KR20180105840A - 복수 개 초음파 센서를 이용한 차량 검출장치 및 그 검출방법 - Google Patents

Abstract

복수 개 초음파 센서를 이용한 차량 검출장치 및 그 검출방법이 개시된다. 본 발명의 차량 검출장치는 복수 개의 초음파 센서를 이용하여 차량을 검출하고, 차량의 진행방향 및 차량의 폭을 계측할 수 있으며, 복수 개의 초음파 센서를 하나의 동기 신호에 기초하여 제어함으로써 복수 개의 초음파 센서의 초음파 발신이 동일한 시점에 동기되어 출력되도록 한다. 이러한 동기 제어에 의해, 검출장치는 초음파 센서의 수신 신호를 처리하는 과정에서 다른 초음파 센서에서 직접 수신되는 초음파에 의해 발생하는 잡음을 제거하거나 무시할 수 있다. 당연히 검출 오류도 방지할 수 있다.

Description

복수 개 초음파 센서를 이용한 차량 검출장치 및 그 검출방법{System and Method for Car Detecting by Using Plural Ultrasonic Sensors}

본 발명은 복수 개 초음파 센서를 이용하여 차량을 검출하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동기화 기법에 의하여 복수 개 초음파 센서 사이의 잡음을 제거하여 검출 오류를 제거한 차량 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

근접센서로 많이 사용되고 있는 초음파 센서는 일정한 주파수의 초음파를 전방으로 출력하고 물체에서 반사되어 돌아오는 음파를 수신할 수 있다. 초음파 센서는 초음파를 생성하는 진동소자와, 진동소자를 그 고유 진동수(또는 진동 주파수, Natural Vibration Frequency)로 발진시키는 발진기(Osciallator)와, 수신된 음파에서 신호를 추출하여 증폭해 주는 신호처리부를 포함한다.

진동소자는 대략 40kHz의 고유 진동수를 가지는 진동판이 많이 사용된다. 발진기가 진동소자를 그 고유 주파수로 발진시키면 진동소자는 고유 주파수에 대응하는 초음파를 생성하여 전방으로 출력한다. 이후에 전방의 물체에서 반사된 음파를 다시 수신한다. 전방으로 송출된 초음파와 물체에서 반사된 초음파는 거의 동일한 속도로 진행하기 때문에, 초음파가 생성되어 전방으로 송출되었다가 물체에서 반사되어 돌아오기까지의 비행시간(TOF: Time of Flight)을 측정하여 센서와 물체 사이의 거리를 계산할 수 있다.

초음파의 진행 속도는 온도에 영향을 받는다. 온도에 따른 초음파의 진행 속도 Vu는 다음의 수학식 1과 같이 근사된다.

여기서, T는 온도(℃)이다.

따라서 초음파 센서 헤드에서 감지 물체까지의 거리(P)는 다음의 수학식 2와 같이 계산된다.

여기서, Tm은 초음파가 발사되어 물체에 반사되고 다시 수신할 때까지의 비행시간(TOF)을 나타낸다. 초음파를 생성한 시점부터 반사되어 다시 수신할 때까지의 비행시간을 측정하면, 수학식 2에 기초하여 대상 물체까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서 초음파센서는 초음파를 생성해서 발사하는 송신부와 반사된 초음파를 검출하는 수신부를 구비한다.

초음파 센서의 송신부와 수신부는 물리적으로 구분된 별개의 파트(Part)로 구성할 수도 있고, 여러 목적으로 송신부와 수신부를 일체형으로 구성할 수도 있다. 일체형으로 구성한 경우에는 하나의 진동판을 사용하여 신호의 송신과 수신을 해야 하기 때문에 발신과 수신의 타이밍 제어가 매우 중요하다.

도 1은 송수신부 일체형 초음파 센서의 송신과 수신 타이밍을 제어하는 예를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 초음파 신호의 발신은 일정한 주기로 반복되는데, 그 간격은 신호의 수신과 겹치지 않을 정도로 이격될 필요가 있다.

초음파 센서로 전방의 물체를 검출할 수 있으므로, 주차장의 출입구와 같이 차량의 진출입로에 설치하여 차량의 진입 등을 검출하는 용도로 초음파 센서를 사용할 수 있다. 예를 들어, 차량의 통행로를 따라 나란하게 배치된 두 개의 초음파 센서를 사용하여 차량의 진입 방향을 검출할 수 있다. 두 개 초음파 센서 각각은 자신의 설정에 따라 전방의 물체를 검출하게 된다. 통행로에는 차량의 진행이 방향성이 있고 두 개의 센서가 그 방향을 따라 배치되었기 때문에, 차량이 통행로에 진입하면 두 개 초음파 센서 중에서 어느 하나가 먼저 차량을 검출하게 될 것이고 센서의 검출 순서에 따라 차량의 진행방향을 판단할 수 있다.

한편, 통행로의 폭이 상당히 넓어서 통행로 한쪽에 설치된 초음파 센서로는 통행로 폭 전체를 감지하지 못할 수 있다. 이런 경우는 통행로의 양 측변에 모두 설치해야만 넓은 통행로를 통과하는 차량을 놓치지 않고 검출할 수 있다.

문제는 두 개의 초음파 센서를 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 배치하면, 각 초음파 센서는 마주보도록 배치된 맞은편 초음파 센서가 발신한 초음파를 수신할 수 있다는 것이다. 그것은 초음파 센서가 유효하게 비행시간을 측정할 수 있는 거리는 짧더라도, 초음파 센서에서 출사된 초음파가 실제로 전방으로 진행할 수 있는 거리에 상대적으로 멀어서 통행로 맞은편까지 도달할 수 있기 때문이다.

이처럼 다른 초음파 센서에서 발신된 초음파를 직접 수신하는 것은 정상적인 비행시간의 측정을 방해하기 때문에, 물체의 거리를 측정하거나 거리 측정을 기반으로 하는 차량 진입의 확인 등을 불가능하게 한다.

[관련선행기술]

대한민국 실용신안 공보 제20-1994-0006909호 (초음파 센서를 이용한 거리 인식회로)

본 발명의 목적은, 복수 개 초음파 센서를 이용하여 차량을 검출함에 있어서 동기화 기법에 의하여 복수 개 초음파 센서 사이의 잡음을 제거하여 검출 오류를 제거한 차량 검출장치 및 그 검출방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량 검출장치는 통행로에 마련되어 통행하는 차량을 검출할 수 있으며, 복수 개의 일체형 초음파 센서, 타이밍 제어기 및 제어부를 포함한다.

복수 개의 일체형 초음파 센서는 적어도 하나의 쌍으로 상기 통행로에 배치되어 초음파를 발신하고 수신한다. 타이밍 제어기는 기설정된 주기의 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서가 초음파를 동시에 발신하도록 제어하고, 제어부는 상기 복수 개의 초음파 센서의 수신 신호들 중에서 상기 동기 신호로부터 제1 기준 시간 내에 제공받은 수신 신호들을 기초로 상기 차량을 검출한다. 초음파 센서의 수신 신호를 처리하는 과정에서, 제어부는 동기 신호에 기초하여 다른 초음파 센서에서 직접 수신되는 초음파를 제거하거나 무시할 수 있어서 잡음을 제거하고 검출 오류를 방지할 수 있다.

여기서, 상기 초음파 센서는, 초음파를 발신하고 수신하는 진동소자와, 상기 진동소자를 기설정된 진동 주파수로 발진시키는 발진부와, 초음파를 수신한 상기 진동소자가 출력하는 신호를 처리하여 상기 수신 신호를 출력하는 수신부를 포함한다.

실시 예에 따라, 상기 타이밍 제어기는 상기 복수 개의 초음파 센서 각각의 발진부로 상기 동기 신호를 제공하여 상기 초음파를 동시에 발신하도록 제어할 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 초음파 센서는, 상기 진동소자와 발진부 및 수신부 사이에 마련되어 상기 발진부와 수신부 중 하나를 상기 진동소자로 연결하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 타이밍 제어기는 상기 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서 각각의 스위칭부를 제어하여 동시에 상기 초음파를 발신하도록 제어할 수 있다.

제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서가 통행로를 가로질러 배치된 실시 예의 경우에, 상기 제어부는 상기 동기신호 이후에 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서로부터 제공받은 수신신호를 기초로 다음의 수학식에 따라 상기 차량의 폭(D)을 구할 수 있다.

여기서, L은 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서 사이의 거리이고, a는 상기 제1 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리이고, b는 상기 제2 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리이다.

또한, 상기 제1 기준 시간(Tn)은 다음의 수학식에 따라 구할 수 있다.

[sec] 및

[m/s]

여기서, L은 상기 통행로를 가로질러 상호 마주보도록 배치된 두 개 초음파 센서 사이의 거리, T는 온도(℃), Vu는 초음파의 속도이다.

본 발명은 상기 차량 검출장치의 차량 검출방법에도 미친다. 본 발명의 차량 검출방법은, 적어도 하나의 쌍의 일체형 초음파 센서를 상기 통행로에 배치하는 단계와, 타이밍 제어기가 기설정된 주기의 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서가 초음파를 동시에 발신하도록 제어하는 단계와, 제어부가 상기 복수 개의 초음파 센서의 수신 신호들 중에서 상기 동기 신호로부터 제1 기준 시간 내에 제공받은 수신 신호들을 기초로 상기 차량을 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 차량 검출장치는 복수 개의 초음파 센서를 이용하여 차량을 검출하고, 차량의 진행방향, 차량의 폭 및 속도 등을 계측할 수 있으며, 복수 개의 초음파 센서를 하나의 동기 신호에 기초하여 제어함으로써 복수 개의 초음파 센서의 초음파 발신이 동일한 시점에 동기되어 출력되도록 한다. 이러한 동기 제어에 의해, 검출장치는 초음파 센서의 수신 신호를 처리하는 과정에서 다른 초음파 센서에서 직접 수신되는 초음파에 의해 발생하는 잡음을 제거하거나 무시할 수 있다. 당연히 검출 오류도 방지할 수 있다.

여기서, 복수 개 초음파 센서는 통행로를 가로질러 배치되는 두 개의 초음파 센서 쌍이 기본으로 적용되며, 필요에 따라 두 개 쌍 이상의 초음파 센서를 통행로에 적용할 수도 있다. 이 경우에도 검출장치 전체 초음파 센서를 하나의 동기 센서로 동기 제어하거나 또는 각 초음파 센서 쌍에 별도의 동기 신호로 동기 제어를 적용할 수 있다. 이러한 조합의 다양성은 얼마든지 가능하며, 어떠한 경우에도 동기 제어를 통해 다른 초음파 센서로부터 직접 수신되는 신호를 적절히 제거할 수 있다.

적어도 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 두 개의 초음파 센서를 설치하고 동기 제어를 수행하면, 초음파 센서 중 하나에서 발생할 수 있는 신호 끊김 등의 오류를 보정할 수 있다.

도 1은 송수신부 일체형 초음파 센서의 초음파 발사 및 수신 타이밍도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 검출장치의 블록도,
도 3은 차량이 통과할 때의 도 2의 진동소자들 사이에 신호 수신에 관한 타이밍 도면,
도 4는 차량이 통과하지 않는 상태의 도 2의 제1 진동소자와 제2 진동소자 사이의 신호 수신에 관한 타이밍 도면,
도 5는 도 2의 제1 진동소자와 제2 진동소자 사이의 신호 수신의 다른 예를 도시한 타이밍 도면, 그리고
도 6에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 검출장치의 블록도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 차량 검출장치(200)는 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)와, 타이밍 제어기(291)와, 제어부(293)를 포함하며, 통행로를 따라 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)를 배치함으로써, 통행로(a)로 진입하는 차량(10)을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 차량의 진행방향, 차량의 폭 및 차량의 속도를 계측할 수 있다. 도 2에는 4개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)를 적용하였지만, 아래에서 설명하는 것처럼 두 개의 초음파 센서 조합에도 본 발명이 적용될 수 있다.

차량 검출장치(200)에 적용되는 초음파 센서(210, 230, 250, 270)는 초음파의 발신과 수신을 하나의 진동소자로 처리하는 일체형 초음파 센서이며, 그 목적에 따라 어떠한 조합으로 배치되어도 무방하다. 다만, 본 발명의 특징적인 동기 제어 또는 동기화 방법은 두 개의 초음파 센서 한 쌍이 기본 단위로 배치되는 경우에 적용되므로, 이하에서의 설명도 2개의 초음파 센서 적어도 한 쌍이 배치되는 경우를 중심으로 설명한다. 한 쌍의 초음파 센서는 통행로(a)를 따라 나란하게 배치(방법 ①)될 수도 있고, 통행로(a)를 가로질러 배치(방법 ②)될 수도 있으며, 방법 ①과 ②가 모두 적용되는 형태로 배치될 수도 있다.

방법 ①처럼 통행로(a)를 따라 나란하게 배치되는 방식은 통행로(a)에 진입하는 차량(10) 자체를 검출할 뿐만 아니라 차량(10)의 통과 대수, 진입 방향, 진입 속도, 진입 소요시간 등을 검출할 수도 있다. 방법 ②처럼 통행로(a)를 가로질러 배치되는 방식도 통행로(a)에 진입하는 차량(10) 자체를 검출할 뿐만 아니라 차량(10)의 폭을 검출함으로써 차량(10)의 종류를 확인할 수 있을 것이다.

본 발명이 한정하는 방법 ① 및/또는 방법 ②의 배치는 반대편 초음파 센서의 직접 수신에 따른 잡음 제거를 위한 결합이므로, 그 배치가 반드시 한 쌍의 초음파 센서의 출력을 동시에 또는 적어도 함께 고려하는 방식으로 차량을 검출하도록 한정하는 것이 아니다. 다시 말해, 복수 개의 초음파 센서 각각이 다른 초음파 센서의 정상적인 출력을 고려하지 않고 개별적으로 전방의 차량을 검출하도록 설계할 수 있다.

도 2에 도시된 차량 검출장치(200)는 통행로(a)를 가로질러 두 쌍의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)가 배치됨으로써, 방법 ①과 ②가 모두 적용된 예이다. 따라서 제1 초음파 센서(210)와 제2 초음파 센서(230)를 이용하여 차량(10)의 폭을 확인할 수도 있고, 제1 초음파 센서(210)와 제3 초음파 센서(250)의 조합 또는 제2 초음파 센서(230)와 제4 초음파 센서(270)의 조합을 이용하여 차량(10)의 진입 방향을 검출할 수도 있다. 한편, 제1 내지 제4 초음파 센서(210, 230, 250, 270)가 개별적으로 또는 다른 조합으로 차량을 검출해도 무방하다. 다만, 제1 내지 제4 초음파 센서(210, 230, 250, 270)가 상호 마주하는 형태로 배치됨으로써 상호 간에 발생할 수 있는 간섭을 제거하기 위한 본 발명의 특징적인 동기 제어가 적용된다.

제1 내지 제4 초음파 센서(210, 230, 250, 270)는 동일한 구성을 가진다. 이하에서는 제1 내지 제4 초음파 센서(210, 230, 250, 270)를 대표하여 제1 초음파 센서(210)의 구성을 설명한다. 제1 초음파 센서(210)는 제1 진동소자(211), 제1 발진부(213), 제1 수신부(215) 및 제1 신호처리부(217)를 포함한다.

제1 진동소자(211)는 제1 발진부(213)의 제어에 따라 초음파를 전방으로 발신할 뿐만 아니라, 전방에서 수신되는 초음파를 대응하는 전기 신호로 변환하여 제1 수신부(215)에게 제공한다. 제1 진동소자(211)는 기설정된 진동 주파수에 따른 초음파를 생성하며, 주로 40㎑의 진동 주파수가 많이 적용되지만 본 발명에서 진동 주파수에 대한 특별한 한정은 없다.

유효한 비행시간(Time of Flight)의 측정이 보장되는 거리는 일정하게 한정되지만, 제1 진동소자(211)가 발신한 초음파는 상당한 거리, 적어도 통행로(a)의 맞은편까지는 진행될 수 있다. 따라서 제1 진동소자(211)가 출력하는 초음파는 통행로(a)의 폭이 상당하더라도 제2 진동소자(231)에서 수신할 수 있고, 마찬가지로 제2 진동소자(231)에서 출력하는 초음파도 제1 진동소자(211)가 수신할 수 있어서 서로 간섭된다. 본 발명은 발신 동기 제어를 통해 이러한 간섭을 제거한다.

한편, 제1 진동소자(211)가 출력하는 초음파의 발신 각도는 상당히 제한적이어서 나란하게 배치된 제3 진동소자(251)에 수신될 가능성은 고려할 정도가 아니다.

제1 발진부(213)는 제1 진동소자(211)를 기설정된 진동 주파수로 발진시킨다. 제1 수신부(215)는 밴드 패스필터(BPF: Band-pass Filter)를 구비하여 제1 진동소자(211)가 수신하여 출력하는 아날로그 신호에서 발진 주파수 성분을 필터링하고, 제1 신호처리부(217)는 저역통과필터(LPF) 등을 사용하여 제1 수신부(215)의 출력을 비행시간의 측정에 필요한 수신 신호로 변환하여 제어부(293)로 출력한다.

제2 초음파 센서(230)는 제2 진동소자(231), 제2 발진부(233), 제2 수신부(235) 및 제2 신호처리부(237)를 포함하고, 제3 초음파 센서(250)는 제3 진동소자(251), 제3 발진부(253), 제3 수신부(255) 및 제3 신호처리부(257)를 포함하고, 제4 초음파 센서(270)는 제4 진동소자(271), 제4 발진부(273), 제4 수신부(275) 및 제4 신호처리부(277)를 포함한다. 이들 각각의 동작은 제1 초음파 센서(210)의 그것과 동일하다.

타이밍 제어기(291)는 제어부(293)의 제어에 따라 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 제어기(291)의 타이밍 제어는 본 발명이 동기 제어 또는 동기화로 정의하는 것으로서, 기설정된 주기의 동기신호에 따라 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)가 초음파를 동시에 발신하도록 제어한다.

복수 개 초음파 센서(210, 230, 250, 270)가 타이밍 제어기(291)에 의해 동시에 초음파 신호를 발신하게 되면, 비행시간의 계산에서 물체에서 반사되는 초음파가 아닌 다른 초음파 센서에서 직접 입사되는 초음파(잡음)를 제거하거나 적어도 비행시간의 계산에 고려하지 않을 수 있다. 이러한 초음파 신호 수신에 관한 동작은 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에서 수행할 수도 있고, 제어부(293)에서 수행할 수도 있다. 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에서 수행하는 경우, 타이밍 제어기(291)가 동기 신호를 기준점으로 하여 물체에서 반사되는 초음파가 아닌 다른 초음파 센서에서 직접 입사되는 초음파를 수신하지 않는 제어가 가능해지며, 이러한 제어도 복수 개 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에서 동일하게 동기 수신 제어의 형태로 수행된다.

만약 동기 제어가 되지 않으면, 지금 수신되는 신호가 반사 신호인지 '직접 수신된 신호'인지 확인하기 매우 어려워지고 실제로는 불가능할 수 있다. 결국은 제대로 비행시간의 측정이 불가능해진다.

동기신호는 제어부(293)로부터 제공받을 수도 있고, 기설정된 알고리즘에 따라 타이밍 제어기(291)가 스스로 생성할 수도 있다. 타이밍 제어기(291)를 프로그램밍 가능한 능동형 하드웨어로 구현하는 것이 아니라면, 다양한 동기 제어 알고리즘을 적용할 수 있는 제어부(293)가 동기신호를 생성하여 제공하는 것이 바람직하다.

여기서, 타이밍 제어기(291)는 본 발명의 동기 제어의 특성상 짝수 개 초음파 센서 단위로 동기 제어를 수행하면 충분하므로, 검출장치(200) 내에 구비된 모든 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에 대해 동일한 제어를 수행할 필요는 없다. 도 2의 경우에도, 제1 및 제2 초음파 센서(210, 230)와 제3 및 제4 초음파 센서(250, 270)에 대해 서로 다른(또는 서로 다른 시점의) 동기 제어를 수행할 수도 있다. 또 다른 방식으로, 제1 및 제3 초음파 센서(210, 250)와 제2 및 제4 초음파 센서(230, 270)에 대해 서로 다른(또는 서로 다른 시점의) 동기 제어를 수행할 수도 있다.

제어부(293)는 복수 개의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)의 수신 신호들을 기초로 차량의 검출, 차량(10)의 폭, 차량의 진행방향 및 속도를 검출한다. 이하에서는 도 3을 참조하여 제어부(293)의 차량 검출방법을 설명한다. 도 3은 차량이 통과할 때의 도 2의 진동소자들(211, 231, 251, 271) 사이에 신호 수신에 관한 타이밍 도면으로서, 가로축은 시간(t) 축이다.

우선, 차량의 검출은 차량(10)의 통과에 따른 계산된 비행시간이 일정한 범위 내에 있는 경우에 차량의 진입을 감지할 수 있다.

차량의 폭(D)은 통행로(a)를 기초로 상호 마주보는 두 개의 초음파 센서를 이용한다. 도 3의 (a)를 참조하면, 동기 제어에 의해 제1 초음파 센서(210)의 제1 진동소자(211)와 제2 초음파 센서(230)의 제2 진동소자(231)는 동일한 시점에 신호 X1와 Y1를 발신한다. 여기서, 신호 X1, Y1이라는 표현은 단지 도 3에서의 구분을 위한 것이므로, 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231)가 발신하는 신호가 서로 다름을 전제로 한 것이 아니다. 다시 말해 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231)가 발신하는 신호는 서로 동일해도 무방하다.

만약 차량(10)이 통과하면, 제1 진동소자(211)는 Tm1 비행시간 이후에 차량(10)에서 반사되는 신호 X1'를 수신하고, 제2 진동소자(231)는 Tm2 비행시간 이후에 차량(10)에서 반사되는 신호 Y1'를 수신할 수 있다. 비행시간의 차이는 차량(10)이 통행로(a)의 정중앙으로 진입한 것이 아니기 때문에 일반적이다. 따라서 제어부(293)는 비행시간 Tm1과 Tm2를 기초로 수학식 2와 다음의 수학식 3을 이용하여 차량의 폭을 구할 수 있다.

여기서, D는 차량의 폭, L은 제1 초음파 센서(210)의 제1 진동소자(211)와 제2 초음파 센서(230)의 제2 진동소자(231) 사이의 거리, a는 제1 초음파 센서(210)와 차량(10) 사이의 거리, b는 제2 초음파 센서(230)와 차량(10) 사이의 거리이다. a와 b는 차량(10)이 통과할 때의 제1 초음파 센서(210)와 제2 초음파 센서(230)에서의 비행시간 Tm1과 Tm2를 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 구할 수 있다.

차량(10)의 진행방향과 속도는 통행로(a)를 따라 나란하게 배치된 두 개 초음파 센서를 이용하여 구할 수 있다. 통행로(a)를 따라 두 개 초음파 센서가 나란하게 배치된 상태에서 차량이 진입하면, 초음파의 속도가 차량의 진입 속도보다 매우 빠르기 때문에 두 개 초음파 센서 중 하나가 나머지 초음파 센서보다 적어도 몇 개 발신주기 정도 일찍 차량을 발견할 수 있다. 차량의 진입방향은 어느 초음파 센서가 먼저 차량을 인식하는 가로 판단할 수 있고, 차량의 속도는 그 인식 시점의 시간 차로 대략적으로 구할 수 있다.

도 3의 (b)의 예에서, 제1 초음파 센서(210)의 제1 진동소자(211)와 제3 초음파 센서(250)의 제3 진동소자(251)는 동기 제어에 의해 동일한 시점에 초음파 X1과 X2를 발신하며, 이러한 초음파 X1과 X2의 발신은 동일한 주기로 반복된다. 초음파 X1'은 초음파 X1이 차량(10)에서 반사된 신호로서 제1 진동소자(211)가 수신한 신호이고, 초음파 X2'은 초음파 X2가 차량(10)에서 반사된 신호로서 제3 진동소자(231)가 수신한 신호이다. 빗금 친 바(Bar)는 각각 제1 초음파 센서(210)와 제3 초음파 센서(250)가 차량(10)을 인식한 주기를 시각적으로 표시한 것이다.

초음파의 속도가 차량(10)의 속도보다 현저하게 빠르기 때문에, 제1 진동소자(211)와 제3 진동소자(251)는 복수 개의 주기에 해당하는 시간동안 연속적으로 차량(10)을 인식할 수 있다. 다만, 도 3의 (b)에서는 제1 진동소자(211)와 제3 진동소자(251) 사이의 거리와 차량(10)의 속도에 의해, 제1 진동소자(211)가 제3 진동소자(251)보다 3개의 주기에 해당하는 시간 먼저 차량(10)을 인식하였다. 따라서 차량(10)은 제1 진동소자(211) 위치에서 제3 진동소자(251) 위치로 진행하는 방향으로 진입한 것을 확인할 수 있다. 차량의 진입방향은 어느 초음파 센서가 먼저 차량을 인식하는가 정도로 판단할 수 있다. 제1 진동소자(211)와 제3 진동소자(251)가 차량(10)을 인식한 시간(또는 발신 구간)의 차이로 대략적인 속도도 계산할 수 있다.

반대로 제3 초음파 센서(250)가 먼저 차량(10)을 인식한 후에 제1 초음파 센서(210)가 차량(10)을 인식하면 제3 초음파 센서(250)에서 제1 초음파 센서(210)로 진행하는 방향으로 차량(10)이 진입하는 것이다.

이상에서처럼, 차량의 확인, 차량의 폭의 계산, 차량의 진행방향 계산 등에 있어서, 상호 마주보도록 배치된 초음파 센서들(예컨대, 도 2의 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서, 또는 제3 초음파 센서와 제4 초음파 센서) 사이에서 전방의 차량에서 반사된 신호가 수신되는 것이 아니라, 통행로(a) 맞은편에 배치된 초음파 센서가 발신한 신호가 직접 수신되는 상황이 발생할 수 있다. 그러나 이와 같은 신호의 직접 수신의 문제가 본 발명에서는 효과적으로 제거될 수 있다.

동기 제어에 기초한 잡음의 제거

제어부(293)는 상호 마주보도록 배치된 초음파 센서들(예컨대, 도 2의 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서, 또는 제3 초음파 센서와 제4 초음파 센서) 사이에서 발생할 수 있는 '신호의 직접 수신'에 의한 잡음을 동기 제어를 통해 제거할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 동기 제어는 제어부(293)가 아닌 타이밍 제어기(291)에 의해서도 수행될 수 있다.

도 4는 차량이 진입하지 않는 경우의 제1 초음파 센서(210)와 제2 초음파 센서(230) 사이에 신호 수신에 관한 타이밍 도면이다. 동기 제어에 의해, 동일한 시점에 제1 진동소자(211)가 신호 X1를 발신하고 제2 진동소자(231)가 신호 Y1를 발신한다면, 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231)에서 발신하는 초음파의 속도가 동일하기 때문에, 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231)가 발신한 신호는 제1 기준시간(Tn)이 경과한 이후에 맞은편 초음파 센서로 입사된다.

따라서 제1 기준시간(Tn)을 넘어서 수신되는 신호를 '직접 수신'된 신호로 판단하여 제거하면 된다. 제1 기준시간(Tn)은 다음의 수학식 4를 통해 구할 수 있다.

여기서, Vu 는 초음파의 속도로서 수학식 1을 통해 구할 수 있고, L은 상호 마주보는 초음파 센서의 진동소자들 사이의 거리이다. 예를 들어, L은 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231) 사이의 거리가 될 수도 있고, 제3 진동소자(251)와 제4 진동소자(271) 사이의 거리일 수도 있다.

제1 기준시간(Tn)을 이용한 판단의 기초는 동기 제어이다. 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231)가 타이밍 제어기(291)의 동기 신호에 의해 동일한 시점에 초음파를 발신하는 것이 전제된다. 이후에, 제어부(293) 또는 타이밍 제어기(291)는 동기신호로부터 제1 기준시간(Tn)이 경과하는 시점에 신호를 수신하지 않거나 수신된 신호라도 비행시간의 계산에 적용하지 않는다.

실시 예에 따라, 제어부(293)는 도 4에서처럼, 동기신호로부터 일정한 시간 범위 내에 신호수신 차단구간을 설정할 수 있다. 차단구간은 제1 기준시간을 포함하는 일정한 범위로 설정할 수 있다. 당연히, 도 1의 발신주기는 제1 기준시간보다 길게 설정하고, 발신 주기 내에 차단구간이 설정되어야 한다.

제어부(293)는 차단구간 내에 수신되는 잡음을 필터링하거나 무시하는 형태로 잡음을 제거할 수 있고, 차단구간에 대응되는 제어신호를 타이밍 제어기(291)에 제공하여 타이밍 제어기(291)가 차단구간에 수신부 및 신호처리부가 신호 수신 동작을 하지 않도록 할 수도 있다.

이상의 동기 제어에 의하여, 수신신호 중에서 직접 수신에 의한 잡음을 제거할 수 있다.

실시 예 1

초음파 센서는 사용 환경, 차량의 형태, 또는 센서 자체의 성능 등에 의하여 초음파 센서의 출력이 차량(10)의 통과와 일치하지 않는 신호 끊김 현상이 발생할 수 있다.

도 5는 도 2의 제1 진동소자(211)와 제2 진동소자(231) 사이의 신호 수신의 다른 예를 도시한 타이밍 도면이고, 가로축은 시간(t) 축이다. 예를 들어, 도 5에서, 제1 초음파 센서(210)의 출력에 의하면 두 개의 차량이 진입한 것으로 이해되거나 신호의 전부 또는 일부가 잡음으로 처리될 수도 있다.

그러나 본 발명에 따라, 제1 초음파 센서(210)와 제2 초음파 센서(230)에 대해 동기 제어를 수행함으로써, 제어부(293)는 제1 초음파 센서(210)의 신호 끊김이 오류 상태임을 확인하고 그에 따라 제1 진동소자(211)의 수신 오류를 수정할 수 있다.

실시 예 2

한편, 위에서는 타이밍 제어기(291)가 제1 내지 제4 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에 대해 하나의 동기 신호로 동기 제어를 수행하는 것에 관하여 설명하였다. 그러나 타이밍 제어기(291)는 제1 초음파 센서(210)와 제3 초음파 센서(250)를 한 그룹으로 설정하고 제2 초음파 센서(230)와 제4 초음파 센서(270)를 한 그룹으로 설정하여, 두 개 그룹을 별도로 동기 제어할 수도 있다.

실시 예 3

도 6에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 검출장치(600)가 도시되어 있다. 차량 검출장치(600)에 적용되는 각 초음파 센서(610, 630, 650, 670)는 도 2의 초음파 센서(210, 230, 250, 270)에 더하여 스위칭부(601, 603, 605, 607)를 더 포함한다.

타이밍 제어기(291)는 동기 제어와 함께 스위칭부(601, 603, 605, 607)를 제어하여 동일한 시점에 신호를 발신하도록 제어할 수도 있고, 차단 구간 동안에 신호를 수신하지 않도록 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (11)

1. 통행로에 마련되어 통행하는 차량을 검출하는 차량 검출장치에 있어서,
   적어도 하나의 쌍으로 상기 통행로에 배치되어 초음파를 발신하고 수신하는 복수 개의 일체형 초음파 센서;
   기설정된 주기의 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서가 초음파를 동시에 발신하도록 제어하는 타이밍 제어기; 및
   상기 복수 개의 초음파 센서의 수신 신호들 중에서 상기 동기 신호로부터 제1 기준 시간 내에 제공받은 수신 신호들을 기초로 상기 차량을 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 타이밍 제어기는 상기 복수 개의 초음파 센서 각각의 발진부로 상기 동기 신호를 제공하여 상기 초음파를 동시에 발신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 센서는,
   초음파를 발신하고 수신하는 진동소자;
   상기 진동소자를 기설정된 진동 주파수로 발진시키는 발진부;
   초음파를 수신한 상기 진동소자가 출력하는 신호를 처리하여 상기 수신 신호를 출력하는 수신부; 및
   상기 진동소자와 발진부 및 수신부 사이에 마련되어 상기 발진부와 수신부 중 하나를 상기 진동소자로 연결하는 스위칭부를 포함하고,
   상기 타이밍 제어기는 상기 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서 각각의 스위칭부를 제어하여 동시에 상기 초음파를 발신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서가 통행로를 가로질러 배치된 경우에,
   상기 제어부는 상기 동기신호 이후에 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서로부터 제공받은 수신신호를 기초로 다음의 수학식에 따라 상기 차량의 폭(D)을 구하되,
   

   

   
   L은 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서 사이의 거리이고, a는 상기 제1 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리이고, b는 상기 제2 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기준 시간(Tn)은 다음의 수학식에 따라 구하되,
   

   

   [sec] 및
   

   

   [m/s]
   L은 상기 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 배치된 두 개 초음파 센서 사이의 거리이고, T는 온도(℃), Vu는 초음파의 속도인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 타이밍 제어기는 상기 제1 기준 시간이 종료하는 시점을 포함하는 일정한 구간을 차단구간으로 설정하여 신호를 수신하지 않으며,
   상기 제1 기준 시간(Tn)은 다음의 수학식에 따라 구하되,
   

   

   [sec] 및
   

   

   [m/s]
   L은 상기 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 배치된 두 개 초음파 센서 사이의 거리이고, T는 온도(℃), Vu는 초음파의 속도인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치.
   
7. 통행로에 마련되어 통행하는 차량을 검출하는 차량 검출장치의 차량 검출방법에 있어서,
   적어도 하나의 쌍의 일체형 초음파 센서를 상기 통행로에 배치하는 단계;
   타이밍 제어기가 기설정된 주기의 동기신호에 따라 상기 복수 개의 초음파 센서가 초음파를 동시에 발신하도록 제어하는 단계; 및
   제어부가 상기 복수 개의 초음파 센서의 수신 신호들 중에서 상기 동기 신호로부터 제1 기준 시간 내에 제공받은 수신 신호들을 기초로 상기 차량을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 검출장치의 차량 검출방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 타이밍 제어기는 상기 복수 개의 초음파 센서 각각의 발진부로 상기 동기 신호를 제공하여 상기 초음파를 동시에 발신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 검출장치의 차량 검출방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서가 통행로를 가로질러 배치된 경우에,
   상기 제어부는 상기 동기신호 이후에 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서로부터 제공받은 수신신호를 기초로 다음의 수학식에 따라 상기 차량의 폭(D)을 구하되,
   

   

   
   L은 상기 제1 초음파 센서와 제2 초음파 센서 사이의 거리이고, A는 상기 제1 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리이고, B는 상기 제2 초음파 센서가 측정한 상기 차량과의 거리인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치의 차량 검출방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 기준 시간(Tn)은 다음의 수학식에 따라 구하되,
    

    

    [sec] 및
    

    

    [m/s]
    L은 상기 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 배치된 두 개 초음파 센서 사이의 거리이고, T는 온도(℃), Vu는 초음파의 속도인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치의 차량 검출방법.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 타이밍 제어기는 상기 제1 기준 시간이 종료하는 시점을 포함하는 일정한 구간을 차단구간으로 설정하여 신호를 수신하지 않으며,
    상기 제1 기준 시간(Tn)은 다음의 수학식에 따라 구하되,
    

    

    [sec] 및
    

    

    [m/s]
    L은 상기 통행로를 가로질러 서로 마주보도록 배치된 두 개 초음파 센서 사이의 거리이고, T는 온도(℃), Vu는 초음파의 속도인 것을 특징으로 하는 차량 검출장치의 차량 검출방법.

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