KR100520551B1 - 인비져블 에어백용 피에이비 도어 설계 방법 - Google Patents

인비져블 에어백용 피에이비 도어 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 인비져블 에어백용 피에이비 도어 설계 방법은 인스트루먼트 패널 내부에 형성되는 PAB 도어의 분리선을 형성하는 레이져 스코어링(laser scoring) 가공 조건에 의한 잡음 인자(noise factor)를 설정하는 단계; 상기 분리선의 응력분포 및 변형률에 영향을 미치는 제어인자를 선택하고 각 제어인자의 수준을 설정하는 단계; 실험계획법에 따라 제어 인자의 조합을 구성하는 단계; 구성된 제어 인자의 조합에 대해서 각각의 잡음인자를 입력하고 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 측정하는 단계; 및 측정된 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 기초로 각 제어인자의 수준을 선택하는 단계를 포함한다.
상기의 방법에 의하여 피에비 도어를 설계 방법에 의하면, PAB 도어의 분리선(Tearseam)이 에어백 전개(Deployment)에 의한 내부 압력에 의해서는 쉽게 찢어지고, 헤드 임팩트(Head Impact)에 의한 외부 충격에는 에너지를 흡수하여 잘 찢어지지 않는 에어백의 PAB 도어(PAB Door)의 설계방법을 제공할 수 있다.

Description

인비져블 에어백용 피에이비 도어 설계 방법{METHOD OF DESIGNING PAB DOOR FOR INVISIBLE AIR BAG}
본 발명은 차량의 에어백에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 동승석에 구비된 에어백의 PAB 도어(Passenger-side Air Bag Door)의 설계 방법에 관한 것이다.
최근 저속 충돌 및 비정상 위치(OOP, Out of Position)에서 에어백에 의한 승객의 상해를 방지하기 위하여 어드밴스드 에어백(Advanced Airbag)에 관한 연구가 진행되고 있다. 이는 승객의 체형과 벨트 착용 유무에 따라 에어백의 압력을 이원화(dual-stage)하여 선택적으로 전개시키며, 저온에서 에어백 팽창 압력이 종래의 디파워드 에어백(depowered airbag)보다 감소하게 된다.
한편, 차량의 동승석에 구비된 인비져블 에어백(Invisible Passenger-side Airbag)의 경우, 플라스틱 사출로 형성된 인스트루먼트 패널(Instrument Pannel)의 내면에 에어백의 팽창을 위한 PAB 도어(Passenger-side Airbag Door; PAB Door)가 레이져 가공된 분리선에 의해 구분되어 형성된다.
따라서, 상기 PAB 도어가 어드밴스트 에어백에 적용되는 경우, 어드밴스드 에어백의 감소된 전개압력은 PAB 도어의 분리선을 찢기 위한 충분한 압력을 제공할 수 없어 불규칙한 PAB 도어의 개방이 발생할 수 있다.
또한, 감소된 팽창압력에 의해 PAB 도어가 용이하게 개방될 수 있도록 분리선을 레이져에 의해 깊게 가공할 수 있으나, 이 경우에는 에어백이 작동되지 않도록 설정된 저속에서 승객의 헤드 임팩트에 의해 분리선이 찢어짐으로써 날카로운 부위가 형성되어 승객 상해의 위험성이 증가한다.
즉 낮은 전개 압력으로도 쉽게 찢어지도록 분리선을 설계하면 분리선 부위에 대한 헤드 임팩트에 의해 승객 상해가 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 PAB 도어의 분리선(Tearseam)이 에어백 전개(Deployment)에 의한 내부 압력에 의해서는 쉽게 찢어지고, 헤드 임팩트(Head Impact)에 의한 외부 충격에는 에너지를 흡수하여 잘 찢어지지 않는 에어백의 PAB 도어(PAB Door)의 설계방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 동승석에 구비된 인비져블 에어백의 PAB 도어(PAB Door) 설계방법은, 인스트루먼트 패널 내부에 형성되는 PAB 도어의 분리선을 형성하는 레이져 스코어링(laser scoring) 가공 조건에 의한 잡음 인자(noise factor)를 설정하는 단계; 상기 분리선의 응력분포 및 변형률에 영향을 미치는 제어인자를 선택하고 각 제어인자의 수준을 설정하는 단계; 실험계획법에 따라 제어 인자의 조합을 구성하는 단계; 구성된 제어 인자의 조합에 대해서 각각의 잡음인자를 입력하고 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 측정하는 단계; 측정된 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 기초로 각 제어인자의 수준을 선택하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 각 제어인자의 수준을 선택하는 단계는 측정된 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 기초로 S/N 비를 산출하는 단계; 제어인자의 수준 별 S/N 비의 평균값을 산출하는 단계; 및 상기 S/N 비의 평균이 가장 높은 제어인자의 수준을 선택하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에어백의 PAB 도어 설계 방법의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1에는 동승석 에어백 장치의 PAB 도어(PAB Door)의 구조가 도시되어 있다. 인플레이터(inflator)(9), 에어백 하우징(housing)(6), 에어백(4), 도어 플레이트(door plate)(3), 슈트(chute)(7), 반력판(reaction plate)(2)이 인스트루먼트 패널 내부에 구비되며, 레이저 스코링(Laser Scoring)으로 형성된 분리선(Tearseam)(8)에 의해 인스트루먼트 도어 커버(1)가 구분된다.
에어백 내부에 순간적으로 가스가 채워지면 반력판(2)의 일면에 압력이 가해지며, 반력판에 부착된 도어 플레이트(door plate)(3)는 분리선을 찢고 열리게 된다.
하우징 후면의 에어백 마운팅 브래킷(10)은 카울 크로스바(cowl cross bar)(11)에 연결되어 에어백 전개시 반발력에 대하여 저항한다. 인스트루먼트 패널에 진동 융착(vibration welding)에 의해 고정된 슈트(chute)(7)와 반력판(reaction plate)(2)은 에어백 팽창으로 인한 인스트루먼트 패널의 충돌부 변형을 방지하고, PAB 도어의 개방이 안정적으로 이루어지도록 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 동승석의 인스트루먼트 패널에 형성된 PAB 도어의 단면도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인스트루먼트 패널의 내측에는 분리선이 형성되어 에어백 전개시 PAB 도어가 개방될 수 있도록 구성된다. 즉, 에어백 전개시에는 PAB도어에 내부로부터 외부의 방향으로 충격량이 가해지며, 헤드 임팩트시에는 PAB 도어에 외부로부부터 내부의 방향으로 충격량이 가해진다.
이하에서는, 에어백 전개시 상기 분리선을 찢기 위한 최소 충격량을 'X'로 정의하고, 헤드 임팩트시 상기 분리선이 찢어지지 않는 최대 충격량을 'Z'로 정의한다.
바람직한 PAB 도어는 에어백 전개시에는 용이하게 파단되고, 헤드 임팩트시에는 견고하여야 하므로, 상기 'X'는 작을수록, 상기 'Z'는 클수록 바람직하다.
이 때, 상기 'X' 및 'Z'는 분리선에 가해지는 힘과 시간과의 관계를 도시한 그래프에서 분리선 파단시까지의 그래프 아래 면적으로 표현될 수 있다. 따라서, 상기 각각의 충격량에는 힘 뿐만 아니라 찢어질 때까지의 경과시간도 포함되어 있어 분리선 주위의 구조물이 분리선의 파단에 미치는 영향까지 함께 고려된다.
상기의 기준을 만족하는 PAB 도어의 설계를 위하여 잡음인자와 제어인자를 선정한다.
잡음인자는 분리선의 레이져 스코어링 가공시 기계의 가공조건에 따라 출력 반응에 영향을 미치는 요소로써, 예컨대 다음의 표 1과 같이 정리될 수 있다.
잡음인자 레이져 스코어링 홀의 가공조건 설 명
잔여깊이(mm) 지름(mm)
N1 0.12 0.4 레이져 스코어링의 과도한 가공
N2 0.15 0.35 표준 가공조건
N3 0.12 0.3 레이져 스코어링의 과소한 가공
이어서, 상기 에어백 전개 및 헤드 임팩트시 분리선 근처의 응력분포 및 변형률에 영향을 미치는 설계 변수를 찾아내고 영향도가 높은 것을 제어인자로 선택한다. 예컨대 슈트(chute)의 강성이 약하면 에어백 전개시 에어백의 팽창에 의한 슈트의 변형으로 에어백의 팽창압력이 PAB 도어에 적절히 분산되어 전달되지 못함으로써 분리선이 찢어질 수 있는 충분한 힘을 공급하지 못하고 파단 시간이 지연지연될 수 있으며, 따라서 슈트의 강성을 표현하는 슈트의 두께 및 리브갯수는 제어인자로 설정된다.
표 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 PAB 도어 설계방법에서 일련의 선택된 제어인자 및 그 수준이 구분되어 표시되어 있다.
잡음인자와 제어인자를 설정한 후, 알려진 실험계획법에 따라 설정된 방법으로 제어인자의 조합을 구성하여 배치하고, 구성된 제어인자의 조합 아래서 잡음 인자를 N1, N2, N3로 변화시키며, 에어백 전개시 상기 분리선을 찢기 위한 최소 충격량 X와 헤드 임팩트시 상기 분리선이 찢어지지 않는 최대 충격량 Z를 측정한다.
표 3에는 상기의 방법에 의해 측정된 X와 Z의 결과 값 및 S/N 비의 표가 도시되어 있다.
A B C D E F G H X Z S/N 비
N1 N2 N3 N1 N2 N3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 5.2 6.5 7.8 16.4 20.5 24.6 9.51
2 1 1 2 2 2 2 2 2 5.6 6.6 7.9 15.2 19.0 22.8 8.60
3 1 1 3 3 3 3 3 3 5.0 6.6 7.9 17.0 21.0 24.1 9.64
4 1 2 1 1 2 2 3 3 5.5 6.9 9.5 18.0 22.5 27.0 9.20
5 1 2 2 2 3 3 1 1 5.0 6.3 7.6 18.2 22.8 29.0 10.80
6 1 2 3 3 1 1 2 2 6.0 7.0 8.4 20.0 25.0 30.0 10.45
7 1 3 1 2 1 3 2 3 7.2 9.0 10.8 22.0 26.0 31.2 9.97
8 1 3 2 3 2 1 3 1 7.4 9.2 10.0 21.1 26.4 37.0 9.32
9 1 3 3 1 3 2 1 2 8.4 10.5 12.6 21.0 26.2 31.4 7.47
10 2 1 1 3 3 2 2 1 4.0 5.0 6.0 16.8 21.0 26.0 12.05
11 2 1 2 1 1 3 3 2 4.5 5.1 6.1 15.6 19.5 23.4 10.99
12 2 1 3 2 2 1 1 3 4.1 5.1 6.4 18.0 20.0 24.0 11.67
13 2 2 1 2 3 1 3 2 4.5 5.6 6.7 18.4 23.0 27.6 11.80
14 2 2 2 3 1 2 1 3 4.2 5.3 6.3 19.6 24.5 29.4 12.91
15 2 2 3 1 2 3 2 1 5.4 6.0 7.5 17.6 22.0 28.0 10.52
16 2 3 1 3 2 3 1 2 6.8 8.5 10.2 20.0 25.0 30.0 8.90
17 2 3 2 1 3 1 2 3 6.4 8.0 9.9 23.7 26.4 34.0 10.36
18 2 3 3 2 1 2 3 1 8.0 9.5 11.4 16.8 21.0 25.2 6.32
표 5에 표시된 상기 S/N 비는 다음의 수학식에 의해 정의되어 산출된 것이다.
여기서,
n: 잡음인자의 개수
X: 에어백 전개시 상기 분리선을 찢기 위한 최소 충격량
Z: 헤드 임팩트시 상기 분리선이 찢어지지 않는 최대 충격량
위에서 설명한 바와 같이, X는 작을수록 바람직하며, Z는 클수록 바람직한 바람직하다. 따라서, 상기 S/N 비가 증가할수록 헤드임팩트와 에어백 전개를 고려한 바람직한 에어백 설계가 이루어진 것으로 볼 수 있다.
각 제어인자에 대해서 S/N 비가 최대인 제어인자의 수준을 선택하기 위하여 각 제어인자의 수준별 S/N 비의 평균값을 산출한 후 그 값이 가장 큰 제어인자의 수준을 선택한다.
일예로서, 표 4에는 표 3을 기초로 산출된 각 제어인자의 수준별 S/N 비의 평균값이 도시되어 있다.
A B C D E F G H
1 9.33 10.41 10.07 9.86 9.86 10.52 10.21 9.76
2 10.61 10.95 10.50 9.70 9.70 9.43 10.16 9.70
3 8.56 9.35 10.55 10.35 9.97 9.54 10.46
상기 표 4의 각 제어인자의 수준별로 상기 S/N 비의 평균값을 중 S/N 비의 평균값이 최대인 제어인자의 수준을 선택하여 조합하면 아래 제시된 표 5에 도시된 바와 같이 제어인자별 최적 수준을 선택할 수 있다.
A B C D E F G H
2 2 2 3 3 1 1 3
상기 표 5에서 표시된 바와 같이, 최적 수준의 제어인자를 선택하여 차량의 동승석 에어백을 설계하면 에어백 전개시 잘 찢어지고, 헤드 임팩트시 잘 찢어지지 않는 PAB 도어의 사양이 도출된다.
본 발명에 따른 인비져블 에어백 PAB 도어 설계방법에 의하면, PAB 도어가 찢어지는 분리선의 응력분포 및 변형률에 영향을 미치는 제어인자의 최적 사양을 용이하게 선택할 수 있어, 에어백 전개시에는 잘 찢어지고, 헤드 임팩트시 잘 찢어지지 않는 성능을 지니는 PAB 도어를 설계할 수 있다.
도 1은 차량의 동승석 에어백의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 차량의 동승석 인스트루먼트 패널에 형성된 PAB 도어의 단면도이다.

Claims (2)

  1. 차량의 동승석에 구비되는 인비져블 에어백용 PAB 도어의 설계방법에서,
    인스트루먼트 패널 내부에 형성되는 PAB 도어의 분리선을 형성하는 레이져 스코어링(laser scoring) 가공 조건에 의한 잡음 인자(noise factor)의 수준을 설정하는 설정하는 단계;
    상기 분리선의 응력분포 및 변형률에 영향을 미치는 제어인자를 선택하고 각 제어인자의 수준을 설정하는 단계;
    실험계획법에 따라 제어 인자의 조합을 구성하는 단계;
    구성된 제어 인자의 조합에 대해서 각 수준의 잡음인자를 입력하고 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 측정하는 단계; 및
    측정된 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 기초로 각 제어인자의 수준을 선택하는 단계를 포함하는 인비져블 에어백용 PAB 도어의 설계방법.
  2. 제1항에서,
    상기 각 제어인자의 수준을 선택하는 단계는,
    측정된 에어백 전개시 분리선 파단 최소 충격량 및 헤드 임팩트시 분리선 비파단 최대 충격량을 기초로 아래의 수학식에 의해 정의되는 S/N 비를 산출하는 단계;
    제어인자의 수준 별 S/N 비의 평균값을 산출하는 단계; 및
    상기 S/N 비의 평균이 가장 높은 제어인자의 수준을 선택하는 단계를 포함하는 인비져블 에어백용 PAB 도어의 설계방법.
    여기서,
    n: 잡음 인자의 수준 개수
    X: 측정된 에어백 전개시 상기 분리선을 찢기 위한 최소 충격량
    Z: 헤드 임팩트시 상기 분리선이 찢어지지 않는 최대 충격량
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