KR20010097615A - 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법 - Google Patents

자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서: 필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계; 감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 감가속도(G) 신호를 적분하여 차량의 속도를 검출하고, 감가속도(G)의 제곱과 속도의 승산치 혹은 감가속도 차의 절대값( |DG|=|Gi-Gi-1| )과 속도의 승산치를 구하여 충격량(I)으로 인식하는 단계; 및 상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 함에 따라, 정면충돌 사고시 충돌 위치에 따라 운전자와 승객의 차별적인 보호가 가능한 상태로 가속도 센서를 배치하고 여러 가지 충돌상황에서 에어백을 적절한 시간에 작동시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법{Collision detecting method for operating automobile air bag}
본 발명은 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정면충돌 사고시 충돌 위치에 따라 운전자와 승객의 차별적인 보호가 가능한 상태로 가속도 센서를 배치하고 여러 가지 충돌상황에서 에어백을 적절한 시간에 작동시킬 수 있는 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법에 관한 것이다.
자동차 충돌시 충격으로부터 탑승자를 보호하기 위한 에어백 장치는 탑승자 안전에 관한 각국의 법적 규제가 강화되고 소비자도 차츰 자동차의 신뢰성 및 안전성에 관심을 보임으로 인해 자동차의 상품성을 향상하고 제품 경쟁력을 제고하는데 있어 필수적인 항목으로 되고 있다.
에어백 충돌감지방식은 초기에는 다수의 기계식 전기 스위치를 이용한 멀티 포인트 센싱(Multi-point sensing) 방식이 채용된 바, 비교적 고비용이면서 차종간의 호환성이 결여되고 다양한 충돌 상황에서의 신뢰성이 부족하다는 단점이 있기 때문에 현재는 단일의 반도체 가속도 센서를 이용한 전자식 싱글 포인트 센싱(Single-point sensing) 방식이 주류를 이루고 있다.
그런데 이러한 전자식 싱글 포인트 센싱 방식은 반도체 가속도 센서 제작을 위한 마이크로머시닝 기술을 기초로 하고, 이와 연계하여 ECU(electronic control unit)에서 속도, 에너지, 파워 등의 충돌판별 인자에 의해 정확한 충돌 판별 및 에어백 작동을 위한 제어기술을 요한다.
일예로 터널에 장착된 안전ECU 안에는 하나의 가속도 센서(single point sensor)와 마이크로 프로세서가 장착되어 있다. 충돌사고 시 가속도 센서는 감가속도를 측정하고, 마이크로 프로세서에서는 이 감가속도 신호를 바탕으로 속도의 변화, 일률의 변화, 감가속도의 제곱 혹은 감가속도의 제곱의 합 등의변수(metric)의 값을 계산하여 이 값이 설정된 임계치(threshold) 이상이 되면 에어백을 작동시키는 신호를 에어백에 전달하게 된다.
이러한 방식에서는 자동차 충돌사고 시 에어백의 작동여부와 점화시간(time-to-fire; TTF)을 결정하는 과정이 포함되는데, 이와 같이 감가속도 신호로부터 변수(metric) 값을 계산하고 이 값이 임계치 이상인지의 여부를 결정하는 것을 충돌 판별 알고리즘이라고 한다.
자동차 회사에서는 개발하는 차량에 대하여 여러 유형의 사고 중에 승객을 적절히 보호하는데 요구되는 에어백의 요구점화시간(required time-to-fire; RTTF)을 규정하고 있으며 충돌 판별 알고리즘은 이러한 요구점화시간(RTTF) 보다 작은 점화시간(TTF)을 산출할 수 있어야 한다.
그러나 기존의 충돌 판별 알고리즘에서는 속도의 변화, 일률의 변화, 감가속도의 제곱 혹은 감가속도의 제곱의 합 등의 변수 값을 계산하여 이 값이 임계치 이상이 되면 에어백을 작동시키는 알고리즘을 사용하기 때문에 폴 충돌(pole crash), 오프셋 충돌(offset crash), 경사면 충돌(oblique crash) 혹은 언더라이드 충돌(underride crash) 중에 종종 에어백 점화시간이 요구 점화시간보다 크게 되고 에어백의 작동이 늦어져서 승객을 제대로 보호할 수 없는 단점이 있다.
또한, 하나의 가속도 센서를 내장한 기존의 안전ECU는 좌우의 중앙인 터널에 장착되어 있으므로 오프셋 충돌(offset crash)이나 경사면 충돌(oblique crash)의 경우 충돌 위치가 운전석 혹은 조수석 방향인 것에 상관없이 거의 비슷한 감가속도 신호를 얻게 되어 운전석 에어백과 조수석 에어백의 점화시간을 차별적으로 결정할수 없다.
현재 연구되고 있는 발전된 에어백 시스템(advanced air bag system)에서는 사고 정도에 따라 에어백의 출력을 조절하여야 하는데, 터널에 하나의 가속도 센서만을 장착해서는 운전석 에어백과 조수석 에어백의 점화시간 뿐만 아니라 에어백의 출력을 차별적으로 조절할 수 없다.
일부의 자동차안전 연구자들은 범퍼나 라디에터 지지대 등 자동차 전방의 중앙에 하나의 위성센서(satellite sensor)를 장착하자고 제안하고 있으나 이 경우에도 상기와 같은 단점을 근본적으로 해결할 수 없다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정면충돌 사고시 충돌 위치에 따라 운전자와 승객의 차별적인 보호가 가능한 상태로 가속도 센서를 배치하고 여러 가지 충돌상황에서 에어백을 적절한 시간에 작동시킬 수 있는 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 주요 기능부의 배치상태를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 주요 기능부의 연결상태를 나타내는 블럭도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타내는 플로우차트,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타내는 플로우차트.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 프레임 11 : A필러
12 : B필러 20 : ECU
21 : 제 1 가속도 센서 22 : 제 2 가속도 센서
31 : 운전석 에어백 32 : 조수석 에어백
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서: 필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계; 감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 감가속도(G) 신호를 적분하여 차량의 속도를 검출하고, 감가속도(G)의 제곱과 속도의 승산치 혹은 감가속도 차의 절대값( |DG|=|Gi-Gi-1| )과 속도의 승산치를 구하여 충격량(I)으로 인식하는 단계; 및 상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서 ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서: 필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계; 감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 Σ|ΔG| 혹은 ΣΔG (ΔG > 0)를 구하여 충격량(I)으로 인식하는 단계; 및 상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 가속도 신호는 자동차의 프레임(10), 락커, A필러(11) 또는 B필러(12)의 좌우측으로 각각 설치되는 제 1 가속도 센서(21) 및 제 2 가속도 센서(22)로부터 검출된다.
이와 같은 구성에 따라 본 발명은 다음의 두 가지 목적을 달성하는 것이 가능하다.
첫째, 새로운 충돌 판별 알고리즘을 개발하여 여러 유형의 사고 시 에어백을 적시에 작동시키는 것이다. 기존의 알고리즘을 사용하는 경우에는 폴 충돌(pole crash), 오프셋 충돌(offset crash) 그리고 언더라이드 충돌(underride crash)시종종 에어백의 작동이 요구점화시간(RTTF) 보다 늦어서 승객을 제대로 보호할 수 없을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 오히려 승객에게 상해를 주기 때문이다.
둘째, 가속도센서를 자동차의 좌우에 하나씩 장착하여 사고시 운전석 에어백과 조수석 에어백의 점화시간과 출력을 차별화하는 것이다. 하나의 가속도 센서를 내장한 기존의 안전ECU는 터널에 장착되어 있어서 특별히 오프셋 충돌(offset crash)이나 경사면 충돌(oblique crash) 시 충돌 위치에 따라 운전자와 승객이 받는 충격이 다름에도 불구하고 운전자측 에어백과 승객측 에어백의 점화시간과 출력을 차별할 수 없기 때문이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 주요 기능부의 배치상태를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 주요 기능부의 연결상태를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어백 충돌 인식장치는 ECU(20), 제 1 가속도 센서(21), 제 2 가속도 센서(22), 운전석 에어백(31), 조수석 에어백(32) 등으로 이루어지며, 이때의 ECU(20)는 저역필터와, 샘플링부와, A/D컨버터 등을 주요부로 하고 세이핑 센서(도시 생략)와도 연결된다. 세이핑 센서는 평상시 오프상태이고 소정치 이상의 감가속도가 작용하면 온되어 그에 해당하는 전기적 신호를 출력한다. 제 1 가속도 센서(21) 및 제 2 가속도 센서(22)는 운행되는 차량의 가속도를 검출하여 그에 해당하는 전기적 신호를 출력한다.
ECU(20)의 저역필터는 신호상의 노이즈에 의한 영향을 최대한 줄이기 위해차단 주파수 보다 낮은 주파수는 감쇠없이 자유롭게 통과시키고, 차단 주파수 보다 높은 주파수는 큰 감쇠를 작용하여 소정의 전기적 신호를 출력한다. 샘플링부는 상기 저역필터를 통과한 신호 파형을 일정한 간격으로 입력하여 근사적으로 배열하고 표본화시켜 소정의 전기적 신호를 출력한다.
자동차의 주행시 가속도 및 차속을 검출하고 비교하여 차량의 충돌조건을 판단하는 ECU(20)는 자동차의 종합제어기로서 별도의 에어백 제어용 컨트롤러를 사용하는 것도 가능하다.
운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)은 전기적 신호에 의해 화약, 압축가스 또는 발화성 액체가 점화되고 그 폭발력에 의해 접혀진 상태의 백(bag)을 순간적으로 전개시키는 방식이 적용된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타내는 플로우차트가 도시된다.
ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서 하나의 ECU(20)가 다음의 3단계로 이루어지는 하나의 알고리즘을 두 번 수행한다. 즉 2개의 스레시홀드(threshold)를 가지는 셈이다.
첫 번째 단계로 필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단한다. ECU(20)는 각각의 제 1 가속도 센서(21) 및 제 2 가속도 센서(22)로부터 입력을 받는다. 감가속도(G)의 임계치는 ECU(20)의 자동차 출고전에 메모리 상에 저장시킨다.
다음으로 감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 감가속도(G) 신호를 적분하여 차량의 속도를 검출하고, 감가속도(G)의 제곱과 속도의 승산치 혹은 감가속도 차의 절대값( |DG|=|Gi-Gi-1| )과 속도의 승산치를 구하여 충격량(I)으로 인식한다.
충돌판별을 위한 본 발명의 첫 번째 변수(metric)는 감가속도(G)의 제곱과 속도 변화의 곱이다. 감가속도(G)는 사고가 진행되는 매 순간에 작용하는 충격량과 상관 있는 값이고 속도 변화는 감가속도(G)를 적분하여 얻은 값으로 사고 시점부터 누적된 충격량과 상관 있는 값이다. 그러므로 이 변수를 통하여 충격력과 충격량을 동시에 감지할 수 있다.
또한 감가속도(G)에 제곱을 취함으로써 신호의 증폭을 꾀할 수 있고, 속도 변화를 곱함으로써 노이즈(noise) 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
마지막으로 상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시킨다. 이때의 충격량(I)에 대한 임계치도 자동차 출고전에 이미 ECU(20)의 메모리에 저장된 값이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 알고리즘을 나타내는 플로우차트가 도시된다.
ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서 도 3에서 설명한 바와 동일하게 다음의 3단계 동작이 이루어진다.
필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계도 도 3과 동일하다.
다음 단계에서, 입력된 감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 Σ|ΔG| 혹은 ΣΔG (ΔG > 0)를 구하여 충격량(I)으로 인식한다. 또 다른 변수(metric)로서 감가속도(G) 차의 절대값, 즉 |DG|=|Gi-Gi-1|와 속도 변화의 곱을 사용한다. 이 변수를 통하여 충격력의 변화와 충격량을 동시에 감지할 수 있으며 노이즈 성분도 효과적으로 제거할 수 있다.
이후 상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계는 전술한 도 3과 동일하다.
이와 같이 새로운 변수(metric)를 이용한 충돌판별 알고리즘의 적용으로 에어백 시스템의 신뢰성을 검증하기 위한 모든 유형의 정면충돌 사고시 에어백의 점화시간(TTF)을 요구점화시간(RTTF) 보다 작게 할 수 있다. 이로써 에어백을 적시에 작동하여 운전자와 승객을 적절히 보호하는 것이 가능하다. 이와 같은 변수는 정면 충돌 사고시 뿐만 아니라 측면 충돌 사고 시 충돌을 판별할 수 있는 알고리즘에도 사용될 수 있을 것이다.
한편 도 3 또는 도 4의 어느 경우에 있어서나 |△G|, Σ|△G|, Σ△G를 이용하여 충돌을 판별하는 것도 가능하다. 에어백 알고리즘에 사용되는 변수는 가능한 한 단조 증가해야 하고 노이즈에 강건해야 한다. △G는 사고의 정도를 예측하는데 좋은 변수로 알려져 있지만 변수 dg/dt 또는 △G는 단조증가하지 않으며 노이즈에강건하지도 못하다.
따라서 △G 절대값의 적분인 Σ|△G|와 양의 △G 값의 적분인 Σ△G를 사용하면 적분값이므로 단조증가하고 노이즈에도 강건할 뿐 아니라 사고 정도를 예측하는 기능도 포함된다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가속도 신호는 자동차의 프레임(10), 락커, A필러(11) 또는 B필러(12)의 좌우측으로 각각 설치되는 제 1 가속도 센서(21) 및 제 2 가속도 센서(22)로부터 검출된다. 도시에서 빗금으로 표시한 부분이 설치 가능한 위치이다.
자동차의 좌우에 각각 가속도센서(21)(22)를 장착함으로써 오프셋 충돌(offset crash)이나 경사면 충돌(oblique crash)과 같이 운전석과 조수석의 충격이 다른 사고시 운전석 에어백(31)과 조수석 에어백(32)의 점화시간과 출력을 차별화할 수 있다.
현재 개발하고 있는 발전된 에어백 시스템(advanced air bag system)은 사고 정도, 승객의 중량과 위치 등에 따라 에어백의 출력을 조절할 수 있어야 하므로, 이에 본 기술에서 제안한 한 쌍의 가속도센서를 부가하면 운전석과 조수석의 사고 정도를 차별적으로 판별하여 운전자와 승객을 보다 적절히 보호할 수 있다.
대개 측면 충돌 판별을 위한 센서는 자동차의 좌우에 장착되므로 정면 충돌 판별을 위하여 본 기술에서 제안한 한 쌍의 가속도 센서를 측면 충돌 판별을 위한 센서와 함께 장착할 수도 있다.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 정면충돌 사고시 충돌 위치에 따라 운전자와 승객의 차별적인 보호가 가능한 상태로 가속도 센서를 배치하고 여러 가지 충돌상황에서 에어백을 적절한 시간에 작동시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

  1. ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서:
    필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계;
    감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 감가속도(G) 신호를 적분하여 차량의 속도를 검출하고, 감가속도(G)의 제곱과 속도의 승산치 혹은 감가속도 차의 절대값( |DG|=|Gi-Gi-1| )과 속도의 승산치를 구하여 충격량(I)으로 인식하는 단계; 및
    상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법.
  2. ECU(20)에서 다양한 충돌상황에 따라 운전석 에어백(31) 및 조수석 에어백(32)을 차별적으로 전개하도록 제어하는 방법에 있어서:
    필터링 및 샘플링된 가속도 신호를 검출하고, 감가속도(G)를 산출하여 설정된 임계치 이상인지 판단하는 단계;
    감가속도(G) 신호가 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 Σ|ΔG| 혹은 ΣΔG(ΔG > 0)를 구하여 충격량(I)으로 인식하는 단계; 및
    상기 충격량(I)이 설정된 임계치 이상이라고 판단되면 에어백 전개신호를 출력하여 에어백을 전개시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감가속도(G) 신호는 자동차의 프레임(10), 락커, A필러(11) 또는 B필러(12)의 좌우측으로 각각 설치되는 제 1 가속도 센서(21) 및 제 2 가속도 센서(22)로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 자동차의 에어백 작동을 위한 충돌판별 방법.
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KR100598617B1 (ko) * 2005-05-20 2006-07-07 주식회사 현대오토넷 에어백 점화 판정 제어방법
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