KR102176770B1 - 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 주파수 대역의 제1 감지 신호를 발사하고, 상기 제1 감지 신호의 반사 신호인 상기 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호를 수신하는 제1 센서, 제2 주파수 대역의 제2 감지 신호를 발사하고, 상기 제2 감지 신호의 반사 신호인 상기 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 수신하는 제2 센서, 및 시간 차를 두고 상기 제1 및 제2 센서를 통해 상기 제1 및 제2 감지 신호를 발사하며, 상기 제1 및 제2 센서를 통해 수신되는 상기 제1 및 상기 제2 반사 신호를 이용하여 장애물이 존재하는지 판단하는 제어부를 포함하는 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

Description

다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 및 그 동작 방법{Device for detection of obstacle using multiple sensors and method thereof}
본 발명은 차량용 장애물 감지 기술에 관한 것으로, 특히 다수의 센서를 이용하여 장애물을 감지하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 주행 시 또는 주차 시 차량의 후방이나 측방에 위치한 다른 차량이나 물체의 움직임을 운전자가 인지하기 위해서는 차량의 후방이나 측방을 볼 수 있는 차량 미러(예를 들어, 백미러 및 사이드 미러)를 이용한다. 그러나, 이와 같은 차량 미러로는 운전자가 차량 주변의 사각지대의 상황을 상세하게 알 수 없다. 이와 같은 이유로 최근 들어, 차량 범퍼에는 차량의 후진 또는 주차 시 장애물 또는 사람과의 충돌에 의한 안전사고를 예방하기 위해 차량용 장애물 감지 장치가 구비된다. 장애물 감지 장치는 차량에 장착된 센서를 이용하여 차량 주변의 장애물 존재 여부를 감지하여 이를 경보음 또는 표시등으로 운전자에게 알린다. 이 장애물 감지 장치에는 주로 초음파 센서가 이용된다. 구체적으로, 장애물 감지 장치는 초음파 센서를 통해 특정 대역의 초음파를 송출하고, 장애물에 반사되는 특정 대역의 초음파 신호를 수신하여 차량의 후방에 존재하는 장애물의 접근 방향 및 접근 거리를 판단한다. 장애물이 일정 거리 이내에 접근하면 장애물 감지 장치는 운전자에게 장애물의 존재 정보를 제공하여 각종 접촉사고 등의 안전사고를 예방한다.
그러나, 이 초음파 센서에 이용되는 특정 대역의 주파수와 동일한 주파수 대역의 초음파를 발생시키는 소음성 노이즈가 센서 주변에 존재하면, 장애물 감지 장치는 차량 주변에 장애물이 없는 상황에서도 장애물이 존재한다고 잘못 판단하는 경우가 발생할 수 있다. 여기서, 소음성 노이즈는 에어컨 노이즈, 버스 에어 토출음, 오토바이 소음 등 차량 주변에 빈번하게 발생 가능한 노이즈일 수 있다. 즉, 차량 주변에 소음성 노이즈가 발생하면 초음파 센서를 통해 이 노이즈 신호가 수신되어, 장애물 감지 장치는 오경보가 발생할 수 있다.
본 발명은 차량 주변의 장애물에 대한 감지 성능을 개선할 수 있도록 하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치는 제1 주파수 대역의 제1 감지 신호를 발사하고, 상기 제1 감지 신호의 반사 신호인 상기 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호를 수신하는 제1 센서, 제2 주파수 대역의 제2 감지 신호를 발사하고, 상기 제2 감지 신호의 반사 신호인 상기 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 수신하는 제2 센서 및 시간 차를 두고 상기 제1 및 제2 감지 신호를 발사하도록 상기 제1 및 제2 센서를 제어하며, 상기 제1 및 제2 센서를 통해 수신되는 상기 제1 및 상기 제2 반사 신호를 이용하여 장애물이 존재하는지 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 감지 신호 간의 발사 시간차와 상기 제1 및 제2 반사 신호 간의 수신 시간차의 오차로 장애물이 존재하는 것으로 판단한다.
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 센서 간의 장착 거리 및 온도를 고려하여 허용 오차를 기설정한다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 장애물 감지 장치에 의한 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법은 주변의 장애물을 감지하기 위해 제1 주파수 대역의 제1 감지 신호와 제2 주파수 대역의 제2 감지 신호가 시간차를 두고 각각 발사되도록 제1 센서 및 제2 센서를 제어하는 단계, 상기 제1 및 제2 감지 신호 각각에 대응하여 상기 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호와 상기 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 상기 제1 및 제2 센서를 통해 각각 수신하는 단계 및 상기 제1 및 제2 감지 신호 간의 발사 시간차와 상기 제1 및 제2 반사 신호 간의 수신 시간차를 비교하여 상기 발사 시간차와 상기 수신 시간차의 오차로 장애물이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 판단하는 단계는 상기 제1 및 제2 센서 간의 장착 거리 및 온도를 고려하여 설정된 값인 허용 오차를 이용하여 판단한다.
본 발명은 서로 다른 주파수 대역의 센서를 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단함으로써, 센서와 동일한 주파수 대역의 노이즈가 센서를 통해 유입되어 장애물이 없는 경우에 장애물이 존재하는 것으로 잘못 감지하는 오동작 및 오경보를 방지하여 장애물에 대한 감지 성능을 향상시키는 효과를 창출한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 센서의 감지 신호 발사 및 반사 신호 수신을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 장애물 위치에 의한 다수의 센서의 신호를 나타내는 제1 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 장애물 위치에 의한 다수의 센서의 신호를 나타내는 제2 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 허용 오차 설정을 설명하기 위해 센서의 장착 거리를 나타내는 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 노이즈 유입에 의한 다수의 센서의 신호를 나타내는 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 장치에 의한 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법 흐름도.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치 블록도이다.
도시된 바와 같이, 장애물 감지 장치(10)는 센서부(100) 및 제어부(200)를 포함한다.
센서부(100)는 차량 주변의 장애물을 감지하기 위한 센서로서, 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)를 포함한 다수의 센서를 포함할 수 있다. 센서부(100)의 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)는 차량 외부 소정 위치(예를 들어, 범퍼)에 각각 장착될 수 있다. 또한, 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 각각은 장애물을 감지하기 위해 초음파를 발사하고, 장애물에 의해 반사되는 신호를 수신하며, 그 비행시간(Time of Flight)을 산출하여 센서로부터 장애물까지의 거리 및 장애물의 위치를 추정하는데 이용되는 초음파 센서일 수 있다. 바람직하게, 제1 센서(110)와 제2 센서(120)는 서로 다른 주파수 대역의 초음파(감지 신호)를 발사하고 그에 대응하는 반사 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(110)는 제1 주파수 대역(48kHz)의 감지 신호를 발사하고, 제1 주파수 대역(48kHz)의 반사 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제2 센서(120)는 제2 주파수 대역(58kHz)의 감지 신호를 발사하고, 제2 주파수 대역(58kHz)의 반사 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제1 센서(110)와 제2 센서(120) 각각은 매칭 회로, 증폭 회로 및 필터를 거쳐 각각의 주파수 대역의 반사 신호만을 수신할 수 있다.
제어부(200)는 장애물 감지 장치(10)의 전반을 제어하기 위한 프로세서이다. 제어부(200)와 센서부(100)는 물리적으로 이격될 수 있으며, 차량 네트워크를 통해 연결되게 구현될 수도 있다.
구체적으로, 제어부(200)는 시간 차를 두고 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)를 통해 제1 감지 신호와 제2 감지 신호를 각각 발사한다. 예를 들어, 제어부(200)는 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 센서(110)를 통해 제1 주파수 대역(48kHz)의 감지 신호 A를 발사한 후, 발사 시간차(t1)를 두고 제2 센서(120)를 통해 제2 주파수 대역(58kHz)의 감지신호 B를 발사한다.
이때, 제어부(200)는 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 각각을 통해 반사 신호 A_0 및 B_0를 수신할 수 있다. 반사신호 A_0 및 B_0은 감지 신호 A 및 B 발사 시 발생하는 센서의 여진 신호로서, 기설정된 여진 시간 동안 수신될 수 있다. 제어부(200)는 기설정된 여진 시간 동안 수신되는 여진 신호(반사 신호 A_0 및 B_0)는 무시할 수 있다.
제어부(200)는 여진 시간 이후 제1 센서(110) 및 제2 센서 각각을 통해 제1 주파수 대역(48kHz)의 제1 반사신호(A_1)와 제2 주파수 대역(58kHz)의 제2 반사신호(B_1)를 수신할 수 있다. 이때, 수신된 반사 신호 A_1 및 B_1 간에는 t2 동안의 수신 시간차가 발생할 수 있다.
제어부(200)는 제1 감지 신호와 제2 감지 신호 간의 발사 시간차인 t1과 제1 반사 신호와 제2 반사 신호 간의 수신 시간차인 t2를 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(200)는 감지 신호 발사 시간차인 t1과 반사 신호 수신 시간차인 t2를 비교하여 장애물의 존재 여부를 판단한다.
일 예로, 도 3에 예시된 바와 같이 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 각각과 장애물 간의 거리가 같은 경우, 즉 장애물이 센서부(100)의 정면에 위치한 경우, 감지 신호 발사 시간차인 t1과 반사 신호 수신 시간차인 t2는 같은 값을 갖는다. 이러한 경우, 제어부(200)는 차량 주변에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 도 4에 예시된 바와 같이 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 각각과 장애물 간의 거리가 다른 경우, 즉, 장애물이 센서부(100)의 정면에 위치하지 않은 경우, 감지 신호 발사 시간차인 t1과 반사 신호 수신 시간차인 t2은 다른 값을 갖는다. 이러한 경우, 제어부(200)는 발사 시간차 t1과 수신 시간차 t2 간의 오차를 확인하여 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다. 바람직하게, 제어부(200)는 t1과 t2 간의 오차가 기설정된 허용 오차 이하이면 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 허용 오차는 도 5와 같이 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 간의 장착 거리(d1), 현재 온도(T) 및 온도에 따른 초음파의 속도(Vair.T)를 고려하여 수학식 1을 이용하여 구해진 기설정된 값일 수 있다.
Figure 112013074285554-pat00001
Figure 112013074285554-pat00002
수학식 1에서 T는 섭씨 온도(℃), Vair.T.R은 온도 T에서의 초음파의 왕복 속도(m/s), d1는 제1 센서(110)와 제2 센서(120) 각각의 중심을 기준으로 한 센서 간의 거리(m), Terror는 허용 오차 시간(s)이다.
예를 들어, 제1 센서(110)와 제2 센서(120) 간의 장착 거리가 1.5cm 이고, 현재 온도가 25℃이라고 하면, 수학식 1을 통해 86.7us의 허용 오차 값이 획득될 수 있다. 즉, 제어부(200)는 제1 센서(110)와 제2 센서(120) 간의 장착 거리가 1.5cm 이고, 현재 온도가 25℃일 때 감지 신호의 발사 시간차 t1과 반사 신호의 수신 시간차 t2 간의 오차(|t1-t2|)가 86.7us 이하(|t1-t2|≤Terror)면 차량 주변에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 제어부(200)는 장애물이 존재하는 것으로 판단되면, 차량 운전자에게 차량 주변에 장애물이 존재하는 것을 알리기 위해 차량의 경보음 발생 명령 신호를 출력할 수 있다.
만약, 도 6과 같이 제1 센서(110)를 통해 제1 주파수 대역의 노이즈가 유입되면, 제어부(200)는 제1 센서(110)를 통해 반사 신호 A_n을 수신할 수 있다. 여기서, 노이즈란 차량 주변에서 발생하여 센서부(100)를 통해 유입될 수 있는 외부 잡음을 말하며, 예를 들어 에어컨 노이즈, 버스 에어 토출음, 오토바이 소음 등과 같은 소음성 노이즈와 다른 차량에 장착된 센서로부터 발사된 초음파일 수 있다.
제1 센서(110)를 통해 노이즈(A_n)가 유입되면 감지 신호 A와 B의 발사 시간차 t1와, 반사 신호 A_n과 B_1의 수신 시간차 tn 간의 오차는 기설정된 허용 오차보다 클 수 있다(|t1-tn|>Terror). 이와 같이, 발사 시간차와 수신 시간차 간의 오차가 허용 오차보다 큰 경우(|t1-t2|>Terror), 제어부(200)는 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 만약, 반사 신호 A_n를 수신한 후 제1 센서(110)를 통해 차후의 감지 신호를 발사하기 이전에 반사 신호(A_1)가 재수신되면, 제어부(200)는 A_1과 B_1의 수신 시간의 오차(t2)를 이용하여 장애물의 존재 여부를 재판단할 수 있다. 만약, t2와 t1 간의 오차가 기설정된 허용 오차보다 작으면(|t1-t2|≤Terror), 제어부(200)는 차량 주변에 장애물이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 서로 다른 주파수 대역의 센서를 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단함으로써, 장애물이 존재하지 않은 경우에 센서와 동일한 주파수 대역의 노이즈가 센서를 통해 유입되어 장애물이 존재하는 것으로 잘못 감지하는 오동작 및 오경보를 방지하여 장애물에 대한 감지 성능을 향상시킨다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 장애물 감지 장치에 의한 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법 흐름도이다.
장애물 감지 장치(10)는 먼저 제1 센서(110)를 통해 제1 감지 신호를 발사한다(S100). 여기서, 제1 센서(110)는 제1 주파수 대역(예를 들어, 48kHz)의 제1 감지 신호를 발사하며, 장애물에 반사된 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호를 수신하는 센서일 수 있다.
장애물 감지 장치(10)는 제1 센서(110)를 통해 제1 감지 신호를 발사하고 일정 시간(t1) 지연 후, 제2 센서(120)를 통해 제2 감지 신호를 발사한다(S200). 여기서, 제2 센서(120)는 제2 주파수 대역(예를 들어, 58kHz)의 제2 감지 신호를 발사하며, 장애물에 반사된 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 수신하는 센서일 수 있다.
이후, 장애물 감지 장치(10)는 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 각각을 통해 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 수신하고, 수신된 제1 반사 신호와 제2 반사 신호 간의 시간차(t2)를 확인한다(S300). 이때, 장애물 감지 장치(10)는 제1 센서(110)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호를 수신할 수 있으며, 제2 센서(120)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 수신할 수 있다. 장애물 감지 장치(10)는 제1 감지 신호와 제2 감지 신호 간의 발사 시간차(t1)와 제1 반사 신호와 제2 반사 신호 간의 수신 시간차(t2)를 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 장애물 감지 장치(10)는 감지 신호의 발사 시간차(t1)와 반사 신호의 수신 시간차(t2) 간의 오차(|t1-t2|)와 기설정된 허용 오차(Terror)를 비교하여 장애물의 존재 여부를 판단한다(S400). 여기서, 허용 오차는 제1 센서(110) 및 제2 센서(120) 간의 장착 거리(d1), 현재 온도(T) 및 온도에 따른 초음파의 속도를 고려하여 수학식 1을 이용하여 구해진 기설정된 값일 수 있다.
단계 S400의 비교 결과, 감지 신호의 발사 시간차(t1)와 반사 신호의 수신 시간차(t2)의 오차(|t1-t2|)가 기설정된 허용 오차(Terror) 이하인 경우(|t1-t2|≤Terror), 장애물 감지 장치(10)는 차량 주변에 장애물이 존재하는 것으로 판단한다(S500). 장애물이 존재하는 것으로 판단되면, 장애물 감지 장치(10)는 차량 운전자에게 차량 주변에 장애물이 존재하는 것을 알리기 위한 차량 경보음을 출력할 수 있다.
단계 S400의 비교 결과, 감지 신호의 발사 시간차(t1)와 반사 신호의 수신 시간차(t2) 간의 오차(|t1-t2|)가 기설정된 허용 오차(Terror)보다 큰 경우(|t1-tn|>Terror), 장애물 감지 장치(10)는 제1 센서(110)와 제2 센서(120) 중 어느 한 센서를 통해 노이즈가 유입된 것으로 판단한다(S600). 노이즈가 유입된 것으로 판단되면, 장애물 감지 장치(10)는 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단하며, 따라서 차량 경보음 또한 출력하지 않는다.
이와 같이, 본 발명은 서로 다른 주파수 대역의 센서를 이용하여 장애물의 존재 여부를 판단함으로써, 장애물이 존재하지 않은 경우에 센서와 동일한 주파수 대역의 노이즈가 센서를 통해 유입되어 장애물이 존재하는 것으로 잘못 감지하는 오동작 및 오경보를 방지하여 장애물에 대한 감지 성능을 향상시킨다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 장애물 감지 장치 100 : 센서부
110 : 제1 센서 120 : 제2 센서
200 : 제어부

Claims (6)

  1. 제1 주파수 대역의 제1 감지 신호를 발사하고, 상기 제1 감지 신호의 반사 신호인 상기 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호를 수신하는 제1 센서;
    제2 주파수 대역의 제2 감지 신호를 발사하고, 상기 제2 감지 신호의 반사 신호인 상기 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 수신하는 제2 센서; 및
    시간 차를 두고 상기 제1 및 제2 감지 신호를 발사하도록 상기 제1 및 제2 센서를 제어하며, 상기 제1 및 제2 센서를 통해 수신되는 상기 제1 및 상기 제2 반사 신호를 이용하여 장애물이 존재하는지 판단하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 감지 신호 간의 발사 시간차와 상기 제1 및 제2 반사 신호 간의 수신 시간차의 오차로 장애물이 존재하는 것으로 판단하는 것인 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 센서 간의 장착 거리 및 온도를 고려하여 허용 오차를 미리 설정하는 것인 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 장치.
  4. 장애물 감지 장치에 의한 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법으로서,
    주변의 장애물을 감지하기 위해 제1 주파수 대역의 제1 감지 신호와 제2 주파수 대역의 제2 감지 신호가 시간차를 두고 각각 발사되도록 제1 센서 및 제2 센서를 제어하는 단계;
    상기 제1 및 제2 감지 신호 각각에 대응하여 상기 제1 주파수 대역의 제1 반사 신호와 상기 제2 주파수 대역의 제2 반사 신호를 상기 제1 및 제2 센서를 통해 각각 수신하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 감지 신호 간의 발사 시간차와 상기 제1 및 제2 반사 신호 간의 수신 시간차를 비교하여 상기 발사 시간차와 상기 수신 시간차의 오차로 장애물이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것인 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 발사 시간차와 상기 수신 시간차의 오차로 장애물의 존재를 판단하는 단계는 상기 제1 및 제2 센서 간의 장착 거리 및 온도를 고려하여 설정된 값인 허용 오차를 이용하여 판단하는 다수의 센서를 이용한 장애물 감지 방법.
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