KR101964600B1 - 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법 - Google Patents

차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 초음파 센서의 동작 주기를 가변적으로 처리함을 통해, 차량의 고속 주행시 초음파 센서의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법은, 차량의 초음파 센서가 초음파를 발신하는 단계, 상기 초음파의 발신으로부터 수신을 대기하는 시점까지의 주기가 기설정된 동작 주기를 초과할 때마다 다음 초음파를 발신하는 단계 및, 장애물로부터 반사되는 초음파의 반사파가 수신되면, 상기 반사파를 통해 상기 장애물과의 거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법{Method for Processing Ultrasonic Wave Sensor Information of High Speed Drive Adaptive Type in Vehicle}
본 발명은 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 고속 주행에 적합하게 초음파 센서의 측정 신호에 대한 고속 응답 및 노이즈의 저하가 가능하여, 감지 성능이 향상될 수 있도록 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 초음파 센서는 압전 소자의 압전 원리를 이용하여 초음파를 생성하고, 생성된 초음파를 송신 및 수신하는 센서로서, 차량용 초음파 센서는 단일의 센서 셀로 이루어져서 초음파의 송신과 수신 기능을 수행하며, 송신된 초음파가 장애물에 반사되어 돌아올 때까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간 정보를 근거로 해당 차량과 장애물과의 거리를 환산한다.
또한, 차량의 초음파 센서에서 장애물을 인식하는 방식은, 특정 주파수의 초음파를 발신한 다음에, 반사파로 수신되는 신호가 특정 임계치(Threshold)를 초과하는지의 여부를 감지하는 것에 의해 이루어진다.
한편, 차량에 초음파 센서를 적용하는 용도는, 차량의 주차를 위한 저속 주행시에 전방 또는 후방의 근거리(1.2m 이하)에 위치하는 장애물을 감지하여 운전자에게 경고할 수 있도록 하는 PAS(Parking Assistance System)에 적용하거나, 저속 주행시에 측면의 근거리(5m 이하) 장애물을 감지하여 주차 공간을 판단할 수 있도록 하는 SPAS(Smart Parking Assistance System)에 적용된다.
관련 기술로는 국내공개특허 제2005-0024564호(차량 충돌 방지 장치 및 그 제어 방법)(2005.03.10)가 있다.
종래, 차량용 초음파 센서는 저속에서의 감지 성능 및 원거리 측정 위주로 개발되어 있어서 초음파를 송신하는 시간 간격이 일정하기 때문에, 일정한 동작 주기로 인해 고속 응답 및 근거리 측정에 불리하다는 단점을 가지고 있고, 송신된 음파의 특성을 수신된 음파의 특성과 매칭하지 않고 단순히 반사파의 크기만으로 입력을 인식하기 때문에, 음파의 특성상 노면이나 바람 등으로 인한 노이즈에 취약하다는 문제점이 있다.
게다가, 종래의 차량용 초음파 센서는 차량이 고속으로 주행하는 경우에, 센서에서 발생하는 초음파의 속도가 음파의 속도에 비해 무시할 수 없는 수준이 되므로 이에 따른 도플러 효과가 생길 수 있어서, 초음파 센서에 대한 신뢰성이 저하될 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 이루어진 것으로서, 차량용 초음파 센서의 동작 주기를 가변적으로 처리함을 통해, 차량의 고속 주행시 초음파 센서의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 초음파 센서로부터 발생되는 초음파에 대한 주파수 특성을 이용하여 수신되는 초음파 신호의 필터링을 수행함에 의해, 센서 회로의 구성을 단순화하고 센서 연산량을 최소화하는 것이 가능하도록 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량의 초음파 센서에 의해 발생하는 도플러 효과에 의한 주파수 변화를 반영하여 장애물을 측정함에 의해, 초음파 센서의 감지 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일측면에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법은, 차량의 초음파 센서가 초음파를 발신하는 제1단계, 상기 초음파의 발신으로부터 수신을 대기하는 시점까지의 주기가 기설정된 동작 주기를 초과할 때마다 다음 초음파를 발신하는 제2단계 및, 장애물로부터 반사되는 초음파의 반사파가 수신되면, 상기 반사파를 통해 상기 장애물과의 거리를 측정하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2단계에서, 상기 동작 주기는 발신 초음파로부터 수신 초음파에 대한 가변된 측정 시간과, 소멸 대기 시간(Extinction Wait Time)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법은, 차량의 초음파 센서로부터 발신된 초음파가 장애물로부터 반사되어 수신되는 제1단계, 상기 장애물로부터 반사되어 수신되는 반사파를 발신 초음파의 발신 파형 특성과 유사한 필터 베이스로 필터링을 수행하는 제2단계 및, 상기 필터링을 통한 필터링 값이 기설정된 임계치(Threshold)를 초과하면, 유효 데이터로 처리하여 상기 장애물과의 거리를 계산하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2단계에서, 상기 필터링을 통한 필터링 값은 발신 초음파와 유사한 수신 초음파의 주파수가 증폭됨에 의해 얻어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법은, 주행 차량의 초음파 센서로부터 발신된 초음파가 타겟 차량으로부터 반사되어 수신되는 제1단계, 상기 주행 차량과 상기 타겟 차량의 주행 차속을 근거로 반사파의 주파수 예측량을 계산하는 제2단계, 상기 반사파의 주파수 예측량을 적용하여 수신 반사파의 주파수를 필터링하는 제3단계 및, 상기 필터링을 통한 필터링 값이 기설정된 임계치를 초과하면, 유효 데이터로 처리하여 상기 타겟 차량과의 거리를 계산하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3단계에서, 상기 필터링은 푸리에 변환(Fourier Transform) 방식에 따라 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 차량용 초음파 센서의 동작 주기를 가변적으로 처리함에 의해, 빠른 응답을 필요로 하는 차량에서 불필요한 동작주기의 낭비를 줄이고 감지 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 차량용 초음파 센서에서 발신 초음파의 동작 주파수 특성에 따라 수신 파형의 필터링을 수행함에 따라, 노이즈가 심한 조건에서 발신파형과 유사한 신호만을 선별하여 감지함으로써 감지 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
또, 본 발명에 따르면, 차량용 초음파 센서에서 발생되는 도플러 효과에 의한 주파수 변화를 반영할 수 있도록 함에 따라, 초음파의 반사 및 수신시 나타나는 주파수 변동량을 예측 및 반영하여 원하는 타겟의 감지 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 따라 초음파 센서의 동작 주기를 가변하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 초음파 파형에 대한 유사 필터 베이스의 필터링 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 따라 유사 필터 베이스를 통한 반사파의 필터링 결과를 예측한 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 도플러 효과에 의한 전방 장애물 반사에 따른 주파수 변화 측정 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 주행 차량과 타겟 차량의 상호 주행에 따른 주파수 변동 비율을 도표화하여 정리한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
우선, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 따라 초음파 센서의 동작 주기를 가변하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 먼저 차량에 설치된 초음파 센서는 초기화가 이루어진 상태에서(S10), 초음파를 생성하여 발신하게 된다(S11).
상기 초음파 센서가 초음파를 발신한 다음에, 발신된 초음파가 장애물로부터 반사되어 수신되는 상태를 감지하게 되는데(S12), 상기 장애물로부터 반사된 초음파가 수신되면, 상기 수신된 초음파 즉, 반사파가 특정 임계치(Threshold)를 초과하는지에 따라 장애물의 존재를 감지하고, 그에 따른 도달 시간의 연산을 통해 장애물과의 거리를 측정한다(S13).
상기 S13의 단계에 따라 거리 측정이 이루어지면, 상기 S11의 단계로 재진행하여 다음 초음파를 발신한다.
한편, 상기 S12 단계에서의 감지 결과에 따라 초음파가 수신되지 않은 상태에서는, 가변된 측정 시간(즉, 초음파의 발신으로부터 수신까지의 경과 시간)과 소멸 대기 시간(Extinction Wait Time)을 포함하는 초음파의 동작 주기(Cycle Time)보다 초음파의 발신으로부터 수신 여부 감지 시점까지의 주기(T)가 큰지를 판단하여, 크다고 판단되면 상기 S11의 단계로 재진행하여 다음 초음파를 발신한다.
하지만, 상기 S14의 단계에서 상기 초음파의 동작 주기가 초음파의 발신으로부터 수신 여부 감지 시점까지의 주기(T)보다 크지 않다고 판단되면, 상기 S12의 단계로 되돌아가서 초음파의 수신 여부를 계속 감지하게 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 일정한 측정 시간을 갖는 초음파 센서의 동작 주기(T1)와, 본 발명에 따라 가변된 측정 시간이 반영된 초음파 센서의 동작 주기(T2)를 비교해 보면, 최초 1회의 초음파에 대한 반사파가 수신된 이후에는 소멸 대기 시간(Extinction Time)만 경과되면 다음 초음파를 발신할 수 있도록 하고, 반사파가 수신되기가지의 측정 시간이 가변적으로 이루어질 수 있도록 한다.
그에 따라, 종래의 동작 주기(T1)에 비해서, 본 발명의 일실시예에 따라 생성되는 동작 주기(T2)가 휠씬 더 짧아지게 될 수 있고, 그 결과로 정지 상태 또는 저속 장애물 뿐만 아니라, 장거리에 위치한 장애물 및 복수개의 장애물을 측정하는데 유리하게 적용될 수 있다.
다음에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 초음파 파형에 대한 유사 필터 베이스의 필터링 상태를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바에 따르면, 차량의 초음파 센서가 초음파를 발신한 후에 반사파가 수신되면(S20), 도 4a에 도시된 바와 같은 수신 초음파 파형에 대해, 해당 초음파 센서의 수신부측과 연결된 필터(즉, 발신 파형의 특성을 포함하는 필터)에서 유사 필터 베이스(Morlet Wavelet)에 대한 필터링을 수행함으로써, 도 4b에 도시된 바와 같이 발신파와 유사한 파형의 수신파만을 증폭 처리할 수 있도록 한다(S21).
그 상태에서, 상기 필터링 값이 미리 설정된 임계치(THD)를 초과하는지를 판단하고(S22), 상기 피터링 값이 상기 임계치(THD)를 초과하지 않는다고 판단하면 무효 처리를 수행하고(S23), 상기 S21 단계에서의 필터링 처리를 수행한다.
한편, 상기 S22 단계에서 상기 필터링 값이 상기 임계치(THD)를 초과한다고 판단하면, 해당 필터링 값을 유효 데이터로 처리하여 거리 계산에 적용하게 되고(S24), 상기 S21의 단계로 재진행하여 수신 반사파의 필터링이 반복적으로 이루어질 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 따라 유사 필터 베이스를 통한 반사파의 필터링 결과를 예측한 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 발신 초음파와 유사한 필터 베이스의 필터링 값이 산출되도록 함에 따라, 미세한 파형의 분석을 하지 않고서도 필터링된 신호에 대한 전압 레벨만을 분석하는 것이 가능하게 되고, 그에 따라 초음파 센서 처리 회로의 단순화 및 파형 분석을 위한 연산량을 감축할 수 있다.
다음에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 도플러 효과에 의한 전방 장애물 반사에 따른 주파수 변화 측정 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에서 주행 차량과 타겟 차량의 상호 주행에 따른 주파수 변동 비율을 도표화하여 정리한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 소정 차속(VS)으로 주행하는 초음파 센서 발신측 차량이 특정 발신 주파수(f0)의 초음파를 발신한 경우에, 예컨대 전방에서 소정 차속(VT)으로 주행하는 타겟 차량으로부터 반사되는 초음파의 반사 주파수(f1)는 도플러 효과에 의한 반사파의 주파수 변화량을 감안하게 되면 하기한 수학식 1과 같이 나타난다.
Figure 112012091638880-pat00001
여기서, 상기 "c"는 음속이고, 상기 "VS"는 초음파 센서 발신측 차량의 주행 차속이며, 상기 "VT"는 타겟 차량의 주행 차속에 해당된다.
또한, 상기 타겟 차량으로부터 반사되어 수신되는 반사파의 수신 주파수(f2)는 하기한 수학식 2와 같이 나타난다.
Figure 112012091638880-pat00002
한편, 상기 수학식 1에 따른 초음파의 반사 주파수(f1)를 상기 수학식 1에 대입하면 상기 반사파의 수신 주파수(f2)는 하기한 수학식 3과 같은 결과를 얻을 수 있다.
Figure 112012091638880-pat00003
그에 따라, 상기 수학식 3의 계산식에 초음파 센서 발신측 차량인 주행 차량의 속도 값과, 타겟 차량의 속도 값을 각각 입력하여 계산하면, 도 7에 도시된 바와 같은 주행 차량과 타겟 차량의 주행 속도에 따른 주파수 변동 비율을 구하여 도표화를 통해 적용할 수 있다.
이어, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 도 8의 플로우차트를 참조하여 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법에 대한 동작을 설명하는 플로우차트이다.
먼저, 초음파 센서 발신측 차량인 주행 차량의 초음파 센서가 초음파를 발신한 후에 반사파가 수신되면(S30), 자신의 차량에 대한 속도 정보를 산출하고, 센싱 대상의 타겟 차량에 대한 속도 정보를 예측하여 산출한 상태에서(S31), 상기 수학식 3에 따른 반사파의 수신 주파수(f2)에 대한 계산식에 각기 산출 및 예측 산출된 속도 정보를 입력하여 반사파 주파수에 대한 예측량을 계산한다(S32).
그 상태에서, 상기 초음파 센서의 수신단 측에서는 상기 계산된 반사파 주파수의 예측량을 적용하여 수신파 주파수를 푸리에 변환(Fourier Transform) 방식으로 필터링한다(S33).
한편, 상기 필터링 값이 미리 설정된 임계치(THD)를 초과하는지를 판단하게 되는데(S34), 상기 필터링 값이 상기 임계치(THD)를 초과하지 않는다고 판단하게 되면 해당 값을 무효 처리한 다음에(S35), 상기 S31의 단계로 복귀하게 된다.
반면에, 상기 필터링 값이 상기 임계치(THD)를 초과한다고 판단하게 되면, 유효 데이터로 처리하여 거리 계산을 수행하게 되고(S36), 그 이후 상기 S31 단계 이후의 과정을 반복적으로 수행한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 차량의 초음파 센서가 초음파를 발신하는 제1단계;
    장애물로부터 반사되는 초음파의 반사파가 수신되는지 판단하는 제2단계;
    상기 반사파가 수신된 것으로 판단되면, 상기 반사파를 통해 상기 장애물과의 거리를 측정하는 제3단계; 및
    상기 반사파가 수신되지 않은 것으로 판단되면, 상기 초음파의 발신 시점으로부터 수신을 대기하는 시점까지의 시간이 현재 설정된 동작 주기를 초과하는지 판단하는 제4단계;
    를 포함하고,
    상기 제4단계에서 상기 초음파의 발신 시점으로부터 수신을 대기하는 시점까지의 시간이 현재 설정된 동작 주기를 초과하는 것으로 판단되면, 상기 제1단계가 수행되어 다음 초음파가 발신되고,
    상기 동작 주기는 초음파의 발신 시점으로부터 반사파가 수신되기까지의 경과 시간인 측정 시간과 소멸 대기 시간(Extinction Wait Time)의 합산값으로 설정됨으로써, 상기 제2단계에서 상기 반사파가 수신된 것으로 판단되면 상기 소멸 대기 시간만 경과한 후 상기 제1단계를 통해 다음 초음파가 발신되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 주행 차량의 초음파 센서로부터 발신된 초음파가 타겟 차량으로부터 반사된 반사파를 수신하는 제1단계;
    상기 주행 차량과 상기 타겟 차량의 주행 차속을 근거로 상기 반사파의 주파수 예측량을 계산하는 제2단계;
    상기 반사파의 주파수 예측량을 적용하여 상기 반사파의 주파수를 필터링하는 제3단계; 및
    상기 필터링을 통한 필터링 값이 기설정된 임계치(Threshold)를 초과하면, 유효 데이터로 처리하여 상기 타겟 차량과의 거리를 계산하는 제4단계를 포함하고,
    상기 제2단계에서, 상기 반사파의 주파수 예측량은,
    수학식
    Figure 112018128876140-pat00013
    (여기서, f2는 상기 반사파의 주파수 예측량이고, VS는 상기 주행 차량의 주행 차속이며, VT는 상기 타겟 차량의 주행 차속이고, c는 음속이며, f0는 상기 초음파 센서로부터 발신된 초음파의 발신 주파수이다)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 필터링은 푸리에 변환(Fourier Transform) 방식에 따라 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 고속주행 적응형 초음파 센서 정보 처리 방법.
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