KR100794879B1 - 스트레인 감시 장치 - Google Patents

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Abstract

시트 벨트 부하 제한기는 시트 벨트 리트랙터(20)의 부분을 형성하는 토션 로드(38)의 탄성 부하 및 소성 변형을 검출하기 위해 자기변형 센서(22)를 채용한다. 토션 로드(38)의 주위 또는 근처에는 자석(24, 66)과 코일(32, 63)이 배치된다. 토션 로드(38)가 탄성 또는 소성 스트레인이 있을 때, 코일에는 토션 로드(38)의 탄성 또는 소성 스트레인을 검출하기 위해 사용되는 전압이 유도된다. 차량 안전 시스템(60)은 시트 벨트 부하 제한기를 교체할 필요가 있을 때를 차량 조작자에게 알려주기 위해 자기변형 센서(22)의 출력을 이용한다. 차량 안전 시스템(60)에 의해 처리된 자기변형 센서(22)의 출력은 또한 탑승자가 시트 벨트(48)에 의해 속박되지 않은 상황을 검출하여 에어백 전개 결정을 내리는데 사용될 수 있다.

Description

스트레인 감시 장치{SEAT BELT RETRACTOR TORSION ROD ACTIVITY SENSOR}
본 발명은 부하 제한(load limiting) 구조물 및 그 작동을 감시하기 위한 센서를 구비한 시트 벨트 리트랙터에 관한 것이다.
자동차 충돌 중에 부상을 방지하거나 제한하는데 있어서 시트 벨트의 장점은, 선택된 강도의 충돌의 검출에 반응하여 시트 벨트를 조여주는 시트 벨트 리트랙터와 조합하여 충돌 시작 검출 시스템이 사용될 경우 현저히 개선된다. 벨트를 벨트 스풀(spool)에 감는 것을 "인입(retraction)"이라 하고, 벨트를 푸는 것을 "인출(protraction)"이라 한다. 부하 제한 토션 로드(torsion rod)를 포함하는 시트 벨트 스풀을 사용함으로써 추가 이점이 도출된다. 부하 제한 토션 로드는 시트 벨트에 의해 속박된 차량 탑승자로부터 에너지를 흡수하기 위해 부하를 받고 있는 시트 벨트 스풀로부터 시트 벨트 웨빙(webbing)을 인출할 수 있게 해준다. 부하 제한 기구는 벨트에 가해지는 부하의 레벨 또는 시트 벨트가 인출되는 속도에 의해 작동된다. 통상적으로, 부하 제한 기구는, 시트 벨트를 시트 벨트 권취 스풀로부터 인출시킬 수 있는 보통 기구를 로크시킴으로써 작동된다. 큰 부하가 가해지는 인출 기구를 시트 벨트에 로크시키면, 시트 벨트 스풀을 차량 구조물 또는 차량 시트에 고정되는 시트 벨트 브래킷에 연결시키는 샤프트가 전단된다.
시트 벨트 부하 제한 기구는 통상, 미국 특허 제 6,012,667 호에 개시된 시스템과 같은 비틀림 전단 부하 하에서 소성 변형될 수 있는 샤프트 형태를 취한다. 다른 형태의 에너지 흡수 기구도 공지되어 있으며, 일반적으로 에너지를 흡수하기 위해 구조물의 소성 변형을 이용하고 있다.
자동차의 안전 시스템은 센서 입력에 기초한 다양한 알고리즘에 따라 작동하는 에어백 또는 다른 안전 시스템 특징부를 전개할 것인지 여부 뿐만 아니라 에어백 전개가 유익할 것인지 여부를 판정한다.
시트 벨트 예비인장기(pretensioner)의 작동은 자동차의 안전 시스템에 의해 제어되며, 통상은 그 동작이 다소 명확한 발화 기구의 작동으로 이어진다. 그러나, 시트 벨트 웨빙이 감기는 시트 벨트 스풀은 보통, 통상의 자동차에서 거의 매일 발생할 수 있는 비교적 낮은 정도의 감속에 반응하여 로크된다. 그러나, 일단 시트 벨트 스풀이 로크되면, 시트 벨트의 상당한 추가적인 풀림은 부하 제한 토션 로드를 전단시킨다. 충돌후 통상 차량은 수리되고 펼쳐진 에어백은 교체되지만, 소성 항복(plastic yielding)을 겪었을지도 모를 부하 제한 토션 로드에 대한 교체 필요성은, 시트 벨트와 시트 벨트 스풀 및 인입 기구의 기능이 유지되므로 덜 명확하다.
요구되는 것은, 안전 시스템이 부하 제한 토션 로드를 교체할 필요가 있는지를 결정할 수 있고 차량 조작자에게 교체 필요가 확실한 때를 알려줄 수 있도록, 부하 제한 토션 로드가 겪는 부하 및 작동을 감시하기 위한 방법 및 장치이다. 부하 제한 토션 로드의 조작을 감시하는 것은 또한, 에어백과 같은 다른 안전 시스템이 전개되는 타이밍 및 힘을 결정하는데 있어서 안전 시스템 로직에 의해 고려될 수 있는 추가적인 데이터를 안전 시스템에 제공할 것이다. 그러한 센서가 제공할 수 있는 추가 기능은 승객이 적절하게 벨트착용을 했는지에 대한 데이터를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 시트 벨트 부하 제한기는, 시트 벨트 리트랙터의 부분을 형성하는 토션 로드의 탄성 부하 및 소성 변형을 검출하는 자기변형[磁氣變形:magnetostriction) 센서를 채용한다. 시트 벨트 부하 제한기에서는, 시트 벨트 리트랙터의 부분을 형성하는 부하 제한 토션 로드의 주위 또는 근처에 자석과 코일이 배치된다. 토션 로드가 탄성 또는 소성 스트레인(strain)이 있을 때, 코일에는 전압이 유도되는 바, 이것이 토션 로드의 탄성 또는 소성 스트레인을 검출하는데 사용된다. 자기변형 센서는 자동차 분야에서 사용되기에 적합하도록 신뢰성있고 큰 온도 범위에 걸쳐서 작동될 가능성을 갖는다.
본 발명에 의하면, 시트 벨트 웨빙이 인출될 때 에너지를 흡수하는 부하 제한 구조물에서의 스트레인을 감시하기 위한 장치로서, 시트 벨트 웨빙의 인출에 반응하여 변형되고 적어도 부분적으로 강자성인 적어도 하나의 변형가능한 구조물과, 상기 적어도 하나의 변형가능한 구조물이 스트레인을 겪을 때 적어도 하나의 변형가능한 구조물로부터 전자기 신호를 수신하도록 배치된 자기변형 센서, 및 상기 자 기변형 센서에 대해 신호 수신 관계에 있는 자동차 안전 시스템을 포함하는 장치가 제공된다.
도 1은 원격 수동 자기변형 센서를 포함하고 대안적으로 샤프트 포위 수동 센서 또는 능동 자기변형 센서를 포함하는 본 발명의 시트 벨트 리트랙터의 단면도.
도 2는 도 1의 장치의 자기변형 센서의 등각도.
도 3은 도 2의 자기변형 센서의 부분 절취된 등각도.
도 4는 자기변형 센서를 도시하는 도 1의 시트 벨트 리트랙터의 등각도.
유사한 부분이 유사한 도면부호로 지칭되고 있는 도 1 내지 도 4를 참조하면, 변형가능한 토션 로드(38) 형태의 부하 제한기를 포함하는 시트 벨트 리트랙터(20)가 도 1에 도시되어 있다. 시트 벨트 리트랙터(20)는 미국 특허 제 6,012,667 호에 개시된 시트 벨트 리트랙터와 유사하지만, 시트 벨트 리트랙터(20)는 자기변형 센서(22)가 추가됨으로써 변형된 것이다. 자기변형 센서(22)는 도 2 및 도 3에 보다 상세하게 도시되어 있다. 자기변형 센서(22)는, 슬롯(26)이 관통 형성되고 두 개의 레그(28)를 갖는 원통형 바이어스 자석(24)을 구비하며, 상기 두 개의 레그 주위에 와이어(30)가 감겨서 두 개의 코일(32)이 형성된다. 상기 바이어스 자석(24)과, 코일(32)을 형성하는 와이어(30)는 에폭시 층(34)으로 둘러싸이며, 이 에폭시 층은 다시 스테인레스 스틸 케이스(36)로 둘러싸인다.
자기변형 효과는 1847년에 Joule에 의해 최초로 보고되었다. 자기변형 효과란 자기장의 존재 하에 강자성 재료의 물리적 치수가 약간 변화하는 것을 말한다. 역자기변형 효과로 알려진 반대 효과에 의하면 강자성 재료가 스트레인을 겪을 때 전자기장이 발생한다. 역자기변형 효과를 이용하는 수동 센서는, 단순히 하나 이상의 코일(32, 63)과, 도 1에 도시된 부하 제한 토션 로드(38)와 같은 강자성 재료 근처에 배치되는 바이어스 자석(24, 66)으로 하는 것이 가능하다. 강자성 재료가 스트레인을 겪을 때, 발생한 전자기장은 코일(32 또는 63)에 의해 검출되는 전압을 생성한다.
자기변형 센서는 스트레인이 검출되는 강자성 재료와 접촉할 필요가 없다는 장점을 갖는다. 이는 센서가 차량 내부에서 통상 겪게 되는 엄한 환경에서 장시간에 걸쳐 신뢰성있게 작동해야 하는 자동차 분야에서 중요하다. 센서가 토션 로드(38) 근처에 기계적으로 부착될 수 있으면, 그 기능이 확보될 수 있다. 스트레인을 겪는 구조물과 접촉해야만 하는 스트레인 게이지 또는 압전 센서와 같은 센서는 자동차 환경에서 신뢰성있게 유지되기가 쉽지 않다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시트 벨트 리트랙터는 U자형 프레임(40)을 갖는다. 프레임(40)에는 스풀(42)이 회전가능하게 지지된다. 스풀(42)은 중심부(44)와 플랜지(46)를 구비한다. 스풀(42)의 중심부(44) 주위에는 길다란 시트 벨트 웨빙(48)이 감긴다. 시트 벨트의 내측 단부는 슬롯(50)에 공지의 방식으로 수용된다.
스풀(42)은 미국 특허 제 6,012,667 호에 보다 자세히 설명되어 있는 스플라인 장치(52)를 갖는 중심 토션 로드(38)에 연결되며, 따라서 토션 로드가 충돌 중에 예를 들어 관성 요소(54)에 의해 적소에 로크될 때 시트 벨트 웨빙(48)은 토션 로드(38)의 소성 비틀림 항복에 의해 풀려나거나 인출될 수 있을 뿐이다. 토션 로드(38)는 도 1에 도시하듯이, 관성 요소(54)에 의해 로크될 수 있는 제 1 부분(56), 및 스퀴브(squib) 기동 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 로크될 수 있는 제 2 부분(58)을 구비한다. 따라서 토션 로드(38)가 생성하는 인출에 대한 저항 정도가 스퀴브의 기동에 의해 변화될 수 있다.
토션 로드(38)의 탄성 또는 소성 변형은, 토션 로드(38)의 변형에 반응하여 전압을 생성하는 자기변형 센서(22)에 의해 감시될 수 있다. 데이터 수집은 관성 요소(54)의 작동, 스풀 회전의 검출, 토션 로드 회전의 검출, 또는 자기변형 센서(22)로부터 수신된 신호의 크기에 의해 시작될 수 있다.
자기변형 센서(22)의 출력은 안전 시스템(60)에 공급된다. 안전 시스템(60)은 자기변형 센서(22)의 출력을 처리하여 소성 변형의 발생 여부와, 탄성 또는 소성 스트레인이 발생하는 양 및 속도를 결정할 수 있다. 이 정보는, 예를 들어 토션 로드(38)의 제 2 부분(58)과 결합될 스퀴브 기동 액추에이터(도시되지 않음)를 기동시킴으로써 시트 벨트의 인출에 대한 토션 로드(38)의 저항을 증가시키는데 사용될 수 있다. 정보는 또한 승객에게 시트 벨트 리트랙터가 소성 항복되어 교체할 필요가 있음을 경고하기 위해 차량 안전 시스템(60)에 의해 처리 및 저장될 수 있다. 시간에 따른 자기변형 센서(22)의 출력을 감시 및 저장함으로써, 충돌 중에 시트 벨트 스풀(42)의 수많은 회전이 어떻게 발생하는지를 결정할 수 있다. 시트 벨트 스풀의 회전수는 충돌 중에 인출되는 시트 벨트의 양에 대한 직접적인 지시계 역할을 한다.
충돌 중에 인출되는 시트 벨트의 전체 양은, 충돌 사고 이후, 충돌의 크기 및 차량의 전체 안전 시스템의 작동을 연구하는데 사용될 수 있으며, 따라서 장래의 안전 시스템이 개선될 수 있다. 따라서 자기변형 센서(22)에 의해 출력되는 다양한 파라미터는 실제 충돌 사고의 공학적 이해를 향상시키기 위해 데이터를 수집하는 블랙박스/비행 레코더에 의해 기록되는 데이터의 일부로서 저장될 수 있다.
자기변형 센서로부터 수집된 정보는 또한, 시트가 점유되었음을 판정하는 시트 중량 센서와 같은 다른 센서와 조합하여, 시트 벨트가 조여졌는지를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 충돌의 극초기에 토션 로드(38)는 시트 벨트에 대한 시트 탑승자의 부하에 의해 탄성적으로 스트레인 변형되어야 한다. 시트 벨트가 그러한 탄성 스트레인을 나타내지 않는 경우에, 차량 안전 시스템 로직은 시트 벨트가 조여졌을 때에도 시트 벨트에 의해 속박되지 않는 탑승자의 존재를 판정할 수 있다. 시트 벨트가 탑승자를 지나서 체결되었을 때, 체결된 시트 벨트는 시트 탑승자를 속박하지 않는다. 시트 탑승자가 속박되지 않았다는 정보는, 시트 탑승자가 벨트를 착용하지 않은 상황에서 에어백의 이점을 극대화시키기 위해 에어백의 조기 전개를 촉발하는데 사용될 수 있다. 에어백이 2단 또는 가변 전개 압력형이면, 에어백 전개 자체는 차량 안전 시스템에 의해 처리되는 자기변형 센서(22)로부터 수신된 정보에 기초하여 변화될 수 있다.
변형예의 자기변형 센서(62)는 토션 로드(38)로부터 연장되는 스터브 샤프트(64) 주위에 배치되는 코일(63)로 구성된다. 자기변형 센서(62)에 의해 발생되는 신호를 증가시키기 위해 코일(63) 근처에는 영구 자석(66)이 배치된다.
추가 실시예는, 스터브 샤프트(64)일 수 있거나 또는 그 내용이 본원에 참조로 원용되는 미국 특허 제 5,739,757 호에 개시된 것과 같은 별도의 요소일 수 있는 강자성 코어 주위에 두 개의 코일, 즉 하나의 수동 코일(63)과 하나의 능동 코일(68)을 배치하는 것을 사용한다. 능동 코일(68)은 강자성 재료(64)에 진동 응력 또는 진동을 생성하는 진동 자기장을 발생시키며, 수동 코일(63)은 강자성 코어에 진동 응력에 의해 생성되는 자기장을 검출한다. 제 1 코일에 의해 생성되는 강자성 재료내의 스트레인은 강자성 토션 로드(38)에서의 응력에 의해 조절된다. 수동 코일(63)은 이 조절을 검출할 수 있다.
역자기변형 효과는 강자성 재료의 사용에 따라 달라질 수 있지만, 토션 로드(38)는 그 일부만 강자성 재료로 구성된 코팅체 또는 슬리브를 갖고 주로 다른 재료로 제조될 수 있으며, 이는 로드와 코팅체 또는 슬리브가 스트레인 하에 배치될 때 전자기파를 초래하게 될 것임을 알아야 한다.

Claims (8)

  1. 시트 벨트 웨빙(48)이 인출될 때 에너지를 흡수하는 부하 제한 구조물에서의 스트레인을 감시하기 위한 장치에 있어서,
    상기 시트 벨트 웨빙(48)의 인출에 반응하여 변형되고, 적어도 부분적으로 강자성이며, 시트 벨트 리트랙터의 부품이며, 상기 시트 벨트 웨빙(48)이 감기는 스풀(42)이 장착된, 탄성 또는 소성 변형가능한 적어도 하나의 토션 로드(38)와,
    상기 적어도 하나의 토션 로드(38)가 스트레인을 겪을 때 상기 적어도 하나의 토션 로드(38)로부터 전자기 신호를 수신하도록 배치된 자기변형 센서(22)와,
    상기 자기변형 센서(22)에 대해 신호 수신 관계에 있는 자동차 안전 시스템(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기변형 센서(22)는 상기 토션 로드(38)로부터 축방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자기변형 센서(22)는 상기 토션 로드(38)의 일부 주위에 배치된 코일인 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
  6. 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기변형 센서(22)는 감지 코일(32) 및 영구 자석(24)을 구비하며, 수동형(passive type)인 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
  7. 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다른 자기변형 센서(62)를 더 포함하며, 상기 다른 자기변형 센서(62)는 상기 적어도 하나의 토션 로드(38) 주위에 배치되는 능동 코일(68) 및 수동 코일(63)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다른 자기변형 센서(62)는 감지 코일(63) 및 영구 자석(66)을 구비하며, 수동형인 것을 특징으로 하는
    스트레인 감시 장치.
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