KR100435091B1 - 측면충돌시차량의안전시스템을촉발시키기위한제어장치 - Google Patents

측면충돌시차량의안전시스템을촉발시키기위한제어장치 Download PDF

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Abstract

2개 이상의 가속 센서(31, 32)를 포함하고, 트리거 회로(4)와 함께 동일 제어부(1)내에 배치된 센서 장치(3)는 종가속 신호(x(t)) 및 횡가속 신호(y(t))를 만들어낸다. 상기 트리거 회로(4)가 상기 횡가속 신호(y(t)) 뿐만 아니라 종가속 신호(x(t))에도 의존하는 출력 신호(a(t))를 만들어냄으로써, 센서 장치(3)가 중앙에 위치함으로 인해 나타나는 횡가속 신호(y(t))의 결점에도 불구하고 상기 출력 신호에 의해 억제 시스템(5)의 작동 결정에 대한 신뢰성이 보증될 수 있다. 상기 출력 신호(a(t))는 한계값(G)과 비교된다.

Description

측면 충돌시 차량의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치
정면 충돌 또는 대각선 충돌시 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치는 충분히 공지되어 있고, 대량으로 차량에 사용된다. 차량의 종축 방향으로 민감한 가속 센서는 정면 충돌 또는 대각 충돌에 의해 야기되는 차량의 감속을 수용한다. 트리거 회로는, 가장 간단한 경우에 가속 신호의 진폭을 한계값과 비교하여 운전자 에어백 및 동승자 에어백 또는 벨트 타이트너(belt tightener)와 같은 안전 시스템을 상황에 따라 촉발시키는 알고리즘에 따라 상기 가속 신호를 처리한다. 정면 충돌시에는 충돌 부위와 운전석 사이의 간격이 넓고 차량의 파손 부위(crusher zone)가 에너지를 흡수하는 작용을 하기 때문에, 탑승자 보호 효과에 악영향을 주지 않으면서 제어 장치에 의한 안전 시스템의 촉발까지 비교적 긴 시간격이 허용될 수 있다. 상기 시간은 가속 신호를 평가하기 위해 사용된다. 이 경우 충돌의 강도 및 종류에 대한 정보는 특히, 가속 신호가 또한 최대 진폭에 도달하게 되는 가속 신호의 나중 위상을 평가함으로써 얻어진다.
측면 충돌시에는, 충돌 부위와 운전실 사이의 간격이 좁고 파손 부위가 흡수하는 에너지가 적기 때문에, 제어 장치에 의한 촉발이 결정될 때까지는 불과 몇 밀리 세컨드(millisecond)의 매우 짧은 시간이 경과될 것이다. 상기 시간 간격 동안에는 측면 충돌에 의해 발생된 가속 신호가 차량의 종축에 대해 횡으로 상승 위상에 있게 된다. 상기 가속 신호는 더 나중의 위상에서 비로소 최대 진폭에 도달하게 되지만, 상기 위상에서는 탑승자를 더 효과적으로 보호할 수 있기 위해 그 이전에 이미 촉발의 결정이 이루어져야 한다. 따라서 지금까지는, 최초의 - 그러나 촉발 결정에 중요한 - 위상에 있는 약한 가속 신호를 가정된 측면 충돌 장소 가까이에서 수용하기 위해서, 횡가속을 수용하기 위한 가속 센서가 차량의 측면부에, 예컨대 도어에 배치되었다. 횡가속을 수용하기 위해 차량의 중앙 영역에 배치된 가속 센서가 신뢰할만한 촉발 결정을 도출하기 위해 전달하는 가속 신호는 자동차 차체에 의한 댐핑 때문에 적어도 최초의 위상에서는 매우 약하다. 가속 신호가 약한 경우에 어쩔 수 없이 촉발 임계값으로서의 한계값이 매우 낮게 세팅되면, 가속 신호 또는 장애 신호의 작은 변동에 의해서도 원하지 않는 촉발이 야기된다. 따라서 지금까지는, 측면 충돌시 안전 시스템을 촉발시키기 위한 가속 센서 및 트리거 회로를 중앙 제어 장치 내에 배치하는 것은 실현 불가능해 보였다.
정면 충돌 또는 대각 충돌시에는 측면 충돌시 안전 시스템을 촉발시키기 위한 공지된 제어 장치에서 또다른 문제점이 나타난다: 모든 정면 충돌 또는 대각 충돌은 또한 차량의 종축에 대한 횡방향 가속을 발생시키는데, 상기 가속은 바람직하게 정면 충돌 또는 대각 충돌의 나중 위상에서 높은 진폭을 가질 수 있다. 상기 횡가속에 의해, 측면 충돌로부터의 보호를 위한 안전 시스템이 촉발될 수 있다. 측면충돌시에는 상기 횡가속에 의한 촉발이 바람직하지만, 정면 충돌 또는 대각 충돌시에는 바람직하지 않다.
14th International Technical Conference of Enhanced Safety of vehicles의 회보에 기재된 "New Sensor Concepts for Reliable Detection of Side-Impact Collision"의 1035∼1038쪽에는, 측면 충돌시 자동차 도어 내에서 발생되는 기압 상승을 측면 충돌에 의해 야기된 차량의 가속에 대한 값으로서 수용하는 기압 센서가 자동차 도어 내에 설치된 제어 장치가 공지되어 있다. 상기 기압 센서는 차량의 중앙 영역에 배치된 트리거 회로와 연결되며, 상기 트리거 회로에 의해 매우 강한 측면 충돌시에 예컨대 측면 에어백과 같은 안전 시스템이 촉발된다.
분산 배치된 센서를 갖춘 상기 방식의 제어 장치는 상기 트리거 회로와 센서사이에 있는 라인 및 커넥팅 부품을 포함하는데, 상기 라인 및 커넥팅 부품은 재료 집약적이면서도 기능성에 대한 검사를 할 경우 비용이 매우 높다. 상기 방식의 제어 장치는 또한 제조 비용, 조립 비용, 교체 비용 및 수리 비용이 많이 든다.
청구항 제 1항의 전제부에 따른 제어 장치는 독일 특허 출원 공개 42 22 595호에 공지되어 있다. 상기 제어 장치가 서로에 대해 약 90°로 배치되고 차량에 고정된 2개의 가속 센서를 포함함으로써, 상기 센서 장치로부터 가속에 대한 종가속 신호가 차량의 종축에 대해 평행하게 전달되고, 가속에 대한 횡가속 신호가 차량의 종축에 대해 횡으로 전달된다. 상기 2개의 가속 신호로부터 트리거 회로 내에서 가속 벡터가 계산되며, 상기 가속 벡터는 차량의 종축에 대한 벡터의 크기 및 각도에 의해 결정된다. 예컨대 측면 에어백과 같은 하나의 안전 시스템은 차량내에 배치된다수의 안전 시스템들로부터 상기 가속 벡터에 종속하여 선택되고 촉발된다.
1993년 7월 발행된 Norman Martin의 "Automotive Industries" 중의 "Point to Point" 49∼51쪽에는 정면 충돌시 차량내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치가 공지되어 있다. 2개의 가속 센서들은 또한 차량의 종축에 대해 ±45°로 트리거 회로와 함께 공통의 제어 장치 내에 배치된다. 상기 안전 시스템은 가속 신호에 종속하여 촉발된다.
WO 89/11986호에는 정면 충돌 또는 대각 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치가 공지되어 있다. 상기 제어 장치는 90°만큼 서로 변위된 2개의 가속 센서를 갖는 하나의 센서 장치를 포함한다. 상기 센서 장치로부터 가속에 대한 종가속 신호가 차량의 종축에 대해 평행하게 전달되고, 가속에 대한 횡가속 신호가 차량의 종축에 대해 횡으로 전달된다. 정면 충돌 또는 대각 충돌로서 인식되는 경우에, 상기 가속 신호들은 한편으로는 아날로그 스위칭 회로 내에서, 다른 한편으로는 마이크로 프로세서 내에서 평가되어 안전 시스템을 제어한다.
본 발명은 측면 충돌시 차량의 안전 시스템(retraint system)을 촉발(triggering)시키기 위한 청구항 제 1항에 따른 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 차량 내에 본 발명에 따른 제어 장치를 갖춘 제어부의 배치를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 제어 장치의 블록 회로도이며,
도 3은 측면 충돌시 측면 충돌이 시작될 때부터 처음 10ms 동안에 나타나는 종가속 및 횡가속을 나타낸 다이어그램이다.
본 발명의 목적은, 매우 강한 측면 충돌시에는 안전 시스템을 적시에 촉발시키는 동시에, 강도가 약한 측면 충돌시 또는 정면 충돌이나 대각 충돌시에는 안전 시스템의 촉발을 저지할 수 있는 콤팩트한 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징에 의해 달성된다. 2개의 가속 센서를 갖춘 센서 장치 및 트리거 회로는 동일 제어부 내에 배치된다. 상기 센서 장치로부터 가속에 대한 종가속 신호가 차량의 종축에 대해 평행하게 전달되고, 가속에 대한횡가속 신호가 차량의 종축에 대해 횡으로 전달되며, 트리거 회로가 상기 횡가속 신호뿐만 아니라 종가속 신호를 평가함으로써, 측면 충돌시에 안전 시스템의 촉발이 적시에 이루어진다. 상기 트리거 회로로부터 전달된, 상기 종가속 신호 및 횡가속 신호에 종속하는 출력 신호는 한계값과 비교되고, 상기 출력 신호가 상기 한계값을 초과할 때에 안전 시스템이 촉발된다.
측면 충돌로 인해 차량은, 측면 충돌시 횡가속의 진폭보다 훨씬 더 작은 진폭을 갖기는 하지만 계속적으로 - 특히 측면 충돌의 최초 위상 동안에도 - 존재하는 종가속에 노출된다는 사실이 여러 테스트를 통해 나타났다. 상기 종가속 신호가 트리거 회로로부터 전달된 출력 신호에서 함께 고려되면, 신뢰할 만한 촉발 결정이 이루어질 수 있다. 이를 위해 상기 출력 신호는, 횡가속 신호에 종속하고 측면 충돌시 약한 제 1신호가 종가속 신호에 종속하고 측면 충돌시 훨씬 더 약한 제 2신호에 대해 차지하는 비(比)를 포함한다. 따라서 상기 비는 특히 측면 충돌의 최초 위상에서도 매우 높은 값을 가지며, 상기 값이 한계값과 비교되어 신뢰할만한 촉발 결정을 내린다. 출력 신호에서 종가속 신호를 고려함으로써 또한, 정면 충돌 및 대각 충돌에 의해 야기된 종가속 신호가 측면 충돌에 의해 야기된 횡가속 신호와 구별된다. 따라서 정면 충돌 또는 대각 충돌시에는 안전 시스템이 예상 밖으로 촉발되는 일이 없어진다.
본 발명에 따른 제어 장치는 콤팩트하고, 소수의 작업 단계로 조립되며, 간단한 방식으로 관리 및 교체될 수 있다. 분산 배치된 센서, 라인 및 트리거 회로 사이에는 삽입 커넥터 및 클램프 커넥터가 없다.
도 1은 센서 장치(3) 및 트리거 회로(4)를 갖는 하나의 제어 장치(2)를 포함하는 제어부(1)를 갖춘 차량을 보여준다. 라인을 통해 상기 제어부(2)로부터 트리거 신호(z)가 안전 시스템(5)(restraint system)에 전달된다. 상기 센서 장치(3) 위에는 2개 가속 센서의 감도 축(sensitivity axis)이 상징적으로 도시되어 있다. 제 1가속 센서는 종가속 신호를 전달하고, 상기 신호의 감도 축은 차량의 종축(A-A' )에 대해 평행하게 이어지며, 제 2가속 센서는 횡가속 신호를 전달하고, 상기 신호의 감도 축은 차량의 종축(A-A' )에 대해 횡으로 연장된다. 상기 제어부(1)는 차량의 중앙 영역에 배치된다.
도 2는 종가속 신호(y(t))를 트리거 회로에 전달하는 센서 장치(3)를 갖는 제어 장치(2)의 블록 회로도이다. 상기 트리거 회로(4)는 출력 신호(a(t))를 비교기(41)에 전달한다. 상기 출력 신호(a(t))가 한계값(G)을 초과하면, 트리거 신호(z)가 안전 시스템(5)에 전송된다.
상기 센서 장치(3)는 2개 이상의 가속 센서(31 및 32)를 포함한다. 상기 센서들은, 센서 장치(3)가 가속을 위한 종가속 신호(x(t))를 차량 종축(A-A' )에 대해 평행하게 전달하고, 가속을 위한 횡가속 신호(y(t))를 차량 종축(A-A' )에 대해 횡으로 전달한다는 전제하에서 공간적으로 임의로 배치된다. 이 경우 상기 가속 센서(31 및 32)는 바람직하게, 도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이, 차량 종축(A-A' )에 대해 평행하게 및 횡으로 향하는 감도 축을 갖는다. 그러나, 상기 가속 센서(31 및 32)는 차량 종축(A-A' )에 대해 ±45°또는 다른 각도로 배치될 수도 있다: 상기 종가속 신호(x(t)) 및 횡가속 신호(y(t))는 상응하는 삼각 함수에 따라 가속 센서(31 및 32)의 신호로부터 검출된다.
상기 가속 센서(31 및 32)는 아날로그 신호 또는 적어도 준(quasi)아날로그신호를 전달한다. 이 경우 상기 가속 센서들은 용량성으로, 피에조 저항적으로(piezoresistive), 압전적으로(piezoelectric) 또는 다른 기본 원리에 따라 작동될 수 있다. 각각의 센서는 상이한 응답 한계값을 갖는 여러 종류의 가속 스위치를 포함할 수도 있는데, 이 경우에는 개별 가속 스위치의 2진법 신호가 하나의 준 아날로그 가속 신호로 조합된다.
상기 가속 센서(31 또는 32)는 바람직하게 양극으로 형성된다. 즉, 각 가속 센서는 서로 반대인 두방향에 대해 민감하다. 따라서, 예를 들어 가속 센서(32)는 차량 종축(A-A' )에 대해 횡으로 뻗는 상기 가속 센서의 감도 축을 이용하여 좌측으로부터의 측면 충돌뿐만 아니라 우측으로부터의 측면 충돌에 의해 야기된 가속을 인식할 수 있다. 단극의 가속 센서가 대신 사용될 수도 있는데, 이 경우에는 센서 장치(3)가 종가속 신호(x(t)) 및 횡가속 신호(y(t))를 전달하는 것이 전제가 된다.
통합 가속 센서(31 또는 32)가 사용되면, 상기 가속 센서는 트리거 회로(4)와 함께 반도체 칩상에 제조될 수 있다.
트리거 회로(4)는 아날로그 회로로서 또는 마이크로 프로세서로서 형성될 수 있다. 상기 트리거 회로로부터 제공되는 출력 신호(a(t))는 한계값(G)과 비교되며, 이 때 상기 한계값(G)에 따라 제어 장치(2)의 감도가 세팅된다. 출력 신호(a(t))가 상기 한계값을 초과하면, 트리거 명령(z)이 하나 이상의 안전 시스템(5)에 전달되고, 바람직하게 운전자의 측면과 동승자의 측면에 있는 측면 에어백 또는 측면 충돌시 탑승자를 보호하기 위한 기타의 보호 수단이 작동된다.
출력 신호(a(t))는 바람직하게, 상이한 다수의 안전 시스템 또는 - 예컨대 측면 에어백 챔버와 같은 - 다단식 안전 시스템의 여러 단계들을 측면 충돌의 강도에 종속하여 그리고 시간 변위적으로 작동시키기 위해, 상이한 다수의 한계값(G)과 비교된다.
트리거 회로(4)는 바람직하게, 종가속 신호(x(t)) 및 횡가속 신호(y(t))에 따라 단지 특정 안전 시스템만을 작동시키는 다른 하나의 회로 유니트를 포함한다. 따라서, 예를 들어 운전자측에서 측면 충돌이 발생될 경우에는 운전자측에 배치된 안전 시스템만이 작동되고, 동승자측에 배치된 안전 시스템은 작동되지 않는다.
상기 트리거 회로(4)는 본 발명에 따라 횡가속 신호(y(t)) 뿐만 아니라 종가속 신호(x(t))에도 종속하는 출력 신호(a(t))를 제공한다. 도 3은 측면 충돌이 시작될 때부터 처음 수 밀리 세컨드(millisecond) 동안에 차량에 작용하는 횡가속 및 종가속(x 및 y)을 질적으로 보여준다. 종가속 신호(x(t))는 심지어 차량의 종축(A-A' )에 대해 90°의 각도로 이루어지는 측면 충돌시에도 분명하게 감지될 수 있지만, 도면에는 매우 약하게 나타나 있다. 측면 충돌의 처음 수 밀리 세컨드(millisecond) 동안에 중앙 센서 장치(3)에 의해 수용된 횡가속 신호(y(t))는 관련 자동차 도어 내부에 배치된 가속 센서에 의해 수용되는 횡가속 신호("door", yt(t))에 비해 약하게 형성된다.
한계값과 비교된 상기 횡가속 신호(y(t))는 횡가속 신호("door", yt(t))와 반대로 촉발 결정에 대한 신뢰성을 보증해주지 않는다. 최소 촉발 레벨로서의 한계값은 반드시 매우 낮게 세팅되어야 한다. 따라서, 가속 신호 또는 장애 신호의 매우 작은 변동들에 의해서도 원하지 않는 촉발이 발생될 수 있다.
바람직하게는, 횡가속 신호(y(t))에 종속하는 제 1신호가 형성되어 종가속 신호(x(t))에 종속하는 제 2신호와 비교된다. 이 경우에는, 상기 비교로부터 얻어지는 비(比)(quotient)에 의해 비교적 작은 진폭을 갖는 제 1신호로부터 매우 작은 진폭을 갖는 제 2신호로 진폭이 매우 큰 출력 신호(a(t))가 제공되며, 상기 출력 신호는 한계값(G)과 비교되어 촉발을 결정한다. 또한, 정면 충돌 또는 대각 충돌에 의해 야기된 횡가속 신호(y(t))에 의해서는 결코 안전 시스템(5)의 촉발이 이루어지지 않는다. 그 이유는, 큰 종가속 신호(x(t))가 상기 비의 분모에서 상기 출력 신호(a(t))에 의해 한계값(G)의 초과를 억제하기 때문이다.
바람직하게 상기 제 1신호는 횡가속 신호(y(t))에 종속하는 에너지 신호이고, 상기 제 2신호는 종가속 신호(x(t))에 종속하는 에너지 신호이다. 이때 상기 에너지 신호들은 측면 충돌에 의해 차량에 전송된 에너지의 소모를 측면 충돌이 시작될 때부터 종방향 또는 횡방향으로 기술한다. 상기 에너지 신호를 사용함으로써 제 1신호 및 제 2신호 사이의 신호 간격이 커지고, 그에 따라 상기 비의 진폭도 커진다. 따라서 한계값의 결정은 더 신뢰할 만하다. 미분 에너지량이 시간에 따라 합산됨으로써 가속 신호의 고주파 변동이 평활화된다. 또한, 상기 가속 신호의 시간적인 선행이 고려된다.
바람직하게, 상기 제 1신호는 부가 상수 K1을 갖고 제 2신호는 부가 상수 K2를 갖는다. 상기 상수들(K1 및 K2)과 한계값(G)을 통해 촉발의 결정이 각각의 사용 또는 차량의 타입에 매칭된다.
상기 출력 신호(a(t))는 아래 식에 의해 계산되는 것이 바람직하다:
상기 트리거 회로(4)는 상기 가속 센서들이 센서 장치(3) 내에 임의로 배치될 때에도 마이크로 프로세서일 수 있으며, 상기 센서 장치(3)와 동시에 차량의 중앙 영역에 있는 동일 제어부(1) 내에 배치될 수 있다.
중앙에 배치된 센서 장치(3)는 상기 가속 센서들(31 및 32)이 임의로 배치될때, 트리거 회로에 의한 평가의 결과로 정면 충돌 또는 대각 충돌을 인식하기 위해 사용될 수 있는 신호에 종가속 신호(x(t)) 및 횡가속 신호(y(t))를 전달한다.

Claims (8)

  1. 가속에 대한 종가속 신호(x(t))를 차량의 종축(A-A' )에 대해 평행하게 전달하고, 가속에 대한 횡가속 신호(y(t))를 차량의 종축(A-A' )에 대해 횡으로 전달하는, 2개의 가속 센서(31, 32)를 갖는 하나의 센서 장치(3) 및 상기 종가속 신호(x(t)) 및 상기 횡가속 신호(y(t))에 의해 결정된 출력 신호(a(t))를 전달하는 하나의 트리거 회로(4)를 포함하며, 상기 출력 신호(a(t))가 한계값(G)을 초과할 때 안전 시스템(5)이 촉발되도록 구성된, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발하기 위한 제어 장치에 있어서,
    - 상기 출력 신호(a(t))는 종가속 신호(x(t))에 종속하는 제 2신호에 대한 횡가속 신호(y(t))에 종속하는 제 1신호의 비(比)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  2. 상기 제 1항에 있어서, 상기 제 1신호는 횡가속 신호(y(t))에 종속하는 에너지 신호에 의해 결정되고, 상기 제 2신호는 종가속 신호(x(t))에 종속하는 에너지 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 출력 신호는 하기의 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치:
    여기서 a(t)는 출력 신호, y(t)는 횡가속 신호, x(t)는 종가속 신호, K1, K2는 상수.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 차량의 중앙 영역에 제어부(1)가 배치되는 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 각 가속 센서(31, 32)는 서로 반대인 두방향에 대해 민감한 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 제 1가속 센서(31)는 차량의 종축(A-A' )에 대해 평행하게 뻗는 감도 축을 갖고, 제 2가속 센서(32)는 차량의 종축(A-A' )에 대해 횡으로 뻗는 감도 축을 갖는 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 촉발 회로(4)는 마이크로 프로세서인 것을 특징으로 하는,측면 충돌시 차량 내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 정면 충돌 또는 대각 충돌시에도 차량 내에서 안전 시스템을 촉발시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 측면 충돌시 차량내의 안전 시스템을 촉발시키기 위한 제어 장치.
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