KR0138212B1 - 잔향음 제거기능을 갖는 초음파 거리 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 거리측정장치에 있어서, 특히 초음파 발신신호의 종료이후에 발생하는 잔향음을 제거함으로써 최소탐지거리를 측정함을 특징으로하는 잔향음 제거 기능을 갖는 초음파 거리측정장치에 관한 것으로, 종래에는 운전석에서 볼 경우 사이드 백 미러로는 확인이 되지 않는 사각 지대가 있기 때문에 차선 변경등의 경우에 이러한 사각 지대를 보기 위해서는 운전자가 고개를 돌려 확인하여야 함으로써 전방의 위험 상황을 감지 못하여 사고가 발생할 수 있고, 또한 악천후시에는 사이드 백 미러가 잘 보이지 않는 문제점이 있어, 본 발명은 자동차의 후면에 초음파 발신 센서및 수신 센서를 부착하여 이 초음파 센서로 탐지한 거리를 운전자에게 알려주어 후방 사각 지대에 대한 보조 역할을 할 수 있도록 하고, 또한 잔향음 제거 회로부를 초음파 측정장치에 설치하여 초음파 발신시에 발생하는 잔향음을 제거함으로써 초음파 거리 측정장치에서 발생하는 최소 탐지 거리를 감소 시키도록 한다.

Description

잔향음 제거기능을 갖춘 초음파 거리 측정장치 및 방법

제 1도는 자동차 사이드 백미러의 사각지대 예시도.

제 2도는 본 발명의 구성도.

제 3도는 본 발명의 초음파 수신 회로부의 상세 구성도.

제 4도(A-C)는 본발명의 발신신호 타이밍도,

제 5도는 노이즈 발생 경로를 나타내는 설명도,

제 6도는(A)는 초음파 발진의 잔향음 파형도,

(B)는 수신단의 증폭 파형도,

(C)는 잔향음 제거장치의 출력 신호 파형도

제 7도는 본 발명의 제어부 동작 순서도,

제8도는 본 발명의 실시예시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제어부 20 : 초음파 발신 클럭부

30 : 초음파 제어 신호부 35 : 예지검출 및 트리거 회로부

40 : 초음파 구동부 50 : 초음파 발신 센서부

60 : 대상물체 70 : 초음파 수신부

80 : 잔향음 제거회로부 90 : 초음파 수신신호 처리부

100 : 거리 표시장치 91 : 제 1 증폭부

92 : 대역통과 필터부 93 : 제 2 증폭부

94 : 검파 회로부 95 : 비교 회로부

96 : 기준시간 동작 회로부 97 : 시간 비교부

98 : 신호조정 및 처리부

본 발명은 초음파를 이용한 거리측정장치에 있어서, 특히 초음파 발신신호의 종료이후에 발생하는 잔향음을 제거함으로써 최소탐지거리를 측정함을 특징으로 하는 잔향음 제거기능을 갖는 초음파 거리측정장치에 관한 것이다.

자동차에 있어서 사고는 운전자 및 탑승자의 생명과 직접적인 연관이 있으므로 자동차의 편리성 이면에 자동차 사고는 심각한 문제로 존재한다. 따라서 자동차 사고에 대비한 각종 안전장비들이 개발되고 있는데 이는 사고 발생시에 인명을 구하는데 목적을 두고 있기 때문에 사고 발생시 위험 정도는 감소할 수 있지만 사고를 예방할 수 있는 기능은 없었다.

종래의 자동차에는 차량의 측방 및 후방의 상황을 판단하기 위해 차량의 좌/우측에 사이드 백미러를 사용하였는데, 일반적으로 차량의 사이드 백 미러는 제 1도에 도시한 바와 같이, 운전석 에서 볼 경우 사이드 백미러로는 확인이 되지 않는 사각지대가 있기 때문에 차선 변경등의 경우에 이러한 사각지대를 보기 위해서는 운전자가 고개를 돌려 확인하여야 함으로써, 전방의 위험 상황을 감지 하지 못하여 사고가 발생할 수 있고, 또한 악천후시에는 사이드 백 미러가 잘 보이지 않는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 자동차의 측/후면에 초음파 발신 센서 및 수신 센서를 부착하여 이 초음파 센서로 탐지한 거리를 운전자에게 알려주어 측/후방 사각 지대에 대한 보조 역할을 할 수 있도로고 하고, 특히 초음파 발샌시에 발생하는 잔향음을 제거함으로써 초음파 거리측정장치에서 발생하는 최소탐지 거리를 감소 시킴을 특징으로한다.

즉, 초음파 잔향음을 감소 시키기 위해 초음파 발진 센서의 잔항음을 받아 이 잔향음과 위상이 반대로 이루어지는 신호를 출력시킬 수 있는 회로를 이용하여 이 신호를 초음파 발진센서에 재 인가하여 잔향음을 감소 시킬 수 있도록 구성하였다.

이하 첨부도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 2도는 본 발명의 전체 구성도로써, 전체 시스템을 콘트롤 하는 제어부(10)와, 초음파를 구동시키는 클럭을 발생하는 초음파 발신 클럭부(20)와, 초음파를 발신 또는 대기 상태로 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 초음파 제어신호부(30)와, 상기 초음파 발신 클럭부(20)에서 발생된 클럭을 초음파 제어신호에 따라 초음파 구동신호를 출력하는 초음파 구동부(40)와, 초음파 구동부(40)의 구동신호에 따라 초음파를 대상물체에 발신하는 초음파 발신센서(50)와, 대상물체(60)에 반사된 신호를 수신하는 초음파 수신센서(70)와, 초음파 수신센서(70)에서 잔향음을 입력받아 제어부(10)의 제어신호에 따라 위상을 반전하여 초음파 구동부(40)로 출력시켜 초음파 센서(50)를 구동시키는 잔향음제거회로부(80)와, 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신 센서부(70)로 부터 입력된 수신 신호를 처리하여 제어부에 인가하는 수신신호 처리부(90)와, 수신신호처리부(90)의 신호를 제어부(10)에서 신호처리하여 거리를 표시하는 거리 표시장치(100)로 구성한다.

또한 상기 초음파 수신 신호 처리부(90)는 제 4도에 도시한 바와 같이, 초음파 발신센서(50)에 의해 발신되어 대상물체(60)에 맞고 반사된 초음파들 수신하는 초음파 수신 센서부(70)로부터 입력된 수신 신호를 증폭하는 제 1 증폭부(91)와, 제 1 증폭부(91)에서 증폭된 신호의 노이즈를 제거하기 위한 대역통과 필터부(92)와, 이 대역 통과 필터부(92)에서 여파된 신호를 증폭 시키는 제 2 증폭부(93)와, 제 2 증폭부(93)에서 증폭된 신호를 검파하여 디지탈 신호로 만드는 검파 회로부(94)와, 이 검파 회로부(94)에서 검파된 신호를 초음파 제어 신호부(30)에서 출력된 제어신호롸 비교하여 출력하는 비교 회로부(95)와, 초음파 발신회로(10)에서 발생된 초음파 제어 신호에 의해 미리 정해진 시간 동안만 동작하도록 동작 시간을 결정하는 기준시간 동작 회로부(96)와, 상기 비교회로부(95)에서 비교 출력된 신호를 기중시간 동작 회로부(96)에서 정해진 시간과 비교하여 출력하는 시간 비교부(97), 및 이 시간 비교부(97)에서 비교 출력된 신호를 처리할 수 있도록 전압 및 신호를 조정하는 신호 조정/처리부(98)로 구성한다.

제 4도의 (A) ~ (C)는 본 발명의 발신 신호 타이밍도로, (A)는 초음파 발신 클럭, (B)는 초음파 제어신호, (C)는 초음파 발신 센서의 출력 신호를 나타내며

상기 타이밍도를 제3도, 제 4도 및 제 6도에 도시한 시스템과 함께 설명하면 다음과 같다.

초음파 발신클럭부(20)에서는 제4도의(A)와 같이 주기적인 발진 신호를 발생 시킨다. 이 발진 신호는 초음파의 특성에 맞는 일정 주파수로 발진 한다.

물체에 맞고 돌아오는 시간을 이용하여 물체와의 거리를 구하는 초음파 시스템에서는 이 발진 신호를 초음파 발신 센서에 그대로 인가할 수 없다. 그것은 제 5도에 도시한 바와 같이 초음파가 발신 센서에 발진될 때 물체에 맞고 돌아오는 신호 보다는 초음파 수신 센서 쪽으로 공기나 다른 매질을 통하여 전파되는 초음파 신호가 더 큰 경우가 많기 때문이다.

이러한 원인으로 일반적으로 일정시간 발진하고 일정시간 발진하지 않는 방법을 사용하는 경우가 많다. 따라서 발진 회로에서 나온 신호를 제어부가 제어하는 신호와 논리곱으로 처리하여 초음파 발신센서부(50)에서 제 5도의(C)와 같은 신호를 발생시킨다. 이 때 시간 t1동안에는 초음파 발신 센서(50)를 발진시키고, 시간 t2동안에는 초음파 발신 센서(50)를 발진 시키고, 시간 t2동안에는 물체에 맞고 돌아오는 신호를 기다린다.

여기에서, t1은 발신시간이고, t2는 발신한 신호가 수신 될 때까지 대기하는 시간으로, 이 시간에 의해 탐지 기능 거리를 결정하게 되며, 이 시간은 다음과 같은 계산식(식1)에 의해 결정된다.

(식 1)

이때, 공기중에서 음파의 이동 속도는 340m/sec이다.

이 경우에 있어서 초음파 수신 처리부(90)에서는 초음파 제어 신호부(30)에서 발생하는 제5도의 (B)와 동일한 신호를 이용하여 이를 에러 제거의 기본 신호로 만든다. 그러므로 발신시간 t1동안에는 수신단은 발신단에서 직접 전파되는 신호를 막기위해 초음파 수신신호 처리부(90)에서 수신된 신호를 에러 처리하고, 이 시간 동안에는 물체를 감지할 수 없으므로 이 시간을 거리로 환산한 것이 최소 탐지 거리이다.

또한 발신 파워는 발신 시간 t1동안의 면적이므로 이 t1 의 길이가 길수록 먼 거리의 물체를 감지할 수 있는 큰 파워를 낼 수 있다.

이러한 결과로 초음파 센서를 사용하는 시스템에서는 최소 탐지거리가 최대 탐지거리는 비례한다고 할 수 있다.

또한 본 발명은 제 6도의(A)와 같이 초음파 발진의 경우에 센서 자체의 특성상 잔향음이 생기게 되는 결과로 이 잔향음이 수신단으로 수신이 되어 이를 증폭할 경우에 제 6도의(B)와 같은 결과가 나타나는점을 방지하기위해 초음파 수신센서(70)에서 잔향음을 입력으로 받아 제어부(10)의 제어신호에 따라 제 6도(C)와 같이 위상을 반전하여 출력시켜 초음파 센서를 구동시키는 잔향음 제거회로부(80)를 설치함으로써 초음파 센서의 진동을 막도록 하였다.

잔향음 제거회로부(80)는 반전 증폭기로 구성될 수 있으며 초음파 수신센서(70)가 받은 잔향음을 입려으로 받아서 위상만 반전시켜 출력시켜 초름파 센서를 구도시키므로 초음파 센서의 진동을 막아준다.

이 회로는 제어부의 인에이블 신호가 있는 경우에만 작동하도록 한다.

상기 제 6도(C)에서 보면 잔향음 제거회로부가 초음파 센서에서 발생되는 잔향음을 받아서 이를 위상반전 시킨 결과이다. 따라서 초음파 센서의 진동의 반대 방향으로 진동이 가해짐으로 진동이 서로 감쇠된다.

제 7도는 제어부의 알고리즘이다.

초음파를 발진시키기 위해 초음파 온/오프 결정신호를 온으로 하면 일정 주파수의 구형파가 초음파에 인가되며, 일정시간 발진후 결정신호를 오프로하여 초음파 발진음을 중지하는 제 1단계(S1)와; 발진직후 생기는 잔향음을 제거하기 위해 초음파 센서의 잔향음을 위상 반전시켜 다시 초음파 센서에 인가하고, 기 설정된 시간이 지나 이 신호를 오프시키는 제 2 단계(S2)와, 물체가 있는 가를 검사하여 물체가 있으면 거리를 표시하고, 없으면 처음단계(S1)를 반복하는 제 3단계(S3)로 이루어져 순차 동작한다.

제 8도는 본 발명의 일실시예로써, 초음파를 구동 시키는 클럭을 발생하는 초음파 발신클럭부(20)에 온/오프 신호를 부가하는 초음파 제어 신호부(30)의 신호를 인가받아 온/오프 결정신호가 온에서 오프로 변환되는 폴링에지(falling edge)를 검출하여 일정시간동안 인에이블 신호를 잔향음 제거회로부(80)에 출력하는 에지검출 및 트리거회로부(35)를 상기 초음파 제어 신호부(30)와 잔향음 제거회로부(80)사이에 구성한다.

상기와 같이 구성된 에지검출및 트리거 회로부(35)는 위와 같이 잔향음 제거회로의 인에이블을 처리장치가 직접 제어하지 않고 에지검출및 트리거 회로를 부가하여 온/오프 결정신호가 온에서 오프로 변화되는 폴링에지를 검출하여 일정시간동안 인에이블 신호를 출력시키는 회로를 구성함으로써 처리장치가 더 수월해지는 장점이 있으며, 상기 에지검출및 트리거 회로부는 본 발명의 회로구성중 초음파 제어신호부와 잔향음 제거회로부 사이에 구성되는 것으로 그 이외의 동작은 본 발명과 같으므로 설명을 생략한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 차량 주행시에 사이드 백 미러의 사각지대에 물체가 있는지의 여부를 감시하고 주차시의 후방사각지역에 물체가 있는지를 감시함으로써, 위험상황을 예방하고, 또한 잔향음을 줄이기 위해 잔향음과 반대의 신호를 초음파 센서에 인가하므로 초음파 거리 탐지기의 초소 탐지 거리를 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 자동차 충돌방지장치에 있어서, 전체 시스템을 콘트롤하는 제어부(10)와, 초음파는 구동시키는 클럭을 발생하는 초음파 발신 클럭부(20)와, 초음파를 발신 또는 대기 상태로 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 초음파 제어 신호부(30)와, 상기 초음파 발신 클럭부(20)에서 발생된 클럭을 초음파 제어 신호에 따라 초음파 발신 클럭부(20)에서 발생된 클럭을 초음파 제어신호에 따라 초음파 구동신호를 출력하는 초음파 구동부(40)와, 초음파 구동부(40)의 구동신호에 따라 초음파를 대상물체에 발신하는 초음파 발신센서(50)와, 대상물체(60)에 반사된 신호를 수신하는 초음파 수신센서(70)와, 초음파 수신센서(70)에서 잔향음을 입력받아 제어부(10)의 제어신호에 따라 위상을 반전하여 초음파 구동부(40)로 출력시켜 초음파 센서(50)를 구동시키는 잔향음 제거회로부(80)와, 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신 센서부(70)로부터 입력된 수신 신호를 처리하여 제어부에 인가하는 수신신호 처리부(90)와, 수신신호 처리부(90)의 신호를 제어부(10)에서 신호처리하여 거리를 표시하는 거리표시장치(100)로 구성함을 특징으로하는 잔향음 제거 기능을 갖는 초음파 거리측정장치.
2. 초음파를 발진시키기 위해 초음파 온/오프 결정신호를 온으로 하면 일정 주파수의 구형파가 초음파에 인가되며, 일정시간 발진후 결정신호를 오프로하여 초음파 발진음을 중지하는 제 1 단계(S1)와; 발진직후 생기는 잔향음을 제거하기 위해 초음파 센서의 잔향음을 위상반전시켜 다시 초음파 센서에 인가하고, 기 설정된 시간이 지나 이 신호를 오프 시키는 제 2 단계(S2)와; 물체가 있는 가를 검사하여 물체가 있으면 거리를 표시하고, 없으면 처음단계(S1)를 반복하는 제 3단계(S3)로 순차 동작함을 특징으로 하는 잔향음 제거 기능을 갖는 초음파 거리 측정 방법.
3. 상기 초음파 제어 신호부(30)와 잔향음 제거회로부(80)사이에, 초음파를 구동시키는 클럭을 발생하는 초음파 발신 클럭부(20)로 온/오프 신호를 부가하는 초음파 제어신호부(30)의 신호를 인가받아, 온/오프 결정신호가 온에서 오프로 변환되는 폴링에지를 검출하여 일정시간동안 인에이블 신호를 잔향음 제거회로부(80)에 출력하는 에지 검출 및 트리거회로부(35)를 구성함을 특징으로 하는 잔향음 제거기능을 갖는 초음파 거리측정장치.