KR101618009B1 - 차량의 웨어러블 스마트키 시스템 - Google Patents

차량의 웨어러블 스마트키 시스템 Download PDF

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양권
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덴소코리아일렉트로닉스 주식회사
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Abstract

본 발명은 사용자의 손목에 착용할 수 있는 손목시계형 웨어러블 타입이고, 차량에 근접하면 상기 사용자의 모션(motion)에 따라 상기 차량의 각 구동부를 제어할 수 있도록 각각의 제어신호를 전송하는 웨어러블 스마트키와, 복수의 다이버시티 안테나를 통한 LF 전파에 각각의 RSSI MAP을 실어 송신하며, 상기 웨어러블 스마트키에서 답신되는 각각의 RF DATA에 RSSI값을 각각 부여하여 상기 웨어러블 스마트키의 위치를 실시간으로 추정하기 위한 근거리 위치추적 서비스를 갖는 근거리무선통신기와, 상기 근거리무선통신기로부터 중개된 상기 웨어러블 스마트키의 제어신호를 RAM에 저장하고, CAN통신을 통해 상기 차량의 각 구동부인 채널#1 구동부 내지 채널#n 구동부를 제어하는 ECM을 포함하고, 상기 근거리무선통신기의 근거리 위치추적 서비스는, 선형회귀를 통하여 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키의 위치추정을 할 때 측정한 RSSI값을 상기 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기로의 위치 추정했을 때의 값으로 환산하도록 하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기법을 이용한 주기적인 계수 조정(RACM, Regularly Adjusting Coefficient)에 의해 상기 웨어러블 스마트키의 실시간 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 웨어러블 스마트키 시스템{WEARABLE SMART-KEY SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 스마트키 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RSSI MAP과 사용자가 착용할 수 있는 웨어러블 스마트키의 RF DATA를 비교 판단하여 차량의 각 구동부를 원격으로 제어할 수 있는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템에 관한 것이다.
자동차가 움직이기 위해서는 먼저 '발동'이 걸려야 한다. 즉, 자동차 엔진이 스스로 작동할 수 있을 때까지 외부에서 물리적인 힘으로 도와주는 역할을 하는 것이 시동장치이다.
차량의 시동장치는 1886년 독일의 칼 벤츠가 만든 세계 최초의 휘발유 자동차에서 시작하는데, 차량의 뒷부분에 가로로 놓여 있는 커다란 플라이휠을 시계 방향으로 힘껏 돌리면 플라이휠과 연결되어 있는 금속띠가 서로 부딪히면서 불꽃을 일으켜 시동이 걸렸다. 이후 1915년 경까지는 주로 라디에이터 그릴 밑에 있는 작은 구멍에 크랭크 핸들을 끼워서 크랭크축과 직접 연결시킨 후 양손으로 크랭크 핸들을 잡고 힘껏 돌려 시동을 걸었다.
이러한 방법은 몹시 힘이 들고 매우 위험했는데, 엔진의 카뷰레터에서 혼합기가 충분히 공급되려면 엔진 회전수가 분당 100회를 넘어서야 하므로 힘센 남자가 사력을 다해 크랭크 핸들을 돌려야만 겨우 시동을 걸 수 있었다. 따라서, 시동을 거는 과정에서 손이나 팔을 크게 다치는 사고가 자주 일어났다. 캐딜락사 리랜드 사장의 절친한 친구였던 바이런 카터가 시동을 걸다가 크랭크 핸들이 튀어오르면서 머리를 맞아 숨지는 사고가 발생한 후 리랜드 사장의 지시로 당시 캐딜락사에 전기식 점화장치를 납품하던 회사인 델코사의 찰스 케터링 사장이 버튼만 누르면 시동이 걸리는 전기식 자동 시동장치인 셀프 스타터를 발명했다. 이것은 배터리의 직류 전기로 움직이는 모터를 크랭크축 플라이휠 기어에 연결해 시동을 거는 방식이다.
1911년 케터링이 개발한 버튼식 자동 시동장치는 1912년 캐딜락 모델 30에 처음으로 장착되었고, 1914년에 이르러서는 미국 양산차의 90%가 셀프 스타터를 장착하게 되었다. 이러한 셀프 스타터야말로 자동차 인구를 늘리는 획기적인 발명으로서 노인과 여성들도 쉽게 운전할 수 있는 자동차 역사상 혁명적인 전환기를 맞게 된다. 이후 1949년 미국의 크라이슬러사는 시동장치의 전기시스템을 자동차 열쇠꽂이 스위치에 연결하여 시동을 거는 턴키 스타터(turn-key starter)를 개발하였고, 반드시 열쇠를 꽂아야 시동이 걸리게 되므로 자동차 도난을 방지할 수 있게 되었으며, 같은 열쇠로 엔진은 작동시키지 않고 배터리만 연결하여 실내등이나 라디오 등 부속 편의장치를 사용할 수 있는 중간 단계도 선택할 수 있게 되었다.
최근에는 무선 통신기술의 발달과 함께 상술한 턴키 스타터 방식의 차량 도난 방지 및 중간 단계를 선택할 수 있고, 버튼 시동방식의 누름 작동식 버튼구조의 편의성을 함께 가지고 있는 차량의 스마트키 시스템이 등장하였다.
즉, 스마트키 시스템은 차량에 탑승한 운전자가 소지하고 있는 키의 신호를 감지하여 운전자가 시동 버튼을 누르는 것에 의해 엔진이 작동되도록 한다. 따라서, 운전자가 소지하고 있는 스마트키와 차량의 버튼 시동장치가 상호 무선으로 신호를 주고 받기 때문에 차량의 도난 방지 및 운전자의 편의성을 대폭 향상시켜준다.
이러한 차량의 스마트키 시스템은 운전자가 별도의 키 삽입이나 작동 버튼을 누르지 않고서도 외부에서 차량의 도어를 개폐하고, 나아가 스마트키가 실내에 있는 지를 감지하여 실내에 있는 경우 키 홈에 키 삽입과정 없이 시동 버튼을 누르는 등의 동작만으로 시동을 걸 수 있다.
상기 차량의 스마트키 시스템은 근거리 위치추적 시스템(RTLS, Real-Time Location System)을 응용한 것으로, 주로 실내나 제한된 공간과 같은 근거리에서 사용된다. 이러한 특성을 가진 위치추적 시스템은 자동차뿐만 아니라 주차장, 헬스케어센터, 생산라인 및 물류창고 등과 같은 다양한 산업시설은 물론, 위치기반 출입 통제와 같은 보안 용도로도 사용될 수 있다.
RTLS 시스템에서의 위치추정 방법은 GPS와 LBS(Location-Based Service)에서와 마찬가지로 삼각측량법을 이용하여 개체의 위치를 추정하는 삼각법(Triangulation)과, 사물의 영상을 이용한 영상 분석법(Scene Analysis)및 인접(Presence)기능으로 알려져 있는 인접법(Proximity)이 있다.
이 중에서 삼각법에 의한 위치추적이 가장 보편적인 위치추정 방법이며 삼각법에 의한 위치추정은 RSSI(Received Singnal strength indication)나 ToA(Time of Arrival) 기술을 바탕으로 이루어진다.
현재까지 위치추적 기술과 관련하여 대표적으로 연구되고 있는 기술은 GPS 및 RFID(Radio Frequency Identification)기술을 들 수 있다. 이 중 가장 대표적으로 이용되고 있는 것이 GPS 위성을 통한 서비스이며, 현재 자동차 운행 내비게이션 시스템이 많이 사용되고 있다. 하지만, 이는 실외 환경을 위해서 개발된 시스템으로서, GPS 위성 신호를 수신할 수 있는 곳에서만 서비스가 가능할 뿐이며, 반면에 실내형 위치추적 기술은 기존의 GPS, Cell-ID기반 실외형 위치추적 기술의 한계점으로 인해 그 응용 분야가 차량용이나, 낮은 정확도의 근처 정보 제공/사람 찾기 등으로 한정되어 왔던 점을 고려해 볼 때, 응용 분야를 확대함으로써 향후 산업적 및 경제적인 활용도가 매우 높다고 볼 수 있다.
또한, 최근 근거리통신망으로는 Beacon이 BLE(Bluetooth Low Energy)기술을 통한 스마트폰 근거리무선통신이 주목을 받고 있다. 이는 2013년 12월 애플에서 BLE와 비콘(Beacon)을 접목시킨 아이비콘(iBesacon)을 모바일기기에 적용할 비콘기술로 처음 선보여 화제가 됐을 뿐, 비콘은 오래전부터 일종의 광학적 전송장치로 비행, 네비게이션 및 자동차 등에서 사용돼 왔다.
이러한 비콘(Beacon)기술은 근거리 위치 인식과 무선통신기술을 이용해 각종 정보와 서비스를 제공한다. 신호를 전송하는 방법에 따라 사운드 기반의 저주파 비콘, LED 비콘, 와이파이 비콘 및 블루투스 비콘 등으로 구분하는데, 일반적으로 아이비콘과 같은 블루투스 4.0이 적용된 BLE 기술이 많이 활용된다.
한편, 대한민국 공개특허 제2005-0026192(2005.03.15)호의 손목시계 형태의 자동차의 전자키에 개시된 자동차 전자키의 동작 기능을 도 1을 참조하여 살펴보면, 전자키(100')를 소지한 운전자가 자동차로 다가서서 작동핸들(202')및 터치센서를 온 시키면 도어핸들의 안테나가 전자키(100')를 감지하여 도어를 여는 방식으로, 그리고 전자키(100')를 지닌 운전자가 실내에 들어가면 4개의 실내안테나(200')가 전자키(100')를 감지하여 시동이 가능하도록 조절하는 방식으로 행해진다.
이러한 자동차 전자키(100')시스템 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이 BCM(10';Body Control Module;차체제어모듈), DDM(12';Driver Door Module;운전석도어모듈) 및 ADM(14;Assist Door Module;조수석 도어모듈) 각각의 제어모듈이 CAN(Controller Area Network)에 의해 IMMO UNIT(16';immobilizer unit) 및 PIC UNIT(18')에 연결되어 있다. 그리고 상기 IMMO UNIT(16')는 ECU(22';Engine Control Unit)에 연결되어 자동차의 시동을 제어하며, 상기 PIC UNIT(18')은 MSL(23';mechanical steering lock), 작동핸들(24') 및 안테나(26')에 연결되어 운전핸들, 도어구동핸들 및 각종 안테나의 작동을 제어하고 있다. 도면 중 (20')는 신호를 수신하는 리시버이다. 이러한 전자키의 대표적인 타입은 스마트카드형의 전자키와 FOB형(포켓형)의 전자키가 대부분이다.
그러나, 이들 전자키는 주로 차체 내ㆍ외에서의 도어개폐 및 시동에 중점을 둔 것으로 휴대는 가능하지만, 운전자의 신체에 부착하거나 착용하여 데이터를 주고받는 송수신 기능이 없기 때문에 각종 차량제어에 한계점이 있고 분실할 가능성을 배제할 수 없는 문제점이 여전히 남아 있다.
또한, 위 공개특허에도 손목시계 형태의 자동차 전자키에 대한 일반 사항만 개시되어 있을 뿐 구체적인 통신 알고리즘이 제시되어 있지 않고, 특히 구체적인 차량제어를 위한 제어 알고리즘이 제시되어 있지 않다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 차량에서 LF전파에 RSSI MAP을 실어 송신하고, 이에 대응한 웨어러블 스마트키의 답신 신호인 RF DATA를 비교 판단하는 실시간 위치추적 서비스(RTLS)를 갖는 통신 알고리즘을 구현하고, 이러한 통신 알고리즘을 기반으로 구체적인 차량제어를 위한 제어 알고리즘을 구현함으로써, 차량의 각 구동부를 원격으로 제어할 수 있는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템은, 사용자의 손목에 착용할 수 있는 손목시계형 웨어러블 타입이고, 차량에 근접하면 상기 사용자의 모션(motion)에 따라 상기 차량의 각 구동부를 제어할 수 있도록 각각의 제어신호를 전송하는 웨어러블 스마트키와, 복수의 다이버시티 안테나(Diversity Antenna)를 통한 LF(Low Frequency) 전파에 각각의 RSSI(Received Signal Strength Indicator) MAP을 실어 송신하며, 상기 웨어러블 스마트키에서 답신되는 각각의 RF DATA에 RSSI값을 각각 부여하여 상기 웨어러블 스마트키의 위치를 실시간으로 추정하기 위한 근거리 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Location Service)를 갖는 근거리무선통신기와, 상기 근거리무선통신기로부터 중개된 상기 웨어러블 스마트키의 제어신호를 RAM에 저장하고, CAN통신을 통해 상기 차량의 각 구동부인 채널#1 구동부 내지 채널#n 구동부를 제어하는 ECM(Electronic Control Modules)을 포함하고, 상기 근거리무선통신기의 근거리 위치추적 서비스는, 선형회귀를 통하여 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키의 위치추정을 할 때 측정한 RSSI값을 상기 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기로의 위치 추정했을 때의 값으로 환산하도록 하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기법을 이용한 주기적인 계수 조정(RACM, Regularly Adjusting Coefficient)에 의해 상기 웨어러블 스마트키의 실시간 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키는, 상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나에서 송신되는 전파지역에 근접하면 차량제어모드로 전환되고, 상기 전파지역으로부터 이탈되면 일반모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키는, 상기 일반모드인 경우 시계 고유의 기능을 수행하고, 상기 차량제어모드인 경우 상기 사용자의 모션에 따라 상기 차량의 각 구동부를 제어하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키는, 상기 차량제어모드인 경우 상기 사용자의 모션입력신호에 따라 모션제어 또는 수동제어를 선택할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모션입력신호는, 상기 사용자가 "모션제어" 또는 "수동제어"라고 말하는 음성신호 또는 모션입력버튼의 버튼누름신호인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키는, 상기 근거리무선통신기와 송신 및 수신하는 송신안테나 및 수신안테나와, 상기 사용자의 모션을 감지하는 모션감지센서와, 상기 모션감지센서에 의해 감지된 모션값에 따라 각각의 제어신호를 생성하는 제어신호생성부와, 상기 제어신호생성부에 의해 생성된 제어신호를 수신받고, 상기 ECM이 상기 차량의 각 구동부인 채널#1 구동부 내지 채널#n 구동부를 제어하도록 각각의 제어신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 근거리무선통신기에 전송하는 채널#1 제어신호전송부 내지 채널#n 제어신호전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모션감지센서는, 지자계 센서, 가속도 센서 또는 자이로 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 사용자의 모션 변화를 측정한 후 측정된 모션값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어신호생성부는, 상기 모션감지센서에 의해 감지된 모션값이 기설정된 #1 모션값 내지 #n 모션값인 경우 각각의 모션값에 따라 채널#1 제어신호 내지 채널#n 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 #1 모션값은, 전후로 움직이는 전후축모션값이고, 상기 #2 모션값은, 좌우로 움직이는 좌우축모션값이고, 상기 #3 모션값은, 상하로 움직이는 상하축모션값이고, 상기 #4 모션값은, 원운동으로 움직이는 원운동모션값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널#1 제어신호전송부는, 상기 #1 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#1 제어신호를 상기 차량의 좌석도어가 개폐되도록 전송하고, 상기 채널#2 제어신호전송부는, 상기 #2 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#2 제어신호를 상기 차량의 트렁크도어가 개폐되도록 전송하고, 상기 채널#3 제어신호전송부는, 상기 #3 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#3 제어신호를 상기 차량의 보닛이 개페되도록 전송하고, 상기 채널#4 제어신호전송부는, 상기 #4 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#4 제어신호를 상기 차량의 시동이 온오프되도록 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키 및 근거리무선통신기 각각이 측정한 RSSI값의 관계식은, RSSIoff -line = α×RSSIon -line = β 이고, 상기 RSSIoff -line는 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키에 대하여 측정한 RSSI값이며, 상기 RSSIon -line는 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기에 대하여 측정한 RSSI값이고, 상기 α 및 β는 상기 웨어러블 스마트키가 이동할 때 인식하는 차량제어 대상 구획에 진입하는 계수 값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 웨어러블 스마트키는, 상기 차량제어 대상 구획을 이동하면서 가장 높은 RSSI값을 가지는 새로운 iBeacon을 인식하면 상기 차량제어 대상 구획에 따라 상기 α 및 β를 새로 구한 후 기설정된 상기 차량제어 대상 구획에 진입하는 계수 값 α 및 β와 비교하여 상기 웨어러블 스마트키의 실시간 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 근거리무선통신기는, 복수의 다이버시티 안테나(Diversity Antenna)를 통해 상기 웨어러블 스마트키의 정확한 위치를 실시간으로 추적하기 위해 주기적으로 고유의 ID와 함께 각각의 RSSI MAP을 실어 송신하고, 상기 웨어러블 스마트키로부터 답신되는 각각의 RF DATA를 주기적으로 수신하여 RSSI값을 각각 부여하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 근거리무선통신기는, 상기 다이버시티 안테나 각각이 서로 간 충돌을 피하기 위해 인접하는 상기 웨어러블 스마트키와 접속하여 동일 신호반송주파수로 시간적으로 신호가 겹치지 않도록 하기 위해 Bust열을 순차적으로 송신하는 시분할다중접속(TDMA, Time Division Multiple Access) 방식을 채택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나 각각의 RSSI MAP은, ANT1(x1,y1,z1), ANT2(x2,y2,z2), ANT3(x3,y3,z3) 및 ANT4(x4,y4,z4)이고, 상기 웨어러블 스마트키의 RF DATA 각각은, 상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나 각각의 RSSI MAP에 각각 대응되도록 ANT1(xx1,yy1,zz1), ANT2(xx2,yy2,zz2), ANT3(xx3,yy3,zz3) 및 ANT4(xx4,yy4,zz4)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템은, 차량에 설치된 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나 각각으로부터 LF전파에 ID와 RSSI값을 송신하면, 사용자가 착용하고 있는 웨어러블 스마트키의 답신 데이터에 대응하는 RSSI값을 부여하고, 웨어러블 스마트키의 위치를 정확하게 추정하는 실시간 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Locating Service)를 갖는 구체적이고, 실용적인 통신 알고리즘과 함께 이러한 통신 알고리즘을 기반으로 구체적인 차량제어를 위한 제어 알고리즘을 구현할 수 있다.
따라서, 차량과 웨어러블 스마트키 간에 실시간 위치 추적으로 실내 및 근거리에서 제어할 목표값의 정확한 위치를 검출한 후 사용자의 선택에 따라 수동제어 또는 모션제어를 통해 차량의 각 구동부를 제어할 수 있다.
도 1 및 2는 종래 기술에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템을 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템의 일 실시예를 도시한 블럭도이며,
도 4는 도 3의 실시예 중 웨어러블 스마트키가 착용된 상태를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 실시예의 평면도이고,
도 6은 도 3의 실시예 중 웨어러블 스마트키의 일 실시예를 도시한 블럭도이며,
도 7은 도 3의 실시예가 차량에 구현된 상태를 도시한 사시도이며,
도 8은 도 3의 실시예의 실시간 위치추적 서비스를 갖는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 8의 실시예에서 각각의 다이버시티 안테나 간 Bust열을 순차적으로 송신하는 시분할다중접속방식을 설명하기 위한 도면이며,
도 10은 도 3의 실시예 중 웨어러블 스마트키의 다른 실시예를 도시한 블럭도이고,
도 11은 도 10의 실시예 중 차량제어모드에서의 작동과정을 도시한 블럭도이며,
도 12 내지 15는 도 11의 실시예에서 웨어러블 스마트키의 #1 내지 #4 모션값 각각에 대한 구체적인 차량제어과정을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템은, 도 3 내지 15에 도시된 바와 같이 웨어러블 스마트키(100), 근거리무선통신기(200), ECM(300), 디스플레이부(400) 및 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#n 구동부(500n)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 웨어러블 스마트키(100)는 도 3 내지 6에 도시된 바와 같이 사용자의 손목에 착용할 수 있는 손목시계형 웨어러블 타입이고, 차량(1)에 근접하면 상기 사용자의 모션(motion)에 따라 상기 차량(1)의 각 구동부(500a 내지 500n)를 제어할 수 있도록 각각의 제어신호를 전송한다. 상기 웨어러블 스마트키(100)는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 사용자가 착용할 수 있는 손목시계일 수도 있으나, 그 외의 어떠한 형태나 종류라도 상관없다. 예컨대, 도면에는 도시되지 않았으나 사용자가 착용할 수 있는 팔찌, 장갑, 반지, 발찌, 허리띠, 목걸이, 귀걸이 및 안경은 물론, 사용자의 피부에 부착되는 스티커일 수도 있다. 다만, 일반적으로 남녀노소를 불문하고 착용되는 웨어러블 타입의 악세사리인 손목시계를 대표적으로 본 발명에 따른 웨어러블 스마트키(100)에 대입하여 설명한다.
이러한 웨어러블 스마트키(100)는 상기 차량(1)에 근접하면, 즉 후술하는 근거리무선통신기(200)의 다이버시티 안테나(210 내지 240)에서 송신되는 전파지역에 근접하면 차량제어모드로 전환되고, 상기 전파지역으로부터 이탈되면 일반모드로 전환된다. 상기 일반모드는 상기 웨어러블 스마트키(100)의 종류에 따라 각 고유의 기능을 수행하는 것을 의미하고, 상기 차량제어모드는 상기 차량(1)의 각 구동부(500a 내지 500n)를 제어하는 기능을 수행하는 것을 말한다. 예컨대, 상기 웨어러블 스마트키(100)는 상기 사용자의 손목에 착용되는 손목시계이고, 상기 일반모드는 시계 고유의 기능인 날짜나 현재 시간 등을 표시하는 기능을 수행하고, 상기 차량제어모드는 상기 사용자의 모션에 따라 상기 차량의 각 구동부(500a 내지 500n)를 제어하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로 도 5 및 6을 참조하여, 손목시계 형태의 상기 웨어러블 스마트키(100)는, 일반모드에서는 시계 고유의 기능을 갖고 있다가 차량(1) 내부에 설치된 후술하는 근거리무선통신기(200)의 다이버시티 안테나(Diversity Antenna, 210 내지 240)에서 송신되는 전파지역에 근접하면 자동으로 차량제어모드(예컨대, 시계화면에서 제어모드화면으로 변환)로 전환되어 운전자의 모션에 따라 차량의 도어개폐나 예열시동 등의 각종 차량(1)의 구동부(500a 내지 500n)를 제어할 수 있다.
이를 위하여, 상기 웨어러블 스마트키(100)는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 상기 차량(1)의 각 구동부(500a 내지 500b)를 제어하기 위한 채널#1 제어신호전송부(101) 내지 채널#4 제어신호전송부(104)와, 차량(1) 내부에 설치된 근거리무선통신기(200)의 송신 전파를 수신하는 수신안테나(105)와, 상기 채널#1 제어신호전송부(101) 내지 채널#4 제어신호전송부(104)의 명령을 상기 근거리무선통신기(200)로 전송하기 위한 송신안테나(106)와, 상기 웨어러블 스마트키(100)에 전원을 공급하기 위한 배터리(107)와, 상기 웨어러블 스마트키(100)의 시간을 조절하기 위한 시간조절 버튼(108)을 포함할 수 있다. 또한, GPS수신안테나(109) 및 웨어러블 스마트키(100)의 전원을 단속하고 스마트폰 기능을 수행하기 위한 스마트폰버튼(110)을 더 포함할 수도 있다. 더불어, 상기 웨어러블 스마트키(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 모션입력버튼(111), 모션감지센서(112) 및 제어신호생성부(113)를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 채널#1 제어신호전송부(101)는 상기 차량(1)의 좌석도어를 개폐하는 제어신호가 전송되고, 상기 채널#2 제어신호전송부(102)는 상기 차량(1)의 트렁크도어를 개폐하는 제어신호가 전송되며, 상기 채널#3 제어신호전송부(103)는 상기 차량(1)의 보닛을 개폐하는 제어신호가 전송되고, 상기 채널#4 제어신호전송부(104)는 상기 차량(1)의 시동을 온오프하는 제어신호가 전송될 수 있다. 기타, 도면에는 도시되지 않았으나 기타 상기 차량(1)의 다른 구동부(500n)를 제어할 수 있도록 상기 웨어러블 스마트키(100)는 또 다른 상기 채널#n 제어신호전송부를 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 채널#1 제어신호전송부(101) 내지 채널#4 제어신호전송부(104)에 의해 각각의 제어신호가 전송되도록 모션입력버튼(111), 모션감지센서(112) 및 제어신호생성부(113)를 더 포함할 수 있다.
즉, 사용자가 웨어러블 스마트키(100)를 착용하고, 차량(1)에 근접한 경우 차량제어모드로 변환된 상태에서 여전히 수동제어를 통해 차량(1)의 각 구동부를 제어하고자 할 수도 있고, 모션제어를 통해 차량(1)의 각 구동부를 제어하고자 할 수 있으므로 차량제어모드 상태에서 모션제어를 선택할 수 있는 기능이 있으면 더 좋을 것이다. 따라서, 상기 웨어러블 스마트키(100)는 상기 차량제어모드인 경우 상기 사용자의 모션입력신호에 따라 모션제어 또는 수동제어를 선택할 수 있도록 한다. 이때 상기 모션입력신호는 상기 사용자가 "모션제어" 또는 "수동제어"라고 말하는 음성신호 또는 모션입력버튼(111)의 버튼누름신호일 수 있다. 예컨대, 음성신호를 통한 모션입력신호인 경우에는 도면에는 도시되지 않았으나 마이크로폰(미도시)이 장착되어 사용자의 음성신호 "모션제어"인 경우 모션제어가 가능한 상태로 돌입하고, 사용자의 음성신호 "수동제어"인 경우 수동제어가 유지되는 상태로 돌입하도록 제어할 수 있다. 또한, 모션입력버튼(111)을 누르거나 누름해제하는 것으로 모션제어 또는 수동제어를 선택할 수도 있는 것이다.
보다 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이 웨어러블 스마트키(100)가 차량제어모드로 변환된 경우 모션입력버튼(111)을 누름으로써 온 상태가 되면, 사용자의 모션제어가 가능한 상태가 된다. 이때, 모션감지센서(112)는 상기 사용자의 모션을 감지하고, 제어신호생성부(113)는 상기 모션감지센서(112)에 의해 감지된 모션값에 따라 각각의 제어신호를 생성한다. 상기 모션감지센서(112)는 지자계 센서, 가속도 센서 또는 자이로 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 사용자의 모션 변화를 측정한 후 측정된 모션값을 생성한다. 그에 따라, 제어신호생성부(113)는 상기 모션감지센서(112)에 의해 감지된 모션값이 기설정된 #1 모션값 내지 #n 모션값인 경우 각각의 모션값에 따라 채널#1 제어신호 내지 채널#n 제어신호를 생성한다.
예컨대, 도 12 내지 15에 도시된 바와 같이 상기 #1 모션값이 전후로 움직이는 전후축모션값이고, 상기 #2 모션값이 좌우로 움직이는 좌우축모션값이며, 상기 #3 모션값이 상하로 움직이는 상하축모션값이고, 상기 #4 모션값이 원운동으로 움직이는 원운동모션값인 경우 상기 모션감지센서(112)로부터 감지된 각각의 #1 모션값 내지 #4 모션값에 따라 상기 제어신호생성부(113)는 각각에 대응되는 채널#1 제어신호 내지 채널#n 제어신호를 생성한 후 상기 채널#1 제어신호전송부(101) 내지 채널#4 제어신호전송부(104)를 통해 송신안테나(106)를 거쳐 근거리무선통신기(200)에 전송한다. 상기 근거리무선통신기(200)에 전송된 각각의 제어신호는 ECM(300)을 통해 각각의 제어신호에 대응되는 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#4 구동부(500d)가 작동하도록 제어한다.
바꿔말해서, 상기 채널#1 제어신호전송부(101)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 #1 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#1 제어신호를 상기 차량(1)의 좌석도어가 개폐되도록 전송하고, 상기 채널#2 제어신호전송부(102)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 #2 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#2 제어신호를 상기 차량(1)의 트렁크도어가 개폐되도록 전송한다. 또한, 상기 채널#3 제어신호전송부(103)는 도 14에 도시된 바와 같이 상기 #3 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#3 제어신호를 상기 차량(1)의 보닛이 개폐되도록 전송하고, 상기 채널#4 제어신호전송부(104)는 도 15에 도시된 바와 같이 상기 #4 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#4 제어신호를 상기 차량(1)의 시동이 온오프되도록 전송한다. 즉, 채널#1 구동부(500a)는 차량(1)의 좌석도어를 개폐하는 구동부이고, 채널#2 구동부(500b)는 차량(1)의 트렁크도어를 개페하는 구동부이며, 채널#3 구동부(500c)는 차량(1)의 본네트를 개폐하는 구동부이고, 채널#4 구동부(500d)는 차량(1)의 시동을 온오프하는 구동부이다.
따라서, 사용자가 웨어러블 스마트키(100)를 착용하고 차량(1)에 근접한 경우 차량제어모드로 변환된 상태가 되며, 이때 모션입력버튼(111)를 작동시켜 모션제어가 가능한 상태가 될 경우 사용자가 인식하고 있는 모션을 취함으로써 모션감지센서(112)가 이를 기설정된 모션값으로 인식하고, 제어신호생성부(112)가 기 설정된 모션값에 대응하는 제어신호를 생성하면, 각각의 제어신호에 대응되는 제어신호전송부(101 내지 104)가 송신안테나(106)를 통해 각각의 제어신호를 근거리무선통신기(200)에 전송한다. 이후 ECM(300)을 통해 각각의 제어신호에 대응되는 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#4 구동부(500d)가 작동하여 차량(1)의 각 구동부를 제어할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨어러블 스마트키(100)는, 차량관리용 어플(Application)의 설치를 통해 공중통신망(Public Network) 혹은 자동차정비회사의 사설통신망(Private Network)과 연계하여 차량관리 서비스 및 지리정보를 제공 받을 수 있도록 하기 위해 GPS수신안테나(109)와 스마트폰버튼(110)을 더 포함할 수도 있다.
상술한 상기 웨어러블 스마트키(100)의 각종 제어신호전송부와 송수신안테나 및 S/W는 후술하는 차량(1) 내부에 설치된 근거리무선통신기(200)와 차량(1)의 엔진, 자동변속기, ABS 등의 상태를 컴퓨터로 제어하는 전자제어장치인 ECM(Electronic Control Modules, 200)과 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량의 각종 구동부(500a 내지 500n)를 구동 제어시키는 액추에이터(Actuator)인 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#n 구동부(500n)를 원격지에서 제어할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 웨어러블 스마트키(100)는 기존의 차량(1)에서 사용되는 도어개폐 및 시동제어와 같은 단순 기능만을 수행하는 일반적인 스마트키와 달리 사용자의 신체에 착용하여 차량(1)의 각종 구동부(500a 내리 500n)를 근거리에서 용이하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 손목시계인 경우 시계 고유의 기능을 충족시키면서 스마트폰 기능 및 GPS기능을 동시에 갖고 분실의 염려가 없는 독특한 특징이 있다고 할 것이다.
도 3 및 7 내지 9를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 근거리무선통신기(Near Field Communication, 200)는, 차량(1)과 웨어러블 스마트키(100) 간에 위치 추적을 통해 차량제어 데이터를 교신하기 위한 수단으로, 다이버시티 안테나(201~204)를 통한 무선주파수의 LF(Low Frequency) 전파에 RSSI(Received Signal Strength Indicator) MAP을 실어 송신하며, 상기 웨어러블 스마트키(100)에서 답신되는 RF DATA에 RSSI값을 부여하여 상기 웨어러블 스마트키(100)의 위치를 실시간으로 추적하기 위한 근거리 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Location Service)를 갖는다.
여기서 실시간 위치추적 서비스란, 이동통신망의 위치 기반 서비스(LBS, Location-Based Service)와 동일하게 2.45GHz 대역의 무선 주파수를 사용하며, 802.11b/g 규격을 만족한다. 위치추적을 위해 사용되는 방법으로는, GPS 및 LBS(Location-Based Service)에서와 마찬가지로 삼각측량법을 이용하여 개체의 위치를 추정하는 삼각측량법(Triangulation Method), 사물의 영상을 이용한 영상분석법(Scene Analysis Method), 인접기능으로 알려져 있는 인접법(Proximity Method)이 있다. 이 중에서 삼각법에 의한 위치추적이 가장 보편적인 위치추정 방법이며 삼각법에 의한 위치추정은 수신신호강도(RSSI, Received Singnal strength indication)나 도착시간(ToA, Time of Arrival) 기술을 바탕으로 이루어진다.
또한, 통신 매개체로는 무선 랜(Wi-Fi, IEEE 802.11b/g), 즉, 근거리무선통신망을 이용한다. 이러한 근거리무선통신망은, 13.56MHz의 대역을 가지며 아주 가까운 거리의 무선통신을 하기 위한 수단으로, LF, XBee, ZigBee, BlueTooth, Beacon 등을 포함하며, 현재 지원되는 데이터 통신 속도는 초당 424 Kbit로 차량, 교통, 티켓, 지불 등 여러 서비스에서 사용할 수 있다. 또한, 상기 LF(Low Frequency)주파수는 30~300kHz, 파장은 10~1km로 긴 편이며 km파 또는 장파(長波)라고도 한다. 간단한 장치로 멀리까지 교신할 수 있는 특징이 있다.
그리고 무선측위 방법으로는, 실내외 연속 측위를 수행하는 경우 측위 기술은 무선통신 인프라로부터 수신된 신호의 처리 방법 및 인프라의 운용 기술 등을 고려하여 Cell-ID방식, ToA방식, TDoA(Time Difference of Arrival)방식, AoA(Angle of Arrival)방식, Fingerprint방식 등 여러 가지로 분류될 수 있다. 현재까지 위치추적 기술과 관련하여 대표적으로 연구되고 있는 기술은 GPS 및 RFID(Radio Frequency Identification)기술을 들 수 있다. 이 중 가장 대표적으로 이용되고 있는 것이 GPS 위성을 통한 서비스이며 현재 자동차 운행 내비게이션 시스템이 많이 사용되고 있다.
하지만, 이는 실외 환경을 위해서 개발된 시스템으로서, GPS 위성 신호를 수신할 수 있는 곳에서만 서비스가 가능하고 실내형 위치추적 기술은 기존의 GPS, Cell-ID기반 실외형 위치추적 기술의 한계점으로 인해 그 응용 분야가 차량용이나 낮은 정확도의 근처 정보 제공/사람 찾기 등으로 한정되어 왔던 점을 고려해 볼 때, 상기 RTLS 시스템은 응용 분야를 확대함으로써 산업적, 경제적인 활용도가 매우 높다고 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 근거리무선통신기(200)의 RSSI(Received Signal Strength Indicator) MAP은 도 8에 도시된 바와 같이 ANT1(x1, y1 ,z1), ANT2(x2,y2,z2), ANT3(x3,y3,z3), ANT4(x4,y4,z4)이며, 상기 근거리무선통신기의 RSSI MAP에 답신하는 RSSI 부여값인 상기 웨어러블 스마트키(100)의 RF DATA는 ANT1(xx1,yy1,zz1), ANT2(xx2,yy2,zz2), ANT3(xx3,yy3,zz3), ANT4(xx4,yy4,zz4)인 것으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른, 상기 RSSI(Received Signal Strength Indicator) MAP은 상기 웨어러블 스마트키(100)의 정확한 위치를 추적하기 위해 ID(Identity)와 RSSI값을 주기적으로 송신하도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른, 상기 근거리무선통신기(200)는, 주기적으로 ID 및 RSSI 값을 보내는 비콘(Beacon) 송신기를 갖되, 상기 웨어러블 스마트키(100)의 스마트폰버튼(110)이 온(ON)되어 상기 비콘 송신기와 신호가 서로 연결됐을 때에는 비콘서비스가 이루어져 차량관리용 서비스가 가능할 수도 있다.
여기서, 상기 비콘서비스는 상기 웨어러블 스마트키(100)가 차량(1)에 설치된 근거리무선통신기(200)의 신호 도달 가능 거리에 진입하면 상기 근거리무선통신기(200)의 비콘 송신기가 주는 정보를 웨어러블 스마트키(100)의 스마트폰버튼(110)이 온(ON)되어 스마트폰 기능의 생성에 의해 인식하고 클라우드 서버인 공중통신망(Public Network) 혹은 자동차정비회사의 사설통신망(Private Network)으로 차량관리 서비스 정보요구를 보냄으로써 웨어러블 스마트키(100)를 착용한 사용자에게 전달한다. 때문에 비콘기술 활용에 있어 허용 신호 범위는 중요한 선택 요인 중 하나다. 특히 비콘기술 중 가장 주목받고 있는 BLE기술은 허용 신호 범위가 가장 넓다. 또 저전력으로 이뤄져 배터리 소모가 적고 범위 내 다수의 사람과 내용을 주고받는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시 예에서는, 실시간 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Locating Service)로 핑거프린팅(Fingerprinting) 기법을 이용한 주기적인 계수 조정(RACM, Regularly Adjustin Coefficient)으로 위치를 추정한다.
도 8를 참조하여, 차량(1)에 설치된 근거리무선통신기(200)의 다이버시티 안테나(210 내지 240)에서 송출되는 RSSI MAP과 사용자가 소지한 웨어러블 스마트키(100)에서 답신되는 RF DATA와 인접할 경우 일치 여부를 판단하여 위치를 추적하는 알고리즘을 구현한다.
즉, 선형회귀를 통하여 상기 웨어러블 스마트키(100)가 위치추정을 할 때 측정한 RSSI값을 수식에 대입하여 근거리무선통신기(200)로 측정했을 때의 값으로 환산하도록 하는 것이다. 상기 웨어러블 스마트키(100)와 근거리무선통신기(200)의 두 기기가 측정한 RSSI값의 관계는 아래 식(1)과 같이 나타낸다.
RSSIoff - line = α×RSSIon - line = β -------------(1)
상기 RSSIoff - line는 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키에 대하여 측정한 RSSI값이며, 상기 RSSIon - line는 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기에 대하여 측정한 RSSI값이고, 상기 α 및 β는 상기 웨어러블 스마트키가 이동할 때 인식하는 차량제어 대상 구획에 진입하는 계수 값이다.
상기 식(1)의 선형함수에서 알아야 할 정보는 계수값(α, β)이고, 다른 차량제어 대상 구획에 진입할 때 차량제어 대상 구획의 계수값들을 업데이트하여 웨어러블 스마트키(100)가 있는 장소에 적합한 선형함수를 이용할 수 있도록 한다.
다시 말해서, 웨어러블 스마트키(100)가 이동하면서 가장 높은 RSSI값을 가지는 새로운 iBeacon을 인식하면 즉, 새로운 차량제어 대상 구획에 진입하면 α와 β를 구하며, 신호의 범위에서 벗어나거나 가장 높은 RSSI값을 가지는 새로운 iBeacon을 인식하게 되면 다시 α와 β를 구하여 차량의 제어 대상인 각 구획에 대한 α와 β를 구한다. 이때 차량 제어 대상에 대한 각종 정보를 파악할 경우 핑거프린팅(Fingerprint)의 기법을 이용하되, 차량제어 대상인 각 구획 또는 환경에 대한 α와 β를 사용하여 기 설정된 데이터베이스를 조회할 수 있다.
이러한 통신알고리즘을 통해 운전자가 웨어러블 스마트키(100)를 통해 차량(1)의 도어개폐나 시동제어 등의 차량(1)의 각종 구동부(500a 내지 500n)를 근거리에서 제어 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 통신알고리즘은 도 9에 도시된 바와 같이 다이버시티 안테나(210 내지 240) 간에 충돌을 피하기 위해 하나의 근거리무선통신기(200)에 인접하는 웨어러블 스마트키(100)를 휴대한 사용자와 접속하여 동일 신호반송주파수로 시간적으로 신호가 겹치지 않도록 하기 위해 Bust 열을 송신하는 시분할다중접속(TDMA, Time Division Multiple Access) 방식을 채택할 수 있다.
ECM(Electronic Control Modules, 300)은, 엔진제어컴퓨터(ECU, Engine Contol Unit) 수단으로, 엔진의 회전수와 흡입공기량, 흡입압력, 엑셀레이터 개방정도를 최초 설정해둔 점화시기 값과 연료분사 값 등을 조회하여 수온센서, 산소센서 등을 보정하고 연료분사장치인 인젝터의 개폐율을 조정한다. 또한 엔진 각부의 과부하를 방지토록 한계 값을 미리 설정해 두며, 차량의 각 구동부(500a 내지 500n)를 총괄제어하는 컴퓨터로 각 구동부(500a 내지 500n)와는 CAN통신을 한다.
즉, 상기 ECM(300)은 도 3 및 7에 도시된 바와 같이 상기 근거리무선통신기(200)로부터 중개된 상기 웨어러블 스마트키(100)의 제어신호를 RAM(320)에 저장하고, CAN통신을 통해 상기 차량(1)의 각 구동부인 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#n 구동부(500n)를 제어한다.
도 3을 참조하여, 상기 ECM(300)의 ROM((Read Only Memory, 310)은, 상기 ECM(300)에 내장된 메모리IC 수단으로, 차량(1) 제조 시 차량(1)의 운행에 필요한 기본적인 데이터를 저장해 둔 장치이다. 차량(1) 구동 및 안전에 필요한 기본적인 제어와 명령이 이루어지는 데이터로 전원이 끊어져도 백업 배터리에 의해 영구히 보존된다.
도 3을 참조하여, 상기 RAM(Random Access Memory, 320)은, 상기 ECM(300)에 내장된 메모리IC 수단으로, 차량(1)이 운행 중에는 여러 가지 신호를 ECM(300)으로 보내게 된다. ECM(300)으로 전송된 여러 가지 신호를 임시로 저장해 두는 장치이며, 임시 저장된 신호는 시간이 지나면 서서히 소멸하게 된다. 또한, 전기의 공급이 이루어 지지 않으면, 임시 저장되어 있던 데이터는 모두 사라지게 된다.
도 3 및 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 디스플레이부(400)는, 차량(1)에 대한 각종정보 표시는 물론 미디어 동작 기능을 제공하고 지리정보를 표시하는 차량항법시스템으로, 사용자에게 앞으로 도착해야할 목적지에 이르는 최단 혹은 최적경로를 제공해 주는 도로 및 교통정보 제공시스템이다. 이는 GPS기술과 이동통신 기술을 접목시켜 사용자가 목적지에 이르기까지 최적의 경로를 제공하기 위해 여러 대안 경로의 교통상황정보를 실시간으로 수집, 분석, 제공하여 교통정체를 감소시키고 안전하고 편안한 운전환경을 조성하는 시스템이다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 웨어러블 스마트키(100)와 근거리무선통신기(200) 및 ECM(300)과 연동하여 각종 차량제어 구동명령을 하달하거나 차량(1)에 부착된 각종 버튼을 통해 해당 구동부(500a 내지 500n)의 실제 상황을 상기 디스플레이부(400)에 표시할 수 있다. 예를 들어, 차량(1) 도어와 트렁크 개폐 여부를 디스플레이상에서 확인할 수 있도록 구현 가능하다. 즉, 차량(1)의 각 구동부(500a 내지 500n)와 연결된 센서들의 입력값을 ECM(300)에서 연산 처리하여 디스플레이부(400)로 전송하면 되는 것이다.
도 3 및 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 채널#1 구동부(500a) 내지 채널#4 구동부(504)는, 차량(1)을 구동시키는 각종 엑추에이터(Actuator)와 차량(1)의 동작 기능을 물리량으로 검출하는 센서에 해당하는 수단으로, 차체자세제어장치(ESP, Electronic Stability Program), 변속제어컴퓨터(TCU, Transmission Control Unit) 등이 포함되며, 이들 구동부들과 센서들은 상기 ECM(Electronic Control Modules, 300)과 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 차량(1)을 구동시키고 데이터를 검출하며, 구동에 따른 상황 정보는 각종 센서(미도시)로 하여금 검출된 값이 상기 ECM(300)으로 피드백(Feedback)되어 차량계기판(미도시)과 상기 디스플레이부(400)및 웨어러블 스마트키(100)에도 각각 표시되어 사용자에게 정보제공이 가능하다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 CAN(Controller Area Network) 통신은, 차량(1) 내부의 각종 전자장치를 연결하는 일대일(Point To Point)통신 시스템의 배선문제를 극복하기 위해 자동차 산업(Automotive Industry) 분야에서 고안된 시리얼 네트웍 다중통신(Multi Master Communication)방식을 말한다. CAN통신의 특징은 임베디드 시스템(또는 마이크로 컨트롤러)에서 일반적으로 사용되는 CAN 버스는 마이크로 컨트롤러(마이컴) 사이에서 통신망을 형성하며, 2가닥의 꼬임선(Twist Pair Wire)으로 연결되어 반이중 통신(Half Duplex) 방식으로 짧은 메시지를 사용하는 고속 응용 시스템에 적당하다. 더불어 외부의 요인(노이즈 등) 등에 강인성을 가져 통신 에러율을 최소화하여 높은 신뢰성을 가지고 있다.
이론적으로는 2032 개의 서로 다른 디바이스(임베디드 컨트롤러)를 하나의 네트웍 상에 연결하여 통신을 수행할 수 있으나 CAN 트랜시버(송신기)의 한계로 인하여 110 개까지의 Node(통신 주체)를 연결하여 사용할 수 있다. 통신 속도는 실시간 제어가 가능한 1Mbps(ISO 11898 규격)의 고속 통신을 제공하며 더불어 자동차 환경(자동차 엔진룸의 경우 다양하고 심각한 전기적인 노이즈 상존)과 같은 심각한 노이즈 환경에 적합하도록 에러 검출 및 에러 보정의 기능이 있다.
CAN 통신의 동작 원리는 다중통신망(Multi Master Network)이며 CSMA/CD+AMP(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Arbitration on Message Priority) 방식을 이용한다. 먼저 CAN Node에 메시지를 보내기 전에 CAN 버스라인이 사용 중인지를 파악하며, 메시지간의 충돌 검출을 수행하는 이더넷 통신 방식과 유사하다. 또한, 어떠한 Node(시스템)로부터 보내어진 데이터 메시지는 송신측이나 수신측의 주소를 포함하지 않는 반면에, 각 노드의 데이터 메시지 항목에 CAN 네트웍상에서 각각의 노드(시스템)를 식별할 수 있도록 각 노드(시스템) 마다 유일한 식별자(ID-11bit 또는 29bit)를 가지고 있다. 네트웍상에 연결된 모든 노드(CAN Controller 시스템)는 네트웍상에 있는 메시지를 수신한 후 자신에게 필요한 메시지인지를 식별자를 통하여 평가한 후 자신이 필요로 하는 식별자의 메시지인 경우만 취하고 그렇지 않은 경우의 메시지는 무시한다. 네트웍상(CAN 통신 라인)에 흘러 다니는 여러 노드의 데이터들이 동시에 사용자가 필요로 하는 노드로 유입되는 경우에 식별자의 숫자를 비교하여 먼저 취할 메시지의 우선순위를 정한다. 즉 식별자의 숫자가 낮은 경우가 우선순위가 가장 높다(식별자가 1인 경우가 10인 경우보다 우선순위가 높음). 우선순위가 높은 메시지가 CAN 버스의 사용 권한을 보장받으며, 이때 낮은 순위의 메시지는 자동적으로 다음 버스 사이클에 재전송을 수행한다. 이때까지도 높은 우선순위를 가진 메시지가 완료되지 않은 상태이면 전송을 완료할 때까지 대기하고 있는다. 각 CAN 메시지는 11 비트의 식별자(CAN 2.0A) 또는 29 비트의 식별자(CAN 2.0B)를 가지며 CAN 메시지의 맨 처음 시작부분에 위치한다. 더불어 식별자는 메시지의 형태를 식별시켜 주는 역할과 메시지의 우선순위를 부여하는 역할을 한다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 CAN통신의 특징을 통해 사용자가 웨어러블 스마트키(100)로 하여금 차량의 각 채널별 구동부(500a ~ 500n)를 원격지에서도 용이하게 제어 가능한 특징이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 웨어러블 스마트키 시스템은, 차량(1)에 설치된 근거리무선통신기(200)의 다이버시티 안테나(210 내지 240) 각각으로부터 LF전파에 ID와 RSSI값을 송신하면, 사용자가 착용하고 있는 웨어러블 스마트키(100)의 답신 데이터에 대응하는 RSSI값을 부여하고, 웨어러블 스마트키(100)의 위치를 정확하게 추정하는 실시간 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Locating Service)를 갖는 구체적이고, 실용적인 통신 알고리즘과 함께 이러한 통신 알고리즘을 기반으로 구체적인 차량제어를 위한 제어 알고리즘을 구현할 수 있다.
따라서, 차량(1)과 웨어러블 스마트키(100) 간에 실시간 위치 추적으로 실내 및 근거리에서 제어할 목표값의 정확한 위치를 검출한 후 사용자의 선택에 따라 수동제어 또는 모션제어를 통해 차량(1)의 각 구동부(500a 내지 500d)를 제어할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1 : 차량
100 : 웨어러블 스마트키
101 : 채널#1 제어신호전송부 102 : 채널#2 제어신호전송부
103 : 채널#3 제어신호전송부 104 : 채널#4 제어신호전송부
105 : 수신안테나 106 : 송신안테나
107 : 배터리 108 : 시간조절버튼
109 : GPS수신안테나 110 : 스마트폰버튼
111 : 모션입력버튼 112 : 모션감지센서
113 : 제어신호생성부
200 : 근거리무선통신기 210 : 제1 다이버시티 안테나
220 : 제2 다이버시티 안테나 230 : 제3 다이버시티 안테나
300 : ECM
310 : ROM 320 : RAM
400 : 디스플레이부
500a : 채널#1 구동부 500b : 채널#2 구동부
500c : 채널#3 구동부 500d : 채널#4 구동부
500n : 채널#n 구동부

Claims (15)

  1. 사용자의 손목에 착용할 수 있는 손목시계형 웨어러블 타입이고, 차량에 근접하면 상기 사용자의 모션(motion)에 따라 상기 차량의 각 구동부를 제어할 수 있도록 각각의 제어신호를 전송하는 웨어러블 스마트키와,
    복수의 다이버시티 안테나(Diversity Antenna)를 통한 LF(Low Frequency) 전파에 각각의 RSSI(Received Signal Strength Indicator) MAP을 실어 송신하며, 상기 웨어러블 스마트키에서 답신되는 각각의 RF DATA에 RSSI값을 각각 부여하여 상기 웨어러블 스마트키의 위치를 실시간으로 추정하기 위한 근거리 위치추적 서비스(RTLS, Real-Time Location Service)를 갖는 근거리무선통신기와,
    상기 근거리무선통신기로부터 중개된 상기 웨어러블 스마트키의 제어신호를 RAM에 저장하고, CAN통신을 통해 상기 차량의 각 구동부인 채널#1 구동부 내지 채널#n 구동부를 제어하는 ECM(Electronic Control Modules)을 포함하고,
    상기 근거리무선통신기는,
    상기 다이버시티 안테나 각각이 서로 간 충돌을 피하기 위해 인접하는 상기 웨어러블 스마트키와 접속하여 동일 신호반송주파수로 시간적으로 신호가 겹치지 않도록 하기 위해 Bust열을 순차적으로 송신하는 시분할다중접속(TDMA, Time Division Multiple Access) 방식을 채택하고,
    상기 근거리무선통신기의 근거리 위치추적 서비스는,
    선형회귀를 통하여 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키의 위치추정을 할 때 측정한 RSSI값을 상기 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기로의 위치 추정했을 때의 값으로 환산하도록 하는 핑거프린팅(Fingerprinting) 기법을 이용한 주기적인 계수 조정(RACM, Regularly Adjusting Coefficient)에 의해 상기 웨어러블 스마트키의 실시간 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키는,
    상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나에서 송신되는 전파지역에 근접하면 차량제어모드로 전환되고, 상기 전파지역으로부터 이탈되면 일반모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키는,
    상기 일반모드인 경우 시계 고유의 기능을 수행하고,
    상기 차량제어모드인 경우 상기 사용자의 모션에 따라 상기 차량의 각 구동부를 제어하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키는,
    상기 차량제어모드인 경우 상기 사용자의 모션입력신호에 따라 모션제어 또는 수동제어를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모션입력신호는,
    상기 사용자가 "모션제어" 또는 "수동제어"라고 말하는 음성신호 또는 모션입력버튼의 버튼누름신호인 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키는,
    상기 근거리무선통신기와 송신 및 수신하는 송신안테나 및 수신안테나와,
    상기 사용자의 모션을 감지하는 모션감지센서와,
    상기 모션감지센서에 의해 감지된 모션값에 따라 각각의 제어신호를 생성하는 제어신호생성부와,
    상기 제어신호생성부에 의해 생성된 제어신호를 수신받고, 상기 ECM이 상기 차량의 각 구동부인 채널#1 구동부 내지 채널#n 구동부를 제어하도록 각각의 제어신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 근거리무선통신기에 전송하는 채널#1 제어신호전송부 내지 채널#n 제어신호전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모션감지센서는,
    지자계 센서, 가속도 센서 또는 자이로 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 사용자의 모션 변화를 측정한 후 측정된 모션값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어신호생성부는,
    상기 모션감지센서에 의해 감지된 모션값이 기설정된 #1 모션값 내지 #n 모션값인 경우 각각의 모션값에 따라 채널#1 제어신호 내지 채널#n 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 #1 모션값은,
    전후로 움직이는 전후축모션값이고,
    상기 #2 모션값은,
    좌우로 움직이는 좌우축모션값이고,
    상기 #3 모션값은,
    상하로 움직이는 상하축모션값이고,
    상기 #4 모션값은,
    원운동으로 움직이는 원운동모션값인 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 채널#1 제어신호전송부는,
    상기 #1 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#1 제어신호를 상기 차량의 좌석도어가 개폐되도록 전송하고,
    상기 채널#2 제어신호전송부는,
    상기 #2 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#2 제어신호를 상기 차량의 트렁크도어가 개폐되도록 전송하고,
    상기 채널#3 제어신호전송부는,
    상기 #3 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#3 제어신호를 상기 차량의 보닛이 개페되도록 전송하고,
    상기 채널#4 제어신호전송부는,
    상기 #4 모션값에 대하여 생성된 상기 채널#4 제어신호를 상기 차량의 시동이 온오프되도록 전송하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키 및 근거리무선통신기 각각이 측정한 RSSI값의 관계식은,
    RSSIoff-line = α×RSSIon-line = β 이고,
    상기 RSSIoff -line는 상기 근거리무선통신기가 상기 웨어러블 스마트키에 대하여 측정한 RSSI값이며, 상기 RSSIon -line는 웨어러블 스마트키가 상기 근거리무선통신기에 대하여 측정한 RSSI값이고, 상기 α 및 β는 상기 웨어러블 스마트키가 이동할 때 인식하는 차량제어 대상 구획에 진입하는 계수 값인 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웨어러블 스마트키는,
    상기 차량제어 대상 구획을 이동하면서 가장 높은 RSSI값을 가지는 새로운 iBeacon을 인식하면 상기 차량제어 대상 구획에 따라 상기 α 및 β를 새로 구한 후 기설정된 상기 차량제어 대상 구획에 진입하는 계수 값 α 및 β와 비교하여 상기 웨어러블 스마트키의 실시간 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 근거리무선통신기는,
    복수의 다이버시티 안테나(Diversity Antenna)를 통해 상기 웨어러블 스마트키의 정확한 위치를 실시간으로 추적하기 위해 주기적으로 고유의 ID와 함께 각각의 RSSI MAP을 실어 송신하고, 상기 웨어러블 스마트키로부터 답신되는 각각의 RF DATA를 주기적으로 수신하여 RSSI값을 각각 부여하는 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나 각각의 RSSI MAP은,
    ANT1(x1,y1,z1), ANT2(x2,y2,z2), ANT3(x3,y3,z3) 및 ANT4(x4,y4,z4)이고,
    상기 웨어러블 스마트키의 RF DATA 각각은,
    상기 근거리무선통신기의 다이버시티 안테나 각각의 RSSI MAP에 각각 대응되도록 ANT1(xx1,yy1,zz1), ANT2(xx2,yy2,zz2), ANT3(xx3,yy3,zz3) 및 ANT4(xx4,yy4,zz4)인 것을 특징으로 하는 차량의 웨어러블 스마트키 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009002111A (ja) 2007-06-25 2009-01-08 Tokai Rika Co Ltd 人体装着型電子キーの人体動作検出式電子キーシステム
KR101402871B1 (ko) 2011-09-26 2014-06-03 브로드콤 코포레이션 단일 사용자, 다수 사용자, 다중 액세스, 및/또는 ｍｉｍｏ 무선 통신들을 위해 구비된 시간 분할 다중 액세스(ｔｄｍａ) 매체 액세스 제어(ｍａｃ)
KR101509596B1 (ko) * 2014-05-08 2015-04-08 경북대학교 산학협력단 차량 원격 시동 및 관리용 이동 단말 시스템

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