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더 좋은 센서가 보다 나은 에어백을 말한다

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2004-01-31 11:17:16

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2003년 11월
By Joerg Dittmer

에어백은 많은 사람을 위험으로부터 구해왔었지만 동시에 희생을 초래하기도 해왔다. 어린이나 체구가 작은 성인의 경우 에어백에 지나치게 가까이 앉아, 급격한 에어백의 팽창에 의해 부상을 당하거나 죽음에 이르기까지 한다. 초기 에어백은 벨트를 매지 않은 성인 남성을 보호하기 위해 만들어졌었지만 이와 같은 사실은 체구가 작은 사람들에게는 치명적일 수 있다.

이 문제와 관련하여 차단장치와 디파워 에어백이 생겨났다. 차단장치는 수동으로 에어백의 작동을 멈추도록 하며, 디파워 에어백은 체구가 작은 사람의 위험을 줄여주기도 하지만 작동을 멈추어야 하는 상황에서 쉽게 이를 잊어버리는 등의 오작동를 줄이기 위해, 체구가 큰 사람의 경우 보다 효과적인 전개를 위해 자동장치가 선호되고 있다.

때문에 시스템 제조업자들은 더욱 진보적인 기술을 위해 수년간 노력하고 있다. 그 중에는 에어백의 전개 압력을 달리하여 작동하도록 하거나 전개압을 둘로 나뉘게 하는 시스템도 있다. 만일 하나의 가스발생기가 전체 가스양의 40%를 충전하고 다른 하나가 60%를 충전하게 되면, 에어백은 상황에 따라40, 60, 100% 작동을 하거나 아예 하지 않을 수도 있다. 또한 일차적으로 운전자를 운전대에서 밀어내고 충돌이 심할 경우에는 더욱 성능이 뛰어난 에어백이 전개하여 운전자를 보호할 수 있게 하는 등, 두 단계로 나뉘어 작동하게 할 수도 있다.

하지만 이와 같은 전략에는 승객의 승차자세와 무게 및 충돌 강도에 대한 정보를 판단하는 전자제어장치 (Electronic control Unit)가 필수적이다. 에어백과 관련된 감지기(센서)는 이제 연구단계를 지나 차량제조단계로 접어들고 있다.

승객 (탑승자) 감지 (Occupant Detection)

그 동안 자동차의 승객을 감지하기 위한 여러 가지 기술들이 개발되었다. 이 시스템들은 승객이 에어백에 너무 가까이 앉게 되어 에어백의 작동이 보호보다 해가 됨을 감지하며, 유아용 카시트가 설치되었을 경우에는 작동을 멈추기도 한다. 몇몇 시스템은 정면 에어백 에, 또는 측면 에어백에 사용된다.

좌석 내부에 설치하는, 가장 간단하면서도 이로 인해 상당한 초기 시장점유율을 갖게 된 기술은 바로 좌석 아래의 액체주머니를 이용한 것이었다. 승객이 좌석에 앉게 되면 승객의 무게로 이 주머니가 눌리게 되면 압력센서가 무게를 감지했던 것이다. 또한 유아용 카시트를 고려한 벨트탄력 감지기도 사용되었는데, 이는 성인이 벨트를 착용했을 때 보다 유아용 카시트에 벨트를 장착할 경우 더욱 팽팽하게 조정했던 것이다. Delphi Corporation 은 이 기술을 포드와 제네럴 모터에 공급하였다

Elesys North America Inc.는 미국 혼다에 보다 발전적인 시스템을 공급하고 있다. Elesys 시스템은 등 받침에 낮은 전압의 전계(electric field)를 방사하는 감지기를 설치한다. 승객이 이 좌석에 앉으면 전계를 방해하게 되고 자동제어장치가 승객의 무게와 승차위치를 감지하게 된다.

주요 에어백 시스템 공급자인Autoliv Inc 는 네 가지 초음파 센서를 이용한 보조안전시스템을 도입했다. 초음파센서는 음파를 감지하여 자동제어장치가 승객의 무게와 승차위치를 측정하도록 하는 것으로 현재 이 시스템은 재규어에 설치되고 있다.

Siemens VDO Automotive 는 등 받침에 설치된 스트레인게이지(strain gauge)를 이용한 시스템을 개발하였다. 탑승자가 자세를 바꾸면 센서가 그 차이를 감지하여 자동제어장치에 전달하게 되는 것으로 Siemens VDO 는 이 시스템이 2005년 모델에 사용될 것이라고 예상하고 있다.

TRW Automotive 다임러크라이슬러에 스트레인게이지를 기본으로 하는 승객분류시스템(Occupant Classification System)을 공급하고 있다. 또한 이 회사는 오버헤드 콘솔에 장착된 스테레오 카메라를 이용한 시스템을 개발 중이다. 물론 이 시스템은 견고한 처리능력를 요구하고 있지만 다른 시스템이 필요로 하는 복합적인 감지기가 사용되지 않기 때문에 가격경쟁력이 있을 것이라고 예상하고 있다. TRW는 2007년부터 이 기술을 공급하려 한다.

표1은 승객보조안전장치 기술에 대한 요약이다.

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승객 보조안전장치의 목표는 어떠한 상황에서도 적절하게 작동하는 시스템을 개발하는 것이다. 예를 들면, 탑승자가 좌석 등 받침에 자신의 몸을 기대거나 가운데 좌석에 앉은 사람이 오른쪽에 탑승한 사람에게 기대었을 때도 시스템에 혼란이 오지 않음을 말한다.

크래쉬 센서 (Crash Sensors)

초기 에어백장치는 전기기계장치였다. 자력이나 탄성력이 무게를 감지하게 되면 심한 충돌 시 앞부분으로 이동하여 에어백을 팽창시키는 전자회로를 작동하게 했다.

오늘날의 크래쉬센서는 전자 및 기계적 성질을 이점으로 하는 실리콘을 사용한 정밀전자기계장치(Micro electrometrical structure, MEMS)이다. 자동차가 운행방향을 바꾸면 센서의 실리콘이 구부려지면서 전자구조에 변화를 일으키고, 자동제어장치는 이를 받아들여 감속에 대비한 에어백 전개를 준비하게 된다.

원래는 중심부에 위치한 정밀전자기계장치(MEMS)만이 사용되었으나, 지금은 추가적인 위성 센서를 몇몇 자동차의 정면과 측면에 사용하고 있다. 기존의 ‘예/아니오’로 보내진 스위치 타입의 감지기보다 훨씬 많은 양의 정보를 제공하는 정밀전자기계(MEMS) 센서는 자동제어장치가 충돌의 강도와 방향을 판단하고, 에어백이 적절하게 전개될 수 있도록 한다.

자동차 전복 보호시스템 또한 관련된 기술이라고 할 수 있다. 이 시스템은 자동차의 운행을 감시하기 위해 차체 세로축에 각도측정센서를 부착하고, 몇몇 개의 low-G 가속도 센서를 사용한다. 자동제어장치는 이 센서들로부터의 정보를 판단하며, 전복이 예상될 경우에는 시트벨트를 팽팽하게 조정하고 측면 에어백을 부풀리며 경우에 따라서는 창문과 선루프를 닫기도 한다. 자동차 제조업체들은 일부 자동차에 이 기술을 도입하려 하고 있다. 특히 스포츠 유틸리티 차량(SUV) 의 경우에는 일반 자동차보다 무게의 중심이 높아 급회전 시 전복의 가능성이 높다. 따라서 SUV 는 이 신기술을 도입하게 되는 우선적인 차종이라고 할 수 있다.

차트1은 자동차의 축과 운동방향을 보여준다.

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결론 (Conclusion)

미국정부가 자동차 제조업체들에게 안전한 에어백 시스템 의무장착을 지시하게 됨에 따라 승객 보조안전 시스템은 급격한 증가추세를 보이고 있다. 이 법규는 2003년 9월 1일부터 2005년 8월 31일까지 집행되며, 해당 기간 이후에 제조되는 모든 자동차는 스마트 에어백 시스템을 설치해야 한다.

승객 보호용 스마트 에어백 시스템은 더욱 세밀해지고 그 물량이 늘어남에 따라 당연한 가격 하락이 예상된다. 자동차 제조업체는 매년 에어백 공급업체들에게 비용절감을 요구하고 있으며, 치열한 경쟁은 공급자로 하여금 자동차 제조업체의 요구를 수용토록 하고 있다. 현재 자동차 제조업체는 각 스마트 에어백 시스템에 대해 $55에서 $60을 지불하고 있으나 2007년에는 시스템 수준이 더 나아지더라도 그 비용은 $40에 불과할 것으로 예상된다. 보다 진보적인 시스템의 제조업자들은 더욱 향상된 수준의 기능을 제공하는 시스템을 제공하더라도 기본적인 시스템에 대한 가격과 맞아야 한다는 것을 알고 있다.
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