KR20130092710A - 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치 - Google Patents

스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치 Download PDF

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KR20130092710A
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Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치는 차량내에 착석한 승객의 전방 위치에 설치되어 승객의 유무를 감지하는 초전 적외선 센서, 차량내에 착석한 승객의 전방에 설치되어 승객과 에어백 간의 거리를 계산하기 위해 사용되는 초음파 거리센서, 차량내에 착석한 승객의 상부에 설치되고, IP(In-Position) 영역, OOP(Out-Of-Position) 영역, COOP(Critical Out-Of-Position) 영역에 각각 복수개의 적외선 거리센서가 수평방향으로 설치되는 적외선 거리 센서 어레이 및 상기 초전 적외선 센서, 초음파 거리센서 및 적외선 거리 센서 어레이의 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 인식하는 프로세서를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 정확히 검출할 수 있고, 복잡한 시차 영상을 생성 및 알고리즘을 사용하지 않으므로 머리 위치의 검출을 간단하게 수행할 수 있다.

Description

스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치{SENSOR FUSION TYPE APPARATUS FOR DETECTING PASSANGER FOR SAMRT AIRBAG}
본 발명은 스마트 에어백을 위한 승객 감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초전 적외선 센서, 초음파 거리 센서 및 적외선 거리 센서 어레이를 이용한 승객 감지 장치를 제공함으로써, 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 정확하게 감지할 수 있는 스마트 에어백을 위한 승객 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 사고시에 차량의 구조물과 승객과의 사이에서 전개되어, 승객이 차량의 구조물에 직접적으로 부딪쳐서 상해를 입는 것을 방지하기 위한 에어백 시스템이 장착되어 있다.
이러한 에어백 시스템들은 차량의 사고를 감지하는 센서로부터 검출된 신호에 따라 제어부(ACU;Airbag Control Unit)가 에어백 쿠션의 전개를 제어함으로써, 승객을 보호하게 되는 것이다.
그런데, 에어백 쿠션은 통상적으로 일반적인 성인의 신체조건을 고려하여 일반적인 성인에 맞춰진 전개압으로 전개되도록 설계되어 있으므로, 유아나 어린이가 조수석에 앉을 경우 에어백 쿠션의 전개압으로 인해 이들이 오히려 상해를 입을 수 있는 문제가 있다.
또한, 성인일지라도 전방 또는 후방으로 치우쳐 앉거나 시트에 깊숙이 내려앉은 경우 에어백 쿠션이 조수석에 앉은 승객을 설계된 전개압으로 보호하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 조수석 등에 승객이 없는 경우에도 사고 발생시 일률적으로 에어백이 전개되므로, 비용이 낭비되는 문제점이 있다.
따라서, 승객의 탑승 여부, 체형 및 위치에 따라 에어백 쿠션의 전개압 및 방향이 달라질 수 있도록 하는 에어백 장치가 요구된다.
이러한 승객의 체형 및 위치를 결정하기 위하여 일반적으로 중량 센서를 이용한 방식과 스테레오 비전 시스템(stereo vision system)을 이용한 방식 및 거리 센서를 이용한 방식 등이 적용되고 있다.
중량 센서를 이용한 방식은 조수석에 승차한 승객의 중량에 따라 성인 여부를 판단하여 에어백 쿠션의 전개압을 제어하는 것으로서, 무거운 아동을 성인으로 오판하거나 가벼운 성인을 아동으로 오판할 수 있으며, 에어백 시스템에서 가장 중요한 요소인 머리 위치를 파악할 수 없는 문제가 있다.
또한, 스테레오 비전 시스템(stereo vision system)은 CCD 및 적외선 발광 다이오드를 통해 시차(disparity)를 정보를 얻고, 이를 이용하여 탑승자의 위치 정보와 머리 위치를 추정하는 방식이다. 그런데, 이러한 스테레오 비전 시스템(stereo vision system)은 많은 계산량이 요구되며, 승객의 타입을 분류하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 승객의 유무를 감지하는 초전 적외선 센서, 승객과 에어백 간의 거리를 계산하기 위해 사용되는 초음파 거리센서, 미리 정해진 영역에 각각 복수개의 적외선 거리센서가 수평방향으로 설치되는 적외선 거리 센서 어레이 및 상기 센서들의 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 인식할 수 있도록 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치는 차량내에 착석한 승객의 전방 위치에 설치되어 승객의 유무를 감지하는 초전 적외선 센서, 차량내에 착석한 승객의 전방에 설치되어 승객과 에어백 간의 거리를 계산하기 위해 사용되는 초음파 거리센서, 차량내에 착석한 승객의 상부에 설치되고, IP(In-Position) 영역, OOP(Out-Of-Position) 영역, COOP(Critical Out-Of-Position) 영역에 각각 복수개의 적외선 거리센서가 수평방향으로 설치되는 적외선 거리 센서 어레이 및 상기 초전 적외선 센서, 초음파 거리센서 및 적외선 거리 센서 어레이의 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 인식하는 프로세서를 포함한다.
여기서, 상기 프로세서는 상기 초음파 거리센서와 적외선 거리 센서 어레이의 출력값이 일정 시간 이상 지속적으로 입력되면 상기 초전 적외선 센서의 출력값을 검출하여 초전 적외선 센서의 출력값이 입력되는 경우 승객이 탑승한 것으로 인식하는 탑승 유무 판단단계와, 상기 초음파 거리센서의 출력값을 통해 승객이 상기 IP 영역에 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 IP 영역의 중앙에 위치한 적외선 거리 센서의 출력값을 일정 시간동안 수집하여 승객의 체형을 인식하는 승객 체형 인식단계와, 상기 초음파 거리센서의 출력값과 상기 적외선 거리 센서 어레이 중 최대 출력값을 갖는 센서의 위치를 이용하여 승객의 위치를 인식하는 승객 위치 인식단계를 통해 승객을 감지하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 승객 위치 인식단계는 상기 적외선 거리 센서 어레이로부터 획득된 출력값에 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 생성된 가중치 마스크를 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 가중치 마스크를 적용한 승객 위치 인식은 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
Figure pat00001
여기서, i,j는 적외선 거리센서의 가로 및 세로 좌표, I(i,j)는 각 적외선 거리센서의 출력값, M은 각 센서좌표 i,j에 가중치를 부여한 마스크, n은 마스크 번호를 나타내고, 승객의 머리 위치는 0 ~ 8까지 9개의 위치로 구분되며, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 승객의 머리 위치로 인식됨
여기서, 상기 Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호를 K, 가중치 마스크의 한 변의 크기를 N, 승객 머리의 좌표를 (p, q)라고 할 때, p와 q는 각각 K를 N으로 나눈 나머지와 몫인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 승객의 머리 위치가 (0,0)에서 (2,2)로 9가지 위치로 분류되는 경우, 상기 가중치 마스크는 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 다음과 같이 생성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
Figure pat00002
여기서, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 2이상인 경우 중에서 좌우방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우 승객의 이전 머리 위치를 기초로 현재의 승객의 자세를 판단하고, 전후방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우에는 초음파 거리센서값과 비교하여 승객의 자세를 판단하며, 인접하지 않은 위치의 Rn의 최대값이 동일한 경우가 발생하는 경우 오류로 인식하고 초기화하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치는 승객 전방에 설치되는 초전 적외선 센서, 초음파 거리센서와 승객의 상부에 설치되는 적외선 거리 센서 어레이 및 상기 센서들의 출력값에 기초한 가중치 마스크를 적용하는 프로세서를 통하여, 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 정확히 검출할 수 있고, 복잡한 시차 영상을 생성 및 알고리즘을 사용하지 않으므로 머리 위치의 검출을 간단하게 수행할 수 있다.
도 1a는 승객의 체형 및 승객과 에어백 사이의 거리에 따른 위치 구분을 나타내는 도면이다.
도 1b는 승객의 좌우 위치에 따른 승객의 위치 구분을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 적외선 거리 센서 어레이에 의한 승객 분류를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 적외선 거리 센서 어레이의 인식 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 1의 승객의 머리 위치 인식을 위한 가중치 마스크를 설명하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1a는 승객의 체형 및 승객과 에어백 사이의 거리에 따른 위치 구분을 나타내는 도면이며, 도 1b는 승객의 좌우 위치에 따른 승객의 위치 구분을 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b는 미국 고속도로 교통안전국의 탑승자 충돌 보호 표준(Occupant Crash Protection Standard : FMVSS 208) 규정에 따른 것이다. 도 1a및 도 1b를 참조하면, 에어백(9) 전개에 있어 탑승자가 안전한 정상 위치인지 또는 위험한 위치인지를 판단하기 위해 에어백(9)과 승객의 위치를 몇 개의 구간으로 나눌 수 있으며, 탑승자의 체형은 앉은키(8)로 분류하며 3살 어린이(7), 6살 어린이(6), 성인 여성의 5%(5) 및 성인 남성의 50%(4)로 분류된다. 또한, 에어백(9)과 탑승자의 거리에 따라 IP(in-position: 제 위치에 앉아 있는 탑승자, 3), OOP(out-of-position:제 위치에 앉아 있지 않은 탑승자, 2), 및 COOP (critical out of position: 에어백과 매우 가까운 위치에 앉아 있는 탑승자, 1) 영역으로 나누어진다. 또한, 탑승자가 앉은 위치에 따라 좌측, 중앙 및 우측으로 분류된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 적외선 거리 센서 어레이에 의한 승객분류를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치(10)는 초전 적외선 센서(100), 초음파 거리센서(200), 적외선 거리 센서 어레이(300) 및 프로세서(400)를 포함하여 승객의 탑승 유무, 에어백(9)과 승객 사이의 거리, 승객의 체형, 승객의 좌우 위치 및 전후 위치를 검출한다.
초전 적외선 센서(pyroelectric infrared sensor, 100)는 차량 내에 착석한 승객의 전방 위치에 설치되며, 물질의 초전효과(pyroelectric effect)를 이용하여 승객의 탑승 유무를 감지한다.
초음파 거리센서(ultrasonic distance sensor, 200)는 차량 내에 착석한 승객의 전방에 설치되며, 초음파를 발사하여 승객과 에어백(9) 간의 거리를 계산하기 위해 사용된다.
적외선 거리 센서 어레이(infrared distance sensor array, 300)는 차량 내에 착석한 승객의 상부에 설치되고, IP(In-Position) 영역(3), OOP(Out-Of-Position) 영역(2), COOP(Critical Out-Of-Position) 영역(1)에 각각 복수개의 적외선 거리센서(310)가 수평방향으로 설치되며, 승객의 체형과 위치를 인식하는데 사용된다.
도 3을 참조하면, 복수개의 적외선 거리센서(310)는 미국 고속도로 교통 안전국의 탑승자 충돌 보호 표준에 따라 탑승자와 천장 간의 거리를 4단계로 구분하여 출력함으로써, 적외선 거리 센서 어레이(300)는 승객의 위치를 총 36개의 공간 영역으로 구분하여 인식할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 프로세서(400)는 초전 적외선 센서(100), 초음파 거리센서(200) 및 적외선 거리 센서 어레이(300)의 출력값을 수신하고, 수신된 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 인식한다.
도 4는 도 1의 프로세서의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 우선, 프로세서(400)는 초전 적외선 센서(100), 초음파 거리센서(200) 및 적외선 거리 센서 어레이(300)의 출력값을 수신하여, 수신된 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무를 판단한다(S400).
구체적으로, 프로세서(400)는 초음파 거리센서(200)와 적외선 거리 센서 어레이(300)의 출력값이 일정 시간 이상 지속적으로 입력되면, 초전 적외선 센서(100)의 출력값을 검출하여 탑승한 물체가 생물인지 무생물인지를 판별할 수 있다. 즉, 초전 적외선 센서(100)의 출력값이 입력되는 경우, 승객이 탑승한 것으로 인식한다.
승객이 탑승한 것으로 인식되면, 프로세서(400)는 초음파 거리센서(200)와 적외선 거리 센서 어레이(300)의 출력값을 수신하여 승객 체형 인식을 수행한다(S410).
구체적으로, 프로세서(400)는 초음파 거리센서(200)의 출력값을 수신하여, 승객이 IP 영역(3)에 있는 것으로 판단되는 경우, IP 영역(3)의 중앙에 위치한 적외선 거리 센서(300)의 출력값을 일정 시간 동안 수집하여 가장 많이 나타난 단계로 승객의 체형을 인식한다. 여기서, 적외선 거리 센서(300)의 출력은 사람의 머리가 아닌 다른 신체로 인한 오류를 줄이기 위해 IP 영역(3)에 해당하는 값을 가질 수 있으며, 승객의 체형 인식은 승객이 탑승한 때로부터 수 초 내에 수행되도록 하는 것이 바람직하다.
탑승자 체형 인식이 이루어지면, 프로세서(400)는 적외선 거리 센서 어레이(300)와 초음파 거리 센서(200)를 이용하여 승객의 위치 인식을 수행한다(S420). 여기서 승객의 위치는 머리 위치를 의미하며, 인식은 실시간으로 진행된다.
즉, 프로세서(400)는 초음파 거리센서(200)의 출력값과 적외선 거리 센서 어레이(300)의 출력값 중 최대 출력값을 갖는 센서의 위치를 이용하여 승객의 위치를 인식한다.
여기서, 승객의 위치 인식은 적외선 거리 센서 어레이(300)로부터 획득된 출력값에 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 생성된 가중치 마스크를 적용하여 수행될 수 있다.
이때, 이용되는 가중치 마스크는
Figure pat00003
의 크기를 가질 수 있으며, 가중치 마스크를 적용한 승객 위치 인식은 하기의 수학식에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, i,j는 적외선 거리센서(310)의 가로 및 세로 좌표, I(i,j)는 각 적외선 거리센서(310)의 출력값, M은 각 센서좌표 i,j에 가중치를 부여한 마스크, n은 마스크 번호를 나타내고, 승객의 머리 위치는 0 ~ 8까지 9개의 위치로 구분되며, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 승객의 머리 위치로 인식된다.
즉,
Figure pat00005
이 된다.
여기서, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호를 K, 가중치 마스크의 한 변의 크기를 N, 승객 머리의 좌표를 (p, q)라고 할 때, p와 q는 각각 K를 N으로 나눈 나머지와 몫으로 구할 수 있다.
즉, 머리 좌표 (p, q)는
Figure pat00006
이 된다.
일 실시예에서, 승객의 머리 위치가 (0,0)에서 (2,2)로 9가지 위치로 분류되는 경우, 가중치 마스크는 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 다음과 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00007

한편, 프로세서(400)는 승객의 머리 위치를 인식함에 있어서, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 2 이상인 경우 중에서 머리의 위치가 좌측에서 우측으로 또는 우측에서 좌측으로 움직이면서 두 개의 적외선 거리 센서(310)에 머리가 걸쳐있거나 또는 다른 신체 부위가 감지되어 좌우방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우, 승객의 이전 머리 위치를 기초로 현재의 승객의 위치를 판단한다. 이 경우 프로세서(400)는 이전 승객의 위치를 참조함으로써, 더욱 정확한 위치를 판단할 수 있다.
또한, 다른 신체부위가 감지되거나 모자 등이 감지되면, 전후방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우 초음파 거리 센서(200)의 출력값과 비교하여 승객의 자세를 판단한다. 이때, 초음파 거리 센서(200)만으로 인식하지 않는 이유는 다른 신체부위로 초음파 거리 센서(200)를 가리는 경우가 발생할 수 있기 때문에 두 센서의 값을 비교하여 측정함으로써, 정확도를 높일 수 있기 때문이다.
또한, 인접하지 않은 위치의 Rn의 최대값이 동일한 경우가 발생하는 경우 오류로 인식하고 초기화할 수 있다.
또한, 에어백(9)과 머리가 근접한 경우 즉, 초음파 거리 센서(200)로 측정된 거리가 매우 작은 경우, 적외선 거리 센서 어레이(300)는 승객의 위치를 OOP 영역(2)으로 인식하며, 이때에는 초음파 거리 센서(200)만으로 인식한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치
100 : 초전 적외선 센서 200 : 초음파 거리 센서
300 : 적외선 거리 센서 어레이 310 : 적외선 거리 센서
400 : 프로세서

Claims (7)

  1. 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치에 있어서,
    차량내에 착석한 승객의 전방 위치에 설치되어 승객의 유무를 감지하는 초전 적외선 센서;
    차량내에 착석한 승객의 전방에 설치되어 승객과 에어백 간의 거리를 계산하기 위해 사용되는 초음파 거리센서;
    차량내에 착석한 승객의 상부에 설치되고, IP(In-Position) 영역, OOP(Out-Of-Position) 영역, COOP(Critical Out-Of-Position) 영역에 각각 복수개의 적외선 거리센서가 수평방향으로 설치되는 적외선 거리 센서 어레이; 및
    상기 초전 적외선 센서, 초음파 거리센서 및 적외선 거리 센서 어레이의 출력값에 기초하여 승객의 탑승 유무, 체형 및 위치를 인식하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 초음파 거리센서와 적외선 거리 센서 어레이의 출력값이 일정 시간 이상 지속적으로 입력되면 상기 초전 적외선 센서의 출력값을 검출하여 초전 적외선 센서의 출력값이 입력되는 경우 승객이 탑승한 것으로 인식하는 탑승 유무 판단단계와,
    상기 초음파 거리센서의 출력값을 통해 승객이 상기 IP 영역에 있는 것으로 판단되는 경우, 상기 IP 영역의 중앙에 위치한 적외선 거리 센서의 출력값을 일정 시간동안 수집하여 승객의 체형을 인식하는 승객 체형 인식단계와,
    상기 초음파 거리센서의 출력값과 상기 적외선 거리 센서 어레이 중 최대 출력값을 갖는 센서의 위치를 이용하여 승객의 위치를 인식하는 승객 위치 인식단계를 통해 승객을 감지하는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 승객 위치 인식단계는 상기 적외선 거리 센서 어레이로부터 획득된 출력값에 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 생성된 가중치 마스크를 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가중치 마스크를 적용한 승객 위치 인식은 하기 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
    Figure pat00008

    여기서, i,j는 적외선 거리센서의 가로 및 세로 좌표, I(i,j)는 각 적외선 거리센서의 출력값, M은 각 센서좌표 i,j에 가중치를 부여한 마스크, n은 마스크 번호를 나타내고, 승객의 머리 위치는 0 ~ 8까지 9개의 위치로 구분되며, Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 승객의 머리 위치로 인식됨
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호를 K, 가중치 마스크의 한 변의 크기를 N, 승객 머리의 좌표를 (p, q)라고 할 때, p와 q는 각각 K를 N으로 나눈 나머지와 몫인 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    승객의 머리 위치가 (0,0)에서 (2,2)로 9가지 위치로 분류되는 경우, 상기 가중치 마스크는 승객의 자세에 따른 머리 위치를 고려하여 다음과 같이 생성되는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
    Figure pat00009
  7. 제 4 항에 있어서,
    Rn이 최대값을 갖는 마스크 번호가 2이상인 경우 중에서 좌우방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우 승객의 이전 머리 위치를 기초로 현재의 승객의 자세를 판단하고,
    전후방향으로 2개의 인접한 Rn의 최대값이 동일한 경우에는 초음파 거리센서값과 비교하여 승객의 자세를 판단하며,
    인접하지 않은 위치의 Rn의 최대값이 동일한 경우가 발생하는 경우 오류로 인식하고 초기화하는 것을 특징으로 하는 스마트 에어백을 위한 센서 융합형 승객 감지 장치.
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