글로벌 내비게이션 위성 시스템은 차량 위치 추적에 혁명을 일으켜 하늘이 잘 보이는 지구상 어디에서나 정확한 위치를 파악할 수 있게 해줍니다. 하지만 위치 데이터가 가장 중요한 도시 협곡, 터널, 지하도, 다층 주차장, 실내 테스트 시설 등에서는 GNSS에 의존하는 시스템이 정확하게 작동하지 않습니다. 자율주행 차량 개발, 첨단 운전자 지원 시스템 검증, 차량 동역학 테스트는 모두 위성 가시성과 관계없이 지속적인 위치 데이터를 필요로 합니다. 추측 항법 기술은 GNSS가 중단되는 동안에도 위치 추정치를 유지하여 중요한 애플리케이션에 중단 없는 데이터를 보장함으로써 이러한 근본적인 한계를 해결합니다.
데드 레코닝 기본 사항 이해
추측 항법은 인류의 가장 오래된 항법 기술 중 하나로, 이전에 알려진 위치, 이동 방향, 속도 및 경과 시간을 기반으로 현재 위치를 계산합니다. 해상 항해사들은 전자 위치추적 시스템이 등장하기 전 수세기 동안 추측 항법을 사용하여 천체 항법 고정점 사이에서 선박의 움직임을 수동으로 추적했습니다.
최신 자동차 추측 항법은 정교한 센서와 계산 알고리즘으로 강화된 동일한 기본 원리를 사용합니다. 가속도계와 자이로스코프가 포함된 관성 측정 장치는 차량의 움직임을 3차원으로 측정하여 알려진 시작점으로부터 위치 변화를 계산할 수 있습니다. 이러한 시스템을 위성 가시성 중에 GNSS 위치 추적과 결합하면 신호 가용성에 관계없이 원활한 위치 추적이 가능합니다.
테더링 방식과 비테더링 방식의 중요한 차이점은 센서 통합 요구사항에 있습니다. 테더링 시스템은 휠 속도 센서, 스티어링 각도 측정 또는 차량 CAN 데이터의 외부 입력이 필요하므로 통합이 복잡하고 다양한 차량 유형에 적용하는 데 한계가 있습니다. 언테더링 시스템은 내부 관성 센서만을 사용하여 완전히 독립적으로 작동하므로 통합 장벽을 제거하면서 범용 호환성을 제공합니다.
어반 캐년 챌린지
현대 도시는 지구상에서 가장 까다로운 GNSS 환경을 조성합니다. 고층 건물로 인해 거리 협곡이 형성되어 위성 가시거리가 바로 머리 위 좁은 하늘로 제한됩니다. 다중 경로 전파는 GNSS 신호가 건물 외벽에 반사되면서 발생하며, 이론적으로 위성이 계속 보이는 경우에도 위치 정확도가 저하되는 잘못된 거리 측정값을 생성합니다.
도심 운행은 자율주행 기술의 주요 배포 시나리오이므로 자율주행 차량 테스트는 이러한 까다로운 환경에서 이루어져야 합니다. 그러나 자율주행 시스템 성능을 검증하려면 GNSS 신뢰도가 가장 낮은 시점에 정확한 실측 위치 데이터가 필요합니다. 이러한 역설 때문에 지금까지는 테스트를 교외 지역으로 제한하거나 값비싼 기준 시스템을 배포하거나 위치 데이터의 차이를 수용하는 등의 타협을 강요해 왔습니다.
추측 항법은 GNSS가 끊기는 동안에도 위치 정확도를 유지하여 이러한 문제를 해결합니다. 차량이 건물 사이를 이동하거나 지하 주차장에 진입하거나 가려진 지역을 주행할 때 관성 위치추적은 위성 가시성이 회복될 때까지 위치 추정치를 원활하게 계속 제공합니다. GNSS 신호가 복구되면 시스템이 자동으로 재보정되어 수동 개입 없이도 장기간 정확도를 유지합니다.
터널 테스트 애플리케이션
시험장, 공공 도로 및 도시 인프라에는 모두 GNSS 신호가 완전히 차단되는 터널 구간이 포함됩니다. 전기 자동차 테스트는 제어된 열 환경을 제공하는 기후 챔버에서 점점 더 많이 이루어지고 있으며, 이는 GNSS가 완전히 차단된 또 다른 테스트 환경을 조성합니다. 배터리 테스트 시설, 실내 동역학 플랫폼, 풍동은 모두 위성 접속 없이 위치 및 속도를 측정해야 합니다.
레이저 추적 시스템, 로컬 위치 추적 비콘 또는 데이터 갭 수용 등의 기존 솔루션에는 각각 한계가 있습니다. 레이저 추적은 고가의 인프라와 차량에 대한 가시선이 필요합니다. 로컬 비콘은 각 테스트 시설에 설치 및 보정이 필요합니다. 데이터 격차는 분석 품질을 저하시키고 완전한 데이터 세트를 캡처하기 위해 여러 번의 테스트 실행이 필요합니다.
메티스 엔지니어링의 RD UDR GPS CAN 센서는 언테더링 추측 항법 기술을 사용하여 GNSS가 사용되지 않는 환경에서도 지속적인 위치 추적을 제공합니다. 이 센서는 터널, 실내 시설 및 개방된 하늘 조건에서 동일하게 작동하므로 시설별 인프라나 추가 위치추적 시스템이 필요하지 않습니다.
자율 주행 차량 검증 요구 사항
자율주행 시스템은 GNSS 신뢰성이 저하되는 환경을 포함한 모든 환경에서 안전한 작동을 입증해야 합니다. 검증을 위해서는 의도된 차량 궤적과 실제 위치를 높은 시간 해상도로 비교하여 측위 실패 또는 제어 시스템 문제를 나타낼 수 있는 불일치를 식별해야 합니다.
실측 위치 데이터는 자율주행 시스템의 자체 측위 솔루션과 무관하게 정확성을 유지해야 합니다. 검증이 자율주행 시스템이 사용하는 것과 동일한 GNSS 신호에 의존하는 경우, 차량 운행에 영향을 미치는 장애가 발생하면 검증 데이터도 마찬가지로 손상됩니다. 이러한 순환 구조는 GNSS가 중단되는 동안 의미 있는 안전 평가를 방해합니다.
추측 항법은 자율주행 차량 측위가 어려움을 겪을 때에도 계속 작동하는 독립적인 기준점 측위를 제공합니다. 이러한 독립성을 통해 시스템이 GNSS 성능 저하를 얼마나 원활하게 처리하는지, 백업 측위 모드가 적절하게 활성화되는지, 까다로운 조건에서도 안전한 작동이 계속되는지 검증할 수 있습니다.
UDR GPS CAN 센서의 20Hz 업데이트 속도는 관리 가능한 데이터 양을 유지하면서 자율주행 차량 검증을 위한 충분한 시간 해상도를 제공합니다. 50밀리초마다 위치를 업데이트하여 정상적인 주행 중 차량의 역학을 포착하는 동시에 중요한 이벤트 발생 시 시스템 동작을 자세히 분석할 수 있습니다.
랠리 및 모터스포츠 원격 측정
랠리 스포츠는 차량이 숲 속, 절벽 사이, 깊게 파인 계곡 등 위성 가시거리가 수시로 변동하는 환경에서 고속으로 주행하기 때문에 극한의 위치 추적 문제가 발생합니다. 기존의 GNSS 전용 시스템은 신호 손실이 빈번하게 발생하여 차량이 성능 한계에 도달하고 데이터가 가장 중요한 순간에 원격 측정 데이터에 공백이 생깁니다.
추측 항법 기술은 위성 가시성과 관계없이 랠리 스테이지 전체에서 지속적인 위치 추적을 가능하게 합니다. 팀은 성능 분석, 운전자 코칭 및 차량 설정 최적화를 지원하는 완전한 차량 궤적 데이터를 확보할 수 있습니다. 또한 이 기술은 사고 대응이나 차량 복구가 필요한 경우 정확한 위치를 파악할 수 있도록 안전상의 이점도 제공합니다.
서킷 레이싱은 주기적으로 GNSS 신호를 차단하는 피트 건물, 관중석, 트랙사이드 구조물 등 다양한 문제를 안고 있습니다. 전체 신호 손실은 짧을 수 있지만, 특정 서킷 위치에서 랩마다 신호가 중단되기 때문에 해당 지점에서의 차량 동작에 대한 상세한 분석이 불가능합니다. 추측 항법은 이러한 사각지대를 제거하여 전체 서킷 레이아웃에 대한 완전한 위치 데이터를 제공합니다.
UDR GPS CAN 센서는 견고한 구조로 모터스포츠 애플리케이션에서 흔히 발생하는 극한의 진동, 중력 및 환경 조건을 견뎌냅니다. 컴팩트한 크기와 최소한의 무게로 설치 시 차량 동역학에 영향을 미치거나 섀시 수정이 필요하지 않습니다.
고급 차량 동역학 분석
핸들링 개발, 안정성 제어 검증, 승차감 평가를 수행하는 차량 동역학 엔지니어는 동적 기동 시 정확한 위치 및 속도 데이터가 필요합니다. 차선 변경, 스텝 스티어 입력, 장애물 회피 등의 테스트 절차에는 위치 정확도가 중요한 빠른 차량 이동이 포함됩니다.
업데이트 속도가 빠른 위치 데이터와 스티어링 각도, 요율, 횡가속도를 포함한 차량 센서 정보를 결합하면 정교한 분석 기법을 사용할 수 있습니다. 엔지니어는 전자식 안정성 제어 활성화 임계값을 검증하고, 경로 추종 정확도를 평가하고, 운전자 입력과 차량 반응의 상관관계를 파악할 수 있습니다.
측면 슬립 각도 측정은 차량 동역학에 대한 귀중한 통찰력을 제공하지만 차량의 방향과 진행 방향을 구분할 수 있는 충분한 품질의 위치 데이터가 필요합니다. 추측 항법 기술로 구현되는 연속 위치 측정은 과거에 특정 테스트 위치나 인공 조건으로 측면 슬립 분석을 제한했던 GNSS 드롭아웃 문제를 제거합니다.
메티스 엔지니어링은 UDR 센서를 사용한 랠리카 측면 슬립 측정을 시연하는 상세한 사례 연구를 통해 GNSS 신뢰성이 특히 문제가 되는 거친 노면에서의 공격적인 주행 중 연속 위치 측정을 통해 가능한 분석 가능성을 보여줍니다.
통합의 단순성 및 범용 호환성
언테더링 방식은 그동안 추측 항법 채택을 제한했던 통합의 복잡성을 제거합니다. 휠 속도 입력, 스티어링 각도 측정 또는 차량 CAN 연결이 필요한 이전 세대 시스템에서는 애플리케이션별 엔지니어링, 캘리브레이션 요구 사항 및 다양한 차량 플랫폼에서 잠재적인 호환성 문제가 발생했습니다.
UDR GPS CAN 센서는 승용차, 상용차, 오토바이, 오프로드 장비 및 위치 및 속도 측정이 필요한 기타 모든 어플리케이션에서 동일하게 작동합니다. 이러한 범용성 덕분에 차량별 변형이 필요 없고, 테스트 시설의 재고 복잡성이 줄어들며, 다양한 테스트 차량에 신속하게 배포할 수 있습니다.
전원 연결과 CAN 버스 인터페이스만 있으면 설치가 완료되며, 센서가 시동과 동시에 위치 전송을 시작합니다. 초기화 절차, 보정 루틴 또는 기준 위치 입력이 필요하지 않으므로 테더링 시스템에 비해 배포 시간이 획기적으로 단축됩니다.
테스트 시스템 통합을 위한 CAN 버스 통신
최신 차량 테스트는 차량 전체에 분산된 수십 또는 수백 개의 센서에서 정보를 수집하는 데이터 수집 시스템을 사용합니다. CAN 통신은 자동차 센서 네트워크의 주요 프로토콜로, 열악한 테스트 환경에 적합한 견고하고 잡음에 영향을 받지 않는 데이터 전송을 제공합니다.
UDR GPS CAN 센서는 모든 CAN 기반 데이터 수집 시스템과 호환되는 구성 가능한 CAN 인터페이스를 통해 완전한 위치, 속도 및 시간 데이터를 전송합니다. 엔지니어는 위도, 경도, 고도, 지상 경로 및 속도를 표준 CAN 메시지 형식으로 수신하므로 특수 GPS 수신기나 직렬-CAN 변환 하드웨어가 필요하지 않습니다.
구성 가능한 접근 방식을 통해 충돌이나 메시지 충돌을 해결하지 않고도 기존 차량 CAN 네트워크에 센서를 설치할 수 있습니다. 시스템 통합자는 특정 테스트 시스템 요구 사항에 맞게 CAN 비트 전송률과 메시지 식별자를 조정하여 다양한 플랫폼과 데이터 수집 아키텍처 간의 호환성을 보장할 수 있습니다.
성능 비교: 표준 GPS와 데드 레코닝 GPS
RD 50Hz GPS CAN 센서는 GNSS 신호를 계속 사용할 수 있을 때 높은 업데이트 속도 측위를 제공하며, 최대 시간 분해능이 필요한 애플리케이션을 위해 50Hz 기능을 제공합니다. 이 센서는 주로 GNSS 신뢰성은 높지만 업데이트 속도 요구가 기존 GPS 기능을 초과하는 개방형 하늘 조건에서 작동하는 애플리케이션에 적합합니다.
UDR 방식은 신호 손실 시에도 위치를 유지하는 추측 항법 기능 대신 20Hz에서 작동하는 최대 업데이트 속도를 희생합니다. 이 절충안은 도심 테스트, 터널 운영, 간헐적으로 GNSS를 사용할 수 있는 환경 등 최대 업데이트 속도보다 지속적인 커버리지가 더 중요한 애플리케이션에 적합합니다.
이러한 옵션 중에서 선택하려면 애플리케이션 우선순위를 이해해야 합니다. 개방형 환경에서의 서킷 테스트는 최대 업데이트 속도를 우선시할 수 있습니다. 도심 자율주행 차량 검증에는 위성 가시성에 관계없이 지속적인 커버리지가 필요합니다. 많은 조직에서 지상 테스트에는 50Hz 센서를, 까다로운 환경의 공공 도로 검증에는 UDR 센서를 사용하여 두 가지 변형을 모두 배포합니다.
GNSS 정전 시 기술 성능
추측 항법 정확도는 시간이 지남에 따라 작은 관성 측정 오차가 누적되기 때문에 GNSS가 장기간 중단되면 본질적으로 저하됩니다. 그러나 일반적인 차량용 GNSS 중단은 몇 시간이 아니라 몇 초에서 몇 분 동안 지속되므로 대부분의 애플리케이션에서 허용 가능한 수준으로 오차 누적이 제한됩니다.
신호 손실 중 성능은 차량 동역학, 정전 시간 및 이동 복잡성에 따라 달라집니다. 일정한 속도에서의 직선 운동은 오차 누적을 최소화하는 가장 쉬운 시나리오입니다. 급격한 코너링, 가속 및 감속은 관성 측정 오류가 더 큰 영향을 미치는 더 까다로운 조건을 만듭니다.
GNSS 신호가 복원되면 시스템은 관성 및 위성 위치 데이터를 최적으로 혼합하는 칼만 필터링 기술을 통해 누적된 오류를 자동으로 보정합니다. 이 자동 재보정은 수동 개입이나 후처리 보정 없이도 장기간 정확도를 유지합니다.
전력 관리 및 운영 효율성
지속적인 관성 처리를 위해서는 전력이 필요하므로 배터리로 구동되는 애플리케이션이나 전력 소비를 최소화하는 것이 중요한 시스템에서는 잠재적인 문제가 발생할 수 있습니다. 하지만 최신 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 관성 센서는 밀리 와트만 소비하므로 다른 차량 시스템에 비해 전력 영향이 미미합니다.
UDR GPS CAN 센서는 12V 승용차부터 24V 상용차, 고전압 전기 자동차 보조 시스템에 이르기까지 다양한 차량 전기 아키텍처를 수용할 수 있는 넓은 입력 전압 범위에서 작동합니다. 이러한 유연성 덕분에 외부 전력 변환이나 차량별 변형이 필요하지 않습니다.
문서화 및 통합 지원
사양서, 사용자 설명서, CAN DBC 파일 및 통합 가이드를 포함한 포괄적인 기술 문서는 다양한 애플리케이션에 걸쳐 신속한 배포를 지원합니다. Metis Engineering은 통합 프로세스 전반에 걸쳐 기술 지원을 제공하여 성공적인 설치와 최적의 성능을 보장합니다.
CAN 통신과 자동차 등급 커넥터를 사용하는 표준화된 접근 방식을 통해 숙련된 차량 테스트 엔지니어는 특별한 교육이나 지원 없이도 설치를 완료할 수 있습니다. 그러나 복잡한 설치 또는 고유한 요구 사항에 대해서는 애플리케이션별 지침을 계속 사용할 수 있습니다.
차량 위치추적의 미래
자율주행 차량이 확산되고 첨단 운전자 지원 시스템이 표준 장비로 자리 잡으면서 모든 환경에서 안정적으로 작동하는 강력한 위치 측위 기술에 대한 요구가 더욱 커질 것입니다. GNSS 전용 솔루션으로는 이러한 요구 사항을 충족할 수 없으므로 추측 항법 기능은 안전이 중요한 자동차 애플리케이션에 필수적입니다.
UDR GPS CAN 센서는 자동차 연구 및 개발을 위해 특별히 설계된 패키지로 입증된 언테더링 추측 항법 기술을 제공합니다. 자율주행 차량 검증부터 모터스포츠 원격 측정 및 차량 동역학 테스트에 이르기까지 위성 가시성과 관계없이 지속적인 위치 확인이 가능하므로 GNSS 전용 시스템으로는 지원할 수 없는 애플리케이션이 가능합니다.
자세한 사양, 기술 문서 또는 포지셔닝 요구 사항에 대해 논의하려면 Metis Engineering에 직접 문의하세요. 추측 항법 기술에 투자하면 GNSS 전용 위치추적 시스템의 한계를 극복할 수 있습니다.
