KR20130009766A - 자동차의 위치 결정 시스템 및 이를 포함하는 자동차, 자동차의 위치 결정 방법 - Google Patents

Abstract

자석의 자기장 세기를 측정하기 위한 복수 개의 센서들, 상기 복수 개의 센서들에 대하여 상기 자석의 위치를 결정하는 계산 수단을 포함하고, 상기 복수 개의 센서들은 2차원 어레이로 배열되는 자동차의 위치 결정 방법이 개시된다.

Description

자동차의 위치 결정 시스템 및 이를 포함하는 자동차, 자동차의 위치 결정 방법{SYSTEM FOR DETERMINING THE POSITION OF A VEHICLE, VEHICLE THEREWITH, AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 자동차의 위치를 결정하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 더 나아가 그러한 시스템을 포함하는 자동차에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 자동차의 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.

수년 동안 자동차의 위치(position)을 결정하는 시스템들이 알려져 있다. 알려진 시스템 중 한 시스템은 자동차가 이동하는 지면에 제공된 그리드(grid) 패턴의 자석(magnet)들을 이용한다. 그 시스템은 자기장의 세기를 감지할 수 있는 복수 개의 센서들을 포함한다. 자동차가 자석 위를 통과하는 경우, 지면에 배열된 자석이 감지되는 것을 확실하게 하기 위해, 복수 개의 센서들은 자동차의 측면 방향에 배열된다. 센서들로부터 신호들은 주기적으로 샘플링되고, 이는 센서들에 대하여 감지된 자석의 위치를 계산하는 계산 수단에 제공된다. 일반적으로 각각의 자석들이 서로 구별될 수 없기 때문에, 설명하였던 자석들의 검출 방식은 보통 자석의 위치를 결정하기에는 불충분하다. 따라서, 종래 시스템에서는 위치 변화와 그에 따른 위치를 결정하기 위해 바퀴 회전을 기록하기 위한 회전 카운터들(rotational counters)이 적어도 두 바퀴에 설치된다. 자석들의 검출은 위치의 결정에 있어서 에러 누적의 발생 및 그에 따른 위치 이동을 방지한다.

이 알려진 시스템의 단점은, 자동차가 커브를 지날 때, 커브의 바깥 쪽에 있는 센서들은 자기장의 세기를 정상일 때보다 낮은 비율로 샘플링(undersampling)하는데 반해, 커브의 안 쪽에 있는 센서들은 자기장의 세기를 정상일 때보다 높은 비율로 샘플링(oversampling)한다는 것이다. 비록 후자(the latter)는 오늘날 디지털 신호 프로세서들을 이용할 수 있는 프로세싱 파워(processing power)를 이용하여 문제를 덜 일으킬지라도, 전자(the former)는 자동차가 커브를 지날 때, 결정된 위치의 정확도를 저하시킨다.

본 발명의 목적은, 자동차가 커브를 지날 때, 위 설명된 종래 기술과 비교하여 정확도의 저하를 상당히 줄인 자동차의 위치를 결정하는 시스템을 제공하는 것이다.

위 목적은 자동차의 위치 결정 시스템을 제공하는 본 발명에 의해 달성된다. 자동차의 위치 결정 시스템은 자석의 자기장의 세기를 측정하기 위한 복수 개의 센서들; 및 상기 복수 개의 센서들에 대하여 상기 자석의 위치를 결정하는 계산 수단을 포함하고, 상기 복수 개의 센서들은 2차원 어레이로 배열된다.

종래 기술에 따른 시스템에서, 센서들로부터의 샘플들의 획득은 시간에 고정되고, 공간 영역에서 샘플들의 위치는 자동차의 움직임에 의존하고, 자동차가 움직임에 따라 변한다. 본 발명의 실시예에서, 복수 개의 센서들은 자석이 자동차 중심선의 바깥 쪽(vehicle off-centerline) 밑을 지나갈 때, 단지 자석을 놓치는 것을 방지하는 역할을 하는 것이 아니라, 자석의 자기장에 대한 2차원 공간에서의 완전한 스냅샷을 찍는데 이용된다. 이것을 위해, 센서들의 어레이는 그 시스템이 사용되고 있을 때, 대체로 자석들을 포함하는 지면에 병렬로 배열되는 것이 바람직하다. 센서들에 대하여 자석들의 위치를 결정하는 이 방식은, 샘플링 비율에 관련된 어느 시간에 의존하지 않고, 따라서 자동차의 움직임에 의존하지도 않으며, 단지 센서 배열에 의존한다. 위치를 결정하는 것은 자동차의 움직임에 독립적이므로, 결정된 위치의 정확도 또한, 자동차의 움직임에 독립적이다. 이 방법을 이용하면, 대체로 직선으로 이동 중이 아니고, 커브를 지날 때도 아닌 경우, 정상일 때보다 낮은 비율로 샘플링하거나 높은 비율로 샘플링하는 것은 일어날 수 없다. (하나의 위치를 결정하는데 있어서의)정확성은 센서들의 배열에 의해 고정된다.

다른 실시예에 따르면, 본 발명은 센서들이 2차원에서 균등한 간격을 갖는(interspace) 시스템을 제공한다. 이 방법을 이용하면, 샘플들은 균등하게 간격을 가진다.

다른 실시예에 따르면, 자석의 자기장에 대한 공간 모델에 복수 개의 센서들에 의해 측정된 자기장의 세기를 피트(fit)하는 피팅(fitting) 수단을 더 포함하는 시스템이 제공된다. 비록 획득된 자기장의 세기를 자석의 공간 모델에 피트하는 것이 계산적으로 비경제적일지라도, 이는 높은 정확도를 제공한다.

다른 실시예에 따르면, 본 발명은 복수 개의 센서들이 배열된 평면에 수직인 자기장 컴포넌트에 대한 센서들의 민감도가, 복수 개의 센서들이 배열된 평면에 평행인 자기장 컴포넌트에 대한 민감도보다 상당히 높은 시스템을 제공한다. 위 실시예는, 지면을 지나는 자동차의 일반적인 행동 반경에서 위 수직인 자기장 컴포넌트는 상수로 고려될 수 있으므로, 지구 자기장의 공간적 변화로 인한 부정확성이 최소화되는 이점을 갖는다. 다른 실시예에 따르면, 그 시스템은 일정한 백그라운드 자기장을 추정하고, 자석들을 측정하는 동안 이 일정한 백그라운드 자기장을 보정한다. 그 백그라운드 자기장은 자동차 자체의 컴포넌트들에 의한 자기장뿐만 아니라 측정된 지구 자기장의 나머지 수직 컴포넌트를 구성할 수 있다.

또한, 다른 실시예에서, 본 발명은 위 시스템을 포함하는 자동차를 제공한다.

다른 실시예에서, 많은 자석들의 위치와 같은 배열된 시스템은 센서들의 2차원 어레이에 의한 단 한번의 측정으로부터 결정된다. 이익이 될 이 특징을 위해, 지면에서 자석들은, 많은 자석들의 자기장의 적어도 일부분을 검출하기 위한 센서들의 어레이를 위해 충분히 촘촘히 배열되어야 한다.

다른 실시예에 따르면, 그 시스템은 지면에서 자석 그룹에서 각 자석들의 극성 및/또는 자석 그룹의 상호 배열(mutual arrangement)에 의해 코드화된 정보를 디코드하기 위해 배열된다. 그것을 달성하기 위해, 자석들을 클러스터들로 배열하는 것이 바람직하다. 여기서, 각 자석들의 클러스터는 위치 정보를 제공하거나 또는 이전 실시예들의 설명과 유사한 위치 정보를 도출하기 위해 이용된다. 그리고, 클러스터에서 자석들의 배열 및/또는 클러스터에서 자석들의 극성은 추가적인 위치상의 정보 또는 비-위치상(non-positional)의 정보 중 어느 하나인 추가 정보를 제공한다. 특정 실시예에서, 위치 좌표는 상호 배열에서 곧바로 부호화된다. 그러나, 다른 바람직한 배열에서, 상호 배열은 자동차에 저장된 룩업 테이블(lookup table)에 대한 키(key)를 부호화한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자동차의 위치 결정 방법이 제공된다. 자동차의 위치 결정 방법은 복수 개의 센서들로부터 상기 센서들에 의해 측정된 자기장의 세기를 획득하는 단계; 및 상기 복수 개의 센서들에 대하여 감지된 자석의 위치를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 복수 개의 센서들은 2차원 어레이로 배열된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 획득된 자기장의 세기를 자석의 자기장에 대한 공간 모델에 피트(fit)하는 것에 의해 감지된 자석의 위치가 결정되는 방법이 제공된다.

다른 실시예들 및 그에 대한 이점들은 첨부된 도면과 관련하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 자동차에 포함된 본 발명에 따른 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템에 의해 생성된 데이터 처리 계층을 도시한 도면이다.

마그네틱 마커 엘리먼트들(magnetic marker elements)(14)(도 1)을 가지고 있고, 자동차(12)(도 1)가 드라이브하기에 적합한 지면이 있다. 자동차(12)는 복수 개의 마그네틱 센서들(20)(도 2)을 포함한다. 복수 개의 마그네틱 센서들(20)은 2차원으로 배열되며, 마그네틱 센서들의 어레이(10)를 형성한다.

마그네틱 마커 엘리먼트(14)가 마그네틱 센서들(20)의 특정 최소 개수 아래로 통과하는 경우, 마그네틱 마커 엘리먼트(14)와 관련된 자동차(12)의 위치는 추정될 수 있다. 요구되는 센서들의 최소 개수는, 예를 들어, 피셔 정보 행렬(Fisher information matrix)에 의해 획득될 수 있다. 마그네틱 마커 엘리먼트(14)에 의해 생성된 자기장은 하나 이상의 마그네틱 센서들(20)에서 감지된다. 마그네틱 센서들(20)은 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP)(24)와 연결되어 있다. 디지털 신호 프로세서(24)는 마그네틱 센서들(20)로부터의 신호들을 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 자기장에 대한 3차원 모델에 피트(fit)한다. 피트된 모델로부터, 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 위치는 마그네틱 센서들의 어레이(10)와 관련하여 획득된다. 따라서, 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 알려진 위치로부터 자동차(12)의 위치가 획득되고, 이는 네비게이션 컴퓨터(navigation computer)(26)에 의해 수행된다.

도 1에서 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 위치는 그리드 모양의 패턴(grid-like pattern)으로 나타난다. 본 발명에서, 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 패턴이 그리드 모양의 배열을 가질 필요는 없다. 만일 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 위치가 알려진 것이라면, 그것으로 충분하다. 그래도 도 1에 도시된 그리드 모양의 패턴과 같이 규칙적인 패턴은, 각각의 마커 엘리먼트들의 위치가 저장될 필요가 없고, 각각의 마커 엘리먼트들의 위치가 그리드 모양의 패턴으로부터 쉽게 도출될 수 있기 때문에 유리한 점을 갖는다. 특정 실시예에서, 자동차는 미리 결정된 경로를 따라 이동하고, 그리드는 미리 결정된 경로를 따라 확장되는 1차원 그리드이다.

마그네틱 센서들(20)의 패턴 또한 어느 특정 패턴에 한정되지 않는다. 원칙적으로, 그 패턴은 위치 추정 알고리즘이 어레이 안의 각각의 마그네틱 센서들(20)의 위치를 고려하는 한 임의의 패턴이 될 수 있다.

계층적 상관관계(hierarchical functionality)(30)(도 3)는 디지털 신호 프로세서(24)및 뒤따르는 네비게이션 컴퓨터(26)에 의해 제공된다. 가장 낮은 레벨은 IO 레벨(32)이다. IO 레벨(32)은 마그네틱 센서들(20)로부터 자기장의 세기 정보의 획득을 담당한다.

다음 레벨인 스캐너 레벨(scanner level)(34)에서 마그네틱 센서들(20)의 어레이(10) 내의 위치는 각각의 자기장의 세기 측정과 관련된다. 이 위치들은 2차원으로 고정되기 때문에, 자기장의 세기 측정은 시간이 더 이상 아무런 역할도 못함에 따라 단지 1차원으로 마그네틱 센서들을 이용한 종래 기술의 실시예들과는 대조적으로 오히려 더 간단하다.

따라서, 자기장의 세기 위치들의 세트는 피터-레벨(fitter-level)(36)에서 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 3차원 모델에 피트된다. 이것은 마그네틱 센서들(20)의 어레이(10)와 관련된 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 추정된 위치를 제공한다.

마지막으로, 그 추정된 마그네틱 마커 엘리먼트(14)의 상대적인 위치는 자동차(12)의 위치를 결정하기 위해, 마지막 레벨인 코딩 레벨(coding level)(38)에서 이용된다. 특정 실시예에서, 위치는 예를 들어, 시간 동기화 신호의 발생 이후의 시간 경과와 같은 특정 순간과 관련된다.

도시되고 기재된 실시예들은 단지 본 발명의 일례를 제공하기 위한 것이고, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않음을 주의해야 한다. 도시되고 기재된 실시예들에 대한 다양한 수정 및 변경은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 가능하다. 예를 들어, 도시되고 기재된 실시예들을 결합하는 것은 아무런 제한 없이 가능하다. 따라서, 보호 범위는 단지 다음의 특허청구범위에 의해 결정된다.

Claims (8)

1. 자석의 자기장의 세기를 측정하기 위한 복수 개의 센서들; 및
   상기 복수 개의 센서들에 대하여 상기 자석의 위치를 결정하는 계산 수단
   을 포함하고,
   상기 복수 개의 센서들은 2차원 어레이(two-dimensions array)로 배열되는 것인 자동차의 위치 결정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서들은,
   2차원에서 균등한 간격을 갖는 것인 자동차의 위치 결정 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   자석의 자기장에 대한 공간 모델에 상기 복수 개의 센서들에 의해 측정된 상기 자기장의 세기를 피트(fit)하는 피팅(fitting) 수단
   을 더 포함하는 자동차의 위치 결정 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수 개의 센서들이 배열된 평면에 수직인 자기장 컴포넌트에 대한 센서들의 민감도는,
   상기 평면에 평행인 자기장 컴포넌트에 대한 민감도보다 상당히 높은 것인 자동차의 위치 결정 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 위치 결정 시스템은,
   지면에서 자석들의 상호 배열(mutual arrangement) 및/또는 자석들의 그룹에서 상기 각 자석들의 극성에 의해 코드화된 정보를 디코드하기 위해 배열되는 것인 자동차의 위치 결정 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 자동차의 위치 결정 시스템을 포함하는 자동차.
7. 복수 개의 센서들로부터 상기 센서들에 의해 측정된 자기장의 세기를 획득하는 단계; 및
   상기 복수 개의 센서들에 대하여 감지된 자석의 위치를 결정하는 단계
   를 포함하고,
   상기 복수 개의 센서들은 2차원의 영역으로 배열되는 것인 자동차의 위치 결정 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 감지된 자석의 위치는,
   상기 획득된 자기장의 세기를 자석의 상기 자기장의 공간 모델에 피트하는 것에 의해 결정되는 것인 자동차의 위치 결정 방법.

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