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KR20220162923A - 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR20220162923A
KR20220162923A KR1020210070946A KR20210070946A KR20220162923A KR 20220162923 A KR20220162923 A KR 20220162923A KR 1020210070946 A KR1020210070946 A KR 1020210070946A KR 20210070946 A KR20210070946 A KR 20210070946A KR 20220162923 A KR20220162923 A KR 20220162923A
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passenger
vehicle
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airbag deployment
belt
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하민규
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현대모비스 주식회사
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Abstract

차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치는, 차량의 가속도 및 요레이트값(yaw rate)을 포함하는 요레이트 정보를 감지하는 제1 감지부, 상기 차량 내 승객의 벨트 체결 여부를 감지하는 제2 감지부, 상기 차량의 충돌 여부를 감지하는 충돌 감지부, 상기 차량의 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 작동 정보 및 시트 위치 정보를 수신하는 통신부, 및 상기 제1 감지부로부터의 요레이트 정보, 상기 제2 감지부로부터의 벨트 체결 여부 정보, 및 상기 통신부로부터의 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하고, 상기 승객의 동적 거동 정보 및 상기 충돌 감지부의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AN AIRBAG FOR A VEHICLE}
본 발명은 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에 탑승한 승객의 거동 추정을 기반으로 하여 에어백의 전개 시점을 제어하는 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량(vehicle)이 충돌할 경우, 관성에 의해 운전자 및 탑승자의 몸이 급격하게 전방으로 숙여지고, 차량 충돌 정도에 따라 차량의 조향 장치에 운전자의 상체가 부딪혀 운전자는 심각한 상해를 입을 수 있다. 이러한 상해를 방지하기 위하여 차량 내부에 에어백을 설치하고 차량 충돌 시 에어백을 전개하여 탑승자(운전자 및 승객)의 안전을 도모한다. 그러나 운전자가 안전벨트를 매지 않은 경우, 에어백 만개 이전에 머리가 조향 장치에 닿아 머리 상해도가 심각해지며, 전개되는 에어백에 맞는 백슬랩 현상이 발생하는 우려가 존재한다.
이러한 종래의 에어백 전개 알고리즘은 차량 충돌 후 발생하는 센싱값에 의존하는 수동 재귀 알고리즘을 바탕으로 하며, 최근 DAS(driving assistance system)로 긴급 제동 이 발생할 경우 법규/상품성 시험 상황과는 달리 머리 및 흉부가 빨리 앞으로 나아가는 현상이 발생하여 에어백이 만개되기 이전에 조향장치에 부딪히는 상황이 예측될 수 있다. 따라서 능동 연계 DAS 시스템을 반영한 에어백 전개 제어가 필요한 상황이다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 충돌 시 또는 긴급 제동 시 승객의 거동 추정을 기반으로 에어백의 전개 시점을 결정하여 에어백을 동작시키는 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치는, 차량의 가속도 및 요레이트값(yaw rate)을 포함하는 요레이트 정보를 감지하는 제1 감지부, 상기 차량 내 승객의 벨트 체결 여부를 감지하는 제2 감지부, 상기 차량의 충돌 여부를 감지하는 충돌 감지부, 상기 차량의 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 작동 정보 및 시트 위치 정보를 수신하는 통신부, 및 상기 제1 감지부로부터의 요레이트 정보, 상기 제2 감지부로부터의 벨트 체결 여부 정보, 및 상기 통신부로부터의 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하고, 상기 승객의 동적 거동 정보 및 상기 충돌 감지부의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 승객 거동 추정 알고리즘은, DMS(Damper-Mass-Spring)에 기초한 이차미분방정식일 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 요레이트값 및 ADAS 작동 정보에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정하고, 상기 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하며, 상기 가속도, 상기 락킹구속가중치, 포화도 및 가중치 중 적어도 하나를 상기 이차미분방정식에 적용하여 상기 승객 머리 및 흉부의 변위, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하는 동적 거동 정보를 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 요레이트값이 기 설정된 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 LKAS(Lane Keeping Assist System)의 작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치를 결정하고, 상기 요레이트값이 상기 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 상기 LKAS의 비작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치를 결정할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 승객의 벨트 장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 장착 가중치 또는 벨트 장착 포화도를 결정하고, 상기 승객의 벨트 미장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 미장착 가중치 또는 벨트 미장착 포화도를 결정할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 시트 위치 정보와 상기 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 상기 승객의 실제 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상인 경우, 상기 에어백 전개 시점으로 결정할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 충돌 감지부로부터 충돌 감지 센싱값을 입력받아 상기 충돌 감지 센싱값의 변위를 산출하고, 상기 충돌 감지 센싱값 변위가 변위 임계값 이상인 경우, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도를 산출하며, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이고, 상기 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우 상기 에어백 전개 시점으로 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 방법은, 제어부가 차량의 가속도 및 요레이트값(yaw rate)를 포함하는 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, ADAS 작동 정보 및 시트 위치 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계, 상기 제어부가 상기 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, 및 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계, 및 상기 제어부가 상기 승객의 동적 거동 정보 및 충돌 감지부의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 승객 거동 추정 알고리즘은, DMS(Damper-Mass-Spring)에 기초한 이차미분방정식일 수 있다.
본 발명은 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 요레이트값 및 ADAS 작동 정보에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정하고, 상기 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하며, 상기 가속도, 락킹구속가중치, 포화도 및 가중치 중 적어도 하나를 상기 이차미분방정식에 적용하여 상기 승객 머리 및 흉부의 변위, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하는 동적 거동 정보를 산출할 수 있다.
본 발명은 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 요레이트값이 기 설정된 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 LKAS(Lane Keeping Assist System)의 작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치를 결정하고, 상기 요레이트값이 상기 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 상기 LKAS의 비작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치를 결정할 수 있다.
본 발명은 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 승객의 벨트 장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 장착 가중치 또는 벨트 장착 포화도를 결정하고, 상기 승객의 벨트 미장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 미장착 가중치 또는 벨트 미장착 포화도를 결정할 수 있다.
본 발명은 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 시트 위치 정보와 상기 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 상기 승객의 실제 위치를 산출할 수 있다.
본 발명은 상기 에어백 전개 시점을 결정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상인 경우, 상기 에어백 전개 시점으로 결정할 수 있다.
본 발명은 상기 에어백 전개 시점을 결정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 충돌 감지부로부터 충돌 감지 센싱값을 입력받아 상기 충돌 감지 센싱값의 변위를 산출하고, 상기 충돌 감지 센싱값 변위가 변위 임계값 이상인 경우, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도를 산출하며, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이고, 상기 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우 상기 에어백 전개 시점으로 결정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 차량 충돌 시 또는 긴급 제동 시 승객의 거동 추정을 기반으로 에어백의 전개 시점을 결정함으로써, 벨트 착용/미착용 승객의 머리 및 흉부가 에어백 만개 시점에 접하게 되어 승객의 상해를 낮추고 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 능동 DAS 시스템의 긴급 제동 시, 발생할 수 있는 부작용인 백슬랩(backslap) 현상(에어백의 전개 시점이 늦어져 에어백이 탑승자의 머리 부근에서 전개되어 탑승자의 얼굴을 타격하는 현상)을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 2차 미분방정식(DMS)의 동역학을 적용함으로써, 승객 거동 추정의 정확성을 높일 수 있고, 입력값과 파라미터가 타 모델에 비해 줄어들어 상대적 단순화가 가능하여 메모리를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 승객이 받는 힘과 이에 따른 위치 변화 모델링을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 승객 거동 추정 알고리즘 모델에 기반한 시뮬레이션 데이터를 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 승객이 받는 힘과 이에 따른 위치 변화 모델링을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치는 제1 감지부(100), 제2 감지부(200), 충돌 감지부(300), 통신부(400), 제어부(500), 점화부(600), 및 에어백(700)을 포함할 수 있다.
제1 감지부(100)는 차량의 요레이트 정보(yaw rate)을 감지할 수 있다. 여기서, 요레이트 정보는 가속도 및 요레이트값을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제1 감지부(100)는 가속도 센서(110) 및 요레이트 센서(120)를 포함할 수 있다. 가속도 감지부(110)는 주행하는 차량의 X축 및 Y축 가속도를 감지할 수 있고, 요레이트 센서(120)는 주행하는 차량의 요레이트값을 감지할 수 있다. 본 실시 예에서 제1 감지부(100)를 가속도 센서(110) 및 요레이트 센서(120)로 한정하고 있으나, 이에 국한되지 않고 차량의 동적 거동 정보를 감지할 수 있는 어떠한 구성도 포함될 수 있다.
제2 감지부(200)는 차량에 탑승한 승객과 관련한 정보를 감지할 수 있다. 본 실시 예에서 제2 감지부(200)는 승객 감지부(210) 및 벨트 체결 감지부(220)를 포함할 수 있다. 승객 감지부(210)는 차량 내부에 승객이 있는지 여부를 감지할 수 있으며, WCS(weight classification system), HSS(human sensing system) 및 SBR(seat belt remainder) 중 하나 이상을 이용하여 차량 내 승객 유/무를 감지할 수 있다. 벨트 체결 감지부(220)는 차량 내의 승객에 대한 벨트 체결 여부를 감지할 수 있다. 즉, 벨트 체결 감지부(220)는 각 좌석의 벨트 체결 여부를 감지하는 것으로, 각 좌석에 구비될 수 있다. 벨트 체결 감지부(220)는 각 좌석의 벨트 체결 여부를 감지하여 제어부(500)에 제공할 수 있다. 여기서 승객이라 함은, 운전자 및 운전자와 동승한 승객을 포함할 수 있다.
충돌 감지부(300)는 차량의 충돌 여부를 감지하는 것으로, 차량의 X축 및 Y축 가속도를 측정할 수 있다. 이에, 충돌 감지부(300)는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 또한 충돌 감지부(300)에서 측정된 가속도 측정 신호는 저역필터처리 후 제어부(500)에 제공될 수 있다. 제어부(500)는 충돌 감지부(300)로부터 차량의 충돌 여부 감지 결과를 입력받아 에어백 전개 시점 결정에 이용할 수 있다. 즉, 차가 부서진 정도가 아닌 제어부(500)에서 충돌 감지부(300)의 가속도 측정값을 통해 충돌 정도를 파악하여 에어백 전개 시점을 결정할 수 있다.
통신부(400)는 차량의 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 작동 정보 및 시트 위치 정보를 수신할 수 있다. 여기서, ADAS 작동 정보는 LKAS(Lane Keeping Assist System) 데이터, PSM(포르쉐 스태빌리티 매니지먼트) 등을 포함할 수 있다. LKAS 데이터는 0 또는 1일 수 있고, 0은 LKAS가 작동하지 않는 경우(LKAS의 비작동)를 나타내고, 1은 LKAS가 작동하는 경우(차량이 차선을 벗어남)을 나타낼 수 있다. 통신부(400)는 예컨대, CAN 통신부일 수 있다.
에어백(700)은 대량의 가스가 충전되어 전개되는 안전장치로, 차량에 충격이 가해지는 경우 승객의 신체를 구속하여 상해 정도를 줄여줄 수 있다.
점화부(600)는 차량의 에어백 전개 시점에, 차량에 구비된 복수 개의 에어백(700)을 각각 전개시키는 것으로, 제어부(500)의 제어 신호에 따라 복수 개의 에어백(700) 중 해당하는 에어백(700)이 전개하도록 점화할 수 있다. 여기서, 복수 개의 에어백(700)은 운전자에어백, 승객에어백, 무릎에어백, 사이드에어백 및 커튼에어백 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않다. 이때, 운전자에어백은 운전자 전방에 설치되고, 승객에어백은 조수석 전방에 설치되며, 무릎에어백은 승객 무릎 위치에 설치되고, 사이드에어백은 차량의 측면에 설치되며, 커튼에어백은 운전석 앞부분부터 뒷좌석까지 길게 전개되도록 설치될 수 있으며, 각각의 설치 위치는 한정되지는 않는다. 이에, 점화부(600)는 운전자에어백(Driver Airbag, DAB) 점화부, 승객에어백(Passenger Airbag, PAB) 점화부, 무릎에어백(Knee Airbag, KAB) 점화부, 사이드에어백(Side Airbag, SAB) 점화부 및 커튼에어백(Curtain Airbag, CAB) 점화부를 포함할 수 있다.
제어부(500)는 제1 감지부(100)로부터의 요레이트 정보, 제2 감지부(200)로부터의 벨트 체결 여부 정보, 및 통신부(400)로부터의 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 승객의 동적 거동 정보를 산출하고, 승객의 동적 거동 정보 및 충돌 감지부(300)의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정할 수 있다.
이러한 제어부(500)는 승객 거동 추정부(510), 에어백 전개 판단부(520) 및 에어백 전개 시점 결정부(530)를 포함할 수 있다.
승객 거동 추정부(510)는 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, 및 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 승객의 동적 거동 정보를 산출할 수 있다. 여기서, 승객 거동 추정 알고리즘은 DSM(Damper-Mass-Spring)의 이차미분방정식일 수 있다.
승객 거동 추정부(510)는 차량 및 승객 모델 동역학 FBD를 DSM(Damper-Mass-Spring)에 적용하여 이차미분방정식을 도출하고, 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, 및 ADAS 작동 정보를 이차미분방정식에 입력하여 승객의 동적 거동 정보를 산출할 수 있다. 여기서 승객의 동적 거동 정보는 승객 흉부의 X축 및 Y축 변위 및 승객 머리의 X축 및 Y축 변위를 포함할 수 있다.
승객 거동을 모델링하면 도 2와 같을 수 있다. 도 2의 (a)는 승객 거동을 수학적으로 모델링한 것이고, 도 2의 (b)는 승객 거동을 DSM(Damper-Mass-Spring) 모델링한 것이다. 승객 거동에 대한 DMS(Damper-Mass-Spring) 모델로부터 아래 수학식 1과 같은 이차미분방정식을 도출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, m1은 승객 흉부 질량, m2는 승객 머리 질량,
Figure pat00002
은 0으로부터 X축 상에서 승객 흉부의 변위,
Figure pat00003
는 0으로부터 X축 상에서 승객 머리의 변위,
Figure pat00004
는 승객 흉부의 속도,
Figure pat00005
는 승객 머리의 속도,
Figure pat00006
는 승객 흉부의 가속도,
Figure pat00007
는 승객 머리의 가속도, k1은 승객 흉부의 스프링 상수, k2은 승객 머리의 스프링 상수, d1은 승객 흉부의 감쇠 상수, d2는 승객 가슴의 감쇠 상수, F는 차량에 나가려고 하는 힘을 나타낼 수 있다. 여기서, 스프링 상수 및 감쇠 상수는 미리 설정될 수 있으며, 승객의 신체 사이즈에 따라 그 값이 달라질 수 있다.
승객 거동 추정부(510)는 2차 미분방정식(DMS)의 동역학을 적용함으로써, 긴급제동 및 회피제동 발생시, 승객 거동(움직임)을 가장 잘 추정할 수 있고, 타 해석모델에 비해 입력값과 파라미터가 줄어들어 상대적 단순화를 가능하게 하는 효과가 있다.
승객 거동 추정부(510)는 수학식 1을 이용하여 승객 머리 및 승객 흉부의 변위, 속도, 및 가속도를 산출할 수 있다.
승객 거동 추정부(510)는 가속도 센서(110)로부터의 가속도 값을 저역필터 처리 후 속도 및 변위를 각각 계산할 수 있다. 즉, 승객 거동 추정부(510)는 가속도 센서(110)로부터 X축 및 Y축 가속도를 수신하여 적분을 통해 X축 및 Y축 속도를 산출하고, 이중 적분을 통해 X축 및 Y축 변위를 산출할 수 있다.
한편, 승객의 벨트 장착 여부에 따라 승객 머리 및 흉부의 가속도는 달라질 수 있다. 이에, 승객 거동 추정부(510)는 제2 감지부(200)로부터의 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하고, 결정된 포화도 또는 가중치를 승객 머리 및 흉부의 가속도에 적용할 수 있다.
구체적으로, 승객 거동 추정부(510)는 승객의 벨트 장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 장착 가중치 또는 벨트 장착 포화도를 결정할 수 있다. 또한, 승객 거동 추정부(510)는 승객의 벨트 미장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 미장착 가중치 또는 벨트 미장착 포화도를 결정할 수 있다. 여기서, 벨트 장착 가중치, 벨트 장착 포화도, 벨트 미장착 가중치 및 벨트 미장착 포화도는 미리 설정될 수 있으며, 승객의 신체 사이즈 및 연령 등에 따라 그 값이 달라질 수 있다.
예를 들면, 승객이 벨트 착좌한 경우, 벨트 장력에 의한 구속으로 가속도(머리 및 흉부의 가속도)는 급격히 줄어들 수 있다. 또한, 승객이 벨트 미착좌한 경우, 급정지에 의한 작용/반작용이 발생하여 가속도(머리 및 흉부의 가속도)는 증가할 수 있다. 이에, 승객 거동 추정부(510)는 승객 머리 및 흉부의 가속도 산출 시, 벨트 체결 여부 정보에 따른 가중치(weight factor)와 포화도(saturation)를 적용할 수 있다. 즉, 승객이 벨트 미착좌한 경우, 벨트 장력에 의해 X축 움직임이 줄어드므로 승객 거동 추정부(510)는 포화도를 적용하여 가속도를 낮출 수 있고, 벨트 착좌한 경우 가중치를 적용하여 가속도를 높일 수 있다.
또한, 승객 거동 추정부(510)는 자율주행 LKAS 데이터(또는 LKAS 메시지)를 적용하여 락킹구속조건 등을 실제상황에 가깝게 해석하고 적용할 수 있다. LKAS 시스템은 차선을 유지하는 메시지를 인가하는데, 충돌을 감지할 경우 충돌 회피를 위해 스티어링을 급격히 움직이게 된다. 이는 승객이 의도한 것이므로 목의 근육 긴장도가 더해질 수 있다. 근육 긴장도가 클수록 승객 머리/흉부의 움직임은 작게 된다.
이에, 승객 거동 추정부(510)는 요레이트값 및 LKAS 데이터에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정할 수 있다.
구체적으로, 요레이트값이 기 설정된 임계치 이상이고, ADAS 작동 정보의 LKAS 데이터가 '1'인 경우(ADAS 작동 정보가 LKAS의 작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우), 승객 거동 추정부(510)는 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치를 결정할 수 있다. 또한, 요레이트값이 임계치 이상이고, LKAS 데이터가 '0'인 경우(ADAS 작동 정보가 LKAS의 비작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우), 승객 거동 추정부(510)는 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치를 결정할 수 있다. 이때, 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치 및 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치는 미리 설정된 값일 수 있다.
예를 들어, 운전자의 졸음 운전으로 인해 차량이 주행 차선을 이탈하고, 옆차선에 타차량이 주행 중인 경우, 차량은 타차량을 인지하여 다시 원차선으로 복귀하려고 할 수 있다(KL:Keeping Lane(회피후 원회복). 이때, 차량에는 횡축의 힘이 발생하여 LKAS 데이터를 발생할 수 있고, 승객은 대각선의 거동이 발생할 수 있다. 이에, 승객 거동 추정부(510)는 요레이트값과 LKAS 데이터를 이용하여 락킹구속가중치를 결정할 수 있다. 여기서, LKAS 데이터는 0 또는 1일 수 있고, 0은 LKAS가 작동하지 않는 경우를 나타내고, 1은 LKAS가 작동하는 것(차량이 차선을 벗어남)을 나타낼 수 있다.
또한, 차량이 사거리에서 좌회전 또는 우회전하는 경우 타차량이 끼어들게 되면, 차량은 좌회전/우회전 하다가 급정지할 수 있다(TA:Turn around(좌회전/우회전)). 이때, 좌회전/우회전 신호의 온 시, LKAS 데이터는 0일 수 있다. 이에, 승객 거동 추정부(510)는 TA에서 요레이트값을 이용하여 락킹구속가중치를 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이 요레이트값이 임계치 이상이고, LKAS 데이터가 '1'이면, 승객 거동 추정부(510)는 KL이라고 판단하고, KL에 따른 락킹구속가중치를 계산할 수 있다. 즉, 요레이트값이 임계치 이상이고, LKAS 데이터가 '1'이면, 승객 거동 추정부(510)는 횡방향의 움직임이 발생한 것으로 판단하고, 횡축 가속도의 락킹구속가중치를 계산할 수 있다. 이때, 락킹구속가중치는 가속도를 더 크게 만드는 값 또는 가속도를 더 작게 만드는 값일 수 있다. 이처럼 승객 거동 추정부(510)는 요레이트값이 임계치 이상이고, LKAS 데이터가 '1'이면, 가속도를 증가 또는 감소시킬 수 있는 락킹구속가중치를 산출할 수 있다.
또한, 요레이트값이 임계치 이상이고, LKAS 데이터가 '0'이면, 승객 거동 추정부(510)는 TA라고 판단하고, TA에 따른 락킹구속가중치를 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이 요레이트값 및 LKAS 메시지에 기초한 락킹구속가중치, 벨트 체결 여부 정보에 기초한 포화도 또는 가중치가 결정되면, 승객 거동 추정부(510)는 차량의 가속도, 락킹구속가중치, 포화도 및 가중치 중 적어도 하나를 이차미분방정식에 입력하여 승객 머리 및 흉부의 가속도를 산출할 수 있다.
즉, 승객 거동 추정부(510)는 벨트 착좌 조건 및 Locking 구속 조건을 거쳐 피드백(Feedback) 시스템으로 구현된 이차미분방정식에 따라 X, Y 변위를 계산하고, 이를 이용하여 승객 머리 및 흉부의 변위, 속도 및 가속도를 산출할 수 있다. 이때, 산출된 승객 머리 및 흉부의 변위는 승객의 실제 머리 및 흉부의 변위가 아니다. 이에, 승객 거동 추정부(510)는 시트 위치 정보를 통신부(400)를 통해 수신하고, 그 시트 위치 정보와 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 승객의 실제 위치를 산출할 수 있다.
에어백 전개 판단부(520)는 충돌 감지부(300)로부터 충돌 감지 센싱값을 입력받아 충돌 감지 센싱값의 변위를 산출하고, 충돌 감지 센싱값 변위가 변위 임계값 이상인 경우, 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도를 산출할 수 있다.
이때, 에어백 전개 판단부(520)는 충돌 감지부(300)에서 측정된 X축 및 Y축 가속도 측정 신호를 저역필터처리 후 X축 및 Y축 속도 및 변위를 각각 계산할 수 있다. 즉, 에어백 전개 판단부(520)는 충돌 감지부(300)로부터의 X축 및 Y축 가속도 측정값을 적분하여 속도를 산출하고, 이중 적분하여 변위를 산출할 수 있다. 에어백 전개 판단부(520)는 상기에서 산출된 변위값에 따라 충돌에 따른 에어백 전개 여부를 판단할 수 있다.
에어백 전개 시점 결정부(530)는 승객 거동 추정부(510)에서 산출된 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위, 에어백 전개 판단부(520)에서 산출된 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도에 기초하여 에어백 전개 시점을 판단할 수 있다.
구체적으로, 승객 거동 추정부(510)에서 산출된 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상이고, 에어백 전개 판단부(520)에서 산출된 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이며, 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우, 에어백 전개 시점 결정부(530)는 에어백 전개 시점으로 판단할 수 있다.
예를 들면, 에어백 전개 시점 결정부(530)는 승객 머리의 변위가 머리 변위 임계값(예를 들어 60km/s 이상 고속에서 0.3m)보다 높고, 승객 흉부의 변위가 흉부 변위 임계값(예를 들어 60km/s 이상 고속에서 0.2m) 보다 높은지를 판단할 수 있다.
DAS시스템에 의한 급정거 발생 후 승객의 머리/흉부가 급격히 움직일 수 있기 때문에, 승객 머리/흉부의 변위가 임계값 이상인 경우, 에어백 전개 시점 결정부(530)는 에어백 전개 시점을 기존 에어백 전개 시점보다 빠르게 결정할 수 있다.
본 실시 예에서는 충돌 또는 긴급 제동이 발생할 경우 승객의 동적 거동 정보를 이용하여 에어백 전개 시점을 결정함으로써, 에어백 전개 시점이 기존 보다 더 빨라져, 에어백(300)이 만개되기 이전에 승객의 머리 및/또는 흉부가 조형장치에 부딪히는 상황이 발생하지 않게 되어 승객의 상해를 예방할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는, 세이핑(safing) 센서(미도시)를 포함하여, 충돌 감지부(300)의 오 감지를 방지할 수 있다. 즉, 세이핑 센서(미도시)는 충돌 감지부(300)로부터의 에어백 전개 여부 판단 결과를 보조하는 보조센서를 의미할 수 있으며, 별도 세이핑 로직에 따라 에어백 전개 여부를 판단할 수 있는 충돌을 감지하여 제어부(500)에 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 에어백 전개 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(500)는 제1 감지부(100)로부터 차량의 가속도 및 요레이트값을 포함하는 요레이트 정보를 수신하고, 벨트 체결 감지부(220)로부터 벨트 체결 여부 정보를 수신하며, 통신부(400)를 통해 ADAS 작동 정보 및 시트 위치 정보를 수신한다(S310).
S310 단계가 수행되면, 제어부(500)는 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보 및 ADAS 작동 정보를 DSM의 이차미분방정식에 입력하여 승객의 동적 거동 정보를 산출한다(S320). 이때, 제어부(500)는 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하고, 결정된 포화도 또는 가중치를 승객 머리 및 흉부의 가속도에 적용할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 요레이트값 및 LKAS 데이터에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정하고, 결정된 락킹구속가중치를 승객 머리 및 흉부의 가속도에 적용할 수 있다. 여기서 승객의 동적 거동 정보는 승객 머리 및 흉부의 X축 및 Y축 변위, 속도, 가속도를 포함할 수 있다.
S320 단계가 수행되면, 제어부(500)는 시트 위치 정보와 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 승객의 실제 위치를 산출한다(S330).
S330 단계가 수행되면, 제어부(500)는 승객의 실제 위치 및 충돌 감지부(300)의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정한다(S340). 즉, 제어부(500)는 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위, 충돌 감지부(300)로부터의 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도에 기초하여 에어백 전개 시점을 판단할 수 있다. 구체적으로, 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상이고, 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이며, 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우, 제어부(500)는 에어백 전개 시점으로 판단할 수 있다.
S340 단계가 수행되면, 제어부(500)는 에어백 전개 시점에 점화부(600)를 통해 해당 에어백(700)이 전개되도록 제어한다(S350). 이때, 점화부(300)는 차량의 에어백 전개 시점에, 차량에 구비된 복수 개의 에어백을 각각 전개시키는 것으로, 제어부(200)의 제어 신호에 따라 복수 개의 에어백 중 해당하는 에어백이 전개하도록 점화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 승객 거동 추정 알고리즘 모델에 기반한 시뮬레이션 데이터를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 승객 거동 추정 알고리즘 모델의 결과값(출력)이 실차상황을 타 모델 대비 더 정확히 모사함을 확인할 수 있다. 따라서 DMS(Damper-Mass-Spring)의 이차미분방정식은 승객 머리/흉부의 변위와 속도를 추정하는데 높은 신뢰도를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 차량 충돌 시 또는 긴급 제동 시 승객의 거동 추정을 기반으로 에어백의 전개 시점을 결정함으로써, 벨트 착용/미착용 승객의 머리 및 흉부가 에어백 만개 시점에 접하게 되어 승객의 상해를 낮추고 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 능동 DAS 시스템의 긴급 제동 시, 발생할 수 있는 부작용인 백슬랩(backslap) 현상(에어백의 전개 시점이 늦어져 에어백이 탑승자의 머리 부근에서 전개되어 탑승자의 얼굴을 타격하는 현상)을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 에어백 전개 제어 장치 및 방법은, 2차 미분방정식(DMS)의 동역학을 적용함으로써, 승객 거동 추정의 정확성을 높일 수 있고, 입력값과 파라미터가 타 모델에 비해 줄어들어 상대적 단순화가 가능하여 메모리를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
100 : 제1 감지부
110 : 가속도 센서
120 : 요레이트 센서
200 : 제2 감지부
210 : 승객 감지부
220 : 벨트 체결 감지부
300 : 충돌 감지부
400 : 통신부
500 : 제어부
510 : 승객 거동 추정부
520 : 에어백 전개 판단부
530 : 에어백 전개 시점 결정부
600 : 점화부
700 : 에어백

Claims (16)

  1. 차량의 가속도 및 요레이트값(yaw rate)을 포함하는 요레이트 정보를 감지하는 제1 감지부;
    상기 차량 내 승객의 벨트 체결 여부를 감지하는 제2 감지부;
    상기 차량의 충돌 여부를 감지하는 충돌 감지부;
    상기 차량의 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 작동 정보 및 시트 위치 정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 제1 감지부로부터의 요레이트 정보, 상기 제2 감지부로부터의 벨트 체결 여부 정보, 및 상기 통신부로부터의 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하고, 상기 승객의 동적 거동 정보 및 상기 충돌 감지부의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정하는 제어부
    를 포함하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승객 거동 추정 알고리즘은,
    DMS(Damper-Mass-Spring)에 기초한 이차미분방정식인 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 요레이트값 및 ADAS 작동 정보에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정하고, 상기 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하며, 상기 가속도, 상기 락킹구속가중치, 포화도 및 가중치 중 적어도 하나를 상기 이차미분방정식에 적용하여 상기 승객 머리 및 흉부의 변위, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하는 동적 거동 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 요레이트값이 기 설정된 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 LKAS(Lane Keeping Assist System)의 작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치를 결정하고,
    상기 요레이트값이 상기 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 상기 LKAS의 비작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 승객의 벨트 장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 장착 가중치 또는 벨트 장착 포화도를 결정하고,
    상기 승객의 벨트 미장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 미장착 가중치 또는 벨트 미장착 포화도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시트 위치 정보와 상기 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 상기 승객의 실제 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상인 경우, 상기 에어백 전개 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충돌 감지부로부터 충돌 감지 센싱값을 입력받아 상기 충돌 감지 센싱값의 변위를 산출하고, 상기 충돌 감지 센싱값 변위가 변위 임계값 이상인 경우, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도를 산출하며, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이고, 상기 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우 상기 에어백 전개 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 장치.
  9. 제어부가 차량의 가속도 및 요레이트값(yaw rate)를 포함하는 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, ADAS 작동 정보 및 시트 위치 정보 중 적어도 하나를 수신하는 단계;
    상기 제어부가 상기 요레이트 정보, 벨트 체결 여부 정보, 및 ADAS 작동 정보를 승객 거동 추정 알고리즘에 입력하여 상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 승객의 동적 거동 정보 및 충돌 감지부의 충돌 여부 감지 결과를 기반으로 에어백 전개 시점을 결정하는 단계
    를 포함하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 승객 거동 추정 알고리즘은,
    DMS(Damper-Mass-Spring)에 기초한 이차미분방정식인 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 요레이트값 및 ADAS 작동 정보에 기초하여 락킹(locking)구속가중치를 결정하고, 상기 벨트 체결 여부 정보에 기초하여 포화도 또는 가중치를 결정하며, 상기 가속도, 락킹구속가중치, 포화도 및 가중치 중 적어도 하나를 상기 이차미분방정식에 적용하여 상기 승객 머리 및 흉부의 변위, 속도 및 가속도 중 적어도 하나를 포함하는 동적 거동 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 요레이트값이 기 설정된 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 LKAS(Lane Keeping Assist System)의 작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 키핑 레인(Keeping Lane)에 따른 락킹구속가중치를 결정하고,
    상기 요레이트값이 상기 임계치 이상이고, 상기 ADAS 작동 정보가 상기 LKAS의 비작동을 나타내는 데이터를 포함하는 경우, 턴어라운드(Turn around)에 따른 락킹구속가중치를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 승객의 벨트 장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 장착 가중치 또는 벨트 장착 포화도를 결정하고,
    상기 승객의 벨트 미장착 시, 시간 변화에 따른 벨트 미장착 가중치 또는 벨트 미장착 포화도를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 승객의 동적 거동 정보를 산출하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 시트 위치 정보와 상기 승객 머리 및 흉부의 변위를 합 연산하여 상기 승객의 실제 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에어백 전개 시점을 결정하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 승객의 실제 위치에 대응하는 머리 변위 및 흉부 변위가 각각 기 설정된 머리 변위 임계값 및 흉부 변위 임계값 이상인 경우, 상기 에어백 전개 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 에어백 전개 시점을 결정하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 충돌 감지부로부터 충돌 감지 센싱값을 입력받아 상기 충돌 감지 센싱값의 변위를 산출하고, 상기 충돌 감지 센싱값 변위가 변위 임계값 이상인 경우, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균 및 속도를 산출하며, 상기 충돌 감지 센싱값의 이동 평균이 이동 평균 임계값 이상이고, 상기 충돌 감지 센싱값의 속도가 속도 임계값 이상인 경우 상기 에어백 전개 시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 에어백 전개 제어 방법.
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