KR101346163B1 - 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 차체 진동을 감지하는데 사용되는 적어도 1개의 고체 전달음 센서(4) 및 상기 고체 전달음 센서(4)에 의해 전달된 고체 전달음 신호(s1)를 분석하는데 사용되는 분석 장치(2)를 포함함으로써, 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보가 전달될 수 있다. 상기 분석 장치(2)는, 고체 전달음 신호(s1)가 상기 신호에 포함된 주파수와 관련하여 분석될 수 있도록 설계된다. 상기 분석시 신호 섹션에 포함된 주파수 스펙트럼이 다수의 주파수 대역으로 분할되고, 각각의 주파수 대역에 대해 가용 신호 에너지가 측정되며, 상기 주파수 대역들의 신호 에너지의 표준화가 수행된다. 상기 장치는 또한 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 관련된 정보에 따라 작동될 수 있는 승객 보호 시스템(3)을 포함한다. 상기 분석 장치(2)는 또한, 상기 표준화시 각 주파수 대역의 신호 에너지와 특정 기준 주파수 대역의 신호 에너지의 관계가 정립되고, 그 결과로 얻어진 비율 곡선들(ratio curves)이 미리 정해진 임계값들과 비교되도록 설계된다.

Description

차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A PASSENGER PROTECTION SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 청구항 1 및 청구항 23의 전제부에 따른, 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치 및 청구항 13항의 전제부에 따른, 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 이야기할 승객(passenger) 보호 시스템은 탑승자(occupant) 보호 시스템뿐만 아니라 보행자 보호 시스템의 의미도 포함하며, 상기 시스템은 차량 내에 공동으로 또는 개별적으로 설치될 수 있다.
본 발명의 공개 내용의 범주에서 보행자는 아주 일반적인 개념으로 이해될 수 있다. 물론 자전거 운전자, 롤러블레이드를 신고 주행하는 사람 또는 그 밖의 도로 이용자도 대표적으로 사용된 보행자의 개념에 속할 수 있다.
DE 103 09 227 A1에 공지된 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치는 센서 신호 분석 장치를 포함하며, 그 결과 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보가 전달될 수 있다. 이를 위해 상기 분석 장치는 센서 신호가 상기 센서 신호에 포함된 주파수와 관련하여 분석되도록 설계되며, 상기 분석시 신호 섹션에 포함된 주파수 스펙트럼이 다수의 주파수 대역으로 분할되고, 각각의 주파수 대역에 대 해 가용 신호 에너지가 측정되며, 상기 주파수 대역들의 신호 에너지의 표준화가 수행된다. 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 관련된 상기 정보에 따라 승객 보호 시스템이 작동될 수 있다.
상기 문서에 기술된 장치는 차량의 탑승자 보호 수단을 위해 충돌, 특히 측면 충돌을 인식하는데 사용된다. 상기 충돌 인식 프로세스에서 가속도 센서의 출력 신호의 한 섹션이 상기 신호 섹션 내에 포함된 주파수와 관련하여 연속적으로 분석된다.
상기 방법은 예컨대 차량 측면이 연석(curb)에 충돌한 경우, 차량이 둔기로 충격된 경우, 도어가 세게 닫힌 경우 등과 같은 다양한 비작동(non-trigger) 상황, 소위 "오용" 상황이 때때로 필수 작동(must-trigger) 상황의 경우와 유사한 진폭을 갖는 출력 신호를 발생시킨다는 생각을 기초로 한다. 이와 대조적으로, 상기 출력 신호는 대부분 예컨대 차체 진동, 차량 내부에서 발생한 진동, 센서 고정 지점의 공진 등과 같이 차량 구조에 의해 결정되는 단 1개 또는 2개의 대표 주파수를 포함한다. 반면, 필수 작동 상황은 침입, 즉 차량 내부로의 물체 침투 및 그로 인한 측면 구조의 변형에 의해 발효된다. 그러한 변형은 가속도 센서의 출력 신호에서 차량 구조물의 변형 또는 파손에 의해 유발되는, 다수의 주파수의 넓은 스펙트럼을 야기한다.
가속도 센서의 출력 신호에서 주파수 분포는 필수 작동 상황의 검출 특성으로서 이용된다. 이를 위해 신호 섹션 내에 포함된 주파수 스펙트럼이 적정 개수의 주파수 대역 또는 주파수 범위로 분할된다. 이어서 각 주파수 대역에 대해 가용 신호 에너지가 측정된다. 그런 다음 관찰된 신호 섹션의 전체 에너지에 대한 상기 부분 신호 에너지의 관계가 정립된다. 그렇게 하여 얻은 상이한 주파수 대역들의 상대적 활성화가 경우에 따라 미리 정해진 임계값들과 비교된다.
상기 프로세스의 단점은, 상기 장치의 용도가 탑승자 보호 시스템의 제어로 제한된다는 점이다. 특히 상기 검출 유형의 경우, 질량차가 매우 큰 물체들의 충돌을 구별하여 그에 상응하는 보호 시스템을 작동시키는 것이 불가능하다.
종래 기술에는 또한, 고체 전달음 센서를 이용하여 차량의 차체 진동을 검출하고, 분석 장치를 이용하여 상기 차체 진동을 분석하는 방법이 공지되어 있다. 이와 관련한 공개 내용은 예컨대 DE 100 34 524 A1, DE 198 55 452 A1 또는 WO 2005/035318 A1을 참조하기 바란다.
DE 198 55 452 A1에 공지된 차량 승객 보호 시스템 제어 장치는 차량과 물체 사이의 충돌을 감지하기 위한 센서 시스템을 포함한다. 상기 센서 시스템으로부터 전달된 신호들의 분석을 위해 분석 장치가 제공됨에 따라, 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보가 전달될 수 있다. 또한, 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 관련된 상기 정보에 따라 작동될 수 있는 승객 보호 시스템이 제공된다. 상기 센서 시스템은 차량에의 물체 충돌을 감지하기 위한 하나 이상의 충돌 센서 및 차체 진동을 감지하기 위한 하나 이상의 고체 전달음 센서를 포함한다. 상기 분석 장치는 측면 충돌과 정면 충돌을 구별하고, 고체 전달음 센서로부터 송출된 고체 전달음 신호의 주파수 스펙트럼을 분석하며, 충돌 상황에 알맞은 승객 보호 시스템을 작동시키도록 설계된다.
DE 102 31 364 A1에 기술되어 있는 차량 승객 보호 시스템 제어 장치는 물체와 차량의 충돌을 감지하기 위한 센서 시스템 및 상기 센서 시스템으로부터 공급된 신호를 분석하기 위한 분석 장치를 가짐으로써, 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보가 전달될 수 있다. 상기 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보에 따라 작동될 수 있는 승객 보호 시스템이 제공된다. 상기 센서 시스템은 차량에의 물체 충돌을 감지하기 위한 하나 이상의 충돌 센서 및 차량의 감속을 감지하기 위한 하나 이상의 가속도 센서를 포함한다. 상기 분석 장치는 보행자 충돌과 크래쉬(crash)를 구별하고, 차량 감속을 분석하며, 충돌 상황 또는 차량 감속에 상응하는 승객 보호 시스템을 작동시키도록 설계된다.
본 발명의 과제는, 특히 보행자의 충돌과 크래쉬 사이의 신뢰성 있는 구별이 가능하도록 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치 및 방법을 개선하는 것이다.
본 발명에 따른 차량 승객 보호 시스템의 제어 장치가 차체 진동을 감지하기 위한 1개 이상의 고체 전달음 센서 및 상기 고체 전달음 센서로부터 공급된 고체 전달음 신호를 분석하기 위한 분석 장치를 포함함으로써, 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 대한 정보가 전달될 수 있고, 이때 상기 분석 장치는 상기 고체 전달음 신호에 포함된 주파수를 분석할 수 있도록 설계된다. 상기 분석시 신호 섹션에 포함된 주파수 스펙트럼이 다수의 주파수 대역으로 분할되고, 각각의 주파수 대역에 대해 가용 신호 에너지가 측정되며, 상기 주파수 대역들의 신호 에너지의 표준화가 수행된다. 상기 장치는 또한 충돌 물체 및/또는 충돌 특성에 관련된 정보에 따라 작동될 수 있는 승객 보호 시스템을 포함한다. 상기 분석 장치는, 상기 표준화시 각 주파수 대역의 신호 에너지와 특정 기준 주파수 대역의 신호 에너지의 관계가 정립되고, 그 결과로 얻어진 비율 곡선들(ratio curves)이 미리 정해진 임계값들과 비교되도록 설계된다.
고체 전달음 센서는 예컨대 정전용량성 가속도 측정 원리 또는 압전 원리에 기반할 수 있다. 차체 진동을 감지하기 위한 더 많은 수의 고체 전달음 센서가 제공되어, 모니터링될 충돌면 전반에 걸쳐 분포될 수 있다. 박막 센서들이 사용되는 경우, 단일 고체 전달음 센서와 함께 공간적으로 확장된 센서면이 적용될 수 있다.
각 주파수 대역의 신호 에너지가 바람직하게 최저 주파수 대역의 신호 에너지로 표준화되고 미리 정해진 설정값들과 비교됨으로써, 충돌 물체가 보행자인지, 다른 차량인지 아니면 매우 높은 질량을 가진 다른 물체인지의 여부가 간단하고, 신속하고, 신뢰성 있게 분석될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 오용 상황의 검출도 가능케 한다. 그 결과, 특히 상황에 맞게 승객 보호 시스템이 작동될 수 있다.
본 발명의 기본 원리는, 종래 기술에 공지된 것처럼, 고체 전달음 센서로부터 공급된 고체 전달음 신호의 스펙트럼 분석에 기반한다. 실험을 통해, 상이한 충돌 물체 또는 충돌 상황(보행자 또는 다른 차량과의 충돌 또는 오용)에 따라 상이한 주파수 스펙트럼이 야기되며, 상기 주파수 스펙트럼은 충돌 물체에 대한 지표로서 사용된다. 자동차가 연석과 충돌한 경우, 자동차가 망치나 공으로 충격된 경우 또는 그와 유사한 경우 감쇠 속도가 빠른, 작은 비율의 고주파 진동을 갖는 주파수 스펙트럼이 발생한다. 이와 반대로, 보행자와의 충돌은 감쇠 속도가 상대적으로 느린 높은 비율의 고주파 진동을 갖는다. 차량 내부로의 물체(예: 차량 또는 나무) 침입 및 그로 인한 지지 구조물들의 변형에 의해 고주파 영역에 속하는 주파수 스펙트럼이 발생하며, 상기 주파수 스펙트럼은 변형 지속 동안에도 나타난다. 전술한 방식의 표준화는 신뢰성 있는 검출 및 그에 따라 상황에 적절한 승객 보호 시스템의 작동을 가능케 한다.
한 개선예에서는 주파수 스펙트럼이 기준 주파수 대역 외에 2개 이상의 추가 주파수 대역으로 분할됨으로써 표준화시 1개 이상의 제 1 비율 곡선 및 제 2 비율 곡선이 도출되도록 분석 장치가 설계된다. 오용 상황과 보행자 충돌과 크래쉬 사이의 신뢰성 있는 구별을 수행하는 데 있어 표준화를 통해 얻은 2개의 비율 곡선으로 충분하다. 제 1 비율 곡선은 바람직하게 기준 주파수 대역에 대한 중간 주파수 대역의 신호 에너지의 비율 형성에 의해 산출된다. 제 2 비율 곡선은 기준 주파수 대역에 대한 고주파수 대역의 신호 에너지의 비율 형성에 의해 산출된다.
한 실시예에서는, 분석 장치를 통해 제 1 비율 곡선과 제 1 임계값이 비교됨으로써 승객 보호 시스템의 작동 여부가 결정될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 분석 장치를 통해 제 2 비율 곡선과 제 2 임계값이 비교됨으로써 보행자 보호 시스템의 작동 여부가 결정될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 분석 장치를 통해 제 2 비율 곡선과 제 3 임계값이 비교됨으로써 탑승자 보호 시스템의 작동 여부가 결정될 수 있다.
즉, 분석 장치에 의해 수행된 분석은 표준화를 통해 산출된 비율 곡선들과 각각의 임계값들의 비교 프로세스를 포함한다. 제 1 비율 곡선과 제 1 임계값이 비교됨으로써, 고체 전달음 센서에 의해 송출된 고체 전달음 신호가 오용에 의해 야기된 것인지의 여부가 결정될 수 있다. 제 2 비율 곡선과 제 2 임계값의 비교를 통해 보행자 충돌과 크래쉬 사이의 구별이 가능해진다. 이를 토대로 분석 장치가 보행자 보호 시스템의 작동 여부를 결정할 수 있다. 제 1 비율 곡선이 정해진 초과 회수만큼 제 1 임계값을 초과하면, 제 2 비율 곡선과 제 2 임계값의 비교가 실시된다. 또한, 충돌 심각도(severity)를 추론할 수 있도록 제 2 임계값보다 높은 제 3 임계값과 제 2 비율 곡선을 비교할 수도 있다. 그 결과, 탑승자 보호 시스템을 작동시킬지의 여부 및 경우에 따라 어떤 탑승자 보호 시스템을 작동시킬지의 여부가 결정될 수 있다.
상기 프로세스는 차량이 예컨대 다른 차량 또는 무거운 물체와 충돌한 상황에서는 차량 탑승자의 안전을 위해 보행자 보호 시스템이 작동되지 않는 것이 바람직하다는 사실에 기초한다. 따라서 고체 전달음 센서에 의해 공급된 고체 전달음 신호는 충돌 물체의 종류를 측정하기 위해서뿐만 아니라, 탑승자 보호 시스템의 작동 여부와 관계없이 보행자 보호 시스템이 작동되어야 하는지 아닌지의 여부를 결정하기 위해서도 이용된다. 그러므로 보행자 보호 시스템의 작동은 고체 전달음 신호가 보행자와의 충돌을 나타내는 경우에만 실시된다.
이 경우, 관련 임계값의 정해진 초과 횟수는 임의의 수로 정해질 수 있다. 장치의 설계에 따라 한 번의 임계값 초과가 보행자 충돌로서 또는 크래쉬로서 해석될 수 있다. 또는 분석 감도를 낮추기 위해 여러 번의 임계값 초과가 그 이후의 분석을 위한 기준으로서 정해질 수도 있다.
제 1 임계값, 제 2 임계값 및 제 3 임계값의 결정은 차량의 차체 구조에 좌우된다. 상기 임계값들은 예컨대 실험을 토대로 결정될 수 있다. 이 경우, 특히 차량의 강성, 질량 및 변형 특성이 임계값의 크기에 영향을 미친다.
또 다른 한 실시예에서는, 고체 전달음 신호에 포함된 주파수 스펙트럼의 시간에 따른 추이를 분석하도록 분석 장치가 설계된다. 고체 전달음 신호에 포함된 주파수 스펙트럼의 시간에 따른 추이의 분석은 상기 분석시 신뢰도가 더욱 증대될 수 있도록 한다. 이러한 바람직한 변형예는 고주파 진동의 비율이 클수록 충돌 물체의 질량이 증가하는 동시에 고주파 진동의 지속 시간도 길어진다는 사실에 기인한다. 따라서 분석 장치는 추가로, 고체 전달음 신호 내 고주파 성분의 존재 기간을 검출하도록 설계된다.
이러한 이유로, 분석 장치는 신호 섹션 내 상이한 타임 슬롯들에 포함된, 특히 중간 정도의, 신호 에너지들을 측정하여 상호간의 관계를 정립하도록 설계될 수 있다. 효과적인 분석을 위해서 상기 타임 슬롯들 중 하나의 표준화가 수행되는 것이 바람직하다.
충돌시 변형을 겪은 차량의 연성 부품, 특히 흙받이 커버링에 고체 전달음 센서가 설치된 경우, 승객 보호 시스템이 작동될 때까지 제공되는 약 10 내지 15ms의 타임 슬롯 이내에 충돌 물체와 관련한 매우 신뢰성 있는 분석이 실시된다.
예컨대 변형 센서와 같이, 분석 장치에 의해 분석될 수 있는 출력 신호를 공급하는 추가의 충돌 센서가 제공됨으로써 충돌 물체의 검출 신뢰도가 더욱 증가되는데, 이때 상기 충돌 센서로부터 공급된 신호를 토대로 분석 장치가 승객 보호 시스템의 작동 결정을 내릴 수 있으며, 승객 보호 시스템 또는 탑승자 보호 시스템을 작동시켜야 하는지의 여부는 고체 전달음 신호를 토대로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 승객 보호 시스템의 제어 방법은 본 발명에 따른 장치와 관련하여 앞에서 설명한 것과 동일한 장점들을 갖는다.
본 발명에 따르면, 표준화시 특정 기준 주파수 대역, 특히 최저 주파수 대역의 신호 에너지에 대한 각 주파수 대역의 신호 에너지의 관계가 정립되고, 그 결과로 도출된 관계가 미리 정해진 임계값들과 비교된다. "최저 주파수 대역"은 고체 전달음 신호와 관련된 주파수 스펙트럼의 최저 주파수가 포함되어 있는 정해진 주파수 대역을 의미한다.
상기 방법은 승객 보호 시스템이 작동될 때까지 제공되는 약 10 내지 15ms의 시간 이내에 보행자의 충돌, 크래쉬 또는 다른 물체와의 충돌(오용) 사이의 구별이 가능하게 한다. 매우 높은 신뢰도로 충돌 물체가 식별될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 승객 보호 시스템의 적절한 보호 시스템이 작동될 수 있게 한다. 오용 물체가 충돌한 경우에는 승객 보호 시스템의 작동이 억제된다. 충돌 물체가 보행자인 경우에는, 보행자 보호 시스템이 작동되고, 탑승자 보호 시스템의 작동은 억제된다. 또는, 예컨대 다른 차량, 벽 또는 나무와의 충돌의 경우, 보행자 보호 시스템의 작동은 억제되고, 탑승자 보호 시스템만 작동된다. 이 경우, 탑승자 보호 시스템이 작동되지 않으면 자동차 탑승자의 보호 효과가 증대되는데, 그 이유는 보행자 보호 시스템의 비작동에 의해 차체 구조가 약화되지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시예에서는, 주파수 스펙트럼이 기준 주파수 대역 외에 2개 이상의 추가 주파수 대역으로 분할됨에 따라 표준화시 1개 이상의 제 1 비율 곡선 및 제 2 비율 곡선이 도출된다. 주파수 대역의 수 및 상기 경우에 선택된 주파수 영역의 수는 원칙적으로 임의로 선택될 수 있고, 예컨대 실험을 통해 결정된다.
제 1 비율 곡선과 제 1 임계값의 비교를 토대로 승객 보호 시스템의 작동 여부가 결정된다. 임계값을 초과하지 않는다면, 상기 상황은 오용 상황이다. 1회 이상 임계값을 초과하는 경우, 보행자의 충돌 또는 크래쉬 상황을 가정할 수 있다.
후자의 경우, 제 2 비율 곡선과 제 2 임계값의 비교를 토대로 보행자 보호 시스템의 작동 여부가 결정된다. 또한, 제 2 비율 곡선과 제 3 임계값의 비교를 토대로 탑승자 보호 시스템의 작동 여부가 결정된다. 따라서 제 2 비율 곡선과 제 2 및 제 3 임계값의 비교는 승객 보호 시스템의 적절한 보호 시스템이 상황에 맞게 작동될 수 있도록 한다.
승객 보호 시스템, 보행자 보호 시스템 및 탑승자 보호 시스템의 작동 여부에 대한 결정은 상기 방법의 한 실시예에 따라 관련 임계값의 정해진 횟수의 초과 또는 미달을 토대로 수행된다. 상기 횟수는 임의로 정해질 수 있는데, 이때 상기 수가 높게 정해지면 반응 감도가 저하된다.
분석 신뢰도를 더욱 높이기 위해 바람직하게는 고체 전달음 신호에 포함된 주파수 스펙트럼의 시간에 따른 추이가 분석되기도 한다.
이 경우, 특히 고체 전달음 신호 내에 고주파 성분이 존재하는 지속 시간이 분석된다. 충돌 물체의 질량이 증가할수록 고주파 진동이 증가하므로, 상기 분석의 결과 충돌 물체의 종류가 추론될 수 있다. 상기 고주파 진동의 증가와 동시에 상기 고주파 진동이 감쇠하기까지 걸리는 시간도 연장된다. 바람직하게는 신호 섹션 내 상이한 타임 슬롯들 내에 포함된, 특히 중간 정도의, 신호 에너지들이 측정되고, 상호간의 관계가 정립된다.
보행자의 충돌과 크래쉬 상황 사이의 구별은, 물체와 차량의 충돌을 감지하는 센서 시스템으로서 차량과 물체의 충돌을 감지하는 충돌 센서 및 차체 진동을 감지하는 1개 이상의 고체 전달음 센서가 제공됨으로써 구현될 수도 있으며, 이 경우 보행자 충돌과 크래쉬 사이의 구별을 위해 분석 장치는 고체 전달음 센서로부터 송출된 고체 전달음 신호의 주파수 스펙트럼을 평가하고 충돌 상황 및 충돌 물체에 적합한 승객 보호 시스템을 작동시키도록 설계된다.
상기 분석 장치에 의한 주파수 스펙트럼의 분석에는 고주파 신호 성분과 저주파 신호 성분의 비교가 포함된다. 본 발명에 따른 상기 장치는 고체 전달음 센서가 충돌시 변형될 수 있는 차량의 연성 부품의 영역뿐만 아니라 고정되어 있는 차체 부품에도 설치될 수 있도록 한다. 고체 전달음 센서가 충돌 지점으로부터 멀리 설치되면, 예컨대 오용 상황의 경우, 충돌 센서에 의해 충돌이 검출된 후에 고체 전달음 센서에 의한 고주파 진동의 검출이 실행되지 않을 수 있다. 그러면 승객 보호 시스템의 작동이 실행되지 않는다. 충돌 센서에 의해 예컨대 변형이 검출되고, 그로써 물체와의 충돌이 검출된 경우 그리고 상기 충돌 물체가 보행자인 경우에도 역시 고체 전달음 신호의 비검출 상황이 발생할 수 있으며, 그 결과 중앙 차체 부품들에 진동이 여기되지 않게 된다. 이 경우 보행자 보호 시스템의 작동이 유발되고, 승객 보호 시스템의 작동은 억제된다. 차체 부품의 변형으로 인해 상기 차체 부품에 발생한 고주파 진동의 존재를 토대로 탑승자의 안전에 악영향을 미치는 비교적 큰 물체와의 충돌이 추론될 수 있으며, 그 결과 탑승자 보호 시스템이 작동된다.
차량의 승객 보호 시스템을 제어하고, 특히 보행자 충돌과 크래쉬 상황을 구별하기 위한 또 다른 장치에서는 차량에의 충돌 물체를 검출하기 위한 1개 이상의 충돌 센서와 차량 감속을 감지하기 위한 1개 이상의 가속도 센서의 조합이 제공되고, 보행자 충돌과 크래쉬 사이의 구별을 위한 분석 장치는 차량 감속을 분석하여 충돌 상황 및 차량 상태에 알맞은 승객 보호 시스템을 작동시키도록 설계된다. 충돌 센서는 바람직하게 관련 차체 부품의 변형을 토대로 충돌을 검출하는 변형 센서이다. 충돌 센서가 충돌을 검출하면, 이어서 차량 감속이 분석된다. 가속도 센서에 의해 보행자 충돌시와 크래쉬 상황의 상이한 질량비가 측정될 수 있다. 보행자 충돌의 경우에는 보행자의 무게가 차량보다 적게 나가기 때문에 차량의 감속 정도가 그리 크지 않다. 감속이 전혀 발생하지 않거나 감속 정도가 매우 미미한 경우에는 보행자 보호 시스템의 작동이 실시된다. 예컨대 차량에 매칭된 불변의 비교 임계값과의 비교를 통해 감속 정도가 매우 큰 것으로 평가되면, 보행자 보호 시스템의 작동이 억제되고, 탑승자 보호 시스템이 작동된다.
본 발명은 차체 부품, 특히 흙받이 커버링의 변형을 야기하는 물체는 충돌시 발생하는 주파수 스펙트럼과 관련하여 뚜렷한 차이를 보인다는 사실에 기초한다. 즉, 예를 들어 여러 가지 비작동 물체(오용)는 저주파 진동의 여기를 야기한다. 보행자 보호 시스템의 작동이 야기되도록 보행자가 차량과 충돌하는 한, 보행자는 중간 주파수 영역의 진동을 여기한다. 차량 크래쉬의 경우에는 차체 부품에 매우 높은 주파수가 여기되는 결과를 낳는다. 고체 전달음 센서가 제공되면, 특히 충돌에 노출된 차체 부품에 고체 전달음 센서가 제공되면 상기 주파수 스펙트럼이 정확하게 검출될 수 있다. 스펙트럼 분석에 의한 주파수 스펙트럼의 평가와 검출된 신호들이 다수의 주파수 대역으로 분할되고 기준 주파수 대역과 연관되는 표준화는 임계값 비교에 따라 구별될 수 있다.
충돌 센서와 고체 전달음 센서 또는 가속도 센서의 조합은 승객 보호 시스템의 견고성과 작동 정밀도의 증대를 가능케 한다. 이 경우, 고체 전달음 센서 또는 가속도 센서에 의해 공급된 신호가 한편으로는 승객 보호 시스템의 작동 조작을 위해 이용되고, 다른 한편으로는 충돌 유형에 대한 정보를 전달할 수 있으며, 그 결과 승객 보호 시스템이 목적에 맞게 작동될 수 있다.
하기에서는 도면을 참고로 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예이다.
도 2는 기준 주파수 대역에 대한 중간 주파수를 포함하는 주파수 대역의 표준화의 비율 곡선의 일례이다.
도 3은 기준 주파수 대역에 대한 높은 주파수를 포함하는 주파수 대역의 표준화의 비율 곡선의 일례이다.
도 4는 차량에 충격이 가해지거나 보행자가 충돌할 경우 발생하는 고체 전달음 신호의 시간에 따른 파형 및 다수의 측정을 통해 얻어진 비율값을 도시한 그래프이다.
도 5는 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예이다.
도 1에는 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 충돌을 감지하고 충돌 물체를 식별하기 위한 센서 시스템(1)이 고체 전달음 센서(4)를 포함하고, 상기 고체 전달음 센서는 충돌시 고체 전달음 신호(s1)를 분석 장치(2)로 전달한다. 고체 전달음 센서(4)는 바람직하게 물체의 충돌시 변형이 일어날 수 있는 차체 부품들(예: 흙받이의 커버링)에 설치된다. 그 결과, 충돌에 의해 야기된 차체 부품의 진동이 큰 감쇠 없이 직접 고체 전달음 센서에 의해 검출될 수 있다.
신호 검출을 위해 정전용량성 가속도 측정 원리에 기반한 고체 전달음 센서가 사용될 수 있다. 그러한 유형의 센서 시스템은 적어도 1개, 바람직하게는 3개 이상의 고체 전달음 센서(4)를 포함하며, 상기 고체 전달음 센서는 흙받이 커버링에 직접 설치된다. 그 대안으로, 압전 기반의 고체 전달음 센서가 사용될 수도 있다. 이와 같이 예컨대 박막 센서로서 설계된 고체 전달음 센서는 단일 센서 소자 를 가지면서 공간적으로 확장된 센서면의 제공을 가능케 함으로써, 물체 충돌 지점과 상관없이 양호한 신호 전송 및 신호 검출이 보장된다.
분석 장치(2)는 승객 보호 시스템(3)과 결합되는데, 이때 상기 승객 보호 시스템(3)은 상기 분석 장치에 의해 제어된다. 승객 보호 시스템(3)은 보행자 보호 시스템(7) 및 탑승자 보호 시스템(8)을 포함한다. 보행자 보호 시스템(7)과 탑승자 보호 시스템(8)은 분석 장치(2)에 의해 분리되어 각각 신호 s3과 s4에 의해 제어될 수 있다. 보행자 보호 시스템은 예컨대 차량의 엔진 후드를 들어올리기 위한 장치를 포함한다. 엔진 후드가 들어올려지면 보행자와의 충돌시 약 70mm의 자유 공간이 생기고, 그로 인해, 특히 보행자의 머리 영역에서, 충돌이 감쇠된다. 탑승자 보호 시스템은 분석 장치(2)에 의해 각각 목적에 맞게 제어될 수 있는 다수의 에어백, 안전 벨트, 능동형 머리 받침(active head-rest) 등을 포함할 수 있다.
물체의 충돌시, 특히 다른 차량, 벽 또는 나무와의 충돌시 그리고 보행자의 충돌시 차량 탑승자를 최대한 보호하기 위해서는 분석 장치(2)에 의해 충돌 물체가 최대한 정밀하게 검출되어야 한다. 분석 장치(2)는 또한 예컨대 둔기 충격 또는 공에 의한 충돌과 같이 승객 보호 시스템(3)의 작동을 유도할 필요가 없는 충돌이 발생하는 상황도 검출해야 한다.
충돌 물체의 식별 및 구분은 고체 전달음 센서(4)에 의해 송출된 고체 전달음 신호(s1)를 분석 장치(2)가 분석함으로써 가능해진다. 이를 위해 충돌의 검출 시점부터 늦어도 승객 보호 시스템(3)의 작동이 결정되는 시점까지 최대한 긴 (그러나 이보다 더 짧을 수도 있는) 신호 섹션이 관찰된다. 주파수 스펙트럼의 분석 은 스펙트럼 분석과 표준화를 포함한다. 분석 장치(2)에 전송된 고체 전달음 신호(s1)는 다수의 주파수 대역으로 분할된다. 이 경우, 낮은 주파수를 포함하는 기준 주파수 대역으로서의 최저 주파수 대역, 중간 주파수 대역 또는 제 1 주파수 대역 및 높은 주파수를 포함하는 고주파수 대역 또는 제 2 주파수 대역과 같이 3개의 주파수 대역으로 분할되면 충분하다. 마지막에 언급한 2개 주파수 대역은 최저 주파수를 포함하는 기준 주파수 대역과 연관된다. 즉, 각각의 신호 에너지들의 비율이 시간에 걸쳐서 측정되어 임계값과 비교된다.
도 2 및 도 3에는 각각 기준 주파수 대역을 기준으로 중간 주파수(도 2) 및 높은 주파수(도 3)를 갖는 2개의 상이한 주파수 대역의 비율 곡선이 도시되어 있다. 본 실시예에서 기준 주파수 대역이 1kHz 내지 5kHz의 영역을 포함하며, 중간 주파수 대역이 5kHz 내지 10kHz의 영역을 그리고 높은 주파를 포함하는 주파수 대역은 16kHz 내지 21kHz의 영역을 포함한다.
도면들에는 둔기 충격의 경우, 보행자 충돌의 경우 및 2개의 크래쉬(크래쉬 1, 크래쉬 2)의 경우의 시간의 함수로서 각각 도시되어 있다. 기준 주파수 대역으로 표준화된 각각의 주파수 대역에 대해 적어도 1개의 임계값(도면에는 리미트 1, 리미트 2, 리미트 3으로 표시됨)이 정해지며, 상기 임계값은 충돌의 결과로 도출된 비율 곡선과 비교되거나 상기 비율 곡선과의 관계가 정립된다. 산출된 비율 곡선에 의해 임계값이 중간 주파수 대역의 리미트 1(도 3)은 초과하면서 상위 주파수 대역의 리미트 2는 초과하지 않으면, 보행자 충돌이 추론될 수 있다. 임계값이 상위 주파수 대역의 리미트 2를 초과하면, 크래쉬 상황이 발생한 것으로 간주되며, 그 결과 분석 장치(2)는 보행자 보호 시스템(7)의 작동을 억제하고 탑승자 보호 시스템(8)을 작동시킨다.
이 경우, 승객 보호 시스템의 작동 결정에 대한 감도는, 비율 곡선에 의해 관련 임계값이 1회 초과될때 전술한 결과가 추론되는 방식으로 결정될 수 있다. 또는 이와 달리 관련 임계값이 여러 번 초과되어야 특정 보호 시스템(보행자 보호 시스템(7) 또는 탑승자 보호 시스템)이 작동되도록 분석 장치(2)가 설계될 수도 있다. 비교와는 별도로, 기본적으로 비율 곡선들과 한계값들의 상호 분석이 고려될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 "크래쉬 1"으로 표기된 비율 곡선은 Euro-NCAP 표준에 따른 크래쉬에 상응하며, 상기 크래쉬의 경우 차량 탑승자를 보호하기 위한 탑승자 보호 시스템이 작동되어야 한다. 그에 반해, "크래쉬 2"로 표기된 비율 곡선은 예컨대 다른 차량과의 크래쉬가 발생한 상황을 나타내며, 탑승자 보호 시스템(8)의 작동이 불필요하다. 시스템 작동의 결과 탑승자의 보호는 강화되지 않으면서, 차량 수리 비용은 현저히 상승할 수 있다. 상기의 2가지 경우의 구별을 위해, 도 2에는 "리미트 3"으로 표기된 제 3 임계값이 사용되며, 상기 임계값은 충돌의 심각도에 따라 상황에 적절한 탑승자 보호 시스템(8)의 작동을 구현한다.
고체 전달음 신호 내에 고주파 성분이 얼마나 오래 존재하는지를 관찰함으로써 충돌 물체의 분석 신뢰도 및 정밀도를 더욱 높일 수 있다. 둔기 충격과 같은 오용 상황에서는 고체 전달음 신호가 마치 e-함수와 같이 급속도로 감쇠한다. 그에 반해, 보행자 충돌의 경우에는 고주파 신호 성분이 훨씬 더 오래 존재한다. 이 러한 평가는 연속하는 2개의 타임 슬롯 내에서의 고체 전달음 신호의 분석을 통해(도 4) 도출될 수 있다. 도 4에서 좌측 반부에는 둔기 충격의 경우 및 보행자 충돌의 경우 고체 전달음 센서로부터 송출되는 고체 전달음 신호가 도시되어 있다. 상기 도면의 우측 반부에는 총 6회의 상이한 테스트 측정에서 비율 형성에 의해 얻어진 비율값들이 도시되어 있다. 여기서 각각의 측정은 충돌에 상응한다. 각각의 측정된 값을 결정하기 위해, 0 내지 6ms의 기간 및 6 내지 12ms의 기간에 대해 진폭들의 크기가 합산되고 평균된다.
도 5에는 본 발명에 따른 차량 승객 보호 시스템 제어 장치의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예에 추가로, 센서 시스템(1)이 충돌 센서(5)를 포함한다. 상기 충돌 센서(5)는 예컨대 광섬유 변형 센서의 형태로 설계될 수 있다. 충돌 물체의 검출을 위한 고체 전달음 센서만을 포함하는 도 1에 기술된 변형예에서는 상기 고체 전달음 센서가 흙받이 커버링에 직접 설치되어야 하는 반면, 제 2 실시예에서는 충돌 센서가 차체 부품, 예컨대 섀시에 설치될 수도 있다. 제 2 실시예는 특히 보행자의 충돌과 크래쉬 상황 사이의 구별을 가능케 한다. 충돌 센서(4)에 의해 변형이 검출되면, 고체 전달음 센서(5)가 작동되어 고체 전달음 신호(s1)를 분석 장치(2)로 전송한다. 고체 전달음 신호의 분석은 고주파 신호 성분과 저주파 신호 성분의 간단한 비교를 토대로 이루어질 수 있다. 고주파 신호 성분이 우세한 경우는 크래쉬 상황으로 간주된다. 그렇지 않은 경우는 차량이 보행자와 충돌한 상황으로 간주된다. 이 경우, 오용 상황에 의해서는 충돌 센서(5)가 반응하기에 충분한 변형이 불가능한 것으로 가정된다.
고체 전달음 센서(4)가 정전용량성 가속도 측정 원리에 기반한 경우, 상기 고체 전달음 센서는 충돌에 의해 야기된 가속도를 검출하는 용도로도 사용될 수 있다. 이 경우, 분석 장치(2)에 의해 크래쉬 상황과 보행자 충돌 상황에서의 상이한 질량비들이 분석될 수 있다. 보행자 충돌의 경우 보행자와 차량의 무게차가 현저히 크기 때문에 차량 감속 정도가 심하지 않아서 변형 검출시 보행자 보호 시스템(7)이 작동된다. 한편, 변형 검출시 매우 극심한 감속이 일어난 것으로 확인되면, 충돌 물체의 질량이 높은 것으로 추론되어 보행자 보호 시스템(7)의 작동이 억제되고 탑승자 보호 시스템(8)의 작동이 수행된다.
물론 적절하게 매칭된 고체 전달음 센서(4) 대신 감속을 검출하기 위한 다른 가속도 센서가 사용될 수도 있다.

Claims (26)

  1. 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치로서,
    센서 신호(s1)를 분석하기 위한 분석 장치(2) 및 승객 보호 시스템(3)을 포함하고,
    상기 분석 장치(2)를 포함함으로써 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 대한 정보가 전달될 수 있으며, 상기 분석 장치(2)는 상기 신호(s1)가 상기 신호에 포함된 주파수와 관련하여 분석될 수 있도록 설계되고, 상기 분석 과정에서는:
    신호 섹션에 포함된 주파수 스펙트럼이 다수의 주파수 대역으로 분할되고,
    각각의 주파수 대역에 대해 가용 신호 에너지가 측정되며,
    상기 주파수 대역들의 신호 에너지의 표준화가 수행되고,
    상기 승객 보호 시스템(3)은 상기 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 관련된 정보에 따라 작동될 수 있는, 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    차체 진동을 감지하기 위한 1개 이상의 고체 전달음 센서(4)가 제공되고,
    상기 분석 장치(2)에 의해 분석된 신호는 고체 전달음 신호이며,
    상기 분석 장치(2)는, 상기 표준화중에 각 주파수 대역의 신호 에너지와 특정 기준 주파수 대역의 신호 에너지의 관계가 정립되고, 그 결과로 얻어진 비율 곡선들(ratio curves)이 미리 정해진 임계값들과 비교되도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)는, 주파수 스펙트럼이 기준 주파수 대역 외에 2개 이상의 추가 주파수 대역으로 분할됨으로써 표준화시 적어도 제 1 비율 곡선 및 제 2 비율 곡선이 도출되도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)를 통해 상기 제 1 비율 곡선과 제 1 임계값이 비교됨으로써 상기 승객 보호 시스템의 작동 여부가 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)를 통해 상기 제 2 비율 곡선과 제 2 임계값이 비교됨으로써 보행자 보호 시스템(7)의 작동 여부가 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)를 통해 제 2 비율 곡선과 제 3 임계값이 비교됨으로써 탑승자 보호 시스템(8)의 작동 여부가 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    제 1 임계값, 제 2 임계값 및 제 3 임계값의 결정은 차량의 차체 구조에 좌우되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)는, 고체 전달음 신호에 포함된 주파수 스펙트럼의 시간에 따른 추이를 분석하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)는 고체 전달음 신호 내 고주파 성분의 존재 기간을 검출하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)는 신호 섹션 내 상이한 타임 슬롯들에 포함된 신호 에너지들의 상호간의 관계를 정립하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 타임 슬롯들 중 하나로 신호가 표준화되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 고체 전달음 센서(4)는 충돌시 변형될 수 있는 차량의 연성 부품에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 분석 장치(2)에 의해 분석될 수 있는 출력 신호를 상기 분석 장치(2)에 공급하는 충돌 센서(5)가 추가로 제공되고, 상기 충돌 센서(5)로부터 공급된 신호를 토대로 상기 분석 장치(2)가 승객 보호 시스템의 작동 결정을 내릴 수 있으며, 보행자 보호 시스템(7) 또는 탑승자 보호 시스템(8)을 작동시켜야 하는지의 여부는 고체 전달음 신호(s1)를 토대로 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  13. 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 시스템이 차체 진동을 감지하기 위한 1개 이상의 고체 전달음 센서(4), 상기 고체 전달음 센서(4)에 의해 공급되는 고체 전달음 센서 신호(s1)를 분석하기 위한 분석 장치(2) 및 승객 보호 시스템(3)을 포함하고,
    상기 분석 장치(2)가 제공됨으로써 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 대한 정보가 공급될 수 있으며, 상기 분석 장치(2)는 상기 신호(s1)가 상기 신호에 포함된 주파수와 관련하여 분석될 수 있도록 설계되고, 상기 분석 과정에서는:
    신호 섹션에 포함된 주파수 스펙트럼이 다수의 주파수 대역으로 분할되고,
    각각의 주파수 대역에 대해 가용 신호 에너지가 측정되며,
    상기 주파수 대역들의 신호 에너지의 표준화가 수행되고,
    상기 승객 보호 시스템(3)은 상기 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 관련된 정보에 따라 작동될 수 있는, 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 표준화중에 각 주파수 대역의 신호 에너지와 특정 기준 주파수 대역의 신호 에너지의 관계가 정립되고, 그 결과로 얻어진 관계가 미리 정해진 임계값들과 비교되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 주파수 스펙트럼이 기준 주파수 대역 외에 2개 이상의 추가 주파수 대역으로 분할됨으로써, 표준화시 적어도 제 1 비율 곡선 및 제 2 비율 곡선이 도출되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제 1 비율 곡선이 제 1 임계값과 비교됨으로써 상기 승객 보호 시스템의 작동 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 비율 곡선이 제 2 임계값과 비교됨으로써 보행자 보호 시스템(7)의 작동 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 비율 곡선이 제 3 임계값과 비교됨으로써 탑승자 보호 시스템(8)의 작동 여부가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    승객 보호 시스템(3), 또는 보행자 보호 시스템(7)의 작동 여부에 대한 결정은 관련 임계값의 정해진 횟수의 초과 또는 미달을 토대로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 고체 전달음 신호(s1)에 포함된 주파수 스펙트럼의 시간에 따른 추이가 분석되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 고체 전달음 신호(s1) 내에 고주파 성분이 존재하는 지속 시간이 분석 되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 신호 섹션 내 상이한 타임 슬롯들 내에 포함된 신호 에너지들이 측정되고, 상호간의 관계가 정립되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    충돌 이후 최초의 타임 슬롯으로 표준화가 수행되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 방법.
  23. 물체와 차량의 충돌을 검출하는 하나 이상의 충돌 센서(5) 및 차체 진동을 감지하는 하나 이상의 고체 전달음 센서(4)를 포함하는, 물체와 차량의 충돌을 검출하기 위한 센서 시스템(1),
    상기 센서 시스템(1)으로부터 공급된 신호(s1, s2)를 분석함으로써 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 대한 정보가 전달될 수 있게 하고, 상기 충돌 상황에 맞추어진 승객 보호 시스템(3)을 작동시키기 위한 분석 장치(2), 및
    상기 충돌 물체 및 충돌 특성 중 하나 이상에 대한 정보에 따라 작동될 수 있는 승객 보호 시스템(3)을 포함하는, 차량의 승객 보호 시스템을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상기 분석 장치(2)는 보행자 충돌과 크래쉬 사이의 구별을 위해, 상기 고체 전달음 센서(4)로부터 송출된 고체 전달음 신호(s1)의 주파수 스펙트럼을 분석하고, 상기 분석의 범주에서 고주파 신호 성분과 저주파 신호 성분을 비교하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 고체 전달음 신호(s1)의 분석은 상기 충돌 센서(5)에 의한 충돌 검출 이후에 실시되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  25. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 고체 전달음 센서(4)는 차량의 고정된 차체 부품에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
  26. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 고체 전달음 센서(4)는 충돌시 변형될 수 있는 차량의 연성 부품에 설치되는 것을 특징으로 하는,
    차량 승객 보호 시스템의 제어 장치.
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