KR20010086494A

KR20010086494A - 조기 충돌 감지 센서

Info

Publication number: KR20010086494A
Application number: KR1020000010415A
Authority: KR
Inventors: 김현태
Original assignee: 윤장진; 주식회사 현대오토넷
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-13

Abstract

본 발명은 조기 충돌 감지 센서에 관한 것이다.

본 발명은 충돌의 감가속도를 전압으로 변환하여 출력하는 가속도 센서(21)와, 가속도 센서(21)와 공통 접지되어 있으며, 가속도 센서(21)의 출력 전압을 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환한 후, 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 출력 포트를 통해 충돌 감지 신호를 출력하는 마이컴(22)과, 마이컴(22)의 충돌 감지 신호가 베이스로 인가되면 턴온되는 트랜지스터(Q1)의 이미터 출력 저항(R2)과 베이스 저항(R1)에 의해 결정되는 일정한 양의 전류를 검출하여 종래의 ESPS(10) 내부의 전류 검출 회로(11)로 인가시키는 정전류 통신 회로(23)로 구성되며,

이에 따라서, 차량의 경사 충돌 시에도 승객의 생명을 더욱더 확실하게 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 에어백의 늦은 전개에 의한 승객의 부상 및 사망 사고를 방지할 수 있다.

Description

조기 충돌 감지 센서 { EARLY CRASH SENSOR }

본 발명은 차량의 에어백 제어 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 차량의 전방 충돌 시에 조기 충돌 유무 및 그 크기를 감지하도록 된 조기 충돌 감지 센서에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 에어백 제어 방식은 운전석의 기어 박스 하단부에 위치하고 있는 ESPS(Electronic Single Point Sensor;10)라고 불리는 에어백 제어용 센서에 의해 감지된 차량의 전방 충돌 신호에 따라서 에어백을 전개시키도록 되어 있다.

상기 ESPS(10)는 내부의 가속도 센서에 의해 일정 크기 이상의 차량 전방 충돌 신호를 감지하면 스퀴브 드라이버를 구동시켜 에어백을 전개시킨다.

그러나, 상기와 같이 운전석의 기어 박스 하단부에 위치하는 ESPS(10)를 이용하는 종래의 에어백 전개 방식은, 통상적인 충돌 사고의 30∼40%를 차지하는 경사 충돌과 같은 차량 사고 시에 정확한 충돌 감지가 어렵고, 에어백 전개 시간이 지연되는 문제점이 있으며, 이로 인해 OOP(Out Of Position) 상태, 즉 승객이 에어백에 지나치게 접근한 시점에서 에어백이 전개되어 오히려 에어백에 의해 승객이 부상하거나, 사망하는 경우가 종종 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 전방 충돌 시에 조기 충돌 유무 및 그 크기를 감지한 후, 디지털 데이터로 변환하여 종래의 ESPS로 전송함으로써, 상기 ESPS가 조기 충돌에 대처하여 신속하게 에어백을 전개하도록 하는 조기 충돌 감지 센서를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 조기 충돌 감지 센서는 충돌의 감가속도를 전압으로 변환하여 출력하는 가속도 센서와, 상기 가속도 센서와 공통 접지되어 있으며, 상기 가속도 센서의 출력 전압을 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환한 후, 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 출력 포트를 통해 충돌 감지 신호를 출력하는 마이컴, 및 상기 마이컴의 충돌 감지 신호가 베이스로 인가되면 턴온되는 트랜지스터의 이미터 출력 저항과 베이스 저항에 의해 결정되는 일정한 양의 전류를 검출하여 종래의 ESPS 내부의 전류 검출 회로로 인가시키는 정전류 통신 회로로 구성된다.

이에 따라서, 본 발명의 조기 충돌 감지 센서는 경사 충돌 시에도 승객의 생명을 더욱더 확실하게 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 에어백의 늦은 전개에 의한 승객의 부상 및 사망 사고를 방지할 수 있도록 되어 있다.

도 1은 종래의 에어백 제어용 ESPS의 장착 상태를 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서의 간접 충격 레벨 전송 상태를 도시한 파형도,

도 4는 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서의 장착 상태를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: ESPS 11: 전류 검출 회로

12: 파워 서플라이 20: 조기 충돌 감지 센서

21: 가속도 센서 22: 마이컴

23: 정전류 통신 회로 Q: 트랜지스터

R: 저항 D: 다이오드

C: 커패시터

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서(10) 내부의 가속도 센서(21)는 충돌의 감가속도를 전압으로 변환하여 출력한다.

마이컴(22)은 상기 가속도 센서(21)와 공통 접지되어 있으며, A/D 입력 포트(A/D)로 인가되는 상기 가속도 센서(21)의 출력 전압을 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환한 후, 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 출력 포트(Output)를 통해 충돌 감지 신호를 출력한다.

상기 마이컴(22)은 내부의 메모리(예컨대, ROM, RAM) 및 상기 가속도 센서(21)의 구동에 필요한 5V 레귤레이터를 내장하고 있다.

상기 마이컴(22)은 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 계산된 충돌 크기를 비트 스트림으로 전송하거나, 상기 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 계산된 충돌 크기를 미리 설정된 특정값과 비교한 결과에 따라서 듀티비가 변하는 충돌 감지 신호를 출력한다.

정전류 통신 회로(23)는 상기 마이컴(22)의 충돌 감지 신호가 베이스로 인가되면 턴온되는 트랜지스터(Q1)의 이미터 출력 저항(R2)과 베이스 저항(R1)에 의해 결정되는 일정한 양의 전류를 검출하여 종래의 ESPS(10) 내부의 전류 검출 회로(11)로 인가시킨다.

상기 ESPS(10)의 전류 검출 회로(11)는 상기 트랜지스터(Q1)의 이미터 출력 저항(R2)과 접속된 상태에서 접지되어 있는 션트 저항(R3)에 유기되는 전압값을 버퍼(11a)에 의해 증폭한 후, 비교기(11b)의 기준 전압(ref.)과 비교한 결과에 따른 전류 검출 신호를 출력하여 상기 ESPS(10)의 마이컴(도시하지 않음)으로 인가시킴으로써, 상기 ESPS(10)에 의해 에어백의 전개 시기가 결정되도록 한다. 이때, 상기 비교기(11b)를 통해 출력되는 전류 검출 신호는 상기 조기 충돌 감지 센서(20)의 마이컴(22)으로부터 출력되어 상기 트랜지스터(Q1)을 구동시키는 출력 감지 신호와 정확히 일치한다.

상기 ESPS(10)의 파워 서플라이(11)는 상기 정전류 통신 회로(23)의 트랜지스터(Q1)의 컬렉터로 12V 전원을 공급한다.

상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서는 다음과 같이 작동한다.

상기 가속도 센서(21)는 차량 충돌에 따른 감가속도를 측정한 다음 0∼5V 범위의 전압으로 변환하여 상기 마이컴(22)의 A/D 입력 포트로 인가시킨다.

상기 마이컴(22)은 입력 전압 신호를 디지털 데이터로 변환한 후, 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 다음과 같이 수행한다.

예컨대, 상기 0∼5V 범위의 입력 전압 신호는 0∼255 사이의 디지털 데이터로 변환된 값으로 주어질 때, 상기 마이컴(22)이 δT의 주기로 상기 특정한 알고리즘을 수행하고, 현재 주기의 디지털 타임을 n, 현재 측정된 가속도를 Acc(n)이라고하면, 기본적인 물리 변수에 해당하는 속도(V)와 에너지(E)와 거리(D)는 다음의 수학식과 같다.

또한, 일반적으로 충돌의 크기는 충돌에 의해 가해진 충격 에너지의 크기라고 할 수 있는데, 이때 차량에 탑승하고 있는 승객은 충돌의 방향으로 가속 에너지를 받게되고, 이로 인해 충돌 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 이동 속도와 승객의 이동 거리는 상기 수학식 1에서 V(n)와 D(n)로 구할 수 있다.

상기 마이컴(22)은 알고리즘을 수행하면서, 실제 속도와 거리를 소수로 연산하기 어렵기 때문에 0∼255 사이의 숫자로 표현되는 디지털 데이터를 단순 적분하여 구한 값을 속도와 에너지와 거리에 대한 크기로 간주하여, 다음의 수학식에 나타낸 바와 같이, 속도와 에너지를 혼합한 값으로 충돌 크기(CS; Crash Severity)를 결정한다.

상기 수학식 2에서 W_V와 W_E는 각각 속도와 에너지에 대한 가중치로서, 상기 마이컴(22)의 계산상의 편의를 위하여 2의 배수로 설정하는 것이 바람직하며, 상기충돌의 크기(CS)는 속도와 에너지에 비례하는 값으로 설정되어 있다.

상기 수학식 2에서 에너지를 충격의 크기를 결정하는 요소로 사용하는 이유는, 일반적으로 속도에 대한 가중치가 에너지에 대한 가중치보다 커야 실제 승객이 받는 충격의 크기를 보다 잘 대변할 수 있으며, 경사 충돌과 같이 충돌 지점이 국부적인 경우 속도의 증가보다 에너지의 증가가 선행하는 특성을 반영하여 경사 충돌 시에도 충돌 크기가 충분히 큰 값이 얻어질 수 있도록 하기 위함이다.

상기와 같은 수학식에 의해 충돌의 크기가 결정되면, 충돌의 크기에 따른 충돌 감지 신호가 상기 ESPS(10)의 전류 검출 회로(11)로 전송되는데, 이때 상기 마이컴(22)이 상기 충돌 감지 신호를 상기 ESPS(10)로 전송하는 방식은 직접 디지털 데이터 통신 방식과 간접 충격 레벨 방식 중에서 어느 하나의 방식을 선택하여 사용할 수 있으며, 실제로는 상기 ESPS(10)에 내장된 마이컴의 에어백 전개 알고리즘의 유형에 따라서 결정된다.

먼저, 상기 마이컴(22)이 직접 디지털 데이터 통신 방식으로 충돌 감지 신호를 상기 ESPS(10)로 전송할 경우, 특정한 비트 스트림으로 전송한다.

예컨대, 상기 마이컴(22)이 16비트로 계산된 충돌 크기를 비트 스트림으로 전송하면, 데이터의 전송 속도가 상기 마이컴(22)의 내부 수행 클럭의 속도에 따라서 달라지는데 최소한 10Kbps의 전송 속도를 얻을 수 있으며, 실제 데이터 전송 시에 상기 마이컴(22)은 노이즈 등에 의한 전송 오류를 고려하여 패리티 비트를 추가하여 총 19비트를 전송하며, 동일한 데이터를 두 번 반복하여 전송함(총 38비트)으로써 오류를 최소화하고, 총 38비트의 전송 데이터는 상기 ESPS(10)의 알고리즘 주기와 동일한 500μs 마다 한번씩 전송된다.

다음으로, 상기 마이컴(22)이 간접 충격 레벨 방식으로 충돌 감지 신호를 상기 ESPS(10)로 전송할 경우, 상기 마이컴(22)은 충돌 크기를 미리 설정된 특정값과 비교한 결과에 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 충격 레벨에 따라서 듀티비가 변하는 충돌 감지 신호를 출력한다.

즉, 도 3의 (가)와 같이 100μs의 듀티비를 갖는 충돌 감지 신호의 레벨은 충돌이 없는 상태를 나타내고, 도 3의 (나)와 같이 200μs의 듀티비를 갖는 충돌 감지 신호의 레벨은 충돌이 약한 상태를 나타내며, 도 3의 (다)와 (라)에 도시된 바와 같이 300μs의 듀티비와 400μs의 듀티비를 나타내는 충돌 감지 신호의 레벨은 각각 충돌이 중간 정도인 상태와 충돌이 강한 상태를 나타낸다.

도 3에 도시된 각 레벨별 충돌 감지 신호의 전송 주기도 역시 상기 직접 디지털 데이터 통신 방식에서와 마찬가지로, 상기 ESPS(10)의 알고리즘 주기와 동일한 500μs로 설정된다.

상기와 같이 마이컴(22)으로 출력되는 충돌 감지 신호가 상기 정전류 통신 회로(23)의 트랜지스터(Q1)의 베이스로 인가되면 상기 트랜지스터(Q1)가 온되고, 이에 따라서 상기 트랜지스터(Q1)의 12V 입력 전압 단자, 즉 컬렉터로부터 상기 이미터 출력 저항(R2)를 통하여 상기 베이스 저항(R1)과 이미터 출력 저항(R2)에 의해 결정되는 일정한 양의 전류가 상기 ESPS(10)의 전류 검출 회로(11)에 있는 션트 저항(R3)을 통해 접지단으로 흐른다.

이때 상기 트랜지스터(Q1)의 이미터 출력 저항(R2)을 통해 흐르는 전류를 δI라고 하면, 실제로 상기 ESPS(10)의 전류 검출 회로(11)에 있는 션트 저항(R3)을 통해 접지단으로 흐르는 전류(Iin)는 상기 트랜지스터(Q1)가 오프될 때의 베이스 전류 Ib가 더해진 값이 되므로, 상기 전류 Iin=δI×Ib가 된다.

따라서, 상기 전류 검출 회로(11)의 션트 저항(R3)에 유기되는 전압(V)은 V=Iin×R3가 되며, 상기 션트 저항(R3)의 유기 전압(V)은 상기 버퍼(11a)에 의해 증폭된 후, 상기 비교기(11b)의 기준 전압(ref.)과 비교된다.

만약, 상기 비교기(11b)로 입력되는 전압이 기준 전압(ref.)보다 크면 상기 비교기(11b)는 5V 하이 상태의 전류 검출 신호를 출력하고, 작으면 0V 로우 상태의 전류 검출 신호를 출력한다.

이때, 상기 비교기(11b)로부터 출력되어 상기 ESPS(10)의 마이컴으로 인가되는 전류 검출 신호는 상기 조기 충돌 감지 센서(20)의 마이컴(22)으로부터 출력되어 상기 트랜지스터(Q1)를 구동시키는 출력 감지 신호와 정확히 일치하게 되며, 상기 ESPS(10)는 입력 전류 검출 신호에 따라서 에어백의 전개 시기를 최종적으로 결정한다.

결과적으로, 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서(20)는 조기 충돌 감지 센서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량의 범퍼 부분, 즉 충돌 사고 시 직접적인 접촉 및 파손이 발생하는 부위에 장착하여 조기에 충돌을 감지하고, 신속하게 충돌의 유무 및 충돌 크기를 디지털 데이터로 상기 ESPS(10)로 전송함으로써, 상기 ESPS(10)가 조기에 충돌에 대처하여 에어백의 전개 시기를 결정할 수 있도록 되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서는 차량의 전방 충돌 시에 조기 충돌 유무 및 그 크기를 감지한 후, 디지털 데이터로 변환하여 종래의 ESPS로 전송함으로써, 상기 ESPS가 조기 충돌에 대처하여 신속하게 에어백을 전개하도록 하기 때문에, 경사 충돌 시에도 승객의 생명을 더욱더 확실하게 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 에어백의 늦은 전개에 의한 승객의 부상 및 사망 사고를 방지하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 조기 충돌 감지 센서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims

충돌의 감가속도를 전압으로 변환하여 출력하는 가속도 센서(21)와,

상기 가속도 센서(21)와 공통 접지되어 있으며, 상기 가속도 센서(21)의 출력 전압을 A/D 변환하여 디지털 데이터로 변환한 후, 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 출력 포트를 통해 충돌 감지 신호를 출력하는 마이컴(22)과,

상기 마이컴(22)의 충돌 감지 신호가 베이스로 인가되면 턴온되는 트랜지스터(Q1)의 이미터 출력 저항(R2)과 베이스 저항(R1)에 의해 결정되는 일정한 양의 전류를 검출하여 종래의 ESPS(10) 내부의 전류 검출 회로(11)로 인가시키는 정전류 통신 회로(23)

로 구성되는 것을 특징으로 하는 조기 충돌 감지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 마이컴(22)은 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 계산된 충돌 크기를 비트 스트림으로 전송하도록 된 것을 특징으로 하는 조기 충돌 감지 센서.
제 1 항에 있어서, 상기 마이컴(22)은 충돌의 크기를 결정하는 특정한 알고리즘을 수행하여 계산된 충돌 크기를 미리 설정된 특정값과 비교한 결과에 따라서 듀티비가 변하는 충돌 감지 신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 조기 충돌 감지 센서.