KR100930224B1 - 차량 충돌 감지 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량 충돌 감지 시스템(23)은 전방 범퍼(24)에 장착된 피에조 필름 센서(28)를 사용한다. 피에조 필름 센서(28)는 고주파수 충격파에 비해 저주파수 충격파에 보다 민감하게 반응하도록 선택 및 장착된다. 그 후에, 주파수 및 진폭은 연성 조직체와의 충돌을 나타내는 주파수 및 진폭의 선택된 범위와 비교된다. 다른 실시예에서, 피에조 필름 센서(28)의 출력은 테르페놀-D계 센서(32)와 같은 저주파수 충격파보다 고주파수 충격파에 보다 민감한 제 2 센서의 출력과 비교된다.

Description

차량 충돌 감지 시스템{VEHICLE IMPACT DETECTION SYSTEM}
본 발명은 보행자 또는 동물과의 충돌을 감지하는 차량 충돌 센서에 관한 것이다.
좌석 벨트와 같은 수동식 안전 장치 및, 에어백 및 좌석 벨트 리트랙터와 같은 능동식 안전 장치와 결합된 자동차의 구조적 설계에 있어서의 발전으로 인해, 충돌과 관련된 자동차 탑승자의 사망 및 부상이 많이 감소되었다. 이러한 능동식 안전 장치는 충돌의 징후를 감지하는 센서에 반응하여 가동 또는 전개되어서, 차량 탑승자의 부상을 최소화시킨다.
차량이 보행자와 충돌하는 경우에, 보행자는 큰 부상을 입거나 사망에 이를 수도 있다. 최근, 차량-보행자간 충돌시에, 보행자를 보호하도록 설계된 전개식 안전 장치(deployable safety device)의 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 안전 장치는 보행자의 머리 부상을 줄이기 위해 에어백을 전개하거나 차량 보닛을 상승시키거나 한다. 상대적으로 다행일 수도 있는 충돌의 또 다른 유형으로는 사슴과 같은 동물과의 충돌을 들 수 있다. 이러한 유형의 충돌의 위험은 동물이 차량의 보닛 위를 지나 전방 유리에 부딪힐 수도 있다는 것이다. 차량-동물간 충돌의 징후에 반응하는 안전 장치가 고려된다.
미국 특허 제 6 784 792 B2 호는 보행자와의 충돌에 의해 야기되는 압력 및 변형을 감지하기 위해 압전 필름 센서를 사용하는 단계 및 제 1 결정 기준을 도출하기 위해 센서 출력 신호를 기준량과 비교하는 단계를 개시하며, 또한 차량의 속도 또는 가속도의 변화에 의한 제 2 기준을 도출하는 단계를 개시한다. 압전 스트립은 미국 특허 제 6 559 763 B2 호에서와 같이, 충돌의 징후를 감지하기 위해 이용되어 왔다. 압전 센서를 이용하여 측면 충돌을 감지하기 위한 변형 에너지의 측정이 미국 특허 제 5 797 623 A 호에 개시되어 있다.
액압 타격 장치(hydraulic percussion device)에 의해 생성되는 가속도를 감지하기 위해 압전 필름을 사용하는 예가 미국 특허 제 6 737 981 B2 호에 공지되어 있다. 미국 특허 제 6 329 910 B1 호에 따르면, 응력 전도성 부재를 따라 횡방향의 충돌 위치를 결정하기 위해 초자왜성 센서의 주파수 및 진폭이 분석된다.
차량-보행자간 충돌 및 차량-동물간 충돌은 차량이 상대적으로 소질량의 연성 조직체와 충돌하는 것과 유사하다. 능동식 안전 장치의 전개 또는 비전개를 최적화할 수 있도록, 이러한 유형의 충돌을, 대질량체와의 충돌 또는 질량이 덜 나가지만 강성인 물체와의 충돌과 구별할 수 있는 센서가 요구된다.
본 발명의 차량 충돌 감지 시스템은 전방 차량 범퍼에 장착되는 피에조 필름 또는 압전 필름을 사용한다. 피에조 플루오로폴리머 필름(PVDF)은 상대적으로 신규한 부류의 압전 센서인 압전 물질이다. PVDF재는 양 측면 상에 증착되는 얇은 전기 전도성 니켈 구리 합금을 갖는 박막의 플라스틱 폴리머이다. 이러한 물질은 피에조 필름이라 불린다. 피에조 필름으로부터 전기적 출력을 얻기 위해, PVDF재의 양 측면 상에 도포된 전기 전도성 코팅과 전기적으로 연결된다. 본 발명에서 사용된 피에조 필름은 고주파수 충격파에 비해 저주파수 충격파에 보다 민감하게 반응하도록 선택 및 장착된다. 충격파의 주파수 및 진폭은 연성 조직체와의 충돌을 나타내는 선택된 범위의 주파수 및 진폭과 비교된다. 다른 실시예에서, 피에조 필름의 출력은, 피에조 필름보다 고주파수 충격파에 대해 더 민감하고 저주파수 충격파에 대해 덜 민감한 제 2 센서의 출력과 비교된다. 제 2 센서는 예를 들어, 테르페놀-D계 센서(Terfenol-D based sensor)일 수 있다.
본 발명은 동물 또는 보행자와의 차량 충돌과 중량체 또는 경량이지만 강성인 물체와의 차량 충돌을 구별할 수 있는 동물 또는 보행자 충돌 감지 시스템을 제공한다.
본 발명은, 동물과 충돌한 경우에 차량 탑승자를 보호하기 위해 전개되는 안전 시스템과 연계된 충돌 센서를 더 제공한다.
본 발명은 동물 또는 보행자와의 충돌과 보다 강성인 물체와의 충돌을 분별하기 위한 복수의 센서의 사용을 추가로 제공한다.
도 1은 보행자와의 충돌을 상정한 본 발명의 차량 충돌 감지 시스템을 장착한 자동차에 대한 부분 절단 측면도,
도 2는 피에조 필름 센서의 장착 위치를 도시하는, 도 1에 도시된 자동차의 범퍼 부분에 대한 확대도,
도 3은 평판에 장착되고 고무 해머로 가격된 테르페놀-D(Terfenol-D) 센서 및 피에조 필름 센서의 출력 시간 및 진폭에 대한 그래프,
도 4는 평판에 장착되고 금속 볼 베어링에 의해 가격된 테르페놀-D 센서 및 피에조 필름 센서의 출력 시간 및 진폭에 대한 그래프.
도 1에는, 보행자(20)가 본 발명의 차량 충돌 감지 시스템(23)을 장착한 자동차(22)와 충돌하는 모습이 도시되어 있다. 이러한 충돌의 경우에, 보행자(20)는 일반적으로 범퍼(24)에 먼저 충격을 받고, 그 후에 차량의 보닛(25)과 충돌하게 된다. 안전 시스템의 일부를 형성하고 보행자의 피해를 방지하도록 설계되는 능동식 장치(26)를 적시에 작동시키기 위해, 보행자와의 충돌을 나타내는 센서가 요구된다. 시스템(23)은 보행자 충돌과 다른 형태의 충돌을 구별하는데 사용될 수 있는 피에조 필름 센서(28)를 구비한다. 피에조 필름 센서(28)는 연성의 저질량 충돌을 장벽 또는 다른 차량과의 충돌과 구별하기 위해 사용되며, 또한 저질량 충돌을 돌, 얼음 또는 그 외 다른 도로 상의 파편이 범퍼를 가격하는 경우와 구별하기 위해 사용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 금속판(도시되지 않음)에 응력파(30)를 생성하기 위해 고무 해머가 사용된 경우, 피에조 필름 센서는 저주파수 충격파에 민감하다는 것을 실험적으로 알 수 있다. 결과적인 응력파(30)는 피에조 필름 센서(28)에 의해 감지되는 바와 같이, 500 내지 600Hz의 주파수 및 200 내지 600mV의 진폭 범위를 갖는다. 도 4는 주파수 및 진폭 응답, 즉 높이 1m에서 금속판 위로 떨어진 6.3mm 직경의 강철 볼 베어링에 반응하는 피에조 필름 센서(28)의 응력파(31)를 도시한다.
볼 베어링 충격은 약 22,000Hz의 주파수 및 약 200mV의 진폭을 생성하였다. 2개의 상이한 주파수에서 피에조 필름 센서(28)에 의해 생성된 신호의 진폭 사이의 비율을 사용함으로써, 보행자 또는 동물과의 충돌이 암석 가격 또는 강체와의 충돌과 구별될 수 있다. 예를 들어, 피에조 필름 센서(28)의 출력은 출력 스펙트럼 밀도 함수(power spectral density function)로서 분석될 수 있으며, 이는 후에 충돌의 형태와 상호 연관될 수 있다. 출력 스펙트럼 밀도 함수는 시계열의 자체 상관 관계 시퀀스의 푸리에 변환으로서 또는 적합한 상수항으로 변환된 시계열의 푸리에 변환의 제곱 계수(squared modulus)로서 정의된다.
대안적인 실시예는 미국 특허 제 2005-0194240 A1 호에 개시된 바와 같이, 테르페놀-D 타입의 검지 요소(32)를 채용한다. 테르페놀-D 센서(32)는 [테르븀(Tb)0.3 디스프로슘(Dy)0.7 철(Fe)1.92]의 구성을 갖는 초자왜성 검지 요소의 일 유형이다. 미국 특허 제 2005-0194240 A1 호에 개시된 바와 같이, 충돌 센서는 검지 코일 내부에 위치되는 테르페놀-D 검지 요소를 채용한다. 영구 편향 자석은 테르페놀-D 검지 요소와 결합 상태로 위치되며, 스페이서는 테르페놀-D 검지 요소를 결합하고 편향 자석, 테르페놀-D 검지 요소 및 검지 코일을 둘러싸는 하우징으로부터 연장된다. 상기 하우징은 차량 구조 부재에 충돌 센서를 장착하기 위해 고정구가 관통 연장되는 이격된 2개의 장착 구멍을 갖춘 비임을 구비한다. 상기 비임의 장착은 스페이서를 차량 구조 부재에 대해 압축하여 위치시킨다. 스페이서, 테르 페놀-D 검지 요소, 및 편향 자석은 비임에 수직으로 연장되는 비임의 원통부에 위치되는 슬리브 내에 수용된다. 비임은 상기 고정구에 의해 차량 구조 부재에 장착된다. 검지 코일이 권취되는 보빈(bobbin)은 테르페놀-D 검지 요소 및 편향 자석 위에 위치되고, 비임에 오버몰딩된다. 충돌 센서가 장착되는 차량 구조 부재에 도입되는 압축파는, 구조 부재와 결합된 상태로 유지되는 스페이서를 통해, 그리고 상기 스페이서로부터 테르페놀-D 검지 요소로 이동한다. 편향 자석의 자기장의 영향 하에서, 테르페놀-D 검지 요소에 있어서의 변형은 자기장의 세기에 있어서 실질적인 변경을 가져오는데, 이는 코일의 출력 리드선에 있어서의 전압의 발생을 유발한다. 센서는 수동적일 수 있으며, 용이하게 감지 및 디지털화되는 대전압 출력을 가질 수도 있다. 대안적인 실시예에서, DC 전류가 검지 코일에 공급되어 편향 자기장을 제공할 수 있다. 테르페놀-D 검지 요소를 통해 이동하는 충격에 의해 발생된 전압은 인가된 DC 편향 전류로부터 충격 검지 신호를 분리하는 고 주파수 필터에 의해 감지될 수 있다. 충돌 센서의 검지 출력에 있어서 간단한 직렬 연결 캐패시터가 고 주파수 필터로서 작용할 수 있다.
도 2에 도시된 테르페놀-D 센서(32)는 범퍼(24) 상에서 피에조 필름 센서(28)에 인접하여 위치되거나, 상기 범퍼 상에서 피에조 필름 센서(28)로부터 이격될 수도 있다. 테르페놀-D 센서(32)는 피에조 필름 센서(28)의 주파수 응답에 실질적으로 상반되는 주파수 응답을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 테르페놀-D 센서는 고무 해머의 가격에 반응하여, 결과적으로 약 50mV의 출력 신호를 생성하는 응력파(33)를 감지하지만, 도 4에 도시된 바와 같이 테르페놀-D 센서는 볼 베어 링 가격에 의해, 결과적으로 1000mV의 진폭을 갖는 응력파(35)를 감지한다. 양 센서의 출력을 비교하여, 피에조 필름 센서(28)의 진폭이 테르페놀-D 센서(32)의 진폭을 초과하는 경우, 자동차가 보행자나 동물과 같은 연성체와 충돌하는 것으로 결론지을 수 있다. 반대로, 테르페놀-D 센서(32)의 진폭이 피에조 필름 센서(28)의 진폭보다 큰 경우, 자동차는 강성체와 충돌한 것으로 결론지을 수 있다. 다시, 각각의 센서(29, 32)의 출력의 출력 스펙트럼 밀도 함수가 비교되거나 결합될 수 있으며, 일정 차단 주파수(cut off frequency) 이하의 주파수, 예를 들어 1000Hz 또는 2000Hz의 주파수가 차단 주파수 이상의 주파수보다 큰 출력 밀도를 갖는 경우, 연성체 충돌이 발생한 것이다. 반대의 상황인 경우에는, 강성체와의 충돌이 발생한 것이다.
피에조 필름 센서(28)의 출력 또는 피에조 필름 센서 및 테르페놀-D 센서(32)의 출력은 보다 포괄적인 충돌 감지 시스템의 일부로서 자동차에 장착되는 가속도 센서의 출력과 결합될 수 있다. 가속도 센서의 출력은 차량이 충돌하는 물체의 질량을 나타낸다. 물체의 질량, 및 출력 스펙트럼 밀도는 충돌된 물체의 유형을 결정하는데 사용될 수 있다. 차량 속도와 같이 차량 안전 시스템 또는 그 외 다른 차량 센서로부터 이용 가능한 다른 데이터 역시 예를 들어, 통상적으로 보다 낮은 속도에서 충돌하는 보행자와 통상적으로 보다 높은 속도에서 충돌하는 동물 사이의 차이를 구별하기 위해 적용될 수 있다.
범퍼(24)에 직접 장착되는 센서(28, 32)는 능동식 안전 시스템을 작동하기 위한 최대 시간을 제공하는 것으로 충돌 유형에 대한 조기 인식을 제공한다. 능동 식 안전 시스템은 보닛(25) 아래의 강성 요소와 보행자의 머리가 부딪히는 것을 방지하기 위해, 또는 자동차의 보닛(25)을 충분히 상승시켜, 차량과 충돌하는 동물이 차량의 전방 유리(36)를 부수고 들어오는 것을 방지하기 위해 보닛(25)이 들어 올려지도록 할 수 있다.
피에조 플루오르폴리머 필름 센서가 공지되어 있으며, 예를 들어 메저먼트 스페시얼티즈 사(Measurement Specialties Inc.)에 의해 공급된다. 피에조 필름 센서는 다른 필름 물질로 구성될 수도 있다. 오늘날 공지된 압전 폴리머의 예는 폴리파라실렌(polyparaxylene), 폴리-비스클로로메틸울록세탄(펜톤)(poly-bischloromethyuloxetane)(Penton), 방향족 폴리아마이드, 폴리설폰, 폴리비닐화 불소, 합성 폴리펩티드 및 시아노에툴 셀룰로오스(cyanoethul cellulose)를 포함한다. 필름 센서(28)는 도 2에서와 같이, 미국 특허 제 2005-0194240 A 호에 개시된 테르페놀-D 타입의 센서와 유사한 방식으로 범퍼(24)에 리벳, 나사 또는 볼트 결합되는 강성 지지체(34)에 결합될 수 있다. 이와 달리, 피에조 필름 센서는 범퍼(24)에 직접 결합되거나 범퍼(24)로 형성될 수 있다. 유사하게, 테르페놀-D 타입의 센서는 나사, 리벳 또는 볼트로 범퍼(24)에 장착될 수 있다.

Claims (6)

  1. 자동차의 전방 범퍼(24)와 강성체의 충돌과, 상기 전방 범퍼(24)와 보행자 또는 동물의 충돌을 구별하기 위한 차량 충돌 감지 시스템(23)에 있어서,
    상기 자동차의 전방 범퍼(24)에 장착되는 피에조 필름 센서(28)와,
    상기 피에조 필름 센서(28)와 인접하여 상기 자동차의 전방 범퍼(24)에 장착되는 초자왜성 검지 요소(giant magnetostrictive sensing element; 32)와,
    자동차가 보행자 또는 동물과 충돌한 것인지 여부를 결정하기 위해, 상기 피에조 필름 센서(28) 및 상기 초자왜성 검지 요소(32)의 출력을 나타내는 신호를 분석 및 비교하기 위한 장치를 포함하는
    차량 충돌 감지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초자왜성 검지 요소(32)는 테르페놀-D(Terfenol-D)형 검지 요소인
    차량 충돌 감지 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신호의 분석 및 비교 장치는 (a) 상기 피에조 필름 센서(28)에 의해 생성되는 신호로부터 일정 주파수 또는 1,000Hz 이하의 주파수 범위에서 제 1 진폭을 결정하고, (b) 상기 초자왜성 검지 요소(32)에 의해 생성되는 신호로부터 일정 주 파수 또는 10,000Hz 이상의 주파수 범위에서 제 2 진폭을 결정하며, (c) 보행자나 동물과의 충돌이 발생한 것인지 여부를 결정하기 위해 상기 제 1 진폭과 상기 제 2 진폭을 비교하는
    차량 충돌 감지 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피에조 필름 센서(28)에 의해 생성되는 신호와 상기 초자왜성 검지 요소(32)에 의해 생성되는 신호의 비교는 상대적인 신호 세기의 비율을 결정하는 것과, 상기 피에조 필름 센서(28)에 의해 생성되는 신호를 적어도 2개의 진폭 기준과 비교하는 것과, 상기 초자왜성 검지 요소에 의해 생성되는 신호를 적어도 2개의 진폭 기준과 비교하는 것을 포함하는
    차량 충돌 감지 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신호의 분석 및 비교 장치에 신호를 제공하는 가속도 센서를 더 포함하며, 상기 신호의 분석 및 비교 장치는 차량이 보행자나 동물과 충돌한 것인지 여부를 결정함에 있어서 상기 가속도 센서로부터의 신호를 이용하는
    차량 충돌 감지 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신호의 분석 및 비교 장치에 의해 자동차가 보행자나 동물과 충돌한 것으로 결정된 경우, 상기 신호의 분석 및 비교 장치는 신호를 보내서 차량의 안전 장치(26)를 작동시키는
    차량 충돌 감지 시스템.
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