KR20100065857A - 차량용 승객 식별 시스템 - Google Patents

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KR20100065857A
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조영남
김용선
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 특정 타입 혹은 조건의 승객에 대하여만 에어백이 전개되도록 하기 위한 차량용 승객 식별 시스템에 관한 것이다. 그 시스템은, 시트에 앉은 승객으로 인한 전류 변화를 감지할 수 있는 디텍터(50) 및 이 디텍터(50)에서 측정된 전류값을 이용하여 승객의 착석 유무 및 종류를 판단하고, 그 판단 결과를 에어백 제어 유닛으로 송신하는 제어기(70)를 포함한다. 특히, 디텍터(50)는, 센싱도체(11)와 가드도체(12) 사이에 절연체(13)가 개재된 센싱부(10)와, 이 센싱부(10)로부터의 전류량을 측정하는 전류계(20)와, 교류전원(30)이 공급되며 센싱부(10) 및 전류계(20)를 연결하여 이들과 하나 이상의 폐회로를 구성할 수 있는 스위칭 회로(40)를 구비한다. 이와 같은 시스템을 이용할 경우, 승객 식별의 오류 가능성을 크게 감소시킬 수 있다.
에어백, 센서, 승객 식별, 수분, 노후화

Description

차량용 승객 식별 시스템{System for Occupant Classification in a Vehicle}
본 발명은 차량용 승객 식별 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 이상의 연령 혹은 일정 이상의 신체조건을 갖는 승객에 대하여만 에어백이 전개되도록 하기 위하여 시트에 앉은 승객을 식별하는 차량용 승객 식별 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 승객의 안전을 위하여 운전석 뿐만 아니라, 보조석에도 에어백이 설치되는 경우가 많아지고 있다. 이러한 에어백은 차량 충돌 사고시 전개되어 승객을 보호하게 되는데, 성인의 경우에는 별다른 문제가 없으나, 유아의 경우에는 팽창된 에어백이 오히려 이들의 생명을 위협하는 위험요소로 작용할 가능성이 있다.
따라서, 해외 각국에서는 에어백 전개에 따른 실제적인 조수석 승객의 안전성 평가를 위한 규정을 마련하고 있는 바, FMVSS 208, CMVSS 208 등이 그것이다. 도 1은 FMVSS 208 규정의 만족을 위해 대부분의 차량 제조사가 채택하고 있는 에어백 전개 기준을 나타낸 것이다. 살펴보면, 성인의 경우 에어백이 전개되도록 하지만, 6세 이하 유아의 경우에는 에어백이 전개되지 않도록 제어하고 있다. 6세 이하 의 경우에는, 에어백 보다는 별도의 유아 보호장치(Child Restraint System: CRS)를 이용하여 유아를 사고로부터 보호하고자 하는 것이다.
위와 같이, 성인/유아에 따라 에어백의 전개가 달리 적용되도록 하기 위하여는, 시트에 앉은 승객을 식별할 수 있는 승객 식별시스템이 시트에 설치되어야 한다. 현재, 사용되고 있는 승객 식별시스템은, 성인과 유아 간의 엉덩이의 형태 차이 등을 추가적으로 이용하기도 하나, 기본적으로는 성인과 유아의 몸무게 차이를 이용하고 있다.
그러나, 성인과 유아의 몸무게 차이를 구별 기준으로 하고 있는 승객 식별시스템은, 다양한 상황 및 조건에 대한 적응성이 떨어지는 문제가 있다. 그 일례의 설명을 위한 것이 도 2이다. 즉, 통상적으로 성인과 6세 이하의 유아를 구분하는 무게의 갭을 두고 있는데, 성인이 바른 자세로 앉아 있지 않을 경우 종래의 승객 식별시스템은 이러한 성인을 6세 정도의 유아로 판단할 가능성이 있다. 이 경우, 성인은 사고시 에어백에 의해 보호를 받지 못하게 된다. 반대로, 6세 정도의 유아가 성인으로 오인되는 경우도 발생될 수 있을 것이다.
또한, 종래의 승객 식별시스템은, 자체적인 오류를 진단할 수 있는 수단이 마련되어 있지 않다는 문제점이 있다. 사고 시, 에어백의 전개 여부는 승객의 생명과 관련된 것이므로, 위와 같은 오류 가능성들은 반드시 제거되어야 할 것이다.
또한, 종래의 승객 식별시스템은, 센서가 내장된 플라스틱 매트를 시트 커버 하부에 설치하거나, 별도의 구조물을 시트에 설치하여야 하므로, 시트 디자인을 제약하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 필요시 정확히 에어백이 전개될 수 있도록 승객 식별의 오류 가능성을 감소시킨 승객 식별시스템을 제공함에 있다.
또한, 다양한 상황에서 발생될 수 있는 승객 식별의 오류를 방지하기 위하여 자가 진단 능력을 갖는 승객 식별시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 시트 디자인을 제약하지 않는 새로운 형태의 승객 식별시스템을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 승객 식별시스템은, 시트에 앉은 승객에 의해 발생되는 전류 변화를 측정하고, 이 전류 변화를 이용하여 승객의 착석 유무 및 종류를 판단한다. 여기서, 전류 변화의 측정은, 차체와 시트 커버 아래에 설치된 도체 간에 형성되는 정전용량이 시트에 앉은 승객의 유전율에 따라 변화되고, 그에 따라 전하량이 변하는 것을 측정함에 의해 가능할 것이다.
본 발명에 따른 승객 식별시스템은, 승객의 무게 대신 전류를 측정하여 승객을 식별하므로, 박판의 전도성 물질이나 전도성이 우수한 재료가 도포된 헝겊 등을 재료로 사용할 수 있어 시트 디자인의 자유도를 제한하지 않는다. 또한, 전류 변화의 측정을 통한, 시스템의 자가 이상진단이 가능해진다. 시스템의 자가 이상진단은 주기적으로 행해질 필요가 있다.
위와 같은 승객의 종류나 시스템의 자가 진단은, 연속적으로 복수회 측정된 전류값을 미리 설정된 비교값들과 비교함에 의해 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 가변적인 상황하에서, 우연히, 시스템이 잘못된 판단을 하는 것을 최소화하기 위해서이다.
한편, 본 발명에서는, 에어백 미전개의 대상을 6세 이하 유아에서 1세 이하의 영아로 변경한다. 이 경우, 3세, 6세의 유아에 대해서도 에어백이 전개되므로, 에어백의 전개로 인한 이들 유아의 상해치를 충분히 저감시켜야 하는 부담이 있다. 그러나, 최근 들어, 종래 보다 소프트한 에어백의 개발이 활발하게 이루어지고 있어, 위와 같은 에어백 미전개 대상의 기준의 변경은 매우 긍정적이다. 또한, 에어백 미전개의 대상이 1세 이하의 영아로 설정되므로, 시스템이 자세의 변경으로 인하여 성인을 유아로 오인하는 문제 등을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 이러한 기준변경의 유익성은, 도 3을 참조하면 용이하게 파악된다. 즉, 유아와 성인 사이의 갭이 종래 보다 상당히 넓으므로, 시스템의 식별 오류 가능성이 감소된다. 갭, 즉 그레이존(gray zone) 내에서의 승객 식별 방법은 후술될 것이다.
본 발명에 따른 승객 식별시스템은, 1세 이하의 유아와 성인을 구별하는 무게간의 갭, 즉 그레이존이 확대되므로 승객 식별의 오류 가능성이 감소되며, 필요에 따라 에어백이 정확히 전개되도록 할 수 있다. 또한, Athd 부근의 전류값을 갖는 승객의 경우, 자세나 기타 조건에 따라 에어백의 전개 여부가 자주 바뀌게 되는 것이 방지되므로, 승객 식별의 오류가 방지될 뿐만 아니라 소비자의 신뢰도가 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 승객 식별시스템은, 승객을 감지하는 센서 주변의 수분상태 또는 시스템의 노후화로 인한 오작동 여부를 진단하고 경고를 하므로, 시스템에 대한 소비자의 신뢰도 향상되며 잘못된 승객 식별로 인한 사고 발생을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 승객 식별시스템은, 전류량의 변화를 측정하는 센서를 이용하고, 이러한 센서의 재료로 금이나 은이 도포된 헝겊과 같은 재질도 사용할 수 있으므로, 시트 디자인을 제약하지 않는다는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 승객 식별시스템에 대하여 살펴본다.
도 4 및 도 5를 참조하여 승객 식별시스템의 구성을 살펴본다.
시스템은, 크게 보아, 시트에 앉은 승객으로 인하여 발생되는 전류 변화를 측정할 수 있는 디텍터(50)와, 이 디텍터(50)에서 측정된 전류량에 따라 승객을 식별하는 제어기(60)로 구성된다.
디텍터(50)는, 전류변화를 측정하는 센싱부(10) 및 전류계(20), 교류전원(30), 그리고 스위칭회로(40)로 구성된다.
센싱부(10)는, 시트 커버 하부에 설치되어 시트에 앉은 승객으로 인하여 센싱부(10) 상부에 발생되는 전하량 변화를 전류계(20)로 그대로 전달하는 기능을 한다. 이러한 센싱부(10)는, 서로 전기적으로 연결된 상부의 센싱도체(11)와 하부의 가드도체(12) 사이에 절연체(13)가 개재된 구성으로 이루어진다. 센싱도채(11)는 전도성이 우수한 금박이나 은박, 혹은 이들 전도성 물질이 도포된 헝겊으로 구성될 수 있다. 가드도체(14)는 센싱도체(11)의 하부에서 발생하는 전하량 변화로부터 센싱도체(11)를 차단하기 위하여 사용되는 것으로, 간단히 말하면, 센싱도체(11)가 그 상부에 앉은 승객으로 인한 전류변화 만을 전류계(20)에 전달하도록 하기 위한 부재이다. 이러한, 가드도체(14)는, 센싱도체(11)와 동일 혹은 유사한 재료로 구성 될 수 있다. 다만, 가드도체(14)는 센싱도체(11)를 그 하부의 차체(1) 등으로부터 차단할 수 있도록, 센싱도체(11) 보다 커야 한다.
한편, 센싱도체(11)와 가드도체(14)의 사이에는 다이오드(14)가 설치된다. 하부의 가드도체(14)로부터 상부의 센싱도체(11)로 전류가 흐르는 방향이 정방향이 되도록 다이오드(14)가 설치된다. 이 다이오드(14)는, 정상적인 상태에서는 정방향으로만 전류가 흐르고 역방향으로는 거의 전류가 흐르지 않도록 하며, 승객 식별시스템의 자가 이상진단에 유용하다.
전류계(20)는 센싱도체(11)의 후단에 설치되어 센싱도체(11)로부터 전달되는 전류량을 측정한다.
스위칭회로(40)는 4개의 스위치(41~44)를 갖는 회로로 구성되는데, 센싱부(10) 및 전류계(20)를 연결하여 이들과 하나 이상의 폐회로를 구성할 수 있다. 하나 이상의 폐회로 구성은, 4개의 스위치(41~44)의 선택적인 온/오프에 의해 이루어질 수 있다. 후술하게 될 시스템 사용예에 따르면, 스위칭회로(40)는 서로 상이한 3개의 폐회로를 구성할 수 있다.
스위칭회로(40)에는 교류전원(30)이 공급된다. 이 교류전원(30)은 배터리의 직류 전원을 교류로 변환하는 교류변환기일 수 있다.
제어기(60)는, 디텍터(50)에서 측정된 전류량을 비교값과 비교하여 승객의 착석 여부 및 승객의 종류를 판단하고, 그 판단 결과를 ACU 인터페이스(70)를 통해 에어백 제어 유닛(Airbag Control Unit: ACU) 송출한다. 제어기(60)는, ACU 인터페이스(70)와의 통신을 위한 구성으로서, 트랜스시버 회로를 포함할 수 있다.
한편, 시스템은 전자기 노이즈의 저감을 위한 EMI필터회로를 포함할 수 있다.
앞서의 도면과 함께, 도 6 및 도 7을 참조하여 승객 식별시스템을 이용한 승객 식별과정을 살펴본다.
승객 식별 루프가 시작되면, 제어기(60)는 제1, 2 스위치(41, 42)는 닫고, 제3, 4 스위치(43, 44)는 개방하고, 디텍터(50)에서 측정된 전류값(X)을 미리 설정된 아래의 비교값들과 비교하여 승객의 착석 여부 및 종류를 판단한다.
영점값: 시트에 승객이 앉지 않았을 때의 전류값.
유아 최대값(Acrs): 유아 보호장치에 의해 보호되는 1세 이하의 유아가 시트에 앉은 것을 가정할 경우의 전류량 최대값. 다수의 실험 및 통계적인 접근 결과를 기초로 최적화된 수치를 도출할 수 있을 것이다.
성인 최소값(Aadt): 성인이 시트에 앉은 것을 가정할 경우의 전류량 최소값. 유아 최대값과 마찬가지로 실험 및 통계 결과로부터 얻어질 수 있을 것이다.
경계값(Athd): 유아 최대값과 성인 최소값 사이의 전류값으로서, 유아 최대값과 성인 최소값 사이의 중간값으로 설정되는 것이 바람직할 것이다.
전류 측정값(X)과 비교값의 비교에 따른 판정 기준은 아래와 같다.
X = 영점값: 승객 미착석
영점값 < X < Athd: 유아가 시트에 착석한 상태.
Athd ≤ X < Aadt: 성인이 시트에 착석한 상태.
도 6을 참조하여, 전류 측정값(X)과 비교값 간의 비교 및 판정방법을 일부 살펴본다.
제어기(60)는, 전류 측정값(X)이 성인 최소값(Aadt) 이상인지 복수회 연속하여 확인한다. 예로서, 디텍터(50)에서 연속하여 3회 측정한 정방향 측정 전류값이 각각 성인 최소값(Aadt) 이상인지 확인한다. 3회 연속 “예”인 경우 성인으로 판정하고, ACU에 보조석 에어백 온(Passenger Air Bag ON: PAB ON) 신호를 송출한다. 반대로 3회 연속 “아니요”인 경우에는, 전류 측정값(X)이 유아 최대값(Acrs)을 초과하는지 3회 연속 확인한다. 이때, 3회 연속 전류 측정값(X)이 유아 최대값(Acrs)을 초과하는 경우, 1세 이하의 유아로 판정하고, ACU에 PAB OFF 신호를 송출한다.
한편, 도 7에서 보듯이, 측정된 전류값이 경계값(Athd) 부근(X1, X2)인 경우, 시스템의 판정이 부정확해질 수 있다. 측정값이 경계값에 근접한 값일 경우, 승객의 자세 변경 등에 따라 시스템의 승객 판정이 수시로 바뀔 수 있기 때문이다. 이러한 판정의 오류는 극히 예외적인 상황에서 발생되는 것이겠지만, 시스템에 대한 소비자 불신의 원인이 되므로, 반드시 제거될 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 경우, 아래와 같이 구분하여 승객의 종류를 판정한다.
Acrs ≤ X < Athd: 이후 측정되는 전류값이 성인 최소값(Aadt) 이상이 되어야 성인으로 판단을 변경하고, ACU에 PAB ON 신호를 송출한다.
Athd ≤ X < Aadt: 이후 측정되는 전류값이 유아 최대값(Acrs) 이하가 되어야 유아로 판단을 변경하고, ACU에 PAB OFF 신호를 송출한다.
위 경우에도 연속하여 복수회 검출된 측정 전류값을 비교값과 비교할 필요가 있다.
한편, 이상 설명된 승객 식별과정에서 측정된 전류값(X) 및 비교값은 정방향 전류값이다. 다만, 승객 식별루프의 실행은 다이오드(14)가 없더라도 가능하다는 점이 인식될 필요가 있다.
앞서의 도면에 부가하여, 도 8과 도 9를 참조하여 승객 식별시스템의 자가 이상진단 과정에 대하여 살펴본다.
도 8은 센싱부(10)의 과다 수분 인한 시스템 오류의 진단과정을 설명하기 위한 도면이다.
센싱부(10)에 수분이 과다한 경우, 전류계(20)에서 측정된 전류값이 증가하고 그에 따라 시스템은 유아가 시트에 앉아 있음에도 불구하고 성인으로 오인할 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 시스템은 정기적으로 도 8에 도시된 수분 오류 진단루프를 실행한다.
*수분 오류 진단루프가 시작되면, 제 1, 3스위치(41,43)가 닫히고, 제2, 4 스위치(42,44)가 개방된다. 그리고, 제어기(60)는, 다이오드(14)의 역방향으로 흐르는 전류값(Y)이 미리 설정된 비교 역전류값(L) 이상인 경우, 승객 식별 시스템에 오류가 있는 것으로 판단하고 에어백 제어 유닛으로 경고신호를 송출한다. 비교 역전류값(L)은 수분 이상이 없는 상태의 역방향 전류값으로서, 다이오드(14)로 인해 대체로 0에 가까운 값을 갖는다. 이 경우에도, 전류값(Y)의 측정 및 비교 역전류값(L)과의 비교는 연속하여 복수회 실시한다.
도 9는 센싱부(10)의 노후화로 인한 시스템 오류의 진단과정을 설명하기 위한 도면이다.
센싱부(10) 또는 스위칭회로(40)가 노후화되거나 손상되는 경우, 저항값이 증가하게 된다. 이 경우, 시트에 유아가 앉아 있음에도 불구하고 성인으로 오인될 수가 있으므로, 시스템은 정기적으로 노후화 오류를 진단할 필요가 있다.
시스템의 노후화 오류 진단루프가 시작되면, 제 2, 4스위치(42,44)가 닫히고, 제1, 3 스위치(41,43)가 개방된다. 그리고, 제어기(70)는, 다이오드(14)의 순방향으로 흐르는 전류값(Z)이 미리 설정된 비교 순전류값(M) 이하인 경우, 승객 식별 시스템에 오류가 있는 것으로 판단하고 에어백 제어 유닛으로 경고신호를 송출한다. 여기서, 비교 순전류값(M)은, 센싱부(10) 등이 양호한 상태일 때의 다이오드 정방향으로의 전류값에 해당한다. 전류값(Y)의 측정 및 비교 순전류값(M)과의 비교는 연속하여 복수회 실시한다.
도 1은 종래의 에어백 전개 기준을 설명하기 위한 도면,
도 2은 도 1에서의 에어백 전개 기준의 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 승객 식별 시스템의 에어백 전개 기준을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 승객 식별 시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 5는 도 4에 도시된 승객 식별 시스템의 사용 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 4에 도시된 승객 식별 시스템을 이용한 승객 식별과정의 설명을 위한 순서도,
도 7은 도 6에 도시된 순서도에 따른 승객 식별에 있어 승객의 식별이 애매한 경우에 적용되는 특징적인 승객 식별 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 승객 식별 시스템의 자가 이상진단 과정의 설명을 위한 순서도,
도 9는 도 4에 도시된 승객 식별 시스템의 또 다른 자가 이상진단 과정의 설명을 위한 순서도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 차체 10: 센싱부
11: 센싱도체 12: 가드도체
13: 절연체 14: 다이오드
20: 전류계 30: 교류전원
40: 스위칭회로 41~44: 제1~제4 스위치
50: 디텍터 60: 제어기
70: ACU 인터페이스

Claims (6)

  1. 시트에 설치되며, 시트에 앉은 승객에 의해 발생되는 전류 변화를 감지하는 디텍터(50); 및
    상기 디텍터(50)에서 측정된 전류값을 이용하여 승객의 착석 유무 및 종류를 판단하고, 그 판단 결과를 에어백 제어 유닛으로 송신하는 제어기(70);를 포함하되,
    상기 디텍터(50)는,
    상기 시트의 커버 하부에 설치되며, 서로 전기적으로 연결된 센싱도체(11)와 가드도체(12) 사이에 절연체(13)가 개재된 센싱부(10);
    상기 센싱부(10)로부터의 전류량을 측정하는 전류계(20); 및
    교류전원(30)이 공급되며, 센싱부(10) 및 전류계(20)를 연결하여 이들과 하나 이상의 폐회로를 구성할 수 있는 스위칭 회로(40);를 포함하며,
    상기 스위칭 회로(40)에는 센싱도체(11)와 가드도체(12)의 사이에 일방향 전류가 흐르도록 하기 위한 다이오드(14)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(70)는, 측정 전류값(X)을 미리 설정된 영점값, 유아 최대값(Acrs), 성인 최소값(Aadt), 유아 최대값과 성인 최소값 사이의 경계값(Athd)과 비교하여, X = 영점값일 때는 승객 미착석, 영점값 < X < Athd일 때는 유아, Athd ≤ X < Aadt일 때는 성인으로 판단하되,
    Acrs ≤ X < Athd의 경우, 이후 측정되는 전류값이 성인 최소값(Aadt) 이상이 되어야 성인으로 판단을 변경하고,
    Athd ≤ X < Aadt의 경우, 이후 측정되는 전류값이 유아 최대값(Acrs) 이하가 되어야 유아로 판단을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제어기(70)는, 적어도 승객의 종류 판단시, 연속적으로 복수회 측정된 전류값을 미리 설정된 비교값들과 비교하여 승객의 종류를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(70)는, 스위칭회로(40)의 스위치들을 선택적으로 온/오프하여, 다이오드(14)의 역방향으로 흐르는 전류값(Y)이 미리 설정된 비교 역전류값(L) 이상인지를 판단하고, 그럴 경우, 승객 식별 시스템에 오류가 있는 것으로 판단하고 에어백 제어 유닛으로 경고신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기(70)는, 스위칭회로(40)의 스위치들을 선택적으로 온/오프하여, 다이오드(14)의 순방향으로 흐르는 전류값(Z)이 미리 설정된 비교 순전류값(M) 이하인지 판단하고, 그럴 경우, 승객 식별 시스템에 오류가 있는 것으로 판단하고 에어백 제어 유닛으로 경고신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 제어기(70)는, 연속적으로 복수회 측정된 전류값을 미리 설정된 비교값과 비교하여 시스템의 오류 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 승객 식별 시스템.
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