인 경우에는 오차가 심하게 발생하는 문제점이 있다.As mentioned above, the two-dimensional positioning method used in the vehicle navigation increases the position error when the vehicle is driving on a mountain road or an elevated roadway, and therefore, three-dimensional positioning should be used to improve the accuracy of the positioning. Since a device for detecting an inclination angle is required to detect an inclination angle of a road using an inclination angle sensor, this method has a problem in that an error occurs severely when the vehicle is driving.

이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 정확도가 우수하면서 동시에 경제적으로 차량의 경사각을 검출할 수 있는 경사각 검출장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an inclination angle detecting device capable of detecting an inclination angle of a vehicle with high accuracy and economically.

도 1은 차량의 좌표계를 설명하기 위한 도면;1 is a view for explaining a coordinate system of a vehicle;

도 2는 경사각 센서를 이용하여 측정한 경사각과 실제 도로의 경사각을 비교설명하기 위한 도면;2 is a view for comparing the inclination angle measured using the inclination angle sensor and the inclination angle of the actual road;

도 3은 자이로를 이용하여 측정한 경사각과 실제 도로의 경사각을 비교 설명하기 위한 도면;3 is a view for explaining a comparison between the inclination angle measured using a gyro and the actual inclination angle of the road;

도 4는 본 발명에 의한 경사각 검출장치의 일 실시예를 설명하기 위한 블럭도;4 is a block diagram for explaining an embodiment of an inclination angle detecting apparatus according to the present invention;

도 5는 본 발명에 의한 칼만필터에서 추정된 도로의 경사각을 설명하기 위한 도면; 그리고5 is a view for explaining the inclination angle of the road estimated by the Kalman filter according to the present invention; And

도 6은 본 발명에 의한 칼만필터에서 추정된 도로의 경사각추정치를 저역통과필터에 적용하여 고역주파수성분을 제거한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a result of removing a high frequency component by applying an inclination angle estimate of a road estimated by a Kalman filter according to the present invention to a low pass filter.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

100 : 차속도검출부 110 : 차속계100: vehicle speed detection unit 110: vehicle speed meter

200 : 가속도검출부 210 : 가속도계200: acceleration detector 210: accelerometer

220 : 아날로그 디지털변환기 300 : 경사각연산부220: analog to digital converter 300: inclination angle calculation unit

310 : 펄스수 검출부 320 : 환산계수발생부310: pulse number detector 320: conversion coefficient generator

330 : 승산기 340 : 속도연산부330: multiplier 340: speed calculation unit

350 : 감산기 360 : 칼만필터350: subtractor 360: Kalman filter

370 : 저역통과필터370 low pass filter

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 차량의 속도를 검출하여 차륜의 회전량에 비례하는 펄스신호를 출력하기 위한 차속도검출부;In order to realize the above object of the present invention, the present invention provides a vehicle speed detection unit for detecting the speed of the vehicle and outputting a pulse signal proportional to the amount of rotation of the wheel;

도로의 경사와 차량의 가속도를 감지하여 이산된 가속도신호를 발생하기 위한 가속도검출부; 그리고An acceleration detection unit for generating a discrete acceleration signal by detecting a slope of a road and an acceleration of the vehicle; And

상기 펄스신호로부터 소정 시간 동안 펄스수를 검출하고, 검출된 펄스수로부터 차량속도신호를 발생하고, 상기 이산된 가속도신호를 제공받아 이전시각의 속도추정치와 이전시각의 경사각추정치를 근거로 가속도계출력신호를 발생하고, 상기 발생된 차량속도신호와 가속도계출력신호의 차신호로부터 속도추정치와 경사각추정치를 발생하여 도로의 경사각을 계산하기 위한 경사각연산부로 이루어진 경사각 검출장치를 제공한다.The number of pulses is detected from the pulse signal for a predetermined time, the vehicle speed signal is generated from the detected number of pulses, and the discrete acceleration signal is provided to the accelerometer output signal based on the speed estimate of the previous time and the inclination angle estimate of the previous time. Generating a speed estimate value and an inclination angle estimate value from the difference between the generated vehicle speed signal and the accelerometer output signal, and providing an inclination angle detection device including an inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of the road.

상기 경사각 검출장치에 의하면, 가속도검출부와 차속도검출부를 이용하여 차량의 주행 여부에 관계없이 차량의 경사각과 이에 연계하는 도로의 경사각을 계산하므로써 실제 도로의 경사에 근접한 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.According to the inclination angle detecting device, by using the acceleration detecting unit and the vehicle speed detecting unit, the inclination angle of the vehicle and the inclination angle of the road connected thereto can be provided to the driver regardless of whether the vehicle is running or not. .

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 4는 본 발명에 의한 경사각 검출장치의 일 실시예를 설명하기 위한 블럭도이다.4 is a block diagram illustrating an embodiment of an inclination angle detecting apparatus according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 경사각 검출장치는 차속도검출부(100), 가속도검출부(200), 그리고 경사각연산부(300)로 구성된다.Referring to FIG. 4, the inclination angle detecting apparatus according to the present invention includes a vehicle speed detection unit 100, an acceleration detection unit 200, and an inclination angle calculation unit 300.

상기 차속도검출부(100)는 바람직하게는 모든 차량에 장착되어 있는 차속계(110)를 포함하여 차륜의 회전량에 비례하는 펄스신호를 상기 경사각연산부(300)에 제공한다. 이때 상기 차속계(110)의 펄스수와 차량 속도에 비례하는 환산계수에 대한 설명은 상기한 수학식 1에서 설명하였다.The vehicle speed detection unit 100 preferably includes a vehicle speedometer 110 mounted on all vehicles to provide the inclination angle calculation unit 300 with a pulse signal proportional to the amount of rotation of the wheel. At this time, the description of the conversion coefficient proportional to the number of pulses of the vehicle speedometer 110 and the vehicle speed has been described in Equation 1 above.

상기 가속도검출부(200)는 도로의 경사와 차량의 가속도를 감지하여 이산된 가속도신호를 상기 경사각연산부(300)에 제공한다.The acceleration detection unit 200 detects the inclination of the road and the acceleration of the vehicle and provides a discrete acceleration signal to the inclination angle calculator 300.

보다 상세히는 상기 가속도검출부(200)는 가속도계(210)와 아날로그 디지털변환기(220)로 구성된다.In more detail, the acceleration detector 200 includes an accelerometer 210 and an analog-digital converter 220.

상기 가속도계(210)는 도로의 경사와 차량의 가속도를 감지하여 가속도신호를 상기 아날로그 디지털 변환기(220)에 제공한다. 예를들어, 상기 가속도계(210)가 도 1에 도시한 바와 같이 차량의 X축이 감지축이 되도록 장착한 경우에는 상기 가속도계(210)는 도로의 경사성분과 차량 진행방향의 가속도의 합을 감지하여 하기하는 수학식 6과 같은 아날로그신호를 출력한다.The accelerometer 210 senses the inclination of the road and the acceleration of the vehicle and provides an acceleration signal to the analog-to-digital converter 220. For example, when the accelerometer 210 is mounted such that the X axis of the vehicle becomes a sensing axis as shown in FIG. 1, the accelerometer 210 detects the sum of the inclination component of the road and the acceleration in the vehicle traveling direction. To output an analog signal as shown in Equation 6 below.

A(t)=f(t)+g⋅sin[θ(t)]A (t) = f (t) + g⋅sin [θ (t)]

여기서, A(t)는 시각 t에서의 가속도계(210) 출력이고, f(t)는 시각 t에서의 차량 진행방향 가속도이며, g는 중력가속도이며, θ(t) 는 소정의 시각, t에 대한 도로의 경사각이다.Where A (t) is the output of the accelerometer 210 at time t, f (t) is the vehicle traveling direction acceleration at time t, g is gravity acceleration, θ (t) Is the angle of inclination of the road with respect to the predetermined time, t.

상기 아날로그 디지털 변환기(220)는 상기 가속도계(210)로부터 감지된 가속도신호 A(t)를 디지털 신호로 변환하여 이산된 가속도신호를 상기 경사각연산부(300)에 제공한다.The analog-to-digital converter 220 converts the acceleration signal A (t) detected from the accelerometer 210 into a digital signal and provides a discrete acceleration signal to the inclination angle calculator 300.

상기 경사각연산부(300)는 상기 가속도검출부(200)의 아날로그 디지털 변환기(220)로부터 제공되는 이산된 가속도신호와 상기 차속계(110)로부터 제공되는 펄스신호로부터 도로의 경사각을 계산한다.The inclination angle calculator 300 calculates the inclination angle of the road from the discrete acceleration signal provided from the analog-to-digital converter 220 of the acceleration detection unit 200 and the pulse signal provided from the vehicle speedometer 110.

보다 상세히는 상기 경사각연산부(300)는 펄스수 검출부(310), 환산계수발생부(320), 승산기(330), 속도연산부(340), 감산기(350), 칼만필터(360), 그리고 저역통과필터(370)로 구성된다.More specifically, the inclination angle calculator 300 includes a pulse number detector 310, a conversion factor generator 320, a multiplier 330, a speed calculator 340, a subtractor 350, a Kalman filter 360, and a low pass. It consists of a filter 370.

상기 펄스수 검출부(310)는 상기 차속계(110)로부터 펄스신호를 제공받아 소정 시간 동안, 바람직하게는 1초 동안의 펄스수를 검출한 후 검출된 펄스수를 상기 승산기(330)에 제공한다.The pulse number detector 310 receives the pulse signal from the vehicle speedometer 110 and detects the pulse number for a predetermined time, preferably 1 second, and then provides the detected pulse number to the multiplier 330. .

상기 환산계수발생부(320)는 환산계수(K)를 발생하여 상기 승산기(330)에 제공한다.The conversion coefficient generator 320 generates a conversion coefficient K and provides the conversion factor K to the multiplier 330.

상기 승산기(330)는 상기 펄스수 검출부(310)로부터 검출된 펄스수를 제공받고, 상기 환산계수발생부(320)로부터 환산계수(K)를 제공받아 승산 연산하여 검출한 차속도신호 V(t)를 상기 감산기(350)에 제공한다.The multiplier 330 receives the pulse number detected by the pulse number detector 310, receives the conversion coefficient K from the conversion coefficient generator 320, and multiplies and detects the vehicle speed signal V (t). ) Is provided to the subtractor 350.

상기 속도연산부(340)는 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 상기 이산된 가속도신호(221)를 제공받아 이전시각의 속도추정치 Ve(t-1) 와 이전시각의 경사각추정치 θe(t-1) 를 근거로 이산화된 가속도계출력신호 VA(t) 를 상기 감산기(350)에 제공한다.The speed calculator 340 receives the discrete acceleration signal 221 as shown in Equation 7 and estimates the speed of the previous time. V e (t-1) Inclination angle estimates θ e (t-1) Discrete Accelerometer Output Signal Based on V A (t) To the subtractor 350.

여기서, VA(t) 는 시각 t에서 가속도계로부터 계산된 속도를 의미하며, N은 1초 동안의 샘플링 횟수, Ai 는 이산화된 가속도계 출력, θe(t-1) 는 시각 (t-1)에서 얻어진 칼만필터의 경사각추정치, Ve(t-1) 은 시각 (t-1)에서 얻어진 칼만필터의 속도추정치, 그리고 ΔT 는 아날로그 디지털 변환기의 샘플링 주기이다. 즉, N=1/ ΔT 의 관계가 성립한다.here, V A (t) Is the speed calculated from the accelerometer at time t, where N is the number of samplings in 1 second, A i Discretized accelerometer output, θ e (t-1) Is an inclination angle estimate of the Kalman filter obtained at time (t-1), V e (t-1) Is the velocity estimate of the Kalman filter obtained at time (t-1), and ΔT Is the sampling period of the analog-to-digital converter. That is, N = 1 / ΔT The relationship is established.

상기 감산기(350)는 하기한 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 상기 속도연산부(340)로부터 제공되는 이산화된 가속도계출력신호 VA(t) 와 상기 승산기(330)로부터 제공되는 차속도신호 V(t)를 감산 연산하여 검출한 칼만필터입력신호를 상기 칼만필터(360)에 제공한다.The subtractor 350 is a discrete accelerometer output signal provided from the speed calculator 340, as shown in Equation 8 below. V A (t) And a Kalman filter input signal detected by subtracting the vehicle speed signal V (t) provided from the multiplier 330 to the Kalman filter 360.

z(t)=VA(t)-V(t)z (t) = V A (t) -V (t)

상기 수학식 8에서 계산된 결과는 하기하는 수학식 9에 나타낸 바와 같이 속도오차와 백색잡음의 합으로 표현된다.The result calculated by Equation 8 is expressed by the sum of the speed error and the white noise, as shown in Equation 9 below.

z(t)=δV(t)+v(t)z (t) = δV (t) + v (t)

여기서, δV(t) 는 속도오차이고, v(t) 는 백색잡음이다.here, δV (t) Is the speed error, v (t) Is white noise.

상기 칼만필터(360)는 상기 감산기(350)로부터 칼만필터입력신호를 제공받아 속도추정치와 경사각추정치를 상기 속도연산부(340)와 저역통과필터(370)에 제공한다. 바람직하게는 바로 이전 시각의 속도추정치 Ve(t-1) 와 바로 이전 시각의 경사각추정치 θe(t-1) 를 제공할 것이다.The Kalman filter 360 receives the Kalman filter input signal from the subtractor 350 and provides the speed estimation value and the inclination angle estimation value to the speed calculator 340 and the low pass filter 370. Preferably, the speed estimate of the previous time V e (t-1) Estimated angle of inclination just before and θ e (t-1) Will provide.

상기 칼만필터(360)를 위한 상태방정식은 하기하는 수학식 10 및 수학식 11과 같다.The state equation for the Kalman filter 360 is as shown in Equations 10 and 11 below.

δV(t+1)=δV(t)-g⋅cosθ(t)⋅δθ(t)+ω1(t)δV (t + 1) = δV (t) -g⋅cosθ (t) ⋅δθ (t) + ω 1 (t)

δθ(t+1)=δθ(t)+ω2(t)δθ (t + 1) = δθ (t) + ω 2 (t)

사기한 수학식 10 내지 11에서, δθ(t) 는 시각 t에 대한 도로의 경사오차이고, ω1(t) 와 ω2(t) 는 백색잡음이다.In Equations 10 to 11, δθ (t) Is the slope error of the road with respect to time t, ω 1 (t) Wow ω 2 (t) Is white noise.

상기 저역통과필터(370)는 상기 칼만필터(360)로부터 출력되는 경사각추정치 θe(⋅) 의 고역주파수성분을 제거한 후 도로의 경사치를 출력한다. 이때 상기 저역통과필터(370)는 실험을 통해 얻은 차단주파수( fc )를 이용하여 임의의 방식으로 설계할 수 있다.The low pass filter 370 is an inclination angle estimate value output from the Kalman filter 360. θ e (⋅) After removing the high frequency component of, output the slope value of the road. At this time, the low pass filter 370 has a cutoff frequency ( f c ) Can be designed in any way.

도 5는 본 발명에 의한 칼만필터에서 추정된 도로의 경사각을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the inclination angle of the road estimated by the Kalman filter according to the present invention.

도 5를 참조하면, 점선으로 도시한 경사각추정치가 실선으로 도시한 실제경사각에 대해 근접함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the inclination angle estimate shown by the dotted line is close to the actual inclination angle shown by the solid line.

도 6은 본 발명에 의한 칼만필터에서 추정된 도로의 경사각추정치를 저역통과필터에 적용하여 고역주파수성분을 제거한 결과를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a result of removing a high frequency component by applying an inclination angle estimate of a road estimated by a Kalman filter according to the present invention to a low pass filter.

도 6을 참조하면, 점선으로 도시한 경사각추정치가 실선으로 도시한 실제경사각에 대해 거의 근접함을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the inclination angle estimate shown by the dotted line is almost close to the actual inclination angle shown by the solid line.

이상 언급한 본 발명의 일 실시예에서는 가속도검출부의 가속도계를 도 1에 도시한 바와 같이, 차량의 진행방향인 X축을 감지축으로 이용하였으나, 감지의 정확도를 높이기 위하여 부가적으로 가속도계를 설치하여 차량의 진행방향에 대해 좌우방향인 Y축을 감지축으로 이용할 수 있고, 또한 차량의 진행방향에 대해 상하방향인 Z축을 감지축으로 이용할 수 있음은 자명한 일이다.In the above-described embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the accelerometer of the acceleration detection unit uses the X axis, which is the direction in which the vehicle travels, as the detection axis, but in order to increase the accuracy of the detection, an additional accelerometer is provided to the vehicle. It is obvious that the Y-axis, which is a left and right direction with respect to the traveling direction of, may be used as the sensing axis, and the Z-axis, which is up and down with respect to the traveling direction of the vehicle, may be used as the sensing axis.

또한 본 발명에 의한 경사각 검출장치에 차량의 상하방향의 경사변화율을 감지하기 위한 자이로(Gyro)를 설치하므로써 도로의 경사각 검출시 정확도를 높일 수 있다.In addition, by installing a gyro (Gyro) for detecting the inclination change rate in the vertical direction of the vehicle in the inclination angle detection apparatus according to the present invention can increase the accuracy when detecting the inclination angle of the road.

또한 본 발명의 다른 실시예로는 일 실시예에서 언급한 가속도검출부(200)를 기존에 장착된 차량항법장치에 적용하므로써 기존 시스템의 교체없이 도로의 경사각을 검출할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the inclination angle of the road can be detected without replacing the existing system by applying the acceleration detection unit 200 mentioned in the embodiment to the vehicle navigation apparatus.

이상, 설명한 바와 같이 종래의 기술로는 차량의 주행 중에는 도로의 경사각을 정밀하게 구할 수 없었으나, 본 발명에서 제안한 가속도계와 차속계를 이용한 경사각 검출장치는 차량의 주행 여부에 관계없이 도로의 경사각을 검출할 수 있으므로 실제 도로에 근접하게 매칭시켜 운전자에게 도로 주행 정보를 제공할 수 있다.As described above, although the inclination angle of the road cannot be precisely determined while the vehicle is driving by the conventional technology, the inclination angle detection device using the accelerometer and the speedometer proposed in the present invention can determine the inclination angle of the road regardless of whether the vehicle is running or not. Since it can be detected, the driving information can be provided to the driver by closely matching the actual road.

또한 본 발명의 구현에 필요한 가속도계는 비교적 저렴한 가격으로 구입이 가능하며, 차속계는 모든 차량에 이미 부착되어 있으므로 본 발명의 장치를 부착하는데 드는 경제적 부담을 경감할 수 있다.In addition, the accelerometer required for the implementation of the present invention can be purchased at a relatively low price, and since the vehicle speedometer is already attached to all the vehicles, the economic burden of attaching the device of the present invention can be reduced.

또한 본 발명을 차량항법장치에 적용하는 경우에는 차량항법장치의 중앙처리장치와 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 차속계를 공유할 수 있으므로 가속도검출부만을 추가로 부착하면 된다.In addition, when the present invention is applied to a vehicle navigation apparatus, since the central processing unit of the vehicle navigation apparatus and the analog-to-digital converter (ADC) and the vehicle speedometer can be shared, only the acceleration detection unit needs to be additionally attached.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described 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 present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (9)

차량의 속도를 검출하여 차륜의 회전량에 비례하는 펄스신호를 출력하기 위한 차속도검출수단(100);Vehicle speed detecting means (100) for detecting a speed of the vehicle and outputting a pulse signal proportional to the amount of rotation of the wheel; 도로의 경사와 차량의 가속도를 감지하여 이산된 가속도신호를 발생하기 위한 가속도검출수단(200); 그리고Acceleration detection means 200 for detecting a slope of a road and acceleration of a vehicle and generating a discrete acceleration signal; And 상기 펄스신호로부터 소정 시간 동안 펄스수를 검출하고, 검출된 펄스수로부터 차량속도신호를 발생하고, 상기 이산된 가속도신호를 제공받아 이전시각의 속도추정치와 이전시각의 경사각추정치를 근거로 가속도계출력신호를 발생하고, 상기 발생된 차량속도신호와 가속도계출력신호의 차신호로부터 속도추정치와 경사각추정치를 발생하여 도로의 경사각을 계산하기 위한 경사각연산수단(300)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.The number of pulses is detected from the pulse signal for a predetermined time, the vehicle speed signal is generated from the detected number of pulses, and the discrete acceleration signal is provided to the accelerometer output signal based on the speed estimate of the previous time and the inclination angle estimate of the previous time. And an inclination angle calculating means (300) for calculating the inclination angle of the road by generating a speed estimation value and an inclination angle estimate value from the difference between the generated vehicle speed signal and the accelerometer output signal. 제 1 항에 있어서, 상기 가속도검출수단은The method of claim 1, wherein the acceleration detecting means 도로의 경사와 차량의 가속도를 감지하기 위한 가속도계; 그리고An accelerometer for detecting the inclination of the road and the acceleration of the vehicle; And 상기 감지된 가속도를 디지털 신호로 변환하여 이산된 가속도신호를 발생하기 위한 아날로그 디지털 변환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.And an analog-digital converter for converting the sensed acceleration into a digital signal to generate a discrete acceleration signal. 제 2 항에 있어서, 상기 가속도계는 차량의 진행방향 가속도를 검출하기 위한 가속도계인 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.The inclination angle detector of claim 2, wherein the accelerometer is an accelerometer for detecting an acceleration in a traveling direction of the vehicle. 제 2 항에 있어서, 상기 가속도계는 차량의 진행방향 가속도를 검출하기 위한 제1 가속도계; 그리고 차량의 좌우방향 가속도를 검출하기 위한 제2 가속도계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.3. The apparatus of claim 2, wherein the accelerometer comprises: a first accelerometer for detecting an acceleration in a traveling direction of the vehicle; And a second accelerometer for detecting left and right acceleration of the vehicle. 제 4 항에 있어서, 차량의 상하방향 가속도를 검출하기 위한 제3 가속도계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.The inclination angle detector according to claim 4, further comprising a third accelerometer for detecting the vertical acceleration of the vehicle. 제 1 항에 있어서, 상기 경사각연산수단은According to claim 1, wherein the inclination angle calculation means 상기 차속도검출수단으로부터 펄스신호를 제공받아 소정 시간 동안의 펄스수를 검출하기 위한 펄스수검출부;A pulse number detection unit for receiving a pulse signal from the vehicle speed detecting means and detecting the number of pulses for a predetermined time; 환산계수를 발생하기 위한 환산계수발생부;A conversion factor generator for generating a conversion factor; 상기 검출된 펄스수와 상기 환산계수를 승산하여 차량속도신호를 발생하기 위한 승산기;A multiplier for generating a vehicle speed signal by multiplying the detected pulse number by the conversion coefficient; 상기 가속도검출수단으로부터 이산된 가속도신호를 제공받아 이전시각의 속도추정치와 이전시각의 경사각추정치를 근거로 가속도계출력신호를 발생하기 위한 속도연산부;A speed calculating unit for receiving the discrete acceleration signal from the acceleration detecting means and generating an accelerometer output signal based on a speed estimate of a previous time and an inclination angle estimate of a previous time; 상기 속도연산부로부터 제공된 이산화된 가속도계출력신호와 승산기로부터 제공된 차량속도신호를 감산하여 칼만필터입력치를 출력하기 위한 감산기; 그리고A subtractor for outputting the Kalman filter input value by subtracting the discrete accelerometer output signal provided from the speed calculator and the vehicle speed signal provided from the multiplier; And 상기 칼만필터입력치를 제공받아 속도추정치와 경사각추정치를 발생하기 위한 칼만필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.And a Kalman filter configured to receive the Kalman filter input value and generate a speed estimate and an inclination angle estimate. 제 6 항에 있어서, 상기 환산계수는 상기 차속계의 출력펄스수의 합에 반비례하고, 차량 속도에 비례하는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.7. The inclination angle detector according to claim 6, wherein the conversion factor is inversely proportional to the sum of the output pulse numbers of the vehicle speedometer and proportional to the vehicle speed. 제 6 항에 있어서, 상기 경사각연산수단은 상기 칼만필터로부터 출력되는 경사각추정치의 고역주파수성분을 제거한 후 도로의 경사치를 출력하기 위한 저역통과필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.7. The inclination angle detecting device according to claim 6, wherein the inclination angle calculating means further comprises a low pass filter for outputting the inclination value of the road after removing the high frequency component of the inclination angle estimate value output from the Kalman filter. 제 1 항에 있어서, 차량의 상/하방향의 경사변화율을 감지하기 위한 자이로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경사각 검출장치.The inclination angle detection device of claim 1, further comprising a gyro for detecting a rate of change of inclination of the vehicle in up / down direction.
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