KR102286206B1 - 스마트키 유닛 및 스마트키 시스템의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스마트키 유닛 및 스마트키 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템의 동작 방법은, 사용자가 휴대할 수 있는 포브키 및 상기 포브키와 원격에서 무선 통신을 수행하는 스마트키 유닛을 포함하는 스마트키 시스템의 동작 방법으로서, LF 신호 송신 및 RF 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키를 인증하는 단계, 상기 인증에 성공한 경우, UWB 신호 송신 및 응답 UWB 신호 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛 및 상기 포브키 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 상기 판단결과에 따라 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

스마트키 유닛 및 스마트키 시스템의 동작 방법{SMART KEY UNIT AND OPERATING METHOD OF SMART KEY SYSTEM}
본 발명은 스마트키 유닛 및 스마트키 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스마트키 시스템은 차량용 ECU 및 포브키(FOB key)를 포함하여 포브키의 위치 확인 및 암호 인증 과정을 수행한다. 기존의 스마트키 시스템에서의 포브키의 위치 확인 과정 및 암호 인증 과정은 다음과 같다.
먼저, 차량용 ECU가 포브키와의 인증에 필요한 데이터, 예컨대, ID, Challenge 신호 등을 포함하는 LF(low frequency, 보통 125/134.2khz를 사용)를 포브키에 송신한다. 이어, 인증에 필요한 데이터를 수신한 포브키는 수신된 데이터에 응답하여 자체적으로 암호화한 데이터를 RF(radio frequency, 보통 315/433Mhz사용)로 차량용 ECU에 송신한다. 이어, 차량용 ECU는 포브키로부터 수신된 암호화한 데이터를 해독하고, 정당한 포브키인지를 판단하는 포브키 인증과 포브키 위치를 확인하게 된다.
그런데 이러한 기존의 스마트키 시스템은 RSA(relay station attack)에 매우 취약하여 차량 도난의 위험성이 높다. 일반적으로 LF 통신을 사용하는 포브키의 인식거리는 2m 내외로, 기본적으로 포브키 인증은 운전자가 차량 주변에 위치하고 있기 때문에 도난의 위험이 없으나, RSA 방법을 이용하여 포브키의 LF통신과 RF통신을 공격(Attack)할 경우, 포브키를 소지하고 있는 운전자가 차량으로부터 원거리에 위치하고 있는 경우에도 차량의 도난 가능성이 존재하게 된다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
일본 공개특허공보 제2014-094680호
전술한 문제점 및/또는 한계를 해결하기 위해 안출된 것으로, 초광대역(UWB, ultra wide band) 통신을 이용하여 포브키의 거리를 정확히 측정하여 릴레이 어택을 방지하는데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템의 동작 방법은, 사용자가 휴대할 수 있는 포브키 및 상기 포브키와 원격에서 무선 통신을 수행하는 스마트키 유닛을 포함하는 스마트키 시스템의 동작 방법으로서, LF 신호 송신 및 RF 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키를 인증하는 단계, 상기 인증에 성공한 경우, UWB 신호 송신 및 응답 UWB 신호 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛 및 상기 포브키 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 상기 판단결과에 따라 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 포브키를 인증하는 단계는, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키의 ID를 포함하는 LF 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로부터 상기 LF 신호에 대한 응답 신호로서의 RF 신호를 수신하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 수신한 상기 RF 신호에 포함된 암호화 데이터가 기저장된 기준 암호화 데이터와 일치하는 경우 인증의 수행 성공을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 차량 제어를 수행하는 단계는, 상기 스마트키 유닛이 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로부터 상기 UWB 신호에 대한 응답 신호로서의 응답 UWB 신호를 수신하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로 상기 UWB 신호를 전송하여 상기 포브키로부터 상기 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 기저장된 상기 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하는 단계, 상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 상기 스마트키 유닛이 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 차량 제어를 수행하는 단계는, 상기 스마트키 유닛이 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로부터 상기 UWB 신호에 대한 응답 신호로서의 응답 UWB 신호를 수신하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로 상기 UWB 신호를 전송하여 상기 포브키로부터 상기 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 기저장된 상기 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하는 단계, 상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 상기 스마트키 유닛이 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하고, 상기 유효거리 범위 내에 존재하지 않은 경우, 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시하고, 그 위치 측정 재 실시 결과에 따라 차량 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시할 때, 상기 스마트키 유닛은 상기 산출된 거리와 일정 거리 이상 멀리 있는 상기 UWB 신호를 제외하고 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시할 수 있다.
본 발명에서 상기 스마트키 유닛이 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계는, 상기 스마트키 유닛이 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 상기 차량에 배치된 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하는 단계, 상기 스마트키 유닛이 상기 선택된 UWB 송수신부들을 통해 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 유닛은, 사용자가 휴대할 수 있는 포브키, 상기 포브키와 원격에서 무선 통신을 수행하는 스마트키 유닛을 포함하는 스마트키 시스템으로써, 상기 스마트키 유닛은, 상기 포브키로 LF 신호 및 RF 신호를 송수신하는 제1 송수신부, 상기 포브키로 UWB 신호 및 응답 UWB 신호를 송수신하는 복수의 UWB 송수신부, 상기 LF 신호의 송신 및 상기 RF 신호의 수신을 통하여 상기 포브키를 인증하고, 상기 인증에 성공한 경우, 상기 UWB 신호의 송신 및 상기 응답 UWB 신호의 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛 및 상기 포브키 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 상기 판단결과에 따라 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 포브키의 ID를 포함하는 LF 신호를 상기 포브키로 전송하고, 상기 포브키로부터 상기 LF 신호에 대한 응답 신호로서의 RF 신호를 수신하며, 상기 RF 신호에 포함된 암호화 데이터가 기저장된 기준 암호화 데이터와 일치하는 경우 상기 인증의 수행 성공을 결정할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 사용자의 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 상기 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 상기 선택된 UWB 송수신부들을 통해 상기 UWB 신호의 송신 및 상기 응답 UWB 신호의 수신을 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하여 상기 포브키로부터 상기 UWB 신호에 대한 응답 신호로서의 상기 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 기저장된 상기 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하지 않은 경우, 상기 산출된 거리와 일정 거리 이상 멀리 있는 상기 UWB 신호를 제외하고 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시하며, 상기 포브키의 위치 측정 재 실시 결과 측정된 위치가 유효거리 내에 포함될 경우, 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행할 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
실시 예들에 따르면, 본 발명은 초광대역(UWB, ultra wide band) 통신을 이용하여 포브키 거리를 정확히 측정하여 릴레이 어택을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 포브키의 위치 측정에 오류가 있는 경우에도 포브키의 위치를 재측정함으로써, 포브키 인증 오류를 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 스마트키 시스템 중 스마트키 유닛의 상세 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 스마트키 유닛에 포함된 UWB 수신부의 위치에 따른 포브키와의 유효거리 산출 결과를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 스마트키 시스템(1)은 스마트키 유닛(100) 및 스마트키로서의 포브키(200)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 스마트키 시스템(1)의 릴레이 어택 방지 방법이 적용된 차량에는, 포브키(200)의 조작 또는 차량에 설치된 스위치 조작으로 인하여 인가되는 각종 전기적인 신호에 따라 차량에 설치된 각종 기능 동작부의 작동을 제어하는 스마트키 유닛(smart key unit)이 설치될 수 있다.
스마트키 유닛(100)은 차량에 설치된 엔진, 변속기 및 공조 부품 등 각종 기능 동작부의 작동을 제어하는 역할을 하고, 차량에 설치된 스위치는 일례로 푸쉬형 시동 스위치, 사이드 도어 핸들 및 트렁크 개폐 스위치 등을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 스마트키 시스템(1)은, 스마트키 유닛(100)이 장착된 차량과, 운전자(또는 사용자)가 휴대할 수 있도록 작은 크기로 형성되되, 스마트키 유닛(100)과 무선 통신 방법으로 상호 통신하는 포브키(200)와의 통신 방법을 그 모티브로 할 수 있다.
종래 기술의 경우, 차량의 스마트키 유닛에서 발신하는 LF 발신 영역에서 도둑 1이 가지고 있는 RSA 장비가 LF 신호를 RF 신호로 변환하여 멀리 있는 도둑 2가 가지고 있는 RSA 장비에 송신한 후, 도둑 2가 가지고 있는 RSA 장비는 RF 신호를 LF 신호로 변환하여 차량의 스마트키 유닛이 발신한 LF 영역이 아닌 곳에 있는 사용자에게 LF 신호를 전송하여 차량의 문을 개방하고 시동을 걸어 차량을 도난(RSA, relay station attack)하는 문제가 있었다.
본 실시 예에서는 이러한 RSA 방지를 위하여 LF 신호의 크기를 가변하는 방법 또는 포브키가 수신하는 LF 신호의 입력 벡터를 이용하여 각을 구하는 여러 가지 방지책이 있으나, 차량의 모든 조건에서 RSA를 방지하지는 못하고 있다. 이에 따라 LF 대역을 이용한 도난 방지를 초광대역(UWB) 신호를 이용하여 포브키(200)의 거리를 정확히 측정함으로써 RSA 방지 기술을 구현하여 기존 RSA 기술의 단점을 극복하고자 한다.
본 실시 예에서 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)에 대하여 인증을 수행할 수 있다. 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 LF 신호를 송신하고, 포브키(200)로부터 RF 신호를 수신하여 포브키(200)에 대한 인증을 수행할 수 있다. 포브키(200)에 대한 인증 수행에 성공한 경우, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 송신하고 포브키(200)로부터 UWB 신호를 수신한 후 스마트키 유닛(100) 및 포브키(200) 사이의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 기초하여 차량 제어를 수행한다. 이때, 스마트키 유닛(100)은 사용자의 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 차량에 배치된 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 선택된 UWB 송수신부들을 통해 UWB 신호의 송신 및 응답 UWB 신호의 수신을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 사용자의 외부 입력은 예컨대, 도어 핸들의 토글(Toggle) 버튼 선택, 시동 버튼 입력 등을 포함할 수 있다.
스마트키 유닛(100)은 스마트키 유닛(100) 및 포브키(200) 사이의 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 그 판단결과에 따라 차량 제어를 수행한다. 즉, 스마트키 유닛(100)은 스마트키 유닛(100) 및 포브키(200) 사이의 거리가 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 포브키(200)와의 정상 동작을 결정하고, 외부 입력에 따른 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 외부 입력이 도어 핸들의 토글 버튼 선택인 경우 차량의 도어를 개폐할 수 있고, 외부 입력이 시동 버튼 선택인 경우 시동을 거는 등의 동작을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 스마트키 시스템 중 스마트키 유닛의 상세 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 스마트키 유닛에 포함된 UWB 수신부의 위치에 따른 포브키와의 유효거리 산출 결과를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 스마트키 유닛(100)은 전원을 공급하는 전원부(110), LF 송신부(121) 및 RF 수신부(122)를 포함하는 제1 송수신부(120), UWB 안테나(131) 및 UWB 송수신부(132)를 포함하는 제2 송수신부(130), 저장부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 차량의 내부에는 제어부(150) 및 UWB 수신부(132)가 구비되어 있고, 차량의 외부에는 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)가 포함될 수 있다. 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)는, UWB 수신 성능 향상 및 위치 측위가 필요할 때마다 제어부(150)의 제어 하에 선택적으로 이용될 수 있다. 이때, 제어부(150)는 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164) 중에서 2개 이상의 UWB 수신부를 선택할 수 있다. 예컨대, 외부 입력이 도어 핸들, 예를 들어 운전석에 가까운 도어 핸들의 토글 버튼 선택인 경우, 제어부(150)는 차량의 운전석에 가까운 2개 이상의 UWB 수신부를 선택하여 동작시킬 수 있다.
사용자가 포브키(200)를 휴대한 채로 스마트키 유닛(100)이 구비된 차량으로 소정거리 이내로 접근하면 포브키(200)가 웨이크 업(Wake-Up)될 수 있다.
먼저 포브키(200)의 인증을 설명하면, 사용자가 차량에 설치된 사이드 도어의 핸들을 잡아당기거나(이하, 이러한 행위를 "도어 핸들 트리거링(Door Handle Triggering)"이라 한다), 포브키(200)에 구비된 복수개의 스위치 버튼을 조작하는 동작에 의하여, LF 송신부(121)는 LF(low frequency, 보통 125/134.2khz를 사용) 신호를 발생하고, 제어부(150)는 포브키(200)와의 인증에 필요한 데이터, 예컨대, 포브키의 ID, Challenge 신호 등을 생성하여 LF 신호에 실어 포브키(200)로 송신할 수 있다.
포브키(200)는 수신한 LF 신호에 응답하여 자체적으로 암호화한 데이터를 RF(radio frequency, 보통 315/433Mhz사용) 신호로 생성하여 RF 수신부(122)로 전송할 수 있다.
제어부(150)는 RF 수신부(122)가 수신한 RF 신호(암호화 데이터 및 각종 정보)를 해석(Decoding)할 수 있다. RF 신호의 해석 후에 제어부(150)는 저장부(140)에 기저장된 암호화 데이터와 해석한 데이터가 상호 일치하는지 여부를 판정함으로써 포브키(200)를 휴대하고 있는 사용자가 정상 사용자인지를 판단할 수 있다. 여기서 저장부(140)에는 포브키(200)의 ID, 기준 암호화 데이터 등 1차 인증을 판단하기 위한 기준 데이터가 저장되어 있고, 후술하는 유효거리 범위 내인지 판단을 위한, UWB 신호의 속도 값, 기준 유효거리(예를 들어, 2m)가 저장되어 있을 수 있다.
사용자가 정상 사용자로 판단된 경우, 즉 저장부(140)에 기저장된 기준 암호화 데이터와 해석한 데이터가 상호 일치하여 인증 수행에 성공한 경우, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)에 대하여 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단할 수 있다. 이를 위해, 제어부(150)는 UWB 안테나(131)를 통하여 포브키(200)로 UWB(ultra wide band, 보통 500Mhz 이상 사용) 신호를 전송하고, UWB 신호를 수신한 포브키(200)는 응답 UWB 신호를 UWB 수신부(132)로 전송할 수 있다.
제어부(150)는 UWB 수신부(132)를 통하여 포브키(200)로부터 수신한 응답 UWB 신호를 수신한 시간과, 포브키(200)로 UWB 신호를 전송한 시간을 이용하여 포브키(200)로부터 스마트키 유닛(100)까지의 거리를 산출할 수 있다. 여기서 거리 산출은 TOF(time of flight) 알고리즘을 이용할 수 있는데, 제어부(150)는 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고 포브키(200)로부터 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 저장부(140)에 저장된 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출할 수 있다.
제어부(150)는 산출한 거리가 저장부(140)에 저장된 기준 유효거리 범위 내에 존재하면 사용자를 정상 사용자로 판단하고, 거리가 기준 유효거리 범위 내에 존재하지 않으면 RSA라 판단할 수 있다.
RSA의 경우, LF 신호를 도난 RSA 장비 1 및 RSA 장비 2를 통하여 신호 전달을 하면 신호의 지연이 발생하게 된다. 그러나 UWB 통신의 경우, 1㎱ 당 약 30cm의 거리 지연을 가질 수 있다. 즉, RSA에 의해 멀리 있는 사용자에게 신호를 릴레이 시에 RSA 장비의 지연 시간과 전파가 이동하는 시간이 누적됨으로써 RSA 시에는 유효거리 이상으로 인식된다. 따라서 UWB 신호를 이용하여 거리를 계산함으로써 포브키(200)가 스마트키 유닛(100) 근처에 있는지 확인이 가능하다. 예를 들어 UWB 신호의 경우 1ns 당 약 30cm의 거리 지연을 가지고 있으나, RSA의 경우 다수의 장비를 거쳐 신호가 릴레이 되기 때문에 최소 1㎲ 이상의 지연(1㎲ 당 거리 계산=(1㎲/1㎱)×0.3m)이 발생하고, 이 지연은 차량으로부터 유효하지 않은 곳에서 들어오는 신호로 판단하여 차량의 도난을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 스마트키 유닛(100)은 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)를 더 포함할 수 있고, 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)는 차량 내부 및/또는 차량 외부에 구비될 수 있으며, UWB 수신 성능 향상 및 위치 측위가 필요할 때마다 제어부(150)의 제어 하에 선택적으로 이용될 수 있다. 이때, 제어부(150)는 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164) 중에서 2개 이상의 UWB 수신부를 선택하여 동작시킬 수 있다.
도 3에는 제어부(150) 선택에 의해 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)가 선택되고, 제어부(150)가 각 UWB 수신부 전송신호 도달 시간 및 UWB 신호를 곱하여 산출한 거리(311 내지 314)를 도시하고 있고, 거리가 유효거리 범위 내에 존재하여 정상 사용자라고 판단한 결과를 도시하고 있다.
포브키(200) 인증 수행 성공에 이어 포브키(200)가 유효거리 내에 존재하는 경우, 스마트키 유닛(100)은 비로소 포브키(200)와의 정상 동작을 결정하고, 포브키(200)로부터 수신한 신호에 대응하여 차량의 도어를 개폐하거나 시동을 거는 등의 동작을 수행할 수 있다.
추가적 실시 예로, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)가 유효거리 내에 존재하지 않은 경우 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 산출된 거리가 일정 거리 이상 멀리 있는 UWB 신호를 제외하고 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 기 설정된 일정 횟수만큼 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다.
제어부(150)는 포브키(200)의 위치 측정 재 실시 결과 측정된 위치가 유효거리 내에 포함될 경우, 정상 사용자라고 판단하여 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하고, 그렇지 않은 경우 RSA라 판단할 수 있다.
초광대역 신호를 이용한 거리 측정을 위하여 특화된 무선 대역 및 IR(impulse response)를 이용하면 다중 경로에 의해 입력되는 신호에 대한 영향이 적을 수 있다. 다중 경로를 통하여 신호가 감쇄되거나 위상이 바뀌는 한 시점에 신호가 중첩될 경우, 주변 반사에 의해 신호의 세기가 불규칙적으로 변하지만, UWB의 경우 다중 경로에 의한 위상의 변화와 세기가 기본 신호의 영향 대비 10m 이내로 적어 신호의 세기를 안정적으로 측정할 수 있다. 거리에 따른 안정적인 신호를 기준으로 삼각 측량법을 이용하여 사용자의 포브키(200) 위치를 정확하게 찾을 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제어부(150)의 제어 하에 제1 UWB 수신부(161) 및 제2 UWB 수신부(162)가 차량의 외부에 설치되어 있고, 제1 UWB 수신부(161) 및 제2 UWB 수신부(162)의 위치가 멀어지면 거리(411, 412)의 오차가 커질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제어부(150)의 제어 하에 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)가 차량의 외부에 설치되어 있고, 한 지점에서 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)까지 각각 산출된 거리(421 내지 424)의 오차 범위를 계산하여 최소의 오차 범위를 갖는 UWB 수신부를 선택함으로써 포브키(200) 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제어부(150)의 제어 하에 차량 외부에 설치한 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164) 및 차량 내부에 위치한 UWB 수신부(132) 및 제5 UWB 수신부(165)를 이용하여, 실내 측위의 정확도를 높일 수 있다. 실내의 경우 여러 장애물에 의한 신호 감쇄와 반사파의 경우가 많아서 거리에 따른 포브키(200)의 위치를 정확하게 측정할 필요가 있다. 이에 산출된 거리(431 내지 436)에 따른 포브키(200)의 측정 오차 범위를 줄이기 위해서 UWB 수신부를 추가적으로 설치할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)로 설명하였으나, 제1 UWB 수신부(161) 내지 제4 UWB 수신부(164)는 UWB 송신 및 UWB 수신을 모두 수행할 수 있는 제1 UWB 송수신부 내지 제4 UWB 송수신부일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트키 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도 이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 4에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 사용자의 외부 입력(예컨대, 도어 핸들 트리거링)에 의하여, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)의 인증에 필요한 데이터, 예컨대, 포브키의 ID, Challenge 신호 등을 포함하는 LF 신호를 포브키(200)로 송신한다(S511). 이때, 스마트키 유닛(100)은 사용자의 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 차량에 배치된 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 선택된 UWB 송수신부들을 동작시켜 UWB 신호를 포브키(200)로 송신할 수 있다.
단계 S511이 수행되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로부터 LF 신호에 응답하여 자체적으로 암호화한 데이터를 포함하는 RF 신호를 수신한다(S513).
RF 신호를 수신한 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)에 대한 인증을 수행한다(S515). 스마트키 유닛(100)은 기저장된 암호화 데이터와 RF 신호를 해석한 데이터가 상호 일치하는지 여부를 판정함으로써 포브키(200)를 휴대하고 있는 사용자가 정상 사용자인지를 판단할 수 있다. 이때, 스마트키 유닛(100)은 저장부(140)에 기저장된 기준 암호화 데이터와 해석한 데이터가 상호 일치한 경우, 사용자를 정상 사용자로 판단할 수 있다.
단계 S515의 판단결과, 포브키(200)가 인증되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고(S517), 포브키(200)로부터 수신한 UWB 신호에 대한 응답 UWB 신호를 수신한다(S519). 즉, 포브키(200)의 인증이 완료되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단할 필요가 있다. 이에, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고, 포브키(200)로부터 수신한 UWB 신호에 대한 응답 UWB 신호를 수신할 수 있다.
응답 UWB 신호를 수신한 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단한다(S521). 이때, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고 포브키(200)로부터 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 저장부(140)에 저장된 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하고, 산출된 거리가 유효거리의 범위 내에 존재하는지 판단할 수 있다. 스마트키 유닛(100)은 산출된 거리가 유효거리 범위 내에 존재하면 사용자를 정상 사용자로 판단하고, 산출된 거리가 유효거리 범위 내에 존재하지 않으면 RSA라 판단할 수 있다.
단계 S521의 판단결과, 포브키(200)가 유효거리 범위 내에 존재하면, 스마트키 유닛(100)은 비로소 포브키(200)와의 정상 동작을 결정하고, 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행한다(S523). 예컨대, 스마트키 유닛(100)은 사용자의 외부 입력에 따라 차량의 도어를 개폐하거나 시동을 거는 등의 차량 제어를 수행할 수 있다.
만약, S521단계에서, 포브키(200)가 유효거리 범위 내에 존재하지 않으면, 스마트키 유닛(100)은 정상 사용자가 아니라고 판단한다(S525).
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트키 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도 이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 5에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 사용자의 외부 입력(예컨대, 도어 핸들 트리거링)에 의하여, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)의 인증에 필요한 데이터, 예컨대, 포브키의 ID, Challenge 신호 등을 포함하는 LF 신호를 포브키(200)로 송신한다(S611). 이때, 스마트키 유닛(100)은 사용자의 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 차량에 배치된 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 선택된 UWB 송수신부들을 동작시켜 UWB 신호를 포브키(200)로 송신할 수 있다.
단계 S611이 수행되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로부터 LF 신호에 응답하여 자체적으로 암호화한 데이터를 포함하는 RF 신호를 수신한다(S613).
RF 신호를 수신한 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)에 대한 인증을 수행한다(S615). 스마트키 유닛(100)은 기저장된 암호화 데이터와 RF 신호를 해석한 데이터가 상호 일치하는지 여부를 판정함으로써 포브키(200)를 휴대하고 있는 사용자가 정상 사용자인지를 판단할 수 있다. 이때, 스마트키 유닛(100)은 저장부(140)에 기저장된 기준 암호화 데이터와 해석한 데이터가 상호 일치한 경우, 사용자를 정상 사용자로 판단할 수 있다.
단계 S615의 판단결과, 포브키(200)가 인증되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고(S617), 포브키(200)로부터 수신한 UWB 신호에 대한 응답 UWB 신호를 수신한다(S619). 포브키(200)에 대한 인증이 완료되면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단할 필요가 있다. 이에, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고, 포브키(200)로부터 수신한 UWB 신호에 대한 응답 UWB 신호를 수신할 수 있다.
응답 UWB 신호를 수신한 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단한다(S621). 이때, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)로 UWB 신호를 전송하고 포브키(200)로부터 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 저장부(140)에 저장된 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하고, 산출된 거리가 유효거리의 범위 내에 존재하는지 판단할 수 있다.
단계 S621의 판단결과, 포브키(200)가 유효거리 범위 내에 존재하면, 스마트키 유닛(100)은 비로소 포브키(200)와의 정상 동작을 결정하고, 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행한다(S623). 예컨대, 스마트키 유닛(100)은 외부 입력에 따라 차량의 도어를 개폐하거나 시동을 거는 등의 차량 제어를 수행할 수 있다.
만약, 단계 S621의 판단결과, 포브키(200)가 유효거리 범위 내에 존재하지 않으면, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시한다(S625). 즉, 통신의 불안정으로 UWB 신호의 송수신이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있고, 이로 인해 스마트키 유닛(100)과 포브키(200)의 거리가 정상적으로 측정되지 않을 가능성이 있다. 이에, 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다. 이때, 스마트키 유닛(100)은 산출된 거리가 일정 거리 이상 멀리 있는 UWB 신호를 제외하고 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다. 또한, 스마트키 유닛(100)은 기 설정된 일정 횟수만큼 포브키(200)의 위치 측정을 재 실시할 수 있다. 스마트키 유닛(100)은 포브키(200)의 위치 측정 재 실시 결과 측정된 위치가 유효거리 내에 포함될 경우, 정상 사용자라고 판단하여 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하고, 그렇지 않은 경우 RSA라 판단할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 스마트키 유닛
200: 포브키

Claims (10)

  1. 사용자가 휴대할 수 있는 포브키; 및
    상기 포브키와 원격에서 무선 통신을 수행하는 스마트키 유닛;을 포함하는 스마트키 시스템의 동작 방법으로서,
    LF 신호 송신 및 RF 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛이 상기 포브키를 인증하는 단계; 및
    상기 인증에 성공한 경우, UWB 신호 송신 및 응답 UWB 신호 수신을 통하여 상기 스마트키 유닛 및 상기 포브키 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 상기 판단결과에 따라 차량 제어를 수행하는 포함하되,
    상기 차량 제어를 수행하는 단계에서,
    상기 스마트키 유닛이 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 상기 차량에 배치된 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 상기 선택된 UWB 송수신부들을 통해 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하되,
    상기 스마트키 유닛은 상기 트리거 신호에 기초한 특정 지점에서 상기 복수의 UWB 송수신부까지 각각 산출된 거리의 오차 범위를 계산하여 최소의 오차 범위를 갖는 UWB 송수신부를 선택하고,
    상기 차량 제어를 수행하는 단계에서,
    상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하지 않은 경우, 상기 산출된 거리와 일정 거리 이상 멀리 있는 상기 UWB 신호를 제외하고 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시하여, 상기 포브키의 위치 측정 재 실시 결과 측정된 위치가 유효거리 내에 포함될 경우, 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트키 시스템의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포브키를 인증하는 단계는,
    상기 스마트키 유닛이 상기 포브키의 ID를 포함하는 LF 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계;
    상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로부터 상기 LF 신호에 대한 응답 신호로서의 RF 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 스마트키 유닛이 수신한 상기 RF 신호에 포함된 암호화 데이터가 기저장된 기준 암호화 데이터와 일치하는 경우 인증의 수행 성공을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트키 시스템의 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어를 수행하는 단계는,
    상기 스마트키 유닛이 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하는 단계;
    상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로부터 상기 UWB 신호에 대한 응답 신호로서의 응답 UWB 신호를 수신하는 단계;
    상기 스마트키 유닛이 상기 포브키로 상기 UWB 신호를 전송하여 상기 포브키로부터 상기 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 기저장된 상기 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 상기 스마트키 유닛이 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트키 시스템의 동작 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 포브키로 LF 신호 및 RF 신호를 송수신하는 제1 송수신부;
    상기 포브키로 UWB 신호 및 응답 UWB 신호를 송수신하는 복수의 UWB 송수신부; 및
    상기 LF 신호의 송신 및 상기 RF 신호의 수신을 통하여 상기 포브키를 인증하고, 상기 인증에 성공한 경우, 상기 UWB 신호의 송신 및 상기 응답 UWB 신호의 수신을 통하여 스마트키 유닛 및 상기 포브키 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 기 설정된 유효거리 범위 내에 존재하는지를 판단하며, 상기 판단결과에 따라 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    사용자의 외부 입력에 의한 트리거 신호에 기초하여, 상기 복수의 UWB 송수신부 중에서 2개 이상의 UWB 송수신부를 선택하고, 상기 선택된 UWB 송수신부들을 통해 상기 UWB 신호의 송신 및 상기 응답 UWB 신호의 수신을 수행하되,
    상기 제어부는, 상기 트리거 신호에 기초한 특정 지점에서 상기 복수의 UWB 송수신부까지 각각 산출된 거리의 오차 범위를 계산하여 최소의 오차 범위를 갖는 UWB 송수신부를 선택하고,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 거리가 상기 유효거리 범위 내에 존재하지 않은 경우, 상기 산출된 거리와 일정 거리 이상 멀리 있는 상기 UWB 신호를 제외하고 상기 포브키의 위치 측정을 재 실시하며, 상기 포브키의 위치 측정 재 실시 결과 측정된 위치가 유효거리 내에 포함될 경우, 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트키 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 포브키의 ID를 포함하는 LF 신호를 상기 포브키로 전송하고, 상기 포브키로부터 상기 LF 신호에 대한 응답 신호로서의 RF 신호를 수신하며, 상기 RF 신호에 포함된 암호화 데이터가 기저장된 기준 암호화 데이터와 일치하는 경우 상기 인증의 수행 성공을 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트키 유닛.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 UWB 신호를 상기 포브키로 전송하여 상기 포브키로부터 상기 UWB 신호에 대한 응답 신호로서의 상기 응답 UWB 신호를 수신한 시간으로서의 전송 신호 도달 시간 및 기저장된 상기 UWB 신호의 속도를 곱하여 거리를 산출하고, 상기 산출된 거리가 유효거리 범위 내에 존재하는 경우, 상기 사용자의 외부 입력에 따른 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트키 유닛.
  10. 삭제
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