KR101701703B1 - 사고 인식을 위한 고체 전반음 신호의 신호 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 차량에서 고체 전반음 신호의 신호 처리 방법 및 이에 따른 탑승자 보호시스템에 관한 것이다. 이때 필터로서 1차 고역 통과 필터를 사용하는데, 상기 필터의 -3dB 차단 주파수는 아래와 위 동작 주파수 사이에 있다.
이로 인해 필터에서의 신호 지연이 상당히 감소할 뿐만 아니라 또한 그 주파수가 동작 범위 내에서 동일하지 않게 되고, 차단 주파수 아래에 있는 주파수 성분이 이에 따라 더 많이 감쇠되게 되므로, 작동해야 할 경우(triggering cases)를 조기에 인식할 수 있을 뿐만 아니라 작동하지 않은 경우(non-triggering cases)도 신뢰성 있게 인식할 수 있게 된다.

Description

사고 인식을 위한 고체 전반음 신호의 신호 처리 방법 및 장치 {METHOD AND UNIT FOR SIGNAL PROCESSING OF STRUCTURE-BORNE SOUND SIGNALS IN ORDER TO DETECT ACCIDENTS}

본 발명은 청구항 1의 상위 개념에 따라 특히 차량에서 고체 전반음 신호의 신호처리 방법 및 이에 따른 신호처리장치가 장착된 탑승자 보호시스템 방법에 관한 것이다.

승용차의 사고 상황을 인식함에 있어서 고체 전반음 측정은 새로운 기술을 의미한다. 에어백 컨트롤러는 충돌 시 발생하는 구조음 진동 또는 고체 전반음 진동을 측정하여 억제장치가 신속하고 목표지향적으로 작동하게 한다.

따라서 예컨대 DE 10015273 A1에서는 이미 고체 전반음을 광대역 센서의 고주파 진동으로서 평가하여, 여기서 저주파 가속음 신호 성분과 고주파 고체 전반음 신호 성분을 발생시켰다. 이때 4kHz 이상의 주파수는 고역 통과에서 고체 전반음 신호용 평가 경로로 통과할 것이다. 하지만 고역통과필터의 통과 범위는 단순한 필터의 경우 4kHz 이하에서 -3dB 차단 주파수를 전제로 하는 바, 왜냐하면 그렇지 않으면 그 신호가 이미 훨씬 더 감쇠되기 때문이다. 또는 훨씬 고가의 고차 고역통과필터를 사용해야 할 것이다.

지금까지는 대개의 경우 대역 통과, 정류 및 저역 통과를 통해 고체 전반음을 여과하였으나, 이에는 몇 가지 단점이 있다. 이러한 단점은 센서에서 여과 시간이 비교적 오래 걸린다는 점인 바, 이는 신속하게 작동해야 할 측면충돌시험에서 문제가 될 수 있다. 실제 신호 처리에서 저역 통과에 의해 신호가 지연된다. 따라서 결과적으로 이러한 연쇄적 여과 전체에 의해 고주파 신호가 지연되고, 아주 강하게 평활화되어 탑승자 보호시스템의 평가 논리에 도달하게 된다.

이에 본 발명의 과제는 탑승자 보호시스템 및 신호처리 방법을 더욱 발전시켜 오작동 위험을 높이지 않고 작동해야 할 경우를 보다 더 빠르게 인식할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 과제는 독립항의 특징에 의해 해결된다. 본 발명은 종속항에 의해 유용하게 확장되는 바, 이때 각 특징을 서로 결합하거나 확장하는 것도 생각해 볼 수 있다.

본 발명의 기본적인 발상은 신호 지연이 명확히 감소되는 것으로 증명된 1차 고역 통과를 사용한다는 것이다.

또한 -3dB 차단 주파수는 동작 주파수 범위 내에, 즉 낮은 동작 주파수 위에 있게 된다. 그 결과, 주파수 성분이 -3dB 차단 주파수에서 이미 -3dB로 감쇠되는 바, 즉 동작 범위 내에서 낮은 주파수는 더 많이 감쇠되지만 고주파 성분은 더 약하게 감쇠되어 동작 범위 내에서 주파수 성분 사이의 보정이 균일하게 이루어지지 않는다. 이는 어떤 신호의 주파수가 그 에너지에 있어서 원래 제곱으로 반응한다는 인식을 토대로 한 것이다. -3dB 차단 주파수가 동작 주파수 범위의 상위 1/2 또는 심지어 상위 1/3에 있다는 점이 특히 유용한 점으로서 증명되었다. 이때 동작 주파수 범위는 점점 더 감쇠하는 고역 통과에 의해 아래로 결정되고, 표본화 주파수나 또는 특히 고주파 반 알리아스 필터에 의해 위로 제한된다.

기술적으로 간단히 실현할 수 있는 이러한 필터의 크기 조정과 차단 주파수의 조절을 통해 작동해야 할 경우 신호처리장치에서 확실히 보다 더 신속하게 작동 결정을 내리고 작동하지 않을 경우를 충분히 구별할 수 있도록 할 수 있다.

이에 동작 범위가 아래로 제한되는 것은 기본적으로 고역 통과에 의해서 이루어지고, 동작 범위가 위로 제한되는 것은, 즉 동작 범위의 위 주파수는 특히 아날로그-디지털 변환의 표준화 주파수에 의해 이루어질 수 있는 바, 여기서 이 A/D 변환은 여과 전이나 또는 그 후에 이루어질 수 있다. 즉 여과가 아날로그 방식이나 디지털 방식으로 실행될 수 있다.

이제 모델 예시와 도면을 이용하여 본 발명에 대해 좀 더 자세히 설명하겠다. 이하에서는 기능상 동일한 요소 및/또는 동일한 요소를 동일한 참조 숫자로 표기할 수 있다.
도 1은 고체 전반음 원신호와 기존의 방법 및 본 발명의 방법에 따라 여과한 신호를 비교한 것이다.
도 2는 작동하지 않을 경우에 대한 여과된 신호의 상호 비교를 나타낸다.
도 3은 작동하지 않을 경우에 대한 여과된 신호의 상호 비교를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 필터의 주파수 응답을 나타낸다.

도 1a는 여과하지 않은 고체 전반음 원신호를 나타낸다. 도 1b에서는 이와 비교하여 기존의 방법으로 여과한 후 이 원신호에서 획득한 에너지 신호(점선 F2)와 본 발명에서 제안한 고역통과필터로 여과한 후 이 원신호에서 획득한 에너지 신호(실선 F1)를 간략히 표시하였다. 이 비교에서 기존의 방법보다 에너지 신호가 고체 전반음 원신호의 진폭을 훨씬 더 잘 나타낸다는 것을 잘 알 수 있다.

도 3은 도 1b를 더 높은 해상도로 표시한 그래프이다. 이 그래프에서, 고역 통과에 의한 여과(실선 F1)가 아주 강한 최초의 로컬 최대값을 제공하는 바, 그 적분 시 작동 임계값을 상당히 조기에 초과하지만, 이에 반해 신호 F2에서는 그 최대값이 F1에 비해 상당히 약하고 또 지연되어 나타난다는 것을 명확히 인식할 수 있다.

작동해야 할 경우 감도가 높은 것은 아직 특별히 놀랄만한 일이 아닐 수 있지만, 도 2에서 본 발명에 따른 여과 방법의 특별한 효과는 작동하지 않을 경우, 예를 들어 연석과의 측면 충돌에서 특히 잘 드러난다. 다시 말하여 작동하지 않을 경우 고체 전반음 신호의 에너지도 역시 처음 단계에서는 전체적으로 보아 비교적 크지만 주파수 분배는 다르다. 그러므로 작동하지 않을 경우 저주파 성분이 우선 가시적인 높은 고체 전반음 에너지의 기준이 된다.

하지만 고역통과필터의 크기를 조절하여 이 필터가 평가할 동작 주파수 범위 내에서 일정하지 않고 저주파 성분이 거기서 감지할 수 있을 정도로 감쇠되도록 하여 작동하지 않을 경우에도 개선된다. 그리하여 평가된 에너지가 고역 통과(실선 F1)에서 다시 조기에 증가하지만 기존의 필터(점선 F2)에서보다는 현저히 더 낮아진다.

이는 이 필터가 1차 고역 통과이고 그 -3dB 차단 주파수가 아래 동작 주파수의 위에, 특히 아래와 위의 동작 주파수 사이에 있기 때문이다.

따라서 작동하지 않을 경우 빈번히 발생하는, -3dB 차단 주파수 아래의 동작 주파수가 3dB 이상 감쇠되며, 이에 반하여 에너지가 강화되고 작동해야 할 경우 발생하는 높은 주파수는 거의 감쇠되지 않는다.

한 모델 예에서는 아래와 위의 동작 주파수가 2.5kHz와 15kHz 사이, 특히 5kHz와 10kHz 사이에 있으며, -3dB 차단 주파수는 5kHz와 10kHz 사이에 있으며, 특히 거의 7kHz이다. 하지만 이 값은 차량 타입에 따라 다르다. 왜냐하면 차량의 크기, 서스펜션, 완충 및 차체의 강도에 따라 진동 거동에 차이가 나고 이로써 고체 전반음 신호의 특성에도 차이가 있기 때문이다.

다른 모델 예에서는 아래와 위의 동작 주파수가 2.5kHz와 25kHz 사이, 특히 5kHz와 18kHz 사이에 있으며, -3dB 차단 주파수는 8kHz와 18kHz 사이에 있고 특히 거의 16kHz이다. 이 모델 예에서 고체 전반음의 저주파 성분 감쇠는 동작 범위 내에 더욱 강하게 작용한다. 예를 들어 5kHz에서 이미 -12dB이다. 이는 도 4에서 그러한 주파수 응답을 이용하여 간략히 도시되어 있다.

저주파 신호 범위의 영향을 특히 적게 유지하여, 센서가 장착되어 있을 하우징과 차량 구조의 반향 주파수를 방지하기 위해 평가장치에 도달하는 신호의 에너지는 주파수에 따라서도 균일하지 않은, 즉 일정하지 않은 보정에 의해 평가를 받는다.

주파수 성분이 높은 신호에는 시간 범위 내의 동일한 진폭에서 더 많은 에너지를 가지고 있다. 그러므로 높은 주파수 성분을 가지고 있는 신호는 필터 특성을 통해 주파수 성분이 낮은 신호보다 양적으로 더 많은 에너지를 가질 것이다. 어떤 특정한 주파수 범위부터는 센서의 하우징으로 전송할 때 발생하는 신호의 감쇠에 의해 고주파 신호 성분의 영향을 무시할 수 있는 바, 따라서 위의 한계 주파수를 실제로 고려하지 않을 때가 많다. 그 대신 필요하면 저역 통과를 동작 범위 위의 차단 주파수와 함께 투입할 수도 있는데, 특히 고주파 신호에서 적응할 때만 연결할 수 있을 것이다.

여과 후 어떤 불규칙한 평균이 추가될 수 있다. 이 평균은 절대값, 신호의 여과 및 신호의 데시메이션을 4kHz로 단일화한다.

이때 원래 신호의 데이터 전송속도가 어떤 특정 개수의 값을 합하여 가속도 신호의 신호 처리용으로 계획한 주파수, 예를 들어 밀리초당 4가(4kHz)로 줄어든다는 점에 특히 주의해야 한다

본 발명에 따른 방법과 적절한 탑승자 보호시스템에 의해 신호의 주파수 성분 평가가 개선된다. 아주 평평한 1차 기울기를 사용함으로써 저주파 신호가 고주파 신호보다 적게 평가된다. 따라서 신호의 주파수 성분을 에너지 측면에서 보다 더 정확하게 평가하게 된다. 여과는 대단히 간단하며 따라서 실현하기 쉽고 센서의 ASIC에서 적은 공간만이 필요할 뿐이다. 또한 불규칙한 평균과 결합된 1차 필터에 의한 여과 시간은 저역통과필터에 의한 여과 시간에 비해 짧다. 특히 측면 충돌 구역에서 원신호의 재현 개선에 의해 충동을 조기에 인식하고 작동하지 않을 경우와 구별하는 장점을 가지게 된다.

또한 대역 전체에 걸친 신호의 주파수 평가에 의해 지금까지는 아주 강한 필터에 의해 희생되었던 충돌 시 신호 성분을 평가하게 된다. 이는 정면 충돌 데이터 및 측면 충돌 데이터에서 나타난다. 여과된 (새 필터 및 기존의 필터) 상태와 원상태에서의 측면 충돌 데이터를 도시한 도 1에서 신호가 기존의 여과로 어느 정도 강하게 평활화되었으며, 이러한 평활화와 비교할 때 본 발명에 따른 새 여과가 신호 내의 짧은 고주파 신호 상승을 얼마나 더 잘 평가할 수 있는가를 알 수 있다.

그 외에도 신호의 에너지 평가를 개선함으로써 낮은 주파수 범위 내에서 많은 에너지를 가질 때가 많은 작동하지 않을 경우를 충돌 테스트에 비해 보다 더 잘 인식할 수 있다.

Claims (6)

1. 고체 전반음이 측정되고 필터에 의해 상기 고체 전반음의 주파수 성분이 할당되고 상기 주파수 성분이 아래 및 위 동작 주파수 사이에서 평가되는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법으로서,
   상기 필터는 1차 고역 통과이고, 상기 필터의 -3dB 차단 주파수가 상기 아래 및 위 동작 주파수 사이에 있는 것을 특징으로 하는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   동작 범위 내의 주파수 성분 사이에서 균일하지 않은 보정이 이루어지고,
   -3dB 차단 주파수 아래에 위치한 동작 범위 내의 주파수는 -3dB보다 더 많이 감쇠되고 -3dB 차단 주파수 위에 위치한 동작 범위 내의 주파수는 -3dB 보다 더 적게 감쇠되는 것을 특징으로 하는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 -3dB 차단 주파수가 상기 아래 및 위 동작 주파수 사이의 위 1/2에 있다는 것을 특징으로 하는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 아래 및 위 동작 주파수가 2.5kHz와 25kHz 사이에 있는 것을 특징으로 하는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 -3dB 차단 주파수가 8kHz와 18kHz 사이에 있는 것을 특징으로 하는,
   고체 전반음 신호의 신호처리 방법.
   
6. 적어도 고체 전반음에 반응하는 센서와 청구항 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 필터가 장착된 신호평가장치가 장착된,
   탑승자 보호시스템.
   

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