KR20210147381A - 레이더 장치 - Google Patents

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노희창
배성호
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현대모비스 주식회사
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Abstract

레이더장치를 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 레이더신호(radar signal)를 송수신하는 안테나부(antenna unit)를 이용하여 전방의 표적(target)을 감지하기 위한 레이더장치(radar device)에 있어서, 상측이 개구(aperture)되어 레이돔(radome)이 결합되는 하우징(housing); 하우징 내부에 배치되어 안테나부, 신호처리부(signal processor) 및 표적정보 연산부(target information calculator)를 포함하는 레이더 패키지부(radar package unit); 및 레이더 패키지부가 실장(mount)되고, 전원블록(power block) 및 메모리블록(memory block)이 실장된 회로기판(circuit board)을 포함하는 레이더장치를 제공한다.

Description

레이더 장치{Radar Device}
본 개시는 레이더 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 ACC(Adaptive Cruise Control), AEB(Autonomous Emergency Braking) 및 자율 주차 등 운전자를 위한 안전 및 편의 기능이 늘어나면서 차량 주변 상황을 파악하기 위한 센서의 개발이 활발해지고 있다. 차량에 부착되는 센서로는 이미지 센서(image sensor), 라이더(lidar), 레이더(radar) 및 초음파 센서(ultrasonic sensor) 등이 있다.
이러한 센서들 중 레이더는 라이더와는 달리 차량 내부에 배치될 수 있고 초음파 센서보다 먼 거리를 관측할 수 있다는 장점이 있다. 또한 이미지 센서와 달리 레이더 센서는 날씨 등의 영향을 거의 받지 않는다.
최근에는 차량을 주차시킬 때에도 초음파 센서 대신 레이더 센서를 사용하고 있다. 레이더 센서를 복수개 장착함으로써 고각의 FOV(Field Of View)를 형성하고 초음파 센서보다 더 먼 거리를 관측할 수 있다. 다만, 차량에 배치되는 레이더 센서의 개수가 증가하게 되면서 차량의 제조원가가 증가하는 문제가 발생하고, 레이더 센서가 차량에 배치될 수 있는 공간이 한정되어 있어 레이더 센서의 소형화가 요구되고 있다.
이에, 본 개시는 레이더장치 내부의 구성 배치를 구조적으로 개선하여 레이더장치를 소형화하는 데 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 레이더장치 내부의 구성 배치를 구조적으로 개선하여 제조공정을 단순화하고 제조원가를 절감하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 레이더신호(radar signal)를 송수신하는 안테나부(antenna unit)를 이용하여 전방의 표적(target)을 감지하기 위한 레이더장치(radar device)에 있어서, 상측이 개구(aperture)되어 레이돔(radome)이 결합되는 하우징(housing); 하우징 내부에 배치되어 안테나부, 신호처리부(signal processor) 및 표적정보 연산부(target information calculator)를 포함하는 레이더 패키지부(radar package unit); 및 레이더 패키지부가 실장(mount)되고, 전원블록(power block) 및 메모리블록(memory block)이 실장된 회로기판(circuit board)을 포함하는 레이더장치를 제공한다.
또한, 레이더장치(radar device)가 복수개 배치된 차량에 있어서, 레이돔(radome)이 차량의 외측을 향하도록 차량의 전방 및 후방에 복수개 배치된 것을 특징으로 하는 차량을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 레이더장치는 레이더 패키지부(radar package unit)를 회로기판(circuit board)에 실장(mount)함으로써 레이더장치 내부의 공간을 줄여 레이더장치를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 레이더 패키지부에 안테나(antenna)와 컨트롤러(controller)를 함께 구비함으로써 제조공정을 단순화하여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치의 분해사시도이다.
도 3은 본 개시의 레이더장치에 배치된 회로기판의 구체적 설명을 위한 블록도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치가 배치된 차량의 개략도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치의 사시도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레이더장치(radar device, 10)는 커넥터(connecter, 11), 레이돔(radome, 12), 회로기판(circuit board, 14) 및 하우징(housing, 13 및 15)의 전부 또는 일부를 포함한다.
커넥터(11)는 레이더 패키지부(33)에서 연산(calculate)처리하여 생성한 표적(target)에 관한 신호를 외부에 전달하는 장치이다. 예컨대, 표적에 관한 신호는 차량의 ECU(Electronic Control Unit, 미도시)에게 송신되어 ECU(미도시)가 차량의 주변환경을 감지하는 데 이용한다.
레이돔(12)은 레이더장치(10)가 레이더신호(radar signal)를 송신하는 방향에 배치된다. 레이돔(12)은 레이더신호가 통과할 수 있는 재질로 이루어져야 한다. 레이돔(12)은 송수신되는 레이더신호의 감쇄(attenuation)를 감소시킬 수 있는 재료로 구성되며, 레이돔(12)은 차량의 전후방 범퍼(bumper), 그릴(grille), 차체의 측면, 또는 차량 구성요소의 외부 표면으로 구성될 수 있다.
하우징(13 및 15)은 레이더장치(10)의 내부를 보호하기 위해 회로기판(14) 및 레이더 패키지부(33) 등의 외부에 배치된다. 하우징(13 및 15)에는 측면하우징(13) 및 하부하우징(15)이 있으며 이는 일체로 사출성형(injection molding)되어 제조되거나 사전에 사출성형 제조 후 체결될 수 있다.
회로기판(14)에는 파워블록(power block, 31), 메모리블록(memory block, 32) 및 레이더 패키지부(33)의 전부 또는 일부가 실장(mount)되어 있다. 회로기판 중 레이더 패키지부(33)가 실장된 면은 반대측 면보다 유전율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 유전율이 낮은 재질로 이루어짐으로써 송수신되는 레이더신호의 손실을 줄일 수 있다. 회로기판(14)에 실장된 구성들은 도 3에 대한 설명에서 구체적으로 기술한다.
도 3은 본 개시의 레이더장치에 배치된 회로기판의 구체적 설명을 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 회로기판(14)에는 파워블록(31), 메모리블록(32), 레이더 패키지부(33) 및 CAN 트랜스시버(Controller Area Network transceiver, 37)의 전부 또는 일부를 포함한다.
파워블록(31)은 외부로부터 전원 전압을 인가받아 메모리블록(32), 레이더 패키지부(33) 및 CAN 트랜스시버(37) 등의 작동에 필요한 전압을 인가할 수 있다. 예컨대, 파워블록(31)은 차량으로부터 12 V의 전원 전압을 인가받아 레이더 패키지부(33)에게 1.0 V, 1.2 V, 1.8 V 및 3.3 V의 전압을 인가하도록 전압의 크기를 변환할 수 있다. 또한, 파워블록(31)은 메모리블록(32)에게 3.3 V의 전압을 인가하고, CAN 트랜스시버(37)에게 2.3 V 및 5.0 V의 전압을 인가할 수 있다. 파워블록(31)이 메모리블록(32), 레이더 패키지부(33) 및 CAN 트랜스시버(37) 등에게 인가하는 전압의 크기 및 개수는 이에 한정되지 않고 각 부품의 정상적인 작동을 위한 전압들을 전부 포함한다.
메모리블록(32)은 EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory, 미도시) 및 플래시 메모리(flash memory, 미도시)를 포함할 수 있다. EPROM(미도시)은 레이더장치(10)에서 발생하는 에러(error)에 관한 메시지가 저장될 수 있다. 플래시 메모리(미도시)는 12 V의 전원 인가 시 레이더 패키지부(33)의 작동을 위한 프로그램을 다운로드 받는다. 메모리블록(32)은 레이더 패키지부(33)와 상호 간 신호를 송수신할 수 있다. 메모리블록(32)은 본 개시의 필수적인 구성요소는 아니다.
레이더 패키지부(33)는 안테나부(antenna unit, 34), 신호처리부(signal processor, 35) 및 표적정보 연산부(target information calculator, 36)의 전부 또는 일부를 포함한다.
안테나부(34)는 레이더신호를 송신하는 복수의 송신부 그룹 또는 수신하는 복수의 수신부 그룹을 포함한다. 송신부 그룹은 복수의 송신부를 포함하고, 수신부 그룹은 복수의 수신부를 포함한다. 예컨대, 송신부 그룹 또는 수신부 그룹은 각각 4개의 송신부 또는 4개의 수신부를 포함할 수 있다. 레이더장치(10)는 실제 안테나 개구(aperture)보다 큰 가상 안테나 개구를 형성하기 위하여 다차원 안테나 배열(multi-dimensional antenna array) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO; Multi-Input Multi-Output)의 신호 송수신 방식을 채택할 수 있다.
예컨대, 수평(horizontal) 및 수직(vertical) 방향의 각도 정밀도(accuracy) 및 해상도(resolution) 향상을 위해, 2차원 안테나 어레이(2-dimensional antenna array)가 사용된다. 2차원 안테나 어레이를 이용하면 수평 및 수직으로 개별적으로 2회의 스캔으로 신호를 송수신하며, 2차원 수평 스캔(horizontal scan) 및 수직 스캔(vertical scan)과 별도로 MIMO 방식이 이용될 수 있다. 더 구체적으로, 안테나부(34)가 3개의 송신부 그룹과 4개의 수신부 그룹을 포함하는 경우, 즉 12개의 송신부와 16개의 수신부를 포함하는 경우 MIMO 방식을 이용하면 192개의 가상 수신 안테나 배치를 가질 수 있다. 2차원 안테나 어레이는 마름모 격자(rhombus), V자 형상(V-shape) 또는 X자 형상(X-shape) 등의 배치를 가질 수 있다.
MIMO 방식을 이용할 경우 각각의 송신부는 서로 구분되는 독립적인 파형(waveform)을 가지는 레이더신호를 송신할 수 있다. 즉, 각 송신부는 다른 송신부들과 구분되는 독립적인 파형의 레이더신호를 송신하고, 각각의 수신부는 이 레이더신호들의 상이한 파형으로 인해 객체(object)에서 반사된 레이더신호가 어떠한 송신 안테나에서 송신된 것인지 결정할 수 있다.
신호처리부(35)는 수신부가 수신한 신호를 전달받아 잡음(noise)을 제거한다. 신호처리부(35)는 송신부가 송신한 레이더신호에 상응하는 주파수 대역(frequency band) 이외의 신호 성분을 밴드패스 필터(bandpass filter)를 이용하여 제거하는 한편, 송신된 레이더 신호가 노면(road surface)으로부터 반사되어 수신된 신호는 제거한다. 반사신호 이외의 잡음의 제거에는 이동평균법(moving average method)이 이용될 수 있다. 여기서 이동평균법은, 일정 기간 해당되는 시계열상의 데이터의 평균값을 이용하여 전체의 추세를 알 수 있도록 하는 방법이다. 신호처리부(35)가 잡음 신호를 제거하기 위한 필터링 방법은 이에 한정되지 않으며, 통상의 기술자라면 누구든지 다른 종류의 필터를 추가, 제거 또는 변경할 수 있을 것이다.
표적정보 연산부(36)는 신호처리부(35)가 처리한 신호를 기초로 표적정보를 연산한다. 표적정보 연산부(36)는 표적으로부터 반사된 레이더신호를 감지하는 표적감지부(target detector, 미도시), 감지된 표적으로부터 레이더장치(10)까지의 이격 거리를 측정하는 거리측정부(distance calculator, 미도시), 감지된 표적으로부터 레이더장치(10)까지의 방위각을 측정하는 방위각측정부(azimuth calculator, 미도시)를 포함할 수 있다. 이외에도 표적정보 연산부(36)는 표적의 이동속도 또한 측정할 수 있다. 표적정보 연산부(36)는 연산된 표적 정보를 CAN 트랜스시버(37)에게 전달한다.
레이더 패키지부(33)의 내부에 안테나부(34), 신호처리부(35) 및 표적정보 연산부(36)를 배치할 경우 신호처리부(35) 및 표적정보 연산부(36)를 레이더 패키지부(33)의 외부인 회로기판에 실장하는 것 보다 제조공정이 간단해질 수 있다. 레이더 패키지부(33)를 안테나부(34), 신호처리부(35) 및 표적정보 연산부(36)로 구성함으로써 레이더 패키지부(33)만 회로기판(14)에 실장하여 제조공정을 단순화할 수 있다. 반면에 신호처리부(35)와 표적정보 연산부(36)가 별도로 배치될 경우 각 구성마다 별도로 실장해야 하는 공정이 추가되게 된다.
레이더 패키지부(33)는 제1 내지 제3 송신부 그룹과 제1 내지 제4 수신부 그룹을 포함할 수 있다. 레이더 패키지부(33)에 배치된 송신부 그룹 및 수신부 그룹의 개수는 한정되지 않는다.
제1 내지 제3 송신부 그룹은 제1 방향을 향하여 일정 간격 이격되어 배치되고, 제1 내지 제4 수신부 그룹은 제2 방향을 향하여 일정 간격 이격되어 배치된다. 여기서 제1 방향은 임의의 한 방향이고, 제2 방향은 제1 방향과 수직한(perpendicular) 방향이다. 여기서 일정 간격은 레이더장치(10)가 송신하는 레이더신호의 파장(wavelength)에서 2를 나눈 값일 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제3 송신부 그룹은 수평 방향으로 일정 간격 이격되어 배치되고, 제1 내지 제4 수신부 그룹은 수직 방향으로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
CAN 트랜스시버(37)는 표적정보 연산부(36)에서 전달받은 표적 정보를 최종적으로 커넥터(11)로 전송한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더장치가 배치된 차량의 개략도이다. 여기서 Y축은 차량의 중심 축(central axis)을 의미한다.
도 4를 참조하면, 차량의 전방에 FR1 내지 FR5의 레이더장치(10)가 배치될 수 있고, 차량의 후방에 RR1 내지 RR5의 레이더장치(10)가 배치될 수 있다. 여기서 FR은 Front Radar로서 전방 레이더장치(10)를 의미하고, RR은 Rear Radar로서 후방 레이더장치(10)를 의미한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 전방에 배치된 FR1 내지 FR5의 배치 형태에 대해 이하 설명한다. FR3는 Y축을 중심으로 하여 레이더신호가 송신될 수 있도록 차량의 중앙에 배치될 수 있다. FR2 및 FR4는 차량의 중심으로부터 각각 동일한 간격으로 이격되어 각각 차량의 외측 방향으로 Y축으로부터 10 도(degree) 기울여 배치될 수 있다. FR1 및 FR5는 차량의 중심으로부터 각각 동일한 간격으로 이격되어 각각 차량의 외측 방향으로 Y축으로부터 65 도 기울여 최외각에 배치될 수 있다. 즉, 레이더장치(10)가 차량의 중심 축인 Y축에서 멀어지게 배치될수록 Y축으로부터 더 큰 각도로 기울여지며 배치될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 차량 후방에 배치된 RR1 내지 RR5의 배치 형태에 대해 이하 설명한다. RR3는 Y축을 중심으로 하여 레이더신호가 송신될 수 있도록 차량의 중앙에 배치될 수 있다. FR2 및 FR4는 차량의 중심으로부터 각각 동일한 간격으로 이격되어 각각 Y축과 평행한 방향을 향하도록 배치될 수 있다. FR1 및 FR5는 차량의 중심으로부터 각각 동일한 간격으로 이격되어 각각 차량의 외측 방향으로 Y축으로부터 65 도 기울여 최외각에 배치될 수 있다. 즉, 차량 후방에 배치된 레이더장치(10) 중 최외각에 배치된 레이더장치(10)는 Y축으로부터 가장 큰 각도로 기울어져 배치될 수 있다.
도 4에 개시된 바와 같이 레이더장치(10)를 배치한 경우 차량의 전방 FOV(51) 및 후방 FOV(52)는 270 도 이상일 수 있다. 이러한 레이더장치(10)의 배치구조를 이용하여 차량의 주차 상황에서 차량의 전/후방뿐만 아니라 측방의 표적까지도 감지할 수 있다.
차량의 전방에 FR1, FR3 및 FR5 3개를 배치하고, 차량의 후방에 RR1, RR3 및 RR5 3개를 배치하여 차량에 배치된 레이더장치(10)의 개수를 줄이더라도 차량의 전방 FOV(51) 및 후방 FOV(52)는 270 도 이상이 될 수 있다. 또는, 차량의 전방에 FR1, FR2, FR4 및 FR5 4개를 배치하고, 차량의 후방에 RR1, RR2, RR4 및 RR5 4개를 배치하더라도 차량의 전방 FOV(51) 및 후방 FOV(52)는 270 도 이상이 될 수 있다. 차량의 전방 및 후방에 배치된 레이더장치(10)를 이용하여 측방의 표적을 감지하기 위해서는 전방 FOV(51) 및 후방 FOV(52)는 250 도 이상인 것이 바람직하다.
차량에 배치된 레이더장치(10)의 배치방식은 도 4의 실시예에 한정되지 않는다. 예컨대, 측면 표적 감지 정확도를 더욱 높이기 위해 차량의 좌측 및 우측에 각각 레이더장치(10)를 추가적으로 배치할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 레이더장치 11: 커넥터 12: 레이돔
13: 측면하우징 14: 회로기판 15: 하부하우징
31: 파워블록 32: 메모리블록 33: 레이더 패키지부
34: 안테나부 35: 신호처리부 36: 표적정보 연산부
37: CAN 트랜스시버

Claims (8)

  1. 레이더신호(radar signal)를 송수신하는 안테나부(antenna unit)를 이용하여 전방의 표적(target)을 감지하기 위한 레이더장치(radar device)에 있어서,
    상측이 개구(aperture)되어 레이돔(radome)이 결합되는 하우징(housing);
    상기 하우징 내부에 배치되어 상기 안테나부, 신호처리부(signal processor) 및 표적정보 연산부(target information calculator)를 포함하는 레이더 패키지부(radar package unit); 및
    상기 레이더 패키지부 및 전원블록(power block)이 실장(mount)된 회로기판(circuit board)을 포함하는 레이더장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부는 복수의 송신부(transmitter) 그룹 및 복수의 수신부(receiver) 그룹을 포함하되,
    각각의 송신부 그룹과 각각의 수신부 그룹은 일정 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부는 복수의 송신부 그룹 및 복수의 수신부 그룹을 포함하되,
    상기 복수의 송신부 그룹은 제1 방향을 향하여 일정 간격 이격되어 배치되고, 상기 복수의 수신부 그룹은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 향하여 일정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 면 중 상기 레이더 패키지부가 실장된 면은 상기 회로기판의 반대측 면보다 유전율(permittivity)이 낮은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이더장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 레이더장치(radar device)가 복수개 배치된 차량(vehicle)에 있어서,
    상기 레이돔(radome)이 상기 차량의 외측을 향하도록 상기 차량의 전방 및 후방에 복수개 배치된 것을 특징으로 하는 차량.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전방 및 상기 후방에 배치된 복수개의 레이더장치 중 중심 축(central axis)으로부터 가장 멀리 이격되어 배치된 레이더장치는 상기 차량의 중심 축으로부터 가장 큰 각도로 기울어져 배치된 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 레이더장치는,
    상기 차량의 중심 축으로부터 이격된 거리에 비례하여 상기 차량의 중심 축으로부터 기울어져 배치되는 각도의 크기가 증가되는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전방 및 상기 후방의 FOV(Field Of View)는 250 도(degree) 이상인 것을 특징으로 하는 차량.

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