KR20080014376A - 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법 - Google Patents

승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모든 차량의 전복 발생전 승객의 거동이 한 방향으로 치우치는 경향을 롤오버 센싱에 반영하여 에어백 전개 결정에 대한 오동작을 방지하고 롤오버 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 센싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템은, 차량의 측면 충격량을 감지하는 Y축센서와 차량 전복시 차량의 회전에너지를 감지하는 Z축센서로 이루어지는 롤오버 센서와, 상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분하여 Y-속도와 Z-속도를 얻고, 이를 기 설정된 롤오버 문턱값과 비교하여 롤 오버 조건시 에어백을 전개하는 ACU로 이루어지는 롤오버 센싱 시스템에 있어서,
상기 차량의 시트 좌/우 양측에 장착되어 차량의 전복 발생전 승객의 거동 변화에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 압력센서(30a,30b)가 더 구비되되, 상기 ACU(40)에서 Y-속도와 Z-속도 및 △G를 비교 판단하고 기 설정된 각각의 롤오버 문턱값에 적용하여 차량의 롤오버 조건을 판단하는 것을 특징으로 한다.
롤오버, 측면 충격량, 회전에너지, 압력센서, 승객거동

Description

승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법{Roll-over Sensing System and Method thereof}
도 1은 종래 롤오버 센싱 시스템의 구성도,
도 2a와 도 2b는 차량의 롤오버 센싱 파형의 예를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템의 구성도,
도 4는 도 3에 나타낸 압력센서의 설치예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 방법의 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 롤오버 센서 11: Y축센서
12: Y-가속도계 13: Z축센서
14: Z-가속도계 16: 회전율 센서
20: 휠센서 30a,30b: 압력센서
40: 에어백 제어유닛(ACU) 42: 마이컴
44: 판단제어부 50: 에어백
52: 커튼에어백 54: 사이드에어백
본 발명은 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모든 차량의 전복 발생전 승객의 거동이 한 방향으로 치우치는 경향을 롤오버 센싱에 반영하여 에어백 전개 결정에 대한 오동작을 방지하고 롤오버 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 센싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반 차량 사고에 비해서 전복 사고의 경우 사망사고가 많을 수밖에 없다.
따라서 차량에는 운전자는 물론 탑승자의 안전을 위해 다양한 안전장치를 설치하게 되며, 이러한 안전장치들은 자동차의 전복을 미리 감지하여 자동차의 전복시 차량에 설치된 안전장치를 적절하게 동작시켜 줌으로써, 자동차 탑승자의 안전을 도모하게 된다.
자동차가 전복되는 경우에 탑승자 보호를 위하여 설치된 장치로 대표적인 예로는 안전벨트, 롤오버바(rollover bar), 전면에어백, 측면에어백 등이 있다.
상기와 같은 안전장치가 자동차 전복사고에 대응하여 적절한 시기에 동작하기 위해서는 차량의 가로축(pitch axis), 세로축(roll axis), 수직축(yaw axis) 각 방향으로의 가속도로 인해 자동차가 전복될 것인지 여부를 최대한 조기에 검출해야 한다.
도 1은 종래 롤오버 센싱 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이 롤오버 센서(10)는 Y축센서(11)인 Y-가속도계(Y-acceleromter)(12)와, Z축센서(13)인 Z-가속도계(14)와 회전율(roll rate) 센서(16)를 포함하여 구성된다.
상기 Y-가속도계(12)는 Y방향의 충격(tripping)이 시작되는 순간부터 Y방향의 충격량을 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
상기 Z-가속도계(14)는 Z방향으로 회전이 시작되는 순간부터 Z방향의 에너지를 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
회전율 센서(16)는 롤오버의 회전에너지를 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
에어백 제어유닛(ACU)(40)은 Y축/Z축센서 값 및 이를 환산한 각속도와 기울기를 롤오버 문턱값과 비교하여 문턱값을 초과하는 경우에 롤오버 조건으로 판단하여 에어백(50)을 전개한다.
한편, 차량이 전복되는 유형에는 충격(impact), 미끄러짐(trip), 경사진 곳 주행(ditch fall/ramp) 등이 있다.
상기 미끄러짐에는 예비 동작없이 충돌 이후에 곧바로 차량이 롤오버가 되는 커브 트립(curb trip)과, 측면 방향으로 미끄러지는 예비 동작(skid)이 이루어진 이후에 차량이 롤오버가 되는 소일 트립(soil trip)이 있다.
경사진 곳의 주행에 따른 전복 유형에는 차량이 언덕과 같은 경사진 곳을 주행하면서 바퀴가 빠져 롤오버가 되는 디치 폴오버(ditch fall-over)와, 차량이 경사진 곳을 주행하면서 바퀴가 언덕을 타고 올라가 롤오버가 되는 램프(ramp(cork-screw))가 있다.
상기 차량이 전복되는 유형별로 에어백(50)을 전개하는 시간(RTTF: Required Time To Fire)이 서로 다른 바, 커브 트립은 75~100ms, 소일 트립은 120~200ms, 디 치 폴오버는 1600~2500ms, 램프는 300~800ms이다.
그런데 종래에는 상기한 바와 같은 차량의 전복 가능성에 대한 몇 가지 유형을 선정하여 시험을 통해 센서 튜닝을 함으로써 실제 도로에서 발생 가능한 다양한 유형에 대한 시험이 불가능하였다.
그리고 차량 전복에 대한 평가시 RTTF가 유형별로 평가 모드마다 다르기 때문에 일부 항목에 대해 RTTF를 만족시킬 수 없고, 센서 튜닝의 어려움이 있다.
또한, 상기 롤오버 센서(10)는 자동차의 전복을 정확하게 조기에 감지하여 적절한 안전장치의 동작을 통해 탑승자의 안전을 보장하도록 해야 하는 데, 정확한 감지가 이루어지지 않을 경우, 자동차 전복사고가 발생하였음에도 안전장치가 동작하지 않거나, 자동차 전복상태가 아닌 경우에 안전장치를 불필요하게 동작시켜 사고의 유발 및 탑승자의 상해를 유발시킬 수 있다.
도 2a와 도 2b는 차량의 롤오버 센싱 파형의 예를 나타낸 그래프로서 미끄러짐 유형의 예이다.
측면으로 미끄러지는 상황이므로 차량의 회전에너지 즉, Z-가속도계(14)의 값보다 측면에서 감지되는 에너지량 즉, Y-가속도계(12)의 값이 커야 하고, 따라서 미끄러지는 상황에서는 롤오버 센싱에 대한 Y-가속도계(12)의 값에 대한 의존도가 높아야 한다.
도 2a에서는 Y-가속도계(12)의 값(3.0G)이 Z-가속도계(14)의 값(1G)보다 크나, 도 2b에서는 Z-가속도계(14)의 값(3.0G)이 Y-가속도계(120의 값(1G)보다 큰 것을 알 수 있다.
이와 같이 각 롤오버의 유형에 따라 Z-가속도계(14)의 값과, Y-가속도계(12)의 값이 역전되고, 심한 경우 2개의 값 중에서 한 개의 값만으로 센싱을 하는 경우가 발생하여 롤오버 센서(10)의 신뢰성을 저하하고, 에어백(50)이 미전개될 우려가 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압력센서에 의한 좌우 압력값의 차이를 롤오버 센싱에 추가하여 롤오버 센싱의 신뢰성을 향상시키고, 에어백의 적절한 전개를 유도하여 승객의 안전을 보장할 수 있는 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템은, 차량의 측면 충격량을 감지하는 Y축센서와 차량 전복시 차량의 회전에너지를 감지하는 Z축센서로 이루어지는 롤오버 센서와, 상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분하여 Y-속도와 Z-속도를 얻고, 이를 기 설정된 롤오버 문턱값과 비교하여 롤 오버 조건시 에어백을 전개하는 ACU로 이루어지는 롤오버 센싱 시스템에 있어서,
상기 차량의 시트 좌/우 양측에 장착되어 차량의 전복 발생전 승객의 거동 변화에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 압력센서가 더 구비되되, 상기 ACU에서 Y-속도와 Z-속도 및 △G를 비교 판단하고 기 설정된 각각의 롤오버 문턱값에 적용하여 차량의 롤오버 조건을 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 방법은, 차량의 Y방향의 측면 충격량을 감지하는 단계와, 차량의 Z방향의 회전에너지를 감지하는 단계와, 상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분해서 Y-속도와 Z-속도를 얻는 단계와, 차속이 일정속도 이상인 경우에 승객의 거동 변화에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 단계와, 상기 Y-속도와 Z-속도 및 △G를 비교 판단하고 기 설정된 각각의 롤오버 문턱값에 적용하여 차량의 롤오버 조건인지 판단하는 단계를 포함한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템의 구성도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 압력센서의 설치예를 나타낸 도면으로서 종래와 같은 구성요소에 대해서는 동일한 도번을 부여한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 롤오버 센서(10)와, 휠센서(20)와, 압력센서(30a,30b)와, ACU(40)를 포함하여 구성된다.
롤오버 센서(10)는 Y축센서(11)인 Y-가속도계(12)와, Z축센서(13)인 Z-가속도계(14)와 회전율 센서(16)를 포함하여 구성된다.
상기 Y-가속도계(12)는 Y방향의 충격이 시작되는 순간부터 Y방향의 충격량을 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
상기 Z-가속도계(14)는 Z방향으로 회전이 시작되는 순간부터 Z방향의 에너지를 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
회전율 센서(16)는 롤오버의 회전에너지를 감지하여 그에 비례하는 신호를 출력한다.
휠센서(20)는 차량의 전/후 양측 바퀴 측에 설치되어 드라이브 샤프트나 휠 허브에 설치된 톤휠(ton wheel)에 의해 발생하는 자력선 변화로 휠 스피드를 감지하여 그에 비례하는 신호를 감지한다.
압력센서(30a,30b)는 스티어링 휠(34) 뒤쪽에 위치한 운전석 시트(32)의 왼편(LH)과 오른편(RH)에 장착되어 차량의 전복시 운전자의 거동을 파악한다.
상기 압력센서(30a,30b)는 롤오버 발생 가능성의 최저 속도가 20KPH인 점을 감안하여 휠센서(20)로부터의 입력값이 20KPH 이상의 속도에서 감지를 시작한다.
롤오버시 승객의 거동 분석을 통해 운전석 시트(32)의 좌/우 압력 변화를 측정하여 롤오버의 기준이 되는 좌/우 압력의 차이의 문턱값을 설정하여, 이후 차속 20KPH 이상에서 일정시간(△t=5ms)마다 측정을 하여 일정회수(n=10회) 연속으로 문턱값 이상의 신호가 입력되면 롤오버 센싱에 반영한다.
즉, 압력센서(30a,30b)는 운전석 시트(32)의 평균압력을 측정하고 그 평균압력을 좌/우 50% 배분하여 센싱하지 않고 있다가, 20KPH 이상의 속도에서 시트 좌/우의 압력 차이(△G)가 순간적(△t X n=50ms)으로 문턱값 이상으로 감지될 때 이를 에어백(50) 전개 여부를 결정하는데 이용한다.
이때 롤오버 센싱시 최소 RTTF가 75ms인 점을 감안하여 50ms(5ms X 10회) 동안의 모니터링 값을 반영하여도 무방하다.
ACU(40)의 마이컴(42)은 Y축센서(11)인 Y-가속도계(12)에 감지한 측면 충격 량과 Z축센서(13)인 회전율 센서(16) 및 Z-가속도계(14)에서 감지한 차량의 회전에너지를 적분하여 속도 신호를 얻고 이를 ACU(40)의 판단제어부(44)에 입력한다.
휠센서(20)는 차량의 속도를 감지하여 20KPH 이상인 경우에 이를 압력센서(30a,30b)에 입력하고, 압력센서(30a,30b)는 차량의 속도가 20KPH 이상의 속도에서 운전석 시트(32) 좌/우의 압력 차이(△G)를 일정시간마다 감지하여 ACU(40)의 판단제어부(44)에 입력한다.
ACU(40)의 판단제어부(44)는 △G, Y-속도, Z-속도를 서로 비교/판단하고 기설정된 롤오버의 각 문턱값에 적용하여 에어백(50)의 전개 여부를 결정한다.
즉, △G, Y-속도, Z-속도 중 두 개의 값 이상이 롤오버의 각 문턱값을 초과하는 경우에 차량의 롤오버 조건으로 판단하여 에어백(50)의 전개를 결정한다.
특히 20KPH 이상의 속도에서 일정시간마다 감지한 운전석 시트(32) 좌/우의 압력 차이(△G)가 수회 동안 문턱값 이상으로 감지될 때 이를 에어백 전개 여부를 결정하는데 이용한다.
도 5는 본 발명에 따른 승객거동 감지 롤오버 센싱 방법의 순서도이다.
롤오버 센서(10)는 G값을 감지하여 ACU(40)의 마이컴(42)에 입력한다.
즉, Y-가속도계(12)는 Y방향의 충격이 시작되는 순간의 에너지 즉, 측면 충격량 감지하여 신호화해서, ACU(40)의 마이컴(42)에 입력한다(S302).
또한, Z-가속도계(14)는 Z방향의 회전이 시작되는 순간의 에너지를 감지하여 신호화하고, 회전율 센서(16)는 롤오버의 회전에너지를 감지하여 신호화해서, ACU(40)의 마이컴(42)에 입력한다(S304).
ACU(40)의 마이컴(42)은 상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분하여 각각 Y-속도, Z-속도를 얻고 이를 ACU(40)의 판단제어부(44)에 입력한다(S306).
한편, 휠센서(20)는 차량의 속도를 감지하고(S312), 이를 롤오버 발생 가능성의 최저 속도인 20KPH와 비교하여 차속이 20KPH 이상인 경우에 이를 신호화해서 압력센서(30a,30b)에 입력한다(S314).
압력센서(30)는 차속이 20KPH 이상의 속도에서, 승객 거동의 변화에 따른 운전석 시트(32)의 좌우 압력 차이(△G)를 감지하여 신호화해서, ACU(40)의 판단제어부(44)에 입력한다(S316).
ACU(40)의 판단제어부(44)는 △G, Y-속도, Z-속도를 서로 비교 판단하고, 기설정된 각각의 문턱값에 적용하여 차량이 롤오버 조건인지 판단한다(S308).
예를 들어 △G, Y-속도, Z-속도 3개의 값 중에서 2개 이상의 값이 각 문턱값을 초과하는 경우에 롤오버 조건이라고 판단한다.
상기 차량이 롤오버 조건이라고 판단하면, 에어백(50) 중에서 커튼에어백(52)과 사이드에어백(54)을 전개하여 자동차 탑승자의 안전을 도모한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 압력센서에 의한 좌우 압력값의 차이를 롤오버 센싱에 추가하여 롤오버 센싱의 신뢰성을 향상시키고, 에어백의 적절한 전개를 유도하여 승객의 안전을 보장할 수 있다.

Claims (6)

  1. 차량의 측면 충격량을 감지하는 Y축센서와 차량 전복시 차량의 회전에너지를 감지하는 Z축센서로 이루어지는 롤오버 센서와, 상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분하여 Y-속도와 Z-속도를 얻고, 이를 기 설정된 롤오버 문턱값과 비교하여 롤 오버 조건시 에어백을 전개하는 ACU로 이루어지는 롤오버 센싱 시스템에 있어서,
    상기 차량의 시트 좌/우 양측에 장착되어 차량의 전복 발생전 승객의 거동 변화에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 압력센서(30a,30b)가 더 구비되되,
    상기 ACU(40)에서 Y-속도와 Z-속도 및 △G를 비교 판단하고 기 설정된 각각의 롤오버 문턱값에 적용하여 차량의 롤오버 조건을 판단하는 것을 특징으로 하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력센서(30a,30b)는 차량의 시트 중에서 운전석 시트(32)의 좌우 양측에 장착되어, 운전자의 거동에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 것을 특징으로 하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차량의 전/후 양측 바퀴 측에 설치되어 차속을 감지하는 휠센서(20)가 더 구비되되,
    상기 압력센서(30a,30b)는 휠센서(20)로부터의 입력값이 20KPH 이상에서 운전석 시트(32)의 좌/우 압력의 차이를 감지하는 것을 특징으로 하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 압력센서(30a,30b)에서 차속 20KPH 이상에서 일정시간(△t)마다 측정한 △G값이 수회(n) 연속으로 문턱값을 초과하는 경우에 롤오버 센싱에 데이터를 반영하는 것을 특징으로 하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 시스템.
  5. 차량의 Y방향의 측면 충격량을 감지하는 단계와,
    차량의 Z방향의 회전에너지를 감지하는 단계와,
    상기 측면 충격량과 회전에너지를 적분해서 Y-속도와 Z-속도를 얻는 단계와,
    차속이 일정속도 이상인 경우에 승객의 거동 변화에 따른 좌/우 압력의 차이(△G)를 감지하는 단계와,
    상기 Y-속도와 Z-속도 및 △G를 비교 판단하고 기 설정된 각각의 롤오버 문턱값에 적용하여 차량의 롤오버 조건인지 판단하는 단계를 포함하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 롤오버 조건 판단 단계에서 △G, Y-속도, Z-속도 3개의 값 중에서 2개 이상의 값이 각 문턱값을 초과하는 경우에 롤오버 조건이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 승객거동 감지 롤오버 센싱 방법.
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