KR0184814B1 - 전자방위센서의 위치오차보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자방위센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 진행방위를 감지하기 위하여 전자방위센서를 차량에 장착하는 경우의 착자자계에 의한 위치감지오차를 보정할 수 있도록 된 전자방위센서의 위치오차보정방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 이동하는 물체에 장착되어 지자기에 의한 X,Y코일의 출력변화에 따라 이동체의진행방향을 검출하는 전자방위센서에 있어서, 이동체의 길이방향을 정북방향에 일치시킨 상태에서 한 바퀴 회전시켜 기설정된 다수개의 측정점(n)에서의 지자기 감지에 의한 상기 전자방위센서의 X,Y코일의 출력을 입력받아 Xn,Yn으로 저장하는 단계, 상기 각 측정점에서 감지된 전자방위센서의 출력값 Xn,Yn의 최대값 및 최소값을 각각 산출하고, 각 출력값의 최대값 및 최소값에 의해 중심좌표값 Cx,Cy를 산출하는 단계, 상기 각 측정점에서의 출력값 Xn,Yn 및 중심좌표값에 의거하여 dXn,dYn을 산출하고, 산출된 두 값의 비(dYn/dXn)를 연산하는 단계, 상기 연산결과에 의거하여 센서주변의 착자자계에 의한 이동체의 진행방향 측정의 오차를 보정하기 위한 보정값(β)을 산출하는 단계를 구비한다.

Description

전자방위센서의 위치오차보정방법

본 발명은 전자방위센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 진행방위를 감지하기 위하여 전자방위센서를 차량에 장착하는 경우의 착자자계에 의한 위치감지오차를 보정할 수 있도록 된 전자방위센서의 위치오차보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 항공기, 선박등에서 이용되는 전파항법시스템은 2 군데 이상의 전파 발신원으로부터 전파를 수신하여 전파의 도달 시간차, 위상차등에 의해 전파 발신원으로부터의 거리를 구하는 것에 의해 현재 위치를 파악하는 것으로 이로인해 넓은 하늘과 바다를 안전하게 항해할 수 있었다. 따라서 같은 이동체인 자동차도 현재 지도상의 어디를 주행하고 있는지를 판단할 수 있도록 최근들어 자동차용 내비게이션 시스템이 급속도로 개발 되어 보급되고 있는 상태이다.

상기한 자동차용 내비게이션 시스템(Car Navigation System:CNS)은 자동차의 앞좌석 차체 중앙에 설치된 CRT화면상에 CD-ROM 데이터베이스에 저장된 도로 지도 데이터를 읽어내어 화면화하여 자동차의 진행에 따라 지도상을 이동해 가는 것으로 현재 자동차의 진행 방위를 파악하는 것이 가장 중요한 쟁점이다.

따라서 자동차용 내비게이션 시스템(CNS)에서는 진행 방위를 검출하기 위하여 각종 센서를 차량에 장착하여 사용하며, 그중의 하나가 지자기 센서로 이는 도 1에 도시한 바와 같이 링 모양의 퍼멀로이 자성체인 코어(1)와 상기 코어(1)의 외주연을 따라 권취된 여자 코일(2)과 검출 코일인 X코일(3),Y코일(4)이 코어(1)의 직경 방향으로 서로 직교하여 권취된 구성을 갖는다.

상기한 구성에 의한 지자기 센서의 동작원리를 설명하면 도 2(A)에 도시된 바와 같이, 여자코일(2)에 교류 전류를 흐르게 하여 여자시켰을 때 코어(1) 내부에는 화살표 방향과 같은 자력선이 발생되며, 코어(1)는 링 모양이므로 자극은 불가능하다. 또한, X코일(3)의 ①,②, Y코일(4)의 ③,④에서는 자속의 변화에 따라 기전력이 발생되므로 ①과②,③과④에서는 각각 자력선이 반대 방향이므로 X코일(3) 및 Y코일(4)의 출력은 없게 된다. 또한, Y코일(4)과 평행한 방향으로 외부로부터 자계가 주어지면 X코일(3)에는 최대 전압이 발생되며, 도 2(B)와 같이 45°방향에서 일점화살표와 같이 외부자계가 발생하면 X코일(3)과 Y코일(4)에는 각각 1/2 피크 전압이 발생된다.

이상에서 X코일(3)을 차체의 앞뒤 방향에 맞춰 루프중앙에 설치해 두고 X코일(3), Y코일(4)의 출력 전압의 크기를 측정함으로써 지자기의 차체에 대한 방향을 검출할 수 있으며, 지자기의 방향을 검출함에 따라 자동차의 진행방향을 알 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 전자방위센서 일예로 지자기센서는 차체의 철판 자체가 가지고 있는 잔류 자기와 자동차 전기 부품으로부터 자기의 영향을 받기 어려운 루프 중앙 등에 설치되지만, 지자기에 의한 자장은 매우 약하고, 반드시 균일하지 않으므로 오차가 생기기 쉬운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 전자방위센서가 장착된 주변의 착자된 자계의 영향을 배제하고 순수 지자장을 감지할 수 있도록 된 전자방위센서의 위치오차보정방법을 제공하고자 하는 것이다.

제1도는 일반적인 지자기센서의 구성을 보인 사시도,

제2도 (a)및(b)는 제1도에 도시된 지자기센서의 동작을 설명하기 위한 도,

제3도는 도 1에 도시된 지자기센서의 각 출력을 보인 그래프,

제4도는 지자기센서의 착자자계에 의한 위치오차를 설명하기 위한 도,

제5도는 본 발명에 따른 전자방위센서의 위치오차보정방법을 설명하기 위한 플로우차트,

제6도는 본 발명에 따른 전자방위센서의 위치오차보정방법을 설명하기 위한 도,

제7도 (a)및(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 보정각 산출방법을 설명하기 위한 표 및 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코어 2 : 여자코일

3 : X코일 4 : Y코일

이러한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 전자방위센서의 위치오차보정방법은 이동하는 물체에 장착되어 지자기에 의한 X,Y코일의 출력변화에 따라 이동체의진행방향을 검출하는 전자방위센서에 있어서, 이동체의 길이방향을 정북방향에 일치시킨 상태에서 한 바퀴 회전시켜 기설정된 다수개의 측정점(n)에서의 지자기 감지에 의한 상기 전자방위센서의 X,Y코일의 출력을 입력받아 Xn,Yn으로 저장하는 단계, 상기 각 측정점에서 감지된 전자방위센서의 출력값 Xn,Yn의 최대값 및 최소값을 각각 산출하고, 각 출력값의 최대값 및 최소값에 의해 중심좌표값 Cx,Cy를 산출하는 단계, 상기 각 측정점에서의 출력값 Xn,Yn 및 중심좌표값에 의거하여 dXn,dYn을 산출하고, 산출된 두 값의 비(dYn/dXn)를 연산하는 단계, 상기 연산결과에 의거하여 센서주변의 착자자계에 의한 이동체의 진행방향 측정의 오차를 보정하기 위한 보정값(β)을 산출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 구성 및 작용효과를 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 일반적으로 전자방위센서는 링 모양의 퍼멀로이 자성체인 코어(1)와 상기 코어(1)의 외주연을 따라 권취된 여자 코일(2)과 검출 코일인 X코일(3),Y코일(4)이 코어(1)의 직경 방향으로 서로 직교하여 권취된 구성을 갖는다.

이러한 구성의 전자방위센서는 차량에 장착한 상태에서 자북기준으로 360도 회전시키게 되면 도 3에 도시한 바와 같이, Y출력은 sine함수의 파형으로 나타나고 X출력은 Y출력과 90°의 위상차를 갖는 cosine함수로 나타나게 된다. 따라서, 이 X,Y성분을 각각 제곱하여 합산하면 원의 함수가 성립되게 된다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 외부의 자계에 영향을 받지 않고 순수한 지자기만이 감지되는 이상적인 X,Y출력인 경우에는 반지름이 R인 원이 되게 된다. 하지만, 실제로는 센서주변의 착자자계의 영향으로 장반경과 단반경을 가지는 타원으로 되며, 또한 원의 중심점이 이동되게 된다. 따라서, 원의 중심점의 이동량만큼의 오차를 보정하기 위한 보정방법이 필요하다.

이러한 위치오차를 보정하기 위하여 본 발명에 따른 전자방위센서의 위치오차보정방법은 도 5에 도시한 플로우차트에 도시된 바와 같이, 먼저 단계(S10)에서는 전자방위센서가 장착된 차량의 방향이 정북방향과 일치하도록 위치시킨 상태에서 단계(S12)는 차량을 360° 회전시킴과 동시에 전자방위센서를 동작시키게 된다. 따라서, 단계(S14)에서는 차량이 회전됨과 동시에 전자방위센서에서 감지되는 X,Y출력값이 변하게 되는 데 이때 차량이 45°씩 회전될 때마다 즉, 0°,45°,90°,135°,180°,...,270°,315°로 회전될 때마다 각 측정점에서의 전자방위센서의 X,Y출력값을 저장하게 된다.

단계(S16)에서는 차량이 360도 회전되어 8개의 각 측정점에서의 X,Y출력이 검출되었으면, 단계(S18)로 진행하여 각 측정점에서 측정된 X,Y출력값을 비교하여 최대값과 최소값을 산출하게 된다. 단계(S20)에서는 이렇게 산출된 X,Y출력의 최대값 및 최소값에 의거하여 중심좌표값을 산출하게 되며, 이는 Cx=(Xmax+Xmin)/2, Cy=(Ymax+Ymin)/2에 의하여 산출되어진다(도 6참조).

또한, 단계(S22)에서는 차량을 360° 회전시킴에 따라 8개의 각 측정점에서 감지된 각각의 X,Y출력값에 대하여 dX,dy 및 mm_n을 산출하게 된다. 즉, 0°에서의 dx₀=Xo-Cx, dy₀=Yo-Cy, mm₀=dy₀/dx₀에 의해 산출하며, 다른 7개의 측정점에서도 동일한 방법에 의하여 dx,dy 및 mm_n을 산출한다.

이렇게 산출된 mm_n값에 의거하여 각 8방향(0,45,90,135,180,225,270,315도)에 대한 비를 산출하여 중심점에 대한 각 측정점의 각도에 대한 궤적을 그리면, 도 7(b)에 도시한 바와 같이 tan곡선으로 나타나게 되는 데, 이는 일예로 각 측정점에서의 mm_n값을 도 7(a)로 가정한 경우에 구해지는 그래프이다.

이때 단계(S24)에서는 구해진 mm값의 부호가 (+)에서 (-)로 바뀌고 그 변화량 △τ 0일때 그 mm값에 대한 각도(θ)(이때, θ = tan^-1(mm))를 구하고, mm값의 부호가 바뀐 시점에서의 측정점에 의거하여 보정각(β)을 산출하게 된다. 즉 보정각 β = tan^-1(mm)_DEG- Ψ의 식에 의해 산출되어진다. 이때 Ψ는 mm값의 부호가 바뀐 측정점에서의 방위각을 나타내는 것으로, Ψ = 측정점(n)*45로 구해진다. 즉, 도 6에 도시한 일실시예에서는 mm값의 부호가 (+)에서 (-)로 바뀐 측정점이 각도 180°인 측정점이므로 이때의 보정각 β = tan^-1(mm)_DEG- Ψ = tan^-1(-2.412)_DEG- 180 = -67.48-180 = -247.5 °가 된다.

이렇게 보정각(β)이 구해지면, 차량이 실제도로를 주행중인 상황에서 전자방위센서에 의해 감지된 X,Y출력값(X',Y')에 대한 dX'=X'-Cx,dY'=Y'-Cy를 구하여 자차의 진행방향(θ')을 구한 뒤 보정각(β)만큼의 위치오차를 보정하게 된다. 즉, 전자방위센서에 의해 감지된 자차의 진행방향(θ')은 tan^-1(dX'/dY')에 의해 산출되고, 여기에 본 발명에 따른 위치오차보정방법에 의해 산출된 보정각(β)과 주행중에 감지된 상기 자차의 진행방향을 소정의 위치보정연산을 하여 위치오차가 보정된 자차의 진행방향을 산출하게 되며, 이때의 위치보정연산은 θ = tan^-1(dX'/dY') - β로 수행되며, 이에 의해 정확한 자차의 진행방향(θ)을 판단가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자방위센서의 위치오차보정방법에 의하여 전자방위센서에 의해 감지된 자차의 진행방향에 있어서 센서가 장착된 주변의 착자된 자계의 영향에 의한 위치오차분을 산출하여 이를 보정함으로써 순수한 지자기만에 의한 자차의 정확한 진행방향의 판단이 가능한 효과를 제공하게 된다.

Claims (6)

1. 이동하는 물체에 장착되어 지자기에 의한 X,Y코일의 출력변화에 따라 이동체의진행방향을 검출하는 전자방위센서에 있어서,

   이동체의 길이방향을 정북방향에 일치시킨 상태에서 한 바퀴 회전시켜 기설정된 다수개의 측정점(n)에서의 지자기 감지에 의한 상기 전자방위센서의 X,Y코일의 출력을 입력받아 Xn,Yn으로 저장하는 단계,

   상기 각 측정점에서 감지된 전자방위센서의 출력값 Xn,Yn의 최대값 및 최소값을 각각 산출하고, 각 출력값의 최대값 및 최소값에 의해 중심좌표값 Cx,Cy를 산출하는 단계,

   상기 각 측정점에서의 출력값 Xn,Yn 및 중심좌표값에 의거하여 dXn,dYn을 산출하고, 산출된 두 값의 비(dYn/dXn)를 연산하는 단계,

   상기 연산결과에 의거하여 센서주변의 착자자계에 의한 이동체의 진행방향 측정의 오차를 보정하기 위한 보정값(β)을 산출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심좌표값 Cx,Cy는 각각 Cx = (Xmax+Xmin)/2, Cy=(Ymax+Ymin)/2에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 dXn 및 dYn은 각각 dXn=Xn-Cx,dYn=Yn-Cy에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 보정값 산출단계는 dYn/dXn의 값이 양에서 음으로 바뀔때의 측정점과 그 측정점에서의 이동체의 진행방향을 산출하고, 산출된 진행방향에서 상기 측정점이 나타내는 방향(Ψ)을 감산함으로써 위치오차의 보정값(β)을 구하도록 된 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 이동체의 진행방향은 tan^-1(dYn/dXn)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 기설정된 다수개의 측정방향은 8개의 방위를 나타내는 것을 특징으로 하는 전자방위센서의 위치오차보정방법.