KR19990026657A - 충돌방지 경보장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충돌방지경보장치에 관한 것으로, 상세하게는 초음파 센서를 이용하는 자동차의 충돌방지경보장치에 있어서 초음파 센서의 여진시간을 짧게하여 최소감지거리를 줄일수 있도록 하는 충돌방지경보장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 충돌방지경보장치에 의하여 초음파센서 구동부와 수신된 초음파를 증폭하는 전치증폭기의 각 소자의 값을 초음파센서의 공진주파수에 맞추어 초음파 센서의 구동시에 발생되는 여진(Ringing)을 최소화할 수 있으므로 최소탐지거리를 줄일수 있어 종래에 감지하지 못하였던 근접거리의 물체를 감지할 수 있다.

Description

충돌방지경보장치
본 발명은 충돌방지경보장치에 관한 것으로, 상세하게는 초음파 센서를 이용하는 자동차의 충돌방지경보장치에 있어서 초음파 센서의 여진시간을 짧게하여 최소감지거리를 줄일수 있도록 하는 충돌방지경보장치에 관한 것이다.
근래들어, 차량의 주행중에 발생할 수 있는 각종 안전사고를 미연에 방지하기 위한 시스템이 개발되어 차량에 탑재되고 있는 바, 그 예들로서 자차와 선행차량과의 충돌 위험성을 경보하는 전방충돌 방지 경보장치와 자차와 측방물체와의 충돌위험성을 경보하는 측방충돌 방지 경보장치가 있다.
이러한 충돌방지 경보장치는 차량의 주행차선 변경시나 주차시 또는 주행시에 운전자의 시야가 미치지 못하는 사각지대에서의 차량 및 운전자의 안전성을 확보하기 위한 장치로서 초음파 센서 혹은 레이져 레이다등을 사용하여 충돌 가능성이 있는 장애물의 유무를 감지하게 된다.
도 1은 종래의 초음파 센서를 사용한 충돌방지 경보장치의 구성을 보인 블럭도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 충돌방지경보장치는 장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발생하는 초음파센서(13), 초음파센서를 구동시키는 센서구동부(12), 센서구동부(12)에 접속되어 40㎑의 공진주파수를 발생시키는 발진부(11), 초음파 센서(13)의 수신단에 접속되어 출력신호를 증폭시키는 전치증폭기(14), 전치증폭기(14)와 접속되어 증폭된 신호중 일부만을 통과 시키는 대역필터(15), 대역필터(15)에 접속되어 대역필터(15)의 출력신호를 검파하는 검파기(16), 검파기(16)의 출력과 비교하여 장애물의 유,무를 판단하게 하는 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생기(17), 검파기(16)의 출력신호와 기준전압 발생기(17)의 전압신호를 비교하는 비교기(18), 비교기(18)의 출력신호를 입력받아 장애물의 유,무를 감지하는 이외에 초음파센서(13)의 단선 및 기타 부품의 이상동작을 판단하고, 발진부(11)에 구동신호를 출력하여 초음파센서(13)를 동작시키는 마이컴(20), 장애물의 감지시 및 초음파센서(11)의 에러 발생시에 경보음을 발생시키는 부저(21) 및 경보램프(22), 마이컴(20)의 제어에 따라 부저(21) 및 경보램프(22)를 구동시키는 경보구동부(19)로 이루어진다.
전체동작을 살펴보면 다음과 같다.
발진부(11)는 센서구동부(12)에 약 40㎑의 공진 주파수를 출력하여 초음파센서(13)를 구동시켜 40㎑의 주파수를 갖는 초음파신호를 발생시키게 된다. 한편, 일반적으로 음파의 전달속도(V)는 V = 331 + 0.6T [m/s]에 의하여 산출되어 지며, 이 때 T는 주위의 온도를 나타낸다. 즉, 주위의 온도가 0。Ｃ이면 전달속도(V)는 331[m/s]이고, 주위온도가 30。Ｃ이면 음파의 전달속도(V)는 349[m/s]이다. 초음파센서(13)에서 발생된 초음파신호는 물체에 의하여 반사되어 다시 초음파센서(13)에 수신된다.
초음파센서(13)에 수신된 수신신호는 전치증폭기(14)를 통하여 대역필터(15)를 거쳐 필터링(filtering)된다. 필터링된 신호는 검파기(16)를 거치고, 검파기(16)에서 검파된다. 비교기(18)는 기준전압 발생기(17)에 의하여 발생된 신호(도 2 (나)의 a)와 검파기(16)에서 검파된 신호(도 2 (나)의 b)를 비교하여 출력(도 2 (다))을 마이컴(20)으로 입력한다. 마이컴(20)은 비교기로부터의 입력에 따라 자차와 장애물까지의 거리를 계산한다.
자차와 장애물체까지의 거리계산은 초음파센서(13)로부터 발생된 초음파가 장애물에 반사되어 수신될 때(비교기(18)의 출력인 도 2 (다)파형이 로우로 떨어질 때)까지의 시간에 의하여 계산되는데 마이컴(20)에 의하여 거리는 (시간 × 초음파의 속도)/2의 공식에 의하여 계산되어진다. 이때 물체에 반사된 도 2의 티4(T4)구간의 신호는 초음파센서(13)와 물체까지의 거리가 가까울수록 도 2의 티3(T3)구간쪽으로 가까워진다.
마이컴(20)은 계산된 거리가 일정거리이내이면 자차와 장애물과의 충돌가능성이 있는 것으로 판단하여 경보를 발생시키게 된다. 경보의 발생은 마이컴(20)이 경보구동부(19)를 구동하여 부저(21)와 경보램프(22)를 구동한다.
그런데, 초음파 센서의 구동후에는 종이 타종되었을 때 생기는 종소리와 같이 잔향, 즉 진동에 의한 여진이 발생된다. 도 3을 참조하면, 도 3의 (가)의 티1(T1)∼티2(T2)구간이 초음파 송신파형이고, 도 3의 (가)의 티2(T2)∼티4(T4)구간이 초음파센서(13)의 구동후에 나타나는 여진파형이다. 초음파센서(13)를 구동시키는 시간(도 3 (가)의 T1∼T2의 구간)이 500마이크로초(μsec)이고, 여진시간(도 3 (가)의 T2∼T4의 구간)이 약 1.5밀리초(msec)라면 구간(T1∼T4)의 시간은 약 2밀리초(msec)가 된다. 초음파센서(13)와 물체까지의 거리가 약 30센티미터(cm)정도라면 물체에서 반사된 반사파는 도 3 (나)의 (b) 파형에서처럼 구간(T3-T5)에서 나타나게 되고, 그에따라 비교기 출력파형인 도 3 (다)처럼 실제 물체는 있으되 그 물체를 감지하지 못하는 경우가 발생하게 된다.
그래서 가까이 있는 물체를 감지하려고 초음파를 송신할 때는, 송신한 초음파가 물체에 반사되어 되돌아 올때 송신할 때 발생한 여진에 의하여 제대로 수신이 되지 않는다. 즉, 초음파 송신시에 발생하는 여진에 의하여 최소탐지거리가 길어서 가까이 있는 물체는 제대로 감지가 되지않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 초음파 센서가 감지 가능한 최소거리를 나타내는 최소탐지가능거리를 최소화하기 위한 초음파센서의 송수신 회로를 구성한 충돌방지경보장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 충돌방지 경보장치의 블럭도이다.
도 2는 초음파센서를 구동시켰을 때 발생되는 송수신 파형이다.
도 3은 물체가 가까이 있을 때의 초음파센서의 송수신 파형이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파센서의 송수신 회로의 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
13:초음파 센서 17:기준전압 발생기
18:비교기 20:마이컴
상기한 목적을 실현하기 위여 본 발명에 따른 충돌방지경보장치는 초음파를 송신 및 수신하는 초음파센서, 상기 초음파센서를 구동하는 센서구동부, 상기 초음파센서가 수신한 수신신호를 증폭하는 전치증폭기를 구비한 충돌방지경보장치에 있어서, 센서구동부에 구비된 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값과 전치증폭기의 입력단에 있는 커패시터의 커패시턴스값은 초음파센서의 공진주파수에 맞도록 구비되는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양호한 실시예를 상세하게 설명하겠다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파센서의 송수신 회로의 회로도이다.
장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발생하는 초음파센서(13), 초음파센서를 구동시키는 센서구동부(12), 센서구동부(12)에 접속되어 40㎑의 공진주파수를 발생시키는 발진부(11), 초음파 센서(13)의 수신단에 접속되어 출력신호를 증폭시키는 전치증폭기(14), 전치증폭기(14)와 접속되어 증폭된 신호중 일부만을 통과 시키는 대역필터(15), 대역필터(15)에 접속되어 대역필터(15)의 출력신호를 검파하는 검파기(16), 검파기(16)의 출력과 비교하여 장애물의 유·무를 판단하게 하는 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생기(17), 검파기(16)의 출력신호와 기준전압 발생기(17)의 전압신호를 비교하는 비교기(18), 비교기(18)의 출력신호를 입력받아 장애물의 유·무를 감지하는 이외에 초음파센서(13)의 단선 및 기타 부품의 이상동작을 판단하고, 발진부(11)에 구동신호를 출력하여 초음파센서(13)를 동작시키는 마이컴(20), 장애물의 감지시 및 초음파센서(13)의 에러 발생시에 경보음을 발생시키는 부저(21) 및 경보램프(22), 마이컴(20)의 제어에 따라 부저(21) 및 경보램프(22)를 구동시키는 경보구동부(19)로 이루어진다.
먼저, 장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발사한다(S10). 초음파의 발사는 발진부(11)가 센서구동부(12)에 약 40㎑의 공진 주파수를 출력하여 초음파센서(13)를 구동시켜 40㎑의 주파수를 갖는 초음파신호를 발사하는 것이다. 초음파센서(13)를 구동할 시에는 종이 타종되었을 때 생기는 종소리와 같이 진동에 의한 여진이 발생된다. 초음파센서(13)는 내부에 온도보상용 커패시터(용량 1500㎊)를 가지고 있다.
발진부(11)에서는 40㎑의 공진주파수에 맞는 구형파를 센서구동부(12)에 인가한다. 센서구동부(12)에 인가된 40㎑의 구형파는 저항(R2)를 거쳐 트랜지스터(TR1)를 스위칭한다. 이때 전원(Vcc)에 연결된 저항(R1)을 통하여 전류가 트랜스포머의 1차측 코일(L1)을 통해 스위칭되며, 이로인해 트랜스포머의 2차측 코일(L2)에 트랜스포머의 1차측 코일(L1)과 2차측 코일(L2)의 권선비에 따른 전압이 유기되어 정현파로 변환된다. 트랜스포머의 2차측 코일(L2)에 유기된 정현파는 초음파센서(13)에 인가되어 초음파를 발생시키게 된다. 발사된 초음파는 물체에 반사되어 초음파센서(13)를 통하여 수신되며, 수신된 반사파는 전치증폭기(14)에서 증폭된다. 그런데 센서구동부(12)에 있는 트랜스포머 2차측 코일(L2)의 인덕턴스값과 전치증폭기(14)의 커패시터(C1)의 커패시턴스값을 초음파센서(13)의 공진주파수에 맞출 때 내부 커패시턴스가 4000피코패러드(㎊)(±20%)인 초음파센서(13)의 여진시간(Ringing time)을 최소화할 수 있다. 또한 센서구동부(12)의 저항(R1)과 전치증폭기(14)에서 저항(R3)을 구비함으로써 여진시간을 최소화할 수 있다. 그래서 초음파센서(13)의 여진시간(Ringing time)을 최소화하기 위하여 트랜스포머(TRANS1)의 2차측 코일(L2)의 인덕턴스값과 전치증폭기(14)의 커패시터1(C1)의 커패시턴스값을 초음파센서(13)의 공진주파수에 맞춘다. 초음파센서(13)의 공진주파수에 맞추기 위한 트랜스포머(TRANS1)의 2차측 코일(L2)의 인덕턴스값과 전치증폭기(14)의 커패시터1(C1)의 커패시턴스값의 관계는 표 1과 같다. 그리고 센서구동부(12)의 저항(R1)은 5에서 30옴(Ω)의 값을 가지며 전치증폭기(14)의 저항(R3)은 3에서 10㏀의 값을 가진다.
트랜스포머(TRANS1)의 2차측 코일(L2)의 인덕턴스값과 전치증폭기(14)의 커패시터1(C1)의 커패시턴스값의 관계
트랜스포머 2차측의인덕턴스값(mH) 전치증폭기의 커패시터1의 커패시턴스값(nF)
2.55 - 2.75 2
2.75 - 3 1.5
3 - 3.5 1
3.5 - 4 0.5
초음파센서(13)에서 발생된 초음파신호가 물체에 의하여 반사된 반사파는 다시 초음파센서(13)에 수신된다. 초음파센서(13)에 수신된 반사파는 전치증폭기(14)를 통하여 적절한 크기로 증폭된후 대역필터(15)를 거쳐 필터링(filtering)된다. 대역필터(15)는 증폭된 반사파의 소정 주파수대의 신호만을 통과 시킨다. 대역필터(15)에 의하여 필터링된 신호는 검파기(16)를 거치고, 검파기(16)에서 검파된다. 비교기(18)는 기준전압 발생기(17)에 의하여 발생된 신호(도 3의 (나)의 a파형)를 +입력으로 받고 검파기(16)에서 검파된 신호(도 3의 (나)의 b파형)를 -입력으로 받아 비교하여 출력한다.
마이컴(20)은 비교기(18)의 출력(도 2의 (다)의 파형)을 입력으로 받아 초음파가 발사되어 장애물에 반사된 반사파가 수신되기 까지의 시간에 의하여 장애물과의 거리를 계산한다. 마이컴(20)은 초음파가 발사되어 장애물에 반사된 반사파가 수신되기 까지의 시간을 이용하여 거리의 계산을 하는데, 거리는 (초음파의 속도×시간)/2의 식에 의하여 구할 수 있는데, 전술하였듯이 최소탐지거리를 줄일수 있다.
본 발명에 따른 충돌방지경보장치에 의하여 초음파센서 구동부와 수신된 초음파를 증폭하는 전치증폭기의 각 소자의 값을 초음파센서의 공진주파수에 맞추어 초음파 센서의 구동시에 발생되는 여진(Ringing)을 최소화할 수 있으므로 최소탐지거리를 줄일수 있어 종래에 감지하지 못하였던 근접거리의 물체를 감지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 초음파를 송신 및 수신하는 초음파센서, 상기 초음파센서를 구동하는 센서구동부, 상기 초음파센서가 수신한 수신신호를 증폭하는 전치증폭기를 구비한 충돌방지경보장치에 있어서,
    상기 센서구동부에 구비된 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값과 상기 전치증폭기의 입력단에 있는 커패시터의 커패시턴스값은 상기 초음파센서의 공진주파수에 맞도록 구비되는 것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파센서의 내부 커패시턴스는 4000피코페러드(pF)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값이 2.55에서 2.75밀리헨리(mH)일 때 상기 전치증폭기의 입력단의 커패시터의 커패시턴스값은 2나노패러드(nF)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값이 2.75에서 3밀리헨리(mH)일 때 상기 전치증폭기의 입력단의 커패시터의 커패시턴스값은 1.5나노패러드(nF)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값이 3에서 3.5밀리헨리(mH)일 때 상기 전치증폭기의 입력단의 커패시터의 커패시턴스값은 1나노패러드(nF)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 2차측의 인덕턴스값이 3.5에서 4밀리헨리(mH)일 때 상기 전치증폭기의 입력단의 커패시터의 커패시턴스값은 0.5나노패러드(nF)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 1차측 코일의 한쪽과 전원사이에는 저항이 구비되며 상기 저항의 값은 5에서 30옴(Ω)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전치증폭기의 입력단에 있는 상기 커패시터에는 병렬로 연결되는 저항을 구비하며 상기 저항의 값은 3에서 10킬로옴(㏀)인것을 특징으로 하는 충돌방지경보장치.
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