KR20130041830A - 정전용량형 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

차량을 위한 정전용량형 센서 시스템이 제공되며, 이 시스템은 신호 발생기, 신호 검출기, 및 프로세싱 디바이스를 포함한다. 이 센서 시스템은 또한 시스템에 대해 가상 외부 어스로서의 역할을 하도록 구성된 어스 안테나를 포함하고, 여기서 어스 안테나는 신호 발생기에 전기적으로 연결됨과 아울러 소정의 크기를 갖고, 그리고 차량의 섀시로부터 전기적으로 절연됨과 아울러 그라운드 표면으로부터 소정의 거리에 위치하도록 차량에 배치된다. 이 시스템은 적어도 2개의 정전용량형 센서 소자들과 선택기 디바이스를 포함하고, 여기서 정전용량형 센서 소자들 각각은 검출 구역을 정의하고 차량의 섀시로부터 갈바닉적으로 분리되도록 배치되며, 선택기 디바이스는 선택기 디바이스에 인가되는 제어 신호에 근거하여 소정의 검출 구성에 따라 상기 정전용량형 센서 소자들을 연결시키도록 되어 있다. 신호 발생기는, 주파수 및 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키고, 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 외부 가상 어스 사이에 센서 신호를 인가하도록 구성되며, 신호 검출기는 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 외부 가상 어스 간의 전위의 크기를 검출 및 결정하고 이러한 검출 및 결정에 근거하여 측정 신호를 발생시키도록 구성되며, 측정 신호는 프로세싱 디바이스에 전달된다. 프로세싱 디바이스는 측정 신호를 프로세싱하고 프로세싱된 측정 신호를 경보 시스템에 전달하도록 구성되며, 경보 시스템은 프로세싱된 측정 신호에 근거하여 하나 이상의 경보 신호들을 발생시키도록 구성된다.

Description

정전용량형 센서 시스템{CAPACITIVE SENSOR SYSTEM}

본 발명은, 예를 들어 차량 가까이 있는 보행자 및 자전거 운행자를 검출하기 위한 시스템을 포함한다. 이 기술은, 차량 외부의 보이지 않는 구역에서 보행자 및 자전거 운행자의 검출이 가능하도록 하는 정전용량형 센서 소자(capacitive sensor element)들의 사용에 기반을 두고 있다. 본 발명은 또한 차량의 증대된 모니터링 구역으로 쉘 보호(shell protection)을 달성하는데 적용가능하다.

고중량의 차량과 피보호 도로의 이용자 간의 사고는 중요한 사회적 문제다. 트럭이 관련된 사고에서 전체 사망자 중 약 30%는 이러한 종류의 사고에 속한다. 다양한 차량 제조사들은 비보호 도로의 이용자들을 검출하고 이들에 대해 운전자에게 경고하기 위한 다양한 시스템들을 최근 제안하고 있다. 이러한 시스템들은 주로 카메라 기반의 솔루션(camera-based solutions)을 사용하는데, 여기서 이미지 프로세싱 알고리즘은 카메라 이미지 내에서 보행자 및 자전거 운행자를 식별하고 이들의 거리, 방향 및 이동속도를 계산한다. 다른 센서 기술, 예를 들어, 레이더, 레이저, 초음파, 수동 및 능동형 IR 센서 등을 사용하는 시스템들이 또한 존재한다. 그러나, 고중량 차량의 경우에는 상황이 매우 다르며, 트럭에 적합한 시스템으로서 현재 시장에 나와 있는 시스템은 극소수에 불과하다. 이들은 주로 카메라 및 초음파에 기반을 둔 다양한 연구 프로젝트에서 테스트되어 왔다.

밀접하게 관련된 분야는 트럭(trucks), 트레일러(trailers), 및 세미트레일러(semitrailers)에 침입 및 이로부터의 도난에 관한 것으로, 이것은 현재 고가의 물품이 도로를 통해 운반되고 있는 상황에서 상대적으로 보호를 받지 못하기 때문에 현재 매우 중요한 문제가 되고 있다. 이러한 도난 및 침입은 화물수송 회사 및 보험 회사에 상당량의 비용을 유발시킨다. 이로 인해 운전자들은 또한 트럭에서 수면을 취할 때 불안을 느끼게 된다. 침입 및 도난으로부터 차량을 보호하기 위해 잠금 시스템 및 경보 시스템이 일반적으로 사용되지만, 오늘날의 시스템들은 여러 한계를 가지고 있고, 이로 인해 만족스러운 보호를 달성하는 것은 어렵다.

트럭, 트레일러, 및 세미트레일러 주변의 선택된 구역을 모니터링하기 위한 좋은 해법은 현재 존재하지 않는다. 트레일러 및 세미트레일러가 갖는 문제는, 이들이 모니터링을 위한 센서들을 갖출 필요가 있다는 것과, 그리고 이들이 트랙터 유닛의 모니터링 시스템과 통합돼야만 한다는 것이다. 이러한 문제에 대한 알려진 해법은 국제공개공보 WO 2008/1210141에 기재되어 있는바, 이 특허문헌은 차량(특히, 길이가 긴 차량)을 위한 모니터링 및 통신 시스템에 관한 것이다. 차량에 있는 램프 유닛(lamp units), 예를 들어, 경고 램프 및 위치 램프에는, 센서로부터의 출력 신호를 중앙 유닛에 무선으로 전달하기 위한 통신 유닛 및 모니터링 센서가 제공된다. 각각의 센서는 모니터링 구역 내의 물체 혹은 움직임의 검출을 위해 모니터링 구역을 정의한다. 센서는 예를 들어 초음파 센서, 도플러 센서, 혹은 레이더 센서일 수 있다. 국제공개공보 WO 2008/121041은 차량(특히, 길이가 긴 차량의 경우)을 모니터링하기 위한 센서들이 서로 어떻게 통신할 것인지에 관한 문제의 해법을 기재하고, 그리고 이 해법은 무선 네트워크의 사용을 포함하는바, 이것은 예를 들어 세미트레일러 상에 배치되는 추가의 램프 유닛에 의해 보충이 용이하다. WO 2008/121041에 따른 해법의 단점은, 트랙터 유닛의 모니터링 시스템에 맞도록 컴포넌트 및 기술의 개조가 필요하다는 점에서 상대적으로 비용이 많이 든다는 것이다.

미국공개공보 US 2006/0250230은 주차된 차량을 위한 모니터링 및 경보 디바이스의 동작 방법을 기재한다. 이 디바이스는, 활성 구역 내에서 차량과 임의의 접근하는 물체 간의 거리를 결정하기 위한 센서 유닛과, 그리고 제어 유닛에 연결되어 물체가 차량에 다가올 때 활성화되는 리액션 디바이스(reaction device)를 포함한다. 활성 구역은 적어도 바깥쪽의 제 1 서브구역 및 안쪽의 제 2 서브구역으로 나누어진다. 리액션 디바이스는, 제 2 서브구역에서의 양, 타입, 밀도, 및/또는 시퀀스에 관한 활성화와 비교하여, 제 1 서브구역에서의 양, 타입, 밀도 및/또는 시퀀스에 관해 점진적으로 활성화된다.

미국공개공보 US 2007/0205775는 표면에 분포된 복수의 정전용량형 프로브(capacitive probe)들에 의해 물체 위치의 정전용량적 결정을 행하는 디바이스를 기재한다(물체의 위치를 표면에 대해 상대적으로 결정하도록 되어 있음). 이러한 디바이스에 따르면, 각각의 프로브는 결합 커패시턴스를 통해 전압원에 연결되어 공급 전압을 공급받을 수 있고, 그리고 평가 디바이스가 프로브에 연결되도록 제공되어 프로브 신호를 출력 신호로 변환시키게 되는데, 이 출력 신호는 물체 위치의 측정치로서의 역할을 한다.

정전용량형 근접 센서는 물체에 접촉함이 없이 물체를 검출하는 근접 센서로 지칭되는 센서 카테고리에 속한다. 다른 근접 센서는 광전형 및 유도형 근접 센서이다. 정전용량형 근접 센서는 물체의 유전 특성에 기반하여 물체를 검출하며, 그리고 이러한 특성을 이용하는 많은 응용 영역을 갖는다.

정전용량형 근접 센서의 메인 컴포넌트는 커패시터 플레이트(capacitor plate)(즉, 커패시터의 반쪽)다. 간단히 말하면, 커패시터는 유전 물질로 분리된 두 개의 전도성 플레이트들로 구성된다. 이러한 플레이트들에 인가된 전압차는 유전 물질을 가로질러 전기장을 생성한다. 이러한 전기장은 전하들을 저장하고, 그리고 만약 에너지원이 없어지면 전기장도 없어지고 아울러 자신의 에너지를 전압 형태로 방출하는바, 이 전압은 초기 레벨로부터 제로(0)를 향해 점근적으로 떨어진다. 전하를 저장하는 커패시터의 능력은 커패시턴스로 지칭되고, 패럿(farads) 단위로 측정되는데, 그 양은 커패시터 플레이트의 단면적, 커패시터 플레이트 간 거리, 및 유전 물질의 유전 상수에 따라 달라진다. 물(water)은 매우 높은 유전 상수(약 80)를 가지며, 반면 공기(air)는 낮은 유전 상수(약 1)를 갖는다. 대부분의 물질의 유전 상수는 이러한 값들 사이에 있다.

따라서, 정전용량형 센서는 커패시터의 반쪽(즉, 커패시터 플레이트)이다. 플레이트 앞을 지나가는 물체는 또 다른 커패시터 플레이트로서의 역할과 유전 물질로서의 역할을 동시에 하고, 정전용량형 센서는 이러한 상황으로부터 일어나는 커패시턴스를 측정한다. 공기에 대한 유전 상수와는 다른 유전 상수를 갖는 임의의 이러한 물체가 적어도 단거리에서 검출될 수 있다. 그 다음에, 커패시턴스에서의 변화를 측정하기 위해 측정 디바이스가 제공될 수 있고, 측정 디바이스는, 예를 들어, 물체와 플레이트 간의 거리에 근거하여 설정되는 소정의 임계값들을 가질 수 있다. 정전용량형 센서의 전형적인 응용은 식품 산업에서의 응용인바, 여기서 정전용량형 센서는 식품 용기가 가득 차 있는지 여부를 검출하기 위해 바람직하게 사용된다.

정전용량형 근접 센서는 물체의 능력(전기적으로 대전되는 능력)에 근거하여 물체를 검출할 수 있다. 비전도성 물질도 전기적으로 대전될 수 있기 때문에, 모든 물체가 이런 타입의 센서로 검출될 수 있다.

도 1은 오실레이터를 포함하는 정전용량형 센서 디바이스의 예를 도식적으로 나타내는바, 여기서 오실레이터에는 DC 전압이 인가되고 오실레이터는 AC 전류를 전류 센서를 통해 커패시터 플레이트에 전달한다. 커패시터 플레이트는 전하를 보유할 수 있는데, 왜냐하면 제 1 플레이트가 양으로 대전되어 있을 때, 음의 전하가 제 2 플레이트로 끌리게 되고 이것은 더욱더 많은 양의 전하가 제 1 플레이트에 공급될 수 있도록 하기 때문이다. 양쪽 플레이트들이 존재하고 서로 가깝게 있다면, 이들 중 하나가 많은 전하를 운반하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 정전용량형 센서는 플레이트들 중 단지 하나의 플레이트만을 포함하고, AC 전류부는 단지 이 플레이트에만 전류를 공급할 수 있거나 이 플레이트로부터의 전류를 운반할 수 있다(만약 가까운 곳에 반대 전하를 가질 수 있는 또 다른 플레이트가 존재한다면). 검출될 물체는 제 2 플레이트로서의 역할을 한다. 만약 물체가 센서 플레이트의 전하에 의해 영향을 받을 정도로 센서 플레이트에 충분히 가까이 있다면, 물체는 반대 전하를 획득할 것이며, 전류가 센서 플레이트에 공급될 수 있고 센서 플레이트로부터 운반될 수 있으며, 이 전류는 전류 센서에 의해 측정가능하다.

정전용량형 센서들이 차량 주변의 물체를 검출하는데 사용될 때, 이러한 센서들의 단점 중 몇 가지는, 예를 들어 이 센서들이 방향성 감지를 하지 않는다는 점에서, 덜 중요하다. 실제 시스템은 차량 외부를 따라 규칙적인 간격으로 분포되는 많은 센서들을 구비한다. 이것이 의미하는 바는, 물체 가까이에 센서가 있는 경우에는 언제나(상대적으로 한정된 범위에 있으면 충분함), 이 물체를 검출한 센서의 위치결정에 의해 해당 물체는 센서에 의해 그 위치가 언제나 결정될 수 있음을 의미한다.

방향성 감도가 약하기 때문에, 정전용량형 센서는 주변환경(이러한 주변환경은 항상 존재하는 것이어서 관계 없음) 내에 있는 물체들로부터 특정 커패시턴스를 측정한다. 센서가 차량에 장착될 때, 센서는 차량 자체와 외부 어스(external earth)를 검출한다. 이러한 배경 커패시턴스에서의 증가로서 미지의 물체들이 검출된다. 그러나, 일 미터 거리에서, 커패시턴스의 변화는 배경 커패시턴스보다 10의 거듭제곱 수만큼 훨씬 더 작다. 이러한 배경 커패시턴스는 측정치로부터 공제될 수 있도록 결정돼야만 한다.

배경 커패시턴스는 물체의 커패시턴스와 관련해 상당량 존재하고, 또한 드리프트(drift)하기 때문에, 미지의 물체의 절대적인 존재 혹은 부존재를 검출하는 것보다 주변환경에서의 변화를 검출하도록 센서를 사용하는 것이 훨씬 더 간단하다. 배경 커패시턴스에서의 변화의 크기는 주변환경이 얼마나 안정적인가에 달려있다.

변화를 검출하는 사용 모드에서, 센서는 존재를 검출하는 검출기로서 고려되는 것이 아니라, 오히려 존재의 변화를 검출하는 검출기로서 고려돼야 한다.

본 발명의 목적은 트럭 및 버스 양쪽 모두에 설치함에 있어 간단하고 비용이 저렴하며 특히 차량 가까이 있는 사람, 자전거 운행자 및 보행자의 검출 가능성이 향상된다는 점에서 안전성을 향상시키는 센서 시스템을 제시하는 것이다.

앞서의 목적은 독립청구항에 의해 정의되는 본 발명을 통해 달성된다.

바람직한 실시예들이 종속청구항들을 통해 정의된다.

따라서, 본 발명은 차량을 위한 정전용량형 센서 시스템(capacitive sensor system)을 포함하는바, 이 시스템은 신호 발생기, 신호 검출기, 및 프로세싱 디바이스를 포함한다. 이 센서 시스템은 또한, 시스템에 대해 가상 외부 어스(virtual external earth)로서의 역할을 하도록 구성된 어스 안테나(earth antenna)를 포함하고, 여기서 어스 안테나는 신호 발생기에 전기적으로 연결됨과 아울러 소정의 크기를 갖고, 그리고 차량의 섀시(chassis)로부터 전기적으로 절연됨과 아울러 그라운드 표면(ground surface)으로부터 소정의 거리에 위치하도록 차량에 배치된다. 이 시스템은 또한 적어도 2개의 정전용량형 센서 소자들과 선택기 디바이스를 포함하는바, 여기서 정전용량형 센서 소자들 각각은 검출 구역을 정의하고 차량의 섀시로부터 갈바닉적으로(galvanically) 분리되도록 배치되며, 선택기 디바이스는 선택기 디바이스에 인가되는 제어 신호에 따라 소정의 검출 구성을 따라서 상기 정전용량형 센서 소자들을 연결시키도록 되어 있고, 신호 발생기는, 주파수 및 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키고, 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 외부 가상 어스 사이에 센서 신호를 인가하도록 구성된다. 신호 검출기는 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 외부 가상 어스 간의 전압의 크기를 검출 및 결정하고 이러한 검출 및 결정에 근거하여 측정 신호(measurement signal)를 발생시키도록 구성되며, 측정 신호는 프로세싱 디바이스에 전달된다. 프로세싱 디바이스는 측정 신호를 프로세싱하고 프로세싱된 측정 신호를 경보 시스템(alarm system)에 전달하도록 구성되며, 경보 시스템은 프로세싱된 측정 신호에 근거하여 하나 이상의 경보 신호들을 발생시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 정전용량형 센서 시스템은, 트럭 혹은 세미트레일러 가까이 다가가는(이로 인해 그라운드(ground)에 대한 커패시턴스를 증가시키는) 도로 이용자, 자전거 운행자 또는 보행자에게 특히 적합하다. 이것의 결과는 분할된 전압의 증가이고, 결과적으로 도로 이용자를 검출한 센서 소자로부터의 측정 신호에서의 변화이다.

정전용량형 센서 시스템은 또한, 센서 소자들에 의해 차량 주변에 생성되는 구역 내의 침범을 검출할 수 있도록 한다. 이러한 센서 시스템은 예를 들어, 차량의 모니터링 시스템에 연결될 수 있으며, 여기서 모니터링 시스템은 예를 들어, 광(light) 혹은 소리(sound)를 사용하거나 또한 텔레매틱스(telematics)를 통해 경보(alarms)를 생성한다. 이 기술은, 센서 소자들이 장착된, 임의의 트레일러 혹은 세미트레일러와 함께 차량의 일부분을 보호한다.

본 발명은 다음과 같은 다양한 이점들을 제공한다.

센서 소자들은 자전거 운행자/보행자의 위치를 결정하기 위해 사용될 뿐만 아니라 차량 주변의 선택된 구역 내에서의 쉘 경보 및 움직임 경보를 위해 사용될 수 있다.

서로 다른 구역 및 거리에 따른 경고 신호들이 구성될 수 있다.

본 발명은 비용이 저렴하고, 로버스트(robust)한 해법이며, 오염, 날씨, 바람에 영향을 받지 않는다.

도 1은 정전용량형 센서 디바이스의 예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명이 구현된 세미트레일러를 구비한 트럭을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 정전용량형 센서 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 신호들을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 센서 소자들을 구비하고 있는 트럭의 전면부를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 실행이 이루어지는 다양한 측정 구역들을 예시한 트럭의 도식적 도면이다.

도 2는 본 발명이 구현된, 세미트레일러를 구비한 트럭을 도식적으로 나타낸 도면이다. 정전용량형 센서 시스템은 신호 발생기, 신호 검출기 및 프로세싱 유닛을 포함하는바, 이들 모두는 참조번호 1로서 함께 표시되어 있고 적어도 2개의 센서 소자들(7)(도면에서는 3개)에 연결됨과 아울러 어스 안테나(earth antenna)(4)를 통해 가상 어스(3)에 연결된다. 차량의 섀시 어스는 차량 섀시의 임의의 바람직한 어스 포인트(earth point)이다. 도면에서, 그라운드 표면에 대한 어스 안테나 및 센서 소자들의 정전용량적 연결은 파선으로 표시되어 있다.

어스 안테나(4)는 예를 들어, 그라운드(외부 어스)에 가깝게 위치한 플레이트(plate) 혹은 케이블(cable)이다.

바람직한 실시예에 따르면, 어스 안테나는 차량의 아랫면에 장착되도록 구성되며 예를 들어 평평한 표면을 갖는 금속 플레이트를 포함하는바, 이는 본질적으로 차량의 아랫면에(예를 들어, 연료 탱크의 아랫면에) 수평으로 장착되기 위한 것이다. 이러한 형태의 안테나의 크기는, 특히 세미트레일러를 구비한 트럭에 구현될 때, 시스템에 대해 원하는 감도를 달성하기 위해 적어도 약 1 ㎡이어야 한다. 차량의 아랫면 상의 다른 위치도 또한 당연히 가능하다. 어스 안테나는 또한 서로 전기적으로 연결된 복수의 플레이트들을 포함할 수 있다. 추가적 실시예에 따르면, 어스 안테나는 차량의 연료 탱크의 적어도 일부분 혹은 전체의 형태를 갖는다. 당연한 요건으로서, 연료 탱크의 적어도 일부분 혹은 전체는 섀시 어스로부터 절연돼야한다. 섀시 어스는 트럭에 대해 대략 수 nF의 커패시턴스를 가지며, 반면 안테나 플레이트(어스 안테나(4))는 그라운드에 대해 대략 10의 2 거듭제곱보다 작은 커패시턴스(즉, 대략 10 pF(0.01 nF))를 가질 수 있다. 어스 안테나(4)는 바람직하게는, 그라운드에 대해 가능한 한 큰 커패시턴스를 가져야 한다. 어스 안테나는 적어도 1 ㎡의 표면을 갖고, 바람직하게는 약 1.5 ㎡의 표면을 갖는다.

프로세싱 유닛으로부터의 출력 신호는, 각각의 센서 소자들(7)과 외부 어스(3) 간의 전위차 △V, 그리고 물체(5)(예를 들어, 사람)가 가까이 다가올 때의 그 전위 변화를 측정함으로써 발생되는 기준값이다. 이 전위차를 검출하고 어떻게 변하는가를 검출함으로써, 물체가 센서 소자 가까이 있는지 여부를 검출하는 것이 가능하다. 물체가 가까워지면 질수록, 전위차는 더 커지게 되고, 이것은 보행자가 차량에 얼마나 근접했는지 혹은 침입의 정도(즉, 물체가 차량에 얼마나 가까이 있는지의 정도)를 검출하는 것을 가능하게 한다.

그 다음에, 프로세싱 디비이스는 도로 이용자의 근접 혹은 침입을 예를 들어, 전기적으로 혹은 무선으로 차량의 모니터링 시스템(6)(혹은 경보 시스템)에 전달하는바, 이 모니터링 시스템(6)(혹은 경보 시스템)은 검출된 상황에 적합한 경보를 발생시킨다.

본 발명이 도 3을 참조하여 아래에서 설명되는바, 도 3은 본 발명에 따른 정전용량형 센서 시스템의 블록도이다.

이에 따라, 차량을 위한 정전용량형 센서 시스템은 신호 발생기, 신호 검출기 및 프로세싱 디바이스를 포함한다. 이 시스템은 또한 시스템에 대해 가상 외부 어스로서의 역할을 하도록 구성된 어스 안테나를 포함하고, 여기서 어스 안테나는 신호 발생기에 전기적으로 연결됨과 아울러 소정의 크기를 갖고, 그리고 차량의 섀시로부터 전기적으로 절연됨과 아울러 그라운드 표면으로부터 0.3 m 내지 0.8 m 범위 내에 있는 소정의 거리에 위치하도록 차량에 배치된다.

적어도 2개의 정전용량형 센서 소자들이 제공되며, 정전용량형 센서 소자들 각각은 검출 구역(구역 1, 구역 2, 구역 n)을 정의하고 차량의 섀시로부터 갈바닉적으로(galvanically) 분리되도록 배치된다. 각각의 센서 소자들(센서 소자 1 내지 센서 소자 n)이 외부 어스에 대해 나타내는 커패시턴스는 C21, C22, C23 내지 C2n으로 지정되어 있다.

선택기 디바이스(멀티플렉서(multiplexer)(MUX))가 제공되며, 선택기 디바이스는 선택기 디바이스에 인가되는 제어 신호에 따라 소정의 검출 구성을 따라서 상기 정전용량형 센서 소자들을 연결시키도록 되어 있다. 제어 신호는 예를 들어, 상위 제어 시스템(superordinate control system)(미도시)에 의해 발생될 수 있다.

신호 발생기는, 주파수 및 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키고, 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 가상 외부 어스 사이에 센서 신호를 인가하도록 구성된다. 신호 검출기는 또한, 연결된 센서 소자 각각과 가상 외부 어스 간의 전압의 크기를 검출 및 결정하고 이러한 검출 및 결정에 근거하여 측정 신호(measurement signal)를 발생시키도록 구성되며, 이 측정 신호는 프로세싱 디바이스에 전달된다.

프로세싱 디바이스는 측정 신호를 프로세싱하고 프로세싱된 측정 신호를 경보 시스템(alarm system)(혹은 모니터링 시스템(monitoring system))에 전달하도록 구성되며, 자체적으로 경보 시스템은 프로세싱된 측정 신호에 근거하여 하나 이상의 경보 신호들을 발생시키도록 구성된다.

신호 발생기는 바람직하게는, 2 kHz 내지 20 kHz 범위 내에 있는 주파수 및 2 V 내지 20 V 범위 내에 있는 진폭을 갖는 센서 신호(더 바람직하게는 약 10 kHz의 주파수 및 약 10 V의 진폭을 갖는 센서 신호)를 발생시키도록 구성된다. 이러한 값들 외의 주파수 및 진폭을 갖는 센서 신호들도 당연히 사용될 수 있다. 가능한 한 좋은 신호대잡음비(signal-to-noise ratio)로 측정이 이루어지도록 하기 위해, 바람직한 실시예는 소위 주파수 호핑 기술(frequency hopping technology)(즉, 특정 패턴에 따라 주파수가 변하는 것)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 프로세싱 유닛은 각각의 센서 소자로부터의 측정 신호를 이 신호에 대한 미분계수(derivative)를 결정함으로써 프로세싱하고, 또 다른 실시예에 따르면, 프로세싱 유닛은 이 신호를 이 신호에 대한 절대값(absolute value)을 발생시킴으로써 프로세싱한다. 또 다른 실시예에 따르면, 프로세싱 유닛은 측정 신호를 증폭시키고 측정 신호에 대한 절대값을 발생시킴으로써 측정 신호를 프로세싱한다. 일 실시예에 따르면, 프로세싱 유닛은 측정 신호의 변화에 대한 미분계수를 결정함으로써 측정 신호를 프로세싱한다. 더 복합적 형태의 측정 신호 프로세싱이 또한 가능한데, 예를 들어, 측정 신호에 대한 두 개의 서로 다른 이동 평균값(sliding mean value)들(즉, 외부 환경에 적합한 느린 이동 평균값과, 측정 신호 자체인 빠른 이동 평균값) 간의 레벨차가 결정될 수 있다. 느린 이동 평균값과 빠른 이동 평균값을 갖는 측정 신호의 예가 도 4에 제시된다. 느린 이동 평균값(실선)을 갖는 신호에 있어서, 측정은 전형적으로 1초 이상의 시간 동안 검출된 값들에 근거한다. 빠른 이동 평균값(파선)의 경우에 있어서, 측정은 일 밀리초 이상 최대 50 ms의 시간 동안 수행된다. 본 도면에서, 진폭(A)에서의 차이는 쌍방향 화살표로 표시되어 있으며, 각각의 신호에 대한 미분계수도 표시되어 있다. 동일한 시점에서 진폭에서의 차이 및/또는 미분계수에서의 차이를 적절한 임계값들과 비교함으로써 고속의 신뢰가능한 검출이 이루어진다. 따라서, 경보 시스템은, 예를 들어, 각각의 센서 소자로부터의 진폭에서의 차, 및/또는 미분계수에서의 차이가 각각의 센서 소자에 대해 고유하게 할당된 하나 이상의 임계 레벨들과 비교되는 앞서 설명된 방법에 따라, 측정 신호 혹은 측정 신호에 의존하는 파라미터를 비교하고, 이러한 비교에 근거하여 하나 이상의 경보 신호를 발생시키도록 구성된다.

발생된 경보 신호 혹은 신호들은 일반적으로 해석돼야하는바, 하나의 응용에 따르면, 운전자가 그 지시된 어떤 위치에서 차량에 가까이 있는 보행자 혹은 자전거 운행자를 인식하도록 하는 그러한 신호를 의미할 수 있다. 또 다른 응용에 따르면, 센서 시스템이 쉘 보호로서 사용될 때, 경보 신호 혹은 신호들은, 권한이 없는 사람이 차량이 주차되어 있는 동안 차량에 접근하고 있는 것을 의미하는 신호일 수 있고, 그리고 센서 소자가 지시하는 특정 방향(센서 소자는 이 특정 방향을 특정적으로 모니터링함)으로부터 사람이 접근하고 있는 것을 의미하는 그러한 신호일 수 있다.

따라서, 정전용량형 센서 소자들을 연결시키는 것은, 검출 구성에 따라 이들을 연결시키는 선택기 디바이스의 사용을 포함한다. 검출 구성은 센서 소자들 각각의 연결에 대한 시점 및 지속기간을 포함한다. 이것은 바람직하게는 20 Hz 내지 100 Hz 범위 내에 있는 주파수로 실행되는바, 즉 각각의 센서 소자는 10 ms 내지 50 ms 범위 내에서 연결된다. 본 발명의 범위 내에 있는 관련된 특정 응용에 따라 이러한 범위 외의 연결 주파수, 즉 20 Hz보다 작거나 100 Hz보다 큰 주파수의 채택도 물론 가능하다. 추가적 실시예에 따르면, 서로 다른 센서 소자들에 대한 연결 시간의 존손기간의 길이는 다를 수 있다. 더욱이, 특정 센서 소자들은 더 높은 빈도로 연결될 수 있고, 이들은 가능하게는 차량의 전면부에 위치한다. 이러한 모든 것은 검출 구성을 통해 변경 및 설정될 수 있다.

따라서, 정전용량형 센서 소자들은, 차량 섀시로부터 갈바닉적으로 절연돼야하며, 바람직한 실시예에 따르면, 유효 검출기 표면(effective detector surface)이 형성되도록, 예를 들어, 루프(loop)들로 배열되는 절연된 전기전도체의 형태를 가질 수 있다. 만약 루프들이 상대적으로 서로 가깝게 배열된다면, (서로로부터 더 멀리 떨어진 루프들에서의 센서 소자와 비교할 때) 센서 소자의 영향력이 미치는 범위는 더 커지게 되지만 센서 소자에 의해 커버되는 구역은 더 좁아지게 된다(서로로부터 더 멀리 떨어진 루프들의 경우 소정 개수의 루프들로부터의 영향력이 미치는 범위는 더 짧아짐).

또 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 센서 소자들은 차량의 일부분의 형태를 가질 수 있는바, 예를 들어, 차량 섀시로부터 갈바닉적으로 절연된 전면부의 일부분의 형태, 범퍼(bumper) 전체 혹은 그 일부분의 형태를 가질 수 있거나, 또는 차량 하부에 무엇인가가 들어오는 것을 막기 위해 차량 측면을 따라 장착되는 소위 언더런 보호체(underrun protections)의 형태를 가질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 하나 이상의 센서 소자들은 보호가 요구되는 차량의 특정 부분(예를 들어, 연료 탱크, 배터리, 제논 램프(xenon lamps), 예비 램프(extra lamps), 혹은 자동차의 일부분 가까이)에 배치된다.

센서 소자들은 일반적으로 전기전도성 물질로 만들어지는바, 이러한 전기전도성 물질은, 예를 들어 보통의 전기케이블이나 전도성 페인트이며, 이것은 보호가 요구되는 자동차 바깥쪽 플라스틱 부분 안쪽에 위치할 수 있다. 센서 소자들의 이상적인 형상은 평평한 금속 디스크이고, 이것은 차량의 섀시로부터 절연된다.

본 명세서에서 설명되는 다양한 타입의 센서 소자는 모두 절연케이블에 의해 신호 발생기 및 신호 검출기에 전기적으로 연결될 필요가 있다. 케이블의 특정 부분(예를 들어, 차량의 섀시의 일부분을 지나가는 부분)은 차폐(screen)돼야만 한다. 신호대잡음비에 관해 최적의 측정 결과를 달성하기 위해, 바람직하게는 전체 케이블이 차폐돼야만 한다.

도 6은 본 발명에 따른 정전용량형 센서 시스템에 의해 생성되는 다양한 측정 구역들(Z1-Z6)이 도식적으로 제시된 트럭을 나타낸 도면이다. 측정 구역(Z1)은 차량의 전면부에 있는 영역을 포함하고 바람직하게는 대략적으로 최대 약 2 미터의 영향력이 미치는 범위를 갖는다. 차량의 우측에 있는 측정 구역들(Z2 및 Z3)은, 특정 응용에 있어서, 좌측에 있는 구역들보다 더 높은 감도로 검출을 행하도록 설정될 수 있다. 그 이유는 운전자의 차량 우측 시야 범위가 한정되어 있기 때문인바, 이것은 예를 들어, (운전자가 차량 내의 좌측에 앉아 있는 상태에서 우측으로 운행하는 경우) 우측으로 굽어진 곳에서 보행자 및 자전거 운행자와의 교통 위험 상황이 일어날 수 있음을 의미한다. 개개의 차량 각각에 적용가능한 요건에 따라 검출 구성을 변경함으로써, (예를 들어, 어떤 구역에 대한 검출 감도를 상승시킴에 있어) 특히 일어나기를 바라는 측정을 구성하는 것이 용이해진다. 도 6은 6개의 서로 다른 측정 구역들을 도시하고 있지만, 차량 가까이 있는 도로 이용자들의 위치를 결정함에 있어 더 높은 레졸루션(resolution)을 달성하기 위해 구역의 개수는 늘어날 수 있다.

본 발명은 앞서 설명된 바람직한 실시예들로만 한정되는 것이 아니다. 여러 가지 대안물, 수정물, 및 등가물이 사용될 수 있다. 따라서, 앞서의 실시예들은 첨부되는 청구항들을 통해 정의되는 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것으로서 고려돼서는 안 된다.

Claims (10)

1. 차량을 위한 정전용량형 센서 시스템(capacitive sensor system)(1, 4, 6, 7)으로서,
   상기 센서 시스템은, 신호 발생기, 신호 검출기, 및 프로세싱 디바이스를 포함하고,
   상기 센서 시스템은 상기 시스템에 대해 가상 외부 어스(virtual external earth)로서의 역할을 하도록 되어 있는 어스 안테나(earth antenna)(4)를 포함하고, 상기 어스 안테나는 상기 신호 발생기에 전기적으로 연결됨과 아울러 소정의 크기를 갖고, 그리고 상기 차량의 섀시(chassis)로부터 전기적으로 절연됨과 아울러 그라운드 표면(ground surface)으로부터 소정의 거리에 위치하도록 상기 차량에 배치되며,
   상기 시스템은 또한 적어도 2개의 정전용량형 센서 소자들(7)과 선택기 디바이스를 포함하고, 상기 정전용량형 센서 소자들 각각은 검출 구역을 정의하고 상기 차량의 섀시로부터 갈바닉적으로(galvanically) 분리되도록 배치되며, 상기 선택기 디바이스는 상기 선택기 디바이스에 인가되는 제어 신호에 근거하여 소정의 검출 구성에 따라 상기 정전용량형 센서 소자들을 연결시키도록 되어 있고,
   신호 발생기는, 주파수 및 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키고, 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 상기 가상 외부 어스 사이에 상기 센서 신호를 인가하도록 되어 있으며,
   상기 신호 검출기는 연결된 정전용량형 센서 소자 각각과 상기 가상 외부 어스 간의 전압의 크기를 검출 및 결정하고 상기 검출 및 결정에 근거하여 측정 신호(measurement signal)를 발생시키도록 되어 있으며, 상기 측정 신호는 상기 프로세싱 디바이스에 전달되고,
   상기 프로세싱 디바이스는 상기 측정 신호를 프로세싱하고 상기 프로세싱된 측정 신호를 경보 시스템(alarm system)(6)에 전달하도록 되어 있으며,
   상기 경보 시스템은 상기 프로세싱된 측정 신호에 근거하여 하나 이상의 경보 신호들을 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검출 구성은 상기 정전용량형 센서 소자들 각각의 연결에 대한 시점 및 지속기간을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 선택기 디바이스는 20 Hz 내지 100 Hz 범위 내의 주파수로 센서 소자들을 연결시키도록 되어 있어, 즉 각각의 센서 소자는 10 ms 내지 50 ms 범위 내에서 연결되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 경보 시스템은 각각의 센서 소자로부터의 상기 측정 신호를 각각의 센서 소자에 대해 고유하게 할당된 하나 이상의 임계 레벨들과 비교하고 상기 비교에 근거하여 하나 이상의 경보 신호들을 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 신호 발생기는 2 kHz 내지 20 kHz 범위 내에 있는 주파수 및 2 V 내지 20 V 범위 내에 있는 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 신호 발생기는 10 kHz의 주파수 및 10 V의 진폭을 갖는 센서 신호를 발생시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 센서 소자는, 유효 검출기 표면(effective detector surface)이 형성되도록 루프(loop)들로 배열되는 절연된 전기전도체의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 센서 소자는 차량 일부분의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   하나 이상의 센서 소자들은 상기 차량의 전면부에 가깝게 위치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    하나 이상의 센서 소자들은 상기 차량의 연료 탱크에 가깝게 위치하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서 시스템.

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