KR20020081373A - 전복 상태를 검출하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 전복시 벨트 텐셔너 또는 헤드 에어백과 같은 안전 수단이 적시에 트리거링될 수 있도록 전복 상태를 검출하는 방법에 관한 것이다. 병진 운동 및 회전 운동을 감지하는 다수의 센서와 관련된 신호들이 검출되어 서로 결합되고 평가된다.

Description

전복 상태를 검출하는 방법{METHOD FOR DETECTING A ROLLOVER SITUATION}

기존의 장치들은 전복 상태의 검출을 위해 센서로부터 공급된 센서 신호들을 정해진 임계값과 비교하거나, 동일한 설계 방식의 센서들로부터 전달된 센서 신호들만을 서로 대조한다. 상기 센서 신호들의 결합 및 임계값과의 비교는 안전 수단의 트리거링(릴리스) 결정에 사용되는데, 이는 높은 반응도 및 그에 상응하는 스퓨리어스 트리거링(오동작)을 일으키거나 적절한 시기에 트리거링 결정이 행해지지 않게 한다.

본 발명은 전복(롤오버) 상태를 검출하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 안전 시스템의 센서 신호를 평가하기 위한 간략화된 블록 회로도이다.

도 2a는 센서 신호의 시간적 순서 및 상기 센서 신호로부터 도출된, 임계값으로 표현된 자동차 상태를 나타내며, 이는 트리거링하지 않겠다는 결정(비전개)을 유도한다.

도 2b는 센서 신호의 시간적 순서 및 상기 센서 신호로부터 도출된, 임계값으로 표현된 또 다른 자동차 상태를 나타내며, 이는 트리거링하겠다는 결정(전개)을 유도한다.

도 3은 적정 안전 개념의 블록 회로도이다.

본 발명의 목적은 자동차의 전복시 보호용 안전 수단을 적절한 시점에 트리거링하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항 제 1 항의 특징들을 통해 달성된다.

본 발명은 센서 신호들을 임계값과 서로 결합시키고, 한 센서 신호가 상기 임계값을 초과할 때 트리거링 결정을 유발하는 것으로 구성된다.

그로 인해 자동차 전복시 벨트 텐셔너 또는 헤드 에어백과 같은 안전 수단이 적시에 트리거링될 수 있게 된다.

전복 상태의 검출은 자동차의 회전율, 수평 및 수직 가속으로부터 적절한 조건(terms)을 산출해냄으로써 수행된다. 회전율은 자동차의 종축들, 예컨대 종축 및/또는 횡축 중 하나를 중심으로 하는 운동 및/또는 운동의 변화를 감지하는 센서에 의해 검출될 수 있다. 전복 상황을 검출하기에 적합한 조건은 적어도 한 방향의 가속값을 포함하며, 동적 임계값(dynamic threshold)을 형성하기 위해 회전율 조건과 결합된다. 상기 동적 임계값은 회전율로부터 유도된 기준과 비교된다.

이는 다음과 같은 장점들을 제공한다.

- two-out-of-three 결정에 기인한 센서 에러시 스퓨리어스 트리거링이 일어나지 않는다.

- 자동차의 동적 토플링 임계값(toppling threshold)에 도달하기 전에 자동차의 전복 상태가 검출된다.

- 자동차의 회전 운동 및 병진 운동이 평가된다.

- 자동차의 전복 상태에 있어서 전형적인 회전 및 병진 환경이 검출되고, 그럼으로써 오동작 상황 및 자동차가 동적 토플링 각도에 근접한 상황에서 안정적으로 작동된다.

- 측면이 심하게 기울어져서 주행하는 상태가 선행되는 자동차 전복시 승객의 운동이 평가된다. 만일 승객이 큰 경사로 인해 에어백(헤드 에어백, 커튼)의 전개 구역(unfolding zone) 내에 있는 것이 검출되면, 상기 에어백은 어떠한 상황에서도 작동되지 않는다.

- 자동차의 전복 방향에 따라 측면 에어백이 별도로 작동된다. 180°보다큰 회전으로 인해 추가의 에어백이 필요한 경우, 필요한 만큼 추가 에어백이 작동된다.

- 매개변수 세팅 기능으로 인해 다양한 종류의 자동차(Van, SUV, ...) 및 다양한 안전 수단(벨트 텐셔너, 커튼-/헤드-에어백, 롤 바)에 적용될 수 있다.

- 1 개의 가속 센서가 고장인 경우, 가능한 자동차 전복 시나리오의 적어도 일부분이 나머지 가속 센서에 의해 검출될 수 있다.

회전율 신호 및 가속 신호는 상이한 물리적 변수들의 혼합과 대등한 트리거링 임계값에 대해 설정된다.

회전율 신호 및 가속 신호로부터 동적 임계값이 산출된다.

실질적으로, 2 가지 종류의 전복 사고가 발생한다. :

"장애물에 걸려 전복되는" 경우(Tripped Rollover), 자동차는 그의 횡축(y-축) 방향 측면으로 미끄러져 측면의 장애물, 예컨대 연석에 걸린 후 전복된다.

"장애물 없이 전복되는" 경우(Untripped Rollover), 자동차는 비탈면 아래로 비스듬히 주행하다가 자동차의 종축(x-축)을 중심으로 자동차의 측면 토플링 각을 초과할 때 전복된다.

전복의 종류(tripped rollover 또는 untripped rollover)에 의해, 회전율 신호에 부가로 z-축 또는 y-축 방향으로 정렬된 센서의 적절한 가속도 신호가 자동적으로 선택되어 작동 상태가 된다.

트리거링 결정을 위해서는 2 개의 센서 신호만이 요구되나, 안전 기능을 동시에 제공하는 최소한 2 개의 센서 신호도 필요하다. 안전 기능이란 결함 부품,예컨대 센서로 인한 스퓨리어스 트리거링을 방지하는 것을 의미한다. 1 개의 센서 신호만으로는 트리거링이 불가능하기 때문에, 1 개의 센서에 단독으로 결함이 발생한 경우 의도하지 않은 트리거링이 야기되는 것이 방지된다.

자동차의 y-축 또는 z-축 방향의 가속도를 검출하는 2 개의 가속도 센서(Y 및 Z)는 함께 고려되지 않으며, 트리거링 결정을 유발할 수도 없다. 회전율 센서의 회전율 신호는 각속도를 나타내며, 상기 각속도로부터 적분에 의해 자동차의 경사 각도가 형성된다. 상기 회전율 신호 내지는 회전각의 값에 관계없이 회전율 신호만으로는 트리거링하기에 불충분하다.

본 발명의 실시예 및 개선예는 종속 청구항에 제시되어있다.

본 발명은 도면들을 참고로 하여 설명된다.

도 1에는 자동차 횡축(y-방향) 및 자동차 수직축(z-방향)으로의 자동차 가속도를 검출하기 위한 센서(Y, Z) 및 자동차 종축(x-축)을 중심으로 자동차가 회전하는 속도를 검출하기 위한 회전율 센서(AR)가 도시되어있다. 상기 센서들(Y, Z, AR)의 신호는 미리 정해진 알고리즘에 따라 동적 전복 임계값(S)을 형성하는 임계값 생성기(SB)에 의해 평가된다. 상기 회전율 센서(AR)의 신호로부터 매칭 엘리먼트(A)가 자동차 종축을 중심으로 하는 각속도(w)를 측정한다. 각속도가 전복 임계값(S)을 초과하면, 예컨대 에어백 컨트롤 유닛(ECU) 내에 배치될 수 있는 비교기(V)가 하위 안전 수단에 점화 명령(F)을 전송한다.

도 1에 도시된 장치는 예컨대 자동차 승객 안전 시스템의 일부이다.

도 2a 및 도 2b에는 상이한 자동차 상태가 도시되어있다.

- 자동차의 종축(x-축)을 중심으로 하는 자동차 기울기 β(vehicle inclination)가 시간(t)의 함수로서 점선 그래프로 도시되어있다. 자동차 기울기의 단위는 도(°)이다.

- 자동차의 종축(x-축)을 중심으로 하는 각속도 w(전복 판별기준)가 시간(t)의 함수로서 파선 그래프로 도시되어있다. 각속도(w)의 단위는 초당 각도(°/s)이다. 각속도(w)는 전복 상태를 검출하기 위한 판별기준(w)을 나타낸다.

- 동적 전복 임계값 S(전복 임계값)는 x-방향과 z-방향으로의 가속도 센서(Y, Z) 및 회전율 센서(AR)의 신호들로부터 산출되고, 실선 그래프로 도시되어있다. 전복 임계값(S)의 단위는 초당 각도(°/s)로 변환된다.

회전율 센서(AR)의 출력 신호는 자동차의 x-축을 중심으로 하는 회전 운동을 검출하고, 바람직하게는 저대역 필터에 의해 필터링된다. 저대역의 출력부에 인가되는 신호는 자동차 기울기(β)를 산출해내기 위해 적분기에 의해 적분되는 각속도(w)를 나타낸다.

전복 판별기준(w)이 동적 전복 임계값 S(전복 임계값)를 초과하면, 전복 상태가 검출되고 안전 수단이 트리거링된다.

y-방향, z-방향으로의 횡 가속도 및/또는 특히 자동차의 종축을 중심으로 하는 회전 가속도가 발생하면 전복 임계값(S)은 감소된다.

도 2a에는 자동차의 한 위험한 상황이 묘사되어있는데, 여기서는 예컨대 너무 좁은 것으로 간주된 커브로 인해 자동차가 측면으로 높은 각 가속도(w_max=130°/s) 및 약 β=20°의 각도로 심하게 기울어진 후(t=0 내지 400 ms), 종축을 중심으로 하는 측면 보상 운동 이후에 다시 균형을 잡게 된다(t<400 ms). 전복 임계값(S)은 150 내지 300 ms의 시간 간격동안 주로 횡 가속도의 조건에 따라 감소된다. z-방향으로는 큰 가속도가 발생하지 않는다. 그러나 전복 판별기준(w)이 임계값(S)을 초과하지 않기 때문에 안전 시스템이 트리거링되지 않는다(비전개).

도 2b에는 사고 상황이 묘사되어있는데, 여기서는 자동차가 옆으로 미끄러지게 되면서(t=50 ms) 측면으로 기울기 시작하여(t=75 ms), 울퉁불퉁한 노면에 의해 갑자기 제동이 걸리고, 그 결과 자동차는 x-축을 중심으로 전복되려고 한다(t>100 ms). 자동차는 약 β=90°의 각도로 유지된다(t>1500 ms). 알고리즘은 자동차가 횡방향으로 매우 급격히 제동이 걸리고 동시에 횡방향으로 기울어짐으로써 전복되는 상황을 초기 단계(t=100 ms)에서 검출하였다. 전개 개시 결정은 전복 판별기준이 동적 전복 임계값(S)을 초과하는 시점에 내려진다.

y-축으로의 강한 횡 가속도로 인해 전복 임계값(S)이 잠시동안 100°/s까지 감소되고, 그 결과 각속도(w)가 전복 임계값(S)을 초과한다. 그로 인해 트리거링 결정(전개)이 내려진다.

또한, 대략 t=600 ms일 때부터 가속도가 z-축을 따라 변동되고, 이로써 전복 임계값이 계속 감소된다(t=600 ...1000ms)는 것을 알 수 있다. y-축 방향으로의 강한 횡 가속도 때문이 아니라 자동차가 천천히 측면으로 기울어지면서 비탈면을 횡단함에 따라 자동차의 횡방향 위치가 w=90°에 이르지 않는다면, 안전 수단은 대략 t= 800 ms가 되는 시점(그래프 w와 S의 교차 지점)에 트리거링될 것이다.

이러한 방식으로 매우 다양한 종류의 사고 상황들과 "오로지" 위험한 자동차 상태만이 명백하게 검출되고, 안전 수단이 적절한 시점에 트리거링되거나 트리거링되지 않는다.

도 3에는 안전 개념에 대해 도시되어있는데, 여기서는 y-축으로의 횡 가속도 와 z-축으로의 수직 가속도가 함께 논리합 연산(OR operation)되고, 상기 논리합 연산의 결과가 회전율 센서(AR)의 각 가속도(w)와 논리곱 연산(AND operation)된다. 그로 인해 센서에 결함이 발생하는 경우 스퓨리어스 트리거링이 일어나지 않는 것이 보증된다.

Claims (8)

1. 전복 상태를 검출하기 위한 방법으로서,

   - 자동차의 운동 및/또는 운동 변화가 검출되고,

   - 자동차의 병진 운동 및 회전 운동 및/또는 운동 변화가 검출되며,

   - 적어도 하나의 병진 운동 및 적어도 하나의 회전 운동 및/또는 운동 변화로부터 전복 임계값(S)이 측정되고,

   - 회전 운동 및/또는 운동 변화가 상기 전복 임계값(S)을 초과하는 경우 안전 수단이 트리거링되는 전복 상태 검출 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 안전 수단이 적절한 시점에 트리거링되는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전복 임계값(S)은 자동차 축에 대해 수직한 자동차 가속도에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전복 임계값(S)은 자동차의 종축을 중심으로 하는 자동차 각속도(w)에의존하는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전복 임계값(S)은 자동차의 수직 방향(z-방향)으로의 자동차 가속도에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전복 임계값(S)은 자동차 축에 대해 수직한 자동차 가속도의 시간 지속 및/또는 자동차의 종축을 중심으로 하는 자동차 각속도(w)의 시간 지속 및/또는 자동차의 수직 방향(z-방향)으로의 자동차 가속도의 시간 지속에 따라 동적으로 좌우되는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   1 개의 센서는 자동차 종축에 대해 수직한(y-방향) 가속도를 검출하고, 1 개의 센서는 수직 방향(z-방향)으로의 가속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 안전 수단은 적어도 하나의 가속도 신호 및 적어도 하나의 회전율 신호가 존재하는 경우에만 트리거링될 수 있는 것을 특징으로 하는 전복 상태 검출 방법.