KR20050092922A - 가속도 센서신호 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속도 센서신호 보정 방법에 관한 것으로, 가속도 센서로부터 측정된 차량의 가속도 신호의 소정 기준값 도달여부 판단단계; 가속도 신호 값이 소정의 기준값 이상이면, 가속도 신호 값이 소정의 기준값에 도달하는 시점을 체크하고, 소정의 설정 상한값 이하인지 체크하는 가속도 신호의 소정의 설정 상한값 도달 판단단계; 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 소정의 기준값 도달 시점에서 소정의 설정 상한값에 도달시점까지의 기준시간 산출단계; 가속도 신호값이 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우, 가속도 변화량 산출단계; 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 초과시간 산출단계; 가속도 보정값 = 가속도 변화량*초과 시간에 의해 가속도 보정값 산출단계; 및 차량 가속도 신호값이 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우 가속도 보정값을 소정의 설정 상한값에 합산하여 가속도 센서의 가속도 값으로 산출하는 단계를 포함한다. 따라서, 차량에 해상도가 높은 가속도 센서를 사용하여 가속도를 정확히 측정하고 충돌/추돌시 정확하게 측정할 수 있다.

Description

가속도 센서신호 보정 방법{Method for compensating the acceleration sensor signal}

본 발명은 가속도 센서신호 보정 방법에 관한 것으로, 특히 차량에 해상도가 높은 사양의 가속도 센서를 사용하여 5G 이상의 가속도 센서 신호 발생시 충돌/추돌시에 발생하는 가속도를 기존 방식보다 비교적 정확하게 감지할 수 있는 가속도 센서신호 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가속도, 진동, 충격 등의 물리적인 힘을 감지하는 가속도센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으며, 미세진동 등의 감지에 필수적인 소자로써 활용분야는 또한 넓다.

가속도는 시간에 대한 속도 변화율로써, 가속도(a) = 속도변화/시간 = (Vf - Vi)/t (m/s²)로 정의되며, 가속도 센서의 측정원리는 전기용량형, 압전저항형, 압전형, 가동코일형 및 와전류형 등 다양한 종류가 있다.

실리콘 가속도 센서는 실리콘의 기계적 성질이 우수하고 기존의 반도체 공정기술을 이용함으로써 소형화, 경량화 및 저가격화가 가능하다.

가속도 센서는 코일 내에서 마그네트(magnet)가 움직일 때 코일에서 기전력이 발생하는 전자유도 법칙(패러데이 법칙)에 의해 가속도를 감지할 수 있으며, 자동차의 에어백 시스템에 차량의 가속도(실제적으로, 중력 가속도)를 감지하는 상기 가속도 센서를 사용한다. 상기 가속도 센서는 충격 센서 또는 G-센서(gravity sensor)라고도 불리는데, 통상 차체의 앞부분에 설치되어 자동차의 충돌로 주행속도가 갑자기 낮아져 중력 가속도(g= 9.8 m/sec²)가 설정값에 도달하면 동작한다.

차량의 운행상 몇 가지 조건으로 구분하면 보통 정상 운행상태와, 급정지 또는 급가속 상태, 및 충돌 직후 상태 등으로 크게 나눌 수 있다.

특히, 차량의 충돌 전후 운행을 기록하는 사고 기록 장치용 센서로 가속도 센서를 통상적으로 사용하게 되는데, 도 1a에 도시된 바와 같이 차량이 운행되는 경우 차량의 가속도 변화량을 검출하여 출력하는 가속도 센서(10)와, 상기 가속도 센서에서 출력되는 차량의 가속도 정보를 입력받아 보정하고 기록하여 차후에 차량의 사고 상태를 점검하여 사고의 원인을 규명할 수 있는 차량의 충돌 전후의 상태 정보를 기록하는 사고 정보 기록 장치(20)를 사용하여 차량의 충돌시 사고 기록/분석 장치에 활용할 수 있다.

이하, 첨부한 도 1b 내지 도 1d에 도시된 바와 같이 발명의 사고 정보 기록계 장치 및 그 가속도 보정 방법은 다음과 같다.

차량이 정상적으로 운행하는 경우, 비충돌시 가속도가 +1G를 넘을 수 없으며, 충돌시에는 1G를 넘어 훨씬 큰 값을 가질 수 있다.

상기 차량의 가속도 변화량을 검출하는 가속도 센서는 가속도 측정 감도에 따라 여러 종류가 있으며 특히, 미세한 가속도 변화량을 감지하는 고감도 가속도 센서와 큰 변화량에 반응을 하는 저감도 가속도 센서가 있다.

차량이 가속도 센서를 장착하여 차량의 보통 정상적인 운행을 하는 경우, 상기 가속도 센서의 출력치는 보통 0~1G 정도를 출력한다.

차량이 충돌을 일으키게 되는 경우, 보통 수십G에서 100G 정도까지 출력하게 된다. 상기 가속도 센서 중 감도가 5G 정도되는 것을 사용하여 충돌시 보정값을 적용해 차량 사고시 운행 정보를 기록한다.

최초 차량이 출발하여 정상적인 운행을 하는 과정에서는 가속도 센서 출력치가 X방향이 -1 ~ +1G 정도이고, Y방향은 -0.5 ~ -0.5가 보통이다.

상기 5G용 가속도 센서는 노이즈나 분해능에 있어서 문제점이 없으나, 차량의 충돌 등에 의해 5G가 넘어서게 되는 경우는 도 1c에서 보이듯이 포화되어 그 이상의 값을 나타낼 수 없다.

따라서, 상기 사고 정보 기록 장치(20)는 상기 가속도 센서를 1ms 단위로 체크해서 차량의 가속도를 판단한다.

상기 가속도 센서(10)의 출력값이 도 1b에 도시된 바와 같이 정상 상태로써 1.2G보다 작은 경우, 사고 정보 기록 장치(20)는 정상 운행 상태로 파악하고 차량의 가속도를 지속적으로 체크한다.

차량이 운행 중 상기 가속도 센서(10)에 전달되는 출력값이 1.2G를 넘게 되면 상기 사고 정보 기록 장치(20)는 1.2G 넘는 시점을 체크하여 기록하고, 가속도 신호가 5G를 넘는지 판단하게 된다.

상기 가속도 신호가 5G를 넘지 않는 경우, 정상 운행 상태로 판단하고 상기 가속도 센서(10)를 지속적으로 체크하게 된다.

만일, 차량의 가속도가 5G를 넘는 경우, 상기 사고 정보 기록 장치(20)의 상기 가속도 센서의 출력값이 1.2G를 넘어 5G까지 도달하는 시간을 측정하고, 3단계로 나누어 가속도 비율을 추정하여 보정하게 된다.

즉, 상기 가속도 센서는 5G 정도를 측정하게 되어 있으나 가속도 5G를 넘게되면 상기 가속도 센서는 포화 상태가 되어 더 이상 높은 가속도를 측정할 수 없으므로 차량의 충돌 특성에 대한 고려 및 실차 시험을 통하여 가속도 보정값을 연산하여 적용하게 된다.

측정 가능한 영역에서(0~5G) 가속도가 빠르게 상승하는 경우에는 최대 피크치로 높게 된다는 것에 착안하여 1.2G에서 5G까지 변하는 시간이 10ms보다 큰 경우는 차량의 가속도가 1.2G에서 5G까지 변하는 시간이 3ms보다 작은 경우보다 가속도의 피크치가 적게 됨을 의미한다.

따라서, 상기 시간의 변화 크기가 10ms보다 큰 경우, 가속도의 값을 5G 정도 보정하여 적용하도록 한다. 가속도 = 5G (가속도 센서의 최대치) + 5G (시간 변화에 따른 속력 크기에 비례한 가속도 보정값) 값을 사용한다.

또한, 상기 시간의 변화 크기가 3ms보다 적은 경우, 보정 가속도를 35G를 이용하여 가속도 = 5G (가속도 센서의 최대치) + 35G (시간 변화에 따른 속력 크기에 비례한 가속도 보정값)를 보정하고, 상기 시간의 변화 크기가 3ms보다 크고 10ms보다 적은 경우는 20G를 가속도 보정값을 사용하여 가속도 = 5G (가속도 센서의 최대치) + 20G (시간 변화에 따른 속력 크기에 비례한 가속도 보정값)를 보정한다.

상기의 보정값은 일 실시예의 경우이고 적용 수치는 실험치에 의해 다시 구한다.

상기 사고 정보 기록 장치는 상기 보정값을 적용하여 얻은 가속도 센서의 가속도 값에 따라 차량의 충돌 전후 상황 기록하게 된다.

가속도 센서는 낮은 가속도 영역에 사용하면서 해상도가 높은 사양과, 충돌/추돌 감지를 위한 높은 가속도 영역에 사용하면서 해상도가 낮은 사양이 있다.

그러나, 5G 이상의 가속도 센서 신호 발생시 1.2G -> 5G까지 걸린 시간 △t를 3개의 구간(3msec 이하, 3msec~10msec, 10msec 이상)으로 나누어 각각에 대해 가속도를 보정하기 때문에 정확히 가속도를 보정하기 어려운 단점이 있다.

또한, 기존의 가속도 센서는 센서 제조업체에 따라 상한값을 5G로 고정되지 않아 5G 이상의 가속도 센서 신호 발생시 가속도 보정에 따른 정확한 가속도 산정이 어려웠고, 가속도 센서 성능을 최대한 활용하기 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 가속도 센서 제조업체에 따라 가속도 센서의 상한값을 5G로 한정하지 않고, 센서의 특성에 따라 센서 제조업체에서 제공한 상한값의 90%를 차량의 가속도 센서 신호의 소정의 설정 상한값(G_MAX)으로 설정하고, 해상도가 높은 사양의 가속도 센서를 사용하여 차량의 가속도를 기존 방식에 비해 비교적 정확하게 감지할 수 있고, 차량의 충돌/추돌 등의 상황에서 5G이상의 높은 가속도를 보다 정확하게 감지할 수 있는 가속도 센서신호 보정 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가속도 센서로부터 측정된 차량의 가속도 신호 값을 체크하여 상기 가속도 신호 값이 소정의 기준값 미만이면 정상 운행상태로 판단하고 상기 가속도 센서를 지속적으로 체크하는 상기 가속도 신호의 소정 기준값 도달여부 판단단계; 상기 소정의 기준값 도달여부 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 기준값 이상이면, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 기준값에 도달하는 시점을 체크하고, 계속해서 상기 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값 이하인지 체크하여 상기 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값 이하이면 정상 운행상태로 판단한 후 상기 가속도 센서를 지속적으로 체크하는 상기 가속도 신호의 소정의 설정 상한값 도달 판단단계; 상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 상기 소정의 기준값 도달 시점에서 상기 소정의 설정 상한값에 도달시점까지의 시간을 산출하는 기준시간 산출단계; 상기 차량 가속도 신호값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우, 식1; 가속도 변화량= (상기 소정의 설정 상한값 - 상기 소정의 기준값)/상기 기준시간, 상기 식1에 의하여 단위 시간당 가속도의 변화량을 산출하는 가속도 변화량 산출단계; 상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 상기 초과 시간을 검출하는 초과시간 산출단계; 상기 가속도 변화량 산출단계에서 산출한 상기 가속도 변화량과 상기 초과시간 산출단계에서 산출한 초과 시간을 이용하여, 식2; 가속도 보정값 = 가속도 변화량*초과 시간, 상기 식2에 의하여 가속도 보정값을 산출하는 가속도 보정값 산출단계; 및 상기 차량 가속도 신호값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우 상기 가속도 보정값을 상기 소정의 설정 상한값에 합산하여 가속도 센서의 가속도 값으로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서신호 보정방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구성과 동작을 상세하게 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 가속도 센서신호 보정 방법을 설명한 흐름도이다.

상기 차량의 사고기록/분석장치는 차량이 운행되는 경우 차량의 가속도 변화량을 검출하여 출력하는 가속도 센서(10)와, 상기 가속도 센서에서 출력되는 차량의 가속도 정보를 입력받아 보정하고 기록하여 차후에 차량의 충돌 전후의 사고 상태 정보를 기록하는 사고 정보 기록 장치(20)를 사용한다.

본 발명은 차량에 해상도가 높은 가속도 영역의 가속도 센서를 사용하여 가속도 센서 신호의 소정의 설정 상한값을 5G로 정하지 않고, 센서의 특성에 따라 센서 제조업체에서 제공한 상한값의 90%를 상기 가속도 센서 신호의 소정의 설정 상한값(G_MAX)으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 가속도 센서(10)로부터 측정된 차량의 가속도 신호 값(a)을 체크하여(단계 S1) 상기 가속도 신호 값(a)이 가속도 신호의 소정의 기준값인 1.2G 미만이면(a<1.2G) 정상 운행 상태로 판단하고(단계 S2, S3) 상기 가속도 센서(10)를 지속적으로 체크하는(단계 S1) 상기 가속도 신호의 소정 기준값 도달여부를 판단단계를 실행한다.

상기 가속도 신호 값(a)이 상기 가속도 신호의 소정의 기준값인 1.2G 이상이면, 상기 가속도 신호 값(a)이 상기 소정의 기준값(1.2G)에 도달하는 시점을 체크하고(단계 S4), 상기 가속도 신호 값(a)이 상기 가속도 센서 신호의 소정의 설정 상한값(G_MAX) 이하(a>G_MAX)인지를 체크하여(단계 S5) 상기 가속도 신호 값(a)이 상기 소정의 설정 상한값(G_MAX) 이하이면, 상기 정상 운행 상태로 판단한(단계 S3) 후 상기 가속도 센서(10)를 지속적으로 체크하는(단계 S1) 상기 가속도 신호의 소정의 설정 상한값 도달 판단 단계를 실행한다.

상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값(a)이 상기 소정의 설정 상한값(G_MAX)을 초과하는(a>G_MAX) 경우, 상기 사고 정보 기록 장치(20)의 상기 가속도 센서의 출력값이 상기 소정의 기준값(1.2G) 도달 시점에서 상기 소정의 설정 상한값(G_MAX)에 도달시점까지의 시간을 산출하는(단계 S6) 기준 시간(△t) 산출 단계를 실행한다.

기울기 = {(G_MAX - 1.2G)} over △t

상기 차량의 가속도 신호값(a)이 상기 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우,상기 수학식1에 의해 가속도 변화량 = (상기 소정의 설정 상한값 - 상기 소정의 기준값)/상기 기준 시간, 즉 (G_MAX - 1.2G)/△t로 기울기를 측정한(단계 S7) 후, 가속도 센서의 가속도 신호 값(a)이 G_MAX 이상 지속된 시간(△t1)을 측정하여(단계 S8) 상기 수학식1에 의하여 단위 시간당 가속도의 변화량을 산출하는 가속도 변화량 산출단계를 실행한다.

상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값(a)이 상기 소정의 설정 상한값(G_MAX)을 초과한 경우 상기 초과 시간(△t1)을 검출하는 초과시간 산출단계를 실행한다.

상기 가속도 변화량 산출단계에서 산출한 상기 가속도 변화량과 상기 초과시간 산출단계에서 산출한 초과 시간(△t1)을 이용하여, 아래의 수학식2; 가속도 보정값 = 가속도 변화량*초과 시간, 즉 (기울기 x △t1)/2로 가속도 보정값을 계산한(단계 S9) 후, 상기 수학식2에 의하여 가속도 보정값을 산출하는 가속도 보정값 산출단계를 실행한다.

가속도 보정값 = (기울기 x △t1)/2 = { {(G_MAX - 1.2G)} over △t x △t1 }/2

상기 차량의 가속도 신호값(a)이 상기 소정의 설정 상한값(G_MAX)을 초과하는 경우, 상기 가속도 보정값을 상기 소정의 설정 상한값에 합산하여(G_MAX + 가속도 보정값) 가속도 센서의 정확한 가속도 값을 산출한다(단계 S10).

따라서, 차량에 해상도가 높은 가속도 영역의 가속도 센서를 사용하여 정상 운행 상태의 가속도를 체크할 수 있고, 차량의 충돌/추돌 사고시 발생하는 가속도가 5G 이상인 경우에는 가속도 해상도가 높은 영역의 값을 이용하여 보정된 가속도 보정값을 사용함으로써 기존 방식보다 비교적 정확하게 가속도를 감지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 가속도 센서신호 보정 방법은 가속도 센서 제조업체에 따라 상한값을 5G로 한정하지 않고, 차량의 가속도 센서 신호의 상한값을 센서의 특성에 따라 센서 제조업체에서 제공한 상한값의 90%이상(G_MAX)을 가속도 센서의 설정 상한값으로 설정하여, 차량에 해상도가 높은 가속도 영역의 가속도 센서를 사용하여 정상 운행 및 차량의 충돌/추돌시 발생하는 가속도를 비교적 정확하게 감지할 수 있고, 가속도 센서의 응용분야 및 차량의 사고 기록/분석 장치 등에 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 종래의 일 실시예에 의한 차량 가속도 센서 및 사고정보 기록 장치.

도 1b는 종래의 차량의 사고기록/분석 장치의 가속도 센서의 차량 정상 운행 상태의 출력 파형도.

도 1c는 종래의 차량의 사고기록/분석 장치의 가속도 센서의 차량 충돌시 출력 파형도.

도 1d는 종래의 차량의 사고기록/분석 장치의 제어 흐름도.

도 2는 본 발명에 의한 가속도 센서신호 보정 방법을 설명한 흐름도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10 : 가속도 센서 20 : 사고 정보 기록 장치

a : 가속도 G_MAX: 가속도 센서 신호의 상한 값

Claims (3)

1. 가속도 센서로부터 측정된 차량의 가속도 신호 값을 체크하여 상기 가속도 신호 값이 소정의 기준값 미만이면 정상 운행상태로 판단하고 상기 가속도 센서를 지속적으로 체크하는 상기 가속도 신호의 소정 기준값 도달여부 판단단계;

   상기 소정의 기준값 도달여부 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 기준값 이상이면, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 기준값에 도달하는 시점을 체크하고, 계속해서 상기 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값 이하인지 체크하여 상기 가속도 신호 값이 소정의 설정 상한값 이하이면 정상 운행상태로 판단한 후 상기 가속도 센서를 지속적으로 체크하는 상기 가속도 신호의 소정의 설정 상한값 도달 판단단계;

   상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 상기 소정의 기준값 도달 시점에서 상기 소정의 설정 상한값에 도달시점까지의 시간을 산출하는 기준시간 산출단계;

   상기 차량 가속도 신호값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우, 식1; 가속도 변화량= (상기 소정의 설정 상한값 - 상기 소정의 기준값)/상기 기준시간, 상기 식1에 의하여 단위 시간당 가속도의 변화량을 산출하는 가속도 변화량 산출단계;

   상기 소정의 설정 상한값 도달 판단단계에서, 상기 가속도 신호 값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과한 경우 상기 초과 시간을 검출하는 초과시간 산출단계;

   상기 가속도 변화량 산출단계에서 산출한 상기 가속도 변화량과 상기 초과시간 산출단계에서 산출한 초과 시간을 이용하여, 식2; 가속도 보정값 = 가속도 변화량*초과 시간, 상기 식2에 의하여 가속도 보정값을 산출하는 가속도 보정값 산출단계; 및

   상기 차량 가속도 신호값이 상기 소정의 설정 상한값을 초과하는 경우 상기 가속도 보정값을 상기 소정의 설정 상한값에 합산하여 가속도 센서의 가속도 값으로 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서신호 보정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소정 기준값은 1.2G인 것을 특징으로 하는 가속도 센서신호 보정방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 소정의 설정 상한값은 제조사에서 제공한 가속도 센서의 상한값의 90%인 것을 특징으로 하는 가속도 센서신호 보정방법.