KR20230052724A - 차량용 통신 모듈 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 통신 모듈 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 하나의 보드에 구성하고, 이를 선택적으로 사용하여 차량 외부에 위치하는 대상과의 거리 및 위치를 측정(UWB 기능)하거나, 차량 내부에 탑승한 승객의 유무를 확인(ROA 기능)할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 무지향성 안테나를 이용하는 외부통신모드와 지향성 안테나를 이용하는 내부통신모드를 하나의 모듈에서 동작되도록 함으로써, 효율적인 시스템의 구축 및 운용, 구성의 최적화 및 저비용 고효율의 효과를 얻을 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 각각 개별적으로 구축된 두 가지 기능을, 하나의 통신모듈로 수행할 수 있도록 하도록 함으로써, 차량의 전체 시스템을 구축하는데 요구되는 비용을 최소화하고 운용효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 차량분야, 차량용 편의 시스템 분야, 특히 UWB 시스템 및 ROA 시스템 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 통신 모듈 및 시스템{Vehicle communication modules and system}
본 발명은 차량용 통신 모듈 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 하나의 보드에 구성하고, 이를 선택적으로 사용하여 차량 외부에 위치하는 대상과의 거리 및 위치를 측정(UWB 기능)하거나, 차량 내부에 탑승한 승객의 유무를 확인(ROA 기능)할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 무지향성 안테나를 이용하는 외부통신모드와 지향성 안테나를 이용하는 내부통신모드를 하나의 모듈에서 동작되도록 함으로써, 효율적인 시스템의 구축 및 운용, 구성의 최적화 및 저비용 고효율의 효과를 얻을 수 있는 차량용 통신 모듈 및 시스템에 관한 것이다.
최근 개발되는 차량들은 소비자의 다양한 요구들이 반영된 시스템들이 탑재되어 있다.
예를 들어, 스마트키나 스마트폰을 포함하는 사용자단말기와 통신을 수행하면서, 원격시동, 트렁크 및 도어의 원격개폐, 차량정보 모니터링 등을 수행할 수 있다.
이와 같이, 차량의 외부에서 사용자가 휴대하고 있는 다양한 단말기와 데이터통신을 수행하는 시스템을 UWB(Ultra Wide Band) 시스템이라고 한다.
UWB(ToF) 시스템은 무지향성 안테나를 적용하여 매우 넓은 주파수대역, 매우 낮은 전력 스펙트럼 밀도로 수ns의 짧은 펄스신호를 사용함으로써, 높은 보안성과 더불어 Wi-Fi, Bluetooth등의 타 무선통신과 함께 사용이 가능하다는 장점이 있다.
다른 예로, 차량 내의 승객이 존재하는지를 감지함으로써, 영유아가 홀로 차량에 남겨져 안전사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 차량 내 승객의 존재여부를 확인하는 시스템을 POA(Rear Occupant Alert) 시스템이라고 한다.
POA 시스템은 'mmWave Radar' 기반의 기술로서, 지향성 안테나를 적용하여 승객들의 움직임감지, 알고리즘 및 신호처리를 통해 차량내의 승객을 감지할 수 있다.
한편, 일반적으로 UWB 시스템과 ROA 시스템은 각각 독립적으로 구축되어 운용되고 있는데, 이로 인해 차량 내의 시스템 구축비용이 증가하고, 운용효율이 저하되며, 각 구성들의 복잡도가 증가되는 등의 다양한 문제점이 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1756307호 '안테나 장치, 이를 포함하는 차량 및 안테나 장치의 제어 방법'
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 하나의 보드에 구성하고, 이를 선택적으로 사용하여 차량 외부에 위치하는 대상과의 거리 및 위치를 측정(UWB 기능)하거나, 차량 내부에 탑승한 승객의 유무를 확인(ROA 기능)할 수 있는 차량용 통신 모듈 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 무지향성 안테나를 이용하는 외부통신모드와 지향성 안테나를 이용하는 내부통신모드를 하나의 모듈에서 동작되도록 함으로써, 효율적인 시스템의 구축 및 운용, 구성의 최적화 및 저비용 고효율의 효과를 얻을 수 있는 차량용 통신 모듈 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 모듈에 통합되어 구성된 무지향성 안테나 및 지향성 안테나를 이용하여, UWB의 Seamless Access 및 Relay Attack 해킹방어 기능과 더불어, 차량 내부의 승객을 감지하는 레이더모듈로 활용함으로써, 외부통신기능과 ROA(Rear Occupant Alert) 기능을 모두 수행할 수 있는 차량용 통신 모듈 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 차량용 통신 모듈은, 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 원보드(One board)로 통합하여 구성한 통신부; 차량제어부의 요청에 대응하여, 외부통신모드와 내부통신모드 중 어느 하나의 모드로 동작되는 데이터처리부; 및 데이터처리부에서 동작되는 모드에 대응하여, 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 선택적으로 활성화시키는 스위칭부;를 포함한다.
또한, 상기 통신부는, 상기 지향성 안테나의 빔폭을 조절하는 빔폭조절구;가 구성될 수 있다.
또한, 상기 빔폭조절구는, 상기 지향성 안테나에서 방출되는 빔의 방사방향을 유도하는 빔유도부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔유도부는 상기 지향성 안테나를 감싸도록 구성되며, 방사방향으로 개방부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 빔폭조절구는, 상기 개방부에 연장되어 점차적으로 좁아지도록 경사유도부;가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 빔폭조절구는, 상기 경사유도부에 연장되는 연장부;가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 빔폭조절구는, 내측면의 적어도 일부에 빔반사층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 상기 빔폭조절구에 의해 1차적으로 조절된 빔폭을 2차로 조절하는 빔폭조절렌즈;가 더 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 통신 시스템은, 상기 차량용 통신 모듈; 및 차량제어부의 요청에 대응하여, 사용자단말기와의 통신이 필요한 경우에는 상기 차량용 통신 모듈을 외부통신모드로 전환하여 해당 사용자단말기와 통신을 수행하고, 차량 내 승객의 감지가 필요한 경우에는 상기 차량용 통신 모듈을 내부통신모드로 전환하여 승객의 존재여부를 확인하는 통합관리모듈;을 포함한다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 하나의 보드에 구성하고, 이를 선택적으로 사용하여 차량 외부에 위치하는 대상과의 거리 및 위치를 측정(UWB 기능)하거나, 차량 내부에 탑승한 승객의 유무를 확인(ROA 기능)할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 무지향성 안테나를 이용하는 외부통신모드와 지향성 안테나를 이용하는 내부통신모드를 하나의 모듈에서 동작되도록 함으로써, 효율적인 시스템의 구축 및 운용, 구성의 최적화 및 저비용 고효율의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 모듈에 통합되어 구성된 무지향성 안테나 및 지향성 안테나를 이용하여, UWB의 Seamless Access 및 Relay Attack 해킹방어 기능과 더불어, 차량 내부의 승객을 감지하는 레이더모듈로 활용함으로써, 외부통신기능과 ROA(Rear Occupant Alert) 기능을 모두 수행할 수 있는 장점이 있다.
결과적으로, 본 발명은 각각 개별적으로 구축된 두 가지 기능을, 하나의 통신모듈로 수행할 수 있도록 하도록 함으로써, 차량의 전체 시스템을 구축하는데 요구되는 비용을 최소화하고 운용효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 차량분야, 차량용 편의 시스템 분야, 특히 UWB 시스템 및 ROA 시스템 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 차량용 통신 모듈의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 구체적인 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 다른 실시예들을 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 2의 또 다른 일 실시예를 나타내는 부분확대 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타난 빔폭조절구의 기능을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 차량용 통신 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 차량용 통신 모듈 및 시스템에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 차량용 통신 모듈의 일 실시예를 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1의 구체적인 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 통신 모듈(100)은 통신부(110), 데이터처리부(120) 및 스위칭부(130)를 포함한다.
통신부(110)는 무지향성 안테나(1110)와 지향성 안테나(112)를 원보드(One board)로 통합하여 구성한 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이 하나의 PCB에 함께 구성될 수 있다.
데이터처리부(120)는 차량제어부(예를 들어, ECU나 MCU 등)의 요청에 대응하여, 외부통신모드와 내부통신모드 중 어느 하나의 모드로 동작되는 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이 통신부(110)와 함께 하나의 PCB에 함께 구성될 수 있다.
여기서, 외부통신모드는 차량의 외부와 통신을 수행하는 것으로, 주로 스마트키나 스마트폰과 같이 사용자가 휴대하거나 사용하는 단말기와 통신을 수행할 수 있으며, 해당 스마트키나 스마트폰의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 내부통신모드는 차량의 내부(실내)에 승객(영유아 포함)이 존재하는지를 감지하기 위한 것으로, 승객을 감지하는 레이더로 동작될 수 있다.
이러한 외부통신모드 및 내부통신모드의 구체적인 기능과, 각 기능별 알고리즘 및 동작방법은 당업자의 요구에 따라 다양하게 변형이 가능하므로, 특정한 것에 한정하지 않음은 물론이다.
스위칭부(130)는 데이터처리부(120)에서 동작되는 모드에 대응하여, 무지향성 안테나(111)와 지향성 안테나(112)를 선택적으로 활성화시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 다른 실시예들을 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 통신부(110)는 지향성 안테나(112)의 빔폭을 조절하는 빔폭조절구(113)가 구성될 수 있다.
예를 들어, 빔폭조절구(113)는 지향성 안테나(112)에서 방출되는 빔의 방사방향을 유도하는 것으로, 빔의 방향이 특정 방향을 향하도록 조절할 수 있다.
도 3에서, PCB의 후면에 형성된 차폐부(115)는 그라운드 역할을 수행하는 것으로, 지향성 안테나(112)에서 방출되는 빔이 후방으로 방사되는 것을 차단할 수 있다.
결과적으로, 빔폭조절구(113)는 차폐부(115)에 의해 후방으로의 방사가 차단되어 전방으로 방출되는 빔의 폭을 특정각도(θ1 내지 θ3)로 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 빔폭조절구(113)는 특정방향을 향하도록 형성되는 빔유도부(113a)를 포함할 수 있다.
빔유도부(113a)는 지향성 안테나(112)를 감싸도록 구성되며, 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이 방사방향(도 3에서 좌측)으로 개방부(미부호)가 형성될 수 있으며, 개방부를 통해 빔이 특정각도(θ1)로 방출되도록 조절할 수 있다.
예를들어, 빔유도부(113a)는 원형의 관형상으로 형성될 수 있다.
또한, 빔폭조절구(113)는 도 3의 (b)에 나타난 바와 같이, 개방부에 연장되어 점차적으로 좁아지도록 경사유도부(113b)가 더 형성될 수 있다.
결과적으로, 빔유도부(113a)와 경사유도부(113b)가 형성된 빔폭조절구(113)는, 빔유도부(113a)만 형성된 경우에 비하여 보다 좁은 각도(θ2)의 빔폭을 갖도록 조절할 수 있다.
또한, 빔폭조절구(113)는 도 3의 (c)에 나타난 바와 같이, 경사유도부(113b)에 연장되는 연장부(113c)가 더 형성될 수 있으며, 이 경우 빔유도부(113a)와 경사유도부(113b)가 형성된 빔폭조절구(113)에 비하여 보다 더 좁은 각도(θ3)의 빔폭을 갖도록 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명은 빔폭조절구(113)의 구성 및 형상에 따라, 지향성 안테나(112)에서 방사되는 빔폭을 다양한 범위로 조절할 수 있다.
도 4는 도 2의 또 다른 일 실시예를 나타내는 부분확대 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타난 빔폭조절구의 기능을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 통신부(110)는 빔폭조절구(113)에 의해 1차적으로 조절된 빔폭을 2차로 조절하는 빔폭조절렌즈(114)가 더 구성될 수 있다.
빔폭조절렌즈(114)는 도 5에 나타난 바와 같이 빔폭조절구(113)에 의해 1차적으로 확산폭이 조절된 빔을 집중시켜 직진성을 향상시키기 위한 것으로, 이를 통해 방사되는 빔폭을 도 3의 (c)에 비하여 더욱 더 좁은 각도로 조절할 수 있다.
또한 빔폭조절렌즈(114)에 의해 직진성이 향상되므로, 방사된 빔에 대한 반사파의 특성 및 감도 등이 향상될 수 있으며, 이를 통해 차량의 실내에 존재하는 승객의 감지성능이 보다 더 향상될 수 있다.
또한, 도 4의 확대부분 및 도 5에 나타난 바와 같이, 빔폭조절구(113)는 내측면의 적어도 일부에 빔반사층(113d)을 더 형성할 수 있으며, 이러한 빔반사층(113d)에 의해 지향성 안테나(112)에서 방출된 빔을 집중시킬 수 있다.
이러한 빔반사층(113d)은 도 3에 나타난 바와 같은 다양한 형태의 빔폭조절구(113)의 내측면에도 형성할 수 있음은 물론이다.
결과적으로, 본 발명에 의한 차량용 통신 모듈(100)은 하나의 모듈로 복수의 통신방식을 선택적으로 수행할 수 있으며, 특히 빔폭조절구(113)를 통해 지향성 안테나(112)에서 방사되는 빔폭을 조절할 뿐만 아니라, 신호의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 차량용 통신 시스템의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 차량용 통신 시스템은 앞서 설명한 통신 모듈(110) 및 통합관리모듈(200)을 포함한다.
통합관리모듈(200)은 차량제어부(300)의 요청에 대응하여, 사용자단말기(스마트키 및 스마트폰 등)와의 통신이 필요한 경우에는 차량용 통신 모듈(100)을 외부통신모드로 전환하여 해당 사용자단말기와 통신을 수행하고, 차량 내 승객의 감지가 필요한 경우에는 차량용 통신 모듈(100)을 내부통신모드로 전환하여 승객의 존재여부를 확인할 수 있다.
이러한 통합관리모듈(200)은 차량제어부(300)와 함께, ECU나 MCU 등에 포함되거나 별도의 프로세서로 구성될 수 있으며, 구체적인 기능 및 기능별 프로세서는 당업자의 요구에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로 특정한 것에 한정하지 않음은 물론이다.
이상에서 본 발명에 의한 차량용 통신 모듈 및 시스템에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
100 : 통신 모듈
110 : 통신부 111 : 무지향성 안테나
112 : 지향성 안테나 113 : 빔폭조절구
113a : 빔유도부 113b : 경사유도부
113c : 연장부 113d : 빔반사층
114 : 빔폭조절렌즈 115 : 차폐부
120 : 데이터처리부
130 : 스위칭부
200 : 통합관리모듈 300 : 차량제어부

Claims (9)

  1. 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 원보드(One board)로 통합하여 구성한 통신부;
    차량제어부의 요청에 대응하여, 외부통신모드와 내부통신모드 중 어느 하나의 모드로 동작되는 데이터처리부; 및
    데이터처리부에서 동작되는 모드에 대응하여, 무지향성 안테나와 지향성 안테나를 선택적으로 활성화시키는 스위칭부;를 포함하는 차량용 통신 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 지향성 안테나의 빔폭을 조절하는 빔폭조절구;가 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 빔폭조절구는,
    상기 지향성 안테나에서 방출되는 빔의 방사방향을 유도하는 빔유도부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 빔유도부는
    상기 지향성 안테나를 감싸도록 구성되며, 방사방향으로 개방부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 빔폭조절구는,
    상기 개방부에 연장되어 점차적으로 좁아지도록 경사유도부;가 더 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 빔폭조절구는,
    상기 경사유도부에 연장되는 연장부;가 더 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 빔폭조절구는,
    내측면의 적어도 일부에 빔반사층이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 빔폭조절구에 의해 1차적으로 조절된 빔폭을 2차로 조절하는 빔폭조절렌즈;가 더 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 통신 모듈.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8의 차량용 통신 모듈; 및
    차량제어부의 요청에 대응하여, 사용자단말기와의 통신이 필요한 경우에는 상기 차량용 통신 모듈을 외부통신모드로 전환하여 해당 사용자단말기와 통신을 수행하고, 차량 내 승객의 감지가 필요한 경우에는 상기 차량용 통신 모듈을 내부통신모드로 전환하여 승객의 존재여부를 확인하는 통합관리모듈;을 포함하는 차량용 통신 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011071646A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Aisin Seiki Co Ltd 車載用通信装置
KR101756307B1 (ko) 2015-10-15 2017-07-10 현대자동차주식회사 안테나 장치, 이를 포함하는 차량 및 안테나 장치의 제어 방법
KR20200137656A (ko) * 2019-05-31 2020-12-09 한국전자기술연구원 하나의 pcb 기판에 다수의 mimo 안테나들을 형성한 안테나 구조

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