KR20010036656A - 차량의 충돌 판별 시스템 및 방법 - Google Patents

차량의 충돌 판별 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 운행중 각가지 충돌에 대하여 보다 적절한 에어백 전개여부 및 전개시간을 판별할 수 있도록 한 차량의 충돌 판별 시스템 및 방법에 관한 것으로,
본 발명은 차량 전방에 장착되어 충돌 물체와 차량간의 거리 및 속도값으로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추정하는 레이더 장치와; 상기 레이더 장치에서 충돌 발생시 상대 속도값으로 부터 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하고, 이 가속도 바이어스 값으로 실제 충돌 알고리즘 동작 명령 및 에어백 전개를 결정하는 에어백 제어 장치로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

차량의 충돌 판별 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CRASH CLASSIFICATION OF A VEHICLE}
본 발명은 차량의 충돌 판별 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 운행중 각가지 충돌에 대하여 보다 적절한 에어백 전개여부 및 전개시간을 판별할 수 있도록 한 차량의 충돌 판별 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 충돌시 승객 안전을 위한 조치로서 이전에는 주로 안전벨트의 착용 및 충돌해석을 통한 차체 설계 구조 개선을 통해 승객 안전성 확보가 주류를 이루었으나, 최근에는 안전벨트와 함께 적절한 시간에서 에어백을 전개시킴으로써, 적극적으로 승객 보호 기능을 확보하는 경향이 일반적 추세이다.
이와 같이 차량 충돌시 적절한 시간에 에어백을 전개시키는 에어백 시스템은 차량의 충돌감지 및 최적 시간에서의 에어백 전개 기능 확보는 필수적이다.
초기에는 차량 전면부의 충돌 영역에 기전식 충돌센서를 장착하여 충돌감지 기능을 수행하였으나, 상기 방식은 충돌감지센서의 장착 위치가 주로 엔진룸 내부이기 때문에 운용 환경이 열악하며, 또한 센서 및 에어백 제어장치간의 전기적 배선등이 복잡하여 전체 시스템이 고가였다.
따라서 최근에 거의 모든 차량용 에어백 시스템은 내부에 충돌 감지용 가속도계를 장착한 전자식 에어백 제어장치(electronic single point sensor)를 채용하고 있고, 이 에어백 제어장치는 차량의 충돌시 직접적 변형이 발생하지 않는 비충돌 영역(non crash zone)에 장착하고 내부 가속도 센서를 이용하여 충돌신호를 감지하도록 되어 있다.
이와 같이 전자식 에어백 제어장치는 상대적으로 안정적인 에어백 전개성능의 확보가 가능하고 통합제어장치에서 관련 시스템 전체를 진단 제어함으로써 시스템 오류에 대한 정확한 진단 및 운전자에 대한 경보기능을 제공할 수 있으며 수리가 용이하고 시스템 단가등의 저렴한 장점이 있다.
그러나 상기 전자식 에어백 제어장치는 충돌시 직접적인 변형이 발생하지 않는 비충돌 영역에 장착되며 충돌 에너지에 의한 장착부위의 가속도 신호 전달에 그 충돌감지 및 전개를 결정하므로 차체의 구조등에 의한 차량 구조적 결함에 의하여 충돌신호의 전달이 지연되거나 충돌 가속도의 감쇄현상이 클 경우 적절한 전개시간의 확보가 어려운 경우가 있다.
특히 폴 충돌(Center Car to Pole crush)과 같은 국부적으로 충돌 하중이 집중되는 충돌사고의 경우, 차량의 범퍼 장착 부위와 차체 프레임의 간극이 큰 차량의 경우 충돌 신호의 전달이 타 충돌사고 대비 상당기간 지연되는 현상이 발생하는데, 이런 경우의 충돌 발생시 승객의 거동은 빠른 반면에 에어백 제어장치가 감지하는 충돌신호는 지연되므로 적절한 에어백 전개 시간(time to fire)의 확보가 어려운 문제점이 발생한다.
또한 서스펜션이나 기타 구조적 문제에 의해 험로 주행(rough-road)시나 오류 테스트에서 에어백 제어장치에 입력되는 가속도 신호가 매우 큰 경우가 발생하는데, 이 경우 부적절한 에어백의 전개를 방지하기 위해서는 에어백의 비전개 문턱값(no fire threshold level)을 높여야 하는데, 이는 상대적으로 실제 충돌에서의 에어백 전개시간을 희생하여야 하는 교환관계에 있어 이 경우 적절한 에어백 전개시간의 확보가 어려운 문제가 발생한다.
최근 문제가 되고 있는 에어백 전개에 의한 승객 상해 방지를 위해서 적용하고 있는 디 파워드 에어백(de-powered airbag)은 에어백 자체 전개에 필요한 시간이 기존 풀 파워드 에어백(full powered airbag)보다 더 많이 필요한데, 이 경우 에어백 전개시간이 지연될 경우 적절한 승객의 안전성 확보가 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
이와 같이 종래에는 전자식 에어백 제어장치가 비충돌 영역에 장착되거나, 혹은 국부적으로 충돌 하중이 집중되는 충돌 사고의 경우 충돌신호의 전달이 타 충돌사고에 비하여 지연되는 충돌 판별에 대한 전개시간 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 차량의 전방에 장착된 차량용 레이더에서부터 측정된 충돌 물체와 차량간의 거리 및 속도값을 이용하여 충돌 발생 여부와 충돌시 속도를 측정하고, 이 측정된 상대속도로부터 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하여 에어백 제어장치에 전달하도록 함으로써, 에어백 제어장치의 에어백 전개 알고리즘 이 보다 적절한 에어백 전개여부 및 전개시간을 판별할 수 있도록 하고자 하는데 있다.
도 1은 본 발명 차량의 충돌 판별 시스템의 제어 블럭도.
도 2는 본 발명 차량의 충돌 판별 방법에 대한 플로우챠트.
도 3은 본 발명에 적용되는 가속도 바이어스 값의 매칭 파형도.
도 4는 본 발명에 이용되는 충돌 알고리즘의 논리 다이어그램.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 차량 전방에 장착되어 충돌 물체와 차량간의 거리 및 속도값으로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추정하는 레이더 장치와; 상기 레이더 장치에서 충돌 발생시 상대 속도값으로 부터 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하고, 이 가속도 바이어스 값으로 실제 충돌 알고리즘 동작 명령 및 에어백 전개를 결정하는 에어백 제어 장치로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상대 차량 또는 방벽과의 상대거리 및 속도를 칼만 버시 필터로 추정하고 이 추정된 거리 및 속도로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추출하는 단계와; 상기 단계에서 추출된 상대 속도값에서 적절한 가속도 바이어스 값과, 에어백 제어 유니트의 충돌 알고리즘 동작 명령을 전달하는 단계와; 상기 단계에서 전달된 가속도 신호로 작동되는 에어백 전개 알고리즘으로 에어백 전개를 결정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 의하면, 상대 차량 또는 방벽과의 상대 거리 및 속도값을 추정하고, 이 추정된 상대 거리 및 속도로 에어백 충돌 기동신호 및 가속도 바이어스 값을 산출하여 에어백 제어 유니트로 하여금 적절한 에어백 전개여부 및 전개시간을 판별하도록 함으로써, 우수한 충돌 판별 제어 방법을 제공하게 되는 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명 차량의 충돌 판별 제어시스템의 제어 블럭도이고, 도 2 는 본 발명 차량의 충돌 판별 방법에 대한 플로우챠트로서, 차량 전방에 장착되어 상대 차량 또는 충돌 물체와의 상대 거리 및 상대 속도를 측정하고, 이 측정된 속도로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추정하는 레이더 장치(10)와; 상기 레이더 장치(10)에서 충돌 발생시의 상대 속도값으로부터 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하고, 이 가속도 바이어스 값으로 실제 충돌 알고리즘 동작 명령 및 실제 측정된 가속도 신호로 에어백 전개를 결정하는 에어백 제어 장치(20)로 구성된다.
상기 레이더 장치(10)는 내부에 추정 알고리즘인 칼만 버시 필터(Kalman-Bucy Filter)(11)를 사용하게 되고, 상기 칼만 버시 필터(11)는 확률적 불확정성을 포함하는 상태변수(state)값을 노이즈가 포함된 제한적 측정값으로부터 매 측정 구간별로 순환적으로 추정해 내는 순환적 추정 알고리즘 이다.
그리고 상기 칼만 버시 필터(11)는 다른 추정 알고리즘과는 달리 이전 상태에서의 추정오차를 반영하여 그 추정 이득(gain)을 순환적으로 갱신하는 특징을 가지고 있어 동적 상태변수 추정에 효과적인 성능을 보유하여 운동 물체에 대한 거리
/속도/가속도 등을 추정하는데 널리 사용되고 있다.
상기 에어백 제어 장치(20)는 차량 배터리로부터 전원부(power supply)를 통해서 전자식 싱글 포인트 센서(ESPS)가 필요로 하는 5V 전원 및 에어백 점화용 에너지를 위한 승압된 전압을 발생한다. 배터리 전압 제거시 일정한 시간 동안 전자식 싱글 포인트 센서(ESPS)의 정상적인 동작을 보장하기 위한 에너지 비축기(Ene
rgy Reserve)는 승압된 전압을 통해 에너지가 축적된다.
상기 축적된 에너지는 전기 기계식 안전 센서(Safing Sensor) 및 점화회로
(Firing circuit)를 거쳐 에어백 전개에 필요한 점화 전류를 흘려준다.
대개 에어백 모듈은 최대 1.75A 의 전류가 2ms 동안 흐르게 되면 전개된다.
또한 가속도에 비례하는 전기적 신호를 필터 및 증폭할 수 있는 회로를 포함한 전자식 가속도센서(Accelerometer)를 내장하고 있으며, 이 가속도 센서로 충돌신호를 감지하고, 마이크로 콘트롤러(Micro controller)가 읽어서 소프트웨어로 구현된 알고리즘에 의해 충돌감지, 점화시간계산, 점화개시 등을 수행한다.
이어서 차량의 충돌 판별 제어 방법에 대하여 설명하면, 도 2 에 도시한 바와 같이, 차량의 전방에 장착된 레이더장치(10)로 상대 차량( 또는 충돌 장벽)과 상대거리 및 상대속도를 측정하게 되는데, 이때 측정되는 상대 차량(또는 충돌 장벽)과의 상대거리 및 상대속도는 상기 레이더장치(10)내에 순환적 추정 알고리즘인 칼만 버시 필터(11)로 추정하여 측정하게 된다(단계200).
그리고 칼만 버시 필터(11)는 상기 측정된 상대거리 및 상대속도로 충돌이 발생 여부와 충돌시 속도값을 분석된 신호를 에어백 제어장치(20)에 직접 출력한다
(단계201).
상기 에어백 제어장치(20)에서는 입력된 충돌 발생 여부 신호와 충돌시 속도값 신호를 이용하여 에어백의 적절한 전개시간을 확보하기 위하여 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하게 되는데, 이때 상기 에어백 제어장치(20)는 실제 충돌발생신호 없이는 에어백 제어장치의 충돌 알고리즘이 동작하지 않는다.
따라서 험로 주행상황과 같은 실제 충돌은 발생하지 않으나 에어백 제어 장치(20)내부의 가속도계(accelerometer)가 측정하는 가속도 값은 매우 크게 발생시킬 수 있는 과장된 상황에서 부적절한 에어백 전개를 충돌 알고리즘 매개 변수의 별도 조정없이 사전에 방지할 수 있게 하였다.
또한 충돌시의 속도값을 이용하여 현재 충돌 상황이 얼마의 속도로 발생하였는지 여부를 판별하고, 이때 필요한 적절한 에어백 전개시간 확보를 위하여 일정량의 가속도 바이어스 값을 에어백 제어장치에 입력하여 충돌 알고리즘의 주요 요소인 에너지 및 속도값의 축적도를 증가시킴으로써 보다 빠른 에어백 전개시간을 확보할 수 있다.
그러므로 일정량의 가속도 바이어스 값의 적용은 에어백이 전개되지 않아야 하는 비전개(no-fire)조건의 충돌 발생시에도 일률적으로 가속도 바이어스 값을 적용할 경우, 불필요한 에너지/속도 축적분의 증가로 비전개 조건을 만족시키지 못하는 문제점이 발생할 수 있으며, 반면에 고속충돌의 경우 지나치게 빠른 에너지/속도 축적분의 증가로 인하여 실제 보호를 받아야 할 승객의 거동이 발생하기 이전에 에어백 팽창 및 수축으로 인하여 적절한 승객 안정성을 확보하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 에어백 제어 장치(20)에서는 가속도 바이어스 값이 충돌속도에 대하여 정규분포곡선 형태를 취하도록 도 3에 도시한 바와 같이 마이크로 콘트롤러 (Micro controller)비선형 매칭 방법을 적용하였다.
즉 10MPH 이하의 비전개 충돌지역에서는 바이어스 값을 ″0″ 으로 설정하였고, 그래이 존(Gray-Zone)을 포함한 종속이상의 전개 충돌지역(Must-Fire Crash)에서는 3 - 5G 사이의 가속도 바이어스 값이 설정되도록 하였다.
마지막으로 30MPH 이상의 고속 충돌에서는 상대적으로 낮은 0.5 - 1G 사이의 가속도 바이어스 값이 설정되도록 매칭곡선을 설계하였다.
이와 같이 설계된 에어백 제어장치(20)의 마이크로 콘트롤러(Micro control
ler)에서는 상기 칼만 버시 필터(11)로 부터 측정된 충돌 발생 여부와 충돌시의 속도값을 이용하여 에어백 전개 알고리즘 동작 신호 및 가속도 바이어스 값을 비교 검토하여 에어백 전개 알고리즘 동작신호를 출력하게 된다(단계202).
따라서 상기 에어백 제어장치(20)에서는 상기 에어백 전개 알고리즘을 동작시키게 되는데, 이때 상기 에어백 전개 알고리즘은 충돌시의 가속도 값을 적분하여 추출하는 충돌속도, 충돌 에너지, 승객의 예상 이동거리와 안전기능의 센서신호를 결합하여 에어백의 전개 여부를 결정하게 되는바, 즉 도 4 에 도시한 바와 같이 충돌속도 및 충돌에너지 중 1 개의 값이 각각 설정된 문턱값(threshold level)을 넘고 승객 예상 이동거리가 미리 설정된 이동거리(30msec 에서 운전자의 두부/흉부가 자유질량 운동으로 최대 125mm(또는 5″)만큼 전방으로 승객 이동 거리)를 넘는 시간대에서 에어백이 전개되게 된다(단계203).
여기서 안전기능(safing fn)은 전기적 노이즈에 의한 에어백 제어 장치 내부의 전자식 가속도센서의 오동작으로부터 야기될 수 있는 비정상적인 에어백 전개를 방지하기 위해 실제 물리적 충돌을 감지한 다음 에어백 전개를 결정하는 기전식센서(electric mechanical sensor)이다.
그러므로 상기 에어백 전개 알고리즘에서는 에어백 전개 조건이면 에어백전개회로(firing circuit)를 작동시켜 에어백을 전개시키게 되고(단계204), 반면에 에어백 전개조건이 아니면 충돌조건 요소를 리세트시켜 주게 된다(단계205).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 상대차량 또는 방벽과의 거리 및 충돌시 속도값을 추정하고, 이 추정된 상대거리 및 속도로 에어백 전개 알고리즘 동작신호 및 가속도 바이어스 값을 산출하며, 이 산출된 가속도 바이어스 값으로 에어백 전개 여부 및 전개시간을 결정하도록 함으로써, 보다 신뢰성 있고, 우수한 충돌 판별 방법을 제공하게 되는 것이다.

Claims (4)

  1. 차량 전방에 장착되어 충돌 물체와 차량간의 거리 및 속도값으로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추정하는 레이더 장치와; 상기 레이더 장치에서 충돌 발생시 상대 속도값으로 부터 적절한 가속도 바이어스 값을 산출하고, 이 가속도 바이어스 값으로 실제 충돌 알고리즘 동작 명령 및 에어백 전개를 결정하는 에어백 제어 장치로 구성됨을 특징으로 하는 차량의 충돌 판별 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이더 장치는 내부에 추정 알고리즘인 칼만 버시 필터(Kalman-Bucy Filter)를 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 차량의 충돌 판별 시스템.
  3. 상대 차량 또는 방벽과의 상대거리 및 속도를 칼만 버시 필터로 추정하고 이 추정된 거리 및 속도로 충돌 발생 여부와 충돌 발생시의 상대 속도값을 추출하는 단계와; 상기 단계에서 추출된 상대 속도값에서 적절한 가속도 바이어스 값과, 에어백 제어 유니트의 충돌 알고리즘 동작 명령을 전달하는 단계와; 상기 단계에서 전달된 가속도 신호로 작동되는 에어백 전개 알고리즘으로 에어백 전개를 결정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 충돌 판별 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 에어백 전개 알고리즘은 충돌시의 가속도 값을 적분하여 추출하는 충돌속도, 충돌 에너지, 승객의 예상 이동거리와, 안전기능센서를 결합하여 에어백의 전개 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 충돌 판별 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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