KR102125940B1 - 주차 보조 센서(pas) 또는 스마트 주차 보조 시스템(spas)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈 - Google Patents

주차 보조 센서(pas) 또는 스마트 주차 보조 시스템(spas)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량에 구비된 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈에 있어서, 미리 설정된 주파수를 갖는 전압 신호를 발생시키는 신호 발생부, 전압 신호를 증폭하여 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템으로 전송하는 전압 증폭부 및 전압 신호의 발생을 제어하는 제어부를 포함하고, 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템은 모듈에 의해 전압 신호를 음파 신호로 출력하는 모듈을 제공한다. 본 발명에 따르면 기존의 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 기초로 음파 통신을 이용하여 차량을 개폐할 수 있고, 전파 통신을 이용한 통신 시스템 대비 해킹당하지 않아 보안성을 극대화할 수 있으며, 기존 차량에 용이하게 적용할 수 있어 현저한 비용 절감이 가능하다.

Description

주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈{MODULE TO USE PARKING ASSIST SENSOR OR SMART PARKING ASSIST SYSTEM FOR SOUNDWAVE COMMUNICATIOIN}
본 발명은 자동차의 차량 개폐 시스템, 즉, 스마트 키 시스템에 관한 것이다. 보다 자세하게는 자동차에서 발생시킨 음파가 자동차의 스마트 키로 동작하는 운전자의 스마트폰에 도달하면 이를 기초로 차량을 개폐하는 시스템에 관한 것이다.
현재 일반적으로 적용되고 있는 전파 통신을 사용한 자동차 개폐 시스템은 릴레이 스테이션 어택과 같은 전파 해킹에 취약하다는 약점을 가지고 있다. 또한, 스마트폰 만으로는 자동차 문을 여닫는 것이 어렵고 키폽을 별도로 가지고 다녀야 하는 불편함이 있다.
이러한 전파 통신 시스템의 한계를 극복하기 위해 암호화된 음파와 스마트폰을 활용하는 방법이 개발중이다. 이때 활용되는 알고리즘으로 블루투스 통신과 음파 통신의 시간차를 통한 차량과 스마트폰 간의 거리를 측위하는 방법이 있다.
특히, 설치가 간편하도록 기존 차량에 존재하는 주차 보조 센서(PAS, parking assist sensor)또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS, smart parking assis system) 등을 기초로 음파 통신을 이용하여 차량을 개폐하는 시스템이 요구된다.
이 시스템은 스마트폰과 자동차에 설치된 통신장치 간의 블루투스 통신이 연결되면 스마트폰에서 특정 주파수, 길이, 부호와 같은 음파에 대한 정보를 통신장치로 전달하고 통신장치에서 해당 음파 생성을 명령하여, 자동차에 부착된 PAS, SPAS의 피에조 센서, 혹은 자체 설치한 컴팩트 모듈의 스피커를 통해 발생된 음파를 스마트폰 마이크로 측정하여 차량과 사용자 간의 거리 및 위치 등을 판별한 후 차량의 개폐를 결정하는 형태를 가진다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0115783호 (2018년 10월 23일 공개)
본 발명의 기술적 과제는 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 기초로 음파 통신을 이용하여 차량을 개폐하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 차량에 구비된 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈에 있어서, 미리 설정된 주파수를 갖는 전압 신호를 발생시키는 신호 발생부, 전압 신호를 증폭하여 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템으로 전송하는 전압 증폭부 및 전압 신호의 발생을 제어하는 제어부를 포함하고, 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템은 모듈에 의해 전압 신호를 음파 신호로 출력하는 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면 기존의 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 기초로 음파 통신을 이용하여 차량을 개폐할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전파 통신을 이용한 통신 시스템 대비 해킹당하지 않아 보안성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기존 차량에 용이하게 적용할 수 있어, 현저한 비용 절감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 통신을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 신호 출력 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
차량에 장착된 스피커를 통해 음파 신호(SW)를 발생하여, 스마트폰과 같은 모바일 장치(2)에서 상기 음파 신호(SW)를 수신하여 그 강도를 측정함으로써 차량과 모바일 장치(2) 간의 거리를 계산할 수 있다. 단일 음파 신호(SW)를 사용하는 경우 모바일 장치(2)와 차량간 거리가 가까워짐에 따라 신호의 강도가 증가하는 것을 이용해서 거리를 계산할 수 있으며, 복수의 스피커(speaker)를 사용하여 복수의 음파 신호(SW)를 사용하는 경우 ToA(Time of Arrival) 또는 TDoA(Time Difference of Arrival)을 기초로 헤론의 공식을 이용한 삼각 측량을 통해 계산될 수 있다. 여기서, 헤론의 공식은 삼각형의 세 변의 길이를 통해 넓이를 구하는 공식이다.
도 1은 본 발명에 따른 음파 통신을 간략하게 나타낸 것이다.
신호 발생을 관리하는 어플리케이션이 설치된 모바일 장치(2)로부터 무선통신을 통해 무선통신부에 신호 발생 명령이 전송된다. 무선통신부는 본 발명에 따른 모듈(1)에 상기 신호 발생 명령을 전달하게 되고, 본 발명에 따른 모듈(1)이 이에 따라 신호를 발생시켜 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)에 전송하며, 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)에 포함된 피에조(piezo) 센서를 통해 음파가 출력된다.
일반적으로 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에 포함된 상기 피에조 센서는 음파의 직진성을 위해서, 40 내지 60kHz의 음파 발생에 최적화되어 있다. 하지만 스마트폰과 같은 모바일 장치(2)의 경우 장착되는 마이크의 수신 주파수 범위는 일반적으로 24kHz 이하이므로 주파수를 낮추는 것이 요구된다. 또한 이러한 낮은 주파수에서 피에조 센서의 출력이 낮아지기 때문에 입력 전압을 높여주기 위한 구성이 요구된다.
본 발명에 따르면 모듈(1)은 신호 발생부(11), 전압 증폭부(12) 및 제어부(13)를 포함한다.
제어부(13)는 전압 신호(ES)의 발생을 제어하기 위한 구성이다. 상세하게, 제어부(13)는 상기 무선통신부로부터 전달받은 신호 발생 명령에 따라 신호 발생부(11)로 하여금 신호를 발생하도록 하고, 상기 신호 발생 명령의 송수신 시간을 기록한다. 이러한 시간 기록들은 최종적으로 모바일 장치(2)로 전달되어 측위 계산에 사용될 수 있다.
신호 발생부(11)는 음파 통신에 사용될 전압 신호(ES)를 발생하는 구성이다. 전압 신호(ES)는 피에조 센서에서 출력될 음파 신호(SW)로 변환되어 출력되는 전기적 신호이다. 상세하게, 신호 발생부(11)는 제어부(13)로부터 미리 지정된 주파수, 시작 시간, 지속 시간 및 반복 주기가 정해진 신호의 발생 명령을 전달받아 신호를 발생시킨다. 바람직하게, 복수의 전압 신호(ES)를 동시에 발생할 수 있도록 상기 신호 발생부(11)에 연결되는 주파수 튜닝부가 구비되어 상기 전압 신호(ES)로부터 서로 다른 복수의 전압 신호(ES)를 발생시키거나, 복수의 신호발생부로 구비됨으로써 복수의 전압 신호(ES)를 발생시킬 수 있다.
신호 발생부(11)에서 발생시킨 전압 신호(ES)는 크기(Amplitude)가 작으므로 증폭이 필요하다. 따라서, 전압 증폭부(12)가 구비될 수 있다. 전압 증폭부(12)는 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에 전송되기전에 신호의 크기를 증폭시키는 구성이다. 일 실시예에 따라, 상기 전압 신호(ES)는 전압 증폭부(12)를 통해 5배 내지 20배 증폭된다.
바람직한 실시예로서, 주파수 매칭부(14)가 더 구비될 수 있다. 주파수 매칭부(14)는 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)이 포함된 회로의 공진(resonance) 주파수를 상기 전압 신호(ES)의 주파수와 매칭시키는 구성이다. 이는 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)이 포함된 회로가 일반적으로 갖는 공진 주파수(40 kHz 내지 60 kHz) 와 상기 전압 신호(ES)의 주파수(약 20 kHz)가 일치하지 않기 때문에 출력이 낮아지기 때문에 이를 매칭시키기 위함이다. 일 실시예로서, 주파수 매칭부(14)는 조절 가능한 커페시터(capacitor) 및 인덕터(inductor)일 수 있다. 주파수 매칭부(14)에 의해 공진 주파수가 매칭됨으로써 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)를 통해 원하는 출력으로 음파 신호(SW)를 발생시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파 신호(SW) 출력 방법을 나타낸 순서도이다.
신호 발생 단계(s11)는 상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에서 음파 신호(SW)로 변환될 전압 신호(ES)를 발생시키는 단계이다. 이는 신호 발생부(11)에서 미리 지정된 주파수, 시작 시간, 지속 시간 및 반복 주기를 가진 신호를 발생시킴으로써 실시된다.
신호 증폭 단계(s12)는 상기 신호 발생 단계(s11)에서 발생된 전압 신호(ES)의 크기(amplitude)를 증폭하는 단계이다. 상술한 바와 같이 전압 증폭부(12)에서 상기 전압 신호(ES)의 크기를 5배 내지 20배로 증폭시킨다.
주파수 매칭 단계(s13)는 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)이 포함된 회로의 공진(resonance) 주파수를 상기 전압 신호(ES)의 주파수와 매칭시키는 단계이다. 주파수 매칭 단계(s13)는 반드시 상기 신호 발생 단계(s11) 및 신호 증폭 단계(s12) 이후에 실시되는 것은 아니며, 동시에 병렬적으로 실시될 수 있다.
한편, 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)는 본래의 기능인 주차 보조로 활용될 수 있어야 하므로, 제어부(13)는 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템을 주차 보조 용도로 사용하기 위한 제 1 모드 및 음파 통신에 사용하기 위한 제 2 모드간의 전환이 가능하도록 구비될 수 있다.
제어부(13)는 제 2 모드로 설정되면 상기 신호 발생부(11)에 상기 전압 신호(ES)를 발생시키는 명령을 전송하고, 제 1 모드로 설정되면 상기 신호 발생부(11)에 상기 전압 신호(ES)의 발생을 중지시키는 명령을 전송한다. 이에 따라 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템은 두가지 용도로 활용될 수 있으며 차량에 설치되는 구성이 감소되어 비용 절감의 효과가 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 모듈(1) 및 상기 무선통신부를 포함한 전체 시스템은 모두 시간 동기화 되어 동작한다. 단, 상기 모듈(1) 및 상기 무선통신부만 시간 동기화 되어 동작하며, 모바일 장치(2)와는 시간 동기화 되지 않을 수 있다. 이는 복수의 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에서 출력되는 각 음파 신호가 시간 동기화 되지 않는 경우, 실제로 송출되는데까지 걸리는 시간이 불규칙하기 때문이다. 모바일 장치(2) 또는 차량에서 각각 수집 가능한 시간 데이터들은 음파 송출을 명령을 송신 및 수신하는 무선통신의 시점이므로 실제 음파 송출이 완료된 시점과는 시간적인 차이(delay)가 생기기 때문이다. 이는 통신 자체의 속도가 지체되는 현상이 아닌 모바일 장치(2)에서 무선통신부로 명령이 전달되는데 걸리는 딜레이로서, 운전자 모바일 장치(2)의 프로세서가 싱글 코어가 아닌 멀티 코어인 경우 같은 명령에 매번 동일한 메모리와 성능을 할당할 수 없기 때문에 발생하는 현상으로 파악된다. 이러한 딜레이는 시간 축이 다른 두 기기를 동기화 시킬 수 없기 때문에 거리 측정 알고리즘에 문제가 생긴다.
일 실시예에 따라, 무선통신의 연결 시의 시간을 기준으로 동일시간 축을 설정하는 경우 이러한 딜레이에 의한 문제를 해결할 수 있다. 한번의 무선통신 명령으로 모든 차량의 각 채널에서 음파가 송출되기 때문에 모든 피에조 센서 에서의 절대적인 딜레이가 동일하다. 즉, 각 피에조 센서에서 송출되는 음파 신호(SW)들끼리의 딜레이 차이는 존재하지 않게 된다.
본 발명에 따른 모듈(1)은 차량에 설치되어 차량의 도어를 개폐하는 차량 개폐 시스템에 연결될 수 있다. 상세하게, 상기 차량 개폐 시스템은 사용자의 모바일 장치(2)와 무선통신을 통해 연결되고, 상기 모바일 장치(2)는 상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에서 출력된 상기 음파 신호(SW)를 수신하고, 수신된 상기 음파 신호(SW)의 강도 및 도달 시간에 근거하여, 상기 모바일 장치(2)가 상기 차량으로부터 미리 설정된 기준 거리 이내에 진입했는지 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이 음파 신호(SW)를 사용하여 차량의 도어를 개폐함으로써 운전자가 별도의 키폽을 휴대하지 않고 모바일 장치(2)만 휴대하여 차량의 도어를 개폐할 수 있으며 중계 해킹 공격(RSA)와 같은 차량 절도가 방지된다.
본 발명에 따르면 차량에 이미 탑재되어 있는 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 활용하여 차량에 추가적인 공정 없이 음파 통신을 손쉽게 구성하는 것이 가능하다. 아울러 이러한 모듈(1)은 차량 이외에도 스마트 도어락 시스템 등에 적용이 가능하다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 모듈
11: 신호 발생부 12: 전압 증폭부
13: 제어부 14: 주파수 매칭부
2: 모바일 장치

Claims (7)

  1. 차량에 구비된 주차 보조 센서(PAS) 또는 스마트 주차 보조 시스템(SPAS)을 음파 통신에 이용하기 위한 모듈에 있어서,
    미리 설정된 주파수를 갖는 전압 신호를 발생시키는 신호 발생부;
    상기 전압 신호를 증폭하여 상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템으로 전송하는 전압 증폭부; 및
    상기 전압 신호의 발생을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템은 상기 모듈에 의해 상기 전압 신호를 음파 신호로 출력하고,
    상기 제어부는,
    상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템을 주차 보조 용도로 사용하기 위한 제 1 모드; 및
    상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템을 음파 통신에 사용하기 위한 제 2 모드; 간의 전환이 가능하고,
    상기 제어부는 제 2 모드로 설정되면 상기 신호 발생부에 상기 전압 신호를 발생시키는 명령을 전송하고,
    상기 제어부는 제 1 모드로 설정되면 상기 신호 발생부에 상기 전압 신호의 발생을 중지시키는 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 차량에 설치되어 차량의 도어를 개폐하는 차량 개폐 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차량 개폐 시스템은 사용자의 모바일 장치와 무선통신을 통해 연결되고,
    상기 모바일 장치는,
    상기 주차 보조 센서 또는 스마트 주차 보조 시스템에서 출력된 상기 음파 신호를 수신하고, 수신된 상기 음파 신호의 강도에 근거하여, 상기 모바일 장치가 상기 차량으로부터 미리 설정된 기준 거리 이내에 진입했는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 신호는 20kHz 의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 발생부에 연결되어 구비되고, 상기 전압 신호로부터 서로 다른 복수의 전압 신호를 발생시키는 주파수 튜닝부를 더 구비하며,
    상기 제어부는 상기 주파수 튜닝부를 제어함으로써 복수의 전압 신호의 발생을 제어하는 것을 특징으로 하는 모듈.
  7. 삭제
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