KR102000620B1 - 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부를 둘러싸는 외피, 상기 외피 내측의 내부 스펀지, 상기 내부 스펀지로 둘러싸여 있는 자기유변탄성체, 상기 자기유변탄성체의 내부에 구비되는 도체를 포함하는 헤드레스트; 차량의 충돌을 감지하도록 차량의 전방 또는 후방에 구비된 충격센서; 상기 충격센서로부터 충돌 감지 신호가 전달되는 전자제어장치; 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 에어백을 작동시키는 에어백 제어장치; 상기 에어백 제어장치와 동시에 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 상기 자기유변탄성체에 인가되는 자기장의 흐름을 중단시키는 자기장 제어장치;로 이루어 진 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템에 관한 것이다.
이러한 헤드레스트는 차량의 충돌 발생 시 헤드레스트의 자기유변탄성체의 강성값을 감소시켜 운전자 머리의 충격흡수를 극대화 시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템{Head rest system utilizing Magnetorheological elastomer(MRE)}

본 발명은 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템에 관한 것으로, 자기유변탄성체(MRE, Magnetorheological elastomer)의 성질을 활용하여 충격흡수 성능을 향상시킨 헤드레스트 시스템에 관한 것이다.

차량 내부에 승객이 착석하도록 구비되는 자동차 시트(seat)는 일반적으로 스펀지나 스프링과 같은 쿠션 부재로 내부가 채워지며 이에 의해 탄성력을 갖는다.

시트의 일부인 헤드레스트의 내부도 쿠션 부재로만 이루어져 있는 경우가 대부분이다.

헤드레스트는 추돌 사고시 승객의 목뼈로부터 척추를 보호하는 역할을 하기 때문에 충격 흡수 성능이 매우 중요한 구성이며, 성능의 중요성이 대두됨에 따라 헤드레스트의 탑승자 보호 성능 개선은 계속하여 요구되는 실정이다.

이러한 요구에 의해 차량 탑승자의 머리 부분에 에어백을 설치하여 운전자와 승객의 편안함을 높이며 사고 발생시에는 목 보호 성능을 향상시킬 수 있는 헤드레스트 에어백 기술이 제안된 바 있으며, 헤드레스트 내부에 작은 로드들을 설치하여 헤드레스트의 가운데 부분이 함몰될 수 있도록 하여 사고 발생시 충격 흡수 성능을 향상시킨 기술 또한 제안되었다.

이와 같이 자동차 탑승자의 안전성을 보장할 수 있는 헤드레스트의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

한편, 자기유변탄성체(Magneto-reological elastomer)는 천연 고무, 실리콘 고무와 같은 폴리머 재료 안에 가령 철 입자와 같은 자기력에 의해 극성을 이룰 수 있는 입자들을 첨가한 지능 재료로서, 외부 자기장의 영향으로 본래 가지고 있던 강성과 감쇠 성질이 변화되는 특징이 있다.

구체적으로 자기유변탄성체에 자기장이 가해지면 내부의 자기 입자들은 방향성을 가지게 되며 이에 의해 높은 강성 값을 갖게 되고, 자기장이 제거되면 자기 입자들이 자유 거동을 하여 낮은 강성을 띠는 형태로 재료 전체의 물성 값이 변화된다.

도 1을 참조하면, 자기유변탄성체에 지지되어 있는 물체에 충격이 가해졌을 대 물체에 나타나는 가속도의 변화량이 도시된다.

가속도의 변화량이 크다는 것은 자기유변탄성체가 흡수하는 충격력이 작아 물체가 받는 충격력이 크다는 것을 의미하는데, 도 1의 그래프는 자기장의 세기가 커질수록 강성이 커져 자기유변탄성체의 충격흡수력이 낮고 자기장의 세기가 약할수록 자기유변탄성체의 강성이 작아져 충격흡수력이 큰 것을 보여준다.

이러한 자기유변탄성체의 성질은 충격 흡수와 진동완화의 역할을 위해 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 추돌 사고 시 탑승자의 목 부분의 보호 효과를 극대화 시키기 위해 자기유변탄성체를 헤드레스트 내부에 적용하고자 한다.

한국공개실용신안 제1998-053254호(1998.10.07)

본 발명의 목적은 자기유변탄성체의 성질을 이용해 헤드레스트의 충격 흡수 성능을 향상시킴으로써 차량 탑승자의 목뼈 내지 척추를 보호할 수 있는 헤드레스트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정상적인 차량의 주행 시 자기장의 세기를 운전자가 능동 조절함으로써 각 사용자에게 적절한 헤드레스트의 쿠션감을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부를 둘러싸는 외피, 상기 외피 내측의 내부 스펀지, 상기 내부 스펀지로 둘러싸여 있는 자기유변탄성체, 상기 자기유변탄성체의 내부에 구비되는 도체를 포함하는 헤드레스트; 차량의 충돌을 감지하도록 차량의 전방 또는 후방에 구비된 충격센서; 상기 충격센서의 충돌신호가 전달되는 전자제어장치; 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 에어백을 작동시키는 에어백 제어장치; 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 상기 자기유변탄성체에 인가되는 자기장의 흐름을 중단시키는 자기장 제어장치;로 이루어 진 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템을 제공한다.

이때, 상기 자기유변탄성체는 실리콘 기반인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자기유변탄성체는 정상적인 주행 시 운전자에 의해 강성 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.

또한, 상기 전자제어장치는 에어백 제어장치와 자기장 제어장치로 동시에 동작신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 충돌시 헤드레스트 내 자기유변탄성체의 강성 값을 감소시켜 운전자 머리의 충격흡수를 극대화 시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 차량의 주행 중에 자기장의 세기를 운전자가 능동 조절할 수 있어 헤드레스트의 쿠션감을 향상시키는 장점이 있다.

도 1는 자기장 세기에 따른 자기유변탄성체의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤드레스트를 장착시킨 자동차 시트의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤드레스트의 자기장 유무에 따른 자기유변탄성체의 강성 변화를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 헤드레스트의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 헤드레스트가 주행 중 자기장의 영향을 받고있는 상태를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 헤드레스트의 추돌 사고 시 변형 모습을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤드레스트의 작동 알고리즘이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 헤드레스트를 장착시킨 자동차 시트의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 헤드레스트의 자기장 유무에 따른 자기유변탄성체의 강성 변화를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 헤드레스트의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 헤드레스트가 주행 중 자기장의 영향을 받고 있는 상태를 도시한 개략도이다.

도 2 및 5를 참조하면, 본 발명에 따르는 헤드레스트(1)는 외피(11), 내부 스펀지(12), 자기유변탄성체(13), 및 자기장 발생을 위한 도체(14)로 이루어지며, 지지봉(16)에 의해 차량 의자의 등받이(2)와 연결된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 헤드레스트(1)의 외부는 외피(11)에 의해 둘러싸이고, 외피(11)의 내측에는 내부 스펀지(12)가 구비된다.

헤드레스트(1)의 중심부에는 자기유변탄성체(13)(MRE, Magnetorheological elastomer)가 삽입되며, 자기유변탄성체(13)는 내부 스펀지(12)에 의해 감싸진다.

본 발명의 헤드레스트 내부에 삽입된 자기유변탄성체(13)는 실리콘을 매트릭스 기반으로 하여 제작된 것이 바람직하다.

실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)는 내부에 도체(14)가 구비된다. 도체(14)는 자기유변탄성체(13)에 자기장을 가하기 위한 구성으로, 헤드레스트(1)와 등받이(2)를 연결하는 지지봉(16)을 통해 투입된다.

상기 도체(14)는 자기장의 유무를 제어하는 구성인 전자제어장치(ECU, electronic control unit)에 의해 자기유변탄성체(13)에 자기장을 인가한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 운전자에 의해 자기유변탄성체(13)의 강성을 능동적으로 조절할 수 있다.

정상적인 차량의 주행 시 과도한 쿠션감을 갖는 헤드레스트(1)는 운전자에게 피로감을 느끼게 할 수 있으므로 실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)는 적절한 강성값을 지닐 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 자기유변탄성체(13)는 운전자에 의해 능동적으로 강성을 조절될 수 있도록 구성된다.

도 5를 참조하면, 헤드레스트(1) 내의 자기유변탄성체(13)에 전달되는 자기장의 흐름(15)이 도시된다.

이와 같이 자기유변탄성체(13)는 차량의 주행 시 자기장을 인가받아 높은 강성 값을 가지므로 헤드레스트(1)는 내부 스펀지(12)에 의한 쿠션 기능만을 유지시킨다.

따라서 본 발명은 운전자에게 주행 중 헤드레스트(1)에 대한 적절한 쿠션감을 제공할 수 있는 효과가 있다.

이제, 도 6 및 7을 참조하여 사고 발생시 본 발명의 동작에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 헤드레스트의 추돌 사고 시 변형 모습을 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명에 다른 헤드레스트의 작동 알고리즘이다.

본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 차량의 충돌 발생시, 자기유변탄성체(13)의 강성값을 낮추기 위해 자기장의 흐름을 순간적으로 중단시킨다.

구체적으로, 차량에 충돌이 발생하면 전방 및 후방에 구비된 충격센서를 통해 사고가 감지된다. 차량의 충돌을 감지한 충격센서는 전자제어장치(ECU)로 충돌 감지 신호를 전달한다.

충돌 감지 신호를 전달받은 전자제어장치는 에어백장치(ACU, safing sensor)와 자기장 제어장치에 동시에 동작신호를 전달한다. 이에 의해 에어백이 작동되고 동시에 헤드레스트(1)의 자기유변탄성체(13)로의 자기장의 흐름이 중단된다.

이와 같이 자기장의 흐름이 컨트롤 됨에 따라 탑승자에게 전달되는 충격력을 최대한으로 흡수한다.

일반적인 경우라면 운전자의 두부는 헤드레스트에 부딪힌 후 다시 강하게 앞으로 튕겨 나가겠지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)가 구비된 본 발명의 헤드레스트(1)는 탑승자 두부로부터의 충격을 최대한으로 흡수한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 운전자가 자기유변탄성체(13)의 강성을 능동적으로 조절할 수 있어 최적의 쿠션감을 제공할 수 있다.

또한, 사고 발생 시 자기장의 흐름을 끊음으로써 높은 탄성력을 제공하여 충격 흡수력을 높일 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

1 : 헤드레스트 2 : 등받이
3 : 착석부 11 : 외피
12 : 내부 스펀지 13 : 자기유변탄성체
14 : 자기장 15 : 자기장의 흐름
20 : 전자제어장치

Claims (4)

1. 지지봉에 의해 차량 의자의 등받이와 연결되고, 외부를 둘러싸는 외피, 상기 외피 내측의 내부 스펀지, 상기 내부 스펀지로 둘러싸여 있는 실리콘 기반의 자기유변탄성체, 상기 지지봉을 통해 상기 자기유변탄성체의 내부에 삽입되고, 상기 자기유변탄성체에 자기장을 인가하는 도체를 포함하는 헤드레스트;
   차량의 충돌을 감지하도록 차량의 전방 또는 후방에 구비된 충격센서;
   상기 충격센서로부터 충돌 감지 신호가 전달되는 전자제어장치;
   상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 에어백을 작동시키는 에어백 제어장치;
   상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 상기 자기유변탄성체에 인가되는 자기장의 흐름을 중단시키는 자기장 제어장치;로 이루어지고,
   상기 자기유변탄성체는 정상적인 주행 시 운전자에 의해 강성 조절이 가능하며,
   상기 전자제어장치는 충돌 감지 신호가 전달되면 상기 에어백 제어장치와 상기 자기장 제어장치로 동시에 동작신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.
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