KR100441816B1 - 자동차의 전복을 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

자동차의 전복을 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

자동차의 전복을 적시에, 그리고 높은 신뢰도로 검출할 수 있기 위해 자동차(FZ)의 요 축(z)과 롤 축(x), 피치 축(y) 방향으로의 가속도를 측정하는 가속 센서(Bx, By, Bz)가 설치된다. 또한 적어도 하나의 회전률 센서(DRSx, DRSy)가 설치되어, 자동차(FZ)의 롤 축(x) 및 경우에 따라서는 추가로 피치 축(y)과 관련한 각 속도를 측정한다.

Description

자동차의 전복을 검출하기 위한 방법 및 장치
DE 36 04 216 C2에는 유체가 채워진 공동(chamber)으로 이루어진 전복 센서가 공지되어 있다. 이 공동 안에는 진동체의 역할을 하는 진자가 매달려 있다. 사방으로 진동하는 진자의 변위로부터 전기 평가회로를 이용해서 자동차가 전복될 것인지 여부에 관한 정보를 획득한다. 그러나 진자 원리에 기초한 이같은 전복 센서는 자동차의 움직임에 대해 지나치게 느리게 반응하기 때문에 탑승자 보호 장치가 작동하기에는 너무 늦은 때에 전복을 시그널링(signaling)할 수 있다는 단점을 갖는다.
EP 0 430 813 A1에는 자동차 전복시 롤오버 바를 연장시키는 자동차용 안전장치가 공지되어 있다. 이 장치에는 전복을 검출할 수 있도록 자동차의 요 축과 롤 축, 피치 축 방향으로의 가속도를 측정하기 위한 가속 센서가 설치되고, 자동차(FZ)의 롤 축과 관련해서 자동차(FZ)의 각속도를 측정하는 적어도 하나의 회전율 센서가 설치된다.
따라서 본 발명의 목적은 자동차의 전복을 적시에, 그리고 높은 신뢰도로 검출할 수 있는, 자동차 전복을 검출하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
자동차가 전복되는 경우 자동차 내부에 설치된 일체의 탑승자 보호 장치가 적시에 작동되어야 한다. 탑승자 보호 장치에는 예를 들어 롤오버 바(rollover bar), 안전 벨트, 전면 에어백과 측면 에어백, 화물차의 폴드다운 시이트 록(fold-down seat lock) 등이 있다. 이 모든 보호 장치가 적시에 작동할 수 있기 위해서는 자동차의 수직축(요 축(yaw axis)), 세로축(롤 축(roll axis)) 및 가로축(피치 축(pitch axis)) 방향으로의 가속도로 인해 자동차가 전복될 것인지 여부를 최대한 조기에 검출해야 한다. 또한 탑승자 보호 장치가 실제로 자동차의 전복시에만 작동하기 위해서는 전복으로 잘못 검출하는 경우가 최대한 방지되어야 한다.
도 1은 자동차의 세 축과 가속 센서, 회전률 센서의 도식도.
도 2는 가속 벡터를 투영한 원뿔의 도면.
도 3은 본 발명에 의한 방법의 흐름도.
청구항 제 6 항에 따라 자동차의 전복을 검출하기 위한 장치는 자동차의 요축과 롤 축, 피치 축 방향으로의 가속도를 측정하는 여러 개의 가속 센서와 자동차의 롤 축 및 경우에 따라서는 추가로 피치 축과 관련한 각 속도(angular velocity)를 측정하는 적어도 하나의 회전률 센서로 구성된다. 또한 측정된 세 개의 가속도로부터 하나의 가속 벡터를 산출하는 기능 및 자동차가 정지한 상태에서 중력 가속 벡터에 대한 가속 벡터의 각 오프셋이 사전에 지정가능한 한계값을 초과하면 전복을 시그널링하는 기능을 갖는 수단을 포함한다. 이때 회전율 센서에 의해 측정된 각속도가 클수록 상기 수단에 의해 한계값이 더 낮게 지정된다.
청구항 제 1 항에 따라 자동차의 전복을 검출하기 위해 다음과 같은 단계가 실행된다. 가속 센서로 자동차의 요 축과 롤 축, 피치 축 방향으로의 가속도를 측정한다. 그런 다음 측정된 세 개의 가속도로부터 하나의 가속 벡터를 산출한다. 자동차가 정지 상태에 있을 경우의 가속 벡터에 대한 상기 가속 벡터의 각 오프셋이사전에 지정 가능한 한계치를 초과하면, 전복이 시그널링된다. 자동차의 롤 축 및 경우에 따라서는 추가로 피치 축과 관련해서 적어도 하나의 회전률 센서에 의해 측정된 각 속도가 클수록 가속 벡터의 각 오프셋에 대해 더 낮은 한계치가 지정된다.
가속 센서의 측정치가 없는 경우 회전률 센서에 의해 측정된 각 속도만을 자동차의 전복을 검출하기 위한 기준으로 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 청구범위 종속항에 제시된다.
이하, 도면에 도시된 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 자동차(FZ)와 이에 속한 직교 좌표계의 요 축(z), 롤 축(x), 피치 축(y)을 도식으로 나타낸 것이다. 자동차(FZ)에는 세 개의 가속 센서가 설치되어 있다. 첫 번째 가속 센서(Bz)는 자동차의 요 축(z) 방향으로의 가속도를 측정하고, 두 번째 가속 센서(Bx)는 롤 축(x) 방향으로의 가속도를 측정하며, 세 번째 가속 센서(By)는 피치 축(y) 방향으로의 가속도를 측정한다. 별도로 세 개의 가속 센서를 설치해야만 세 개의 가속 성분을 모두 측정할 수 있는 것은 아니다. 세 개 미만의 가속 센서를 적절히 배치해서 세 개의 가속 성분을 모두 측정할 수 있다면 다른 가속 센서 장치를 사용해도 무방하다. 이밖에 자동차에는 적어도 하나의 회전률 센서(DRSx)가 설치된다. 회전률 센서(DRSx)는 롤 축(x)을 중심으로 한 자동차의 각 속도를 측정한다. 두 번째 회전률 센서(DRSy)를 추가로 설치할 수도 있다. 이 회전률 센서(DRSy)는 피치 축(y)을 중심으로 한 자동차의 각 속도를 측정한다. 일반적으로 자동차는 롤 축(x)을 중심으로 전복되기 때문에, 경우에 따라서는 두 번째 회전률 센서(DRSy)를 설치하지 않을 수도 있다.
도 3은 가속 센서(Bz, Bx, By)의 측정치와 적어도 하나의 회전률 센서(DRSx)로부터 자동차의 전복 여부에 관한 정보를 유도하는 방법을 보여준다. 단계(1)에서는 우선 가속 센서(Bz, Bx, By)를 이용해서 자동차의 x축, y축, z축 방향으로의 가속도를 측정한다. 단계(2)에서는 이 가속 성분으로부터 일정한 방향과 일정한 길이를 가진 하나의 합성 가속 벡터(B1)를 산출한다.
도 2는 세 개의 축(x, y, z)이 있는 투영도로서, 상기 합성 가속 벡터(B1)를 도시한다. z축에 위치한 가속 벡터(B0)는 자동차 자체에 관성 가속도(inertia acceleration)가 없을 때, 다시 말해 자동차가 정지 상태에 있거나 균일한 속도로 움직일 경우 가속 센서(Bz, Bx, By)에 의해 측정된 중력 가속 벡터이다. 그러다가 자동차에 관성 가속도가 생기면 가속 벡터가 휴지 위치(B0)로부터 선회한다(예를 들어 B1). 도 2에서 도시된 원뿔은 측면(M)을 가지고, 원뿔의 정점은 좌표계의 중심에 위치하며, 원뿔의 회전축은 z축이다. 자동차가 안정된 상태에 있는 동안 상기 원뿔에 의해 가속 벡터가 이동하는 범위가 제한된다. 도 2에서 알 수 있듯이 가속 벡터(B1)가 원뿔의 측면(M)을 지나 이동할 때 비로소 자동차의 전복이 예상된다.
적어도 하나의 회전률 센서에 의해 가속 성분들 외에 하나의 축(주로 롤축(x))을 중심으로 한 자동차의 각 속도(W)도 측정된다(단계(3)). 단계(4)에서 합성 가속 벡터가 │B1│ > G (G는 중력 가속도(g)의 0 배에서 예를 들어 0.05 배 사이의 범위)라는 사실이 확인되면, 다음 단계(5)에서 측정된 각 속도(W)로부터 도 2에 도시된 투영된 원뿔의 개구각(△ )이 유도된다. 투영된 원뿔은 자동차의 전복에 관한 정보를 유도하기 위한 보조 수단이다. 투영된 원뿔의 회전축도 z축이고, 정점 역시 좌표계의 중심에 위치하며, 측면은 자동차의 안정된 범위를 제한하는 원뿔의 측면(M)에 대해 직교한다.
단계(3)에서 측정된 각 속도(W)가 클수록 자동차의 안정된 범위를 제한하는, 측면(M)을 가진 원뿔의 개구각은 작아야 하고, 투영된 원뿔의 개구각(△ )은 커야 한다. 그 이유는 각 속도(W)가 빠를 경우 가속 벡터(B1)의 편향각(angle of deflection)이 작을 때도 자동차가 전복될 수 있기 때문이다. 따라서 각 속도(W)와 투영된 원뿔의 개구각(△ ) 간의 관계는 경험적으로 결정되어야 한다.
단계(6)에서는 투영된 원뿔 위로의 가속 벡터(B1)의 투영(projection)이 산출된다. 특히 여러 방향(R1, R2, R3, R4)으로의 가속 벡터(B1)의 투영이 산출되지만, 도 2에는 R1 방향으로의 투영(B1')만 예시적으로 도시되어 있다. 상기 투영(B1'), 다시 말해 자동차의 안정된 범위를 제한하는 원뿔의 측면(M)에 수직으로 놓인 가속 벡터(B1)의 성분들만이 전복에 관한 정보를 산출하는 데 결정적인 역할을 하기 때문이다. 원뿔의 측면(M)에 놓여 있는 가속 벡터(B1)의 성분들은 자동차의 전복에 아무런 영향도 미치지 않는다. 그렇기 때문에 이후의 단계에서는 가속 벡터(B1)의 투영(B1')만을 이용해서 전복에 관한 정보를 획득한다.
단계(7)에서는 투영(B1')이 최대값(B1'max)으로 제한된다. 상기 값(B1'max)을 초과하는 극도로 높은 가속도로는 자동차가 전복되지 않기 때문에 이와 같은 제한이 이루어진다. 그런 가속 작용은 예를 들어 자동차가 도로의 연석을 밟고 지나가거나 갑자기 노면이 고르지 못할 때 나타날 수 있다. 상기 제한을 두지 않으면 실제로는 자동차가 전복되지 않음에도 불구하고 가속도가 매우 높다는 이유만으로 장치가 자동차의 전복을 예상할 것이다.
다음 단계(8)에서 가속 벡터(B1)의 제한된 투영(B1')이 적분된다. 그 결과 속도(V1)를 얻을 수 있다. 단계(9)에서, 상기 속도(V1)도 단계(7)의 가속도(B1')와 동일한 이유로 최대값(V1max)으로 제한된다. 이어 단계(10)에서 속도(V1)가 적분된다. 그 결과 구간(S1)이 산출된다. 단계(11)에서, 상기 구간(S1)도 앞서 속도(V1)와 가속도(B1')와 마찬가지로 최대값(S1max)으로 제한된다. 추가로 구간(S1)은 최소값(S1min)(예를 들어 0)으로도 제한된다. 구간(S1)이 경험적으로 결정된 길이(Sn1)를 초과하면(단계 12), 자동차의 전복이 시그널링된다(단계 13). 그러나 구간(S1)이 길이(Sn1)보다 작으면, 상기 방법 전체가 다시 실행된다.
앞서 언급한 것처럼 여러 방향(R1, R2, R3, R4)으로의 가속 벡터(B1)의 투영들이 관찰되고, 모든 투영으로부터 하나의 구간이 유도된다. 상기 구간 중 하나만 한계값(Sni: i = 1, 2, 3, ...)을 초과해도 즉시 자동차의 전복이 시그널링되어, 안전 장치가 작동된다.
자동차가 들려서 노면과 접촉하지 않게 됨으로써 전복 위험이 발생하더라도, 가속 센서(Bz, Bx, By)는 매우 작은 가속도만을 측정할 수 있을 것이다. 그러한 경우 단계(4)에 이어 단계(14)에서 측정된 각 속도(W)가 경험적으로 결정된 한계값(WS)보다 큰 가 문의한다. 실제로 한계값(WS)보다 큰 경우 자동차의 전복이 예상된다. 따라서, 전복이 시그널링된다(단계 13). 반대로 측정된 각 속도(W)가 한계값(WS)보다 작으면 전체 방법이 다시 시작된다.

Claims (6)

  1. 자동차의 전복을 검출하기 위한 방법에 있어서,
    가속 센서(Bx, By, Bz)를 이용해서 자동차(FZ)의 요 축(z)과 롤 축(x), 피치 축(y) 방향으로의 가속도를 측정하고,
    상기 측정된 세 개의 가속도로부터 하나의 합성 가속 벡터(B1)를 산출하며, 자동차(FZ)가 정지한 상태에서의 가속 벡터(B0)에 대한 가속 벡터(B1)의 각 오프셋이 지정된 한계치를 초과하면, 자동차의 전복을 시그널링하고,
    상기 롤 축(x)과 경우에 따라서는 추가로 피치 축(y)과 관련해서 적어도 하나의 회전률 센서(DRSx, DRSy)에 의해 측정한 각 속도가 클수록 가속 벡터(B1)의 각 오프셋에 대해 한계치가 낮게 지정되는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가속 센서(Bx, By, Bz)의 측정치가 없는 경우 회전률 센서(DRSx, DRSy)에 의해 측정된 각 속도로부터만 자동차의 전복을 검출하기 위한 기준을 유도하는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가속 벡터(B1)의 여러 방향(R1, R2, R3)으로의 투영(B1')을 산출하고, 가속 벡터(B1)의 각 투영(B1')을 2회씩 적분하며, 2회 적분한 투영(B1') 중 하나가 방향에 따른 한계값(Sn1)을 초과하면 자동차의 전복을 시그널링하는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가속 벡터(B1)의 투영(B1')을 가속 한계값으로 제한하고, 가속도가 이 한계값을 초과한 범위에서는 자동차(FZ)가 전복되지 않는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 가속 벡터(B1)의 투영들(B1')의 첫 번째 및/또는 두번째 적분으로부터 생성된 신호들이 한계값으로 제한되고, 이 한계값을 초과한 범위에서는 자동차(FZ)가 전복되지 않는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 방법.
  6. 자동차(FZ)의 요 축(z)과 롤 축(x), 피치 축(y) 방향으로의 가속도를 측정하는 가속 센서(Bx, By, Bz)를 포함하고, 롤 축(x)과 경우에 따라서는 추가로 피치 축(y)과 관련한 자동차(FZ)의 각 속도를 측정하는 적어도 하나의 회전률 센서(DRSx, DRSy)를 포함하는, 자동차의 전복을 검출하기 위한 장치에 있어서,
    상기 측정된 세 개의 가속도로부터 하나의 가속 벡터(B1)를 산출하는 기능 및 자동차(FZ)가 정지한 상태에서 중력 가속 벡터(B0)에 대한 가속 벡터(B1)의 각 오프셋이 사전에 지정가능한 한계값을 초과하면 전복을 시그널링하는 기능을 갖는 수단을 포함하고, 회전률 센서(DRSx, DRSy)에 의해 측정된 각 속도가 클수록 상기 수단에 의해 한계값이 더 낮게 지정되는 것을 특징으로 하는 자동차 전복 검출 장치.
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