KR101767747B1 - 장애물 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장애물 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 수직방향에 위치하는 2개의 초음파 센서를 이용하는 장애물 감지 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 물체에 제1 초음파 신호를 송신하는 제1 초음파 센서, 상기 물체에 제2 초음파 신호를 송신하고 지표면에 대하여 수직방향으로 상기 제1 초음파 센서 위에 위치하는 제2 초음파 센서, 상기 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신하는 수신부 및 상기 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

Description

장애물 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for sensing obstacles}
본 발명은 장애물 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 수직방향에 위치하는 2개의 초음파 센서를 이용하는 장애물 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 전후방 감지 시스템은 자동차의 전진 또는 후진 시, 전방 또는 후방에 장애물이 있는지 여부를 알림으로써 자동차 범퍼와 장애물과의 충돌을 방지한다. 이러한 전후방 감지 시스템은 전후방 경보 시스템이라고도 불리고, 주차 보조 시스템(Parking Assist System, PAS) 및 주차 지원 시스템도 전후방 감지 시스템에 포함된다. 즉, 전후방 감지 시스템은 주차 또는 다른 이유로 차량을 전진 또는 후진할 경우, 자동차의 전방 또는 후방에 있는 장애물을 자동으로 감지하는 시스템을 말한다.
종래의 전후방 감지 시스템은 장애물을 감지하기 위하여 보통 초음파 센서를 사용한다. 초음파 센서는 차량과 물체 사이의 거리정보를 운전자에게 제공하는 센서이다. 초음파 센서는 차량의 전후방에 장착되어 초음파를 발생시키고 물체로부터 반사되어 되돌아 오는 신호의 파형과 시간을 이용하여 차량과 물체 사이의 거리를 측정한다. 종래의 전후방 감지 시스템에서 초음파 센서는 주로 차량의 범퍼에 수평방향으로 일렬로 장착된다.
이러한 종래의 전후방 감지 시스템에 의하면, 초음파 센서가 수평으로 장착되기 때문에 물체의 높낮이를 파악하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전후방 감지 시스템에 의하면 물체의 높낮이를 파악하지 못하므로 노면에서 발생하는 노이즈와 정상 신호를 구분하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 차량의 운행 시 장애물이 없는 지면이나 지면 위 자갈과 같은 물체의 높이가 낮은 물체를 감지하여 운전자에 경고 메시지를 전달함에 따라 운전자에게 혼선을 주는 문제점이 있다.
본 발명은 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서를 수직 방향에 배열함으로써 물체의 높낮이를 파악하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 물체의 높낮이를 파악함으로써 높이가 낮은 물체는 노이즈로 판단하고, 높이가 높은 물체는 장애물로 판단하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 장애물로 판단한 물체에 대해서만 경고 메시지를 출력함으로써 운전자에게 정확한 정보를 전달하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 물체에 제1 초음파 신호를 송신하는 제1 초음파 센서, 상기 물체에 제2 초음파 신호를 송신하고 지표면에 대하여 수직방향으로 상기 제1 초음파 센서 위에 위치하는 제2 초음파 센서, 상기 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신하는 수신부 및 상기 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 장애물 감지 방법은 물체에 제1 초음파 신호를 송신하는 단계, 상기 물체에 제2 초음파 신호를 송신하는 단계, 상기 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신하는 단계 및 상기 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서를 수직 방향에 배열함으로써 물체의 높낮이를 파악하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 물체의 높낮이를 파악함으로써 높이가 낮은 물체는 노이즈로 판단하고, 높이가 높은 물체는 장애물로 판단하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 장애물로 판단한 물체에 대해서만 경고 메시지를 출력함으로써 운전자에게 정확한 정보를 전달하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치가 물체를 노이즈로 판단하는 과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서와 물체와의 거리에 따른 에지 파형 시간차를 도시한 표.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치가 물체를 장애물로 판단하는 과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 방법의 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치가 물체를 노이즈로 판단하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치는 제1 초음파 센서(110), 제2 초음파 센서(120), 수신부(130), 판단부(140) 및 경고부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 장애물 감지 장치는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서와 물체와의 거리에 따른 에지 파형 시간차를 도시한 표이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치가 물체를 장애물로 판단하는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 장치를 설명하도록 한다.
제1 초음파 센서(110)는 물체에 제1 초음파 신호를 송신할 수 있다. 제2 초음파 센서(120)는 물체에 제2 초음파 신호를 송신하고 지표면에 대하여 수직방향으로 제1 초음파 센서(110) 위에 위치할 수 있다. 제1 초음파 센서(110)와 제2 초음파 센서(120)는 동일한 센서일 수도 있고 다를 수도 있다. 또한, 제2 초음파 센서(120)는 제1 초음파 센서(110)의 아래에 위치할 수도 있으며 제2 초음파 센서(120)의 위치는 이에 한정하지 않는다.
물체는 초음파 센서가 감지할 수 있는 대상이고, 물체의 종류, 크기 등은 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 장애물 감지 장치는 에지 파형 시간차(11, 12)에 기초하여 물체를 노이즈(200) 또는 장애물(300)로 판단할 수 있는데, 이에 대한 설명은 후술하도록 한다. 여기서 노이즈(200)는 자갈 등과 같이 높이가 낮아 차량과 충돌의 위험이 없는 물체를 의미하고, 장애물(300)은 차량과 충돌할 수 있을 정도로 높이가 높은 물체를 의미한다.
수신부(130)는 제1 초음파 신호가 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호(111) 및 제2 초음파 신호가 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호(121)를 수신할 수 있다.
판단부(140)는 제1 반사 신호(111)의 에지 파형(112-1, 112-2) 및 제2 반사 신호(121)의 에지 파형(122-1, 122-2)을 비교하여 에지 파형 시간차(11, 12)를 계산하고, 에지 파형 시간차(11, 12)에 기초하여 물체가 장애물(300)인지 여부를 판단할 수 있다. 초음파 신호는 물체에 도달하면 물체 감지 구간(112, 122)이 생기게 된다. 에지 파형(112-1, 112-2, 122-1, 122-2)은 물체 감지 구간(112, 122)의 시작과 끝 지점에서 급격히 증가 또는 감소하는 파형이다. 에지 파형(112-1, 112-2, 122-1, 122-2) 중 물체 감지 구간(112, 122)의 시작 지점에서 급격히 증가하는 파형이 상승 에지 파형(112-1, 122-1)이다. 에지 파형(112-1, 112-2, 122-1, 122-2) 중 물체 감지 구간(112, 122)의 끝 지점에서 급격히 감소하는 파형이 하강 에지 파형(112-2, 122-2)이다.
에지 파형 시간차(11, 12)는 상승 에지 파형 시간차(11) 또는 하강 에지 파형 시간차(12) 일 수 있다. 상승 에지 파형 시간차(11)는 제1 반사 신호(111)의 상승 에지 파형(112-1)에서 제2 반사 신호(121)의 상승 에지 파형(122-1)까지의 시간 간격이다. 하강 에지 파형 시간차(12)는 제1 반사 신호(111)의 하강 에지 파형(112-2)에서 제2 반사 신호(121)의 하강 에지 파형(122-2)까지의 시간 간격이다.
일 실시예로 판단부(140)는 제1 반사 신호(111)의 상승 에지 파형(112-1) 및 제2 반사 신호(121)의 상승 에지 파형(122-1)을 비교하여 상승 에지 파형 시간차(11)를 계산하고, 상기 상승 에지 파형 시간차(11)에 기초하여 물체가 장애물인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 판단부(140)는 제1 반사 신호(111)의 하강 에지 파형(112-2) 및 제2 반사 신호(121)의 하강 에지 파형(122-2)을 비교하여 하강 에지 파형 시간차(12)를 계산하고, 하강 에지 파형 시간차(12)에 기초하여 물체가 장애물인지 여부를 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 판단부(140)는 에지 파형 시간차(11, 12)가 기설정된 제1 기준 범위 내에 포함되면 물체를 장애물(300)로 판단하고, 에지 파형 시간차(11, 12)가 기설정된 제2 기준 범위 내에 포함되면 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다. 제1 기준 범위는 0(μS)~0.2(μS)일 수 있고, 제2 기준 범위는 0.2(μS)~0.4(μS)일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 물체가 ②위치에 있을 경우, 제1 반사 신호의 상승 에지와 제2 반사 신호의 상승 에지와의 시간차가 0.4(μS)이므로 판단부(140)는 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다. 물체가 ③위치에 있을 경우, 제1 반사 신호의 상승 에지와 제2 반사 신호의 상승 에지와의 시간차가 0.3(μS)이므로 판단부(140)는 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다. 물체가 ④위치에 있을 경우에도 상승 에지 파형 시간차가 기설정된 제2 기준 범위 내에 포함되므로 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 초음파 센서(110)에서 송신한 제1 초음파 신호는 물체에서 반사되어 되돌아 온다. 제2 초음파 센서(120)에서 송신한 제2 초음파 신호 또한 물체에서 반사되어 되돌아 온다. 이 때, 제1 초음파 신호를 송신한 시간부터 반사되어 되돌아오는 시간과 제2 초음파 신호를 송신한 시간부터 반사되어 되돌아오는 시간이 동일하므로 상승 에지 파형 시간차는 0이 된다. 상승 에지 파형 시간차가 0이면 기설정된 제1 기준 범위 내에 포함되므로 판단부(140)는 물체를 장애물(300)로 판단할 수 있다.
물체 길이가 제2 초음파 센서(120)의 높이보다 짧을 경우, 에지 파형 시간차는 0이 아닐 수 있다. 기설정된 제1 기준 범위는 물체의 길이가 제2 초음파 센서(120)의 높이보다 짧을 경우, 장애물(300)과 노이즈(200)를 구분하기 위한 시간차 간격이다. 즉, 판단부(140)는 상승 에지 파형 시간차가 0이 아니더라도 기설정된 제1 기준 범위 내이면 물체를 장애물(300)로 판단함으로써 장애물 감지 정확도를 높일 수 있다.
판단부(140)는 상승 에지 파형 시간차(11)뿐만 아니라 하강 에지 파형 시간차(12)가 기설정된 제1 기준 범위 내에 포함되면 물체를 장애물(300)로 판단할 수 있다. 또한, 판단부(140)는 하강 에지 파형 시간차(12)가 기설정된 제2 기준 범위 내에 포함되면 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다. 예를 들어 도 1 및 도 2에서, 물체가 ②, ③, ④위치에 있을 경우, 하강 에지 파형 시간차(12)가 기설정된 제2 기준 범위 내에 포함되므로 판단부(140)는 물체를 노이즈(200)로 판단할 수 있다. 또한, 도 3에서 하강 에지 파형 시간차가 0이고 이는 기설정된 제1 기준 범위 내에 포함되므로 판단부(140)는 물체를 장애물(300)로 판단할 수 있다.
일 실시예로 판단부(140)는 제1 반사 신호(111)의 하강 에지 파형(122-2)이 제2 반사 신호(121)의 상승 에지 파형(122-1)보다 먼저 생성되면 물체 감지 불가 상태로 판단할 수 있다. 일반적으로 초음파 센서의 감지 거리 규격은 30cm ~ 120cm이므로 물체가 초음파 센서로부터 너무 멀거나 가까우면 초음파 센서는 물체를 감지할 수 없다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 물체가 ①위치에 있을 경우, 물체는 제1 초음파 센서(110)로부터는 10cm, 제2 초음파 센서(120)로부터는 25cm 떨어져 있으므로 물체를 감지할 수 없다.
물체가 ①위치에 있는 경우와 같이 초음파 센서와 물체와의 거리가 가까우면 에지 파형 시간차가 크게 된다. 이에 따라 제1 반사 신호(111)의 하강 에지 파형(112-2)이 제2 반사 신호(121)의 상승 에지 파형(122-1)보다 먼저 생성된다. 따라서, 판단부(140)는 제1 반사 신호(111)의 하강 에지 파형(112-2)이 제2 반사 신호(121)의 상승 에지 파형(122-1)보다 먼저 생성되면 물체 감지 불가 상태로 판단할 수 있다.
경고부(미도시)는 판단부(140)의 판단 결과 상기 물체가 장애물(300)인 것으로 판단될 경우 경고 메시지를 출력할 수 있다. 경고 메시지는 경보음, 푸시 메시지 등일 수 있고 경고 메시지의 종류는 한정하지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 물체에 제1 초음파 신호를 송신하고(S410) 물체에 제2 초음파 신호를 송신한다(S420). 그리고 나서, 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신한다(S430).
다음으로, 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단한다(S440). 장애물인지 여부를 판단하는 단계는 물체를 노이즈로 판단하는 단계, 상승 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계, 하강 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계 및 물체 감지 불가 상태로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
마지막으로 판단 결과 상기 물체가 장애물인 것으로 판단될 경우 경고 메시지를 출력한다(S450).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 물체에 제1 초음파 신호를 송신하는 제1 초음파 센서;
    상기 물체에 제2 초음파 신호를 송신하고 지표면에 대하여 수직방향으로 상기 제1 초음파 센서 위에 위치하는 제2 초음파 센서;
    상기 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 판단부를 포함하고,
    상기 판단부는
    상기 제1 반사 신호의 상승 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 상승 에지 파형을 비교하여 상승 에지 파형 시간차를 계산하고,
    상기 제1 반사 신호의 하강 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 하강 에지 파형을 비교하여 하강 에지 파형 시간차를 계산하고,
    상기 상승 에지 파형 시간차 및 하강 에지 파형 시간차가 0(μS)~0.2(μS)인 경우 물체를 장애물로 판단하고,
    상기 상승 에지 파형 시간차 및 하강 에지 파형 시간차가 0.2(μS)~0.4(μS)인 경우 물체를 노이즈로 판단하는
    장애물 감지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 제1 반사 신호의 하강 에지 파형이 상기 제2 반사 신호의 상승 에지 파형보다 먼저 생성되면 물체 감지 불가 상태로 판단하는 장애물 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판단부의 판단 결과 상기 물체가 장애물인 것으로 판단될 경우 경고 메시지를 출력하는 경고부를
    더 포함하는 장애물 감지 장치.
  7. 물체에 제1 초음파 신호를 송신하는 단계;
    상기 물체에 제2 초음파 신호를 송신하는 단계;
    상기 제1 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제1 반사 신호 및 상기 제2 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 제2 반사 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 반사 신호의 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 에지 파형을 비교하여 에지 파형 시간차를 계산하고, 상기 에지 파형 시간차에 기초하여 상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계는
    상기 제1 반사 신호의 상승 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 상승 에지 파형을 비교하여 상승 에지 파형 시간차를 계산하고,
    상기 제1 반사 신호의 하강 에지 파형 및 상기 제2 반사 신호의 하강 에지 파형을 비교하여 하강 에지 파형 시간차를 계산하고,
    상기 상승 에지 파형 시간차 및 하강 에지 파형 시간차가 0(μS)~0.2(μS)인 경우 물체를 장애물로 판단하고,
    상기 상승 에지 파형 시간차 및 하강 에지 파형 시간차가 0.2(μS)~0.4(μS)인 경우 물체를 노이즈로 판단하는
    장애물 감지 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 물체가 장애물인지 여부를 판단하는 단계는
    상기 제1 반사 신호의 하강 에지 파형이 상기 제2 반사 신호의 상승 에지 파형보다 먼저 생성되면 물체 감지 불가 상태로 판단하는 단계를
    포함하는 장애물 감지 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    판단 결과 상기 물체가 장애물인 것으로 판단될 경우 경고 메시지를 출력하는 단계를
    더 포함하는 장애물 감지 방법.
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