KR20160111827A - 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법 및 장치 - Google Patents

도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법은 제1 차량이 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하는 단계; 제1 차량이 상기 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하는 단계; 상기 제1 차량이 상기 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제1 차량이 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PREVENTING VEHICLE COLLISION BASED ON DOPPLER FREQUENCY}
본 발명은 차량의 충돌 방지 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도플러 주파수를 이용한 차량의 충돌 방지 기술에 관한 것이다.
종래의 차량 충돌방지기술은 일반적으로 두 가지 카테고리로 분류될 수 있다. 첫번째는, 레이다, 레이저 또는 카메라 센서를 통해 전후방의 물체를 감지 후, 경고표시 및 브레이크/스티어링 등의 자동 제동을 하는 기술이다. 두번째는, 전방차량의 windshield-installed 카메라로부터 인식된 front-end 영상을 후방 차량들에 V2V (vehicle to vehicle) 통신을 통해 브로드캐스팅하는 기술이다.
이러한 기술들은 다음과 같은 한계가 있다.
첫번째, 레이다, 레이저 또는 카메라 등의 센서를 이용한 충돌방지기술은 밀리미터 웨이브의 직진성에 따라 line-of-sight에 위치한 물체만 인지할 수 있어서 시야 확보가 어려운 경우에는 공간 제약이라는 단점이 있다.
두번째, 기존의 영상 송수신 장치들은 범용통신 규격인 IEEE 802.11p에 기반하고 있으므로 고속 이동 차량 사이의 영상전송에는 적합하지 않다. 디지털 영상 표준인 DVB (Digital Video Broadcasting)와 달리 아직 고속 이동 V2V를 위한 영상 전송 규격은 마련되지 않은 상태이기 때문이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고속 이동 차량에서 도플러 주파수 추정에 기반한 충돌 방지에 관한 것으로, 고속도로 등에서의 기상악화나 또는 도로 지형 특성상 시야 확보가 어려운 경우에도 도플러 주파수의 변화량을 이용하여 충돌방지를 할 수 있도록 하는 차량 충돌 방지방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법은 제1 차량이 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하는 단계; 제1 차량이 상기 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하는 단계; 상기 제1 차량이 상기 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제1 차량이 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 무선 신호는 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 및 비인가 대역 중 적어도 하나의 대역을 통해 송신되는 신호를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 무선 신호를 수신하는 단계는, V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 주파수 변화량을 산출하는 단계는, 상기 제1 차량이 단위 시간당 추정되는 상기 제1 도플러 주파수 각각의 차이값을 이용해 상기 주파수 변화량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 차량 제어를 수행하는 단계는, 상기 제1 차량이 상기 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 중 적어도 하나의 차량 제어를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제2 차량이 상기 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 상기 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 송신하면, 상기 제1 차량이 수신된 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 상기 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 상기 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 차량이 상기 산출된 상대적인 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하여 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행할 수 있다.
여기서, V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 단계는, 상기 제1 도플러 주파수와 상기 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 상기 상대적인 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치는 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하는 제1 차량의 통신 인터페이스부; 상기 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하는 제1 차량의 주파수 추정부; 상기 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하는 제1 차량의 주파수 변화량 산출부; 및 상기 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 제1 차량의 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 통신 인터페이스부는, V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 주파수 변화량 산출부는, 단위 시간당 추정되는 상기 제1 도플러 주파수 각각의 차이값을 이용해 상기 주파수 변화량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 중 적어도 하나의 차량 제어를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 제2 차량이 상기 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 상기 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보가 상기 통신 인터페이스부를 통해 수신되면, 상기 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 상기 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 상기 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 상대적 주파수 산출부를 더 포함하고, 상기 주파수 변화량 산출부가 상기 산출된 상대적인 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하고, 상기 제어부가 상기 산출된 주파수 변화량에 따라 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행할 수 있다.
여기서, 상기 통신 인터페이스부는, V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 상대적 주파수 산출부는, 상기 제1 도플러 주파수와 상기 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 상기 상대적인 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 레이다, 레이저 또는 카메라 기반의 센서를 이용한 기술과 달리, 물체가 직선상에 위치하지 않거나 시야 확보가 어려운 경우에도 주변 차량의 가속, 감속을 신속하게 확인함으로써 차량의 충돌을 미리 예방할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, line-of-sight 없이도 주위 차량들의 속도를 최소의 지연 시간(예를 들어, 1[ms]) 내에 검출할 수 있다. 차량에 설치된 DSRC 통신장치를 이용하므로 별도의 송신 장치가 필요 없이, 차량 충돌 방지를 위한 시스템을 구축할 수 있다. 또한, 기존의 레이더 센서 기반 충돌방지 시스템에 5.9[GHz] 또는 2.4[GHz] 대역의 도플러 주파수 측정 결과를 보완 결합시킴으로써, safety coverage를 강화할 수 있다.
도 1은 차량의 상대적 속도차에 따른 도플러 효과를 설명하기 위한 일 예의 참조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법을 설명하기 위한 일 실시예의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법을 설명하기 위한 다른 실시예의 흐름도이다.
도 4는 애드혹 네트워크로 연결된 노드들로부터 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신하는 것을 설명하기 위한 일 예의 참조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치를 설명하기 위한 다른 실시예의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
차량 충돌방지 기술은 일반적으로 두 가지 카테고리로 분류될 수 있다. 첫번째는, 이미 많은 자동차 브랜드에서 채택되고 있는 기술로서, 레이다, 레이저 또는 카메라 센서를 통해 전후방의 물체를 감지 후, 경고표시 및 브레이크/스티어링 등의 자동제동을 하는 기술이다. 현대 Genesis, Audi A8, Benz S-class 등 luxury 브랜드에 채택되어 있다. 두번째는, 주로 학술지 등에서 논의될 뿐, 아직 상용화되지 않은 기술로서, 전방의 버스, 트럭이나 SUV 등에 의해 시야가 가릴 때 전방차량의 windshield-installed 카메라로부터 인식된 front-end 영상을 후방 차량들에 V2V (vehicle to vehicle) 통신을 통해 브로드캐스팅하는 것이다. 후방 차량의 운전자 입장에서는 built-in 스크린을 통해 전방 차량의 front-end 시야를 확보할 수 있으므로 전방의 커다란 차량이 사실상 transparent하게 보이도록 하는 기술이다. 그런데, 이러한 기술들은 다음과 같은 한계가 있다. 첫번째, 레이다 혹은 레이저 기반의 센서를 이용한 충돌방지기술은, line-of-sight에 위치한 물체만 인지할 수 있다는 단점이 있다. 두번째, 기존의 영상 송수신 장치들은 범용통신 규격인 IEEE 802.11p에 기반하고 있으므로 고속 이동 차량 사이의 영상전송에는 적합하지 않다.
상기의 단점을 보완하기 위해, 레이더 등의 밀리미터 웨이브 대신에, 5.9[GHz] 대역의 IEEE 802.11p등의 DSRC (dedicated short-range communications) 통신장치 또는 2.4 [GHz]의 unlicensed 대역에서의 통신장치로부터 송신되는 마이크로웨이브를 수신하여 이를 통해 주위 차량들의 가속, 감속을 측정함으로써 충돌방지에 활용한다. 이 대역의 웨이브는 회절 및 굴절 성질이 강하므로 line-of-sight가 확보되지 않은 상황에서도 전파의 수신이 용이하다. 도플러 주파수는 차량간의 상대속도와 정비례 관계가 성립하므로, 이를 통해 주위 차량들의 급격한 감속/가속을 모니터링 함으로써 스마트한 충돌방지 시스템을 구축할 수 있다.
도 1은 차량의 상대적 속도차에 따른 도플러 효과를 설명하기 위한 일 예의 참조도이다. 도 1의 제1 차량은 주변 차량(예를 들어, 제2 차량)의 DSRC 통신장치로부터 송신되는 마이크로웨이브 또는 비인가 대역을 통해 송신되는 마이크로웨이브를 수신하고, 수신된 마이크로웨이브의 도플러 주파수 (Doppler frequency)를 지속적으로 모니터링 한다. 도플러 주파수는 차량간의 상대속도와 정비례 관계가 성립한다. 주변 차량의 도플러 주파수를 모니터링 함으로써(예를 들어, 전방 차량의 도플러 주파수가 급격히 증가할 경우 즉, 전방 차량의 속도가 급격히 감속하는 경우), 경고표시, 감속 및 제동 등의 제어를 통해 충돌을 방지할 수 있다. 이동 차량의 속도에 정비례하는 도플러 주파수를 정밀하게 측정해야 하며, 이를 통해 통신 수신기의 여러 파라미터들을 최적화할 수 있다. 본 발명의 도플러 주파수 기반의 주행 차량 가속/감속 모니터링 기술은 주변 차량들의 속도를 빠른 시간 내에 인식할 수 있으며, 이에 따라 고속의 차량 운행 중에도 차량의 충돌을 방지할 수 있도록 하는 기술이다.
도 2는 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법을 설명하기 위한 일 실시예의 흐름도이다.
제1 차량은 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신한다(S200). 운행 중인 제1 차량과 제2 차량은 차량간 통신 네트워크(V2V, vehicle to vehicle) 또는 차량과 인프라간 통신 네트워크(V2I, vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 연결되어 있다. 따라서, 제1 차량은 V2V(vehicle to vehicle) 또는 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 제2 차량으로부터 무선 신호를 수신할 수 있다.
제1 차량은 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 또는 비인가(unlicensed) 대역 등을 통해 전송되는 무선 신호를 수신할 수 있다. 제2 차량은 5.9[GHz] 대역의 DSRC (dedicated short-range communications) 통신장치를 구비하거나 또는 2.4 [GHz]의 비인가 대역에서 동작하는 통신장치를 구비할 수 있으며, 이에 따라, 5.9[GHz] 대역 또는 2.4 [GHz]의 unlicensed 대역을 통해 마이크로웨이브를 송신할 수 있다. 그러면, 제1 차량은 제2 차량으로부터 송신되는 5.9[GHz] 대역 또는 2.4 [GHz]의 비인가 대역 등을 통해 무선 신호를 수신한다.
S200 단계 후에, 제1 차량은 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정한다(S202). 무선 신호에서 도플러 주파수를 추정하기 위한 기법으로, 제1 차량은 ZCR(zero crossing rate) 추정 기법, LCR(level crossing rate) 추정기법, ACF(auto correlation function) 기반의 추정기법, 공분산(COV, covariance) 기반의 추정기법, PSD(Power Spectral Density) 기반의 추정기법, 수신 다이버시티(diversity) 기반의 추정기법, CP(cyclic prefix) 추정기법 등을 사용할 수 있다.
ZCR 추정기법 또는 LCR 추정기법은 랜덤 페이딩 신호의 영점 교차 혹은 레벨 교차를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 것이다. ACF 기반의 추정기법은 수신 신호의 자기 상관 함수를 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정하는 것이다. 공분산(COV) 기반의 추정기법은 수신 신호 전력의 공분산을 이용하여 최대 도플러 주파수를 추정한다. 또한, PSD 기반의 추정기법은 시간 영역에서 전송되는 연속 파일럿 채널에 실리는 채널 값에 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 수행함으로써 직접 채널의 전력 스펙트럼을 계산하고 이를 통해 도플러 주파수를 추정한다.
S202 단계 후에, 제1 차량은 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출한다(S204). 제1 차량은 단위 시간당 추정되는 제1 도플러 주파수 각각에 대한 차이값을 이용해 주파수 변화량을 산출할 수 있다. 단위 시간당 도플러 주파수의 차이값이 커질수록 주파수 변화량이 증가하는 것이며, 차이값이 작아질수록 주파수 변화량이 감소하는 것이다. 주파수 변화량이 증가한다는 것은 제1 차량과 제2 차량간의 거리가 감소하고 있음을 의미한다. 또한, 주파수 변화량이 감소한다는 것은 제1 차량과 제2 차량간의 거리가 증가하고 있음을 의미한다.
S204 단계 후에, 산출된 주파수 변화량에 따라, 제1 차량이 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행한다(S206). 제1 차량은 산출된 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 등의 차량 제어를 수행할 수 있다. 전방에 있는 제2 차량으로부터 송신된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량이 증가한다면, 제1 차량과 제2 차량 간의 거리가 감소하고 있는 것을 의미한다. 이것은 제1 차량의 이동 속도가 증가하거나, 제2 차량의 이동 속도가 감소하는 것을 의미한다. 따라서, 제1 차량은 제2 차량과의 충돌을 방지하기 위해, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 수행한다. 또한, 제1 차량은 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작 실행을 제어한다. 또한, 전방에 있는 제2 차량으로부터 송신된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량이 감소한다면, 제1 차량과 제2 차량 간의 거리가 점점 증가하고 있는 것을 의미한다. 이것은 제1 차량의 이동 속도가 감소하거나, 제2 차량의 이동 속도가 증가하는 것을 의미한다. 따라서, 제1 차량은 제2 차량과의 거리가 충돌 위험을 회피할 수 있을 정도의 거리가 되면, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 중지한다. 또한, 제1 차량은 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작을 중지한다.
도플러 주파수의 변화량은 차량간의 상대속도와 비례 관계가 있다. 따라서, 제1 차량은 주파수 변화량이 급격하게 증가할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 신속하게 이루어지도록 제어한다. 또한, 제1 차량은 주파수 변화량이 완만하게 변화할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 완만하게 이루어지도록 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법을 설명하기 위한 다른 실시예의 흐름도이다.
제1 차량은 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신한다(S300). 전술한 바와 같이, 제1 차량과 제2 차량은 차량간 통신 네트워크(V2V, vehicle to vehicle) 또는 차량과 인프라간 통신 네트워크(V2I, vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 연결되어 있으므로, 제1 차량은 V2V(vehicle to vehicle) 또는 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 제2 차량으로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 또한, 제1 차량은 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 또는 비인가(unlicensed) 대역 등을 통해 전송되는 무선 신호를 수신할 수 있다.
S300 단계 후에, 제1 차량은 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정한다(S302). 제1 차량은 ZCR(zero crossing rate) 추정 기법, LCR(level crossing rate) 추정기법, ACF(auto correlation function) 기반의 추정기법, 공분산(COV, covariance) 기반의 추정기법, PSD(Power Spectral Density) 기반의 추정기법, 수신 다이버시티(diversity) 기반의 추정기법, CP(cyclic prefix) 추정기법 등을 사용하여 무선 신호로부터 제1 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
S302 단계 후에, 제2 차량이 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 송신하면, 제1 차량은 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출한다(S304).
도 4는 S302 단계를 설명하기 위한 참조도로서, 제1 차량이 애드혹 네트워크로 연결된 노드들로부터 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신하는 것을 설명하기 위한 일 예의 참조도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차량이 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호에 대한 제1 도플러 주파수(f1)을 추정할 때, 제2 차량도 제1 차량으로부터 송신되는 무선 신호에 대한 제2 도플러 주파수(f2)을 추정한다. 이에 따라, 제2 차량은 제1 차량의 무선 신호에 대해 추정한 제2 도플러 주파수(f2)에 관한 정보를 제1 차량으로 직접 전송할 수도 있고, 다양한 노드들(예를 들어, 제3 차량, 도로 인프라 통신장치 A 또는 도로 인프라 통신장치 B)로 전송할 수 있다. 제2 차량으로부터 제2 도플러 주파수(f2)에 관한 정보를 수신한 노드들(예를 들어, 제3 차량, 도로 인프라 통신장치 A 또는 도로 인프라 통신장치 B)은 수신된 제2 도플러 주파수(f2)에 관한 정보를 제1 차량으로 전송한다. 이를 위해, 제1 차량은 제2 차량 또는 제3 차량과 차량간 통신 네트워크(V2V, vehicle to vehicle)로 연결되어 있다. 또한, 제1 차량은 도로 인프라 통신장치 A 또는 도로 인프라 통신장치 B와 인프라간 통신 네트워크(V2I, vehicle to infra)로 연결되어 있다. 따라서, 제1 차량은 V2V(vehicle to vehicle) 또는 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 제2 차량으로부터 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다.
제1 차량은 다양한 노드들을 통해 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 S302 단계에서 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출할 수 있다. 이때, 제1 차량은 제1 도플러 주파수와 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
S304 단계 후에, 제1 차량은 추정된 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출한다(S306). 제1 차량은 단위 시간당 산출되는 상대적 도플러 주파수 각각에 대한 차이값을 이용해 주파수 변화량을 산출할 수 있다. 단위 시간당 상대적 도플러 주파수의 차이값이 커질수록 주파수 변화량이 증가함을 의미하며, 차이값이 작아질수록 주파수 변화량이 감소하는 것을 의미한다.
S306 단계 후에, 상대적 도플러 주파수의 산출된 주파수 변화량에 따라, 제1 차량은 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행한다(S308). 제1 차량은 산출된 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 등의 차량 제어를 수행할 수 있다. 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량이 증가한다면, 제1 차량과 제2 차량 간의 거리가 감소하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 제1 차량은 제2 차량과의 충돌을 방지하기 위해, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 수행하거나, 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작을 제어한다. 한편, 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량이 감소한다면, 제1 차량과 제2 차량 간의 거리가 점점 증가하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 제1 차량은 제2 차량과의 거리가 충돌 위험을 회피할 수 있을 정도의 거리가 되면, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 중지하거나, 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작을 중지한다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 차량의 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치를 설명하기 위한 일 실시예(500)의 블록도로서, 통신 인터페이스부(510), 주파수 추정부(520), 주파수 변화량 산출부(530) 및 제어부(540)를 포함한다.
통신 인터페이스부(510)는 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하고, 수신된 무선 신호를 주파수 추정부(520)로 전달한다. 통신 인터페이스부(510)는 V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신할 수 있다. 또한, 통신 인터페이스부(510)는 5.9[GHz]의 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 또는 2.4 [GHz]의 비인가(unlicensed) 대역 등을 통해 전송되는 무선 신호를 수신할 수 있다.
주파수 추정부(520)는 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하고, 추정된 제1 도플러 주파수에 대한 정보를 주파수 변화량 산출부(530)로 전달한다. 주파수 추정부(520)는 ZCR(zero crossing rate) 추정 기법, LCR(level crossing rate) 추정기법, ACF(auto correlation function) 기반의 추정기법, 공분산(COV, covariance) 기반의 추정기법, PSD(Power Spectral Density) 기반의 추정기법, 수신 다이버시티(diversity) 기반의 추정기법, CP(cyclic prefix) 추정기법 등을 사용해서 무선 신호에 대한 제1 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
주파수 변화량 산출부(530)는 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하고, 산출된 주파수 변화량에 대한 정보를 제어부(540)로 전달한다. 주파수 변화량 산출부(530)는 단위 시간당 추정되는 제1 도플러 주파수 각각의 차이값을 이용해 주파수 변화량을 산출할 수 있다. 단위 시간당 도플러 주파수의 차이값이 커질수록 주파수 변화량이 증가하는 것이며, 차이값이 작아질수록 주파수 변화량이 감소하는 것이다.
제어부(540)는 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행한다. 제어부(540)는 산출된 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 등의 차량 제어를 수행할 수 있다. 제2 차량으로부터 송신된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량이 증가한다면, 제어부(540)는 제2 차량과의 충돌을 방지하기 위해, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 수행하거나, 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작 실행을 제어한다. 또한, 제2 차량으로부터 송신된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량이 감소한다면, 제어부(540)는 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 중지하거나, 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작을 중지한다.
제어부(540)는 주파수 변화량이 급격하게 증가할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 신속하게 이루어지도록 제어한다. 또한, 제어부(540)는 주파수 변화량이 완만하게 변화할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 완만하게 이루어지도록 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 차량의 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치를 설명하기 위한 다른 실시예(600)의 블록도로서, 통신 인터페이스부(610), 주파수 추정부(620), 상대적 주파수 산출부(630) 및 주파수 변화량 산출부(640) 및 제어부(650)를 포함한다.
통신 인터페이스부(610)는 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하고, 수신된 무선 신호를 주파수 추정부(620)로 전달한다. 통신 인터페이스부(610)는 V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신할 수 있다. 또한, 통신 인터페이스부(610)는 5.9[GHz]의 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 또는 2.4 [GHz]의 비인가(unlicensed) 대역 등을 통해 전송되는 무선 신호를 수신할 수 있다.
한편, 통신 인터페이스부(610)는 후술하는 바와 같이, 제2 차량이 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 송신하면, V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다.
전술한 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 차량이 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호에 대한 제1 도플러 주파수(f1)을 추정할 때, 제2 차량도 제1 차량으로부터 송신되는 무선 신호에 대한 제2 도플러 주파수(f2)을 추정한다. 이에 따라, 제2 차량은 제1 차량의 무선 신호에 대해 추정한 제2 도플러 주파수(f2)에 관한 정보를 제1 차량으로 직접 전송할 수도 있고, 다양한 노드들(예를 들어, 제3 차량, 도로 인프라 통신장치 A 또는 도로 인프라 통신장치 B)로 전송할 수 있다. 통신 인터페이스부(610)는 제2 차량 또는 제3 차량과 차량간 통신 네트워크(V2V, vehicle to vehicle)를 통해 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 통신 인터페이스부(610)는 도로 인프라 통신장치 A 또는 도로 인프라 통신장치 B와 인프라간 통신 네트워크(V2I, vehicle to infra)를 통해 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신할 수 있다.
주파수 추정부(620)는 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하고, 추정된 제1 도플러 주파수에 대한 정보를 상대적 주파수 산출부(630)로 전달한다. 주파수 추정부(620)는 ZCR(zero crossing rate) 추정 기법, LCR(level crossing rate) 추정기법, ACF(auto correlation function) 기반의 추정기법, 공분산(COV, covariance) 기반의 추정기법, PSD(Power Spectral Density) 기반의 추정기법, 수신 다이버시티(diversity) 기반의 추정기법, CP(cyclic prefix) 추정기법 등을 사용해서 무선 신호에 대한 제1 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
상대적 주파수 산출부(630)는 상기 통신 인터페이스부(610)를 통해 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 상기 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출하고, 산출된 상대적 도플러 주파수에 대한 정보를 주파수 변화량 산출부(640)로 전달한다. 전술한 바와 같이, 통신 인터페이스부(610)가 V2V(vehicle to vehicle) 또는 V2I(vehicle to infra) 등의 애드혹 네트워크를 통해 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신하면, 상대적 주파수 산출부(630)는 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 주파수 추정부(620)에서 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출할 수 있다. 이때, 상대적 주파수 산출부(630)는 제1 도플러 주파수와 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
주파수 변화량 산출부(640)는 상대적 주파수 산출부(630)에서 산출된 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하고, 산출된 주파수 변화량에 대한 정보를 제어부(650)로 전달한다. 주파수 변화량 산출부(640)는 단위 시간당 산출되는 상대적 도플러 주파수 각각에 대한 차이값을 이용해 주파수 변화량을 산출할 수 있다. 단위 시간당 상대적 도플러 주파수의 차이값이 커질수록 주파수 변화량이 증가함을 의미하며, 차이값이 작아질수록 주파수 변화량이 감소하는 것을 의미한다.
제어부(650)는 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행한다. 제어부(650)는 산출된 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 등의 차량 제어를 수행할 수 있다. 제2 차량에 대한 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량이 증가한다면, 제어부(650)는 제2 차량과의 충돌을 방지하기 위해, 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 수행하거나, 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작 실행을 제어한다. 또한, 제2 차량에 대한 상대적 도플러 주파수의 주파수 변화량이 감소한다면, 제어부(650)는 차량의 감속 또는 정지를 위한 차량 속도 제어를 중지하거나, 차량에 구비된 경고신호 출력기기(예를 들어, 경고음 출력모듈 또는 경고 표시 점멸모듈 등)의 동작을 중지한다.
제어부(650)는 주파수 변화량이 급격하게 증가할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 신속하게 이루어지도록 제어한다. 또한, 제어부(650)는 주파수 변화량이 완만하게 변화할 경우에는 차량의 감속 또는 정지나 경고신호 출력이 완만하게 이루어지도록 제어한다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
510, 610: 통신 인터페이스부
520, 620: 주파수 추정부
530, 640: 주파수 변화량 산출부
630: 상대적 주파수 산출부
540, 650: 제어부

Claims (15)

  1. 제1 차량이 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하는 단계;
    제1 차량이 상기 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하는 단계;
    상기 제1 차량이 상기 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제1 차량이 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 단계를 포함하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선 신호는 단거리 전용 통신(DSRC, dedicated short range communication) 대역 및 비인가 대역 중 적어도 하나의 대역을 통해 송신되는 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 무선 신호를 수신하는 단계는
    V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 변화량을 산출하는 단계는
    상기 제1 차량이 단위 시간당 추정되는 상기 제1 도플러 주파수 각각의 차이값을 이용해 상기 주파수 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 차량 제어를 수행하는 단계는
    상기 제1 차량이 상기 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 중 적어도 하나의 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 차량이 상기 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 상기 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 송신하면, 상기 제1 차량이 수신된 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 상기 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 상기 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 차량이 상기 산출된 상대적인 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하여 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 단계는
    상기 제1 도플러 주파수와 상기 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 상기 상대적인 도플러 주파수로 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지방법.
  9. 주변의 제2 차량으로부터 송신되는 무선 신호를 수신하는 제1 차량의 통신 인터페이스부;
    상기 수신된 무선 신호에 대응하는 제1 도플러 주파수를 추정하는 제1 차량의 주파수 추정부;
    상기 추정된 제1 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하는 제1 차량의 주파수 변화량 산출부; 및
    상기 산출된 주파수 변화량에 따라, 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 제1 차량의 제어부를 포함하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 통신 인터페이스부는
    V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 무선 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 주파수 변화량 산출부는
    단위 시간당 추정되는 상기 제1 도플러 주파수 각각의 차이값을 이용해 상기 주파수 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 제어부는
    상기 주파수 변화량에 비례하여 차량에서의 경고신호 출력 제어, 가감속 제어 및 정지 제어 중 적어도 하나의 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 차량이 상기 제1 차량에 대한 제2 도플러 주파수를 추정하고, 상기 추정된 제2 도플러 주파수에 관한 정보가 상기 통신 인터페이스부를 통해 수신되면, 상기 수신된 제2 도플러 주파수에 관한 정보와 상기 추정된 제1 도플러 주파수에 근거하여 상기 제2 차량에 대한 상대적인 도플러 주파수를 산출하는 상대적 주파수 산출부를 더 포함하고,
    상기 주파수 변화량 산출부가 상기 산출된 상대적인 도플러 주파수의 주파수 변화량을 산출하고, 상기 제어부가 상기 산출된 주파수 변화량에 따라 상기 제2 차량과의 충돌 방지를 위한 차량 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 통신 인터페이스부는
    V2V(vehicle to vehicle) 및 V2I(vehicle to infra) 중 적어도 하나 이상의 애드혹 네트워크를 통해 상기 제2 도플러 주파수에 관한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 상대적 주파수 산출부는
    상기 제1 도플러 주파수와 상기 제2 도플러 주파수의 합에 대한 평균값을 상기 상대적인 도플러 주파수로 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 주파수에 기반한 차량 충돌 방지장치.
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