프롤로그
7. 학습 내용
간, 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), 차선유지 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 어 시스트(Vehicle Stability Assist : VSA), 추돌 피해 경감으로는 충돌 완화 브레이크 시스 템(Collision Mitigation Brake System : CMBS), 비상 스티어링 어시스트(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 제어, 차량 탈출/구출 용이 설계, 의료기 관 지원시스템, E-Call 등이 있다.
이러한 안전기술 중 능동형 머리보호장치(Active Head Restraint : AHR)는 운전 중 갑 자기 자동차 뒷면의 충돌사고가 발생할 때 즉각 앞으로 튀어나와 운전자의 머리를 지지 하여 다시 부딪히는 것을 방지한다. 추돌사고 시, 목에 가해지는 압력을 최소화하여 골 절 위험을 줄여주며, 의자 등받이와 머리 지지대가 동시에 쿠션 역할을 하여 머리와 허 리의 충격을 완화시켜 줌으로써 목 부상을 줄여주는 카 시트에서 진화된 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 에어백 과 승객 시트벨트 프리텐셔너(pretensioner)의 작동을 명령하여 승객의 상해를 최소화한 다.
로 의자와 벨트를 조정하여 충돌로부터 신체를 보호한다.
넷째, 전자 자세 제어(Electronic Stability Control : ESC)이다. 전자식 주행 안정화 장 치(Electronic Stability Program : ESP)는 운전자가 원하는 것과 다르게 자동차가 움직이 게 되면 이것을 인지하고 자동차 휠을 각각 별도로 제어하여 자동차를 안정화 시켜준 다. 2세대 전자식 주행 안정화 장치에서는 타이어가 타이어와 노면 사이에 작용하는 힘 을 측정하는 센서의 역할을 수행한다.
다섯째, 차량거리 제어장치는 자동차 안전을 실현하는 다기능 안전장치 기술의 하나 로 차량거리 제어장치의 상용화가 활발히 진행 중이다. 앞차간 차간거리, 상대속도를 레 이저 레이더나 미리파 레이더로 측정하여 차간거리를 일정하게 유지하는 시스템이다.
여섯째, 시선추적시스템은 계기판에 놓인 카메라들을 이용해서 운전자의 눈, 입과 같 은 기준점을 추적하여 차 안에 위치한 컴퓨터로 운전자가 졸음의 초기상태나 시선을 주 는 모든 곳과 눈을 깜박거리는 것까지 감시하여 사고를 당하기 전에 자동차가 경로를 보낸다.
■ 스마트자동차
(출처 : 스마트자동차 – MDS테크놀로지)스마트 자동차의 사전적 의미는 '첨단의 컴퓨터·통신·측정기술 등을 이용하여 자동으 로 운행할 수 있는 차량' 즉, 자동차에 장착된 지구위치측정위성시스템(GPS, Global Positioning System) 수신기로 정확한 위도와 경도를 통보받아 계기판에 정밀한 지도를 제시하고, 현 위치에서 목적지까지 가장 효율적으로 가도록 해 주는 차량이다. 또한, 지 리정보 데이터베이스에서 정보를 인출하여 해당 지역의 역사나 특산품, 호텔 등의 위치 도 알려 준다. (시사경제용어사전, 기획재정부, 2010년 11월) 불과 몇 년 전에 정의한 내 용이지만 현재 통용되고 있는 스마트 자동차의 의미로 보면 협의의 정의라고 볼 수 있 다. 그만큼 다양한 산업과 임베디드SW의 융합을 통해 스마트 자동차가 더욱 많은 기능 과 편의를 제공할 수 있도록 빠른 속도로 발전하고 있기 때문이다. 최근 스마트 자동차 는 기계 중심으로 발전해 온 자동차 기술에 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, 가까 운 미래에 자율주행이 가능한 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
‘교통사고 줄이기 운동’의 일환으로 안전한 모형 자동차 경진대회를 개최합니다.
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.
■ 에어백
(출처 : KISTI 과학향기)에어백은 자동차 사고 발생 시 부상을 줄이기 위한 안전장치의 일종이다. 탑승자 의 전면이나 측면에 설치된다. 평소에는 작아져 있던 주머니가 사고가 나서 발생하 는 순간 기체로 채워지면서 부풀어 사람이 받는 충격을 줄여준다.
에어백의 작동조건은 에어백의 종류와 차종에 따라 조금씩 차이가 있는데, 정면 충돌 에어백은 대체로 정면에서 좌우 30도 정도 이내의 각도에서 유효충돌속도가 약 20~30km/h 이상일 때 작동한다. 자동차 사고는 불시에 일어나듯 에어백의 작동 도 ‘눈 깜짝할 사이’에 이뤄져야 한다. 통상적으로 에어백이 충돌을 감지한 후 작동 되는 시간은 0.03~0.05초이며 펼쳐진 이후에도 운전자의 시야를 가리지 않기 이해 바로 꺼지게 되어 잇다. 이렇게 짧은 시간에 에어백을 부풀릴 만큼의 기체를 발생 시키는 것은 통상적인 방법으로는 매우 어려운 일이다. 에어백을 부풀리기 위해서 는 나트륨과 질소로 이루어진 ‘아지드화 나트륨(NaN3)’이라는 화합물을 이용하는데 이는 350℃ 정도의 높은 온도에서도 불이 붙지 않으며 충돌이 일어나도 폭발하지 않을 정도로 안정적인 화합물이다. 그러나 이 화합물 속에 ‘산화철’이 섞이게 되면 순간적으로 높은 열이 발생하면서 불꽃이 생기게 되는데 이 불꽃 때문에 ‘아지드화 나트륨(NaN3)’은 3/100초 이내에 분해되면서 에어백 속에 많은 양의 질소를 삽입시 켜 부풀리게 합니다. 에어백에는 아주 작은 구멍이 무수히 뚫려 있어 부풀어 오른 에어백은 시간이 지나면 원래의 모습으로 되돌아가게 된다.
[참고자료]
에어백의 작동원 리와 종류 - 아 주캐피탈
■ 브레이크 잠김방지 장치(ABS)
(출처 : 두산백과)자동차가 달릴 때는 4개 바퀴에 똑같은 무게가 실리지 않는다. 이런 상태에서 급 제동을 하면 일부 바퀴에 잠김 현상(lock-up)이 발생한다. 이것은 차량이 미끄러지 거나 옆으로 밀려 운전자가 차의 방향을 제대로 제어할 수 없게 된다. 이러한 문제 를 방지하려면 바퀴가 잠기지 않도록 브레이크를 밟았다 놓았다 하는 펌핑을 해주 어야 한다. 이 펌핑 작동을 전자제어장치나 기계적인 장치를 이용하여 1초에 10회 이상 반복되면서 제동이 이루어지도록 한 것이 그 원리이다.
ABS는 보통 브레이크와 같은 시스템의 부스터와 마스터실린더에 전자제어장치인 ECU(electronic control unit), 유압조정장치인 HCU(hydraulic control unit), 바퀴의 속도를 감지하는 휠센서(wheel sensor), 브레이크를 밟은 상태를 감지하는 PTS(pedal travel switch)로 이루어진다. ABS가 장착된 자동차는 바퀴마다 스피드센 서가 달려 있어, 여기서 감지되는 정보를 분석하여 만일 한쪽 바퀴가 잠기면 그 바 퀴만 펌핑을 해주어 네 바퀴의 균형을 유지시킨다. 따라서 자동차가 미끄러지는 스 키드 현상이 일어나지 않아 조종력을 잃지 않으며 바퀴가 잠기지 않아 제동거리도 훨씬 짧아진다. 다만, 브레이크 조작과 관련된 기계적 반동이 페달에도 그대로 전달 되어 페달이 떨리고 소음이 발생하는 수가 있다.
[참고자료]
ABS - 두산 백과
■ 안전벨트 제어기(SBP)
(출처 : 정진 하이테크)안전벨트 제어기는 차량 앞 방향으로부터 충돌이 감지되면 안전벨트를 순간적으 로 되감아 주어 승객이 앞 방향으로 쏠리는 것을 방지하여 안전벨트의 효과를 향상 시키는 장치이다. 안전벨트 제어기는 에어백 시스템과는 별도로 차량의 감속도를 기계적으로 감지하여 가스발생기의 작동에 의한 안전벨트를 되감아주는 기능이 기 계적으로 작동된다. 안전벨트 제어기는 운전석과 조수석에 장착되며 각각 별도로 작동한다.
제어기의 작동은 센서, 액츄에이터, 클러치로 구성되어 있으며, 제어기의 오작동 을 방지하기 위한 안전버튼과 안전벨트 착용감지기가 있다. 차량충돌에 따른 차량 앞방향의 감속도가 감지되면 센서메스(Sensor Mass)가 이동하면서 트리거 구속 장 치가 해제된다. 이때 트리거 위에 있는 스프링 힘에 의해 트리거가 가스 발생기 작 동을 위한 화약 뇌관을 직접 쳐서 가스발생기를 기계적으로 작동시킨다. 가스발생 기에서 순간적으로 발생된 가스압력이 실린더 내의 피스톤을 밀어 올린다. 이때 피 스톤에 연결되어 있는 와이어가 당겨지면서 클러치가 작동한다. 액츄에이터가 작동 할 때 와이어가 당겨지면서 클러치가 고정되고 안전벨트를 되감아 준다.
[참고자료]
안전벨트 제 어기 – 정진 하이테크