KR20010060929A - 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템 및제어시스템 - Google Patents

자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템 및제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 자동차 실내환경인자 각각에 대한 평가를 위하여 객관적인 감성지수를 측정하는 시스템과 이를 이용하여 자동차 내부의 환경을 제어하기 위한 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 자동차 실내환경 평가를 위한 실내환경인자의 측정 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호를 출력하는 중앙처리장치와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부로 구성된다.
또한 본 발명은 자동차 실내환경의 자동 제어 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호와 환경인자 기준데이터로부터 구한 감성지수와 비교하고 비교 결과에 따라 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부 및 상기 중앙처리장치에서 출력되는 제어신호에 따라 자동차의 실내분위기를 조절하는 제어모델부로 구성된다.
상기 구성에 의해 감성지수를 측정하여 자동차의 실내환경에 대한 객관적인 평가를 할 수 있으며, 이러한 감성지수를 기초로 히터와 쿨러로 구성되는 자동차의 에어컨디셔너와 창문을 제어하여 자동차 내부의 환경을 쾌적하게 유지하며, 운전 중 실내환경의 변화에 따라 장치의 조작시 부주의에 의한 사고발생을 방지하여 운전자의 안전운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템{Emotional index indicating and control system for measurement of automobile cabin environment}
본 발명은 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수(Emotional index) 측정 시스템 및 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 자동차 실내환경인자 각각의 변화에 따른 뇌파검사를 기초로 각각의 실내환경인자에 대한 객관적인 감성지수를 측정하는 시스템과 이를 이용하여 자동차 내부의 환경을 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다.
자동차는 현대인의 최대 이기의 하나로서, 인간-기계-환경의 일체감을 요구하는 가장 중요한 운송수단이다. 이러한 자동차는 최근 자동차 문명의 진보에 따라 자동차의 주행성능기술의 발전 못지 않게 자동차 거주공간의 쾌적 환경 조성의 필요성이 증대되고 있다.
종래에 자동차 실내환경에 대한 보고는 많이 있었지만 대부분이 사람들의 주관적인 문진에 의한 것이므로 이는 각각의 실내환경인자에 대한 인간의 쾌적한 정도를 객관적으로 나타낼 수 없다는 문제점이 있었으며, 주행중에 자동차 실내환경의 변화에 대응는 장치의 조작으로 운전자의 주의를 산만하게 함으로써 사고발생을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로서, 자동차 실내환경인자의 변화가 운전자의 쾌적감에 미치는 영향을 객관적으로 평가하기 위하여 뇌파 스펙트럼(EEG spctrum)을 도입하고 문진검사를 통한 주관적인 평가결과와 비교, 검토함으로써 감정지수라는 인자를 산출하고, 이를 이용하여 감성지수를 측정함과 더불어 자동차 실내 분위기를 제어하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명인 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템의 기능 블럭도.
도 2는 전체 실험실의 개략도.
도 3a는 온도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프.
도 3b는 온도 변화에 따른 감성지수 그래프.
도 4a는 습도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프.
도 4b는 습도 변화에 따른 감성지수 그래프.
도 5a는 탄화수소 가스농도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프.
도 5b는 탄화수소 가스농도 변화에 따른 감성지수 그래프.
도 6a는 이산화탄소 가스농도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프.
도 6b는 이산화탄소 가스농도 변화에 따른 감성지수 그래프.
도 7은 본 발명인 감성지수 제어 시스템을 구성하는 제어 알고리듬.
도 8은 본 발명에 따라 제작한 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템의 실제사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전원부 2 : 센서부
3 : 신호처리부 4 : 중앙처리장치
5 : 롬(ROM) 6 : 표시부
7 : 제어모델부
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템은, 자동차 실내환경 평가를 위한 실내환경인자의 측정 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호를 출력하는 중앙처리장치와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 제어 시스템은, 자동차 실내환경의 자동 제어 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부와, 상기 센서부로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호와 환경인자 기준데이터로부터 구한 감성지수와 비교하고 비교 결과에 따라 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부 및 상기 중앙처리장치에서 출력되는 제어신호에 따라 자동차의 실내분위기를 조절하는 제어모델부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명인 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템의 기능 블록도로서, 이하에서는 각각의 블록에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 전원부(1)는 차량용 전압인 직류의 12V를 공급하는 것이며, 센서부(2)는 가스농도 센서, 온도 센서, 습도 센서로 구성되어 자동차의 실내환경인자인 탄화수소 농도, 이산화탄소 농도, 온도, 습도 등을 감지한다.
이때 상기 가스농도 센서는 특정 파장에서 분석 대상 가스의 광흡수 및 광방출 현상을 이용하여 가스농도를 측정하는 방법으로서, 구조가 간단하고 검출감도가 좋으며 유지 보수 및 측정과정이 편리한 비분산 적외선법(NDIR : non-dispersive infrared method) 가스농도계를 사용하며, 온도 센서는 주변장치들로 부터 발생하는 발열량을 고려하여 보상함으로써 주위 환경 변화에 대한 영향을 줄인다.
한편 본 발명의 일실시예에 의하면 상기 센서부(2)는 탄화수소 가스농도, 이산화탄소 가스농도, 온도, 습도 센서로 구성되어 있으나, 그 이외에 산소 가스농도나 분진의 농도등을 감지하는 센서를 포함할 수 있다.
다음으로 신호처리부(3)는 상기 센서부로부터 감지된 각각의 감지 신호를 전처리된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다.
그리고, 롬(ROM)(5)은 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된다. 보다 상세하게는 상기 디지털화된 각각의 신호로부터 각각의 감성지수 및 전체 감성지수를 산출할 수 있도록 자동차 실내환경인자의 각각의 변화에 따른 뇌파검사를 기초로 프로그래밍된 것으로, 실시예에 따르면 상기 롬(ROM)(5)은 32킬로바이트의 기억용량을 가진 27C256의 EPROM(Erasable programmable read only memory)을 사용한다. 이때 시스템의 소프트웨어의 운용에 있어서 여러 샘플의 평균값을 취하고 드리프트 허용치를 두어 외부환경 변화에 따른 영향을 줄여 시스템의 높은 정밀도와 안정성을 구현할 수 있다.
다음으로, 중앙처리장치(CPU)(4)는 감성지수 측정 시스템과 감성지수 제어 시스템에서 달리하여 구성할 수 있다.
즉, 감성지수 측정 시스템의 경우 상기 롬(5)에 입력된 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호를 출력한다. 일실시예에 따르면 상기 신호처리부(3)에서 전처리된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 수학적으로 처리하는 기능을 포함하는 10비트 ADC 기능을 가지며 16비트 연산처리가 가능한 i80196을 사용한다. 그러나 감성지수 제어 시스템의 경우 환 상기의 감성지수의 디지털 신호를 출력하는 기능을 포함하며, 환경인자 기준테이터로부터 구한 감성지수와 비교하고 비교 결과에 따라 제어신호를 출력하게 된다.
다음으로, 표시부(6)는 상기 각각의 감성지수 및 전체 감성지수를 표시하며, 실시예에 따르면 LM093LN의 액정표시(LCD : Liquid crystal display)를 사용한다.
마지막으로 제어모델부(7)는 상기 중앙처리장치(4)에서 출력되는 제어신호에 따라 자동차의 실내분위기를 조절하는데, 일실시예에 따르면 상기 제어모델부(7)는 자동차의 창문과, 히터와 쿨러 및 공기유량조절기를 포함하는 에어컨디셔너로 구성된다.
이하에서는 감성지수를 산출하기 위하여 롬(ROM)에 입력되는 프로그램을 표, 수학식 및 도면을 이용하여 보다 상세하게 설명한다.
아래의 표 1은 주차차량의 실내환경 변화를 나타내는 것으로서, 주차된 창문을 닫은 자동차 내부의 시간의 흐름에 따라 자동차의 실내환경인자 중 이산화탄소의 농도, 온도 및 습도의 변화를 측정하였다. 이때 차량은 현대 자동차 엑셀을 대상으로 하였으며, 탑승자는 건강한 성인 3인(25∼27세의 남자)으로 하였다. 탑승자의 인원수에 따른 환경의 변화를 측정하기 위해 탑승인원을 1인, 2인, 3인으로 나누어 실험하였고, 시간은 실험 전, 탑승 후 5분, 10분, 이후 10분단위로 90분까지 측정하였으며 실험당시의 실외온도는 23∼27℃였고, 습도는 37∼42%였다.
그리고 아래의 표 1에서 밑줄 친 부분과 같이, 이산화탄소 농도는 탑승자 2인의 경우 20분, 3인의 경우 불과 10분만에 이산화탄소 가스의 허용농도인 5,000ppm에 근접하는 것을 알 수 있다. 또한 시간의 경과에 따라 습도는 급속히, 온도는 서서히 증가하는 것을 알 수 있다.
차종 H그룹의 E차량
탑승자수 1인 2인 3인
실내환경 CO2농도 (ppm) 온도 (℃) 습도 (%) CO2농도 (ppm) 온도 (℃) 습도 (%) CO2농도 (ppm) 온도 (℃) 습도 (%)
0분 300 28.0 38 350 27.5 42 380 25.1 37
5분 1,170 28.2 38 2,000 27.5 42 2,860 25.1 37
10분 1,700 29.3 38 3,520 28.0 44 4,550 25.7 41
20분 2,130 29.9 41 4,980 28.7 46 7,130 26.5 46
30분 2,520 29.8 43 6,070 29.0 49 8,920 27.1 51
40분 2,750 29.4 45 6,670 29.0 49 9,480 28.8 54
50분 2,790 29.3 45 7,130 29.1 49 9,880 31.2 56
60분 2,920 29.5 46 7,550 29.1 51 ＞10,000(측정불가)
70분 3,060 29.6 47 7,920 29.3 54
80분 3,350 29.3 48 8,500 29.1 55
90분 3,440 29.1 50 8,620 29.1 57
도 2은 전체 실험실의 개략도로서, 가로, 세로, 높이 각각 2m의 전자파 차단시설을 한 밀폐된 실험실을 자체 제작한 것으로서, 실험실의 한가운데에는 피실험자가 앉을 수 있는 안락의자가 놓여있고, 실험실 한면에 부분적으로 유리를 설치하여 실험실 안이 보이도록 설계하였다.
이때 실험실 환경을 모니터링할 수 있도록 온도계, 습도계 및 이산화탄소와 탄화수소 농도를 측정하기 위해서 비분산 적외선법(NDIR : non-dispersive infrared method) 가스농도계를 실험실 내에 비치하였다.
피실험자는 이 연구에 참여하기를 동의한 건강한 성인 지원자 21명(18∼31세의 남자 14명, 여자 7명)으로 선정하였다. 실험에 참가한 피실험자는 뇌파(EEG : Electrocephalogram) 전극을 10∼20 뇌파표준전극 배치법에 의해 두피 상에 부착하였다. 그리고 모든 전극의 부착과 측정장비의 상태점검이 완료되면, 환경인자의 정상상태(온도 23~26℃, 습도 40~60%, 이산화탄소의 농도 350ppm, 탄화수소의 농도 0ppm)에서 피실험자에게 편안한 자세를 취하게 하고 눈을 감게 한 후 휴식상태에서, 뇌파 acquisition 프로그램인 AcqKnowledge (MP100, Biopac사, USA)를 사용하여 뇌파 데이터를 30초간 수집하였다. 환경인자의 변화상태에서 각 단계마다 30초간 EEG 데이터를 수집하였다.
환경인자인 CO2가스 농도, 탄화수소 가스 농도, 온도 및 습도 변화에 대한 뇌파 변화 데이터는 Biopac사의 MP100을 거쳐 퍼스널 컴퓨터에 입력되고, 이는 AcqKnowledge Ⅲ 프로그램을 통하여 실시간으로 모니터상에 나타나고 메모리에 저장된다. 저장된 뇌파 데이터는 FFT(fast fourier transform) 알고리듬(algorithm)에 의해 계산되었고, 수학 프로그램의 일종인 MATLAB으로 자체제작된 소프트웨어에 의해 각각의 주파수밴드별로 상대스펙트럼이 구해졌다. 그리고, CO2및 탄화수소 가스의 농도, 온도, 습도 증가에 따른 뇌파 스펙트럼(EEG spectrum) 변화의 유의성을 보기 위하여 주파수 밴드별의 스펙트럼을 SAS 프로그램을 이용하여 통계처리를 행하였다.
각 주파수의 스펙트럼의 비는 스펙트럼 총 밀도를 1로 하였을 때의 비로 나타내고, Hermann이 구분한 방법에 따라서 δ, θ, α, β값을 구하였다. 주파수 밴드의 구성은 δ:0.5∼3.5, θ:3.5∼8, α:8∼13, β:13∼32Hz로 하여 전체 뇌파 스펙트럼을 구한 후 각각의 상대 스펙트럼을 구하여 분석하였다.
한편 변수의 정의는 아래의 수학식 1과 같다
MPF(mean power frequency) : 전체 주파수 합계의 50%가 되는 주파수
아래의 표 2는 실제 사용된 문진표로서, 각 단계별로 뇌파검사를 받고 난 후 뇌파검사를 받을 당시의 기분을 나타내는 것이며, 기분이 가장 좋을 때 +5, 가장 나쁠 때를 -5로하여 11점 척도로 표시하도록 하였다.
매우 기분이 나쁘다. 매우 기분이 좋다.
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
이하, 도 3a부터 도 6b까지는 자동차 실내환경인자인 온도, 습도, 탄화수소 가스농도 및 이산화탄소 가스농도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는그래프와 각각의 변화에 따른 감성지수 그래프를 나타낸다.
먼저 도 3a는 온도변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프로서, 온도변화에 대한 인간 감성의 경향을 보기 위해서 20.5℃에서 32.5℃까지 1℃씩 온도를 증가시키면서 뇌파 데이터를 수집하였다. 각 단계별로 뇌파검사를 받고 난 후 뇌파검사를 받을 당시의 기분을 문진표에 작성하도록 하였다. 한편 실험실 환경은 온도에 대한 변화만을 고려하기 위해 CO2가스농도 350ppm, 습도 40∼60%로 고정하였으며, 당시의 실제 차량 내의 온도는 32℃를 상회하나 실험조건상 32℃를 초과했을 때 두피상에 부착된 전극이 땀으로 인하여 분리되는 현상이 일어나기 때문에 한정하였다.
그리고 온도변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화추이를 보면 온도 28℃부근에서 δ'은 증가하고, α' 및 MPF 변수는 감소하는 경향을 나타내고 있다. 또 문진 테스트 결과 1.00(23.5℃)에서 -2.33(30.5℃)으로 감소하였다. 이것은 28℃부근에서 온도제어의 필요성을 보여주는 결과이다. 온도에 대한 감성지수는 일반적으로 알려진 쾌적대(24 ∼ 26 ℃)를 기준으로 설정하였다.
도 3b는 온도변화에 따른 감성지수 그래프로서, 대상 범위가 자동차 실내임을 고려하여 10 ℃와 40 ℃를 각각 하한 및 상한 경계치로 설정하였고, 설정범위 이외의 온도는 최소의 감성지수를 할당하였으며, 그림에서 빗금 친 부분은 온도의 대한 쾌적대를 나타내고 있다.
온도에 따른 감성지수(ST)는 수학식 2와 같다.
다음으로 도 4a는 습도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프로서, 습도변화에 대한 인간 감성의 경향을 보기 위해서 30%에서 70%까지 5%씩 습도를 증가시키면서 뇌파 데이터를 수집하였다. 각 단계별로 뇌파검사를 받고 난 후 뇌파검사를 받을 당시의 기분을 문진표에 작성하도록 하였다. 실험실 환경은 습도에 대한 변화만을 고려하기 위해 CO2가스농도, 온도를 각각 350ppm, 23∼26℃로 고정하였다. 습도 역시 70%를 초과했을 때 두피상에 부착된 전극이 땀으로 인하여 분리되는 현상이 일어나기 때문에 한정하였다. 습도에 대한 감성지수도 온도의 경우와 마찬가지로 쾌적대(50 ∼ 70 %)를 기준으로 설정하였다. 습도변화에 대한 EEG spectrum의 변화를 보면 다른 요소에 대해서는 습도 30∼70%에서 두드러진 변화가 나타나지 않았다. 하지만 delta'의 경우 증가하고, MPF의 경우 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 또 문진 테스트 결과 1.50(45%)에서 -1.50(65%)으로 감소하였다. 이것은 65%부근에서 습도제어의 필요성을 보여주는 결과이다.
도 4b는 습도변화에 따른 감성지수 그래프이다. 대상 범위는 20 ∼ 90 %로 설정하였으며 설정범위 이외의 습도는 최소의 감성지수를 할당하였으며 그림에서 빗금 친 부분은 습도에 대한 쾌적대를 나타내고 있다.
습도에 따른 감성지수(SH)는 수학식 3와 같다.
그 다음으로 도 5a는 탄화수소 가스농도변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프로서, 탄화수소(HC) 가스 주입 전(0ppm)과 주입 후(1,200ppm)로 나누어 뇌파 데이터를 수집하였으며, 탄화수소 가스 농도 변화의 정확성을 기하기 위하여 자체 제작되어진 비분산 적외선법(NDIR) 가스농도계를 이용하여 측정하였다. 탄화수소계 가스에 대한 감성지수도 환경요소의 변화에 따른 운전자의 뇌파 반응자료를 참고하여 정의하였다. 0 ppm을 100으로 설정하였고 경계치를 600 ppm으로 설정하여 선형적으로 나타내었다. 탄화수소 가스 중 하나인 부탄(C4H10)가스농도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 보면 δ'의 경우 증가하고, MPF의 경우 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 또 문진 테스트 결과 -0.25(0ppm)에서 -2.75(1,200ppm)로 감소하였다. 이것은 탄화수소 가스에 대한 제어의 필요성을 보여주는 결과이다.
도 5b는 탄화수소 가스농도 변화에 따른 감성지수 그래프로서, 경계치 이상의 농도일 때는 최소의 감성지수를 설정하였으며 탄화수소계 가스의 변화에 따른 운전자의 뇌파 반응 결과를 나타내고 있다.
탄화수소에 따른 감성지수(S탄화수소)는 아래의 수학식 4와 같다.
마지막으로 도 6a는 이산화탄소(CO2)가스농도 변화에 따른 뇌파 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프로서, 실험실 환경은 이산화탄소 가스농도에 대한 변화만을 고려하기 위해서 온도와 습도는 각각 최적상태로 알려진 23∼26℃, 40∼60%로 고정하였으며 100%의 이산화탄소 가스를 질량 유량 조절기(MFC : mass flow controller)를 통하여 일정압력으로 주입하였다. 이렇게 주입된 이산화탄소 가스 농도는 정확성을 기하기 위하여 자체 제작되어진 NDIR 가스농도계를 이용하여 측정하였다. 이산화탄소 가스 농도 주입 전에는 400ppm이었으며 2000, 4000, 6000, 8000ppm에서 각각 뇌파 데이터를 수집하였다. 한편 이산화탄소 가스 농도 변화에 대한 문진테스트 결과 주입 전에 0.67로 양의 값을 나타내다가 CO2주입후 -0.57로 음의 값으로 감소하였다. 이는 가스 주입 후 운전자의 감성이 불쾌한 방향으로 변하였다는 것을 나타낸다.
도 6b는 이산화탄소 가스농도 변화에 따른 감성지수 그래프로서, 이산화탄소에 대한 감성지수는 환경요소의 변화에 따른 운전자의 뇌파 반응자료를 참고하여 정의하였다. 도시의 일반 대기중의 농도인 400 ppm을 100으로 설정하였으며 경계치를4,000 ppm으로 설정하여 그 이상의 농도일 때는 최소의 감성지수를 할당하였으며, 이산화탄소 변화에 따른 운전자의 뇌파 반응 결과를 나타내고 있다.
이산화탄소에 따른 감성지수(SCO2)는 아래의 수학식 5와 같다.
한편 상기의 수학식 1에서 수학식 5까지의 모든 정보를 종합하여 자동차 운전자가 운행중에 자동차 실내의 환경 상태를 한 눈에 확인할 수 있게 하기 위해서, 각각의 환경인자에 대해 각각 산출된 감성지수를 통해 전체 감성지수를 아래의 수학식 6과 같이 정의하였으며, 앞서 설정된 각각의 감성지수가 모두 70이상일 경우와 각각의 환경인자에 대한 감성지수 중에서 70 이하인 값을 갖는 경우를 나누어 전체감성지수를 구하였다.
이때 각각의 감성지수가 모두 70이상인 경우 환경인자 중 운전자의 감성과 가장 밀접한 탄화수소와 온도에 비중을 두어 전체 감성지수를 구하였으며, 70미만의 감성지수를 갖는 환경인자가 발생할 경우 운전자가 느끼는 감성은 낮은 감성지수를 가지는 환경인자에 의해 좌우되므로 전체 감성지수는 각각의 감성지수 중에서 가장 낮은 값을 취하였다.
전체 감성지수(S)는 아래의 수학식 6과 같다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 감성지수 제어 시스템을 구성하는 제어 알고리듬으로서, 에어컨디셔너는 편의상 공기유량조절기를 제외한 히터와 쿨러로만 구성되며, 환경인자의 변화에 따라 설정된 제어 규칙에 의해 '창문 열기', '창문 닫기', '히터 가동', '쿨러 가동', '현상태 유지'의 제어 태양으로 자동차 실내환경의 제어를 간략화하였으며, 각 환경인자를 개별적으로 제어함으로써 제어의 독립성을 유지하였다.
보다 상세히는 이산화탄소와 탄화수소에 대해서는 '창문 열기'와 '창문 닫기'를 통해 이들을 제어하였으며, 이 때 외부 습도가 90 % 이상일 때는 비나 눈이 오는 것으로 가정하여 '창문 열기'의 제어를 제한하였다. 그리고 자동차 실내의 온도와 습도에 대한 제어는 자동차 외부의 온도 및 습도와 비교하며 제어를 하였으며, 이들의 제어는 '창문 열기', '창문 닫기', '히터 가동', '쿨러 가동' 등으로 행하였다. 각각의 제어는 감성지수가 70 미만일 때에 행하였으며 감성지수가 70 이상일 때는 현재의 제어 상태를 유지하도록 하였다.
이때 2 이상의 환경인자의 변화에 따른 다수의 제어 명령이 발생할 경우를 대비하여 우선 순위를 정하여 제어하였으며, 상반된 제어 명령이 발생할 경우를 고려하여 미리 시스템의 학습을 통하여 제어의 안정성을 유지하였다.
도 8은 본 발명에 따라 제작한 감성지수 측정 시스템 및 제어 시스템의 실제 사진으로서, 액정표시(LCD : Liquid crystal display)를 사용하여 각 센서로부터 환경인자 각각의 농도와 감성지수는 물론, 전체 감성지수와 시스템의 현재 상태 및 제어 명령을 실시간으로 표시하였으며, 미리 설정된 제어 규칙에 따라 다섯 개의 LED를 사용하여 제어 상태를 모델링 하도록 하여 전체 시스템의 동작 상태 및 제어 상태를 한 눈에 알아볼 수 있도록 하였으며 실물의 크기는 200(W)×150(D)×55(H) mm이나, 자동차 내부의 공간을 많이 점유하지 않도록 소형화할 수 있다. 그리고 관습상 쿨러를 에어컨(A/C)으로 표시하였다.
본 발명은 자동차 실내환경 변화에 따른 인간의 뇌파검사 자료를 기초로 한 감성지수를 측정하여 자동차의 실내환경에 대한 객관적인 평가를 할 수 있으며, 이러한 감성지수를 기초로 자동차의 창문, 히터 및 쿨러를 제어하여 자동차 내부의 환경을 쾌적하게 유지하며, 운전 중 실내환경의 변화에 따라 운전자가 장치의 조작시 부주의에 의한 사고발생을 방지하여 운전자의 안전운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 자동차 실내환경 평가를 위한 실내환경인자의 측정 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부(1)와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부(2)와, 상기 센서부(2)로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부(3)와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)(5)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호를 출력하는 중앙처리장치(4)와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부(6)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부(2)가 자동차 실내환경의 인자인 탄화수소, 이산화탄소, 온도 및 습도를 감지하는 센서들로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 롬(ROM)(5)은 실내환경 인자 각각의 변화에 대한 인간의 뇌파검사를 기초로 동일한 상한과 하한을 갖는 각각의 감성지수 및 전체 감성지수를 산출할 수 있도록 프로그래밍된 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 측정 시스템.
  4. 자동차 실내환경의 자동 제어 시스템에 있어서, 전원을 공급하는 전원부(1)와, 자동차 실내환경의 인자를 각각 감지하는 센서부(2)와, 상기 센서부(2)로부터 감지한 각각의 감지 신호를 아날로그 신호로 전처리한 후 전처리된 각각의 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호처리부(3)와, 상기 각각의 디지털 신호를 저장하고 환경인자 기준 데이터로부터 감성지수를 산출하도록 프로그래밍된 롬(ROM)(5)과, 상기 프로그램을 연산하여 구한 감성지수의 디지털 신호와 환경인자 기준데이터로부터 구한 감성지수와 비교하고 비교 결과에 따라 제어신호를 출력하는 중앙처리장치(4)와, 상기 측정된 감성지수를 표시하는 표시부(6) 및 상기 중앙처리장치(4)에서 출력되는 제어신호에 따라 자동차의 실내분위기를 조절하는 제어모델부(7)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어모델부(7)는 자동차의 창문과, 히터와 쿨러 및 공기유량조절기를 포함하는 에어컨디셔너를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 제어 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    1) 탄화수소에 대한 감성지수가 70 이상인가를 판단하여, 70 이상인 경우 창문을 닫으며 그렇지 않은 경우 외부습도가 90% 이상인가를 판단하여, 90% 이상인 경우 창문을 닫으며 그렇지 않은 경우 창문을 여는 단계와,
    2) 이산화탄소에 대한 감성지수가 70 이상인가를 판단하여, 70 이상인 경우 창문을닫으며 그렇지 않은 경우 외부습도가 90 % 이상인가를 판단하여, 90% 이상인 경우 창문을 닫으며 그렇지 않은 경우 창문을 여는 단계와,
    3) 온도에 대한 감성지수가 70 이상인가를 판단하여, 70 이상인 경우 히터와 쿨러를 끄고 그렇지 않은 경우 내부온도가 25℃ 이상인가를 판단하여, 25℃ 이상인 경우 쿨러를 작동시키며 그렇지 않은 경우 히터를 작동시키는 단계와,
    4) 습도에 대한 감성지수가 70 이상인가를 판단하여, 70 이상인 경우 창문을 닫고 히터와 쿨러를 끄며 그렇지 않은 경우 내부습도가 60% 이상인가를 판단하여, 내부습도가 60%이상인 경우 다시 내부온도가 25℃ 이상인가를 판단하여, 25℃ 이상인 경우 쿨러를 작동시키며 그렇지 않은 경우 히터를 작동시키며, 내부습도가 60% 이상이 되지 않는 경우 창문을 여는 단계와,
    5) 상기 1)에서 4)까지의 단계를 반복하여 자동차 실내 분위기를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차 실내환경 평가를 위한 감성지수 제어 시스템.
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