KR20230000833A - Uwb 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법 및 차량용 스마트키 시스템 - Google Patents

Uwb 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법 및 차량용 스마트키 시스템 Download PDF

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KR20230000833A
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박종혁
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명의 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법은, 차량 제어 장치가 상기 다수의 앵커들로부터 UWB 신호에 대한 다수의 TOF(Time of Flight) 값들을 수신하고, 상기 수신된 다수의 TOF 값들을 이용하여 상기 다수의 앵커들과 상기 스마트 키 사이의 거리 값들을 계산하는 단계; 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 단계; 및 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는 경우, 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법 및 차량용 스마트키 시스템{Method and vehicle smart key system for determining the location of smart key using UWB communication}
본 발명은 차량용 스마트 키의 위치를 판별하기 위한 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
차량 사용자가 차량의 시동을 걸기 위해, 포브(FOB)라고 불리기도 하는 스마트 키(Smart key)를 이용하는 경우, 스마트 키가 차량 내부에 위치한 상태에서 차량 사용자가 차량의 SSB(Start Stop Button)을 누르면, 차량의 시동이 걸린다.
이처럼 차량의 시동이 걸기 위해서는, 스마트 키가 차량의 내부 또는 외부에 위치해야 하는지를 판별해야 하며, 스마트 키의 위치를 판별하기 위해, 차량에 장착된 안테나와 스마트 키 간의 무선 통신 기술을 활용하여 안테나와 스마트 키 간의 거리를 측정하고, 그 측정 결과를 기반으로 스마트 키가 차량의 내부 또는 외부에 위치하는 지를 판별한다.
[종래 기술의 문제점]
종래의 스마트 키의 위치를 판별하는 방식(또는 스마트 키의 위치 측위 방식)에서는 무선 신호를 사용하기 때문에, 전파 특성 또는 주변 환경에 따라 측위 오차가 발생할 수 있다.
이러한 측위 오차로 인해, 스마트 키의 위치를 정확하게 판별하지 못하여, 차량의 시동 기능은 물론 스마트 키와 관련된 다양한 기능이 올바르게 동작하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전파 특성 또는 주변 환경에 관계없이, 스마트 키의 위치를 정확하게 판별할 수 있는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법 및 차량용 스마트키 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법은, 차량 제어 장치가 상기 다수의 앵커들로부터 UWB 신호에 대한 다수의 TOF(Time of Flight) 값들을 수신하고, 상기 수신된 다수의 TOF 값들을 이용하여 상기 다수의 앵커들과 상기 스마트 키 사이의 거리 값들을 계산하는 단계; 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 단계; 및 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는 경우, 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 차량용 스마트키 시스템은, 차량에 설치되고, 상기 스마트 키와 UWB 통신을 수행하는 다수의 앵커들과 상기 다수의 앵커들을 이용하여 상기 스마트 키의 위치를 판별하는 차량 제어 장치를 포함한다. 그리고, 상기 차량 제어 장치는, 상기 다수의 앵커들로부터 UWB 신호에 대한 다수의 TOF 값들을 수신하는 통신부; 상기 통신부를 통해 수신된 상기 다수의 TOF 값들을 상기 다수의 앵커들과 상기 스마트 키 사이의 거리 값들을 계산하는 프로세스, 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 프로세스 및 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는 경우, 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하는 프로세스를 수행하는 컨트롤러; 및 상기 차량에 설치된 상기 다수의 앵커들의 좌표값을 포함하는 레이아웃 정보를 저장하는 메모리를 포함한다.
실시 예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하기 위해, 상기 거리값들을 분석하여, 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키와 가까운 거리에 위치한 제1 및 제2 기준 앵커를 선정하는 프로세스, 상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치하는 특정 앵커와 상기 제1 기준 앵커 사이의 제1 거리값(db)을 계산하고, 상기 특정 앵커와 상기 제2 기준 앵커 사이의 제2 거리값(dc)을 계산하는 프로세스, 및 상기 특정 거리 값을 상기 제1 및 제2 거리값과 각각 비교하여, 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는지를 판단하는 프로세스를 수행할 수 있다.
실시 예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 메모리에 저장된 상기 레이아웃 정보를 이용하여 상기 제1 거리값(db)과 상기 제2 거리값(dc)을 계산한다.
실시 예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하기 위해, 상기 거리값들 중에서 거리값이 작은 순서로 3개의 거리값들을 상기 사용 가능한 거리값들로 선정하는 프로세스, 상기 스마트 키로부터 상기 3개의 거리값들에 위치한 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치한 특정 앵커의 좌표값을 획득하는 프로세스, 상기 스마트 키의 좌표값을 (x, y, z)라 할 때, 상기 3개의 거리값들과 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 이용하여 3개의 구 방정식들을 생성하는 프로세스, 상기 3개의 구 방정식들을 연립 방정식으로 구성하고, 상기 연립 방정식의 해를 상기 스마트 키의 좌표값으로 획득하는 프로세스, 상기 획득된 스마트 키의 좌표값과 상기 획득된 특정 앵커의 좌표값을 이용하여 상기 스마트 키로부터 상기 특정 앵커까지의 정확한 거리값을 계산하여, 상기 특정 거리값을 상기 정확한 거리값으로 보정하는 프로세스를 수행할 수 있다.
실시 예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 메모리에 저장된 상기 레이아웃 정보로부터 상기 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 특정 앵커의 좌표값을 획득할 수 있다.
실시 예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 3개의 거리값들을 반지름으로 하고, 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 중심점으로 하는 상기 3개의 구 방정식들을 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전파 특성 및 주변 환경에 관계없이, 스마트 키의 위치를 정확하게 판별할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 스마트 키에 대한 거리 측위 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 2b는 도 1에 도시한 스마트 키에 대한 거리 측위 시스템에서 측위 오차가 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 키에 대한 측위 오차를 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 키와 차량에 장착된 안테나 간의 거리 판별 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 키와 차량에 장착된 안테나 간의 거리 판별 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시한 각 앵커에서 수행되는 TOF 값의 계산과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 차량 제어 장치가 앵커들과 스마트 키 사이의 거리값들 중에서 오류가 존재하는 거리값을 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템에서 오차가 발생한 거리값을 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 6에 도시한 스마트 키의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 11은 도 6에 도시한 앵커의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 12는 도 6에 도시한 차량 제어 장치의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 13은 도 6에 도시한 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템에 의해 수행되는 스마트 키의 위치를 판별하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 스마트 키에 대한 거리 측위 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 적용될 수 있는 스마트 키에 대한 거리 측위 시스템은, 차량(10)에 설치된 다수의 LF(Low Frequency) 안테나들(11~16)과 상기 LF 송신 안테나들(11~16)과 연결된 스마트 키 컨트롤러(17: SMK EUC) 및 상기 LF 송신 안테나들(11~16)과 무선으로 통신하는 스마트 키(20 또는 FOB)를 포함한다.
상기 LF 송신 안테나들(11~16)은 스마트 키 컨트롤러(17)의 제어에 따라 LF 신호(또는 LF 데이터)(LF1~LF6)를 스마트 키(20)로 송신하고, 스마트 키(20)는 스마트 키 컨트롤러(17)로부터 송신된 LF 신호(LF1~LF6)을 수신한다.
스마트 키(20)는 수신한 LF신호의 수신 신호 세기(RSSI)를 통해 자신(20)과 차량에 설치된 각 LF 안테나 사이의 거리를 측정하여 획득한 거리 정보를 RF 신호로 구성하여 다시 차량(17)에 설치된 스마트 키 컨트롤러(17: SMK EUC)로 송신한다.
스마트 키 컨트롤러(17)는 스마트 키(20)로부터 수신한 거리 정보를 포함하는 RF신호(거리 정보)를 이용하여 스마트 키(20)의 위치, 즉, 스마트 키(20)가 차량의 내부 또는 외부에 위치하는 지를 판별한다.
한편, 도면의 간략화를 위해, 도 1에서 스마트 키 컨트롤러(17)가 RF신호를 수신하기 위한 RF 안테나가 도시되지 않았고, LF 송신 안테나들(11~16)/RF 수신 안테나와 스마트 키 컨트롤러(17) 사이에 설계될 수 있는 통신부(통신 모듈 또는 통신 인터페이스)을 도시하지 않았다. 또한, 도 1에서 스마트 키(20)의 내부 구성을 상세하게 도시하지는 않았으나, 스마트 키(20)는 스마트 키 컨트롤러(17)로부터 LF 신호들(LF1~LF6)을 수신하기 위한 LF 수신 안테나와 RF 신호를 스마트 키 컨트롤러(17)로 송신하기 위한 RF 송신 안테나를 포함하며, LF 수신 안테나와 RF 송신 안테나와 연결된 통신부, 통신부와 연결된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 여기서, 스마트 키(20)에 포함된 컨트롤러는, LF신호의 수신 신호 세기(RSSI) 및 스마트 키(20)와 차량에 설치된 각 LF 안테나 사이의 거리 측정과 관련된 프로세스를 수행할 수 있다.
도 2a 및 2b는 도 1에 도시한 스마트 키에 대한 거리 측위 시스템에서 측위 오차가 발생하는 이유를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1에 도시한 거리 측위 시스템에서 측위 오차가 발생하는 이유는 거리에 따른 RSSI의 편차에 기인한다.
예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 스마트 키(20)가 차량에 설치된 LF 송신 안테나(11)로부터 가까운 거리(R1)에 위치하는 경우에는 스마트 키(20)에서 측정한 LF 신호의 수신 신호 세기(RSSI)가 크기 때문에 스마트 키(20)에서 측정한 거리 오차가 작지만, 스마트 키(20)가 차량에 설치된 LF 송신 안테나(11)로부터 먼 거리(R2)에 위치하는 경우에는 등에 의해 스마트 키(20)에서 측정한 LF 신호의 수신 신호 세기(RSSI)가 작아지기 때문에, 스마트 키(20)에서 측정한 거리 오차가 커지며, 외부 노이즈(30)가 더 해지면, 그 거리 오차는 더욱 커진다.
도 1에 도시한 거리 측위 시스템에서 측위 오차가 발생하는 다른 이유는 차량에 다수의 LF 송신 안테나들이 인접하여 배치되는 경우, LF 송신 안테나들 간의 커플링(coupling) 현상(도 2b의 40)이 발생하여 신호가 왜곡되거나 상쇄되어 수신 감도가 현저히 떨어지는데 기인한다.
예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 일측 LF 송신 안테나(12)에서 송신되는 LF 신호가 커플링 현상(40)에 의해 인접한 LF 송신 안테나(11)에 유기되어 인접한 LF 송신 안테나(11)에서 송신되는 LF 신호(40)가 왜곡되거나 상쇄되어 스마트 키(20)에서 측정한 거리 오차가 커진다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 키에 대한 측위 오차를 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 발명의 실시 예에 따른 스마트 키에 대한 측위 오차의 보정 과정은 차량에 설치된 스마트 키 컨트롤러(20)에서 수행되며, 크게 3가지 과정으로 나눌 수 있다.
첫번째 과정은 스마트 키에 대한 측위 오차가 발생하였는지를 판단하는 과정이다.
두번째 과정은 스마트 키(20)의 좌표를 계산하는 과정이다.
세번째 과정은 스마트 키가 자신으로부터 오동작이 의심되는 LF 송신 안테나까지 측정한 거리값을 상기 두 번째 과정에 의해 계산된 스마트 키의 좌표와 오동작이 의심되는 LF 송신 안테나의 좌표 사이의 거리 계산 과정을 통해 획득된 거리값으로 보정하는 과정이다.
상기 첫번째 과정은 도 3a를 참조하여 설명한다.
도 3a를 참조하면, 먼저, LF 송신 안테나들(11~16)의 좌표를 설정한다. LF 송신 안테나들(11~16)의 좌표 설정은 차량 안테나 레이아웃을 기반으로 설정될 수 있다.
차량 안테나 레이아웃은 차량 내에서 LF 송신 안테나들(11~16)의 설치 위치를 나타내는 데이터이다. 차량 안테나 레이아웃은 기준이 되는 LF 송신 안테나의 좌표값과 기준이 되는 LF 송신 안테나의 좌표를 기준으로 하는 나머지 LF 송신 안테나들의 좌표값을 포함한다.
이어, 스마트 키 컨트롤러가 스마트 키(20)로부터 수신한 스마트 키로부터 각 LF 송신 안테나까지의 거리값에 오차(측위 오차)가 있는지 판단한다.
구체적으로, 도 3a에 도시된 바와 같이, 스마트 키(20)가 제1 LF 송신 안테나(11)와 제4 LF 송신 안테나(14) 사이에 위치하는 것으로 가정하면, 다음과 같은 조건을 나타내는 부등식을 만족해야 한다.
[부등식1]
0 ≤ |d1 - d4| ≤ d1-4
여기서, d1은 스마트 키(20)로부터 제1 LF 송신 안테나(11)까지의 거리값이고, d4는 스마트 키(20)로부터 제4 LF 송신 안테나(14)까지의 거리값이고, d1-4는 제1 LF 송신 안테나(11)와 제4 LF 송신 안테나(14) 사이의 거리값이다. 그리고, ||은 d1과 d4의 차이값에 대한 절대값을 나타내는 기호이다.
스마트 키(20)가 제1 LF 송신 안테나(11)와 제4 LF 송신 안테나(14) 사이에 위치하는 경우, 위의 부등식 1을 만족하면, 제1 LF 송신 안테나(11)와 제4 LF 송신 안테나(14)에 기안한 측위 오차는 없는 것으로 판정할 수 있다.
추가적으로, 다음과 같은 조건을 나타내는 부등식을 만족해야 한다.
[부등식2]
d4-5 ≤ d5 ≤ d1-5
여기서, d6은 스마트 키(20)로부터 제6 LF 송신 안테나(16)까지의 거리값이고, d4-6는 제4 LF 송신 안테나(14)와 제6 LF 송신 안테나(16) 사이의 거리값이고, d1-6는 제1 LF 송신 안테나(11)와 제6 LF 송신 안테나(16) 사이의 거리값이다.
부등식 1을 만족하고, 부등식 2를 만족하지 않는 경우, 스마트 키(20)에서 측정한 d6에 오차가 있음을 예측할 수 있다. 즉, 제6 LF 송신 안테나(16)에 기인한 측위 오차를 예측할 수 있다.
이처럼 스마트 키(20)에서 측정한 d6에서 측위 오차가 예상되는 경우, 상기 두번째 과정과 세번째 과정을 통해 스마트 키 컨트롤러(17)가 d6를 다시 계산한다.
상기 두번째 과정과 세번째 과정은 도 3b를 참조하여 설명한다.
먼저, 상기 두번째 과정, 즉, 스마트 키(20)의 좌표를 계산하기 위해, d6를 다시 계산하기 위해, 신호 손실, 왜곡이 없는 것으로 추정되는 LF 송신 안테나들을 선정한다.
신호 손실, 왜곡이 없는 것으로 추정되는 LF 송신 안테나들은 스마트 키(20)로부터 수신된 거리값 중에서 거리값이 작은 순서로 적어도 3개가 선정될 수 있다. 본 실시 예에서는, 제2, 제3 및 제4 LF 송신 안테나들(12, 13, 14)을 선정한다.
이어, 제2, 제3 및 제4 LF 송신 안테나들(12, 13, 14)의 좌표들을 이용하여 스마트 키(20)의 좌표를 계산한다.
제2, 제3 및 제4 LF 송신 안테나들(12, 13, 14)의 좌표들은 전술한 바와 같이, 차량 안테나 레이아웃으로부터 획득할 수 있다. 본 실시 예에서는, 제1 LF 송신 안테나(11)의 위치를 기준 좌표(0, 0, 0)로 할 때, 제2, 제3 및 제4 LF 송신 안테나들(12, 13, 14)의 좌표는 각각 (-80, 30, 10), (80, 33, 10), (0, 80, -20)이라 가정한다.
그리고, 본 실시 예에서, 스마트 키(20)에서 측정한 제2, 제3 및 제4 LF 송신 안테나들(12, 13, 14)까지의 거리값은 각각 d2, d3, d4라 하고, d2, d3, d4는 각각 87, 152, 76이라 가정한다.
그러면, 스마트 키(20)의 좌표는 아래의 연립 방정식을 통해 계산될 수 있다.
Figure pat00001
d2, d3, d4에 87, 152, 76을 각각 대입한 후, 위의 연립 방정식의 해를 구하면, x는 -50이고, y는 110이고, z는 30이 된다. 즉, 차량 안테나 레이아웃 상에서 스마트 키(20)의 좌표는 (-50, 110, 30)이다.
한편, 스마트 키로부터 제6 LF 송신 안테나(16)까지의 거리를 계산하는 식은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
위의 수학식 2에서, x, y, z에 각각 -50, 110 및, 30을 대입하면, d6는 317이된다.
이처럼 수학식 1을 통해 계산된 스마트 키(20)의 좌표로부터 오동작하는 제6 LF 송신 안테나(16)의 좌표 까지의 거리값을 수학식 2를 통해 계산함으로써, 정확한 거리값을 계산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 키와 차량에 장착된 안테나 간의 거리 판별 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 스마트 키와 차량에 장착된 안테나 간의 거리 판별 장치(100)는 차량에 설치된다.
커리 판별 장치(100)는 스마트키(200)와 신호를 송수신하는 통신부(110),
스마트 키(20)의 좌표로부터 오동작하는 LF 송신 안테나의 좌표 까지의 거리값을 계산하는 스마트 키 컨트롤러(120), 및 데이터를 저장하는 저장부(130)를 포함한다.
통신부(110)는 LF통신망을 통해 LF송신 가능 거리 이내에서 LF신호를 송신하는 LF통신부(111) 및 RF통신망을 통해 RF송수신 가능 거리 이내에서 RF 신호를 수신하는 RF통신부(112)를 포함한다.
LF통신부(111)는 LF 통신망과 제어부(120)를 연결하는 통신 포트(communication port) 및 LF 신호를 송신하는 송신기(Transmitter)를 포함하는 LF 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
LF송신기는 LF안테나로서 구현되어, 차량(10)에 복수개 마련될 수 있고, 본체의 전방, 후방, 측면, 또는 내부에 마련되어 서로 다른 각도 및 서로 다른 세기로 LF신호를 송신할 수 있다.
또한, LF 통신부(111)는 스마트 키 컨트롤러(120)의 제어에 따라 LF 통신 인터페이스를 통해 스마트 키 컨트롤러 (120)로부터 출력된 디지털 제어 신호를 아날로그 형태의 LF신호로 변조하는 LF 신호 변환 모듈을 더 포함할 수 있다.
RF 통신부(112)는 RF 통신망과 스마트 키 컨트롤러(120)를 연결하는 통신 포트(communication port) 및 RF 신호를 수신하는 수신기(Receiver)를 포함하는 RF 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
또한, RF 통신부(112)는 RF 통신 인터페이스를 통하여 수신한 아날로그 형태의 RF신호를 디지털 제어 신호로 복조하기 위한 RF 신호 변환 모듈을 더 포함할 수 있다.
RF 신호와 LF 신호는 각각 서로 상이한 포맷을 가질 수 있다.
스마트 키 컨트롤러(120)는 차량(100)이 포함하는 복수의 LF 안테나(11~16)에 각각 대응하는 LF 신호를 생성할 수 있다.
스마트 키 컨트롤러(120)는 RF 신호에 포함된 거리값들, 즉, 스마트 키로부터 각 LF 송신 안테나까지의 거리값을 이용하여 스마트 키의 좌표를 계산하기 위한 LF 송신 안테나들(예를 들면, 거리값이 작은 순서로 적어도 3개)을 선정한다.
스마트 키 컨트롤러(120)는 상기 선정된 LF 송신 안테나들의 좌표들(차량 안테나 레이아웃 상에서 정의된 좌표)과 상기 선정된 LF 송신 안테나들까지의 거리값들을 이용하여 스마트 키(20)의 좌표를 계산한다.
스마트 키 컨트롤러(120)는 상기 계산된 스마트 키(20)의 좌표와 전술한 부등식 1 및 2의 조건을 만족하지 않는(오동작하는) LF 송신 안테나의 좌표 사이의 거리값을 계산한다.
한편, 스마트 키 컨트롤러(120)는 저장부(130)에 저장된 프로그램과 데이터에 따라 제어 신호를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
저장부(130)에는 상기 복수의 LF 송신 안테나들의 설치 위치를 나타내는 차량 안테나 레이아웃이 저장된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 키와 차량에 장착된 안테나 간의 거리 판별 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 아래의 각 단계의 수행 주체는 차량에 설치된 스마트 키 컨트롤러(도 1의 17 또는 도 4의 120)로 가정한다.
도 5를 참조하면, 먼저, 단계 S510에서, RF 통신부(112)를 통해, 상기 스마트 키(20)로부터 상기 스마트 키(20)와 상기 복수의 LF 송신 안테나들(예, 11~16)까지의 거리값들을 수신한다.
이어, 단계 S520에서, 상기 복수의 LF 송신 안테나들(예, 11~16) 중에서 상기 거리값들을 기반으로 상기 스마트 키의 좌표를 계산하기 위한 LF 송신 안테나들을 선정한다.
이어, 단계 S530에서, 상기 선정된 LF 송신 안테나들의 좌표들을 이용하여 상기 스마트 키의 좌표를 계산한다.
이어, 단계 S540에서, 상기 계산된 스마트 키의 좌표와 선정되지 않은 나머지 LF 송신 안테나들(또는 부등식 1 및 2를 만족하지 않는 오동작하는 LF 송신 안테나들) 각각의 좌표 사이의 거리값을 계산한다.
실시 예에서, 상기 LF 송신 안테나들을 선정하는 단계는, 거리값이 작은 순서대로 적어도 3개의 LF 송신 안테나들을 선정하는 단계일 수 있다.
실시 예에서, 상기 스마트 키의 좌표를 계산하는 단계는, 상기 선정된 LF 송신 안테나들의 좌표들과 상기 스마트 키와 상기 선정된 LF 송신 안테나들까지의 거리값들을 이용하여 상기 스마트 키의 좌표를 계산하는 단계일 수 있다.
실시 예에서, 상기 선정된 LF 송신 안테나들의 좌표들은 상기 차량에서 상기 복수의 LF 송신 안테나들의 설치 위치를 나타내는 차량 안테나 레이아웃으로부터 획득되는 것일 수 있다.
실시 예에서, 상기 복수의 LF 송신 안테나들까지의 거리값들을 수신하는 단계(S510)와 상기 LF 송신 안테나들을 선정하는 단계(S520) 사이에서는, 상기 스마트 키로부터 수신한 상기 거리값들의 측위 오차가 있는 지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 측위 오차가 있는 지를 판단하는 단계는, 상기 복수의 LF 송신 안테나들 중에서 제1 내지 제3 LF 송신 안테나들(예, 도 3a의 11, 14, 16)이 차량 위에서 바라볼 때, 일직선상에 배치되고, 상기 스마트 키(20)가 제1 LF 송신 안테나(11)와 제2 LF 송신 안테나(14) 사이에 위치하는 상황을 가정할 때, 상기 스마트 키(20)로부터 제1 LF 송신 안테나(11)까지의 제1 거리값(예, d1)과 상기 스마트 키(20)로부터 상기 제2 LF 송신 안테나(14)까지의 제2 거리값(예, d4) 간의 차이값에 대한 절대값이 제1 LF 송신 안테나와 상기 제2 LF 송신 안테나 사이의 거리값 이하이고, 상기 스마트 키로부터 상기 제3 LF 송신 안테나까지의 거리값이 상기 제2 LF 송신 안테나와 상기 제3 LF 송신 안테나 사이의 거리값보다 크고(예, 전술한 부등식 1), 상기 제1 LF 송신 안테나로부터 상기 제3 LF 송신 안테나 사이의 거리값보다 작을 조건(예, 전술한 부등식 2)을 만족하지 않으면, 상기 거리값들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 제3 LF 송신 안테나까지의 거리값에 측위 오차가 있는 것으로 판단하는 것일 수 있으며, 측위 오차가 있는 것으로 판단된 경우, 단계 S520가 진행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 차량용 스마트키 시스템은 양방향 UWB(Ultra-wideband: 초광대역) 통신을 이용하여 스마트 키의 위치를 판별하는 점에서 LF/RF 통신 기반의 스마트 키의 위치를 판별하는 전술한 도 1 내지 5의 실시 예와 차이가 있다.
다른 실시 예에 따른 차량용 스마트키 시스템은 역시 UWB 통신 기반의 무선 신호(이하, UWB 신호)의 전파 특성, 통신 환경 등의 이유로 발생하는 측위 오차(도 2a 및 2b)를 개선하여 스마트 키의 정확한 위치를 판별하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 차량용 스마트키 시스템은 스마트 키(210)와 UWB 통신을 수행하는 다수의 앵커(Anchor) 장치들(221 ~ 227) 및 상기 다수의 앵커 장치들(221 ~ 227)을 이용하여 상기 스마트 키(210)의 위치를 판별하는 차량 제어 장치(230)를 포함한다. 이하, 앵커 장치는 '앵커'라 칭한다.
스마트 키(210)는 다수의 앵커들(221 ~ 227)과 무선 통신을 수행하며, 무선 통신은 UWB 통신이다. 도 6에 도시한 양방향 화살표 머리를 갖는 점선은 UWB 통신을 나타낸 것이다.
다수의 앵커들(221 ~ 227)은 차량에 설치된다. 도 6에서는 차량(10)에 설치된 7개의 앵커들(221 ~ 227)을 도시하고 있으나, 이를 한정하는 것은 아니다.
다수의 앵커들(221 ~ 227) 중에서 4개의 앵커들(221, 222, 223 및 224)은 차량의 모서리에 각각 설치된다. 예를 들면, 상기 4개의 앵커들(221, 222, 223 및 224) 중에서 2개의 앵커들(221 및 222)은 전방 범퍼의 양쪽 모서리에 각각 설치되고, 2개의 앵커들(223 및 224)은 후방 범퍼의 양쪽 모서리에 각각 설치된다.
다수의 앵커들(221 ~ 227) 중에서 나머지 3개의 앵커들(225, 226 및 227)은 차량 내에 설치된다. 구체적으로, 상기 3개의 앵커들(225, 226 및 227)은 차량의 루프(roof)에 설치될 수 있다.
이러한 앵커들(221 ~ 227)의 설치 위치는 스마트 키의 측위 오차를 개선하기 위한 레이아웃 정보로 활용된다. 레이아웃 정보는 각 앵커의 설치 위치를 나타내는 좌표 정보들로 구성되며, 각 좌표 정보는 3차원 좌표일 수 있다.
다수의 앵커들은(221 ~ 227)은 차량 제어 장치(230)로부터의 통신 명령에 따라 스마트 키(210)와의 UWB 통신을 시작한다.
다수의 앵커들은(221 ~ 227)은 차량 제어 장치(230)로부터 상기 통신 명령을 수신하기 위해, 차량 내부에 구비된 유선 통신 버스를 통해 연결될 수 있다. 여기서, 유선 통신 버스는, 예를 들면, CAN(Controller Area Network) 통신 버스일 수 있다.
각 앵커는 스마트 키(210)와의 UWB 통신 과정에서 TOF(Time of Flight)값을 계산하고, 상기 계산한 TOF 값을 상기 유선 통신 버스를 통해 차량 제어 장치(230)로 전달한다.
차량 제어 장치(230)는 각 앵커로부터 수신한 TOF 값을을 이용하여 스마트 키(210)의 위치, 예를 들면, 스마트 키(210)가 차량의 실내 또는 실외에 있는지를 판별한다.
도 7은 도 6에 도시한 각 앵커에서 수행되는 TOF 값의 계산과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 스마트 키(210)와 앵커(221) 사이의 UWB 통신 과정은 앵커(221)가 스마트 키(210)에게 UWB 신호를 송신하는 과정과 스마트 키(210)가 상기 UWB 신호에 응답하여 UWB 응답 신호를 앵커(221)에게 송신하는 과정을 포함한다.
이러한 UWB 통신 과정에서, 앵커(221)에서 계산되는 TOF 값은 아래의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
TOF(time of flight)= (전체 시간 - 지연 시간)/2
여기서, 상기 전체 시간은 앵커(221)로부터의 UWB 신호가 스마트 키(210)에 도달하기까지 걸린 시간과 스마트 키(210)로부터의 상기 UWB 응답 신호가 앵커(221)에 도달하기까지 걸린 시간의 합이다. 상기 지연 시간은 스마트 키(210)가 상기 UWB 신호를 수신한 시간과 상기 UWB 응답 신호를 송신한 시간 차이로서, 상기 UWB 신호를 처리하는데 걸리는 시간이다.
앵커(221)에서 계산된 TOF 값은 차량 내부의 유선 통신 버스를 통해 차량 제어 장치(230)로 송신되고, 차량 제어 장치(230)는 앵커(221)로부터 수신한 TOF 값을 기반으로 앵커(221)와 스마트 키(210) 사이의 거리 값(d)를 계산한다.
앵커(221)와 스마트 키(210) 사이의 거리 값(d)은 아래의 수학식 4로 계산될 수 있다.
[수학식 4]
d = c × TOF 값
여기서, c는 빛의 속도이다.
동일한 방식으로, 차량 제어 장치(230)는 나머지 앵커들(222 ~ 227)과 스마트 키(210) 사이의 거리를 각각 계산하고, 전체 앵커들(221 ~ 227)과 스마트 키(210) 사이의 거리값들을 이용하여 스마트 키(210)를 판별한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 차량 제어 장치가 앵커들과 스마트 키 사이의 거리값들 중에서 오차가 발생한 거리값을 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 먼저, 스마트 키(210)가 제5 앵커(225)와 제7 앵커(227) 사이의 영역(R1)에 위치하는 것으로 가정한다. 여기서, 제5 앵커(225)와 제7 앵커(227) 사이의 영역(R1)은 제5 앵커(225)와 제7 앵커(227) 사이의 거리(da)를 지름으로 하는 원 영역으로 가정한다.
차량 제어 장치가 계산한 거리값들 중에서 스마트 키(210)와 제5 앵커(225) 사이의 거리값(d5)과 스마트 키(210)와 제7 앵커(222) 사이의 거리값(d7)이 아래의 부등식 3을 만족하는 경우, 스마트 키(210)가 제5 앵커(225)와 제7 앵커(227) 사이의 영역(R1)에 위치하는 것으로 판단할 수 있다.
[부등식 3]
0 ≤|d5-d7| ≤ da
여기서, da는 제5 앵커와 제7 앵커 사이의 거리값으로서, 이러한 거리값은 앵커들의 설치 위치를 나타내는 레이아웃 정보로부터 획득할 수 있다.
스마트 키(210)가 제5 앵커(225)와 제7 앵커(227) 사이의 영역(R1)에 위치하는 경우, 차량 제어 장치(230)에 의해 계산된 스마트 키(210)와 제1 앵커 사이의 거리값(d1)은 아래의 부등식 4를 만족해야 한다.
[부등식 4]
db ≤ d1 ≤ dc
여기서, db는 제1 앵커(221)와 제5 앵커(225) 사이의 거리값이고, dc는 제1 앵커(221)와 제7 앵커(227) 사이의 거리값이다.
만일, 스마트 키(210)와 제1 앵커 사이의 거리값(d1)이 위의 부등식(수학식 4)를 만족하지 않으면, 차량 제어 장치(230)에 의해 계산된 스마트 키(210)와 제1 앵커 사이의 거리값(d1)은 오류로 판단된다.
이상 설명한 오차가 발생한 거리값을 판단하기 위한 방법을 정리하면, 아래와 같다.
먼저, 2개의 기준 앵커들(225, 227)이 선정된다.
기준 앵커들을 선정하는 방법은 차량 제어 장치(230)에 의해 계산된 거리값들을 분석하여, 스마트 키(210)로부터 가까운 거리에 위치한2개의 앵커들을 선정하고, 선정된 2개의 앵커들은 기준 앵커가 된다.
여기서, 상기 선정된 2개의 앵커들은 스마트 키(210)로부터 가까운 거리에 위치하는 앵커들이므로, 이들 앵커들(225, 227)과 스마트 키(210) 사이에서는 원활한 UWB 통신을 수행하는 것으로 볼 수 있다.
따라서, 기준 앵커들(225, 227)과 스마트 키(210) 사이의 거리값은 오차를 포함하지 않는 유효한 거리값으로 사용될 수 있다.
이어, 2개의 기준 앵커들(225, 227)이 선정되면, 기준 앵커들(225, 227)을 제외한 나머지 앵커들(221, 222, 223, 224 및 226)과 스마트 키(210) 사이의 거리값들이 상기 부등식(수학식 4)을 만족하는 지를 순차적으로 판단하여, 오차가 발생한 거리값 또는 그러한 거리값에 위치하는 앵커를 판단하는 과정이 수행된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템에서 오차가 발생한 거리값을 보정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 도 8에서 설명한 방법에 따라 앵커들과 스마트 키 사이의 거리값들 중에서 특정 거리값에서 오차가 발생한 것으로 가정한다.
오차가 발생한 특정 거리값을 정확한 거리값으로 환산하기 위해, 먼저, 차량 제어 장치(230)에서 UWB 통신을 기반으로 계산된 스마트 키(210)와 앵커들(221 ~ 227) 사이의 거리값들 중에서 거리값이 작은 순서로 3개의 앵커들(225, 226 및 227)을 선정하는 과정이 수행된다.
선정된 앵커들(225, 226 및 227)과 스마트 키(210) 사이에서 각각 계산된 거리값들(d5, d6 및 d7)에는 오차가 없는 것으로 본다.
스마트 키(210)의 좌표를 (x, y, z)라 하고, 사전에 설정된 레이아웃 정보로부터 획득된 상기 앵커(225)의 3차원 좌표를 (100, 160, 200)라 하면, 상기 앵커(225)의 3차원 좌표 (100, 160, 200)를 중심점으로 하고, 거리값 d5를 반지름으로 하는 아래의 수학식 5와 같은 구 방정식이 도출될 수 있다.
[수학식 5]
d5 2 = (x - 100)2 + (y - 160)2 + (z - 200)2
동일하게, 스마트 키(210)의 좌표를 (x, y, z)라 하고, 상기 앵커(226)의 3차원 좌표를 (50, 290, 210)라 하면, 상기 앵커(226)의 3차원 좌표 (100, 160, 200)를 중심점으로 하고, 거리값 d6를 반지름으로 하는 아래의 수학식 6과 같은 구 방정식이 도출될 수 있다.
[수학식 6]
d6 2 = (x - 50)2 + (y - 290)2 + (z - 210)2
동일하게, 스마트 키(210)의 좌표를 (x, y, z)라 하고, 상기 앵커(227)의 3차원 좌표를 (90, 290, 210)라 하면, 상기 앵커(227)의 3차원 좌표 (100, 160, 200)를 중심점으로 하고, d7을 반지름으로 하는 아래의 수학식 7과 같은 구 방정식이 도출될 수 있다.
[수학식 7]
d7 2 = (x - 90)2 + (y - 290)2 + (z - 210)2
수학식 5, 6 및 7을 연립 방정식으로 구성하여 풀면, 스마트 키(210)의 좌표 (x, y, z)를 구할 수 있다. 예를 들어, d5 = 115, d6 = 137, d7 = 110일 때, 수학식 5, 6 및 7로 이루어진 연립 방정식을 풀면, x = 70, y = 210, z = 100가 된다. 즉, 스마트 키(210)의 3차원 좌표 (x, y, z)는 (70, 210, 100)가 된다.
만일, 제1 앵커(221)와 스마트 키(210)의 사이의 거리값(d1)에서 오차가 확인된 경우, 상기 수학식 5, 6 및 7로 이루어진 연립 방정식을 풀어서 획득한 스마트 키(210)의 3차원 좌표와 레이아웃 정보로부터 획득한 제1 앵커(221)의 좌표를 이용하여 제1 앵커(221)와 스마트 키(210)의 사이의 거리값을 정확하게 계산할 수 있다.
도 10은 도 6에 도시한 스마트 키의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 스마트 키(210)는 차량에 설치된 다수의 앵커들(221 ~ 227)과 UWB 통신을 수행하는 장치로서, 통신부(212), 컨트롤러(214) 및 메모리(216)를 포함한다.
통신부(212)는 도시하지는 않았으나, UWB용 송수신 안테나, 증폭기, 필터, 변조기, 복조기 등과 같은 UWB 통신을 지원하기 위한 다양한 하드웨어 통신 부품들을 포함하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(214)는 스마트 키(210)의 전반적인 동작을 제어 및 관리하는 구성으로, 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 통신부(212)를 통해 각 앵커로부터 수신한 UWB 신호에 응답하여 UWB 응답 신호를 생성하고, 생성된 UWB 응답 신호를 통신부(212)를 통해 해당하는 앵커로 송신한다.
메모리(216)는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리를 포함하며, 컨트롤러(214)가 통신부(212)를 통해 수신한 UWB 신호를 처리하고, UWB 신호에 대한 UWB 응답 신호를 생성하는 필요한 다양한 정보를 저장하며, 컨트롤러(214)의 요청에 따라 필요한 정보들을 컨트롤러(214)에게 제공한다.
한편, 도 10에서는 통신부(212), 컨트롤러(214) 및 메모리(216)가 분리된 형태로 되어 있으나, 하나의 칩 형태로 통합될 수 있다. 예를 들면, 칩 형태로 제작된 컨트롤러(214) 내에 통신부(212)와 메모리(216)가 내장될 수 있다.
도 11은 도 6에 도시한 앵커의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 앵커(220)는 차량 제어 장치(230)의 명령에 따라 스마트 키(210)와 UWB 통신을 수행하는 장치로서, 제1 통신부(22), 컨트롤러(24), 메모리(26) 및 제2 통신부(28)을 포함한다.
제1 통신부(22)는 UWB용 송수신 안테나, 증폭기, 필터, 변조기, 복조기 등과 같은 UWB 통신을 지원하기 위한 다양한 하드웨어 통신 부품들을 포함하도록 구성되어, 앵커(220)와 스마트 키(210) 사이의 UWB 통신을 지원한다.
컨트롤러(24)는 앵커(220)의 전반적인 동작을 제어하는 구성으로 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.
컨트롤러(24)는 스마트 키(210)의 위치를 판별하기 위한 UWB 신호를 생성하여, 생성된 UWB 신호를 제1 통신부(22)를 통해 스마트 키(210)로 송신한다.
또한, 컨트롤러(24)는 제1 통신부(22)를 통해 상기 UWB 신호에 대한 UWB 응답 신호를 수신하고, UWB 신호의 송신 시간과 UWB 응답 신호의 수신 시간을 이용하여 UWB 신호에 대한 TOF 값을 계산한다.
메모리(26)는 휘발성 및 비휘발성 메모리를 포함하며, 컨트롤러(24)가 UWB 신호를 생성하고, 스마트 키(210)로부터 수신한 UWB 응답 신호를 처리하고, TOF 값을 계산하는 데 필요한 정보, 데이터, 알고리즘 등을 저장한다.
제2 통신부(28)는 앵커(220)와 차량 제어 장치(230) 사이의 유선 통신을 지원하며, 이러한 유선 통신을 지원하기 위해, 필요한 하드웨어 부품들을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 유선 통신은, 차량 내부 통신(IVN: in-vehicle network)일 수 있으며, 차량 내부 통신은, CAN 통신, LIN(Local Interconnect Network) 통신, MOST 통신, FlexRay 통신 등일 수 있다.
제2 통신부(28)는 컨트롤러(24)로부터의 TOF 값을 제2 통신부(28)와 차량 제어 장치(230)를 연결하는 통신 버스(예, CAN 버스, LIN 버스)를 통해 차량 제어 장치(230)로 송신한다.
한편, 도 11에서는 제1 통신부(22)와 제2 통신부(28)가 분리된 형태로 도시되어 있으나, 하나의 통신용 칩으로 통합될 수 있다. 또한, 도 11에서는 제1 통신부(22), 컨트롤러(24), 메모리(26) 및 제2 통신부(28)가 분리된 형태로 도시되어 있으나, 하나의 칩으로 통합될 수 있다.
도 12는 도 6에 도시한 차량 제어 장치의 내부구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 차량 제어 장치(230)는 차량에 설치된 앵커들(221 ~ 227)로부터 수신한 TOF 값을 이용하여 스마트 키(210)의 위치를 판별하는 장치로서, 통합형 차량 제어 장치(Integrated Body Control Unit: IBU)로 불릴 수도 있다.
이를 위해, 차량 제어 장치(230)는 통신부(232), 컨트롤러(234) 및 메모리(236)을 포함한다.
통신부(232)는 앵커들(221 ~ 227)과 차량 제어 장치(230) 사이의 통신(예, CAN, LIN, MOST, MOST, FlexRay 통신 등)을 지원하는 장치로서, 이러한 통신을 지원하기 위해, 필요한 하드웨어 통신 부품들을 포함하도록 구성될 수 있다.
통신부(232)는 각 앵커로부터 TOF 값을 수신하여, 컨트롤러(234)로 전달한다.
컨트롤러(234)는 차량 제어 장치(230)의 전반적인 동작을 제어 및 관리하는 구성으로, 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.
컨트롤러(234)는 통신부(232)를 통해 앵커들(221 ~ 227)로 통신 명령을 송신하고, 앵커들(221 ~ 227)은 상기 통신 명령에 따라 스마트 키(210)의 UWB 통신을 시작한다.
컨트롤러(234)는 통신부(232)를 통해 각 앵커로부터 수신된 TOF 값을 이용하여 각 앵커와 스마트 키(210) 사이의 거리값을 계산하고, 계산된 거리값들을 이용하여 스마트 키(210)의 위치를 판별하는 프로세스를 수행한다.
또한, 컨트롤러(234)는 도 8을 참조하여 설명한 방법에 따라 상기 계산된 거리값들 중에서 오차가 존재하는 거리값이 있는지를 판별하는 프로세스를 수행한다.
또한, 컨트롤러(234)는, 오차가 존재하는 거리값을 확인하면, 도 11을 참조하여 설명한 방법에 따라 상기 오차가 존재하는 거리값을 정확한 거리값으로 환산하는 프로세스를 수행한다.
메모리(236)는 휘발성 및 비휘발성 메모리르 포함하며, 각 앵커와 스마트 키(210) 사이의 거리값을 계산하는 프로세스, 오차가 존재하는 거리값이 있는지를 판별하는 프로세스, 상기 오차가 존재하는 거리값을 정확한 거리값으로 보정하는 프로세스 등을 수행하는데 필요한 정보, 데이터, 알고리즘 등을 저장하며, 컨트롤러(234)의 요청에 따라 필요한 정보, 데이터 및 알고리즘의 실행에 필요한 정보를 상기 컨트롤러(234)에게 제공한다.
또한, 메모리(236)는 차량에 설치된 앵커들의 설치 위치를 나타내는 3차원 좌표 정보를 포함하는 레이아웃 정보를 더 저장하며, 상기 컨트롤러(234)의 요청에 따라 상기 레이아웃 정보를 상기 컨트롤러(234)에게 제공한다. 상기 레이아웃 정보는 상기 오차가 존재하는 거리값을 정확한 거리값으로 보정하는 데 필요한 정보로 활용된다.
도 13은 도 6에 도시한 UWB 통신 기반의 차량용 스마트키 시스템에 의해 수행되는 스마트 키의 위치를 판별하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 먼저, S110에서, 차량 제어 장치(230)가 차량에 설치된 앵커들(221 ~ 227)에게 통신 명령을 전달한다.
이어, S120에서, 앵커 장치들(221 ~ 227)이 스마트 키(210)와 UWB 통신을 시작한다. 각 앵커 장치는 상기 UWB 신호를 스마트 키(210)에게 송신한 송신 시간과 스마트 키(210)로부터 상기 UWB 신호에 대한 상기 UWB 응답 신호를 수신한 수신 시간을 이용하여 상기 UWB 신호에 대한 TOF 값을 계산한다.
이어, S130에서, 차량 제어 장치(230)가 앵커 장치들(221 ~ 227)로부터 다수의 TOF 값들을 수신한다.
이어, S140에서, 차량 제어 장치(230)가 앵커 장치들(221 ~ 227)로부터 수신한 다수의 TOF 값들을 이용하여 다수의 앵커 장치들(221 ~ 227)과 스마트 키(210) 사이의 거리값을 계산한다.
이어, S150에서, 차량 제어 장치(230)가 상기 계산한 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는지를 판단한다. 상기 계산한 모든 거리값들에서 오차가 존재하지 않는 경우, S160으로 진행하고, 차량 제어 장치(230)가 다수의 TOF 값을 기반으로 계산된 거리값들만을 이용하여 스마트 키의 위치를 판별한다.
특정 거리값에 오차가 존재하는 경우, S170으로 진행하고, 차량 제어 장치(230)가 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정한다.
이어, S180에서, 차량 제어 장치(230)가 상기 보정된 특정 거리값과 오차가 없는 거리값들을 이용하여 스마트 키의 위치를 판별한다.
실시 예에서, 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 단계(S150)는, 상기 거리값들을 분석하여, 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키와 가까운 거리에 위치한 제1 및 제2 기준 앵커(도 8의 225 및 227)를 선정하는 단계, 상기 스마트 키(210)로부터 상기 특정 거리값에 위치하는 특정 앵커(예, 도 8의 221)와 상기 제1 기준 앵커(도 8의 225) 사이의 제1 거리값(db)을 계산하고, 상기 특정 앵커(221)와 상기 제2 기준 앵커(도 8의 227) 사이의 제2 거리값(dc)을 계산하는 단계 및 상기 특정 거리값을 상기 제1 및 제2 거리값과 각각 비교하여, 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 제1 거리값(db)과 제2 거리값(dc)은, 상기 차량에 설치된 상기 앵커들의 좌표 정보를 나타내는 레이아웃 정보를 기반으로 계산되거나, 레이아웃 정보로부터 획득될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 거리값(db)이 상기 제2 거리값(dc)보다 작은 것으로 가정할 때, 상기 특정 거리값(d1)이 상기 제1 거리값(db)보다 작거나 상기 제2 거리값(dc)보다 큰 경우(전술한 수학식 4), 특정 거리값은 오차를 포함하는 것으로 판단된다.
실시 예에서, 상기 특정 거리값을 보정하는 단계(S170)은, 상기 거리값들 중에서 거리값이 작은 순서로 적어도 3개의 거리값들(도 9의 d5, d6, d7)을 상기 사용 가능한 거리값들로 선정하는 단계, 상기 스마트 키(210)로부터 상기 3개의 거리값들(도 9의 d5, d6 및 d7)에 위치한 3개의 앵커들(도 9의 225, 226 및 227)의 좌표값들과 상기 스마트 키(210)로부터 상기 특정 거리값(d1)에 위치한 특정 앵커(도 9의 221)의 좌표값을 획득하는 단계, 상기 스마트 키(221)의 좌표값을 (x, y, z)라 할 때, 상기 3개의 거리값들(도 9의 d5, d6 및 d7)과 상기 3개의 앵커들(도 9의 225, 226 및 227)의 좌표값들을 이용하여 3개의 구 방정식들(상기 수학식 5, 6 및 7)을 생성하는 단계, 상기 3개의 구 방정식들(상기 수학식 5, 6 및 7)을 연립 방정식으로 구성하고, 상기 연립 방정식의 해를 상기 스마트 키(210)의 좌표값으로 획득하는 단계 및 상기 획득된 스마트 키(210)의 좌표값과 상기 획득된 특정 앵커(도 9의 221)의 좌표값을 이용하여 상기 스마트 키(도 9의 210)로부터 상기 특정 앵커(도 9의 221)까지의 정확한 거리값(보정된 d1)을 계산하여, 상기 특정 거리값을 상기 정확한 거리값으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 3개의 구 방정식들을 생성하는 단계는, 상기 3개의 거리값들(도 9의 d5, d6 및 d7)을 반지름으로 하고, 상기 3개의 앵커들(225, 226, 227)의 좌표값들을 중심점으로 하는 상기 3개의 구 방정식들(전술한 수학식 5, 6 및 7)을 생성하는 단계일 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 하며, 다양하게 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 차량에 설치된 차량 제어 장치가 스마트 키와 UWB 통신을 수행하는 차량에 설치된 다수의 앵커들을 이용하여 상기 스마트 키의 위치를 판별하는 방법에서,
    상기 다수의 앵커들로부터 UWB 신호에 대한 다수의 TOF(Time of Flight) 값들을 수신하고, 상기 수신된 다수의 TOF 값들을 이용하여 상기 다수의 앵커들과 상기 스마트 키 사이의 거리 값들을 계산하는 단계;
    상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 단계;
    상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는 경우, 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하는 단계
    를 포함하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 단계는,
    상기 거리값들을 분석하여, 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키와 가까운 거리에 위치한 제1 및 제2 기준 앵커를 선정하는 단계;
    상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치하는 특정 앵커와 상기 제1 기준 앵커 사이의 제1 거리값(db)을 계산하고, 상기 특정 앵커와 상기 제2 기준 앵커 사이의 제2 거리값(dc)을 계산하는 단계; 및
    상기 특정 거리 값을 상기 제1 및 제2 거리값과 각각 비교하여, 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는지를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 계산하는 단계는,
    상기 차량에 설치된 상기 앵커들의 좌표 정보를 나타내는 레이아웃 정보를 기반으로 상기 제1 거리값(db)과 상기 제2 거리값(dc)을 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 제1 거리값(db)이 상기 제2 거리값(dc)보다 작은 것으로 가정할 때, 상기 특정 거리값(d1)이 상기 제1 거리값(db)보다 작거나 상기 제2 거리값(dc)보다 큰 경우, 특정 거리값에 오차가 존재하는 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 특정 거리값을 보정하는 단계는,
    상기 거리값들 중에서 거리값이 작은 순서로 3개의 거리값들을 상기 사용 가능한 거리값들로 선정하는 단계;
    상기 스마트 키로부터 상기 3개의 거리값들에 위치한 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치한 특정 앵커의 좌표값을 획득하는 단계;
    상기 스마트 키의 좌표값을 (x, y, z)라 할 때, 상기 3개의 거리값들과 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 이용하여 3개의 구 방정식들을 생성하는 단계;
    상기 3개의 구 방정식들을 연립 방정식으로 구성하고, 상기 연립 방정식의 해를 상기 스마트 키의 좌표값으로 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 스마트 키의 좌표값과 상기 획득된 특정 앵커의 좌표값을 이용하여 상기 스마트 키로부터 상기 특정 앵커까지의 정확한 거리값을 계산하여, 상기 특정 거리값을 상기 정확한 거리값으로 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 특정 앵커의 좌표값을 획득하는 단계는,
    사전에 설정된 레이아웃 정보로부터 획득하는 단계이고,
    상기 레이아웃 정보는,
    차량에 설치된 앵커들의 설치 위치를 나타내는 정보인 것인 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 3개의 구 방정식들을 생성하는 단계는,
    상기 3개의 거리값들을 반지름으로 하고, 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 중심점으로 하는 상기 3개의 구 방정식들을 생성하는 단계인 것인 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 계산된 거리값들에서 오차가 없는 경우, 상기 특정 거리값을 보정하는 단계는 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 UWB 통신을 이용한 스마트 키의 위치 판별 방법.
  9. 스마트 키의 위치를 판별하기 위한 차량용 스마트키 시스템에서,
    차량에 설치되고, 상기 스마트 키와 UWB 통신을 수행하는 다수의 앵커들과 상기 다수의 앵커들을 이용하여 상기 스마트 키의 위치를 판별하는 차량 제어 장치를 포함하고,
    상기 차량 제어 장치는,
    상기 다수의 앵커들로부터 UWB 신호에 대한 다수의 TOF 값들을 수신하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 수신된 상기 다수의 TOF 값들을 상기 다수의 앵커들과 상기 스마트 키 사이의 거리 값들을 계산하는 프로세스, 상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하는 프로세스 및 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는 경우, 상기 거리값들 중에서 사용 가능한 거리 값들을 선정하고, 상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키로부터 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하는 프로세스를 수행하는 컨트롤러; 및
    상기 차량에 설치된 상기 다수의 앵커들의 좌표값을 포함하는 레이아웃 정보를 저장하는 메모리
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 스마트키 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 계산된 거리값들 중에서 특정 거리값에 오차가 존재하는 지를 판단하기 위해,
    상기 거리값들을 분석하여, 상기 다수의 앵커들 중에서 상기 스마트 키와 가까운 거리에 위치한 제1 및 제2 기준 앵커를 선정하는 프로세스,
    상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치하는 특정 앵커와 상기 제1 기준 앵커 사이의 제1 거리값(db)을 계산하고, 상기 특정 앵커와 상기 제2 기준 앵커 사이의 제2 거리값(dc)을 계산하는 프로세스, 및
    상기 특정 거리 값을 상기 제1 및 제2 거리값과 각각 비교하여, 상기 특정 거리 값에 오차가 존재하는지를 판단하는 프로세스를 수행하는 차량용 스마트키 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 메모리에 저장된 상기 레이아웃 정보를 이용하여 상기 제1 거리값(db)과 상기 제2 거리값(dc)을 계산하는 것인 차량용 스마트키 시스템.
  12. 제9항에서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 사용 가능한 거리 값들과 상기 사용 가능한 거리값에 위치한 앵커들의 좌표값들을 이용하여 상기 특정 거리값을 보정하기 위해,
    상기 거리값들 중에서 거리값이 작은 순서로 3개의 거리값들을 상기 사용 가능한 거리값들로 선정하는 프로세스,
    상기 스마트 키로부터 상기 3개의 거리값들에 위치한 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 스마트 키로부터 상기 특정 거리값에 위치한 특정 앵커의 좌표값을 획득하는 프로세스,
    상기 스마트 키의 좌표값을 (x, y, z)라 할 때, 상기 3개의 거리값들과 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 이용하여 3개의 구 방정식들을 생성하는 프로세스,
    상기 3개의 구 방정식들을 연립 방정식으로 구성하고, 상기 연립 방정식의 해를 상기 스마트 키의 좌표값으로 획득하는 프로세스,
    상기 획득된 스마트 키의 좌표값과 상기 획득된 특정 앵커의 좌표값을 이용하여 상기 스마트 키로부터 상기 특정 앵커까지의 정확한 거리값을 계산하여, 상기 특정 거리값을 상기 정확한 거리값으로 보정하는 프로세스
    를 수행하는 것인 차량용 스마트키 시스템.
  13. 제12항에서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 메모리에 저장된 상기 레이아웃 정보로부터 상기 3개의 앵커들의 좌표값들과 상기 특정 앵커의 좌표값을 획득하는 것인 차량용 스마트키 시스템.
  14. 제12항에서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 3개의 거리값들을 반지름으로 하고, 상기 3개의 앵커들의 좌표값들을 중심점으로 하는 상기 3개의 구 방정식들을 생성하는 것인 차량용 스마트키 시스템.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102601657B1 (ko) * 2023-04-05 2023-11-13 삼원에프에이 (주) Uwb를 이용한 초정밀 버스정보 안내시스템

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