KR101437433B1 - 광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템 및 방법 - Google Patents

광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 탑승자 안전 시스템은, 이동체에 부착되며 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들에 광을 인가하고, 인가된 광을 광섬유들을 통해 수광하여 생성한 수광 신호들을 기초로 이동체에 발생한 충돌의 위치를 파악하고, 파악된 충돌의 위치를 기초로 이동체에 마련된 안전장치들의 동작을 제어한다. 이에 의해, 광섬유 그리드를 통해 이동체에 가해진 충격을 전 영역에 대해 감지할 수 있어, 충돌 발생 지점을 정확하게 파악하여 적절한 안전장치를 적시에 기동시켜 탑승자를 안전하게 보호할 수 있게 된다.

Description

광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템 및 방법{Occupant safety system and method with optical fiber sheet}
본 발명은 탑승자 안전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사고 상황을 파악하여 탑승자 안전장치를 적절히 구동시켜 탑승자의 안전을 보호하기 위한 탑승자 안전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
시트벨트, 에어백 및 에어벨트 등의 탑승자 안전장치는 이동체(자동차, 모터 사이틀 등)의 이동속도 및 가속도, 지자기 센서, 방향 센서, 브레이크 압력 센서 등의 조합을 통해 사고상황을 판단하여 구동된다. 도 1에는 기존의 에어백 구동 예를 나타내었고, 도 2에는 기존의 에어벨트 구동 예를 나타내었다. 그리고, 도 3에는 에어벨트 시스템의 구체적인 구성을 나타내었다.
안전장치 구동시 가장 고려되는 것은 이동체의 충돌에 의한 충격이며, 이를 감지하기 위한 충돌 센서를 도 4에 예시하였다. 하지만, 충돌 센서는 이동체의 전 영역에서 설치되지 않았기 때문에, 이동체에 가해진 충돌을 전 영역에서 감지하는 것은 불가능하다.
이와 같은 불완전한 충돌 감지는 안전장치의 오동작을 발생시킬 수 있는데, 안전장치의 오동작은 탑승자의 생명과 안전을 위협하는 심각한 문제를 유발할 수 있다.
위와 같은 오동작을 방지하기 위한 알고리즘들이 개발되고 있는데, 매우 복잡한 알고리즘으로 구현되기 때문에 탑승자 안전장치 개발과 구현을 어렵게 함은 물론, 복잡한 알고리즘으로 인한 또 다른 오류 발생 가능성을 내포하고 있어 문제된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 광섬유 그리드 시트를 이용하여 이동체에 가해진 충돌의 위치와 세기를 정확하게 파악하여 정확한 안전 조치를 수행하는 탑승자 안전 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 탑승자 안전 시스템은, 이동체에 부착되며 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드; 상기 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들에 광을 인가하는 발광부; 상기 발광부에 의해 인가된 광을 상기 광섬유들을 통해 수광하는 수광부; 상기 수광부로부터 전달되는 수광 신호들을 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 위치를 파악하는 충돌 파악부; 및 상기 충돌 파악부에 의해 파악된 충돌의 위치를 기초로 상기 이동체에 마련된 안전장치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.
그리고, 상기 광섬유 그리드는, 상기 이동체의 각 부분에 부착가능한 시트 타입일 수 있다.
또한, 상기 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들은, 코어만으로 구성된 광섬유들일 수 있다.
그리고, 상기 광섬유들은, 투명 시트에 배열될 수 있다.
또한, 상기 광섬유 그리드는, 상기 이동체의 몸체, 유리, 전조등 및 후미등 중 적어도 하나에 부착될 수 있다.
그리고, 상기 충돌 파악부는, 상기 수광 신호들의 감쇄 정도를 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 세기를 더 파악하고, 상기 제어부는, 상기 충돌의 위치 외에 상기 충돌의 세기를 더 고려하여 상기 안전장치들의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 충돌의 위치로부터 상기 충돌의 전파 방향을 산출하고, 산출된 전파 방향에 따라 상기 안전장치들의 동작을 더 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 탑승자 안전장치 제어 방법은, 이동체에 부착되며 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들에 광을 인가하는 단계; 상기 인가단계에 의해 인가된 광을 상기 광섬유들을 통해 수광하는 단계; 상기 수광단계에서 획득된 수광 신호들을 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 위치를 파악하는 단계; 및 상기 파악단계에 의해 파악된 충돌의 위치를 기초로, 상기 이동체에 마련된 안전장치들의 동작을 제어하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 광섬유 그리드 시트를 통해 이동체에 가해진 충격을 전 영역에 대해 감지할 수 있어, 충돌 발생 지점을 정확하게 파악하여 적절한 안전장치를 적시에 기동시켜 탑승자를 안전하게 보호할 수 있게 된다.
특히, 차체는 물론 차량 유리나 전조등 및 후미등 부분에서 발생한 충돌도 정확하게 파악할 수 있고, 경미한 충격도 섬세하게 감지하는 것이 가능해져, 탑승자 안전 보호에 만전을 기할 수 있다.
또한, 광섬유 그리드 시트를 통해 충돌 위치 정보를 입체적으로 수집가능하여, 충돌 위치 산정을 위한 기존의 복잡한 알고리즘이 필요 없어, 개발 및 상용화가 쉽고, 알고리즘에 기인한 오류를 배제시킬 수 있어 기능 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 충격의 전파 방향을 실시간으로 파악하여 안전장치 제어에 활용함으로서 2차 사고로부터 탑승자의 안전을 보장할 수 있게 된다.
도 1은 기존의 에어백 구동 예를 나타낸 도면,
도 2는 기존의 에어벨트 구동 예를 나타낸 도면,
도 3은 에어벨트 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 도면,
도 4는 현재 사용되고 있는 충돌 센서를 예시한 도면,
도 5는 기존의 광섬유 구조를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자 안전 시스템에 이용되는 광섬유 그리드 시트의 개념 설명에 제공되는 도면,
도 7은 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드 시트를 나타낸 도면,
도 8은 차량 내부의 전 영역에 광섬유 그리드 시트를 적용가능한 상황을 도식적으로 나타낸 도면,
도 9는 충돌 발생 지점에 따른 안전장치 독립 제어의 개념 설명에 제공되는 도면, 그리고,
도 10은 광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템의 블럭도, 그리고,
도 11은, 도 10에 도시된 탑승자 안전 시스템에 의한 안전장치 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑승자 안전 시스템에 이용되는 광섬유 그리드 시트의 개념 설명에 제공되는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 광섬유 그리드 시트(또는 필름)는, 시트의 일 면에 다수의 광섬유들이 가로 방향으로 배열되고, 시트의 다른 면에 다수의 광섬유들이 세로 방향으로 배열된다.
그 결과, 도 7에 도시된 바와 같이, 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드 시트(110)가 구현되며, 광섬유들의 일 단에 발광소자로 광을 인가하고 광섬유들의 타 단에서 수광소자로 광을 감지하는 경우, 어느 지점에서 충돌이 발생하였는지 확인가능하다.
충돌이 가해진 광섬유들에 대해서는 일 단으로 인가된 광이 타 단으로 전달되지 않거나 감쇄된 광이 감지되기 때문에, 광이 감지되지 않았거나 감쇄된 가로 방향 배열 광섬유(들)과 세로 방향 배열 광섬유(들)을 파악하면, 충격이 가해진 위치는 물론 충격의 세기 까지도 파악이 가능해진다.
광섬유 그리드 시트(110)를 구성하는 광섬유들은, 도 6에 도시된 바와 같이 코어(core)만으로 구현하여도 무방하다는 점에서, 도 5에 도시된 바와 같이 코어(1) 외에 클래딩(2), 보호 피복물질(3,4)까지 포함하는 기존의 광섬유 구조와 차이가 있다.
한편, 광섬유 코어에 대한 보호와 클래딩을 위해 시트를 다중 적층하여 가로 방향 광섬유들과 세로 방향 광섬유들이 시트들 사이에 위치시키는 것이 가능하다. 광섬유 점검/수리가 가능하도록 시트를 투명한 재질로 구현하는 것은 더욱 바람직하다.
광섬유 그리드 시트(110)는 얇고 유연하기 때문에, 어떠한 형상에도 부착이 가능하다. 따라서, 그리드 시트(110)는 차량의 전 영역에 부착이 가능한데, 도 8에는 차량 내부의 전 영역에 그리드 시트(110)가 가능함을 도식적으로 나타내었다. 얇고 투과도가 높기 때문에, 광섬유 그리드 시트(110)는 차체는 물론 차량 유리나 전조등 또는 후미등에도 부착이 가능하다.
아울러, 광섬유 그리드 시트(110)는 가볍기 때문에 차량의 무게에 거의 영향을 미치지 않으며, 차량에 가해진 미세한 충격도 감지가 가능하다.
광섬유 그리드 시트(110)가 차량의 전 영역에 부착이 가능하기 때문에, 차량 구석구석의 모든 곳에서 발생한 충돌의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 특히, 전방과 후방에 가해진 충돌 외에 측면에 가해진 충돌의 위치를 3차원적으로 정확하고 신속하게 파악할 수 있음은 물론, 차량 유리나 전조등 및 후미등에 가해진 충돌의 위치도 파악할 수 있다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 운전석 측면에서 충돌이 발생한 경우에 운전석의 에어백과 에어벨트는 동작시키되, 동승석의 에어백과 에어벨트는 동작되지 않도록 안정장치에 대한 독립 제어가 가능하다.
다른 예로, 전방 유리창에 비교적 약한 충돌이 가해진 경우 운전을 방해할 수 있는 에어백은 동작시키지 않고 에어 벨트만이 동작하도록 제어하는 것이 가능하다.
광섬유 그리드 시트(110)를 통해 차량 모든 위치에서 충돌을 직접적으로 감지하기 때문에, 충돌 위치 계산을 위한 복잡한 알고리즘이 필요 없어, 구현/개발이 간단하고 실용화가 쉬우며, 복잡한 알고리즘에 의한 오류 방지와 신뢰성 보장이 가능하다.
도 10은 광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템의 블럭도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 탑승자 안전 시스템(100)은, 광섬유 그리드 시트(110), 발광부들(121,122), 수광부들(131,132), 충돌 파악부(140), 제어부(150) 및 통신 인터페이스(160)를 구비한다.
X 발광부(121)는 광섬유 그리드 시트(110)의 X축 방향에 수직한 광섬유들에 광을 인가하고, Y 발광부(122)는 광섬유 그리드 시트(110)의 Y축 방향에 수직한 광섬유들에 광을 인가한다.
X 수광부(131)는 X 발광부(121)에 의해 인가된 광을 광섬유 그리드 시트(110)의 X축 방향에 수직한 광섬유들을 통해 수광하고, Y 수광부(132)는 Y 발광부(122)에 의해 인가된 광을 광섬유 그리드 시트(110)의 Y축 방향에 수직한 광섬유들을 통해 수광한다.
충돌 파악부(140)는 X 수광부(131)와 Y 수광부(132)를 통해 수신된 수광 신호를 기초로, 충돌 위치와 세기를 파악한다. 구체적으로 충돌 파악부(140)는, 수광 신호가 없거나 감쇄한 X 좌표와 Y 좌표를 조합하여 충돌 위치를 파악하고, 수광 신호의 감쇄 정도를 기초로 충돌 세기를 파악한다. 감쇄 정도가 클수록 충돌 세기가 크고, 감쇄 정도가 작을수록 충돌 세기가 작은 것으로 취급된다.
제어부(150)는 충돌 파악부(140)에 의해 파악된 충돌 위치 및 세기를 기초로, 동작시킬 안전장치들(에어백, 에어벨트)을 결정하고 통신 인터페이스(160)를 통해, 결정한 안전장치들이 동작하도록 제어한다.
도 11은, 도 10에 도시된 탑승자 안전 시스템에 의한 안전장치 제어 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 차량에 충돌이 발생하면(S210-Y), 충돌 파악부(140)가 X 수광부(131)와 Y 수광부(132)에 의해 수신된 수광 신호를 기초로 충돌 위치와 세기가 파악한다(S220 및 S230).
이후, 제어부(150)는 S220단계 및 S230단계에서 파악된 충돌 위치 및 세기를 기초로, 동작시킬 안전장치들을 결정한다(S240). 예를 들어,
1) 차량 전방/후방의 강한 충격에 대해서는 운전석과 동승석의 에어백과 에어벨트가 모두 동작하고,
2) 차량 전방/후방의 약한 충격에 대해서는 운전석과 동승석의 에어벨트만이 동작하며,
3) 운전석 측면의 강한 충격에 대해서는 운전석의 에어백과 에어벨트가 모두 동작하고,
4) 운전석 측면의 약한 충격에 대해서는 운전석의 에어벨트만이 동작하고,
5) 동승석 측면의 강한 충격에 대해서는 동승석의 에어백과 에어벨트가 모두 동작하고,
6) 동승석 측면의 약한 충격에 대해서는 동승석의 에어벨트만이 동작하도록 결정될 수 있다.
이후, 제어부(150)는 S240단계에서 결정된 안전장치들이 동작하도록 제어한다(S250).
도 11에 도시된 절차들은 실시간 및 반복적으로 수행된다. 이에 따라, 제어부(150)는 실시간으로 수집되는 충돌 위치와 세기를 기반으로 충돌에 의한 충격이 전파되는 방향을 파악할 수 있고, 이 충격 전파 방향을 기초로 사고 유형을 파악하여 추가적으로 안전장치들을 더 동작시켜 탑승자 안전에 만전을 기할 수 있다. 더 나아가, 충격 전파 방향을 기초로 에어백과 에어벨트의 동작을 단계적으로 제어하는 것도 가능하다.
지금까지, 광섬유 그리드 시트를 이용한 탑승자 안전 시스템에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 언급한 에어백과 에어벨트는 안전장치의 일종으로 다른 종류의 안전장치로 대체되거나 다른 종류의 안전장치가 추가되는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 차량이 아닌 다른 종류의 이동체(예를 들면, 차량, 선박, 모터 사이클 등)에도 본 발명이 적용되는 것을 배제하지 않는다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 탑승자 안전 시스템 110 : 광섬유 그리드 시트
121 : X 발광부 122 : Y 발광부
131 : X 수광부 132 : Y 수광부
140 : 충돌 파악부 150 : 제어부
160 : 통신 인터페이스

Claims (8)

  1. 이동체에 부착되며 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드;
    상기 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들에 광을 인가하는 발광부;
    상기 발광부에 의해 인가된 광을 상기 광섬유들을 통해 수광하는 수광부;
    상기 수광부로부터 전달되는 수광 신호들을 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 위치를 파악하는 충돌 파악부; 및
    상기 충돌 파악부에 의해 파악된 충돌의 위치를 기초로 상기 이동체에 마련된 안전장치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 광섬유 그리드는,
    상기 이동체의 유리, 전조등 및 후미등 중 적어도 하나에 부착가능한 투명 시트 및 상기 투명 시트에 배열된 상기 광섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 안전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들은,
    코어만으로 구성된 광섬유들인 것을 특징으로 하는 탑승자 안전 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 충돌 파악부는,
    상기 수광 신호들의 감쇄 정도를 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 세기를 더 파악하고,
    상기 제어부는,
    상기 충돌의 위치 외에 상기 충돌의 세기를 더 고려하여 상기 안전장치들의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 탑승자 안전 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충돌의 위치로부터 상기 충돌의 전파 방향을 산출하고, 산출된 전파 방향에 따라 상기 안전장치들의 동작을 더 제어하는 것을 특징으로 하는 탑승자 안전 시스템.
  8. 이동체에 부착되며 광섬유들이 그리드 형태로 배열된 광섬유 그리드를 구성하는 광섬유들에 광을 인가하는 단계;
    상기 인가단계에 의해 인가된 광을 상기 광섬유들을 통해 수광하는 단계;
    상기 수광단계에서 획득된 수광 신호들을 기초로, 상기 이동체에 발생한 충돌의 위치를 파악하는 단계; 및
    상기 파악단계에 의해 파악된 충돌의 위치를 기초로, 상기 이동체에 마련된 안전장치들의 동작을 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 광섬유 그리드는,
    상기 이동체의 유리, 전조등 및 후미등 중 적어도 하나에 부착가능한 투명 시트 및 상기 투명 시트에 배열된 상기 광섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 안전장치 제어 방법.
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