KR20120049884A - 전복 인식 방법 - Google Patents

Abstract

지금까지 차량의 횡방향 가속도와 차량의 횡방향 속도 및 주행방향의 축을 중심으로 한 하나 이상의 회전 상태 단위를 고려한 전복 인식 방법을 소개하였다. 이 방법에서는 차량의 횡방향 속도 및/또는 차량의 횡방향 가속도에 대한 수정 매개변수가 결정된다. 즉 차량의 횡방향 속도에서 병진운동 에너지 값이 측정되며 회전 상태 단위에서 회전 에너지 값이 측정되는 바, 이러한 에너지 값에서 수정 매개변수가 결정된다.

Description

전복 인식 방법 {METHOD FOR DETECTING ROLLOVERS}

본 발명은 청구항 1의 상위 개념에 따른 전복 인식 방법에 관한 것이다.

차량의 전복 사고는 다른 유형의 사고에 비해 드물게 발생하지만 탑승자의 사망이나 중상 비율은 더 높은 편이다. 충돌 시 작동하는, 에어백이나 안티롤 바와 같은 피동형 탑승자 보호장치는 전복 과정을 적시에 예측할 수 있다면 이러한 부상을 감소시킬 수 있다. 하지만 다른 한편으로는 이러한 보호장치에는 측면 충돌 시, 특히 전복 위험이 없는 측면 충돌과 충돌 에너지가 적을 때 작동하지 않은 전복 알고리즘이 필요하다.

기존의 전복방지 방법은 롤링율과 횡방향 및 종방향 가속도의 측정의 기반을 두고 있다. 연석 모서리에의 측면 충돌이나 갓길의 무른 지반에 휠의 측면이 빠지는 것과 같은 어떤 특정한 전복 상황에서는 이를 적절한 시간에 인식할 필요성이 높지만 기존의 방법은 이를 충족시키지 못하였다.

많은 경우 차량 속도에 의한 전복 인식을 개선하기 위하여, 예를 들어 횡방향 속도를 횡방향 가속도로 매핑(vy-ay 맵)을 하였다.

여기서는 전복을 조기 감지하기 위해 임계값이 대단히 낮아야 하는 바, 이로 인하여 작동하지 않아야 할 측면 충돌의 경우에도 감도에 높아져 오작동할 위험이 발생한다.

EP 1101658 B1 에 상응하는 DE 600 27 386 T2 는 차량의 전복을 감지하는 방법을 다루고 있는 바, 이 방법에서는 어떤 에너지 기준 또는 에너지 임계값을 회전각과 횡방향 가속도에서 유도한 승수로 이루어진 1 차 방정식에 의해 계산한다.

그 다음 차량의 현재 각도 변화율을 이 차량의 에너지 기준과 비교하고, 이 비교를 이용하여 전복의 개시를 추론한다. 따라서 여기서는 에너지 기준이 전복 인식에 대한 어떤 동역학적 임계값이 되지만 차량의 횡방향 가속도나 차량의 횡방향 속도에 대한 수정값으로 사용되지는 않는다.

그 외에도 DE 197 44 083 A1 은 전복 과정 시 차량을 안전하게 하는 장치를 다루고 있는 바, 이 방법에서는 처리 단계에서 회전 에너지가 추가로 작동 결정에 관계한다. 또한 낮은 장애물과의 충돌과 이때 개입되는 틸팅 운동에 의해 발생한 전복을 고려하기 위해 횡방향 가속도도 고려된다. 하지만 여기서도 주요 대체값(Kanzler Tauscher)인 에너지 값을 계산하지 않고 또 이 에너지 값에서 차량의 횡방향 속도 또는 차량의 횡방향 가속도에 대한 수정 매개변수를 유도하지 않는다.

DE 196 09 717 A1 에서도 여러 회전속도 센서에서 차량의 회전 에너지를 유도하는 차량에서의 전복 과정을 인식하는 구조를 다루고 있다. 하지만 여기서도 병진운동 에너지가 고려되지 않고 이러한 에너지 값에 근거한 차량의 횡방향 가속도나 또는 차량의 횡방향 속도의 어떤 조정이 이루어지지 않는다.

DE 10 2006 060 309 A1 은 차량의 횡방향에서의 운동력, 위치 에너지 및 롤링 에너지에 따라 전복이 인식되는 차량의 전복 인식 방법을 다루고 있는 바, 여기서는 운동력의 전달이 롤링 에너지에서 결정되도록 운동력을 고려한다. 따라서 롤링 에너지의 값에 특정한 양의 병진운동 에너지가, 여기서는 운동력의 형태로, 추가되어 그 다음 이 운동력을 작동 임계값과 비교한다. 하지만 여기서도 이러한 에너지 값에 근거한 차량의 횡방향 가속도나 또는 차량의 횡방향 속도 조정이 이루어지지 않는다.

그러므로 본 발명의 과제는 상기의 문제와 관련하여 보다 더 안전하고 신속하게 구별하게 하는 전복 인식 방법을 기술하는 것이다.

이러한 과제는 서로 독립된 청구항의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 하위 청구항을 이용하면 본 발명을 유용하게 발전시킬 수 있는 바, 이때 각 특징을 결합하여 발전시키는 것도 생각해 볼 수 있다.

본 발명의 기본적인 발상은, 차량의 횡방향 가속도 또는 (흔히 이 가속도를 적분하여 측정된) 차량의 횡방향 속도에서 어떤 병진운동 에너지 값이 결정되고 회전 상태 단위에서 회전 에너지 값이 측정되어 이 에너지 값에서 수정 매개변수가 결정될 때, 차량의 횡방향 속도 및/또는 차량의 횡방향 가속도에 대한 수정 매개변수가 결정된다는 점에 있다.

따라서 횡방향 속도가 횡방향 가속도로 매핑될 때 특성곡선의 추이가 이 수정 매개변수에 의해 변화하는 바, 기본적으로 차량의 횡방향 속도 및/또는 차량의 횡방향 가속도의 수정을 생각해 볼 수 있으며, 문제가 되는 것은 단지 적합한 각 수정 매개변수를 구체적으로 계산하는 것일 뿐이다. 이와 마찬가지로 이 수정은 횡방향 가속도를 횡방향 속도로 매핑하기 위해서도 사용된다.

따라서 본 발명에서는 횡방향 에너지가 어느 정도 롤링 에너지로 변환되었는가, 현재 변환되고 있는가, 변환될 수 있는가 또는 횡방향 에너지가 차량의 구조나 충돌 상대방에 의해 어느 정도 흡수될 수 있는가를 기술하는 에너지 항에 의해 평가를 개선할 것을 제안한다.

이 항은 첫 번째 어림셈에서 주행방향에 대한 횡방향 운동 에너지가 어느 정도 주행방향에서 축을 중심으로 한 롤링 운동으로 변환되어 있는가를 측정한다. 이 에너지 값은 특정 임계 롤링 각도에서 전복을 유도하는 에너지 임계값과 상관한다. 다른 한편으로는, 이 에너지 값은 차량의 횡방향 에너지 흡수를 기술한다.

횡방향 속도와 횡방향 가속도에 의해 동역학적 조건에서 전복 위험을 잘 예측할 수 있지만, 순수한 측면 충돌 상황이나 아주 극단적인 주행 거동에서는 평가 오류를 범할 수 있다. 측면 충돌에 의해 차량 구조에 에너지가 흡수됨으로써 높은 횡방향 가속도 값이 나올 수 있지만, 전복될 가능성은 적다. 수정 매개변수에 의해 결과적으로 신호가 낮게 유지되어 측면 충돌 시 오작동을 방지할 수 있다. 이 항을 고려하면 예측 정확도가 현저히 상승한다.

이러한 에너지 균형에 관한 고찰을 통해 롤링 동작, 즉 무게중심이 틸딩 방향으로 이동함으로써 없어지는 에너지와 병진운동 동작, 즉 마찰을 통해 주행 방향에 대한 차량의 횡방향 이동에 의하여 없어지는 에너지 및 차량 수직 축을 중심으로 작용하는 요잉 단위인 요잉 동작과 요잉 에너지를 개선할 수 있다. 여기서 이러한 영향 요소는 그 영향력이 현저히 감소하여, 이미 회전 에너지와 병진운동 에너지를 고려함으로써 예측 정확도가 현저하게 개선된다.

이때 병진운동 에너지 값 또는 회전 에너지 값을 물리학적 의미에서 정확하게 계산할 필요는 없다. 횡방향 에너지 값을 최소한 어림셈으로 차량의 횡방향 속도의 2 제곱에 비례하여, 회전 에너지 값을 최소한 어림셈으로 회전 속도의 2 제곱에 비례하여 곱하면 양호한 어림수에 도달할 수 있다. 물리 공식에서 허용된 기타 다른 계수는 질량, 질량 관성 및 회전축과 같은 차량의 상수 단위이므로 최소한 어림수로서의 상수로서 가정할 수 있다. 이러한 값은 계산할 때 상수로서 적절히 사용되든지 또는 에너지 임계값의 기본값과 동일하게 계산되어 수정 매개변수에서는 결국 아무 것도 변하지 않는다.

에너지 값의 2 차 함수는 기본적으로 구간에 따라 선형화된 특성곡선이나 조견표의 값으로도 대체될 수 있다.

병진운동 에너지 값과 회전 에너지 값은 각각 에너지 임계값에 대해 상대적으로 평가되며, 그 평가에서 수정 매개변수가 결정되는 바, 여기서 에너지 임계값은 차량에 따라 지정된다.

이제 도면으로 도시한 모델 예시를 통해 본 발명에 대해 좀 더 자세히 기술하겠다.
이하에서는 기능적으로 동일하거나 또는 동일한 요소에 동일한 기호를 붙일 수 있다.
도 1: 본 발명에 따른 방법의 블록도
도 2: 전복 과정의 에너지 균형 분석
도 3: 횡방향 속도를 횡방향 가속도로 매핑 및 수정 매개변수를 고려한 전복 한계
도 4: 기존의 알고리즘과 본 발명에 따른 알고리즘의 작동 도표 비교
도 5 여러 시험 및 알고리즘에서의 작동 시간 및 작동 거동

도면 1 은 에너지 균형이 최적화된 능동적 전복 예측의 선호하는 형태를 도시한 블록도이다. 기본적으로 차량 내의 방향은 X-Y-Z 좌표로 표시되어 있는 바, 여기서 X 는 주행방향, Y 은 주행방향 및 차도에 대한 횡방향 그리고 Z 는 수직축, 즉 차도에 대해 수직을 가리킨다.

모델 예시에서는 수정 매개변수를 계산할 때 아래의 계수가 사용된다:

- 먼저 병진운동적 운동 에너지, 이 에너지는 특히 횡방향 속도에서 측정되는바, 이 속도는 대개의 경우 다시 가속센서에 의해 측정된 횡방향 가속도의 적분을 통해 획득된다. 또는 예를 들어 광학식 센서가 횡방향 속도를 직접 측정할 수 있다.

- 그 외에도 최소한 회전 운동 에너지, 이 에너지는 예를 들어 (여기서는 저역통과 필터링을 선호) 롤링율에서 획득된다

- 또한 본 발명의 특별한 발전으로서 이미 향한 롤링 동작이, 이 동작은 도달한 롤링각 절대값에 의해 측정되는 바, 고려된다. 이때 이 롤링각은 대개의 경우 다시 적분을 통해 회전속도에서 획득된다.

다음 계산 블록에서 수정 매개변수가 대개 다음의 공식에 따라 결정된다.

K 는 수정 매개변수,

회전 에너지 값,

병진운동 에너지 값,

실행된 회전 동작의 값 및

운동 에너지 값.

이때 에너지 임계값은 차량에 따라 다르게 지정되며 이 지정은 차량의 중량 분배와 무게중심의 위치, 그리고 서스펜션과 댐핑과 같은 주행역학적 속성에 따라 상당히 다르다. 이러한 에너지 임계값은 대개의 경우 해당 차량의 전복시험에 의해 측정된다.

필요하면 수정 매개변수를 표준화 점을 이용하여서도 기준화할 수 있다.

그 다음 수정 항이 소위 말하는 v_y-a_y 매핑에서, 즉 횡방향 가속의 횡방향 속도로의 매핑에서 고려되고, 특히 속도에 수정 매개변수를 곱한다.

도면 2 는 차량의 최초 횡방향 동작 v_i 에서 시작하는 전복 과정의 에너지 균형을 개괄적으로 도시한 도면으로서, 여기서 최초 횡방향 동작이 결국 비율적으로 변환되는 시작 에너지를 규정한다.

우선 병진운동 에너지 부분은 항상 그대로 유지된다. 즉 차량 자체는 전복 시 계속하여 횡방향 (Y)로 움직인다. 전복을 예측하기 위해서는 따라서 현재의, 아직 변환되지 않는 병진운동 에너지의 강도가 중요하다.

롤링 에너지는 이미 롤링 동작으로 변환된 에너지 부분을, 즉 주행방향의 축을 중심으로 한 각속도로 변환된 에너지 부분을 나타낸다. 이 두 단위는 에너지 임계값에 비례하여 전복 가능성에 대한 어떤 기준이 된다.

이미 실행된 롤링 동작을 고려함으로써 이 평가는 더욱 현저히 개선될 수 있다. 따라서 여기서는 차량의 무게중심이 롤링율에 의해 결국 Δh 만큼 상승하게 된다. 즉 차량이 주행방향의 축 또는 그와 평행한 축을 중심으로 전복된다.

그에 반하여 그 외의 다른 에너지 부분은 대개의 경우 잠재적인 전복 위험에 그리 중요하지 않다. 즉 다른 에너지 부분은 차량 X-축을 중심으로 한 전복에 대해 중요하지 않는 에너지 또는 동작으로 에너지 변환이 이루어진다.

따라서 병진운동 동작, 즉 차량이 마찰계수를 고려하여 거리 d 만큼 횡방향으로의 차량 이동 및 차량의 질량 및 지면 가속도에서 정의된 수직력이 있다. 이 마찰 동작 자체는 전복 위험을 높이지 않고 경우에 따라 그로 인해 유발된 차량 자체의 전복 위험을 높이는 바, 이 마찰 동작은 롤링 에너지 및 특히 롤링 동작에 의해 이미 직접 측정된다.

이러한 힘은 대개 차량의 무게중심에 대해 대칭적으로 작용하지 않고, 특히 질량 분배 및 그에 따른 질량 관성이 대칭적이 아니므로 요잉의 영향, 즉 차량의 Z-축을 중심으로 한 회전이 발생하여 시작 에너지 부분이 요잉 동작과 요잉 에너지로도 변형된다. 이는 주행 안정성을 위해, 예를 들어 차량의 횡방향 미끄럼에 극히 중요할 수 있지만 전복의 직접적인 인식을 위해서는 그리 중요하지 않다.

측면 충돌 시 가장 큰 에너지 부분은 차량의 형태 변형으로 변환된다. 이 부분은 하지만 전복 위험을 높이지 않는다.

전체적으로 보아 이로 인하여 예를 들어, 본 발명에서는 횡방향 속도에서 계수인 수정 매개변수의 도입에 의한 횡방향 속도의 횡방향 가속도(vy-ay 맵)로의 매핑이라는 새로운 종류의 평가가 나온다. 도면 3 에서 새로운 종류의 전복 한계 추이를 분명히 인식할 수 있다. 이때 f1(t)가 작동하지 않는 경우에 대한 에너지 가중치인 속도와 가속도인 값 쌍의 시간적 추이를 나타내는 반면, f2(t)는 반대 방향에서의 전복 추이를 잘 드러내는 바, 여기서 전복 한계에 처음 도달함으로써 피할 수 없는 전복이 인식되고 이에 따라 안전장치가 작동할 수 있게 된다.

도면 4a 와 4b 는 회전각과 회전속도를 기반으로 한 기존의 전복 알고리즘에서와 에너지에 기반을 둔 수정 매개변수를 고려하여 여기에 사용된 횡방향 속도 및 횡방향 가속도의 평가에서의 상이한 여러 평가 단위와 한계 곡선을 분명히 나타낸다.

도면 5 에서는 기존의 회전속도에 기반을 둔 알고리즘과 본 발명에 기반을 둔, 여기서는 능동형 전복 알고리즘이라고 칭한 알고리즘을 비교하며 여러 시험에서 작동 시간 또는 작동 거동이 간단히 도시되어 있다. 평가를 위해 원하는 작동 거동 또는 작동 시간이 검은 막대그래프로 표시되어 있고 검은 막대그래프가 없는 구간은 작동이 필요하지 않은 구간이다.

느린 속도를 사용한 흙 걸림 시험은 양 알고리즘에서 분명히 작동하지 않는 경우로 인식된다. 하지만 30km/h 이상의 횡방향 속도를 사용한 흙 걸림 시험에서는 모두 전복되었다. 하지만 이러한 전복은 기존의 알고리즘에서는 경우에 따라 원하는 것보다 늦게 인식되지만, 이에 반하여 에너지에 기반을 둔 알고리즘에서는 수정 매개변수의 높은 운동 에너지가 횡방향 속도를 적절히 높게 평가하여, 즉 전복 임계값으로서 평가하여 조기에 작동시킨다.

연석 걸림 시험에서도 에너지에 기반을 둔 알고리즘의 장점이 드러나는 바, 여기서는 특히 22km/h 를 사용한 시험에서 더 분명하게 작동하지 않는 경우로서 인식되지만, 이에 반해 기존의 알고리즘에서는 충돌 시 잠깐의 높은 회전속도로 인해 오작동하게 된다.

흙 걸림과 연석 걸림은 정의된 전복 상황이다. 흙 걸림 시험에서는 무른 지면에 휠의 측면이 묻히는 것을 기술하고 시뮬레이션하지만, 연석 걸림 시험에서는 연석의 측면 모서리 충돌이 기술되는 바, 이 충돌은 당시의 횡방향 속도에 따라 전복 위험이 높다. 이때 특히 흙 걸림 시험에서 기존의 알고리즘은 원하는 작동시간보다 더 느리지만 횡방향 가속도와 횡방향 속도를 기반으로 한, 에너지 값을 수정한 새 알고리즘은 탑승자의 부상 값을 현저하게 개선하는 장점을 가진다.

본 방법이 가지고 있는 또 다른 장점은 기존의 센서가 장착된 컨트롤러를 사용하여 차량의 횡방향 가속도 및 회전속도를 측정할 수 있다는 점인 바, 이러한 횡방향 가속도 및 회전속도의 신호에서 알고리즘에 필요한 모든 단위를 유도할 수 있으며, 따라서 이 방법을 실현하기 위해서는 컨트롤러의 소프트웨어만 보충하면 된다는 점이다.

Claims (9)

1. 차량의 횡방향 가속도와 차량의 횡방향 속도 및 하나 이상의 회전 상태 단위를 고려한 전복 인식 방법으로서,
   상기 차량의 횡방향 속도 및/또는 상기 차량의 횡방향 가속도에 대한 수정 매개변수가 결정되되, 상기 차량의 횡방향 속도에서 어떤 병진운동 에너지 값이 측정되고 상기 회전 상태 단위에서 회전 에너지 값이 측정되어 이 에너지 값에서 수정 매개변수가 결정되는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 병진운동 에너지 값이 최소한 어림셈으로 상기 차량 횡방향 속도의 2 제곱에 비례하는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 에너지 값이 최소한 어림셈으로 회전속도의 2 제곱에 비례하는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 회전 에너지 값이 롤링 에너지 외에 차량의 종방향 축을 중심으로 한 롤링 동작을 고려하는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 수정 매개변수에서 차량에 따라 고유하게 지정된 에너지 임계값이 사용되는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
6. 제5 항에 있어서,
   병진운동 및 회전 운동의 에너지 값이 각각 에너지 임계값에 상대적으로 평가되고 이에 따라 상기 수정 매개변수가 결정되는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
7. 제6 항에 있어서, 상기 수정 매개변수는,
   다음의 등식
   

   

   
   여기서 K 는 수정 매개변수,
   

   

   회전 에너지 값,
   

   

   병진운동 에너지 값 및
   

   

   에너지 임계값
   에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
8. 제7 항에 있어서, 상기 수정 매개변수를 계산할 때
   다음의 등식
   

   

   
   여기서

   

   실행된 회전 동작의 값
   에 따라 실행된 회전 동작의 값도 추가로 고려한다는 것을 특징으로 하는,
   전복 인식 방법.
   
9. 차량의 횡방향 가속도 및 차량의 횡방향 속도를 측정하는 센서가 장착되어 있는, 탑승자보호시스템용 컨트롤러로서,
   주행방향의 축을 중심으로 한 하나 이상의 회전 상태 단위와 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 전복 인식 방법을 채용하고 있는 것을 특징으로 하는,
   탑승자보호시스템용 컨트롤러.

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