이 연구에서는 자동차용 에어백 작동에 쓰이는 가속 센서에 대해, 그 실장 방법에 따른 신호 전달 차이를 해석하였다. 실장 방법은 기존에 쓰이는 하우징을 사용한 모듈 형태와, 센서를 직접 자동차의 구조물에 접합재를 사용하여 부착하는 두 가지 방법을 고려하였다. 신호 전달을 분석하기 위하여, 충격 실험 장비가 구축되었고, ㄷ자형 알루미늄 채널을 이용하여 그 표면에 기존의 모듈 채결 방법과 센서를 직접 부착하는 방법을 사용하여 시편을 제작하여, 충돌 실험 후 측정된 파형을 비교하여 그 차이를 분석하였다. 또한 유한요소법을 이용하여 충격 실험을 모사하였고, 계산 결과를 실험 데이터와 비교하였다. 그 결과, 기존의 모듈형태의 부착 방법보다, 이 연구에서 제시된 접착제에 의해 직접 부착된 센서가 측정한 신호가 상대적으로 잡음없이 깨끗하고 강한 것을 알 수 있었으며, 또한 에어백 센서와 같은 MEMS 센서는 부착 방법에 따라 주변의 간섭 효과에 의해 그 성능이 크게 변하는 것을 알 수 있었다.
이 연구에서는 자동차용 에어백 작동에 쓰이는 가속 센서에 대해, 그 실장 방법에 따른 신호 전달 차이를 해석하였다. 실장 방법은 기존에 쓰이는 하우징을 사용한 모듈 형태와, 센서를 직접 자동차의 구조물에 접합재를 사용하여 부착하는 두 가지 방법을 고려하였다. 신호 전달을 분석하기 위하여, 충격 실험 장비가 구축되었고, ㄷ자형 알루미늄 채널을 이용하여 그 표면에 기존의 모듈 채결 방법과 센서를 직접 부착하는 방법을 사용하여 시편을 제작하여, 충돌 실험 후 측정된 파형을 비교하여 그 차이를 분석하였다. 또한 유한요소법을 이용하여 충격 실험을 모사하였고, 계산 결과를 실험 데이터와 비교하였다. 그 결과, 기존의 모듈형태의 부착 방법보다, 이 연구에서 제시된 접착제에 의해 직접 부착된 센서가 측정한 신호가 상대적으로 잡음없이 깨끗하고 강한 것을 알 수 있었으며, 또한 에어백 센서와 같은 MEMS 센서는 부착 방법에 따라 주변의 간섭 효과에 의해 그 성능이 크게 변하는 것을 알 수 있었다.
In this study, a new airbag sensor packaging technique of directly attachment by adhesive to the automobile frame is introduced. To assess the feasibility for the packaging, a test instrument was manufactured to examine the impact sensibility by drop tests. The conventional sensor module attached me...
In this study, a new airbag sensor packaging technique of directly attachment by adhesive to the automobile frame is introduced. To assess the feasibility for the packaging, a test instrument was manufactured to examine the impact sensibility by drop tests. The conventional sensor module attached mechanically by bolts with plastic housing and the new sensor packaging were installed to aluminum channel, and the results were compared with each other. Numerical analysis was also performed to investigate the signal characteristics created by the sensors. The preliminary results showed that the pattern of the MEMS sensor signal was strongly dependent on the structural behavior of the frame where the sensors were installed, which indicated the complexity of the packaging design for proper airbag deployments.
In this study, a new airbag sensor packaging technique of directly attachment by adhesive to the automobile frame is introduced. To assess the feasibility for the packaging, a test instrument was manufactured to examine the impact sensibility by drop tests. The conventional sensor module attached mechanically by bolts with plastic housing and the new sensor packaging were installed to aluminum channel, and the results were compared with each other. Numerical analysis was also performed to investigate the signal characteristics created by the sensors. The preliminary results showed that the pattern of the MEMS sensor signal was strongly dependent on the structural behavior of the frame where the sensors were installed, which indicated the complexity of the packaging design for proper airbag deployments.
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문제 정의
이 방법은 앞에서 설명된 하우징을 이용한 부착 방법이 가질 수 있는 잡음과 간섭을 근본적으로 제거하기 위함이다. 이 연구는 이 방법을 직접 차체에 부착하기 전, 간단한 실험을 통하여 기존의 하우징을 이용하여 설치하는 방법과 새로운 방법이 충격을 받았을 때 어떻게 다른 신호를 발생하는가에 대한 고찰이다. 간단한 ㄷ 형태의 알루미늄 채널에 두형태의 센서를 부착하고 동일한 충격을 받았을 때 발생하는 시그널을 측정하여 비교한다.
제안 방법
이 연구는 이 방법을 직접 차체에 부착하기 전, 간단한 실험을 통하여 기존의 하우징을 이용하여 설치하는 방법과 새로운 방법이 충격을 받았을 때 어떻게 다른 신호를 발생하는가에 대한 고찰이다. 간단한 ㄷ 형태의 알루미늄 채널에 두형태의 센서를 부착하고 동일한 충격을 받았을 때 발생하는 시그널을 측정하여 비교한다. 또한 유한 요소법을 이용하여 충격 실험에 대한 모사를 실시, 그 결과를 계산하여 두 설치 방법에 대한 차이를 해석한다.
간단한 ㄷ 형태의 알루미늄 채널에 두형태의 센서를 부착하고 동일한 충격을 받았을 때 발생하는 시그널을 측정하여 비교한다. 또한 유한 요소법을 이용하여 충격 실험에 대한 모사를 실시, 그 결과를 계산하여 두 설치 방법에 대한 차이를 해석한다.
이 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 하우징을 이용한 설치방법을 대신하여, 센서를 접합제를 이용, 직접 자동차의 차체에 부착하는 방법을 제시한다. 이 방법은 앞에서 설명된 하우징을 이용한 부착 방법이 가질 수 있는 잡음과 간섭을 근본적으로 제거하기 위함이다.
대상 데이터
2는 센서 1과 센서 2를 보여 주고 있다. 센서 1을 위한 회로 기판은 표면에 잘 부착하기 위해 연성 기판을 사용하였다.
5 kg이고, 충격 시 속도는 10 km/hr이었다. 충격 실험에 사용된 구조물은 단면이 ㄷ자 형태로 되어 있는 알루미늄 1000계열의 채널이다. 이 시편의 한 면에는 이 연구에서 제시하는 센서(센서 1)를, 다른 한 면에는 하우징을 이용해 센서(센서 2)를 설치하였다.
이론/모형
위에서 설명된 충격 실험에 대한 해석을 위해서 유한요소 상용코드(ABAQUS 6.13)을 이용하여 실험에 대한 모사를 수행하였다. Fig.
성능/효과
일반 전장품에 사용되는 구동칩과는 달리 움직이는 부위를 가지고 있는 MEMS 센서, 특히 에어백에 사용되는 가속 센서는, 결국센서에 전달되는 힘 혹은 가속도에 의해 신호가 발생하기 때문에, 같은 하중 조건이더라도 그 힘이나 가속도가 전달되는 경로가 다름에 따라 상이한 신호를 발생하는 것을 알 수 있다. 이 연구에서 수행된 초기 결과를 보면, 전반적으로 하우징을 이용한 센서 2가 구조물에 직접 부착된 센서 1보다 신호의 진폭이 일반적으로 크고, 또한 채널의 두께에 따라서 초기 신호의 방향이 다를 수 있음을 보였는데, 이는 하우징 구조의 진동과 간섭으로 인해 발생하는 현상임을 알 수 있다. 이러한 단점을 배재한 센서 1은 보다 정확한 신호를 발생할 수 있으나, 같은 충격량이더라도 센서가 부착되어 있는 구조물의 고유진동 거동이 달라지면 그에 따라 다른 신호를 발생한다.
이 연구에서는 센서의 기능이 센서가 어떻게 장착되는가에 따라, 즉 모듈 패키징의 방법에 따라 크게 달라 질수 있음을 실험 및 계산으로 보여 주었다. 일반 전장품에 사용되는 구동칩과는 달리 움직이는 부위를 가지고 있는 MEMS 센서, 특히 에어백에 사용되는 가속 센서는, 결국센서에 전달되는 힘 혹은 가속도에 의해 신호가 발생하기 때문에, 같은 하중 조건이더라도 그 힘이나 가속도가 전달되는 경로가 다름에 따라 상이한 신호를 발생하는 것을 알 수 있다.
이러한 단점을 배재한 센서 1은 보다 정확한 신호를 발생할 수 있으나, 같은 충격량이더라도 센서가 부착되어 있는 구조물의 고유진동 거동이 달라지면 그에 따라 다른 신호를 발생한다. 이러한 결과는 특히 에어백이 적절히 작동하도록 계산하는 로직 결정에 있어서, 대단히 복잡한 해석이 수반되어야 하고, 모듈 단위의 패키징에 있어서 주변의 구조물과의 거동 간섭이 정확히 규명되어야 함을 보여주고 있다. 차후 실제자동차 구조물을 이용한 해석이 수행될 예정이다.
이 연구에서 수행된 초기 결과를 보면, 전반적으로 하우징을 이용한 센서 2가 구조물에 직접 부착된 센서 1보다 신호의 진폭이 일반적으로 크고, 또한 채널의 두께에 따라서 초기 신호의 방향이 다를 수 있음을 보였는데, 이는 하우징 구조의 진동과 간섭으로 인해 발생하는 현상임을 알 수 있다. 이러한 단점을 배재한 센서 1은 보다 정확한 신호를 발생할 수 있으나, 같은 충격량이더라도 센서가 부착되어 있는 구조물의 고유진동 거동이 달라지면 그에 따라 다른 신호를 발생한다. 이러한 결과는 특히 에어백이 적절히 작동하도록 계산하는 로직 결정에 있어서, 대단히 복잡한 해석이 수반되어야 하고, 모듈 단위의 패키징에 있어서 주변의 구조물과의 거동 간섭이 정확히 규명되어야 함을 보여주고 있다.
이 연구에서는 센서의 기능이 센서가 어떻게 장착되는가에 따라, 즉 모듈 패키징의 방법에 따라 크게 달라 질수 있음을 실험 및 계산으로 보여 주었다. 일반 전장품에 사용되는 구동칩과는 달리 움직이는 부위를 가지고 있는 MEMS 센서, 특히 에어백에 사용되는 가속 센서는, 결국센서에 전달되는 힘 혹은 가속도에 의해 신호가 발생하기 때문에, 같은 하중 조건이더라도 그 힘이나 가속도가 전달되는 경로가 다름에 따라 상이한 신호를 발생하는 것을 알 수 있다. 이 연구에서 수행된 초기 결과를 보면, 전반적으로 하우징을 이용한 센서 2가 구조물에 직접 부착된 센서 1보다 신호의 진폭이 일반적으로 크고, 또한 채널의 두께에 따라서 초기 신호의 방향이 다를 수 있음을 보였는데, 이는 하우징 구조의 진동과 간섭으로 인해 발생하는 현상임을 알 수 있다.
후속연구
이러한 결과는 특히 에어백이 적절히 작동하도록 계산하는 로직 결정에 있어서, 대단히 복잡한 해석이 수반되어야 하고, 모듈 단위의 패키징에 있어서 주변의 구조물과의 거동 간섭이 정확히 규명되어야 함을 보여주고 있다. 차후 실제자동차 구조물을 이용한 해석이 수행될 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에어백 오작동의 원인을 정확히 규명하기 어려운 이유가 무엇인가?
에어백이 작동되기까지는 가속센서, 충격센서, 브레이크 센서, 속도계 등 여러 가지 정보를 중앙 연산장치가 종합적으로 계산, 판단해서 결정한다. 따라서 각 자동차 회사마다 계산에 대한 로직을 가지고 있으며, 그 로직은 대외적으로 잘 알려지지 않고 있어서, 에어백 오작동시 그 원인을 정확히 규명하기가 사실상 상당히 어렵다. 특히 여러 가지 센서 중 충격 센서에서 발생하는 시그널은 에어백의 작동을 결정하는 가장 큰 요소이다.
에어백이 작동은 어떻게 결정되는가?
1,2) 에어백은 유사시 인명의 목숨을 보호하는 최종적 대비책으로써 그만큼 적절한 작동에 대한 기술적 설계가 상당히 중요하다. 에어백이 작동되기까지는 가속센서, 충격센서, 브레이크 센서, 속도계 등 여러 가지 정보를 중앙 연산장치가 종합적으로 계산, 판단해서 결정한다. 따라서 각 자동차 회사마다 계산에 대한 로직을 가지고 있으며, 그 로직은 대외적으로 잘 알려지지 않고 있어서, 에어백 오작동시 그 원인을 정확히 규명하기가 사실상 상당히 어렵다.
에어백에 쓰이는 MEMS 센서에 충격파는 어떻게 전달되는가?
10,11) 이 센서는 회로 기판에 실장되어 플라스틱이나 금속 하우징 안에 설치되고 이 하우징은 자동차 차체에 볼트를 이용하여 기계적으로 조립된다. 따라서 충격이 일어날 경우 차체에서 발생하는 충격파는 하우징을 고정시킨 볼트를 통하여 하우징에 전달되고 다시 회로기판을 통하여 센서에 전달되는 경로를 가지고 있다. MEMS센서는 이렇게 전달된 충격파를 가속도 변화에 의한 전기적 신호로 바꾸어서 중앙 연산장치에 전달하게 된다.
참고문헌 (11)
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