KR102457837B1 - 자동차에서 존재를 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법으로서, 복수의 상이한 기준 전압(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4) 값에서, 아날로그 전압 신호를 복수의 상이한 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)으로 변환하는 복수의 단계(E5A, E5B, E5C, E5D); 상기 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)을 상관시켜 상관값(N)을 획득하는 단계; 상기 획득된 상관값(N)을 미리 결정된 기준값(N_ref)과 비교하는 단계; 및 상기 획득된 상관값(N)과 상기 미리 결정된 기준값(N_ref)의 차이가 미리 결정된 검출 임계값을 초과하는 경우에, 상기 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 단계를 포함하는, 상기 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동차에서 존재를 검출하는 방법 및 장치

본 발명은 자동차 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동차에서 존재를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자동차의 승객 객실을 잠금 해제하기 위해 자동차의 도어 핸들 상에 손이 존재하는 것을 검출하는데 적용된다.

자동차에서, 승객 객실에 액세스를 잠금 해제하기 위해 차량의 도어 핸들 상에 사람의 손의 존재를 검출하는 장치를 사용하는 것이 알려져 있다.

알려진 바와 같이, 이러한 장치는 적어도 부분적으로 핸들에 설치된 센서, 변환기 및 마이크로제어기를 포함한다. 장치의 동작 중에, 센서는 핸들 상에 손이 존재하는 상태 또는 손이 없는 상태를 나타내는 전압 신호를 생성하고, 변환기는 이 아날로그 신호를 진폭에 따라 디지털값으로 변환하고 마이크로제어기는 핸들 상에 손이 존재하는 것을 검출하고 승객 객실을 잠금 해제할 수 있다.

"용량성"이라고 말하는 하나의 알려진 측정 해결책에서, 센서는 "기준 커패시터"라고 불리는 제1 커패시터를 포함하고, 이 제1 커패시터는 주기적으로 충전되고 나서 "저장 커패시터"라고 불리는 제2 커패시터로 방전된다. 기준 커패시터가 저장 커패시터로 방전될 때, 전하는 2개의 커패시터 사이에서 균형을 이룬다. 알려진 바와 같이, 센서에 의해 생성된 아날로그 전압 신호는 전하가 균형을 이룰 때 저장 커패시터의 단자 양단에서 측정된 전압값을 나타낸다.

사람의 손이 핸들 상에 존재하거나 핸들에 근접하여 있을 때, 예를 들어, 10㎜ 미만에 있을 때, 기준 커패시터의 충전 레벨이 증가한다. 이에 의해 기준 커패시터는 저장 커패시터로 더 많이 방전되어, 핸들 상에 손이 없는 경우에 비해 손이 존재할 때 더 높은 레벨에서 균형을 이룬다.

아날로그-디지털 변환기(또는 ADC)는 저장 커패시터의 충전 레벨을 나타내는, 센서로 측정된 아날로그 전압을 기준 전압에 기초하여, 코딩된 디지털값으로 변환할 수 있다. 이론적으로, 각각의 디지털값은, 알려진 바와 같이, 1 LSB("최하위 비트")와 같은 폭을 갖는 다른 아날로그 전압값 간격에 대응하고, 연속적인 아날로그 전압값 간격의 세트는 변환기의 기준 전압에 대응하는 폭을 갖는 전압값의 범위에 걸쳐 연장된다.

알려진 바와 같이, N 비트로 코딩은 2^N개의 디지털 코딩값(또는 레벨)을 사용할 수 있게 한다. 예로서 도 1을 참조하면, 3 비트로 코딩이 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 코딩은 이진 요소 000 내지 111에 의해 한정된 2³, 즉 8개의 디지털값을 사용할 수 있게 한다. 이 예에서, 입력 전압값(V₁)은 도 1의 예에서 디지털 코딩값(100)에 대응하는 아날로그 전압값 간격에 속한다.

변환기의 정확도는 다양한 디지털값을 코딩하는 데 사용되는 비트의 수에 의존한다. 따라서 비트 수가 높을수록 변환기의 해상도가 증가한다. 측정하기를 원하는 커패시턴스의 변화가 변환기의 해상도에 비해 낮으면 문제가 발생한다. 그 결과, 멀리 떨어져 있는 측정값들이 동일한 아날로그 전압값 간격에 위치될 수 있어서, 하나의 동일한 코딩된 디지털값에 대응하여, 검출이 방지될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 알려진 제1 해결책은 변환기의 코딩 비트 수를 증가시키는 것이지만, 이것은 더 복잡하고 더 비싸서 단점을 나타낸다. 알려진 제2 해결책은 신호를 오버샘플링하여 해상도를 증가시키는 것이지만, 이것은 상당한 처리 능력을 요구하여, 다른 단점을 나타낸다. 또한 이 오버샘플링 기술을 사용할 수 있기 위해서는 센서 입력에 1 LSB를 초과하는 잡음이 필요한데, 이것은 일부 유형의 센서에서는 그렇지 않다.

더욱이, 실제로, 변환기의 해상도는 일정하지 않은 것이 일반적으로 관찰되는데, 이것은 변환기에 의해 생성된 코딩된 디지털값이 다른 폭의 아날로그 전압값 간격에 대응하는 것에 의해 반영된 것이다.

2개의 연속적인 간격 사이의 폭의 차이는, 알려진 바와 같이, 미분 비선형(differential non-linearity)(또는 DNL) 에러라고 불린다. 이 미분 비선형 에러는 LSB 단위로 표현된다. 이론적으로, 전술한 바와 같이, 코딩된 디지털값에 대응하는 아날로그 전압값 간격의 폭은 1 LSB의 값을 갖지만, 실제로 이 값은, DNL 에러에 대응하는, 예를 들어, 1.5 LSB 내외(more or less)의 차이만큼 변한다. 따라서, 모든 디지털값에 걸쳐 1.5 LSB 내외의 DNL 에러는 -0.5 LSB(이는 실제로 사라지는 디지털값에 대응함)와 +2.5 LSB(즉, 이론적인 간격 폭의 2.5배) 사이의 디지털 간격 폭을 초래한다.

차량의 도어 핸들 상에 손이 존재하는 것을 확실하게 검출하기 위해, 손이 없는 경우의 디지털값과 손이 존재하는 경우에 획득된 디지털값 사이의 측정 차이는 미리 결정된 값을 초과하여야 한다. 예로서, 손이 존재하는 경우를 나타내는 미리 결정된 값은 2 LSB일 수 있으며, 이에 따라 이 값은 2개의 코딩된 디지털값의 차이를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 2개의 아날로그 전압값(V₁ 및 V₂)은 손이 없는 경우와 손이 존재하는 경우를 각각 나타낸다. 일정한 해상도를 갖는 변환기의 이론적인 경우에, 2개의 아날로그 전압값(V₁ 및 V₂)은 2개의 상이한 디지털값(도 1에 도시되고 제시된 예에 따르면 100 및 110)에 대응하는 2개의 다른 아날로그 전압값 간격에 속한다. 2개의 디지털값이 2 LSB만큼 떨어져 있기 때문에 이 경우 차량의 도어는 잠금 해제된다.

그리하여, DNL 에러가 코딩된 디지털값으로 큰 경우, 상이한 아날로그 전압값 간격에 속하는 몇몇 입력 아날로그 전압값들이 출력에서 동일한 디지털값에 대응할 수 있다. 즉, 차량의 핸들 상에 손이 있는 것을 검출하기 위해 미리 결정된 차이, 예를 들어, 2 LSB가, DNL 에러의 최대값(예를 들어, 2.5 LSB) 미만인 경우, 손이 있는 경우 또는 손이 없는 경우에 측정된 아날로그 전압값은 변환기의 출력에서 하나의 동일한 디지털값을 가져서, 핸들 상에 손이 존재하는 것을 검출하는 것을 방지하여, 주요 단점을 나타낸다. 예로서, 도 2를 참조하면, 변환기는 2.5 LSB의 폭을 갖는 아날로그 전압 간격을 발생시키는 DNL 에러를 가질 수 있다. 따라서, 도 1의 예와 동일한, 센서로부터의 출력 아날로그 전압값(V₁ 및 V₂)은, 이 경우, 하나의 동일한 출력 디지털 코딩 레벨(도시된 예에 따르면 100)에 대응하지만, 이들 전압값은 이론적으로는 2 LSB만큼 이격된 2개의 디지털값(도 1에서 100과 110)에 대응한다.

종래 기술에서, 2개의 디지털값 사이의 차이가 작은 경우, 예를 들어, 2 LSB인 경우, 시스템의 감도를 증가시키기 위해 신호를 오버샘플링하는 것이 가능하다. 그러나 이러한 오버샘플링을 해도 DNL 에러와 관련된 단점을 해결할 수는 없다. 또한 전술한 바와 같이 2 LSB의 차이를 검출하기 위해 이러한 샘플링을 수행하기 위해서는 1 LSB를 초과하는 잡음이 센서의 입력에 필요하지만 이는 일부 센서에서는 그렇지 않다.

본 발명의 목적은 자동차의 핸들 상에 또는 핸들에 근접하여 손이 존재하는 것을 검출하는 간단하고 신뢰성 있고 효과적인 해결책을 제안함으로써 이러한 단점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 우선, 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법으로서, 상기 자동차는 변환기 및 마이크로제어기를 더 포함하고, 상기 센서는 존재 검출 아날로그 전압 신호를 상기 변환기에 제공할 수 있고, 상기 변환기는 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환하고 상기 코딩된 디지털값을 상기 마이크로제어기에 제공할 수 있고, 상기 변환기는 상기 아날로그 전압 신호의 일련의 연속적인 값 간격에 대응하는 미리 결정된 유한한 수의 연속적인 코딩된 디지털값을 특징으로 하고, 상기 일련의 연속적인 값 간격의 길이는 상기 변환기의 기준값에 대응하고, 상기 방법은,

상기 변환기에 의해 아날로그 전압 신호를 복수의 상이한 기준 전압값에서 복수의 상이한 코딩된 디지털값으로 변환하는 복수의 단계;

상기 코딩된 디지털값을 상관시켜 상관값을 획득하는 단계;

상기 획득된 상관값과 미리 결정된 기준값을 비교하는 단계; 및

상기 획득된 상관값과 상기 미리 결정된 기준값 사이의 차이가 미리 결정된 검출 임계값을 초과할 때 상기 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법에 관한 것이다.

이러한 방법은 손이 자동차의 핸들에 접근할 때 손이 존재하는 것을 검출하는 것을 가능하게 한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 방법은 다양한 기준 전압에서 변환을 수행하는 것에 의해 상기 아날로그 전압 신호의 디지털 변환 에러가 발생하는 경우의 영향을 제거하는 것을 가능하게 한다. 따라서, (잡음 내에서) 하나의 동일한 아날로그 전압 신호값에서, 다양한 기준값에서 변환에 의해 획득된 다른 디지털값과 획득된 에러 있는 디지털값을 상관하는 것에 의해 획득된 에러 있는 디지털값을 희석할 수 있다는 것을 고려하면, 측정값의 변환 에러가 검출에 미치는 영향이 적다. 따라서, 본 방법은 손이 없는 경우에 획득된 디지털값과 손이 존재하는 경우에 획득된 디지털값 사이의 측정된 차이가 검출이 신뢰할 수 있도록 미리 결정된 검출값을 초과하는 것을 보장할 수 있게 한다.

유리하게는, 상기 방법은 최대 폭을 특징으로 하는 아날로그 전압 신호의 연속적인 값 간격을 포함하고, 2개의 기준 전압값 사이의 절대 차이는 상기 최대 폭을 초과한다. 이것은 비선형 에러가 존재하는 경우 디지털값을 부정확하게 판독하는 위험을 극복할 수 있게 한다.

유리하게는, 상기 센서는 기준 커패시터 및 저장 커패시터를 포함하고, 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환하는 단계는 상기 저장 커패시터를 충전하는 단계와 상기 저장 커패시터를 완전히 방전하는 단계 사이에서 수행된다.

유리하게는, 상기 방법은 상기 변환기에 의해 상기 아날로그 전압 신호를 4개의 상이한 기준 전압에서 4개의 코딩된 디지털값으로 변환하는 4개의 단계를 포함하고, 2개의 연속적인 기준 전압값 사이의 절대 차이는 미리 결정된 검출 임계값을 초과한다. 이것은 상기 변환기의 해상도를 증가시켜 보다 정확한 측정을 획득하는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 또한, 자동차에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치로서, 상기 장치는 존재 검출 아날로그 전압 신호를 제공할 수 있는 검출 센서; 상기 아날로그 전압 신호를 적어도 하나의 코딩된 디지털값으로 변환할 수 있는 변환기; 및 상기 코딩된 디지털값을 수신할 수 있는 마이크로제어기를 포함하고, 상기 변환기는 상기 아날로그 전압 신호의 일련의 연속적인 값 간격에 대응하는 미리 결정된 유한한 수의 연속적인 코딩된 디지털값을 특징으로 하고, 상기 일련의 연속적인 값 간격의 길이는 상기 변환기의 기준값에 대응하고, 상기 마이크로제어기는 복수의 다른 기준 전압값을 상기 변환기에 인가할 수 있고, 상기 변환기는, 상기 센서에 의해 제공되는 아날로그 전압 신호를 복수의 기준 전압값에서 복수의 코딩된 디지털값으로 변환하도록 구성되고, 상기 변환기의 상기 아날로그 전압 신호의 상기 연속적인 값 간격은 최대 폭을 특징으로 하고, 2개의 기준 전압값 사이의 절대 차이는 상기 최대 폭을 초과하고, 상기 마이크로제어기는, 상기 코딩된 디지털값을 상관시켜 상관값을 획득하고, 획득된 상관값을 미리 결정된 기준값과 비교하고, 상기 획득된 상관값과 상기 미리 결정된 기준값 사이의 차이가 미리 결정된 검출 임계값을 초과할 때 상기 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하도록 더 구성된, 상기 자동차에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치에 관한 것이다.

유리하게는, 상기 센서는 기준 커패시터 및 저장 커패시터를 포함하고, 상기 마이크로제어기는 상기 저장 커패시터를 충전하는 것과 상기 저장 커패시터를 완전히 방전하는 것 사이에 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환할 것을 명령할 수 있다.

2개의 연속적인 기준 전압값 사이의 절대 차이는, 상이한 비선형 에러를 갖는 간격에서 변환이 수행되어 검출 에러를 피하는 것을 보장하기 위해 미리 결정된 검출 임계값을 초과하는 것이 바람직하다.

본 발명은 마지막으로 상기 제시된 것과 같이 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 비-제한적인 예로서 주어지고 동일한 참조 부호는 유사한 대상을 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 주어진 다음의 상세한 설명에서 드러날 것이다.

- (이미 설명된) 도 1은 비선형 에러를 갖지 않는 변환기에 의해 아날로그 전압 신호값을 디지털로 변환하는 그래프;
- (이미 설명된) 도 2는 비선형 에러를 갖는 변환기에 의해 아날로그 전압 신호값을 디지털로 변환하는 그래프;
- 도 3은 본 발명에 따른 검출 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시하는 도면;
- 도 4는 본 발명에 따른 검출 방법의 일 실시예를 도시하는 도면;
- 도 5a 및 도 5b는 2개의 상이한 기준 전압값에서 아날로그 전압 신호값을 2개의 상이한 디지털값으로 변환하는 그래프; 및
- 도 6은 도 3의 장치의 변환기의 기준 전압을 조절하기 위한 조절 회로를 개략적으로 도시하는 도면.

본 발명에 따른 존재 검출 장치는 자동차의 승객 객실을 잠금 해제할 수 있도록 차량의 도어를 개방하기 위해 예를 들어 핸들과 관련하여 자동차에 설치되도록 의도된다. 본 발명에 따른 검출 장치는 차량의 임의의 다른 적절한 위치에, 예를 들어, 트렁크의 잠금 해제를 위해 트렁크 상에 설치될 수 있는 것은 물론이다.

우선 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(1)는 검출 센서(10), 변환기(20) 및 마이크로제어기(30)를 포함한다.

센서(10)는, 예를 들어, 핸들로부터 10㎜ 미만에 손이 없는 경우 또는 손이 존재하는 경우를 나타내는 아날로그 전압 신호를 변환기(20)에 제공할 수 있게 한다.

이를 위해, 계속해서 도 3을 참조하면, 센서(10)는 "기준" 커패시터(C₁)로 알려진 것과 "저장" 커패시터(C₂)로 알려진 것을 포함한다.

센서(10)의 동작 동안, 상기 센서는 주기적으로,

기준 커패시터(C₁)를 최대 충전 레벨로 충전하고,

2개의 커패시터(C₁, C₂)가 균형을 이루도록 기준 커패시터를 저장 커패시터(C₂)로 방전시키고,

저장 커패시터(C₂)의 단자 양단의 전압을 측정하고,

재시작하기 전에 저장 커패시터(C₂)(또는 심지어 2개의 커패시터(C₁, C₂))를 방전시키도록 구성된다.

센서(10)로부터 출력 아날로그 전압 신호는 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 측정된 전압에 대응한다.

핸들 상에 손이 없는 경우, 센서(10)에 의해 측정된 전압값은 실질적으로 일정하다. 손이 핸들에 접근할 때, 기준 커패시터(C₁)의 최대 충전 레벨이 증가한다. 이렇게 할 때, 기준 커패시터(C₁)로부터 저장 커패시터(C₂)로 방전하는 것에 기인하는 2개의 커패시터(C₁, C₂) 사이에 균형을 이루는 레벨이 증가한다. 이것은 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 더 높은 측정 전압을 초래하며, 이는 이전에 측정된 전압과의 차이가 충분히 클 때 핸들 상에 손이 존재하거나 손이 접근하는 것을 검출할 수 있게 한다.

이러한 조립체는 CVD로 표시된 용량성 전압 디바이더(voltage divider)(110)라고 불린다. 동작을 위해, 이 조립체는, 알려진 바와 같이, 스위치 및 상기 스위치에 명령하는 수단을 더 포함하고, 이들은 그 자체로 알려져 있어서, 여기서 더 상세히 설명하지는 않는다.

일 변형예로서, 센서(10)는 차동 용량성 전압 디바이더(110) 또는 DCVD라고 불리는 조립체의 형태를 취할 수 있다. DCVD 조립체에서, 센서(10)는 CVD 조립체에서와 같이, 주기적으로 기준 커패시터(C₁)를 충전하고 이 기준 커패시터로부터 측정될 저장 커패시터(C₂)로 방전시키지만, 제2 역 단계를 더 수행한다. 보다 정확하게는, 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단의 전압이 측정되고 2개의 커패시터(C₁ 및 C₂)가 방전되었을 때, 저장 커패시터(C₂)는 최대 레벨로 충전된 후 기준 커패시터(C₁)로 방전된다. 따라서, 손이 기준 커패시터(C₁)에 근접하여 위치되고 최대 충전 레벨이 증가하여, 저장 커패시터(C₂)로부터 기준 커패시터(C₁)로 방전되면 보다 낮은 레벨에서 균형을 이루어, 제1 단계의 경우에서보다 더 낮은 측정된 전압이 생성된다. 실제로, 제1 단계 및 제2 단계에서 측정된 전압값들 사이의 쌍의 차이가 사용되고, 이 차이가 미리 결정된 값을 초과할 때 핸들 상에 손이 있는 것이 검출된다. CVD 조립체에 비해 이 DCVD 조립체의 장점은, 특히 낮은 주파수에서, 잡음을 극복할 수 있어서, 검출 품질을 증가시킬 수 있어서, 본 발명은 CVD 또는 DCVD 조립체에 차별 없이 적용될 수 있다는 것이다.

변환기(20)는 센서(10)에 의해 제공되는 아날로그 전압 신호를 수신하도록 센서(10)에 전기적으로 연결된다.

보다 정확하게는, 변환기(20)는 센서(10)에 의해 제공되는 아날로그 전압 신호를 기준 전압에 기초하여 디지털값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(또는 ADC)이고 이에 마이크로제어기(30)는 이 디지털값을 사용하여 핸들 상에 손이 존재하는 것 또는 존재하지 않는 것을 검출할 수 있다.

변환기(20)는 비트 수(N)로 코딩된 디지털값을 생성하여, 2^N개의 디지털값을 사용할 수 있게 한다.

이론적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 디지털값은 1 LSB("최하위 비트")와 동일한 폭을 갖는 다른 아날로그 전압값 간격에 대응한다. 연속적인 아날로그 전압값 간격의 세트는 변환기(20)의 기준 전압에 대응하는 폭을 갖는 전압값 범위에 걸쳐 연장된다.

그러나, 실제로, 도 2에 도시된 바와 같이, 변환기(20)의 각각의 비트의 길이는 일정하지 않은 것으로 관찰되는데, 이것은 변환기(20)에 의해 생성된 코딩된 디지털값이 다른 폭의 아날로그 전압값 간격에 대응할 수 있는 것에 의해 반영된 것이다.

2개의 연속적인 간격 사이의 폭의 차이는 미분 비선형(또는 DNL) 에러라고 불린다. 이 미분 비선형 에러는 LSB로 표현된다. 이론적으로, 코딩된 디지털값에 대응하는 아날로그 전압값 간격의 폭은 1 LSB의 값을 갖지만, 실제로 이 값은 DNL 에러에 대응하는 차이, 예를 들어, 1.5 LSB 내외의 차이만큼 변한다. 따라서, 1.5 LSB 내외의 DNL 에러는 -0.5 LSB(이는 실제로 사라지는 디지털값에 대응함)와 +2.5 LSB 사이의 디지털 간격 폭을 초래한다.

차량의 핸들 상에 손이 존재하는 것을 확실하게 검출하기 위해, 본 발명은 손이 없는 경우에 획득된 디지털값과 손이 있는 경우에 획득된 디지털값 사이의 측정된 차이가 미리 결정된 검출값, 예를 들어, 4 LSB를 초과하는 것을 보장할 수 있다.

이를 위해, 변환기(20)는, 센서(10)에 의해 제공되는 아날로그 전압 신호를 복수의 상이한 기준 전압값에서 미리 결정된 시간 간격에 걸쳐 변환하여 복수의 상이한 디지털값을 획득하도록 구성된다.

마이크로제어기(30)는 변환기(20)에 의해 출력에 제공되는 디지털값을 수신하기 위해 변환기(20)에 전기적으로 연결된다. 이러한 비-제한적인 예에서, 변환기(20) 및 마이크로제어기(30)는 2개의 전기적으로 연결된 별도의 물리적 개체(entity)의 형태를 취한다. 그러나, 일 변형예로서, 변환기(20)는 알려진 방식으로 마이크로제어기(30)에 통합될 수 있는데, 즉, 변환기(20) 및 마이크로제어기(30)는 단일 물리적 개체를 형성한다는 것이 주목된다.

본 발명에 따르면, 마이크로제어기(30)는,

복수의 상이한 기준 전압값을 변환기(20)에 연속적으로 인가할 것을 명령하고,

다양한 기준 전압값에 대해 변환기(20)에 의해 제공되는 코딩된 디지털값을 판독하고,

상기 복수의 코딩된 디지털값에 수학적 함수를 적용함으로써, 예를 들어, 평균을 계산함으로써 상관값(N)을 계산하고,

계산된 값(N)을 미리 결정된 검출값(N_ref)과 비교하여 핸들 상에 손이 존재하는 것 또는 손이 없는 것을 검출하도록 구성된다.

예를 들어, 센서에 근접하여 사람이 없는 경우를 나타내는 미리 결정된 값(N_ref)과 상기 계산된 값(N) 사이의 차이가 미리 결정된 검출 임계값, 예를 들어, 4 LSB를 초과할 때 핸들 상에 손이 존재하는 것으로 검출된다.

본 발명은 이제 도 4를 참조하여 그 구현 면에서 설명될 것이다. 이 예에서, 변환기(20)는 N = 10 비트로 코딩되고, 즉 이것은 2¹⁰으로 분할되고, 즉 1024개의 전압값 간격에 대응하는 1024개의 코딩 레벨(레벨 0에서 레벨 1023까지)로 분할되는 것으로 고려된다. 일 변형예로서, 다른 비트 수로 코딩하는 것이 사용될 수 있음은 물론이다.

또한, CVD 센서(10) 및 4개의 상이한 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)이 후술되는 예에서 사용된다. 본 문서에 제시된 예는 4개의 상이한 기준 전압값에 대해 본 발명을 제시하지만, 기준 전압값의 수가 2를 초과하는 한, 임의의 수의 전압값이 사용될 수 있음은 물론이다.

초기 상태에서 차량의 핸들 상에 사람의 손이 존재하지 않는 것으로 고려된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 마이크로제어기(30)는 우선 예비 단계(E00)에서 제1 기준 전압(V_ref1)을 변환기(20)에 인가할 것을 명령한다.

저장 커패시터(C₂)는 초기에 단계(E0A)에서 완전히 방전된다.

센서(10)의 기준 커패시터(C₁)는 단계(E1A)에서 충전되고 단계(E2A)에서 저장 커패시터(C₂)로 방전되어, 단계(E3A)에서 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 제1 아날로그 전압값(V₁)을 형성한다. 이 제1 값(V₁)은 단계(E4A)에서 변환기(20)에 의해 판독되고, 변환기는 단계(E5A)에서 제1 값을 제1 기준 전압(V_ref1)에 기초하여 제1 코딩된 디지털값(N₁)으로 변환한다. 이 제1 코딩된 디지털값(N₁)은 마이크로제어기(30)에 의해 저장된다. 마이크로제어기(30)는 단계(E6A)에서 제2 기준 전압(V_ref2)을 변환기(20)에 인가할 것을 명령한다.

저장 커패시터(C₂)는 단계(E0B)에서 완전히 방전된다. 센서(10)의 기준 커패시터(C₁)는 단계(E1B)에서 충전되고 단계(E2B)에서 저장 커패시터(C₂)로 방전되어, 단계(E3B)에서 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 제2 아날로그 전압값(V₂)을 형성한다. 이 제2 값(V₂)은 단계(E4B)에서 변환기(20)에 의해 판독되고, 변환기는 단계(E5B)에서 이 제2 값을 제1 기준 전압(V_ref1)과는 다른 제2 기준 전압(V_ref2)에 기초하여 제2 코딩된 디지털값(N₂)으로 변환한다. 변환기(20)의 기준 전압의 변화는 변환기(20)의 측정 간격의 세트의 폭이 2개의 상이한 기준 전압에 대해 상이하도록 변환 스케일을 변경한다. 따라서, 동일한 정도의 제1 아날로그 전압값(V₁)과 제2 아날로그 전압값(V₂)에 대해, 상이한 제1 코딩된 디지털값(N₁)과 제2 코딩된 디지털값(N₂)이 획득된다. 이 제2 값(N₂)은 마이크로제어기(30)에 의해 저장된다. 마이크로제어기(30)는 단계(E6B)에서 제3 기준 전압(V_ref3)을 변환기(20)에 인가할 것을 명령한다.

저장 커패시터(C₂)는 단계(E0C)에서 완전히 방전된다. 센서(10)의 기준 커패시터(C₁)는 단계(E1C)에서 다시 충전되고 단계(E2C)에서 저장 커패시터(C₂)로 방전되어, 단계(E3C)에서 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 제3 아날로그 전압값(V₃)을 형성한다. 이 제3 값(V₃)은 단계(E4C)에서 변환기(20)에 의해 판독되고, 변환기는 단계(E5C)에서 이 제3 값을 제1 기준 전압(V_ref1) 및 제2 기준 전압(V_ref2)과는 상이한 제3 기준 전압(V_ref3)에 기초하여 제3 코딩된 디지털값(N₃)으로 변환한다. 변환기(20)의 기준 전압의 변화는 변환기(20)의 측정 간격 세트의 폭이 제1 기준 전압(V_ref1) 및 제2 기준 전압(V_ref2)의 폭과 상이하도록 변환 스케일을 다시 변경한다. 따라서, 동일한 정도의 제1 아날로그 전압값(V₁), 제2 아날로그 전압값(V₂) 및 제3 아날로그 전압값(V₃)에 대해, 상이한 제1 코딩된 디지털값(N₁), 제2 코딩된 디지털값(N₂) 및 제3 코딩된 디지털값(N₃)이 획득된다. 이 제3 값(N₃)은 마이크로제어기(30)에 의해 저장된다. 마이크로제어기(30)는 단계(E6C)에서 제4 기준 전압(V_ref4)을 변환기(20)에 인가할 것을 명령한다.

저장 커패시터(C₂)는 단계(E0D)에서 완전히 방전된다. 센서(10)의 기준 커패시터(C₁)는 단계(E1D)에서 다시 충전되고 단계(E2D)에서 저장 커패시터(C₂)로 방전되어, 단계(E3D)에서 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 제4 아날로그 전압값(V₄)을 형성한다. 이 제4 값(V₄)은 단계(E4D)에서 변환기(20)에 의해 판독되고, 변환기는 단계(E5D)에서 이 제4 값을 제1 기준 전압(V_ref1), 제2 기준 전압(V_ref2) 및 제3 기준 전압(V_ref3)과는 상이한 제4 기준 전압(V_ref4)에 기초하여 제4 코딩된 디지털값(N₄)으로 변환한다.

제1 아날로그 전압값(V₁), 제2 아날로그 전압값(V₂), 제3 아날로그 전압값(V₃) 및 제4 아날로그 전압값(V₄)은 이론적으로는 동일하지만, 전자 잡음 내에서 실제로는 실질적으로 동일하게 하지만 반드시 엄격하게 동일하게 할 필요는 없다는 것이 주목된다. 구체적으로, 차량에 근접하여 사람이 존재하는 상태 또는 사람이 없는 상태에서, 변환된 아날로그 전압 신호는 단수(singular)이지만, 그 값은 전자 잡음에 따라 시간에 따라 약간 변할 수 있다.

변환기(20)의 기준 전압의 변화는 변환기(20)의 측정 간격의 세트의 폭이 제1 기준 전압(V_ref1), 제2 기준 전압(V_ref2), 제3 기준 전압(V_ref3) 및 제4 기준 전압(V_ref4)의 것과는 다르도록 변환 스케일을 다시 변경한다. 따라서, 동일한 정도의 제1 아날로그 전압값(V₁), 제2 아날로그 전압값(V₂), 제3 아날로그 전압값(V₃) 및 제4 아날로그 전압값(V₄)에 대해, 상이한 제1 코딩된 디지털값(N₁), 제2 코딩된 디지털값(N₂), 제3 코딩된 디지털값(N₃) 및 제4 코딩된 디지털값(N₄)이 획득된다. 이 제4 값(N₄)은 마이크로제어기(30)에 의해 저장된다.

제1 코딩된 디지털값(N₁), 제2 코딩된 디지털값(N₂), 제3 코딩된 디지털값(N₃) 및 제4 코딩된 디지털값(N₄)이 저장되면, 마이크로제어기(30)는 단계(E7)에서 이들 4개의 값에 수학적 함수를 적용하여 이로부터 상관값(N)을 추론하도록 한다. 예를 들어, 마이크로제어기(30)는 4개의 값(N₁, N₂, N₃, N₄)을 더하고 이들 값을 2로 나누어 변환기(20)에 대한 2배 감도를 위해 이중 평균을 획득할 수 있다.

마이크로제어기(30)는 단계(E00 내지 E7)를 주기적으로 수행하며, 획득된 상관값(N)은, 차량의 도어 핸들 상에 손이 없는 한, 예를 들어, 4 LSB 내외의 최대 차이에서 동일한 정도이다.

차량의 사용자가 도어를 잠금 해제하기 위해 손을 도어 핸들에 충분히 근접하게 가져가면, 기준 커패시터(C₁)의 충전 레벨이 증가하여, 전술한 바와 같이, 저장 커패시터(C₂)의 단자 양단에 측정된 전압이 손이 없는 경우에서보다 더 높은 값을 초래한다.

이것은 단계(E00 내지 E7)에서 더 높은 전압값(V₁, V₂, V₃, V₄)을 초래하고, 이에 따라 더 높은 계산된 상관값(N)을 초래한다.

단계(E8)에서 마이크로제어기(30)는 손이 없는 경우에 계산된 상관값(기준값(N_ref))과 손이 있는 경우에 계산된 상관값(N)을 비교하고, 손이 있는 경우에 계산된 상관값(N)과 손이 없는 경우에 계산된 상관 기준값(N_ref) 사이의 차이가 미리 결정된 임계값, 예를 들어, 4 LSB을 초과하는 경우 단계(E9)에서 핸들에 손이 있는 것으로 검출한다.

도 5a 및 도 5b에 주어진 예(다른 기준 전압(V_ref1 및 V_ref2)으로 인해 가로좌표에 도시된 전압 스케일이 상이한 예)에서, 아날로그 신호의 하나의 동일한 전압값(V₁ = V₂)에 대해, 3개의 LSB만큼 이격된 2개의 상이한 디지털값(N₁ 및 N₂), 즉 N₁ = N₂ + 3 LSB이 획득되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 이들 디지털값(N₁ 및 N₂) 중 하나가 큰 DNL 에러를 갖는 비트인 경우, 에러 검출을 수행하지 않도록 다른 값이 존재하는 것을 이용하여 에러를 보상할 수 있어서, 디지털값(N₁ 및 N₂) 사이에 (예를 들어, 평균의 형태로) 상관시키는 것에 의해 초기 에러를 감소시킬 수 있는 것으로 판명된다.

도 6을 참조하면, 기준 전압을 조절하기 위한 회로가 도시되어 있는데, 이 회로는 상기 기준 전압을 변경하여 4개의 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)을 결정할 수 있다.

저항기(R1 및 R2)는 디바이더 브리지(divider bridge)의 디폴트 값을 설정한다. 이 디바이더 브리지는 측정이 수행되지 않을 때 턴오프되도록 마이크로제어기(30)의 입력/출력(I/O)에 의해 공급된다. 이 저항기(R1 및 R2)는 기준 전압(V_ref)의 초기 값을 설정한다. 이 기준 전압(V_ref)은 포화에 도달하지 않는 것을 보장하면서 가능한 한 낮게 설정된다.

복수의 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)을 사용하기 위해, 마이크로제어기(30)에 연결된 2개의 저항기(R3 및 R4)가 추가된다. 상기 저항기는 접지(M)에 연결되거나 또는 마이크로제어기(30)의 공급 전압(Vcc)에 교대로 연결되는데, 즉 4개의 상이한 조합에 연결된다.

4개의 상이한 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)을 갖기 위해, 저항기(R3 및 R4)에 대해 상이한 값이 선택된다.

다음 예에서, R3 및 R4는 측정된 디지털값의 최소 점프(jump)가 4 LSB가 되도록 계산된다.

저항기(R1, R2, R3, R4)의 값을 설정하기 위해, R1 및 R2는 우선 R3 및 R4를 고려하지 않고 설정된다.

저항기(R1 및 R2)는 다양한 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)이 전개되는 전압을 형성하는 주 디바이더 브리지를 구성한다.

공급 전압(Vcc)의 함수로서 기준 전압(V_ref)은 다음 수식으로 주어진다:

저항기(R1 및 R2)의 선택은, 예를 들어, 3V와 같은 공급 전압(V_cc), 및 원하는, 예를 들어, 2.5V와 같은 중심 기준 전압값(V_ref)에 의존한다. 저항기(R1 및 R2)는 전압 디바이더 브리지(110)를 구성하기 때문에, 예를 들어, R1 = 2kΩ 및 R2 = 10㏀이 설정된다.

전압(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)을 생성하기 위해, R1 및 R2의 값은 약간 변경된다. 이를 달성하기 위해, 2개의 저항기(R3 및 R4)가 병렬로 부가되고, 이들 저항기가 연결된 마이크로제어기(30)의 포트는 0(접지) 또는 1(Vcc)에 교대로 연결되어 4개의 조합을 제공한다.

그런 다음 새로운 등가 저항기(R1' 및 R2')를 갖는 새로운 디바이더 브리지가 획득되어 다음 수식을 추론할 수 있다:

여기서 i = 1, 2, 3 또는 4이다.

저항기(R1', R2')의 값은 이하 표 1의 데이터로 대체된다(여기서 "//"는 간결함을 위해 병렬 조립체를 나타낸다):

	R1'	R2'
Vref1	R1' = R1	R2'= R2 // R3 // R4
Vref2	R1' = R1 // R4	R2'= R2 // R3
Vref3	R1' = R1 // R3	R2'= R2 // R4
Vref4	R1'= R1 // R3 // R4	R2' = R2

기준 전압(V_ref)의 값에 대해 작은 전압 차(ΔV_ref)를 보장하기 위해, R3 >> R1 (여기서 ">>"은 "훨씬 더 높음"을 나타냄), R3 >> R2, R4 >> R1 및 R4 >> R2로 선택된다.

또한, R3은 R4와는 다른 값을 가져야 하고, 그렇지 않으면 V_ref2 = V_ref3이 된다.

이 경우, 많은 수의 값의 쌍(R3, R4)이 요구 사항을 충족시킨다. 예를 들어, 이러한 조건을 충족시키는 값(R3 = 68 kΩ 및 R4 = 100 kΩ)이 선택된다. 이와 같이 정의된 값은 이하 4개의 기준 전압값(V_ref)을 획득하는 것을 가능하게 한다:

- V_ref1 = 2.4V

- V_ref2 = 2.449V

- V_ref3 = 2.472V

- V_ref4 = 2.52V.

DNL 에러를 피하기 위해 LSB 수에 최소 점프를 보장하기 위해 2개의 연속적인 기준 전압값 사이의 최소 차이(ΔV_{ref_min})를 계산한 다음 기준 전압값(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)이 쌍으로 충분히 연속적으로 이격되어 있는 것을 점검할 수 있다.

아날로그-디지털 변환기(20)에 대해, 다음 식이 획득된다:

여기서, V_in은 변환기(20)의 입력 전압이고, V_ref는 변환기(20)에 인가되는 기준 전압이고, ΔV_ref는 2개의 기준 전압 사이의 차이이며, Δ_LSB는 핸들 상에 손이 존재하는 것을 검출하기 위한 LSB의 미리 결정된 최소 수이다.

Δ_LSB = 4인 경우, 다음 수식으로 결정된다:

입력 전압(V_{in_min})은 회로의 다양한 커패시터의 공차에 따라 예상되는 최소 전압에 대응한다. 또한, 변환기(20)가 포화에 도달하지 않게 하기 위해서는, 기준 전압(V_ref)이, 알려진 바와 같이, 회로의 다양한 커패시터의 공차에 따라 예상되는 최대 전압에 대응하는 최대 입력 전압(V_{in_max})보다 더 높은 것을 보장하는 것이 필요하다.

위의 예를 수치적으로 적용하면 R1 = 2 kΩ, R2 = 10 kΩ, Vcc = 3V 및 최소 입력 전압(V_{in_min})이 1.08V인 경우 이로부터 ΔV_{ref_min} = 23 mV가 추론된다.

Claims (6)

1. 자동차에 설치된 센서(10)에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법으로서, 상기 자동차는 변환기(20) 및 마이크로제어기(30)를 더 포함하고, 상기 센서(10)는 상기 변환기(20)에 존재 검출 아날로그 전압 신호를 제공할 수 있으며, 상기 변환기(20)는 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환하고 상기 코딩된 디지털값을 상기 마이크로제어기(30)에 제공할 수 있고, 상기 변환기(20)는, 상기 아날로그 전압 신호의 일련의 연속적인 값 간격에 대응하는 미리 결정된 유한한 수의 연속적인 코딩된 디지털값을 제공하며, 상기 일련의 연속적인 값 간격의 길이는 상기 변환기(20)의 기준값(V_ref)에 대응하고, 상기 방법은,
   

   

   상기 변환기(20)에 의해 아날로그 전압 신호를 복수의 상이한 기준 전압(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4) 값에서 복수의 상이한 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)으로 변환하는 복수의 단계(E5A, E5B, E5C, E5D);
   

   

   상기 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)을 상관시켜 상관값(N)을 획득하는 단계(E7);
   

   

   획득된 상관값(N)을 미리 결정된 기준값(N_ref)과 비교하는 단계(E8);
   

   

   상기 획득된 상관값(N)과 상기 미리 결정된 기준값(N_ref) 사이의 차이가 미리 결정된 검출 임계값을 초과하는 경우에, 상기 센서(10)에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 단계(E9)를 포함하되,
   상기 센서(10)는 기준 커패시터(C₁) 및 저장 커패시터(C₂)를 포함하고, 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환하는 단계(E5A, E5B, E5C, E5D)는 상기 저장 커패시터(C₂)를 충전하는 단계(E2A, E2B, E2C, E2D)와 상기 저장 커패시터(C₂)를 완전히 방전하는 단계(E0A, E0B, E0C, E0D) 사이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 아날로그 전압 신호의 연속적인 값 간격은 최대 폭을 가지며, 상기 기준 전압(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)의 2개의 연속적인 값 사이의 차이의 절대값은 상기 최대 폭을 초과하되,
   상기 최대 폭은,
   (i) LSB(최하위 비트, Least Significant Bit)의 값에서 DNL(미분 비선형, Differential Non Linearity) 에러의 값을 감산한 값, 또는 상기 감산한 값이 음수이면 0의 값을 갖는 제1값과,
   (ii) LSB의 값에 DNL 에러의 값을 가산한 값을 갖는 제2값 사이의 간격(gap)과 동일한, 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변환기(20)에 의해 상기 아날로그 전압 신호를 4개의 상이한 기준 전압((V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)에서 4개의 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)으로 변환하는 4개의 단계(E5A, E5B, E5C, E5D)를 포함하고, 상기 기준 전압(V_ref1, V_ref2, V_ref3, V_ref4)의 2개의 연속적인 값 사이의 절대 차이는 미리 결정된 검출 임계값을 초과하는, 자동차에 설치된 센서에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 방법.
4. 자동차에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 존재 검출 아날로그 전압 신호를 제공할 수 있는 검출 센서(10); 상기 아날로그 전압 신호를 적어도 하나의 코딩된 디지털값으로 변환할 수 있는 변환기(20); 및 상기 코딩된 디지털값을 수신할 수 있는 마이크로제어기(30)를 포함하되, 상기 변환기(20)는 상기 아날로그 전압 신호의 일련의 연속적인 값 간격에 대응하는 미리 결정된 유한한 수의 연속적인 코딩된 디지털값을 제공하고, 상기 일련의 연속적인 값 간격의 길이는 상기 변환기(20)의 기준값(V_ref)에 대응하며,
   

   

   상기 마이크로제어기(30)는 복수의 상이한 기준 전압값을 상기 변환기(20)에 인가할 수 있고,
   

   

   상기 변환기(20)는 상기 센서(10)에 의해 제공되는 아날로그 전압 신호를 상기 복수의 기준 전압값에서 복수의 코딩된 디지털값으로 변환하도록 구성되고, 상기 변환기(20)의 상기 아날로그 전압 신호의 상기 연속적인 값 간격은 최대 폭을 가지며, 상기 기준 전압의 2개의 연속적인 값 사이의 차이의 절대값은 상기 최대 폭을 초과하되, 상기 최대 폭은, (i) LSB(최하위 비트, Least Significant Bit)의 값에서 DNL(미분 비선형, Differential Non Linearity) 에러의 값을 감산한 값, 또는 상기 감산한 값이 음수이면 0의 값을 갖는 제1값과, (ii) LSB의 값에 DNL 에러의 값을 가산한 값을 갖는 제2값 사이의 간격(gap)과 동일하고,
   

   

   상기 마이크로제어기(30)는,
   - 상기 코딩된 디지털값(N₁, N₂, N₃, N₄)을 상관시켜 상관값(N)을 획득하고,
   - 상기 획득된 상관값(N)을 미리 결정된 기준값(N_ref)과 비교하고,
   - 상기 획득된 상관값(N)과 상기 미리 결정된 기준값(N_ref) 사이의 차이가 미리 결정된 검출 임계값을 초과할 때 상기 센서(10)에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하도록 더 구성되고,
   상기 센서(10)는 기준 커패시터(C₁) 및 저장 커패시터(C₂)를 포함하고, 상기 마이크로제어기(30)는 상기 저장 커패시터(C₂)를 충전하는 것과 상기 저장 커패시터(C₂)를 완전히 방전하는 것 사이에 상기 아날로그 전압 신호를 코딩된 디지털값으로 변환할 것을 명령할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동차에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치(1).
5. 제4항에 있어서, 상기 기준 전압의 2개의 연속적인 값 사이의 차이의 절대값은, 미리 결정된 검출 임계값을 초과하는, 자동차에 근접하여 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치(1).
6. 제4항 또는 제5항에 기재된, 사람이 존재하는 것을 검출하는 장치(1)를 포함하는 자동차.

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