"03분반 노슬립조"의 두 판 사이의 차이

2025년 12월 18일 (목) 21:02 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : CO₂ 농도 기반 졸음운전 방지 장치 설계

영문 : CO₂ Concentration Based Anti-drowsiness Device Design

과제 팀명

노슬립

지도교수

박영권 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890*** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2019890*** 장**

서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 구**

서울시립대학교 환경공학부 2022890*** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 차량 흡입부에 CO₂ 센서 연동 저감 모듈을 적용해 캐빈 내 CO₂를 능동적으로 관리하는 기술을 개발하는 것이다. CO₂ 농도가 1,000 ppm을 넘으면 자동 개입하여 외기 혼합과 저감 동작을 수행하고, 짧은 시간 안에 약 400 ppm대로 복귀시켜 운전 중 각성 저하 위험을 줄이는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

한국도로공사 졸음운전 사고 통계에 따르면, 2020년부터 2024년까지의 총 졸음운전 사고 건수는 9,559건으로 교통사고 발생률 1위를 나타내고 있다. 이렇듯 졸음운전으로 인한 사고는 지속적으로 빈번히 발생하고 있다. 졸음운전은 히터를 사용하는 동절기와 에어컨을 사용하는 하절기에 주로 발생한다. 이는 냉/온방을 위해 외기 순환 모드 주행이 아닌 내기 순환 모드 주행을 하기 때문이다. 장거리 운전이나 내기 순환 위주 주행에서는 탑승자 호흡으로 CO₂가 빠르게 축적되어, 일부 연구에서 945–1,400 ppm 수준에서 관찰된 인지·의사결정 성능 저하 구간에 쉽게 도달할 수 있다. 차량 캐빈은 체적이 작고 환기율 변동이 커 CO₂ 변동폭이 큰 편이므로, 센서 기반 임계 제어로 CO₂를 항상 저레벨로 유지하는 능동 관리가 안전·쾌적성 확보에 필수적이다. 단순한 상시 외기 전환은 소음·냄새·에너지 손실 등 운용상 한계가 있어, 상황에 따라 임계(1,000 ppm)에서 자동 개입해 일반적인 공기질 수준인 400 ppm대로 복귀시키는 정밀 제어가 실사용 환경에 적합한 해법이다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 설계는 차량 내 CO₂를 감지하고 필터링하여 화물 운송자와 같은 장시간 1인 운전자의 졸음을 사전에 예방하여 졸음운전 사고 발생률을 감소시키는 것을 목표로 한다. 구체적인 설계 목표는 다음과 같다.

1) CO₂ 센서를 통한 졸음방지 모드 작동 차량 내 CO₂ 센서를 설치해 졸음위험 농도 여부에 따라 자동적으로 졸음방지 모드를 작동시킨다. 졸음운전과 CO₂ 농도에 관한 연구에 따르면, 1,200ppm 부터 인지 및 의사결정 저하에 영향을 끼칠 수 있다고 한다. 이러한 영향의 사전예방을 위해서는 졸음방지 모드 작동 시작점을 효과적으로 설정해야 한다. 모드 작동 이후 모듈을 통한 CO₂ 필터링에 시간이 소요되기에 즉각적으로 CO₂ 감소 효과가 일어나지 않는다. 따라서 본 설계에 사용하는 필터의 성능 테스트를 통해 시간에 따른 CO₂ 감소량을 파악하였고, 이를 통해 시작점을 1,000ppm으로 설정했다.

2) CO₂ 필터링 모듈 졸음방지 모드 작동에 따라 선택적으로 CO₂를 감소시키기 위해서 소형 팬과 CO₂ 필터로 구성된 모듈을 만들어 차량 내부에 설치해 필터링을 하고자 한다. 원활한 흡착을 위해 소형 팬을 부착하였다.

3) 실제 차량 내 자동화 시스템 구축 시스템은 평소에는 대기 상태로 두다가, 실내 CO₂ 농도가 임계치(약 1,000 ppm)를 넘어설 경우 자동으로 작동한다. 모듈 내 소형 팬이 활성화되면서 공기를 전용 필터로 통과시켜 CO₂를 선택적으로 제거하고, 농도가 안정 수준으로 돌아오면 다시 절전 모드로 전환된다. 이렇게 하면 불필요한 전력 낭비와 필터 수명 저하를 막으면서, 운전자의 개입 없이 졸음운전 위험을 사전에 차단할 수 있다. 필터 소재는 MOF, 아민계, 제올라이트 등 다양한 후보를 비교해 성능, 비용, 재생 가능성을 검토하여 최종적으로 제올라이트로 선정했다. 모듈은 교체형 카트리지 구조로 설계해 사용자가 간단히 교체할 수 있도록 했다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+본 설계는 차량 내 CO₂를 감지하고 필터링하여 화물 운송자와 같은 장시간 1인 운전자의 졸음을 사전에 예방하여 졸음운전 사고 발생률을 감소시키는 것을 목표로 한다. 구체적인 설계 목표는 다음과 같다.
+) CO₂ 센서를 통한 졸음방지 모드 작동
+차량 내 CO₂ 센서를 설치해 졸음위험 농도 여부에 따라 자동적으로 졸음방지 모드를 작동시킨다. 졸음운전과 CO₂ 농도에 관한 연구에 따르면, 1,200ppm 부터 인지 및 의사결정 저하에 영향을 끼칠 수 있다고 한다. 이러한 영향의 사전예방을 위해서는 졸음방지 모드 작동 시작점을 효과적으로 설정해야 한다. 모드 작동 이후 모듈을 통한 CO₂ 필터링에 시간이 소요되기에 즉각적으로 CO₂ 감소 효과가 일어나지 않는다. 따라서 본 설계에 사용하는 필터의 성능 테스트를 통해 시간에 따른 CO₂ 감소량을 파악하였고, 이를 통해 시작점을 1,000ppm으로 설정했다.
+) CO₂ 필터링 모듈
+졸음방지 모드 작동에 따라 선택적으로 CO₂를 감소시키기 위해서 소형 팬과 CO₂ 필터로 구성된 모듈을 만들어 차량 내부에 설치해 필터링을 하고자 한다. 원활한 흡착을 위해 소형 팬을 부착하였다.
+) 실제 차량 내 자동화 시스템 구축
+시스템은 평소에는 대기 상태로 두다가, 실내 CO₂ 농도가 임계치(약 1,000 ppm)를 넘어설 경우 자동으로 작동한다. 모듈 내 소형 팬이 활성화되면서 공기를 전용 필터로 통과시켜 CO₂를 선택적으로 제거하고, 농도가 안정 수준으로 돌아오면 다시 절전 모드로 전환된다. 이렇게 하면 불필요한 전력 낭비와 필터 수명 저하를 막으면서, 운전자의 개입 없이 졸음운전 위험을 사전에 차단할 수 있다. 필터 소재는 MOF, 아민계, 제올라이트 등 다양한 후보를 비교해 성능, 비용, 재생 가능성을 검토하여 최종적으로 제올라이트로 선정했다. 모듈은 교체형 카트리지 구조로 설계해 사용자가 간단히 교체할 수 있도록 했다.
 ===관련 기술의 현황===