KR20210109143A

KR20210109143A - 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립

Info

Publication number: KR20210109143A
Application number: KR1020200024017A
Authority: KR
Inventors: 이인권
Original assignee: 주식회사 카프마이크로
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-06

Abstract

본 발명은 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 차량 본체 측과 맞닿음이 발생하는 차량 도어의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고 정전용량값의 변화에 기초하여 물체의 근접을 감지하되, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 이용하여 물체의 근접을 감지하도록 구성된 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립이 개시된다.

Description

차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립 {Sensing apparatus for object for vehicle and sensor strip for the same}

본 발명은 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립에 관한 것으로서, 상세하게는 차량 본체 측과 맞닿음이 발생하는 차량 도어의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고 정전용량값의 변화에 기초하여 물체의 근접을 감지하되, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 이용하여 물체의 근접을 감지하도록 구성된 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립에 관한 것이다.

차량의 윈도우나 도어의 자동개폐시에 안전 사고를 방지하기 위해 근접한 장애물을 정전용량 변화를 이용하여 감지하는 센서 장치가 제안된 바 있다.

일예로, 대한민국 등록특허 10-1373292 (2014년03월05일 등록)는 차량의 장애물 감지용 센서스트립 조립체에 관한 것으로서, 도어프레임이나 차체프레임에 결합되는 바디; 상기 바디에 형성된 삽입홀; 상기 삽입홀에 삽입되는 것으로서, 절연재질의 센서바디와 상기 센서바디에 매설된 스트립전극과, 상기 스트립전극의 정전용량 변화를 감지하는 감지회로를 구비하는 센서스트립을 포함하는 센서스트립 조립체를 제안하였다.

또다른 일예로, 대한민국 등록특허 10-1017096 (2011년02월16일 등록)는 장애물 감지용 센서스트립 및 그 결합구조에 관한 것으로서, 일측에 대상물에 결합하는 기준면을 가지는 스트립형태의 센서바디; 상기 센서바디의 내부에 길이방향으로 매설되고, 폭방향을 기준으로 주변부에서 중앙부로 갈수록 상기 기준면과 가까워지는 판상의 스트립전극을 포함하는 센서스트립의 결합구조를 제안하였다.

그런데, 상기 종래기술들은 차량 도어 또는 윈도우의 횡방향 테두리를 따라 센서 스트립을 부착하는 구조를 제안한 것들로서, 글래스 윈도우를 구비한 차량 도어(예, 레귤러 타입 차량 도어)의 구조를 고려한 센서 구조를 제안하지는 않았다.

글래스 윈도우를 구비한 레귤러 타입 차량 도어는 차량에 가장 많이 적용되는 도어 타입으로서, 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면이 도어를 닫는 과정에서 차량 본체 측과 맞닿음이 발생하게 되며, 이 부분에 탑승자의 신체가 끼는 경우 안전 사고의 위험성이 높다는 문제점이 있다.

한편, 글래스 윈도우를 구비한 레귤러 타입 차량 도어에 정전용량 방식의 센서를 적용하고자 하는 경우, 도어의 상하 방향이 길게 연장된 구조이므로, 전체 감지 구간에 걸쳐 안정적인 정전용량 변화 감지가 이뤄질 필요가 있다.

대한민국 등록특허 10-1373292 (2014년03월05일 등록) 대한민국 등록특허 10-1017096 (2011년02월16일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 차량 본체 측과 맞닿음이 발생하는 차량 도어의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고 정전용량값의 변화에 기초하여 물체의 근접을 감지하되, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 이용하여 물체의 근접을 감지하도록 구성된 차량을 위한 물체 감지 장치 및 이를 위한 센서 스트립을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 차량의 도어에 설치되는 물체 감지 장치로서, 글래스 윈도우를 구비한 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고, 물체의 근접에 따라 정전용량값이 가변하며, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 포함하되, 분기된 상태의 전극 스트립이 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 물체 감지 구간을 포함하여 구성된 센서 스트립부; 상기 센서 스트립부의 정전용량값의 변화를 감지하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 감지되는 정전용량값의 변화에 따른 전기적 신호를 이용하여 물체의 근접 여부를 판단하는 제어부;를 포함하여 구성된 차량을 위한 물체 감지 장치가 개시된다.

바람직하게, 상기 차량 도어는 레귤러 타입 차량 도어이며, 상기 분기 지점은 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향의 중간부에 위치한다.

바람직하게, 상기 분기 지점으로부터 상기 전극 스트립의 폐루프의 일측 방향으로 인가되는 전원의 위상과, 상기 분기 지점으로부터 상기 전극 스트립의 폐루프의 타측 방향으로 인가되는 전원의 위상이 전극 스트립의 길이 방향 일 위치에서 서로 다른 위상을 갖도록 구성된다.

바람직하게, 상기 센서 스트립부는, 상기 전극 스트립의 폐루프가 배치되어 형성된 제1 전극부와, 상기 제1 전극부와 상호 대향하는 상태로 미리 설정된 종방향 간격을 유지하도록 배치되며 상기 전극 스트립의 폐루프를 모두 커버하는 대향 면적을 갖도록 설치되는 제2 전극부를 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 전극부는 (+) 전극을 형성하고, 상기 제2 전극부는 접지 또는 (-) 전극을 형성하도록 구성된다.

바람직하게, 상기 제어부는, 차량 도어에 물체가 근접되지 않은 상태에서 측정한 센서 스트립부의 정전용량값을 기준값으로 하고, 차량 도어의 폐쇄 움직임 상태에서 측정한 센서 스트립부의 정전용량값을 상기 기준값과 비교하여 물체의 근접 여부를 판단한다.

바람직하게, 상기 정전용량값의 변화 감지는, 상기 전극 스트립의 폐루프의 물체 감지 구간의 길이 방향 일 위치에서, 분기된 상태의 일측 전극 스트립에 의해 발생되는 전계와 분기된 상태의 타측 전극 스트립에 의해 발생되는 전계가 상호 중첩된 상태에서 이뤄진다.

본 발명의 또다른 일측면에 따르면, 글래스 윈도우를 구비한 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고, 물체의 근접에 따라 정전용량값이 가변하며, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 포함하되, 분기된 상태의 전극 스트립이 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 물체 감지 구간을 포함하여 구성된 센서 스트립이 개시된다.

이와 같은 본 발명은, 글래스 윈도우를 구비한 차량 도어의 측면 테두리에 근접하는 물체를 감지하되, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 이용하여 정전용량값의 변화를 감지하도록 구성되므로, 전체 감지 구간에 걸쳐 안정적으로 물체의 감지가 이뤄질 수 있다.

또한 본 발명은, 상부에는 윈도우가 설치되고 하부에는 도어 패널이 설치되는 레귤러 타입 차량 도어의 공간 구조를 최적으로 활용하여 센서 및 배선의 설치가 이뤄질 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 위상제어를 위한 회로 소자 없이도 간단하게 각각의 전극 스트립 사이에 위상 차이가 발생할 수 있도록 하며, 이러한 위상 차이로 인해 전극 스트립의 데드 포인트로 인한 감지 오류 문제를 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 2 이상의 전극 스트립의 전계가 상호 중첩되도록 하여 물체 접근을 감지하는 거리가 증가하도록 하는 장점이 있다.

도 1은 글래스 윈도우를 구비한 레귤러 타입 차량 도어의 개략적인 구성도이다.
도 2는 레귤러 타입 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면의 형상에 맞추어 본 실시예의 센서 스트립부가 설치된 상태를 예시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립의 사시도 방향의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 제어회로 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립부의 전극 스트립에 인가된 전원의 위상 변화를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치에 따른 센서 스트립부의 감지 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립부의 단면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치에서 각각의 전극 스트립 사이의 전계 중첩 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 스트립의 부분 확대 모식도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 글래스 윈도우를 구비한 레귤러 타입 차량 도어의 개략적인 구성도이다.

본 실시예의 물체 감지 장치는 글래스 윈도우(18)를 구비한 차량 도어(10)의 측면 테두리의 상하 방향 외주면(12)을 따라 설치되며, 일예로 레귤러 타입 차량 도어(10)에 설치될 수 있다.

레귤러 타입 차량 도어(10)는 양산용 승용차량에 가장 널리 적용되는 도어로서, 차량 본체에 힌지부를 통해 설치되어, 여닫이 방식으로 개폐를 할 수 있는 도어이다. 미설명 부호 14는 윈도우 프레임이며, 부호 16은 도어 패널이다.

본 실시예의 차량 도어(10)는 사용자가 손으로 개폐 조작을 하는 수동식 도어일 수도 있으나, 바람직하게는 액츄에이터에 의해 전기적 개폐 조작이 이뤄지는 자동식 도어일 수 있다.

도 2는 레귤러 타입 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면의 형상에 맞추어 본 실시예의 센서 스트립부가 설치된 상태를 예시한 모식도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립의 사시도 방향의 모식도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치의 제어회로 구성도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립부의 단면 모식도, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 스트립의 부분 확대 모식도이다.

본 실시예의 물체 감지 장치는, 감지 영역을 넓히기 위해 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립(110a,110b)을 포함하는 구조를 갖는다. 전극 스트립 110a,110b은 본질적으로 하나의 폐루프를 구성하는 전극 스트립이며, 설명 편의상 분기 지점(sp)을 기준으로 일측 방향과 타측 방향의 전극 스트립으로 구분한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치는, 센서 스트립부(110), 센싱부(100) 및 제어부(200)를 포함한다.

상기 센서 스트립부(110)는 글래스 윈도우(18)를 구비한 차량 도어(10)의 측면 테두리의 상하 방향 외주면(12)을 따라 설치되고, 물체(500)의 근접에 따라 정전용량값이 가변한다.

상기 센서 스트립부(110)는 분기 지점(sp)으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립(110a,110b)을 포함하되, 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)이 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 물체 감지 구간(D)을 포함하여 구성된다. 부호 a는 전원 인가 지점을 나타낸다. 일예로, 상기 차량 도어(10)가 레귤러 타입 차량 도어인 경우, 상기 전원 인가 지점(a)은 차량 도어(10)의 측면 테두리의 상하 방향의 중간부에 위치한다.

상기 물체 감지 구간(D)은 상기 전극 스트립(110a,110b)에서 물체 감지가 이뤄질 수 있는 구간을 나타내며, 각각의 전극 스트립(110a,110b)의 물체 감지 구간(D)은 동일한 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, '물체'는 안전 목적(예, 충돌방지)으로 접근 감지가 필요한 사람 또는 사물이 될 수 있다.

글래스 윈도우(18)를 구비한 레귤러 타입 차량 도어에 정전용량 방식의 센서 스트립부(110)를 적용하고자 하는 경우, 도어의 상하 방향이 길게 연장된 구조이므로 도어의 상단부측 또는 하단부측에 전원 인가 지점(a)을 형성하게 되면 전원 인가 지점(a)이 연결된 센서 스트립부(110)의 일단부로부터 타단부까지의 거리가 길게 되어 전체 감지 구간에 걸쳐 안정적인 정전용량 변화 감지가 이뤄지지 않을 수 있다. 즉, 전원 인가 지점(a)이 연결된 센서 스트립부(110)의 일단부 측은 양호한 감지 성능을 얻을 수 있으나, 전원 인가 지점(a)과 먼 센서 스트립부(110)의 타단부 측은 감지 성능이 떨어질 수 있다.

한편, 글래스 윈도우(18)를 구비한 레귤러 타입 차량 도어는, 상부에는 윈도우가 설치되고 하부에는 도어 패널(16)이 설치되는 구조이므로, PCB 기판 형태로 구성되는 센싱부(100)와 제어부(200)의 설치 공간이 적절하게 확보될 필요가 있다.

본 실시예의 물체 감지 장치는 이러한 점을 감안하여, 상기 차량 도어(10)가 레귤러 타입 차량 도어인 경우, 전원 인가 지점(a)과 연결되는 상기 분기 지점(sp)은 차량 도어(10)의 측면 테두리의 상하 방향의 중간부에 위치도록 구성된다. 또한, PCB 기판 형태로 구성되는 센싱부(100)와 제어부(200)가 레귤러 타입 차량 도어의 도어 패널(16) 내부에 설치될 수 있도록 구성되어, 공간 구조를 최적으로 활용하여 센서 및 배선의 설치가 이뤄질 수 있도록 한다.

도 7에 예시된 것처럼, 상기 센서 스트립부(110)는, 하나의 폐루프를 형성하며 분기된 상태에서 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 전극 스트립(110a,110b)과 상기 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)이 각각 미리 설정된 횡방향 간격(d)을 유지한 상태로 배치되도록 하는 바디부(112)를 포함하여 이뤄진다.

상기 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)의 각각의 단면 폭은 동일한 임피던스를 갖도록 각각 동일한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전극 스트립(110a,110b)은, 예를 들어, 띠 형상의 도전성 소재로 이뤄질 수 있다.

상기 미리 설정된 횡방향 간격(d)은 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)에 의해 형성되는 전계가 상호 중첩될 수 있도록 하는 거리이다.

상기 횡방향 간격(d)은 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)의 단면 폭에 따라 간격이 적절히 조절될 수도 있다.

이러한 전극 스트립의 배치 및 후술하는 위상 차이에 의해, 폭이 넓은 하나의 스트립으로 구성된 경우에 비해 데드 포인트로 인한 감지 오류를 방지하는 효과를 얻을 수 있으며, 분기된 상태의 전극 스트립 사이의 전계 중첩으로 인한 증가된 물체 근접 감지 거리를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 바디부(112)는 상기 전극 스트립(110a,110b)과 상기 전극 스트립(110a,110b)에 대향하여 설치되는 도체(예, 도체 스트립)와의 사이에 전계 형성이 가능하도록 하는 간격을 제공할 수 있으며, 상기 센서 스트립부(110)의 프레임 역할을 한다.

상기 바디부(112)는 유전체의 성질을 가지면서 소정의 강도와 탄성을 갖는 합성수지재 또는 합성고무재로 형성될 수 있다.

본 실시예의 센서 스트립부(110)는, 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프가 배치되어 형성된 제1 전극부(110a,110b)와, 상기 제1 전극부(110a,110b)와 상호 대향하는 상태로 미리 설정된 종방향 간격(c)을 유지하도록 배치되며 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프를 모두 커버하는 대향 면적을 갖도록 설치되는 제2 전극부(110')를 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 전극부(110a,110b)는 (+) 전극을 형성하고, 상기 제2 전극부(110')는 접지 또는 (-) 전극을 형성하도록 구성되며, 상기 제1 전극부(110a,110b)와 제2 전극부(110')가 이루는 전기장에 기초하여 정전용량 센싱을 위한 전기장이 형성된다.

상기 제1 전극부(110a,110b) 및 제2 전극부(110')는 금속판 또는 금속 편조물과 같은 도전성 소재를 스트립과 유사한 판재 형태로 가공한 것으로 이해될 수 있으며, 차량 도어의 3차원적 구조를 감안할 때 금속 편조물로 제작되는 것이 좋다.

상기 센싱부(100)는 상기 센서 스트립부(110)의 정전용량값의 변화를 감지한다.

상기 제어부(200)는 상기 센싱부(100)에서 감지되는 정전용량값의 변화에 따른 전기적 신호를 이용하여 물체(500)의 근접 여부를 판단한다.

상기 제어부(200)는, 차량 도어(10)에 물체(500)가 근접되지 않은 상태에서 측정한 센서 스트립부(110)의 정전용량값을 기준값으로 하고, 차량 도어(10)의 폐쇄 움직임 상태에서 측정한 센서 스트립부(110)의 정전용량값을 상기 기준값과 비교하여 물체(500)의 근접 여부를 판단한다. 상기 기준값은 도어의 개폐 위치 변화에 따라 미리 설정된 주기에 따라 연속적인 값의 형태로 측정하여 설정할 수 있다. 연속적인 값의 형태는 측정값 패턴의 형태로 이해될 수 있다.

물체(500)가 상기 센서 스트립부(110)에 접근하게 되면, 상기 제1 전극부(110a,110b)와 제2 전극부(110')가 형성하는 정전용량값에 변화가 발생되며, 이러한 변화의 여부 또는 그 정도를 센싱부(100)에서 센싱하게 되며, 제어부(200)에서 물체(500)의 존재(접근) 여부를 감지하게 된다.

일예로, 상기 센싱부(100)는, 상기 센서 스트립부(110)에 연결되며, 상기 센서 스트립부(110)의 정전용량값의 변화에 따라 발진 주파수가 가변하는 RF 발진기와, 상기 RF 발진기에 연결되며, 상기 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 상기 RF 발진기가 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어하는 위상고정루프부(Phase Locked Loop portion)를 포함하여 구성된다.

상기 제어부(200)는, 상기 위상고정루프부에 연결되며, 상기 RF 발진기(152)가 기준 발진 주파수를 유지하도록 상기 위상고정루프부가 제어하는 동안 상기 위상고정루프부로부터 수신하는 전기적 신호를 이용하여 물체(500)의 근접 여부를 판단하는 MCU(250; Micro Controller Unit)를 포함하여 이루어진다.

일예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전극부(110')는 접지 상태를 이루고 제1 전극부(110a,110b)가 RF 발진기(152)에 연결된 형태를 이룰 수 있다.

이때, 도 5를 참조하면, 상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 일측 방향(A1)으로 인가되는 전원의 위상과, 상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 타측 방향(A2)으로 인가되는 전원의 위상이 전극 스트립(110a,110b)의 길이 방향 일 위치(PP1 또는 PP2)에서 서로 다른 위상을 갖도록 구성된 상태에서 물체(500)의 접근에 의해 정전용량값이 변화된다.

본 실시예에서는, 상기 센서 스트립부(110)의 정전용량에 변화가 발생되면 이에 대응하는 신호를 출력하는 RF 발진기(152)와 위상고정루프부로 이루어지는 정전용량 감지회로가 구성된다.

상기 정전용량 감지회로는 MCU(250)와 전기적으로 연결되고 위상고정루프부의 출력신호를 전달받아 물체(500)의 근접 여부를 판단한다.

도 4를 참조하여 본 실시예의 제어 회로를 더욱 상세하게 설명한다.

일예로, 상기 RF 발진기(152)는 전압으로 주파수를 조정할 수 있는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)가 바람직하나, 본 발명에 있어 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

상기 위상고정루프부는 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 수행한다. 즉, 상기 위상고정루프부는 설정된 기준 발진 주파수와 센서 스트립부(110)의 정전용량값의 변화에 따른 발진 주파수와의 차이를 자동적으로 보정(補正)할 수 있도록 구성된 주파수 제어회로(制御回路)이다.

즉, 정전용량값의 변화에 따라 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 상기 RF 발진기(152)가 설정된 기준 발진 주파수를 항상 유지하도록 조절하는 회로가 PLL이다.

상기 MCU(250)는 상기 위상고정루프부에 연결되어 상기 정전용량값의 변화에 따른 RF 발진기(152)의 발진 주파수 값의 변화에 근거하여 물체(500)의 근접 여부를 판단하게 되는데, 이를 위해 MCU(250)에는 RF 발진기(152)의 기준 발진 주파수 값이 미리 설정될 수 있다.

즉, 물체(500)의 근접에 따라 센서 스트립부(110)에서 정전용량값이 변화하는 경우에, RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화하게 되고, 이에 따라 위상고정루프부에서는 RF 발진기(152)에 인가되는 전압을 제어하여 주파수의 변화를 상쇄하여 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 일정하게 유지하게 된다. 본 실시예의 설명에 있어서, RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수를 유지하도록 설정된 전압을 '주파수 설정용 전압'으로 이해할 수 있으며, RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화할 때 이를 상쇄하기 위해 인가되는 전압을 '주파수 조정용 전압'으로 이해할 수 있다.

RF 발진기(152)의 발진 주파수 제어를 위한 주파수 조정용 전압값은 전기적 신호의 형태로 ADC(Analog-to-Digital Converter, 251)를 거쳐 MCU(250)로 전송되며, 입력된 전기적 신호값이 MCU(250)에 미리 설정된 전기적 신호 기준값의 허용범위를 초과하는 경우에는 물체(500)가 센서 스트립부(110)에 근접하였음을 판단하게 된다.

한편, 상기 MCU(250)는 제어 설정 입출력을 위한 입력부(162) 및 전원 공급을 위한 전원부(163)와 전송라인(253)을 통해 연결되며, 인터페이스(264)를 통해 액추에이터 모듈(170) 및 경보부(180)와 연결된다. 일예로, 인터페이스(264)는 공지의 RS232 방식의 인터페이스를 포함하여 액추에이터 모듈(170) 및 경보부(180)에 사용 가능한 다양한 인터페이스가 적용될 수 있다. 일예로, 입력부(162) 및 전원부(163)는 차량 제어용 입력부 및 전원부일 수 있으며, 액추에이터 모듈(170)은 차량 도어 개폐용 액추에이터 모듈일 수 있다.

상기 MCU(250)는 위상고정루프부에서 출력되는 전기적 신호(예, 주파수 조정용 전압값)를 감지하여 물체(500)의 근접 여부를 판단하고 물체 감지를 알리는 경보 신호를 생성한다.

또한, 상기 MCU(250)에 연결된 입력부(162)는 사용자가 조작신호나 리셋(reset) 신호 등을 입력하는 부분이며, 전원부(163)는 센서 스트립부(110), RF 발진기(152), 위상고정루프부 및 MCU(250)로 구동전원을 공급하는 역할을 수행하는 것으로서 예를 들어 DC 5V의 직류전원을 제공한다.

본 실시예의 위상고정루프부에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 실시예의 위상고정루프부는, 일단이 RF 발진기(152)에 연결되는 가변용량 다이오드(141)와, 위상고정루프IC(142)와, 위상고정루프IC(142)와 가변용량 다이오드(141)를 연결하는 주파수 조정용 신호선(143)과, 주파수 검출용 커패시터(144)를 포함한다. 미설명 부호 147은 위상고정루프IC(142)에 레퍼런스 주파수를 제공하는 오실레이터이다. 본 실시예의 경우, 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 지속적으로 감지하기 위한 주파수감지수단으로서 주파수 검출용 커패시터(144)가 사용된다. 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 위상고정루프IC(142)로 전달할 수 있다면, 상기 주파수감지수단은 예시된 주파수 검출용 커패시터(144) 이외에도 다른 공지의 요소가 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 가변용량 다이오드(141)는 인가되는 전압에 따라 정전용량이 가변하는 성질을 가지며, 일단이 주파수 조정용 신호선(143)에 연결되는 한편 타단은 접지된다.

물체(500)의 근접 없이 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수를 유지하고 있는 상태에서는, 기준 발진 주파수에 대응하는 주파수설정용 전압이 설정값을 유지한다.

물체(500)의 근접에 의해 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 벗어나려고 하는 경우, 상기 가변용량 다이오드(141)에 주파수 조정용 전압을 인가하거나 인가 중인 주파수 조정용 전압을 적절하게 변경하여 기준 발진 주파수가 유지되도록 한다.

주파수 조정용 전압을 인가 또는 변경한다는 것은, 기준 발진 주파수를 발진시키기 위해 가변용량 다이오드(141)에 당초 인가되었던 주파수설정용 전압에 더해, 주파수 조정용 전압을 + 또는 - 의 조건으로 더욱 인가한다는 것으로 이해될 수 있다. 또 다른 관점에서 주파수설정용 전압을 대신하여 기준 발진 주파수를 적응적으로 유지하기 위한 주파수 조정용 전압을 인가한다는 관점으로 이해될 수도 있다.

RF 발진기(152)와 위상고정루프IC(142)는 가변용량 다이오드(141)에 대하여 병렬로 연결된다.

위상고정루프IC(142)는 상기 MCU(250)에 의해 제어되며, 주파수 검출용 커패시터(144)를 통해 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 지속적으로 감지하며, 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 기준 발진 주파수로부터 변화되는 경우 주파수 조정용 신호선(143)을 통해 상기 가변용량 다이오드(141)에 주파수 조정용 전압을 공급하여 상기 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 상기 기준 발진 주파수를 유지하도록 제어한다.

상기 제어에 있어서, 상기 위상고정루프부로부터 MCU(250)가 수신하는 전기적 신호는, 상기 위상고정루프IC(142)에서 상기 가변용량 다이오드(141)에 공급하기 위해 출력되는 주파수 조정용 전압이 이용된다.

바람직하게, 상기 주파수 조정용 신호선(143)에는 RF 발진기(152)에 대한 입력 전압에서 불필요한 신호를 필터링해주는 루프필터(145)가 설치될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 예를 들어, 물체의 감지 실행 모드에서 위상고정루프부의 위상고정루프 IC(142)를 이용하여 RF 발진기(152)의 발진 주파수를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

즉, 물체(500)가 센서 스트립부(110) 주변에 위치하여 센서 스트립부(110)의 정전용량이 변화하면 RF 발진기(152)의 발진 주파수가 변화하기 때문에, 이때 위상고정루프IC(142)에서 가변용량 다이오드(141)에 인가하는 주파수 조정용 전압을 적절히 변화시킴으로써 발진 주파수를 일정하게 유지시킨다.

본 실시예에서는, MCU(250)가 위상고정루프부의 위상고정루프IC(142)의 구동을 제어하는 한편, 루프필터(145)에 연결되는 주파수 조정용 신호선(143)을 통해 주파수 조정용 전압의 변화를 감지한다. 그리고 MCU(250)가 감지된 전압값을 토대로 물체(500)의 근접 여부를 판단한다.

일예로, MCU(250)에 의해 물체(500)가 센서 스트립부(110)에 근접하는 것으로 판단되면, MCU(250)는 경보부(180)를 제어하여 물체 감지를 알리는 경보 신호를 생성한다.

자동차의 도어가 자동 도어인 경우, 상기 MCU(250)는 물체 감지 여부에 따라 자동차의 도어를 자동으로 여닫는 액추에이터 모듈의 동작 여부를 제어할 수 있다.

상기 MCU(250)는 주파수 조정용 전압의 변화를 기준신호로 기억하고, 물체(500)가 있는지 여부의 판단 등의 기능을 위한 소프트웨어를 탑재하거나 해당 알고리즘을 구현하는 하드웨어적 구성으로 구현될 수 있다. 또한, 제어 기능의 분담을 위해 2 이상의 MCU가 분산 처리를 실행할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 센서 스트립부의 전극 스트립에 인가된 전원의 위상 변화를 설명하기 위한 모식도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치에 따른 센서 스트립부의 감지 상태를 설명하기 위한 모식도이다.

본 실시예의 센서 스트립부(110)는, 상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 일측 방향(A1)으로 인가되는 전원의 위상과, 상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 타측 방향(A2)으로 인가되는 전원의 위상이 전극 스트립(110a,110b)의 길이 방향 일 위치(PP1 또는 PP2)에서 서로 다른 위상을 갖도록 구성된다.

예를 들어, 상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 일측 방향(A1)으로 인가되는 전원은 도 5의 (b)와 같은 위상의 상태로 인가되며, 분기 지점(sp)과 동일한 PP1 지점에서 0(zero) 위상을 갖게 된다.

상기 분기 지점(sp)으로부터 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 또다른 일측 방향(A2)으로 인가되는 전원은 도 5의 (c)와 같은 위상의 상태로 인가되며, 분기 지점(sp)을 출발하여 폐루프의 경로를 거쳐서 도착한 PP2 지점에서 0가 아닌 값(non-zero) 위상을 갖게 된다.

그런데, PP1 위치와 PP2 위치는 분기 지점(sp)을 기준으로 서로 다른 방향의 관점에서 위치를 파악한 것일뿐이며, 본질적으로 동일한 위치를 나타내는 것이므로, PP1 위치(또는 PP2 위치)에서는 폐루프의 일측 방향(A1)으로 인가되는 전원의 위상과 폐루프의 타측 방향(A2)으로 인가되는 전원의 위상이 서로 다른 위상을 갖는 것과 동일한 효과를 갖는 상태가 된다.

이렇게 전극 스트립(110a,110b)의 임의의 위치(예, PP1 위치 또는 PP2 위치)에서 서로 다른 2개의 위상을 갖는 전원이 인가된 것과 동일한 상태가 되면, 전극 스트립(110a,110b)에 데드 포인트로 인한 감지 오류를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

도 6을 참조하여 데드 포인트 방지 효과에 대해 설명한다.

상기 RF 발진기(152)는 센서 스트립부(110)에 연결되어, 발진 주파수에 따른 교류 전원 파형이 센서 스트립부(110)에 인가될 수 있도록 구성된다.

예를 들어, 상기 RF 발진기(152)에서 발진되는 주파수가 1㎓인 경우, 대략 2m 길이 이내로 형성되는 전극 스트립에는 대략 15cm의 간격으로 데드 포인트가 나타나게 된다.

예를 들어, 도 6의 (a)는 어느 하나의 전극 스트립의 데드 포인트의 위치를 예시하고, 도 6의 (b)는 상기 전극 스트립과 위상 차이가 발생하는 또다른 전극 스트립의 데드 포인트의 위치를 예시한다.

본 실시예에 따른 물체 접근 감지 장치는, 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b) 간의 위상 차이로 인해 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b) 별로 서로 다른 위치에 데드 포인트가 형성됨에 따라 상기 물체 감지 구간(D)의 어느 일 위치(b)에서도 데드 포인트가 형성되지 않는 전극 스트립이 항상 존재하므로, 상기 센서 스트립부(110)에 형성된 물체 감지 구간(D)에서 물체의 접근 감지시 데드 포인트로 인한 특정 위치에서의 물체 감지 오류 문제가 발생하지 않게 된다.

한편, 본 실시예의 센서 스트립부(110)는, 인가되는 전원의 위상이 전극 스트립(110a,110b)의 길이 방향 일 위치(PP1 또는 PP2)에서 서로 다른 위상을 갖도록 구성됨에 있어서, 별도의 위상 변화를 위한 소자(예, 커패시터, 인덕터 등)를 사용하지 않고 폐루프를 이루는 전극 스트립의 길이와 교류 전원 파형을 정의하는 발진 주파수 조건을 설정하는 것만으로 위상 차이를 갖도록 하여 데드 포인트로 인한 감지 오류를 방지하는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 물체 감지 장치에서 각각의 전극 스트립 사이의 전계 중첩 모식도이다.

본 실시예의 물체 감지 장치는, 전극 스트립(110a,110b)의 길이 방향 일 위치(b)에서 상기 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b) 사이에 위상 차이를 갖는 상태에서 정전용량값의 변화를 감지한다.

이를 통해, 상기 정전용량값의 변화 감지는, 상기 전극 스트립(110a,110b)의 폐루프의 물체 감지 구간(D)의 길이 방향 일 위치(b)에서, 분기된 상태의 일측 전극 스트립(110a)에 의해 발생되는 전계와 분기된 상태의 타측 전극 스트립(110b)에 의해 발생되는 전계가 상호 중첩된 상태에서 이뤄진다.

분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b) 사이에 미리 설정된 위상 차이가 발생되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b) 사이에 전계 중첩이 이뤄지고, 센서 스트립부(110)를 통해 물체(500)의 접근을 감지할 수 있는 감지 거리가 증가하게 된다.

도 8은 발진 주파수의 주기에 따른 전계의 범위 변화를 간략하게 나타낸 것으로, 중첩된 전계의 최대 거리(범위)가 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)에 의한 각각의 전계의 거리(범위)에 비해 증가되었음을 알 수 있다.

예를 들어, 도 8에서 좌측의 전극 스트립(110a)이 이루는 전계 a'와 우측의 전극 스트립(110b)이 이루는 전계 b'를 합성한 전계 a'+b'은 각각의 전계를 포함하면서 중첩된 부분에서 더욱 증가된 전계를 보여준다.

이러한 전계의 크기의 차이는, 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)에 인가되는 파형이 정현파인 경우, 동일한 파형에서도 위상 차이에 따라 진폭의 차이가 발생하는 것을 통해 이해될 수 있다.

도 8은 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)에 의해 발생되는 전계의 중첩에 관한 이해를 돕기 위해 작성된 모식도로서, 각각의 전계의 표현이 분기된 상태의 전극 스트립(110a,110b)에 의해 생성되는 전계의 형태를 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100: 센싱부
110: 센서 스트립부
110a,110b: 전극 스트립(제1 전극부)
110': 제2 전극부
200: 제어부
500: 물체

Claims

차량의 도어에 설치되는 물체 감지 장치로서,
글래스 윈도우를 구비한 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고, 물체의 근접에 따라 정전용량값이 가변하며, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 포함하되, 분기된 상태의 전극 스트립이 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 물체 감지 구간을 포함하여 구성된 센서 스트립부;
상기 센서 스트립부의 정전용량값의 변화를 감지하는 센싱부; 및
상기 센싱부에서 감지되는 정전용량값의 변화에 따른 전기적 신호를 이용하여 물체의 근접 여부를 판단하는 제어부;를 포함하여 구성된 차량을 위한 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 차량 도어는 레귤러 타입 차량 도어이며,
상기 분기 지점은 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향의 중간부에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량을 위한 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 분기 지점으로부터 상기 전극 스트립의 폐루프의 일측 방향으로 인가되는 전원의 위상과, 상기 분기 지점으로부터 상기 전극 스트립의 폐루프의 타측 방향으로 인가되는 전원의 위상이 전극 스트립의 길이 방향 일 위치에서 서로 다른 위상을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량을 위한 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서 스트립부는,
상기 전극 스트립의 폐루프가 배치되어 형성된 제1 전극부와, 상기 제1 전극부와 상호 대향하는 상태로 미리 설정된 종방향 간격을 유지하도록 배치되며 상기 전극 스트립의 폐루프를 모두 커버하는 대향 면적을 갖도록 설치되는 제2 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량을 위한 물체 감지 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 전극부는 (+) 전극을 형성하고, 상기 제2 전극부는 접지 또는 (-) 전극을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량을 위한 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
차량 도어에 물체가 근접되지 않은 상태에서 측정한 센서 스트립부의 정전용량값을 기준값으로 하고,
차량 도어의 폐쇄 움직임 상태에서 측정한 센서 스트립부의 정전용량값을 상기 기준값과 비교하여 물체의 근접 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 도어용 물체 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 정전용량값의 변화 감지는, 상기 전극 스트립의 폐루프의 물체 감지 구간의 길이 방향 일 위치에서, 분기된 상태의 일측 전극 스트립에 의해 발생되는 전계와 분기된 상태의 타측 전극 스트립에 의해 발생되는 전계가 상호 중첩된 상태에서 이뤄지는 것을 특징으로 하는 차량을 위한 물체 감지 장치.
글래스 윈도우를 구비한 차량 도어의 측면 테두리의 상하 방향 외주면을 따라 설치되고, 물체의 근접에 따라 정전용량값이 가변하며, 분기 지점으로부터 분기되고 양단부가 결합하여 하나의 폐루프를 형성하는 전극 스트립을 포함하되, 분기된 상태의 전극 스트립이 길이 방향을 따라 상호 평행하게 연장 배치된 물체 감지 구간을 포함하여 구성된 센서 스트립.