KR200298534Y1 - 충돌방지 경보장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 충돌방지 경보장치에 관한 것으로, 상세하게는 초음파를 이용하여 물체를 감지할 때 공진주파수가 각기 다른 다수의 센서를 이용하여 물체에서 반사되어 수신되는 초음파의 공진주파수가 변동하는 도플러 쉬프트현상이 발생하더라도 초음파를 잘 수신할 수 있도록 한 충돌방지 경보장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 충돌방지 경보장치에 의하여, 초음파를 이용하여 물체를 감지할 때 초음파 수신단에 초음파를 송신하는 제1초음파센서의 공진주파수보다 공진주파수가 더 높게 설정된 제2초음파센서와 공진주파수가 제1초음파센서의 공진주파수 보다 더 낮게 설정된 제3초음파센서를 제1초음파센서와 같이 두어 송신된 초음파가 물체에서 반사될 때 도플러 쉬프트현상에 의하여 물체에서 반사되는 초음파의 공진주파수가 변하더라도 양호하게 수신할 수 있다.
그에 따라서 정확한 물체의 감지가 가능하여 사용자의 신뢰를 얻을 수 있다.

Description

충돌방지 경보장치
본 고안은 충돌방지 경보장치에 관한 것으로, 상세하게는 초음파를 이용하여 물체를 감지할 때 공진주파수가 각기 다른 다수의 센서를 이용하여 물체에서 반사되어 수신되는 초음파의 공진주파수가 변동하는 도플러 쉬프트현상이 발생하더라도 초음파를 잘 수신할 수 있도록 한 충돌방지 경보장치에 관한 것이다.
근래들어, 차량의 주행중에 발생할 수 있는 각종 안전사고를 미연에 방지하기 위한 시스템이 개발되어 차량에 탑재되고 있는 바, 그 예들로서 자차와 선행차량과의 충돌 위험성을 경보하는 전방충돌 방지 경보장치와 자차와 측방물체와의 충돌위험성을 경보하는 측방충돌 방지 경보장치가 있다.
이러한 충돌방지 경보장치는 차량의 주행차선 변경시나 주차시 또는 주행시에 운전자의 시야가 미치지 못하는 사각지대에서의 차량 및 운전자의 안전성을 확보하기 위한 장치로서 초음파 센서 혹은 레이져 레이다등을 사용하여 충돌 가능성이 있는 장애물의 유무를 감지하게 된다.
도 1은 종래의 충돌방지 경보장치의 블럭도이다.
도 2는 종래의 충돌방지 경보장치의 초음파센서의 동작 특성도이다.
먼저, 종래의 충돌방지 경보장치는 장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발생하는 초음파센서(13), 초음파센서(13)를 구동시키는 센서구동부(12), 센서구동부(12)에 접속되어 40㎑의 공진주파수를 발생시키는 발진부(11), 초음파 센서(13)의 수신단에 접속되어 출력신호를 증폭시키는 전치증폭기(14), 전치증폭기(14)와 접속되어 증폭된 신호중 일부만을 통과 시키는 대역필터(15), 대역필터(15)에 접속되어 대역필터(15)의 출력신호를 검파하는 검파기(16), 검파기(16)의 출력과 비교하여 장애물의 유·무를 판단하게 하는 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생기(17), 검파기(16)의 출력신호와 기준전압 발생기의 전압신호를 비교하는 비교기(18), 비교기(18)의 출력신호를 입력받아 장애물의 유·무를 감지하는 이외에 초음파센서(13)의 단선 및 기타 부품의 이상동작을 판단하고, 발진부(11)에 구동신호를 출력하여 초음파센서(13)를 동작시키는 제어부(20), 장애물의 감지시 및 초음파센서의 에러 발생시에 경보음을 발생시키는 부저(22) 및 경보램프(21), 제어부(20)의 제어에 따라 부저(22) 및 경보램프(21)를 구동시키는 경보구동부(19)로 이루어진다.
전체동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 제어부(20)는 초음파를 송신하여 자차와 물체와의 거리를 측정하기 위하여 발진부(11)를 구동시킨다. 초음파를 송신하기 위해서 발진부(11)는 제어부(20)의 제어에 의하여 센서구동부(12)에 약 40㎑의 공진 주파수를 출력하여 초음파센서(13)를 구동시켜 40㎑의 주파수를 갖는 초음파신호를 발생시키게 된다. 한편, 일반적으로 음파의 전달속도(V)는 V = 331 + 0.6T [m/s]에 의하여 산출되어 지며, 이 때 T는 주위의 온도를 나타낸다.
초음파를 송신한 후 제어부(20)는 초음파가 물체에서 반사되어 수신이 되는지를 판단한다. 만약 초음파가 수신된다고 판단되면 제어부(20)는 자차와 물체와의 거리를 산출한다.
초음파센서(13)에 수신된 수신신호는 전치증폭기(14)를 통하여 대역필터(15)를 거쳐 필터링(filtering)된다. 필터링된 신호는 검파기(16)를 거치고, 검파기(16)에서 검파된다. 비교기(18)는 기준전압 발생기(17)에 의하여 발생된 신호와 검파기(16)에서 검파된 신호를 비교하여 출력을 제어부(20)로 입력한다. 제어부(20)는 비교기(18)로부터의 입력에 따라 자차와 장애물체까지의 거리를 계산한다.
자차와 장애물체까지의 거리계산은 초음파센서(13)로부터 발생된 초음파가 장애물에 반사되어 수신될 때까지의 시간에 의하여 계산되는데 제어부(20)에 의하여 거리는 (시간 × 초음파의 속도)/2의 공식으로 산출되어진다.
거리가 산출되고 나면 제어부(20)는 산출된 거리가 소정거리 이하인지를 판단하여 만약 산출된 거리가 소정거리 이하라면 경보구동부(19)를 구동시켜 경보를 한다.
그런데 차량이 고속으로 주행을 하면서 측후방으로 접근하는 장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발사할 경우 수신되는 초음파의 공진주파수가 높아지거나 낮아지는 경우가 발생하였다.
이러한 것은 초음파를 발사한 센서(13)의 공진주파수가 fo라고 했을 때 물체에서 반사되어 수신되는 초음파의 주파수는 fo-Δf 혹은 fo+Δf 가 될 수 있다는 것이다.
초음파센서(13)는 주파수 대역폭이 좁기 때문에 수신되는 초음파의 주파수가 fo-Δf 혹은 fo+Δf 가 되면 수신감도가 현저하게 저하된다.
그리하여 물체에서 반사된 초음파가 초음파를 송신한 센서에서 제대로 수신되지 않는 문제점이 발생하였다. 초음파가 제대로 수신되지 않으면 물체 역시 정상적으로 감지되지 않게 되어 기기의 신뢰성 역시 떨어지게 되었다.
본 고안은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 초음파 센서를 이용하는 자동차의 충돌방지 경보장치에 있어서 초음파를 이용하여 물체를 감지할 때 공진주파수가 각기 다른 다수의 센서를 이용하여 물체에서 반사되어 수신되는 초음파의 공진주파수가 변동하는 도플러 쉬프트현상이 발생하더라도 초음파를 잘 수신할 수 있는 충돌방지 경보장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 충돌방지 경보장치의 블럭도이다.
도 2는 종래의 충돌방지 경보장치의 초음파센서의 특성도이다.
도 3은 본 고안에 따른 충돌방지 경보장치의 블럭도이다.
도 4는 본 고안에 따른 충돌방지 경보장치의 초음파센서의 특성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
331:송수신초음파센서 332,333:수신초음파센서 39:제어부
40:경보부 41:스피커 42:램프
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안에 따른 충돌방지경보장치는, 초음파를 이용하여 자차와 물체와의 거리를 측정하여 자차와 물체간의 거리가 소정거리 이하이면 경보를 하는 충돌방지 경보장치에 있어서, 초음파를 발사하고 상기 물체에서 반사된 반사파를 수신하는 송수신초음파센서, 초음파센서가 발사한 초음파가 물체에서 반사된 반사파를 수신하며 공진주파수가 서로 다르게 설정된 다수의 수신초음파센서, 송수신초음파센서 혹은 수신초음파센서가 수신한 반사파에 의하여 자차와 물체와의 거리를 산출하여 산출된 거리가 소정거리이하이면 경보신호를 출력하는 제어부, 제어부가 출력하는 경보신호에 의하여 경보를 하는 경보부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 따른 양호한 실시예를 상세하게 설명하겠다.
도 3은 본 고안에 따른 충돌방지 경보장치의 블럭도이다.
도 4는 본 고안에 따른 충돌방지 경보장치의 초음파센서의 특성도이다.
먼저 본 고안에 따른 충돌방지 경보장치는 장애물을 감지하기 위하여 초음파를 발생 및 수신하는 제1초음파센서(331), 제1초음파센서(331)와 다른 공진주파수를 가지며 제1초음파센서(331)가 송신한 초음파가 물체에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 제2초음파센서(332)와 제3초음파센서(333), 제1초음파센서(331)를 구동시키는 센서구동부(32), 센서구동부(32)에 접속되어 40㎑의 공진주파수를 발생시키는 발진부(31), 제1초음파센서(331)와 제2초음파센서(332) 그리고 제3초음파센서(333)의 수신단에 접속되어 출력신호를 증폭시키는 전치증폭기(34), 전치증폭기(34)와 접속되어 증폭된 신호중 일부만을 통과시키는 대역필터(35), 대역필터(35)에 접속되어 대역필터(35)의 출력신호를 검파하는 검파기(36), 검파기(36)의 출력과 비교하여 장애물의 유·무를 판단하게 하는 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생기(37), 검파기(36)의 출력신호와 기준전압 발생기(37)의 전압신호를 비교하는 비교기(38), 비교기(38)의 출력신호를 입력받아 장애물의 유·무를 감지하는 이외에 초음파센서(33)의 단선 및 기타 부품의 이상동작을 판단하고, 발진부(31)에 구동신호를 출력하여 제1초음파센서(331)를 동작시키는 제어부(39), 장애물의 감지시 및 초음파센서의 에러 발생시에 경보음을 발생시키는 부저(41) 및 경보램프(42), 제어부(39)의 제어에 따라 부저(41) 및 경보램프(42)를 구동시키는 경보구동부(40)로 이루어진다.
먼저 제어부(39)는 자차와 물체와의 거리를 측정하기 위하여 제1초음파센서(331)를 구동시켜 초음파를 송신한다. 초음파를 송신하기 위해서 발진부는 제어부(39)의 제어에 의하여 센서구동부에 약 40㎑의 공진 주파수를 출력하여 제1초음파센서(331)를 구동시켜 40㎑의 주파수를 갖는 초음파신호를 발생시키게 된다.
일반적으로 음파의 전달속도(V)는 V = 331 + 0.6T [m/s]에 의하여 산출되어 지며, 이 때 T는 주위의 온도를 나타낸다.
제1초음파센서(331)에서 초음파를 송신한 후 자차에 근접한 물체가 있다면 제1초음파센서(331)에서 송신된 초음파는 물체에 의하여 반사되어 자차로 되돌아 오게된다.
이때 제1초음파센서(331)의 공진주파수(fo)가 약 40킬로헤르츠라고 한다면 제1초음파센서(331)에서 송신한 초음파가 물체에서 반사된 반사파의 공진주파수 역시 40킬로헤르츠가 되어야 한다.
그런데 만약 자차가 고속으로 주행하고 있거나 혹은 물체, 즉 다른 차량이 고속으로 주행하고 있다면 도플러 쉬프트현상에 의하여 물체에서 반사되는 초음파의 공진주파수는 초기 제1초음파센서(331)에서 송신될 때의 공진주파수보다 더 높아지거나 더 낮아질 수도 있다.
그래서 수신단에는 초음파를 송신하는 제1초음파센서(331)의 공진주파수보다 공진주파수가 더 높게 설정된 제2초음파센서(332)와 공진주파수가 제1초음파센서(331)의 공진주파수 보다 더 낮게 설정된 제3초음파센서(333)를 제1초음파센서(331)와 같이 둔다.
그리하여 제1초음파센서(331)에서 송신된 초음파는 물체에서 반사되어 제1초음파센서(331) 혹은 제2초음파센서(332) 또는 제3초음파센서(333)중 하나의 초음파센서로 수신된다.
본 실시예에서는 제1초음파센서(331)의 공진주파수가 40킬로헤르츠라고 할 때 제2초음파센서(332)의 공진주파수는 제1초음파센서(331)의 공진주파수보다 1킬로헤르츠 더 높은 41킬로헤르츠이다. 그리고 제3초음파센서(333)의 공진주파수는 제1초음파센서(331)의 공진주파수보다 1킬로헤르츠 더 낮은 39킬로헤르츠이다.
도 4를 보면 차량의 뒤 범퍼의 측면에 3개의 초음파센서(33)가 장착되어 있는 것을 볼 수 있다. 3개의 초음파센서(33)중 가운데 장착되어 있는 것이 송수신초음파센서인 제1초음파센서(331)이고 좌우로 양쪽에 장착되어 있는 것이 수신초음파센서인 제2초음파센서(332)와 제3초음파센서(333)이다. 물론 3개의 초음파센서(33)의 공진주파수 각각 다르게 설정되어 있다.
제1초음파센서(331) 혹은 제2초음파센서(332) 또는 제3초음파센서(333)에 수신된 반사파는 전치증폭기(34)를 통하여 대역필터(35)를 거쳐 필터링(filtering)된다.
필터링된 신호는 검파기(36)를 거쳐서 검파된다. 비교기(38)는 기준전압 발생기(37)에 의하여 발생된 신호와 검파기(36)에서 검파된 신호를 비교하여 출력을 제어부(39)로 입력한다. 제어부(39)는 비교기(38)로부터의 입력에 따라 자차와 물체까지의 거리를 계산한다.
자차와 물체까지의 거리계산은 제1초음파센서(331)로부터 발생된 초음파가 물체에 반사되어 초음파센서(33)로 수신될 때까지의 시간에 의하여 계산되는데 제어부(39)에 의하여 거리는 (시간 × 초음파의 속도)/2의 공식으로 산출되어진다.
거리가 산출되고 나면 제어부(39)는 산출된 거리가 소정거리 이하인지를 판단하여 만약 산출된 거리가 소정거리 이하라면 경보구동부(40)를 구동시킨다.
경보구동부(40)는 제어부(39)의 제어에 따라서 램프(42)를 통하여 시각적으로 경보를 하며 스피커(41)를 통하여 청각적으로 경보를 한다.
본 고안에 따른 충돌방지 경보장치에 의하여, 초음파를 이용하여 물체를 감지할 때 초음파 수신단에 초음파를 송신하는 제1초음파센서의 공진주파수보다 공진주파수가 높게 설정된 제2초음파센서와 공진주파수가 제1초음파센서의 공진주파수 보다 더 낮게 설정된 제3초음파센서를 제1초음파센서와 같이 두어 송신된 초음파가 물체에서 반사될 때 도플러 쉬프트현상에 의하여 물체에서 반사되는 초음파의 공진주파수가 변하더라도 양호하게 수신할 수 있다.
그에 따라서 정확한 물체의 감지가 가능하여 사용자의 신뢰를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 초음파를 이용하여 자차와 물체와의 거리를 측정하여 자차와 물체간의 거리가 소정거리 이하이면 경보를 하는 충돌방지 경보장치에 있어서,
    초음파를 발사하고 상기 물체에서 반사된 반사파를 수신하는 송수신초음파센서,
    상기 초음파센서가 발사한 초음파가 상기 물체에서 반사된 상기 반사파를 수신하며 공진주파수가 서로 다르게 설정된 다수의 수신초음파센서,
    상기 송수신초음파센서 혹은 상기 수신초음파센서가 수신한 상기 반사파에 의하여 상기 자차와 상기 물체와의 거리를 산출하여 산출된 거리가 소정거리이하이면 경보신호를 출력하는 제어부,
    상기 제어부가 출력하는 경보신호에 의하여 경보를 하는 경보구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 충돌방지 경보장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수신초음파센서는 상기 송수신초음파센서의 공진주파수의 위 또는 아래의 공진주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 충돌방지 경보장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경보구동부는 상기 제어부가 출력하는 경보신호에 따라서 램프를 구동시켜 시각적으로 경보를 하며 스피커를 구동시켜 청각적으로 경보를 하는 것을 특징으로 하는 충돌방지 경보장치.
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