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나를 지켜주는 자동차
(육상교통안전)
6~8 차시
고등학교
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[학생용]
학습목표
2009 개정 교육 과정
물 리
Ⅰ
- 뉴턴의 운동법칙을 1차원 운동에 적용하고, 스포츠 등에서 충격량 과 운동량 변화의 관계를 이해한다.
공 학 기 술
- 미래의 공학기술 동향과 발전하게 될 공학 분야의 직업의 세계에 대한 이해를 통해 자신의 진로와 연관 지어 자기 적성 인식을 강 화하고 이를 진로 계획 수립에 적용할 수 있다.
내용 목표
- 자동차 안전에 관련된 기술을 자동차 모형을 이용해 설명할 수 있다.
- 모의 충돌 실험을 통해 운동량과 충격량의 관계를 설명할 수 있다.
- 모의 충돌 실험을 통해 충격량을 최소화시키는 방안을 설계할 수 있 다.
과정 목표
- 모의 충돌 실험을 통한 안전한 자동차를 설계, 제작해봄으로써 성취감 경험한다.
- 현재 자동차 안전기술을 조사하는 과정을 통해 과학 기술의 유용성을 인식한다.
- 자동차 설계를 위한 아이디어를 창출하는 과정에서 의사소통의 중요성 인식한다.
고등학교 STEAM
나를 지켜주는 자동차
(육상교통안전)
프롤로그
■ 지능형 자동차
지능형 자동차는 전기, 전자, 통신, 기계, IT 기술과의 융합을 통해 안전성 및 편 의성을 획기적으로 향상시킨 자동차로 주행 안정성을 극대화시킨 첨단 안전차량이 다. 지능형 자동차는 고안전 지능형차량(Advanced Vehicle Safety : ASV), 차량정보 통신 텔레메틱스, 첨단교통시스템(Inteliigent Transportation System : ITS)로 구성되 어 각기 자율주행, 차량 네트워크 시스템, 첨단안전시스템, 차량정보통신 내비게이 션, 텔레메틱스로 이루어져 있다.
지능형 자동차의 안전 기술은 종래의 자동차 기계기술에 IT 기술과 전자제어기술 등의 융합을 통해 차량의 결함, 사고 예방 및 회피, 충돌 등 위험상황으로부터 운전 자 및 탑승자를 보호하여 교통사고 및 피해를 획기적으로 줄일 수 있는 기술로 정 의된다.
등장배경으로는 첫째, 매년 증가하는 교통사고 건수와 인명 및 재산피해에 대한 위험은 안전성 개선에 대한 연구와 투자를 더욱 증대시킨다. 교통사고 사망자 수를 줄이기 위해 세계적으로도 자동차 탑승자의 안전과 편익을 우선해 오던 자동차 기 술이 요즘에는 보행자를 보호하는 쪽으로 진화하고 있다.
둘째, 자동차 부품의 전자화이다. 자동차에 장착되는 IT 기기 센서, 소프트웨어가 증가하고 있으며, 최근 애플 등 IT 기업의 자동차 시장 공략이 본격화되고 있다. 전 자부품 및 기기의 제조원가 비중이 2012년에 20~25%에서 2015년에는 40%로 증 가할 것으로 전망된다.
셋째, 자동차 안전에 대한 각국 정부의 규제 강화 및 표준화 확대이다. 안전 규제 및 시스템 장착을 의무화하고 있으며, 시스템 상용화를 위한 국제 표준 제정 작업 도 활성화되고 있다. 보행자 안전을 고려한 자동차 기술은 선택이 아니라 의무로 변해가고 있다.
[출처]
지능형자동차 안 전기술 개발 동 향 – 대구기계부 품연구원
용, 차량-노변간, 차차간 정보를 융․복합한 V2X 통합 안전기술이 있다.
지능형 자동차 안전시스템은 정보제공 및 경고, 사고회피, 추돌 피해 경감, 충돌 후 피해 경감, 피해 확대 방지 등으로 분류된다.
정보 제공 및 경고로는 지능형 순항제어(Intelligent Cruise Control : ICC), 차선유 지 도움장치(Lane Keeping Assist System : LKAS), 적응형 전조등 시스템(Adaptive Frontlighting System : AFS), 지능형 야간 투시 시스템(Intelligent Night Vision System : INVS), 사고 회피로는 브레이크 잠김 방지(Anti-lock Brake System : ABS), 차량 안정 어시스트(Vehicle Stability Assist : VSA), 추돌 피해 경감으로는 충돌 완 화 브레이크 시스템(Collision Mitigation Brake System : CMBS), 비상 스티어링 어 시스트(Emergency Steering Assist : ESA) 등이 있다. 충돌 후 피해 경감으로는 안전 차체 구조(Safety Body Structure : SBS), 보행자 안전시스템(Pedestrian Safety System : PSS), 에어백, 안전벨트 등이 있다. 피해 확대 방지로는 차량 화재발생 제 어, 차량 탈출/구출 용이 설계, 의료기관 지원시스템, E-Call 등이 있다.
이러한 안전기술 중 능동형 머리보호장치(Active Head Restraint : AHR)는 운전 중 갑자기 자동차 뒷면의 충돌사고가 발생할 때 즉각 앞으로 튀어나와 운전자의 머리 를 지지하여 다시 부딪히는 것을 방지한다. 추돌사고 시, 목에 가해지는 압력을 최 소화하여 골절 위험을 줄여주며, 의자 등받이와 머리 지지대가 동시에 쿠션 역할을 하여 머리와 허리의 충격을 완화시켜 줌으로써 목 부상을 줄여주는 카 시트에서 진 화된 것이다.
둘째, 스마트 에어백은 차량 충돌 감도의 검출/결정, 승객들의 위치와 데이터의 검출, 안전벨트 사용 여부 및 유아시트 존재여부 검출 등을 신속히 판단해서 충돌 시 에어백과 승객 시트벨트 프리텐셔너(pretensioner)의 작동을 명령하여 승객의 상 해를 최소화한다.
셋째, 첨단 안전벨트 제어기(Advanced Seat Belt Pretentioner : ASBP)이다. 기존 의 안전벨트 제어기 시스템은 차량사고가 발생했을 때 운전자가 확실히 의자에 안 착할 수 있도록 안전벨트를 조여준다. 반면, 첨단 안전벨트 제어기는 충돌이 임박했 을 때 자동적으로 의자와 벨트를 조정하여 충돌로부터 신체를 보호한다.
넷째, 전자 자세 제어(Electronic Stability Control : ESC)이다. 전자식 주행 안정화 장치(Electronic Stability Program : ESP)는 운전자가 원하는 것과 다르게 자동차가 움직이게 되면 이것을 인지하고 자동차 휠을 각각 별도로 제어하여 자동차를 안정 화 시켜준다. 2세대 전자식 주행 안정화 장치에서는 타이어가 타이어와 노면 사이 에 작용하는 힘을 측정하는 센서의 역할을 수행한다.
다섯째, 차량거리 제어장치는 자동차 안전을 실현하는 다기능 안전장치 기술의 하나로 차량거리 제어장치의 상용화가 활발히 진행중이다. 앞차간 차간거리, 상대속 도를 레이저 레이더나 미리파 레이더로 측정하여 차간거리를 일정하게 유지하는 시 스템이다.
여섯째, 시선추적시스템은 계기판에 놓인 카메라들을 이용해서 운전자의 눈, 입과 같은 기준점을 추적하여 차 안에 위치한 컴퓨터로 운전자가 졸음의 초기상태나 시 선을 주는 모든 곳과 눈을 깜박거리는 것까지 감시하여 사고를 당하기 전에 자동차 가 경로를 보낸다.
■ 스마트자동차
(출처 : 스마트자동차 – MDS테크놀로지)스마트 자동차의 사전적 의미는 '첨단의 컴퓨터·통신·측정기술 등을 이용하여 자 동으로 운행할 수 있는 차량' 즉, 자동차에 장착된 지구위치측정위성시스템(GPS, Global Positioning System) 수신기로 정확한 위도와 경도를 통보받아 계기판에 정 밀한 지도를 제시하고, 현 위치에서 목적지까지 가장 효율적으로 가도록 해 주는 차량이다. 또한, 지리정보 데이터베이스에서 정보를 인출하여 해당 지역의 역사나 특산품, 호텔 등의 위치도 알려 준다. (시사경제용어사전, 기획재정부, 2010년 11월) 불과 몇 년 전에 정의한 내용이지만 현재 통용되고 있는 스마트 자동차의 의미로 보면 협의의 정의라고 볼 수 있다. 그만큼 다양한 산업과 임베디드SW의 융합을 통 해 스마트 자동차가 더욱 많은 기능과 편의를 제공할 수 있도록 빠른 속도로 발전 하고 있기 때문이다. 최근 스마트 자동차는 기계 중심으로 발전해 온 자동차 기술 에 차세대 전기전자, 정보통신, 지능제어 등의 기술을 접목, 자동차 주변과 차량 내 장치들의 정보를 실시간으로 수집하여 안전성을 증가시키고, 다양한 편의 기능을 추가한 환경 친화적인 차량으로 진화하고 있으며, 가까운 미래에 자율주행이 가능 한 무인자동차로 발전할 것으로 전망된다.
■ 스마트자동차 기술
(출처 : 스마트자동차 – MDS테크놀로지)스마트 자동차 기술은 크게 안전과 편의 측면으로 나눌 수 있으며, 궁극적으로는 자율주행 기술로 발전해 나아갈 것으로 전망된다.
• 스마트 안전 측면 : 차량 결함, 사고예방 및 회피, 충돌 등 위험상황으로부터 운 전자 및 탑승자를 보호하여 교통사고 및 피해를 획기적으로 경감하는 기술
• 스마트 편의 측면 : 자동차에 흥미를 부여하고 운전자 편의를 극대화하여, 자동 차를 가정, 사무실에 이은 제3의 주거공간으로 활용하는 기술(스마트카 표준동 향, KATS, 2013)
• 자율주행 : 차량에 설치된 센서, 카메라 등으로 교통신호, 차선, 장애물 등에 대 한 정보를 수집하고 이를 차량에 내장된 컴퓨터가 수집해 주변 상황에 맞게 차 량을 운행하는 기술을 말한다.
■ 자동차 안전기술
(출처 : 스마트자동차 – MDS테크놀로지)자동차 안전기술은 자동차와 도로, 기후, 장애물 등의 주변상황을 인식하여 자동 차를 능동적으로 제어함으로써 안전도를 높이는 기술을 말하며, V2X(Vehicle to Vehicle, Vehicle to Infrasructure, Vehicle to Nomadic 등) 통신 기술과의 융합으로 교통사고를 획기적으로 저감시킬 것으로 기대된다.
안전한 모형 자동차 경진대회
상황제시
주말에 인기 있는 TV 프로그램을 보고 있었는데 레이싱을 주제로 출연자가 직접 운전을 배우고, 실제 대회에 참가하는 내용이었습니다. 레이싱을 배우고 훈련하다 큰 사고를 당하는 장면을 보게 되었습니다. 차는 아주 많이 망가졌지만 운전자는 크게 다치지 않았는데, 여러 안전장치 때문인 것을 알게 되었습니다.
월요일에 학교에 갔는데 친구가 목에 깁스를 하고 나타났습니다. 깜짝 놀라 다친 이유를 물어보니, 친구는 주말에 가족과 여행을 다녀오다 작은 접촉사고가 났다고 했습니다. 살짝 부딪혀 그 당시에는 아프지 않았지만, 점점 목 부분이 아파 결국 병 원에 가서 깁스를 했다고 합니다. 친구는 아프기도 하지만 여러 가지로 불편해 했 습니다. 힘들어하는 친구를 보며 좀 더 안전한 자동차 기술은 없을까 생각했습니다.
다음날 동아리 시간에 선생님께서 안전한 자동차 경진대회를 개최한다고 하셨습 니다. TV 프로그램을 통해 자동차에 대한 흥미도 생겼고, 친구를 보며 좀 더 안전 한 자동차를 실제로 만들어 볼 수 있는 좋은 기회라 생각되었습니다.
[출처]
http://www.i mbc.com/br oad/tv/ent/c hallenge/clip /index.html?l ist_id=59432 97
http://www.j starclub.com /3670
안전장치 원리
선생님께서 우선 대회 개최를 위해 홍보물을 제작하면 좋겠다고 말씀하셨습니다.
다른 학생들도 많이 참여할 수 있도록 안전 기술에 대한 정보도 담고 있고 시각적 으로도 아름다운 홍보물을 제작하려고 합니다.
활동과 내용
■ (활동 1) : 홍보물에는 어떤 내용을 넣을까?
효과적인 홍보물이 되기 위해 홍보물에는 어떤 내용이 들어가야 할까요?
■ (활동 2) : 자동차에는 어떤 안전 기술이 있을까?
현재 자동차에 적용되어 있는 안전장치는 어떤 것들이 있을까요? 조사하여 간단 히 정리해 봅시다.