KR101913499B1 - 개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법 - Google Patents

개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

개인 맞춤형 시트제어장치 및 방법이 개시된다. 개인 맞춤형 시트제어장치는 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받는 입력부, 상기 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 인체모델링부, 상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성하는 모드형상생성부로서, 상기 모드 형상은 상기 진동에 따른 상기 인체 모델의 진동 형태 정보인 상기 모드형상생성부, 상기 탑승자 정보를 기초로 상기 생성된 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 상기 탑승자에 대한 고위험 모드형상으로 추출하는 고위험 모드형상 추출부 및 상기 차량의 진동상태를 감지하여 상기 고위험 모드형상에 해당하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어하는 시트제어부를 포함한다.
따라서, 탑승자의 진동에 따른 응답특성인 모드형상을 생성하고, 이 중 고위험 모드형상을 추출하여 주행 중 상기 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면 이를 회피하기 위해 시트를 제어함으로써 탑승자에게 맞춤형 시트를 제공할 수 있다.

Description

개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법{APPARUTUS AND METHOD FOR PROVIDNG CUSTOMIZED SEAT CONTROL}
본 발명은 개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 탑승자 정보를 기반으로 시트를 제어하는 개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법에 관한 발명이다.
생활수준의 향상 등으로 인해 개인의 여가시간 활용 및 생활의 편리성이 증대되고 있으며, 이러한 영향에 의해 자동차 문화도 급속하게 변화되고 있다. 최근에는 자동차 내에서 머무는 시간이 증가되어, 자동차는 단순한 교통수단을 넘어서 개인의 생활공간이라는 문화 매개체가 되고 있다.
이와 같이 자동차와 함께하는 시간이 증대됨에 따라, 차량 내에서 활동하는 탑승자의 신체적 부담감이 가중되고, 특히 노면으로부터 전달되는 진동은 차체를 거쳐 인체에 전달되게 되며, 이러한 진동은 육체나 신경계의 손상이 발생될 수도 있고, 특히 관련질병을 갖는 탑승자에게는 악영향을 미칠 수 있다.
시트 서스펜션(seat suspension)은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 즉, 시트상의 인간의 승차감을 최대로 유지하면서 탑승자를 지지하기 위해 사용되는 것으로, 이러한 시트 서스펜션은 불균일한 도로를 주행할 때 발생되는 충격이나 흔들림을 최소화 및 흡수하여 탑승자의 승차감을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
그리고 종래에 사용되고 있는 시트 서스펜션은 상/하부 프레임 사이에 "X"자형 링크, 오일 댐퍼, 코일 스프링 또는 에어 스프링 등이 장착되어 차량에 발생되는 진동을 완충시키고 있다.
그러나 탑승자들은 성, 나이, 키, 몸무게 등 신체 조건이 모두 달라서, 차량에 동일한 진동이 가해지더라도 각 탑승자가 느끼는 진동은 모두 다르다. 이러한 동일한 조건에서도 각 탑승자별로 느끼는 진동이 달라짐에도 불구하고, 종래의 시트 서스펜션은 각 개개인의 탑승자가 느끼는 진동을 무시한채, 획일적으로 시트의 진동을 흡수하거나 또는 최소화시키는 방향으로만 개발이 이루어지고 있다.
따라서, 탑승자의 신체조건을 반영하여 탑승자가 안락함을 느낄 수 있는 시트개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제 10-2013-0060511호
본 발명은 탑승자 정보를 입력받아 개인 맞춤형 인체 모델을 구성하고, 이러한 인체 모델에 진동을 시뮬레이션하여 상기 인체모델의 진동형태 정보인 모드 형상을 생성하고, 상기 모드 형상 중 탑승자에 대한 고위험 모드 형상을 추출하여 주행 중 상기 고위험 모드 형상에 해당하는 진동이 감지되면 이러한 고위험 모드 형상을 회피하기 위해 차량의 시트를 제어하는 개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 개인 맞춤형 시트제어장치는 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받는 입력부, 상기 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 인체모델링부, 상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성하는 모드형상생성부로서, 상기 모드 형상은 상기 진동에 따른 상기 인체 모델의 진동 형태 정보인 상기 모드형상생성부, 상기 탑승자 정보를 기초로 상기 생성된 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 상기 탑승자에 대한 고위험 모드형상으로 추출하는 고위험 모드형상 추출부 및 상기 차량의 진동상태를 감지하여 상기 고위험 모드형상에 해당하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어하는 시트제어부를 포함한다.
한편, 입력부는 상기 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 착좌자세정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 탑승자 정보를 입력받을 수 있다.
또한, 인체 모델링부는 복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성된 인체모델을 생성할 수 있다.
또한, 인체 모델링부는 상기 탑승자 정보를 기초로 상기 도형의 치수, 질량, 좌표정보, 관성모멘트 및 상기 도형간의 기울어진 각도를 결정하고, 상기 차량의 시트의 스프링 상수 및 감쇄 계수를 적용하여 상기 개인 맞춤형 인체 모델을 생성할 수 있다.
또한, 모드형상생성부는 상기 인체 모델의 운동 방정식을 산출하고, 상기 운동 방정식으로부터 고유벡터를 산출하고, 상기 고유벡터를 기초로 상기 진동에 따른 모드 형상을 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 개인 맞춤형 시트제어방법은 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받고, 상기 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하고, 상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성하되, 상기 모드 형상은 상기 진동에 따른 상기 인체 모델의 진동 형태 정보이고, 상기 탑승자 정보를 기초로 상기 생성된 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 상기 탑승자에 대한 고위험 모드 형상으로 추출하고, 상기 차량의 진동상태를 감지하여 상기 고위험 모드 형상에 해당하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어한다.
한편, 탑승자 정보는 상기 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 ?d좌자세정보 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 인체 모델은 복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성될 수 있다.
또한, 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 것은, 상기 탑승자 정보를 기초로 상기 도형의 치수, 질량, 좌표정보, 관성모멘트 및 상기 도형간의 기울어진 각도를 결정하고, 상기 차량의 시트의 스프링 상수 및 감쇄계수를 적용하여 상기 인체 모델을 생성하는 것일 수 있다.
또한, 모드 형상을 생성하는 것은, 상기 인체 모델의 운동 방정식을 산출하고, 상기 운동 방정식으로부터 고유벡터를 산출하고, 상기 고유벡터를 기초로 상기 진동에 따른 모드 형상을 산출할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 탑승자별로 진동에 따른 응답특성인 모드형상을 생성하고, 이 중 탑승자에 대한 고위험 모드형상을 추출하고, 주행 중 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위해 시트를 제어함으로써 탑승자에게 맞춤형 시트를 제공할 수 있다.
특히, 척추의 질환이 있거나 허리 등의 통증을 갖는 탑승자에게는 차량 주행 중 해당 탑승자에게 통증을 유발할 수 있는 진동이 감지되는 경우 해당 진동을 회피할 수 있도록 시트를 제어함으로써 탑승자에 대한 통증유발을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 시트와 연결된 개인 맞춤형 시트제어장치를 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 개인 맞춤형 시트제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 은 각 진동에 따라 인체가 진동하는 형상을 도시한 도면이다.
도 4 는 도 2 의 인체모델링부에서 생성된 인체 모델의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5 는 도 2 의 모드형상생성부에서 생성된 모드형상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7 은 도 6 에 도시된 모드형상을 생성하는 구체적 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 시트와 연결된 개인 맞춤형 시트제어장치를 도시한 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어장치(100)는 차량과 시트(1)의 진동센서(2,3)와 연결되어 시트(1)에 착석한 탑승자에게 영향을 미칠 진동을 감지한다. 개인 맞춤형 시트제어장치(100)는 감지된 진동이 탑승자 인체를 굽어지게 하는 등 부담을 줄 경우, 해당 진동을 경감시킬 수 있도록 시트를 조작하는 제어신호를 시트조작장치(4)에 전달한다.
한편, 차량 진동센서(2)는 차량의 속도 또는 가속도 변화, 차량이 주행하고 있는 도로 상태, 차량의 본질적 진동 정도에 따라 달라지는 진동을 감지하여 전기신호를 발생시키는 장치로서, 이러한 전기신호는 개인 맞춤형 시트제어장치(100)에 입력된다.
시트 진동센서(3)는 차체에 전달되는 진동이 시트의 스프링 및 감쇄장치를 거쳐 시트에 전달되는 진동을 감지하여 전기신호를 발생시키는 장치로서, 이러한 전기신호는 개인 맞춤형 시트제어장치(100)에 입력된다.
시트조작장치(4)는 시트등받이 각도, 요추 지지대 곡률, 시트 쿠션의 강성, 하단부 에어 쿠션의 에어량 등을 조작할 수 있다. 이를 위해 시트 조작장치(4)는 등받이 각도 조작부, 지지대 조작부, 스프링 조작부, 댐퍼 조작부 등을 포함할 수 있다. 스프링 조작부는 시트의 스프링 상수를 변화시키는 장치이다. 스프링 조작부는 코일 스프링의 경우에는 모터를 이용하여 코일 스프링의 압축 정도를 조절하고, 에어 스프링의 경우에는 공기압을 조절하며, 자기 스프링의 경우에는 자기장의 크기를 조절함으로써 스프링 상수를 변화시킨다. 댐퍼 조작부는 댐퍼를 조작하여 감쇄상수를 변화시키는 장치이다. 이러한 댐퍼 조작부는 오일 댐퍼의 경우에는 오일에 철가루를 혼입한 후 자기장의 크기를 제어함으로써 감쇄 상수를 변화시키고, 에어 댐퍼의 경우에는 에어가 통과하는 관로를 조절함으로써 감쇄 상수를 변화시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어장치(100)는 시트(1)에 착석한 탑승자에게 주행 중 안락함을 제공해줄 수 있고, 특히, 요통 등 신체에 불편함을 갖고 있거나 특정 질환을 갖고있는 탑승자에게는 통증을 경감 및/또는 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
이를 위해, 개인 맞춤형 시트제어장치(100)는 도 2 와 같은 구성을 갖는다.
도 2 를 참조하면, 본 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어장치(100)는 입력부(110), 제어부(120), 진동감지부(130), 통신부(140) 및 데이터베이스(150)를 포함한다.
입력부(110)는 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받는다. 이러한 입력부(110)는 탑승자 정보를 입력받기 위한 인터페이스를 갖으며, 개인 맞춤형 시트제어장치(100)에 일체로 구비되거나 별도의 장치로 구비될 수 있다.
한편, 탑승자 정보는 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 착좌자세정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 질병정보는 과거에 앓았거나 현재도 앓고 있는 질병정보일 수 있다. 또한 질병정보는 질병은 아니더라도 평상시 또는 간헐적으로 통증을 느끼거나 불편함을 느끼는 신체부위에 관한 정보 또는 차량 탑승 중 영향을 미칠 수 있는 골정렬 상태정보를 포함할 수 있다. 또한, 질병정보는 이에 한정되는 것이 아니고 차량 탑승 중 탑승자에게 영향을 미칠 수 있는 불편요소 또는 위험요소에 관한 정보라면 포함될 수 있다. 착좌자세정보는 시트 등받이 각도 등 현재 탑승자가 시트에 앉아있는 자세에 관한 정보를 포함한다. 한편, 본 실시예에서는 탑승자 정보로서 상술한 바와 같은 정보를 예로 들어 설명하였으나, 주행 중 느낄 수 있는 진동으로부터 신체 응답 특성 산출을 위해 탑승자의 인체 모델링 시 필요한 정보라면 이에 한정되지 않고 포함될 수 있음은 물론이다.
제어부(120)는 탑승자가 주행 중 안락함을 느낄 수 있도록 탑승자별 맞춤형으로 시트를 제어하기 위한 구성이다. 한편, 일반적인 물체는 고유진동수를 갖게되며 이로 인해 동일한 진동이 가해지더라도 그 응답특성이 물체별로 상이하다. 이러한 특성은 인체에도 마찬가지로 적용되며, 인체는 도 3 과 같이 다양한 진동특성에 대해 상이한 응답특성을 갖는다. 따라서, 본 실시예에 따른 제어부(120)는 주행 중 느낄 수 있는 진동에 따라 탑승자별로 신체 응답특성을 미리 산출하고, 이 중 탑승자 신체에 불편함 또는 통증을 느끼게 할 수 있는 신체 응답특성을 미리 저장한다. 또한, 제어부(120) 는 주행 중 해당 응답특성에 대응하는 진동이 감지되었을 경우 탑승자 신체에 안락함 또는 통증을 경감시킬 수 있도록 시트를 제어한다. 이를 위해 제어부(120)는 인체모델링부(121), 모드형상생성부(122), 고위험모드형상추출부(123) 및 시트제어부(124)를 포함한다.
인체모델링부(121)는 입력부(110)로부터 입력된 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성한다. 이를 위해 인체모델링부(121)는 신체를 강체, 탄성장치 및 감쇄장치로 구성되어 있음을 가정하고, 복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성된 인체모델을 생성한다. 상기 생성된 인체모델의 일 예인 도 4 를 참조하면, 본 실시예에 따른 인체모델링부(121)는 인체의 상반신 및 하반신을 직사각형 모양의 도형(10,20)으로 모델링하고, 차량 시트의 서스펜션, 쿠션 강성 등을 고려한 스프링(30), 감쇄장치(40)를 모델링한다. 구체적으로, 인체모델링부(121)는 도형의 치수(L1,L2,L3,L4), 질량(m1,m2), 좌표정보((x1,z1), (x2,z2)), 관성모멘트(J20) 및 도형간의 기울어진 각도(θ)를 결정하고, 스프링상수(k1) 및 감쇄계수(c1)를 결정하여 탑승자별 맞춤형 인체 모델을 생성한다. 이때, 도형의 치수(L1,L2,L3,L4)는 상반신(10), 하반신(20) 각각의 가로 및 세로 길이이며, 질량(m1,m2)은 입력된 탑승자 체중을 기초로 산출된 상반신(10) 및 하반신(20)의 질량일 수 있다. 또한, 좌표정보((x1,z1), (x2,z2))는 각 도형의 무게중심의 위치정보로서 직교좌표계상의 좌표이고, 관성모멘트(J20)는 주행 중 진동에 의한 상반신(10)의 회전 또는 비틀림을 고려한 요소로서, 상반신에 대응하는 도형(10)의 무게중심을 중심으로 산출된 값이다. 또한, 도형간의 기울어진 각도(θ)는 상반신(10)과 하반신(20) 사이의 기울어진 각도를 모델링 한 값이다.
모드형상생성부(122)는 인체모델링부(121)에서 생성된 인체 모델에 진동을 시뮬레이션하여 적어도 하나 이상의 모드 형상을 생성한다. 모드형상생성부(122)는 진동특성이 상이한 적어도 하나 이상의 진동을 인체 모델에 적용하여 각 진동에 따른 인체 모델의 응답특성, 즉 진동에 따른 인체 모델의 진동 형태정보인 모드 형상을 생성한다. 이때, 진동특성은 주파수, 크기, 방향, 위치 및 지속기간 중 적어도 하나 이상의 요소를 포함하며, 진동은 각 진동특성 요소의 변화에 따라 상이한 모드의 진동으로 설정될 수 있다. 즉, 모드형상생성부(122)는 적어도 하나 이상의 진동모드를 인체 모델에 시뮬레이션하여 각 진동모드에 따른 인체 모델의 흔들림 형태인 모드 형상을 생성하는 것이다.
이를 위해, 모드형상생성부(122)는 인체 모델의 운동방정식을 산출하고, 산출된 운동방정식으로부터 고유벡터를 산출하며, 상기 고유벡터를 기초로 모드 형상을 생성한다. 즉, 모드형상생성부(122) 는 인체 모델의 고유벡터를 산출하고 이를 통해 상기 인체 모델의 모드 형상을 생성하는 것이다. 이하에서는 인체 모델의 고유벡터를 산출하는 구체적 과정을 설명하며, 이는 고유벡터를 산출하는 일 예일 뿐, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 먼저 모드형상생성부(122)는 상기 운동방정식을 산출하기 위해 인체 모델의 운동에너지, 위치에너지 및 감쇄에너지를 산출할 수 있다.
예컨대, 인체 모델이 도 4 와 같다면, 아래 수학식 1 과 같이 해당 인체 모델의 운동에너지는 각 인체모델을 구성하는 구성의 질량과 관성모멘트에 속도의 제곱을 곱한 값의 합으로 산출되고, 위치에너지는 스프링 상수와 스프링의 변형량의 제곱의 합으로 산출되며, 감쇄에너지는 감쇄계수와 감쇄속도의 제곱으로 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017027904509-pat00001
여기서, T 는 운동에너지, V 는 위치에너지, D 는 감쇄에너지이고, θ0 는 상반신과 하반신사이의 초기각도이다.
각 에너지가 산출되면 모드형상생성부(122)는 아래 수학식 2 와 같은 라그랑주 방정식에 각각의 에너지를 대입하여 일반화된 좌표계 qi(generalized qoordinate) 기준의 인체 모델의 운동방정식을 산출한다.
[수학식 2]
Figure 112017027904509-pat00002
모드형상생성부(122)는 산출된 운동방정식을 선형화하고, 선형화된 운동방정식으로부터 질량행렬과 강성행렬을 도출한다. 이때, 운동방정식의 선형화를 위해 공지의 테일러 급수전개가 이용될 수 있다. 수학식 1, 수학식 2 에 따라 산출된 운동방정식을 선형화한 결과는 아래 수학식 3 과 같다.
[수학식 3]
Figure 112017027904509-pat00003
모드형상생성부(122)는 선형화된 운동방정식으로부터 질량행렬과 강성행렬을 도출한다. 상술한 수학식 3 으로부터 도출된 질량행렬은
Figure 112017027904509-pat00004
이고, 강성행렬은
Figure 112017027904509-pat00005
이다.
모드형상생성부(122)는 이렇게 도출된 질량행렬과 강성행렬에 특성방정식을 계산하여 고유치를 계산하며, 상기 고유치를 통해 고유벡터를 산출한다. 상기 고유벡터는 모델링된 탑승자 인체 모델에 대한 모드분석 결과로서, 이러한 고유벡터를 기초로 각 진동모드에 따른 모드 형상이 생성될 수 있다.
상술한 과정을 통해 생성된 모드형상의 예는 도 5 와 같다. 도 5 에 따르면, 다른 진동모드를 인체 모델에 시뮬레이션 한 결과가 각각 도 5 의 (a) 및 (b) 에 도시되어 있다. 도 5 의 (a) 는 1차 진동모드에 대한 모드형상으로서 해당 모드의 진동을 인체 모델에 인가하면 그 응답으로 수직방향의 움직임이 지배적인 점을 알 수 있고, 도 5 의 (b) 는 2차 진동모드에 대한 모드형상으로서 해당 모드의 진동을 인체 모델에 인가하면 그 응답으로 회전방향의 움직임이 지배적인 점을 알 수 있다. 만약 도 5 와 같은 모드형상을 갖는 탑승자가 요추에 병력이 있는 경우에는, 상반신의 회전(비틀림) 움직임이 지배적인 2차 진동모드에 대한 모드형상(도 5 의 (b))이 해당 탑승자에게 불편함 또는 통증을 줄 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 고위험 모드형상추출부(123)를 더 구비하여 모드 형상 중 탑승자에게 불편함 또는 통증을 줄 수 있는 모드 형상을 별도로 추출하여 데이터베이스(150)에 미리 저장할 수 있다.
고위험 모드형상추출부(123)는 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 탑승자에 대한 고위험 모드형상으로 추출하고 상기 모드 형상에 대응하는 진동 모드를 데이터베이스(150)에 저장시킨다.
고위험 모드형상추출부(123)는 탑승자 정보를 기초로 탑승자에게 불편함 또는 통증을 줄 수 있는 탑승자 인체의 진동형태(예컨대, 상반신의 왼쪽 회전 움직임)를 미리 결정하고, 모드형상생성부(122)에서 생성된 적어도 하나 이상의 모드 형상 중 해당 진동형태를 갖는 모드형상을 고위험 모드형상으로 추출한다. 예컨대, 고위험 모드형상추출부(123)는 탑승자가 3-4번 요추에 병력이 있는 경우 3-4번 요추에 비틀림 또는 무리가 될 수 있는 진동형태를 미리 결정한 뒤, 이러한 진동형태를 갖는 모드 형상을 고위험 모드 형상으로 추출하는 것이다.
또한, 고위험 모드형상 추출부(123)는 고위험 모드형상을 추출할 뿐 아니라 해당 고위험 모드 형상을 회피하기 위한 회피가능조건을 미리 결정하고 이를 데이터베이스(150)에 저장시킬 수 있다. 상기 회피가능조건은 고위험 모드 형상을 유발하는, 시트에 대한 외력을 상쇄시키거나 무게중심을 분산시키기 위한 조건으로서, 바람직하게는 운전에 방해되지 않는 범위에서 결정될 수 있다. 예컨대, 상반신의 오른쪽 방향으로 비틀림을 유발하는 고위험 모드형상에 대해서는 해당 비틀림을 최소화할 수 있도록 시트에 가해지는 외력을 상쇄시키거나 무게중심이 비틀림의 반대방향(왼쪽 방향)으로 쏠리도록 회피가능조건을 결정할 수 있다.
시트제어부(124)는 차량의 진동상태를 진동감지부(130)로부터 수신하고 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위해 미리 정해진 방식에 따라 차량의 시트를 제어한다. 시트제어부(124)는 차량 주행 중 데이터베이스(150)에 저장된 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면, 차량의 시트가 상기 회피가능조건으로 조작되도록 제어신호를 시트와 연결된 시트조작장치(도 1 의 4)에 송출할 수 있다. 예컨대, 시트제어부(124)는 회피가능조건에 따라 시트 등받이 각도, 시트 하단의 에어쿠션의 에어량, 요추 지지대의 곡률, 시트 쿠션의 강성 등을 조절하도록 제어신호를 송신할 수 있다.
진동감지부(130)는 상술한 시트진동센서, 차량 진동센서(도 1 의 2, 3)로부터 데이터를 수신하여 진동상태정보를 생성한다. 상기 진동상태정보는 주행중 시트에 착석한 탑승자에게 영향을 미칠 진동특성으로서, 진동의 주파수, 크기, 방향, 위치 및 지속기간의 요소를 포함할 수 있다. 이러한 진동감지부(130)에서 분석된 진동상태정보는 시트제어부(124)에 인가되어 주행중 탑승자에게 영향을 주는 진동이 고위험 모드형상에 대응하는 진동에 해당하는지에 대한 분석에 사용될 수 있다.
통신부(140)는 개인 맞춤형 시트제어장치(100)와 연결된 외부 장치와 통신한다. 본 실시예의 통신부(140)는 차량 진동센서 및 시트 진동센서(도 1 의 2, 3)로부터 전기신호를 수신하고, 시트제어부(124)로부터의 제어신호를 시트 조작장치(도 1 의 4)에 송신할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기타 개인 맞춤형 시트제어에 필요한 외부장치와의 통신에 사용될 수 있다.
데이터베이스(150)는 개인 맞춤형 시트 제어에 필요한 데이터를 각 탑승자별로 저장한다. 구체적으로, 데이터베이스(150)는 탑승자별로 생성된 인체모델, 모드형상, 고위험 모드형상 및 회피가능조건을 목록화하여 저장할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어방법을 도시한 순서도이다.
도 6 을 참조하면, 본 실시예에 따른 개인 맞춤형 시트제어방법은 먼저 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력(210)받는다. 상기 탑승자 정보는 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 ?d좌자세정보 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 탑승자 정보를 입력받으면(210), 이에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 탑승자별로 생성(220)한다. 여기서, 인체 모델은 복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성되며, 탑승자 정보를 기초로 도형의 치수, 질량, 좌표정보, 관성모멘트 및 도형간의 기울어진 각도를 결정하고, 차량의 시트의 스프링 상수 및 감쇄계수를 적용하여 상기 인체 모델을 생성할 수 있다.
인체 모델이 생성되면(220), 상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성한다(230). 진동특성이 상이한 적어도 하나 이상의 진동을 인체 모델에 시뮬레이션하여 상기 인체 모델의 각 진동에 대한 응답특성, 즉 인체 모델의 진동형태정보인 모드 형상을 생성한다.
상기 모드형상을 생성하는 구체적인 방법은 도 7 과 같다. 도 7 을 참조하면, 먼저 인체 모델의 운동방정식이 산출(310)된다. 상기 운동방정식은 인체 모델의 운동에너지, 위치 에너지 및 감쇄 에너지를 산출하고 이들 각각에 라그랑지 방정식을 적용하는 과정을 통해 산출될 수 있다. 운동방정식이 산출되면(310), 이를 기초로 질량행렬 및 강성행렬이 도출(320)된다. 이때, 미리 정해진 방식에 따라 운동방정식이 선형화되고, 상기 선형화된 운동방정식으로부터 질량행렬 및 강성행렬이 도출(320)될 수 있다. 이렇게 도출된 질량행렬 및 강성행렬은 각 행렬의 특성방정식의 고유치 계산과정(330)을 거쳐 각 행렬의 고유벡터가 산출(340)될 수 있다. 이러한 고유벡터는 종국적인 인체 모델에 대한 모드분석 결과가 되는 것이고, 상기고유벡터에 진동특성이 상이한 적어도 하나 이상의 진동을 적용하면 각 진동에 따른 인체의 응답특성인 모드형상이 산출(350)될 수 있다.
이렇게 모드 형상이 생성(230)되면, 탑승자 정보를 기초로 이 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 탑승자에 대한 고위험 모드 형상으로 추출(240)하고, 상기 추출된 고위험 모드 형상과 이러한 고위험 모드 형상을 회피하기 위한 회피가능조건을 산출하여 같이 데이터베이스에 저장(250)한다.
또한, 주행 중 상기 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면(260), 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 차량의 시트를 제어(270)한다. 구체적으로, 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면, 데이터베이스에 함께 저장된 회피가능조건을 추출하고, 상기 회피가능조건에 따라 차량의 시트를 제어하도록 제어신호를 송출한다.
상술한 본 발명에 따르면, 따라서, 탑승자의 진동에 따른 응답특성인 모드형상을 생성하고, 이 중 고위험 모드형상을 추출하여 주행 중 상기 고위험 모드형상에 대응하는 진동이 검출되면 이를 회피하기 위해 시트를 제어함으로써 탑승자에게 맞춤형 시트를 제공할 수 있다.
특히, 척추의 질환이 있거나 허리 등의 통증을 갖는 탑승자에게는 차량 주행 중 탑승자에게 통증을 유발할 수 있는 진동이 감지되는 경우 해당 진동을 회피할 수 있도록 시트를 제어함으로써 탑승자에 대한 통증유발을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 입력부
120: 제어부
130: 진동감지부
140: 통신부
150: 데이터베이스

Claims (10)

  1. 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받는 입력부;
    상기 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 인체모델링부;
    상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성하는 모드형상생성부로서, 상기 모드 형상은 상기 진동에 따른 상기 인체 모델의 진동 형태 정보인 상기 모드형상생성부;
    상기 탑승자 정보를 기초로 상기 생성된 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 상기 탑승자에 대한 고위험 모드형상으로 추출하는 고위험 모드형상 추출부; 및
    상기 차량의 진동상태를 감지하여 상기 고위험 모드형상에 해당하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어하는 시트제어부를 포함하고,
    상기 시트제어부는,
    시트 등받이 각도 또는 요추 지지대의 곡률 중 적어도 하나를 조절하는 제어신호를 송신하는 개인 맞춤형 시트제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부는
    상기 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 착좌자세정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 탑승자 정보를 입력받는 개인 맞춤형 시트제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인체 모델링부는
    복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성된 인체모델을 생성하는 개인 맞춤형 시트제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인체 모델링부는
    상기 탑승자 정보를 기초로 상기 도형의 치수, 질량, 좌표정보, 관성모멘트 및 상기 도형간의 기울어진 각도를 결정하고,
    상기 차량의 시트의 스프링 상수 및 감쇄 계수를 적용하여 상기 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 개인 맞춤형 시트제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모드형상생성부는
    상기 인체 모델의 운동 방정식을 산출하고,
    상기 운동 방정식으로부터 고유벡터를 산출하고,
    상기 고유벡터를 기초로 상기 진동에 따른 모드 형상을 산출하는 개인 맞춤형 시트제어 장치.
  6. 차량의 탑승자로부터 탑승자 정보를 입력받고,
    상기 탑승자 정보에 기초하여 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하고,
    상기 인체 모델에 적어도 하나 이상의 진동을 시뮬레이션하여 모드 형상을 생성하되, 상기 모드 형상은 상기 진동에 따른 상기 인체 모델의 진동 형태 정보이고,
    상기 탑승자 정보를 기초로 상기 생성된 모드 형상 중 미리 정해진 조건에 해당하는 모드 형상을 상기 탑승자에 대한 고위험 모드 형상으로 추출하고,
    상기 차량의 진동상태를 감지하여 상기 고위험 모드 형상에 해당하는 진동이 검출되면, 상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어하고,
    상기 고위험 모드형상을 회피하기 위한 미리 정해진 방식에 따라 상기 차량의 시트를 제어하는 것은,
    시트 등받이 각도 또는 요추 지지대의 곡률 중 적어도 하나를 제어하는 개인 맞춤형 시트제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탑승자 정보는 상기 탑승자의 키, 몸무게, 질병정보 및 착좌자세정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 개인 맞춤형 시트제어방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 인체 모델은 복수의 도형, 스프링 및 감쇄장치로 구성되는 개인 맞춤형 시트제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개인 맞춤형 인체 모델을 생성하는 것은,
    상기 탑승자 정보를 기초로 상기 도형의 치수, 질량, 좌표정보, 관성모멘트 및 상기 도형간의 기울어진 각도를 결정하고,
    상기 차량의 시트의 스프링 상수 및 감쇄계수를 적용하여 상기 인체 모델을 생성하는 것인 개인 맞춤형 시트제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모드 형상을 생성하는 것은,
    상기 인체 모델의 운동 방정식을 산출하고,
    상기 운동 방정식으로부터 고유벡터를 산출하고,
    상기 고유벡터를 기초로 상기 진동에 따른 모드 형상을 산출하는 개인 맞춤형 시트제어 방법.
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