KR102146889B1 - Method and device for calculating the distance or angular coordinates between the vehicle and the smartphone using the arrival time of sound waves and triangulation - Google Patents
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Abstract
음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법이 개시된다. 이 방법은 복수의 스피커 채널에서 송출된 음파의 도달 시간을 이용하여 차량과 운전자 모바일 장치 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산한다. 보다 자세하게는 상기 운전자의 모바일 장치에서 스마트 키 어플리케이션을 실행하는 단계, 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리가 소정의 제1 거리값 이내가 되면, 상기 운전자의 모바일 장치에서 전달한 블루투스 연결 요청을 차량으로 전달하는 단계, 상기 차량에서 상기 블루투스 연결 요청에 대한 응답을 상기 운전자의 모바일 장치로 전달하는 단계, 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간에 블루투스 연결이 설립된 후, 상기 운전자의 모바일 장치는 마이크를 켜는 동작을 수행하고, 상기 차량은 복수의 내부 또는 외부에 설치된 스피커를 켜는 동작을 수행하는 단계, 복수의 스피커 채널에서 상기 운전자의 모바일 장치의 마이크로 음파 신호를 전달하며, 상기 복수의 스피커 채널은 서로 다른 주파수의 음파 신호를 송출함을 특징으로 하는 단계; 상기 운전자의 모바일 장치는 상기 복수의 스피커 채널로부터 수신한 상기 음파 신호를 기초로 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리를 계산하는 단계, 상기 계산한 차량과 운전자의 모바일 장치 사이의 거리가 소정의 제2 거리값 이내이면 상기 운전자의 모바일 장치에서 상기 차량으로 제어 허락 신호를 전달하는 단계 및 상기 차량에서 상기 제어 허락 신호를 수신하면 도어 또는 트렁크의 잠금을 해제하거나 시동이 걸릴 수 있도록 준비하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 보다 정교하게 계산할 수 있다.Disclosed is a method of calculating a distance or angular coordinates between a vehicle and a smartphone using the arrival time of sound waves and triangulation. This method calculates the distance or angular coordinates between the vehicle and the driver's mobile device by using the arrival times of sound waves transmitted from a plurality of speaker channels. In more detail, the step of executing a smart key application on the driver's mobile device, and when the distance between the driver's mobile device and the vehicle is within a predetermined first distance value, the Bluetooth connection request transmitted from the driver's mobile device is transmitted to the vehicle. Transmitting a response to the Bluetooth connection request from the vehicle to the driver's mobile device. After a Bluetooth connection is established between the driver's mobile device and the vehicle, the driver's mobile device uses a microphone. Performing an operation of turning on, and performing an operation of turning on a plurality of internal or external speakers by the vehicle, transmitting a micro sound wave signal of the driver's mobile device through a plurality of speaker channels, and the plurality of speaker channels Transmitting a sound wave signal of a different frequency; The driver's mobile device calculates a distance between the driver's mobile device and the vehicle based on the sound wave signals received from the plurality of speaker channels, wherein the calculated distance between the vehicle and the driver's mobile device is If it is within the second distance value, transmitting a control permission signal from the driver's mobile device to the vehicle, and when the vehicle receives the control permission signal, the steps of unlocking a door or trunk or preparing to be started. Include. According to the present invention, the distance or coordinates between the vehicle and the smartphone can be more precisely calculated using the arrival time of the sound wave and triangulation.
Description
본 발명은 자동차의 스마트 키 시스템에 관한 것이다. 보다 자세하게는 자동차의 스마트 키로 동작하는 스마트폰과 자동차 사이의 거리를 측정하거나 스마트폰의 좌표를 계산하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart key system for a vehicle. In more detail, the present invention relates to a method and system for measuring a distance between a vehicle and a smartphone operating as a smart key of a vehicle or calculating the coordinates of the smartphone.
현재 일반적으로 적용되고 있는 전파 통신을 사용한 자동차 도어 또는 트렁크 개폐 시스템은 릴레이 스테이션 어택(relay station attack : 이하 RSA 라 함)과 같은 전파 해킹에 취약하다. 또한, 자동차 키, 즉, 키폽(key fob)을 별도로 가지고 다녀야 하는 불편함이 있다.A vehicle door or trunk opening and closing system using radio wave communication that is currently generally applied is vulnerable to radio wave hacking such as relay station attack (hereinafter referred to as RSA). In addition, there is an inconvenience of having to carry a car key, that is, a key fob separately.
이러한 전파 통신 시스템의 한계를 극복하기 위해 암호화된 음파와 스마트폰을 활용하는 방법이 개발 중이다. 이때 활용되는 알고리즘으로 본원 발명은 음파 통신의 시간차를 통한 차량과 스마트폰 간의 거리를 측위하고, 이를 기초로 블루투스 통신으로 명령을 전달하는 방법을 제안한다. 여기서, 스마트폰과 차량 ECU(Electronic Controller Unit)간의 시간 동기화가 불안정한 경우를 대비하여 각 음파들의 시간차를 활용한 삼각 측위를 통해 더욱 정밀한 거리 측위 계산이 요구된다.In order to overcome the limitations of such radio communication systems, a method of utilizing encrypted sound waves and smartphones is being developed. As an algorithm used at this time, the present invention proposes a method of measuring a distance between a vehicle and a smartphone through a time difference of sound wave communication, and transmitting a command through Bluetooth communication based on this. Here, in case the time synchronization between the smartphone and the vehicle ECU (Electronic Controller Unit) is unstable, a more precise distance positioning calculation is required through triangular positioning using the time difference of each sound wave.
본 발명의 기술적 과제는 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a method and system for calculating a distance or coordinates between a vehicle and a smartphone by using the arrival time of sound waves and triangular positioning.
본 발명의 일 양태에 따르면, 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 방법은 복수의 스피커 채널에서 송출된 음파의 도달 시간을 이용하여 차량(250)과 운전자 모바일 장치(200) 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산한다. 이 방법은 상기 운전자의 모바일 장치에서 스마트 키 어플리케이션(application)을 실행하는 단계; 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리가 소정의 제1 거리값 이내가 되면, 상기 운전자의 모바일 장치에서 전달한 블루투스 연결 요청을 차량으로 전달하는 단계; 상기 차량에서 상기 블루투스 연결 요청에 대한 응답을 상기 운전자의 모바일 장치로 전달하는 단계; 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간에 블루투스 연결이 설립된 후, 상기 운전자의 모바일 장치는 마이크를 켜는 동작을 수행하고, 상기 차량은 복수의 내부 또는 외부에 설치된 스피커를 켜는 동작을 수행하는 단계; 복수의 스피커 채널에서 상기 운전자의 모바일 장치의 마이크로 음파 신호를 전달하며, 상기 복수의 스피커 채널은 서로 다른 주파수의 음파 신호를 송출함을 특징으로 하는 단계; 상기 운전자의 모바일 장치는 상기 복수의 스피커 채널로부터 수신한 상기 음파 신호를 기초로 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리를 계산(calculation)하는 단계; 상기 계산한 차량과 운전자의 모바일 장치 사이의 거리가 소정의 제2 거리값 이내이면 상기 운전자의 모바일 장치에서 상기 차량으로 제어 허락 신호(permission signal)를 전달하는 단계; 및 상기 차량에서 상기 제어 허락 신호를 수신하면 도어 또는 트렁크의 잠금을 해제하거나 시동이 걸릴 수 있도록 준비하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, the method of determining the distance or each coordinate between the vehicle and the smartphone using the arrival time of the sound wave and the triangular positioning is the
본 발명에 따르면 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 보다 정교하게 계산할 수 있다.According to the present invention, the distance or coordinates between the vehicle and the smartphone can be more precisely calculated using the arrival time of the sound wave and triangulation.
본 발명에 따른 음파 수신 시간차를 사용한 삼각 측위를 사용할 경우 블루투스 간의 딜레이가 생겨도 위와 같은 이유로 인해 딜레이가 거리 계산에 반영되지 않기 때문에 딜레이와 독립적으로 거리 계산이 가능하다. In the case of using the triangular positioning using the sound wave reception time difference according to the present invention, even if there is a delay between Bluetooth, the delay is not reflected in the distance calculation due to the above reason, so that the distance can be calculated independently of the delay.
또한, 세 개의 스피커에서 발생한 음파 도착 시간을 활용하여 계산을 수행하기 때문에 차량과 스마트폰간의 상대적인 위치 좌표 역시 확보가 되므로 차량의 어느 부분에 사용자가 가장 가까운지에 대한 여부 판단 역시 가능하다.In addition, since the calculation is performed using the arrival time of sound waves generated from the three speakers, the relative position coordinates between the vehicle and the smartphone are also secured, so it is possible to determine whether the user is closest to which part of the vehicle.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 TDoA 값을 이용하여 운전자의 3차원 위치를 파악하는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 스피커 채널에서 송출된 음파의 도달 시간을 이용하여 차량과 운전자 모바일 장치 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a system for determining a three-dimensional position of a driver using a TDoA value of a sound wave according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method of calculating a distance or coordinates between a vehicle and a driver's mobile device using arrival times of sound waves transmitted from a plurality of speaker channels according to the present invention.
3 is a diagram illustrating a method of calculating a distance or coordinates between a vehicle and a smartphone using a sound wave arrival time and triangular positioning according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments disclosed below. In addition, parts irrelevant to the present invention are omitted in the drawings in order to clearly disclose the present invention, and the same or similar reference numerals denote the same or similar components in the drawings.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.Objects and effects of the present invention may be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Objects, features and advantages of the present invention will become more apparent through the following detailed description. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따라서 차량에서 송신하는 블루투스 신호의 세기 값(RSS, Received Signal Strength)과 차량에 장착된 스피커에서 송신하는 음파(2~24,000Hz 주파수)의 TDoA(Time Difference of Arrival)값을 이용하여 운전자의 3차원 위치(또는 운전자의 모바일 장치의 3차원 위치)를 파악하는 시스템의 구성을 나타낸다. 1 is a TDoA (Time Difference of Arrival) value of a received signal strength (RSS) of a Bluetooth signal transmitted from a vehicle according to the present invention and a sound wave transmitted from a speaker mounted on the vehicle (frequency of 2 to 24,000 Hz). It shows the configuration of a system for grasping the three-dimensional position of the driver (or the three-dimensional position of the driver's mobile device).
이하에서 블루투스 신호로 설명하지만 와이파이(WiFi) 신호와 같은 스마트 폰이 사용가능한 전파 신호에도 적용될 수 있음을 미리 밝힌다. 또한, 이하에서 차량이라고 표현함은 스마트 키 시스템이 구성된 차량을 말하며, 이 스마트 키 시스템은 적어도 3개의 스피커 및 적어도 하나의 블루투스 또는 와이파이 모듈 그리고 스피커 및 블루투스/와이파이 신호를 제어하고, 차량의 도어 또는 트렁크에 관한 신호 및 차량의 시동을 제어하는 제어부를 포함하는 시스템이며, 모바일 장치를 활용하여 RSA를 방어하는 차량의 스마트 제어 장치이다.Hereinafter, it will be described as a Bluetooth signal, but it will be revealed in advance that it can be applied to radio signals that can be used by a smart phone such as a WiFi signal. In addition, hereinafter referred to as a vehicle refers to a vehicle in which a smart key system is configured, and this smart key system controls at least three speakers, at least one Bluetooth or Wi-Fi module, and a speaker and a Bluetooth/Wi-Fi signal, and controls the door or trunk of the vehicle. It is a system including a control unit for controlling the start of the vehicle and a signal related to the vehicle, and is a smart control device for a vehicle that uses a mobile device to protect RSA.
본 발명에 따르면, 운전자의 모바일 장치(예, 스마트 폰)의 위치와 차량 간의 거리를 음파를 이용하여 측정하고 이를 검증하여 차량을 개폐한다. 음파를 사용하면 운전자의 모바일 장치의 위치를 블루투스나 와이파이 신호보다 훨씬 더 정확하게 측정할 수 있다. 왜냐하면, 블루투스 또는 와이파이는 수 GHz의 높은 주파수를 이용하는 반면, 음파는 그 1/1,000,000 정도인 수 kHz의 주파수를 이용하므로, 거리를 훨씬 더 정확하게 측정할 수 있다.According to the present invention, the distance between the location of the driver's mobile device (eg, a smart phone) and the vehicle is measured using sound waves and verified to open and close the vehicle. Using sound waves, the location of a driver's mobile device can be measured much more accurately than a Bluetooth or Wi-Fi signal. Because, Bluetooth or Wi-Fi uses a high frequency of several GHz, while sound waves use a frequency of several kHz, which is about 1/1,000,000, so the distance can be measured much more accurately.
본 발명에 따르면 복수의 스피커에서 발생한 음파 신호가 모바일 장치에 도달하는 시간의 차이(Time of Arrival)을 이용하여 운전자의 모바일 장치의 위치와 차량 간의 거리를 측정한다.According to the present invention, the distance between the location of the driver's mobile device and the vehicle is measured using a time difference (Time of Arrival) for the sound wave signals generated from a plurality of speakers to reach the mobile device.
스피커는 차량의 내부 또는 외부에 위치하여 운전자의 모바일 장치를 향하여 음파 신호를 송출한다.The speaker is located inside or outside the vehicle and transmits a sound wave signal toward the driver's mobile device.
또한, 블루투스 신호는 보안 정보 및 명령을 전달하기 위해 사용될 뿐만 아니라 절대 시간 값을 차량과 운전자 모바일 장치가 공유하도록 사용할 수도 있다.In addition, the Bluetooth signal can be used not only to convey security information and commands, but also to share the absolute time value between the vehicle and the driver's mobile device.
일 예로, 블루투스 신호는 자동차 식별번호, 현재시각, 랜덤하게 생성된 음파 신호의 식별번호를 포함할 수도 있다. 음파 신호는 거리 측정을 위해 전송되는 것으로 식별번호가 인코딩되어 포함될 수 있으며, 사람이 듣기 어려운 대역의 주파수로 송출될 수도 있다.For example, the Bluetooth signal may include a vehicle identification number, a current time, and an identification number of a randomly generated sound wave signal. The sound wave signal is transmitted for distance measurement, and an identification number may be encoded and included, and may be transmitted at a frequency of a band that is difficult for humans to hear.
도 2는 본 발명에 따라서 복수의 스피커 채널에서 송출된 음파의 도달 시간을 이용하여 차량과 운전자 모바일 장치 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법의 일 예를 나타낸다.FIG. 2 shows an example of a method of calculating a distance or coordinates between a vehicle and a driver's mobile device using arrival times of sound waves transmitted from a plurality of speaker channels according to the present invention.
도 2를 참조하면, 운전자의 모바일 장치(200)에서 스마트 키 어플리케이션(application, 이하 앱(APP)이라 함)이 실행된다(S200). 여기서 모바일 장치는 일 예로 스마트 폰이며, 스마트 워치, 태블릿 등 음파 신호를 수신하여 프로세서(processor)에서 음파 신호를 처리할 수 있는 장치는 모두 가능하다.Referring to FIG. 2, a smart key application (hereinafter referred to as an application (APP)) is executed in the driver's mobile device 200 (S200). Here, the mobile device is, for example, a smart phone, and any device, such as a smart watch or a tablet, capable of receiving a sound wave signal and processing the sound wave signal in a processor is possible.
운전자의 모바일 장치(200)에서 실행된 앱은 백그라운드(background)에서 동작해도 무관하며 차량과 블루투스 연결을 위하여 핑(ping)과 같은 행위를 주기적 또는 비주기적으로 수행한다.The app executed on the driver's
운전자의 모바일 장치(200)와 차량(250) 간의 거리가 소정의 거리 이내(예, 25m)가 되거나, 운전자의 모바일 장치(200)와 차량(250)이 블루투스 연결이 되면, 운전자의 모바일 장치(200)에서 전달한 블루투스 연결 요청을 차량(250)으로 전달한다(S205). 일 예로, 차량의 제어기(MCU)에 연결된 블루투스 송수신 장치에서 이 요청을 수신한다.When the distance between the driver's
차량(250)은 이에 대한 응답을 운전자의 모바일 장치(200)으로 전달한다(S210). 일 예로, 차량의 제어기(MCU)에 연결된 블루투스 송수신장치에서 이 응답을 전송한다.The
이를 통해서 운전자의 모바일 장치(200)와 차량(250)간에 블루투스 연결이 설립된다(established, S215).Through this, a Bluetooth connection is established between the driver's
운전자의 모바일 장치(200)는 마이크를 켜는 동작을 수행한다(Mic ON, S220). 이는 일 예일 뿐이며, 차량에서 전달되는 음파 신호를 수신할 수 있는 다른 종류의 센서를 켜는 동작을 수행할 수도 있다. 마이크는 음파 신호를 수신하는 수신기의 가장 일반적인 예이므로, 이하에서 마이크를 기초로 본원 발명을 설령한다.The driver's
단계 S215에서 블루투스 연결이 설립되면, 차량(250)은 복수의 내부 또는 외부에 설치된 스피커를 켜는 동작을 수행한다(Speaker On, S222). 이 스피커는 음파 신호를 송신하는 장치의 일 예이며, 초음파 센서일 수도 있으며, 이하에서 스피커로 설명 함은 음파 신호를 송신하는 장치에 모두 적용될 수 있다.When the Bluetooth connection is established in step S215, the
차량(250)의 복수의 스피커 채널에서 운전자의 모바일 장치(200)의 마이크로 음파를 전달한다(S230). 일 예로, 상기 차량에 장착된 복수의 스피커는 서로 다른 주파수의 음파를 송출한다.Micro sound waves from the driver's
이때, 스피커에서 송출하는 음파 신호는 스테레오 신호일 수 있으며(예, 2.1채널 또는 5.1 채널 등), 2 ~ 24,000Hz 범위의 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 보다 바람직하게는, 19~21kHz 대역의 신호일 수 있으며, 보통 사람들이 잘 듣지 못하므로 비가청 음파라고도 한다.At this time, the sound wave signal transmitted from the speaker may be a stereo signal (eg, 2.1 channel or 5.1 channel, etc.), and may be a signal having a frequency in the range of 2 to 24,000 Hz. More preferably, it may be a signal in the 19 to 21 kHz band, and it is also referred to as an inaudible sound wave because ordinary people do not hear well.
운전자의 모바일 장치(200)는 복수의 스피커에서 송출하는 음파 신호를 수신하여서 운전자의 모바일 장치(200)와 차량(250) 간의 거리를 계산(calculation)한다(S235). 이때, 각 스피커 채널에서 송출되는 음파는 다른 주파수를 가지고 있기 때문에 상관관계(correlation)을 통해 언제 어떤 채널에서 발송된 음파가 도달했는지 구분 가능하다. 또한 ToA(Time of Arrival) 또는 TDoA(Time Difference of Arrival)을 기초로 헤론의 공식을 이용한 삼각 측량을 통해 계산될 수 있다. 여기서, 헤론의 공식은 삼각형의 세 변의 길이를 통해 넓이를 구하는 공식이다. The driver's
도 3은 본 발명에 따라서 음파의 도달 시간과 삼각 측위를 이용하여 차량과 스마트폰 사이의 거리 또는 각 좌표를 계산하는 방법을 나타낸다.3 shows a method of calculating a distance or coordinates between a vehicle and a smartphone using the arrival time of sound waves and triangular positioning according to the present invention.
도 3을 참조하면, 차량의 좌측에 설치된 3개의 스피커를 예시로 거리를 계산 방법을 설명한다.Referring to FIG. 3, a method of calculating a distance will be described using three speakers installed on the left side of the vehicle as an example.
차량에 부착된 스피커 채널의 위치 좌표는 모두 알고 있다. 이 중 하나의 스피커를 기준으로 상대적인 좌표를 계산하여 B(o, yb), C(0,0), D(0,yc)라 한다. 예를 들어, 도 1의 speaker Ch 0, speaker Ch 4, speaker Ch 2에 해당한다. 스마트폰의 위치는 A(Ax, Ay)라 하자. AC간의 거리를 a, AB간의 거리를 a+b, AD간의 거리를 a+c, BC간의 거리를 d, CD간의 거리를 e라고 하자.All of the position coordinates of the speaker channel attached to the vehicle are known. The relative coordinates are calculated based on one of these speakers and are called B(o, yb), C(0,0), and D(0,yc). For example, this corresponds to
여기서, d와 e는 스피커 채널 사이의 거리로서 상수이다.Here, d and e are constants as distances between speaker channels.
b와 c는 speaker Ch 0, speaker Ch 4 및 speaker Ch 2에서 송출된 음파들의 도달 시간 차이를 통해 다음 수학식을 통해 계산한다.b and c are calculated through the following equation through the difference in arrival time of sound waves transmitted from
[수학식 1][Equation 1]
여기서, v는 음파의 속도, tchn은 speaker Ch n의 음파가 도달한 시간을 말한다.Here, v is the speed of the sound wave, and t chn is the time at which the sound wave of speaker Ch n arrives.
헤론의 공식을 적용하여 삼각형 ABC와 ACD의 넓이 비율을 식으로 나타내면 다음 수학식과 같다.By applying Heron's formula, the area ratio of the triangle ABC and ACD can be expressed as the following equation.
[수학식 2][Equation 2]
여기서, s1은 (a+(a+b)+d)/2 이고, s2는 (a+ (a+c)+ e)/2이다.Here, s1 is (a+(a+b)+d)/2, and s2 is (a+ (a+c)+ e)/2.
상기 수학식 2를 전개하여 미지수 a에 대한 수식으로 정리하면 아래와 같다.If
[수학식 3][Equation 3]
단, 여기서 p=d2-b2이고, q=e2-c2이다.However, here p=d 2 -b 2 and q=e 2 -c 2 .
상기 수학식 3의 해를 구하면 다음과 같다.The solution of
[수학식 4][Equation 4]
상기 해를 구한 a값을 기초로 좌표 (Ax, Ay)는 아래의 식을 연립해서 구한다.The coordinates (Ax, Ay) are obtained by combining the following equations based on the obtained a value.
[수학식 5][Equation 5]
이 계산을 통해서, 총 2개의 a 값 및 Ax, Ay에 관한 4개의 좌표를 구할 수 있다.Through this calculation, a total of two values of a and four coordinates for Ax and Ay can be obtained.
본 발명에 따른 최초 도달 음파 및 복수의 스피커의 채널 번호를 기초로 판별하는 판별 알고리즘에 따라 a 및 좌표를 결정한다.A and coordinates are determined according to a discrimination algorithm that determines based on the first sound wave and the channel numbers of the plurality of speakers according to the present invention.
이 판별 알고리즘은 최초 도달 음파가 발생된 스피커 채널을 기준으로 하며 각각의 최초 도달 음파에 대응하는 점 B, C, D에 해당하는 채널에 따라서 다음 표1과 같이 판별한다. This discrimination algorithm is based on the speaker channel where the first arrival sound wave is generated, and is determined according to the channels corresponding to the points B, C, and D corresponding to each first arrival sound wave as shown in Table 1 below.
[표 1][Table 1]
위와 같은 방법으로 운전자 모바일 장치(200)의 위치를 결정하는 경우 운전자 모바일 장치(200)와 차량(250)의 시간 동기화가 불안정한 경우에도 안정적으로 거리를 계산할 수 있다.When the location of the driver's
차량의 ECU의 명령에 따라서 각 스피커에서 음파가 실제로 송출하는데 까지 걸리는 시간이 불규칙하다. 운전자 모바일 장치 또는 차량에서 각각 수집 가능한 시간 데이터들은 운전자 모바일 장치에서 음파 송출을 명령하는 블루투스 통신을 시점이므로 실제 음파 송출이 완료된 시점과는 시간적인 차이(delay)가 생기기 때문이다. 이는 통신 자체의 속도가 지체되는 현상이 아닌 운전자 모바일 장치에서 블루투스 모듈로 명령이 전달되는데 걸리는 딜레이로서, 이는 운전자 모바일 장치의 프로세서가 싱글 코어가 아닌 멀티 코어인 경우 같은 명령에 매번 동일한 메모리와 성능을 할당할 수 없기 때문에 발생하는 현상으로 파악된다. 이러한 딜레이는 시간 축이 다른 두 기기를 동기화 시킬 수 없기 때문에 거리 측정 알고리즘에 문제가 생긴다.According to the command of the vehicle's ECU, the time it takes for sound waves to actually be transmitted from each speaker is irregular. This is because the time data that can be collected by the driver's mobile device or the vehicle, respectively, is a time point of Bluetooth communication that commands the driver's mobile device to transmit sound waves, so that there is a time delay from the time when the actual sound wave transmission is completed. This is not a phenomenon that the speed of communication itself is delayed, but a delay that takes for commands to be transmitted from the driver's mobile device to the Bluetooth module.This is a delay in which the processor of the driver's mobile device is multi-core instead of a single core. It is identified as a phenomenon that occurs because it cannot be allocated. This delay poses a problem in the distance measurement algorithm because two devices with different time axes cannot be synchronized.
본원 발명에 따라서 블루투스 최초 연결 시의 시간을 기준으로 동일 시간 축을 설정하는 경우 이러한 딜레이에 의한 문제를 해결할 수 있다. 한번의 블루투스 명령으로 모든 차량의 각 스피커 채널에서 음파가 송출되기 때문에 모든 채널에서의 절대적인 딜레이가 동일하다. 즉, 각 스피커 채널에서 송출되는 음파들끼리의 딜레이 차이는 존재하지 않는다. 따라서 각 스피커 채널마다 음파 도달 시간이 다르다는 의미는 각 스피커 채널들과 운전자 모바일 장치 사이의 거리가 다름을 의미한다. 각 스피커 채널들은 모두 다른 영역의 주파수를 가지는 음파를 송출하기 때문에 상관관계(correlation)를 통해 각각의 도달 시간을 구분할 수 있다.According to the present invention, when the same time axis is set based on the time at the time of initial Bluetooth connection, the problem caused by this delay can be solved. Since sound waves are transmitted from each speaker channel of all vehicles with a single Bluetooth command, the absolute delay in all channels is the same. That is, there is no difference in delay between sound waves transmitted from each speaker channel. Therefore, the fact that the sound wave arrival time is different for each speaker channel means that the distance between each speaker channel and the driver's mobile device is different. Since each speaker channel all transmits sound waves having frequencies in different regions, each arrival time can be classified through correlation.
한편, 단계 S235에 이어서, 상기 계산한 운전자 모바일 장치의 위치 좌표를 기초로, 차량(250)과 운전자의 모바일 장치(200) 사이의 거리가 소정의 거리값 이내(예, 2m)가 되면 운전자의 모바일 장치(200)는 차량(250)으로 제어 허락 신호(permission signal)를 전달한다(S240). Meanwhile, following step S235, if the distance between the
운전자의 모바일 장치(200)에서 직접 제어 허락 신호를 전송하기 때문에 제어 허락 신호를 해킹하지 않는 한 운전자의 모바일 장치(200)의 위치를 위조할 수 없으므로 해킹을 막을 수 있다. 제어 허락 신호는 해킹을 방어할 수 있도록 암호화되어 전달될 수 있다.Since the driver's
다른 예로, 제어 허락 신호가 해킹되거나 위변조되는 것을 방지할 수 있도록 도어 캐처에 운전자가 직접 입력(예, 터치)을 가하여야 차량이 개폐되도록 설정될 수도 있다(도면 미표시).As another example, the vehicle may be set to open and close only when the driver directly inputs (eg, touch) the door catcher to prevent hacking or forgery of the control permission signal (not shown).
차량(250)은 제어 허락 신호를 수신하면 차량의 도어 또는 트렁크의 잠금을 해제하거나, 차량의 시동이 걸릴 수 있도록 준비한다(S245). 일 예로, 차량의 도어(또는 트렁크)를 개방한 이후에 운전자가 탑승하여 차량 내 정해진 구역에서 운전자의 모바일 장치가 차량 내부에 위치하는 것으로 판단되는 경우 차량의 시동이 제어된다. Upon receiving the control permission signal, the
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art with ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes and additions It should be seen as falling within the scope of the above claims.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.If a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, so that the present invention is described in the foregoing embodiments and the accompanying drawings. Is not limited by.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the exemplary system described above, the methods are described on the basis of a flowchart as a series of steps or blocks, but the present invention is not limited to the order of the steps, and certain steps may occur in a different order or concurrently with the steps described above. I can. In addition, those skilled in the art will appreciate that the steps shown in the flowchart are not exclusive, other steps may be included, or one or more steps in the flowchart may be deleted without affecting the scope of the present invention.
Claims (7)
상기 운전자의 모바일 장치에서 스마트 키 어플리케이션(application)을 실행하는 단계;
상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리가 소정의 제1 거리값 이내가 되면, 상기 운전자의 모바일 장치에서 전달한 블루투스 연결 요청을 차량으로 전달하는 단계;
상기 차량에서 상기 블루투스 연결 요청에 대한 응답을 상기 운전자의 모바일 장치로 전달하는 단계;
상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간에 블루투스 연결이 설립된 후, 상기 운전자의 모바일 장치는 마이크를 켜는 동작을 수행하고, 상기 차량은 복수의 내부 또는 외부에 설치된 스피커를 켜는 동작을 수행하는 단계;
복수의 스피커 채널에서 상기 운전자의 모바일 장치의 마이크로 음파 신호를 전달하며, 상기 복수의 스피커 채널은 서로 다른 주파수의 음파 신호를 송출함을 특징으로 하는 단계;
상기 운전자의 모바일 장치는 상기 복수의 스피커 채널로부터 수신한 상기 음파 신호를 기초로 상기 운전자의 모바일 장치와 상기 차량 간의 거리를 계산(calculation)하는 단계;
상기 계산한 차량과 운전자의 모바일 장치 사이의 거리가 소정의 제2 거리값 이내이면 상기 운전자의 모바일 장치에서 상기 차량으로 제어 허락 신호(permission signal)를 전달하는 단계; 및
상기 차량에서 상기 제어 허락 신호를 수신하면 도어 또는 트렁크의 잠금을 해제하거나 시동이 걸릴 수 있도록 준비하는 단계를 포함하고,
각 상기 복수의 스피커 채널은 블루투스 최초 연결 시의 시간을 기준으로 동일 시간 축을 설정하여 상기 운전자의 모바일 장치에 대한 동일한 딜레이를 가지며,
상기 운전자의 모바일 장치는
상기 복수의 스피커 채널에서 송출되는 음파를 상관관계(correlation)을 통해 언제 어떤 채널에서 발송된 음파가 도달했는지 구분하며,
TDoA(Time Difference of Arrival)을 기초로 헤론의 공식을 이용하여 삼각 측량을 통해 계산하되,
상기 어플리케이션은 상기 차량에 부착된 스피커 채널의 위치 좌표를 미리 저장하고 있고,
상기 음파를 수신한 복수의 스피커 채널 중 하나의 스피커의 위치를 기준으로 상대적인 좌표를 설정하고 상기 헤론의 공식을 기초로 상기 기준이 되는 스피커와 상기 차량 사이의 거리(a) 및 상기 운전자의 모바일 장치의 좌표에 대한 4개의 해를 계산하고,
상기 복수의 스피커 채널 중 최초로 마이크에 도달한 음파의 채널 및 복수의 스피커의 채널의 번호를 기초로 판별하는 다음 표의 판별 알고리즘에 따라 상기 운전자의 모바일 장치의 위치 및 차량과 운전자 모바일 장치 사이의 거리를 계산함을 특징으로 하는 방법.
[표]
In the method of calculating the distance or coordinates between the vehicle 250 and the driver's mobile device 200 using the arrival time of sound waves transmitted from a plurality of speaker channels,
Executing a smart key application on the driver's mobile device;
When the distance between the driver's mobile device and the vehicle falls within a predetermined first distance value, transmitting a Bluetooth connection request transmitted from the driver's mobile device to the vehicle;
Transmitting a response to the Bluetooth connection request from the vehicle to the driver's mobile device;
After a Bluetooth connection is established between the driver's mobile device and the vehicle, the driver's mobile device turns on a microphone, and the vehicle turns on a plurality of internal or external speakers;
Transmitting a micro sound wave signal of the driver's mobile device through a plurality of speaker channels, the plurality of speaker channels transmitting sound wave signals of different frequencies;
Calculating, by the driver's mobile device, a distance between the driver's mobile device and the vehicle based on the sound wave signals received from the plurality of speaker channels;
Transmitting a control permission signal from the driver's mobile device to the vehicle when the calculated distance between the vehicle and the driver's mobile device is within a predetermined second distance value; And
When the vehicle receives the control permission signal, it includes the step of preparing to unlock the door or the trunk or to be started,
Each of the plurality of speaker channels has the same delay for the driver's mobile device by setting the same time axis based on the time when the Bluetooth is initially connected,
The driver's mobile device
The sound waves transmitted from the plurality of speaker channels are classified through correlation to when and when the sound waves transmitted from which channel arrived,
Based on TDoA (Time Difference of Arrival), it is calculated through triangulation using Heron's formula,
The application pre-stores the position coordinates of the speaker channel attached to the vehicle,
Set relative coordinates based on the position of one speaker among the plurality of speaker channels that received the sound wave, and the distance (a) between the reference speaker and the vehicle based on the Heron's formula, and the driver's mobile device Compute 4 solutions to the coordinates of,
The location of the driver's mobile device and the distance between the vehicle and the driver's mobile device are determined according to the discrimination algorithm of the following table, which is determined based on the number of channels of the plurality of speakers and the channel of the sound wave that first reached the microphone among the plurality of speaker channels. A method characterized by calculating.
[table]
상기 차량의 도어 캐처에서 직접 입력을 받은 경우 상기 차량의 도어를 개폐하도록 설정됨을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The method, characterized in that the vehicle door is set to open and close when a direct input is received from the vehicle door catcher.
상기 운전자의 모바일 장치는 스마트 폰, 스마트 워치, 태블릿 중 하나이며, 음파 신호를 수신하여 프로세서(processor)에서 음파 신호를 처리할 수 있는 장치임을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The driver's mobile device is one of a smart phone, a smart watch, and a tablet, and is a device capable of processing the sound wave signal in a processor by receiving the sound wave signal.
상기 운전자의 모바일 장치에서 실행된 상기 어플리케이션은 백그라운드(background)에서 동작할 수 있고, 핑(ping)을 주기적 또는 비주기적으로 수행하여 상기 차량에 블루투스 요청을 전송함을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The application executed on the driver's mobile device may operate in a background, and transmit a Bluetooth request to the vehicle by periodically or aperiodically performing a ping.
상기 차량에 설치된 스피커는 19 내지 21kHz 대역의 비가청 음파를 송신하는 초음파 센서임을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
The speaker installed in the vehicle is an ultrasonic sensor that transmits inaudible sound waves in the 19 to 21 kHz band.
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