KR102600055B1

KR102600055B1 - 니 볼스터

Info

Publication number: KR102600055B1
Application number: KR1020180158264A
Authority: KR
Inventors: 사무엘 젠; 게레로 마이클
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2023-11-07
Also published as: KR20200049423A; DE102018221376A1; CN111098818A; US10933829B2; CN111098818B; US20200130628A1

Abstract

탑승자의 무릎의 충격 에너지를 흡수하는 니 볼스터 시스템이 다중 레벨 힘 하중 리미터로 제공된다. 다중 레벨 힘 하중 리미터는 3개의 힘 하중 리미터를 포함한다. 제1 힘 하중 리미터는 차량 충돌시 탑승자의 무릎에 의한 충력력을 수용하는 접촉판을 포함한다. 제2 힘 하중 리미터는 상대 회전을 허용함으로써 비틀림 변형하는 비틀림 변형 로드(rod)를 포함하고, 제3 힘 하중 리미터는 제2 힘 하중 리미터의 비틀림 변형 로드가 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에는 회전 암의 추가적인 회전을 로킹하는 로킹 기어와 암 로킹 베이스를 포함한다. 따라서, 다중 레벨 힘 하중 리미터는 니 볼스터 시스템의 회전 암의 더 높은 비틀림 힘을 생성할 수 있다.

Description

니 볼스터{KNEE BOLSTER}

본 발명은 차량 충돌시 탑승자의 무릎을 보호하기 위한 니 볼스터 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 충격 에너지를 흡수 할 수 있는 다중 레벨 힘 하중 리미터(multi-level force load limiter)를 갖는 니 볼스터 시스템에 관한 것이다.

이 섹션의 설명은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하며 선행 기술을 구성하지 않을 수 있다. 충돌시 차량 탑승자의 무릎을 보호하기 위해 차량에는 일반적으로 니 볼스터가 제공된다. 니 볼스터는 일반적으로 차량의 프론트 대시 보드에서 연장된 차량의 스티어링 칼럼의 양쪽 측면과 같이 차량의 프론트 대시 보드에 설치되거나 인접하게 설치된다. 기존의 니 볼스터 시스템에서는 충격 흡수가 단순한 충격 흡수 판으로 흡수될 수 있다. 따라서, 이러한 니 볼스터 시스템은 탑승자의 무릎에 가해지는 충격력을 완전히 흡수할 수 없다.

차량 충돌의 경우, 기존의 니 볼스터 시스템은 탑승자의 무릎에 가해지는 충격력을 흡수 할 수 없어 니 볼스터에 대한 충격력은 차량의 앞 좌석 탑승자에게 심각한 부상을 유발할 수 있다. 탑승자의 심각한 부상을 피하기 위해 다양한 종류의 니 볼스터 시스템이 개발되고 소개되었다. 최근, 충격력에 상대적으로 니 볼스터의 굴절을 제어하는 니 볼스터 시스템이 개발되었다. 그러나, 니 볼스터의 굴절을 제어하는 니 볼스터 시스템은 차량 충돌의 경우에 탑승자의 무릎이 밀고 들어가는 것을 제한하는데 충분하지 않다는 것을 발견했다.

본 배경 기술 분야에서 개시된 상기 정보는 본 개시의 배경에 대한 이해를 높이기 위한 것일 뿐이며, 따라서 당업자에게 이미 공지 된 기술을 형성하지 않는 정보를 포함 할 수 있다.

본 발명은 차량 충돌시 차량 탑승자의 무릎을 보호하기 위한 니 볼스터 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 고정구를 가지는 차량용 니 볼스터 시스템은 다중 레벨 힘 하중 리미터로서 제1 힘 하중 리미터, 제2 힘 하중 리미터, 제3 힘 하중 리미터를 포함한다. 상기 제1 힘 하중 리미터는, 상부와 하부를 가지는 회전 암, 및 상기 회전 암의 하부에 연결되는 접촉판을 포함한다. 상기 접촉판은 충돌시 탑승자로부터 충격력을 수용하도록 하도록 구성된다. 상기 제2 힘 하중 리미터는 제1 로드를 포함한다. 상기 제1 로드의 제1 단부는 상기 고정구에 비회전 방식으로 연결되고, 상기 제1 로드의 제2 단부는 상기 회전 암에 비회전 방식으로 연결된다. 상기 제1 로드는 상대 회전을 허용하도록 비틀림 변형한다. 상기 제3 힘 하중 리미터는 로킹 기어와 암 로킹 베이스를 포함한다. 상기 로킹 기어와 상기 암 로킹 베이스는 서로 회전 방식으로 연결되고, 상기 제3 힘 하중 리미터는 상기 제2 힘 하중 리미터의 상기 제1 로드가 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹하도록 구성된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 회전 암은 제1 측면 및 제2 측면을 가지는 관형 단부(tubular end)를 포함하고, 상기 회전 암의 상기 관형 단부는 상기 고정구에 대하여 상대적으로 길이 방향 축에 따라 회동한다. 상기 제1 로드의 제2 단부는 상기 회전 암의 제1 측면에 비회전 방식으로 연결된다. 상기 회전 암의 제2 측면은 상기 암 로킹 베이스로서 형성되고, 상기 제3 힘 하중 리미터의 제2 로드의 외부 표면으로부터 돌출된다. 상기 제2 로드의 제2 단부는 상기 제2 고정구에 비회전 방식으로 연결된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 암 로킹 베이스는 홈을 포함하고, 상기 로킹 기어는 돌출부를 포함한다. 상기 제3 힘 하중 리미터의 상기 돌출부와 상기 홈의 결합에 의하여 상기 회전 암의 추가적인 회전을 방지한다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 회전 암의 하부는 스톱 패드를 포함하고, 상기 접촉판은 상기 스톱 패드를 마주하는 표면에 스토퍼를 포함하며, 상기 스톱 패드는 상기 스토퍼와 접촉함으로써 상기 접촉판의 변형을 멈추도록 형성된다.

본 발명의 다른 현태에 따르면, 상기 로킹 기어와 상기 암 로킹 베이스는 각각 원형 디스크 형상으로 형성되고, 상기 로킹 기어는 상기 회전 암의 제2 측면에 고정되고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 제2 고정구에 고정된다. 상기 로킹 기어는 상기 로킹 기어의 제1 표면에 적어도 하나의 노브를 포함하고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 상기 로킹 기어의 제1 표면에 마주하는 대응 표면에 적어도 하나의 홀을 포함한다. 상기 로킹 기어의 노브는 상기 암 로킹 베이스의 홀에 삽입되고, 상기 회전 암의 회전 운동의 저항을 증가키도록 상기 홀 사이는 좁은 채널로 연결된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 니 볼스터 시스템은 상기 탑승자의 무릎으로부터 충력력을 수용하되, 제1 레벨, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨, 및 상기 제2 레벨 보다 높은 제3 레벨을 포함하는 3개의 힘 레벨에 대응하는 3개의 단계로 상기 충격력을 저항한다. 제1 단계(stage)에서는 상기 제1 레벨에서 상기 충격력을 저항하기 위해 상기 제1 힘 하중 리미터가 변형되고, 제2 단계(stage)에서는 상기 제1 힘 하중 리미터의 변형은 상기 제2 레벨의 저항을 제공하도록 상기 제2 힘 하중 리미터의 변형을 포함한다. 제3 단계(stage)에서는 상기 제1 힘 하중 리미터의 변형이 상기 제3 레벨의 저항을 제공하도록 상기 제3 힘 하중 리미터의 회전을 초래한다. 상기 제3 힘 하중 리미터는 상기 제3 레벨을 초과하는 힘에 대하여 상기 회전 암의 추가적인 회전을 방지한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 고정구를 가지는 차량용 니 볼스터 시스템으로서, 제1 힘 하중 리미터, 제2 힘 하중 리미터, 및 제3 힘 하중 리미터를 다중 레벨 힘 하중 리미터로 포함한다. 상기 제1 힘 하중 리미터는 상부와 하부를 가지는 회전 암, 및 상기 회전 암의 하부에 연결되는 접촉판을 포함한다. 상기 접촉판은 충돌시 탑승자로부터 충격력을 수용하도록 구성된다. 상기 제2 힘 하중 리미터는 제1 로드를 포함한다. 상기 제1 로드의 제1 단부는 상기 고정구에 비회전 방식으로 연결되고, 상기 제1 로드의 제2 단부는 상기 고정구에 비회전 방식으로 연결된다. 또한, 상기 제1 로드는 비틀림 변형에 의하여 상태 회전을 허용하도록 구성된다. 상기 제3 힘 하중 리미터는 비틀림 실린더를 포함한다. 상기 비틀림 실린더는 회전 방식으로 서로 결합하는 로킹 기어와 암 로킹 베이스를 포함하고, 상기 제2 힘 하중 리미터의 상기 제1 로드가 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹한다. 상기 로킹 기어는 적어도 하나의 노브(knob)를 포함하고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 노브를 수용하는 적어도 하나의 홀을 포함한다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 암 로킹 베이스의 상기 홀의 수는 상기 로킹 기어의 노브의 수보다 하나 이상 많으며, 상기 암 로킹 베이스의 남는 홀은 잉여 홀을 형성한다. 상기 로킹 기어의 회전을 멈출 수 있도록, 상기 암 로킹 베이스의 잉여 홀의 직경은 잉여 홀이 아닌 홀의 직경보다 작게 형성된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 로킹 기어가 상기 암 로킹 베이스에 대하여 상대적으로 회전할 때 저항을 발생하도록, 상기 각 홀은 좁은 채널로 연결된다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 상기 니 볼스터 시스템은 각 힘 하중 리미터에서의 비틀림 힘을 누적함으로써 상기 회전 암의 증가된 비틀림 힘을 발생한다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 차량용 니 볼스터 시스템에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 방법으로서, 접촉판에 의하여 탑승자로부터의 충격력을 수용하는 단계; 상기 접촉판이 회전 암의 스톱 패드에 닿을 때까지 상기 접촉판이 변형되는 단계; 상기 제1 로드의 길이 방향 축에 따라 상대 회전을 허용하도록 제1 로드를 비틀림 변형하는 단계; 및 상기 제1 로드의 비틀림 변형이 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹하는 단계;를 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 방법을 제공한다 상기 니 볼스터 시스템은 제1, 제2, 및 제3 힘 하중 리미터의 각 단계(stage)로부터 수용되는 충격력을 누적함으로써 충격 에너지를 흡수한다.

적용 가능성의 다른 영역은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 여기에 제시된 설명과 구체적인 예가 설명 목적일 뿐이고 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니라는 것으로 이해해야 합니다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다중 레벨 힘 하중 리미터로 구성되는 니 볼스터 시스템을 제공함으로써, 다양한 체구의 탑승자의 무릎 상해를 최소화할 수 있다.

설명된 내용이 잘 이해 될 수 있도록, 이하 첨부된 도면을 참조하여 다양한 형태가 예시로서 기술된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 크로스 멤버에 부착된 니 볼스터 시스템(knee bolster system)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 니 볼스터 시스템의 제 2 및 제 3 힘 하중 리미터의 상세도이다.
도 3(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 니 볼스터 시스템의 제2 및 제3 힘 하중 리미터의 상세도이다.
도 3(b)은 도 3(a)의 3B-3B 선에 따른 가이드 브라켓의 단면도이고, 도 3(c)은 도 3(a)의 3C-3C 선에 따른 고정구 브라켓의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 니 볼스터 시스템의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제1 힘 하중 리미터의 하부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 힘 하중 리미터의 하부의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제3 힘 하중 리미터의 로킹 기어와 암 로킹 베이스의 상세도이다.
도 8은 도 7의 로킹 기어와 암 로킹 베이스의 분해 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 7의 로킹 기어와 암 로킹 베이스의 분해 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 형태에 따른 니 볼스터 시스템의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 형태에 따른 도 10의 제3 힘 하중 리미터의 로킹 기어의 사시도이다 .
도 12는 본 발명의 다른 형태에 따른 도 11의 제3 힘 하중 리미터의 암 로킹 베이스의 사시도이다 .
도 13(a) 내지 13(d)는 본 발명의 실시예에 따른 니 볼스터 시스템의 동작 프로세스를 도시하는 사시도이다.
도 14(a) 및 14(b)는 도 13(d)의 제3 힘 하중 리미터의 동작 프로세스의 상세도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 니 볼스터 시스템에서 제1, 제2, 및 제3 힘 하중 리미터의 각각에서 총 하중 힘(load force)을 도시하는 그래프이다.
여기에 설명된 도면은 설명의 목적일 뿐이며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

다음의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며 본 발명의 개시 또는 그 적용 또는 용도를 결코 제한하지 않는다. 도면 전체에 걸쳐, 대응하는 참조 번호는 동일하거나 대응하는 부분 및 특징을 가리킨다.

도 1을 참조하면, 차량(도시되지 않음) 내 장착되기 위한 니 볼스터 (10)가 도시되어 있다. 당업자에 의해 공지되고 이해되는 바와 같이, 차량 충돌시 니 볼스터(10)이 차지하는 차량 공간으로 탑승자의 무릎이 이동되는 경우에 탑승자의 무릎을 보호하도록, 니 볼스터 (10)는 차량의 크로스 멤버(cross member)(12)에 고정되고, 승객실을 향해 연장된다. 크로스 멤버(12)는 차량 프레임의 일부, 프레임에 연결된 강체(rigid member), 또는 다른 지지 부재일 수 있다. 한 형태로, 크로스 멤버(12)는 차량을 가로지르는 빔(beam)일 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 니 볼스터(10)는, 클램핑 스트랩(clamping strap)(18)과 같은 다양한 연결 수단에 의하여 차량의 크로스 멤버(12)에 고정될 수 있다.

도 1에서, 니 볼스터(10)는 다중 레벨 힘 하중 리미터로서 제1 힘 하중 리미터(force load limiter)(20), 제2 힘 하중 리미터(40), 및 제3 힘 하중 리미터(60)를 포함한다. 다중 레벨 힘 하중 리미터를 가지는 니 볼스터(10)는 서로 다른 크기의 차량 탑승자에 따라 탑승자의 무릎의 힘 한계를 제어할 수 있다. 또한, 다중 레벨 힘 하중 리미터는, 다양한 탑승자 신체 사이즈에 대하여, 연방 자동차 안전 기준(Federal Motor Vehicle Safety Standards; FMVSS 208) 또는 신차 평가 프로그램 (New Car Assessment Program; NCAP)의 전면 충격(frontal collision)과 같은 넓은 범위의 충돌 규정을 만족할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 다중 레벨 힘 하중 리미터를 가지는 니 볼스터(10) 다양한 차량에 따라 튠 작업을 하지 않을 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 힘 하중 리미터(20)는 상부(22)와 하부(23)를 가지는 회전 암(rotational arm)(21)을 포함한다. 회전 암(21)은 강(steel)로 구성된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 다른 적당한 재질이 사용될 수 있다. 회전 암(21)의 관형 단부(24)는 비회전 방식(non-rotating manner)으로 제2 힘 하중 리미터(40)에 연결되는 제1 측면(25), 그리고 회전 방식으로 제3 힘 하중 리미터(60)과 커플링 되는 제2 측면(26)을 포함한다. 회전 암(21)의 제1 및 제2 측면(25)(26)은 실린더 형상으로서, 제2 및 제3 힘 하중 리미터(40)(60)와 각각 결합한다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 회전 암(21)의 관형 단부(tubular end)(24)는 적절한 형상으로 구현될 수 있다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 탑승자의 무릎 힘을 효과적으로 제한하기 위하여 니 볼스터(10)가 차량에 탑재되는 경우, 회전 암(21)의 하부(23)는 니 볼스터(10)의 위치 및/또는 각도에 따라 구부러질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 회전 암(21)은 니 볼스터(10)가 위치하는 차량 내의 공간을 기초로 다른 적당한 기하학적 형상으로 구현될 수 있다. 회전 암(21)의 바닥 가장자리(27)는 접촉판(contact plate)(30)에 고정 결합된다. 접촉판(30)은 회전 암(21)과 일체로 형성되어 단일체(single piece)로 구성된다. 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 접촉판(30)은 금속판으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 다른 적당한 재료가 사용될 수 있다.. 또한, 차량 충돌시에 접촉판(30)의 넓은 면적에 탑승자의 무릎이 접촉할 수 있도록, 접촉판(30)은 차를 가로지르는 방향에서 대체로 회전 암(21)보다 넓게 형성된다.

도 5에서, 회전 암(21)의 하부(23)와 접촉판(30) 사이의 연결 부위(29)는, 차를 가로지르는 방향에서 보았을 때 대략 U자 형태로 이루어진다. 연결 부위(29)가 U자 형태의 디자인됨으로써, 차량 충돌시에 탑승자의 무릎이 접촉판(30)을 타격할 때 접촉판(30)이 변형되어 회전 암(21)의 스톱 패드(28)에 접촉할 수 있게 된다. 또한, 접촉판(30) 탑승자의 무릎이 니 볼스터(10)를 충격할 때 탑승자의 무릎에 의해 가해지는 충격 하중을 수용하도록 구성된다.

도 6에서, 접촉판(30)은 회전 암(21)과 접촉판(30) 사이의 연결 부위(29)의 바닥 단부(34)에서 좁은 부위(31)를 포함한다. 탑승자의 무릎이 니 볼스터(10)를 충격할 때 접촉판(30)의 좁은 부위(31)에 의하여 접촉판(30)은 쉽게 변형된다. 접촉판(30)은 회전 암(21)의 스톱 패드(28)를 마주하는 표면(32)에 부착되는 스토퍼(33)를 더 포함한다. 스토퍼(33)은 대체로 접촉판(30)과 일체로 형성되어 단일체를 구성한다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 스토퍼(33)는 접촉판(30)과 별개로 형성되어 부착될 수 있다. 탑승자의 무릎이 접촉판(30)을 충격할 때 접촉판(30) 상의 스토퍼(33)는 회전 암(21)의 스톱 패드(stop pad)(28)에 접촉함으로써 접촉판(30)의 변형을 멈추도록 구성된다

다시 도 4를 참조로, 제2 힘 하중 리미터(40)는 비회전 방식으로 회전 암(21)의 제1 측면(25)과 결합하는 제1 로드(rod)(41)를 포함한다. 도 4에서, 예를 들어, 제1 로드(41)는 대략 실린더 또는 튜브 형태로서, 강(steel)으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 다른 적당한 형상 및/또는 재질의 제1 로드(41)이 사용될 수 있다. 제1 로드(41)의 제1 단부(42)는 차량의 크로스 멤버(12)에 부착된 고정구(fixture)(14)에 비회전적으로 고정된다. (도 1 및 도 2 참조). 위에서 설명한 바와 같이, 제1 로드(41)의 제2 단부(43)는 회전 암(21)의 제1 측면(25)에 비회전적으로 고정된다. 따라서, 제1 로드(41)의 양 단부(42)(43)는 비회전 방식으로 고정된다.

도 1~4에서, 가이드(16)는 제1 로드(41)의 제2 단부(43)에 인접한 위치에서 제1 로드(41)와 회전가능하도록 커플링되어 제1 로드(41)를 지지한다. 일반적으로, 가이드(16)는 차량의 크로스 멤버(12)에 고정 장착된다. 따라서, 제1 로드(41)의 제1 단부(42)가 비회전적으로 고정되고 제1 로드(41)의 제2 단부(43)도 회전 암(21)의 제1 측면(25)에 비회전적으로 고정되므로, 제1 힘 하중 리미터(20)의 회전 암(21)이 회전하면 제1 실린더 로드(41)는 비틀림 변형된다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 4에서, 제2 힘 하중 리미터(40)의 제1 로드(41)는 비틀림 변형되어, 길이 방향 축(X) 둘레로 양 단부(42)(43) 사이의 상대 회전을 허용한다. 제1 실린더 로드(41)는 제1 힘 하중 리미터(20)의 회전 암(21)의 회전축과 동심으로, 길이 방향 축(X)을 따라 형성된다. 따라서, 제1 로드(41)은 상대 회전이나 비틀림 변형에 의하여 힘 하중 한계를 제어하고, 차량 충돌시 탑승자의 무릎의 충격 에너지의 일부를 흡수할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 다른 형태에 따라, 제1 로드(41)는 토션 바 또는 토션 스프링(141)과 같이 비틀림 변형을 가지는 다른 디자인으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 로드(41)로서 토션 스프링(torsional spring)(141)이 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 토션 스프링(141)의 제1 단부(142) 및 제2 단부(143)는 고정구(14)와 회전 암(21)의 제1 측면(25)에 각각 비회전적으로 고정된다. 위에서 설명한 바와 같이, 따라서, 제1 힘 하중 리미터(20)의 회전 암(21)이 회전하는 경우, 토션 스프링(141)은 길이 방향 축(X)을 따라 비틀림 변형되고, 차량 충돌시에 탑승자의 무릎에 의해 가해지는 힘을 흡수한다.

다시 도 4를 참조로, 제3 힘 하중 리미터(60)는 로킹 기어(locking gear)(62)를 가지는 제2 로드(61)를 포함한다. 또한, 회전 암(21)의 제2 측면(26)은 로킹 기어(62)와 회전 방식으로 커플링하기 위한 암 로킹 베이스(arm locking base)(63)로 형성된다. (도 7 참조). 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 로드(61)는 바(bar) 또는 튜브 형태로서, 강(steel)으로 형성된다. 또한, 제2 로드(61)는 길이 방향 축(X)을 따라 제2 힘 하중 리미터(40)의 제1 로드(41)와 동심을 이룬다. 본 발명의 다른 형태에 따르면, 다른 적당한 형상 및/또는 재질의 제2 로드(61)가 사용될 수 있다.

도 4 및 도 7에서, 제2 로드(61)의 제2 단부(65)는 제2 고정구(14')에 비회전 방식으로 고정된다. 제2 고정구(14')는 차량의 크로스 멤버(12)에 고정적으로 부착된다. (도 1 및 도 2 참조). 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 로드(61')의 제2 단부(65')는 육각 형상으로 형성되어 고정구 브라켓(17)에 비회전 방식으로 결합한다. (도 3(a) 및 3(c) 참조). 또한, 고정구 브라켓(17)는 차량의 크로스 멤버(12)에 직접 부착된다. (도 3(a) 참조). 다시 도 4 및 도 7을 참조로, 제2 로드(61)의 제1 단부(64)는 제2 로드(61)의 외부 표면(66)으로 돌출되는 로킹 기어(62)를 포함한다. 제2 로드(61)의 로킹 기어(62)는 회전 암(21)의 제2 측면(26)에 형성된 암 로킹 베이스(63)에 회전가능하도록 결합한다. 따라서, 암 로킹 베이스(63)를 가지는 회전 암(21)은 제2 실린더 로드(61)에 대하여 길이 방향 축(X)에 따라 회전 운동을 하도록 구성된다. 또한, 제2 가이드(16')는 제2 로드(61)의 제1 단부(64)에 인접한 위치에서 제2 로드(61)와 회전가능하도록 커플링하여, 제2 로드(61)를 지지한다. 일반적으로, 가이드(16')는 차량의 크로스 멤버(12)에 고정적으로 부착된다. (도 1 및 도 2 참조).

도 4 및 도 7에서, 제2 힘 하중 리미터(40)에서 제1 로드(41)의 비틀림 변형이 회전 암(21)의 설정 각도 (즉, 회전 암의 관형 단부의 기설정된 회전)에 대응되는 특정한 정도에 도달하면, 제2 로드(61)의 로킹 기어(62)는 암 로킹 베이스(63)와 결합하여 회전 암(21)의 추가적인 회전을 막는다. 따라서, 로킹 기어(62)와 암 로킹 베이스(63)은 상호 인터록(interlock) 되고, 이 때 제2 및 제3 힘 하중 리미터(40)(60)에서의 비틀림 힘이 누적되므로, 인터록 결합에 의해 회전 암(21)의 더 높은 비틀림 힘을 형성한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 로킹 기어(62)는 제2 로드(61)의 외부 표면(66)에서의 돌출부(67)로 형성되고, 암 로킹 베이스(63)는 회전 암(21)의 관형 단부(24)에 제2 측면(26) 상의 홈(groove)(68)으로 형성된다. 제2 로드(61)의 돌출부(67)는 애초에는 암 로킹 베이스(63)의 홈(68)과 결합한다. 따라서, 홈(68)을 가지는 암 로킹 베이스(63)는 로킹 기어(62)의 돌출부(67)를 따라 길이 방향 축(X)에 대하여 회전 암(21)의 설정 각도 회전 운동한다. 제1 로드(41)가 설정 각도 회전 한 후에는, 돌출부(67)는 홈(68)의 가장자리(69)와 접촉하고, 이에 따라 회전 암(21)의 회전 운동은 멈춰진다. 따라서, 제3 힘 하중 리미터(60)는 회전 암(21)의 추가적인 회전을 막고, 회전 암(21)의 회전 운동을 멈추게 하는 것이다.

도 10 내지 12는 니 볼스터 시스템(110)의 다른 예시적인 형태를 도시한다. 니 볼스터(110)는 도 1 내지 도 8을 참조로 위에서 설명한 바와 개략적으로 동일하게 구성될 수 있으며, 본 발명의 모든 장점을 제공한다. 이러한 관점에서, 도 10의 니 볼스터(110)는 도 1 내지 도 9의 형태의 니 볼스터(10)와 유사하다. 그러나, 니 볼스터(110)에서는 제3 힘 하중 리미터(160)가 다르게 구성된다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 제3 힘 하중 리미터(160)는 비틀림 실린더(161)를 포함한다. 비틀림 실린더(161)는 대략 원형 디스크 형상으로 형성되는데, 더 큰 직경으로 형성되며 강(steel)으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 다른 적당한 형상 및/또는 재질의 비틀림 실린더(161)가 사용될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 비틀림 실린더(161)는 서로 결합되는 제1 부재(164)와 제2 부재(165)를 포함한다.

도 11 및 도 12에서, 비틀림 실린더(161)의 제1 부재(164)는 적어도 하나의 노브(knob)(172)를 가지는 로킹 기어(162)로 정의된다. 비틀림 실린더(161)의 제2 부재(165)는 암 로킹 베이스(163)로 정의된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 부재(164)의 제1 표면(169)로부터 돌출된 노브(172)는 실린더 형상을 가진다. 도 11에서, 비틀림 실린더(161)의 제2 부재(165)에 마주하는 제1 부재(164)의 제1 표면(169)에, 예를 들어 5개의 실린더형 노브(172)가 돌출되어 형성된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 다른 적당한 형상 또는 수의 노브(172)가 구현될 수 있다. 노브(172)는 제1 부재(164)의 원주 라인을 따라 서로간에 간격(171)을 두고 배치된다. 제1 부재(164)는 회전 암(21)의 관형 단부(24) 상의 제2 측면(26)에 고정적으로 결합하고, 비틀림 실린더(161)는 길이 방향 축(X)에 따라 회전 암(21)의 관형 단부(24)와 동심으로 형성된다. 따라서, 회전 암(21)이 길이 방향 축(X)에 따라 회전하는 경우, 비틀림 실린더(161)의 제1 부재(164)는 회전 암(21)과 함께 회전한다.

비틀림 실린더(161)의 암 로킹 베이스(163)는 제1 부재(164)의 로킹 기어(162)를 수용하는 적어도 하나의 로킹 리시버(166)를 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 부재(164)의 제1 표면(169)과 마주하는 제2 부재(165)의 대응 표면(170) 상에 형성된 로킹 리시버(166)는 적어도 하나의 홀(167)을 포함한다. 도 12에서, 예를 들어, 각 홀(167)은 좁은 채널(168)에 의해 서로 연결된다. 각 홀(167) 사이를 연결하는 좁은 채널(168)은 회전 암(21)이 소정 각도 회전할 때 저항을 일으키도록 구성된다. 로킹 리시버 (166)의 구성 또는 배치는 로킹 기어 (162)의 형상 또는 배치에 따라 변경 될 수 있다. 또한, 암 로킹 베이스(163)는 클램핑 스트랩(18)를 가지는 고정구(14')에 의해 또는 다른 고정 방법으로 크로스 멤버(12)에 고정된다. (도 10 참조).

도 11~12에 도시된 바와 같이, 로킹 기어(162)의 각 노브(172)은 로킹 리시버(166)의 각 홀(167)에 삽입된다. 각 노브(172)를 수용하는 각 홀(167)의 직경과 각 노브(172)의 직경은 실질적으로 동일하여 홀(167)에 잘 끼워맞춰지도록 한다. 로킹 리시버(166)의 구성에서, 암 로킹 베이스(163)에 홀(167)의 수는 로킹 기어(162)의 노브(172)의 수보다 하나 이상 많게 형성된다. 여하한 노브(172)와도 결합하지 않는 하나 이상의 홀은 잉여 홀(173)로 정의된다. 잉여 홀(173)의 수는 제2 힘 하중 리미터(40)의 회전 암(21)의 회전이 설정 각도에 따라 결정될 수 있다. 도 12에서, 예를 들어, 로킹 리시버(166)는 3개의 잉여 홀(173)을 가지고, 잉여 홀(173)은 비잉여 홀(167)보다 작은 직경으로 형성된다. 따라서, 로킹 리시버(166)의 일단에서 작은 직경으로 형성되는 잉여 홀(173)에 의하여, 암 로킹 베이스(163)은 제1 로드(41)가 설정 각도 회전한 후에 회전 암(21)의 회전을 로킹하도록 할 수 있게 된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라, 회전 암(21)의 회전을 멈추게 하도록, 노브(172) 및 잉여 홀(173)을 포함하여 홀(167)의 다른 적당한 직경이 사용될 수 있다.

다시 도 10 내지 도 12를 참조로, 회전 암(21)이 설정 각도 회전할 수 있도록, 비틀림 실린더(161)의 로킹 기어(162)와 암 로킹 베이스(163)는 서로 회동 가능하게 결합한다. 또한, 암 로킹 베이스(163) 상의 홀(167) 사이의 좁은 채널(168)에 의하여, 비틀림 실린더(161)는 로킹 기어(162)와 암 로킹 베이스(163) 사이에 회전 저항을 발생하도록 형성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 비틀림 힘이 제2 힘 하중 리미터(40)와 함께 제3 힘 하중 리미터(160)에 누적되기 때문에, 니 볼스터(110)의 제3 힘 하중 리미터(160)는 힘 하중 리미터의 가장 높은 레벨에 해당한다. 따라서, 제3 힘 하중 리미터(160)를 가지는 니 볼스터(110)는 더 큰 체구의 탑승자의 무릎이 밀고 들어오는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 다른 예시적인 형태에 따르면, 제1 부재(164)와 제2 부재(165)의 배열이 서로 위치가 도치되어, 로킹 기어(162)로서의 제1 부재(164)가 제2 고정구(14')에 고정되고, 암 로킹 베이스(163)로서의 제2 부재(165)가 회전 암(21)의 관형 단부(24)의 제2 측면(26)에 고정되는 것으로 할 수 있다 .

다시 도 1 및 도 2를 참조로, 고정구(14)(14') 및 가이드(16)(16')는 실린더 형상으로서, 제2 힘 하중 리미터(40) 및 제3 힘 하중 리미터(60)와 각각 동심으로 커플링 될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따른 제1 로드(41) 및 제2 로드(61)에서 다른 적당한 형상의 고정구(14)(14') 및 가이드(16)(16')가 사용될 수 있다. 고정구(14)(14') 및 가이드(16)(16')는 용접 또는 클램핑 스트랩(18)으로 차량의 크로스 멤버(12)에 고정된다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따라 잠금 부재(fastening element)와 같은 다른 적당한 고정 수단이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 니 볼스터 시스템(10)(110)는 차량의 크로스 멤버(12)에 고정적으로 마운트된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 3(a) 내지 도 3(c)는 클램핑 스트랩(18)을 사용하지 않고 고정구 브라켓(17)와 가이드 브라켓(19)이 차량의 크로스 멤버(12)에 직접 고정되는 것을 도시하고 있다. 예를 들어, 고정구 브라켓(17)와 가이드 브라켓(19)은 스크루 부재 (도시되지 않음)에 의하여 장착 홀(11)을 통해 크로스 멤버(12)에 고정될 수 있다. 각 고정구 브라켓(17)은 제1 로드(41')의 제1 단부(42') 및 제2 로드(61')의 제2 단부(65')와 각각 비회전 방식으로 결합한다. 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 고정구 브라켓(17)의 형상이 육각 형상(13)으로 형성되어, 제1 및 제2 로드(41')(61')와 비회전 방식으로 결합할 수 있다. 따라서, 제1 로드(41')의 제1 단부(42') 및 제2 로드(61')의 제2 단부(65')는 동일한 형상(예를 들어, 육각 형상)으로 형성되어 고정구 브라켓(17)에 끼워질 수 있다. 또한, 가이드 브라켓(19)은 도 3(a)에 도시된 바와 같이 차량의 크로스 멤버(12)에 직접 결합할 수 있다. 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 가이드 브라켓(19)은 원형 형상(15)으로 형성되어 제1 로드(41')와 제2 로드(61')를 회전 방식으로 가이드할 수 있다.

도 13은 니 볼스터 시스템(10)의 동작 프로세스(80)를 도시한다. 도 13의 (a)에 도시 된 바와 같이, 차량 충돌시에 탑승자의 무릎이 접촉판(30)에 접촉하면, 접촉판(30)은 무릎 충격에 의해 가해지는 충격력 (F)에 의해 변형된다. 도 13(b)에서, 접촉판(30)의 변형은 접촉판(30)의 스토퍼(33)가 회전 암(21)의 스톱 패드(28)와 닿을 때 멈춰진다. 그 이후에는, 도 13(c)에서, 회전 암(21)은 제2 힘 하중 리미터(40)의 제1 로드(41)와 결합하여, 회전 암(21)은 제1 로드(41)의 비틀림 변형에 의해 회전된다. 제1 로드(41)의 회전 방향 변형이 회전 암(21)의 소정 각도가 된 후에는, 도 13(d), 14(a), 및 14(b)에 도시된 바와 같이, 회전 암(21)의 회전 운동은 로킹 기어(62)와 암 로킹 베이스(63) 사이의 결합에 의해 멈춰진다. 따라서, 로킹 기어(62)는 회전 암(21)의 회전을 록킹하는 것이다.

도 15는 니 볼스터 시스템(10)의 성능을 보여주는 테스트 데이터를 나타내는 그래프(90)이다. 예로서, 그래프(90)은 니 볼스터 시스템(10)의 각 힘 하중 리미터에서의 힘 하중 값이 누적되는 것을 보여준다. 힘 하중 레벨(91)은 접촉판(30)의 변형이 막 시작된, 도 13(a)의 단계를 나타낸다. 힘 하중 레벨(92)은 접촉판(30)의 변형이 제1 힘 하중 리미터(20)의 스톱 패드(28)에 의해 멈춰진 도 13(b)의 단계를 나타낸다. 힘 하중 레벨(93)은 제2 힘 하중 리미터(40)의 비틀림 변형으로 제1 로드(41)가 충격 에너지를 흡수하는 도 13(c)의 단계를 나타낸다. 마지막으로, 힘 하중 레벨(94)은 로킹 기어가 회전 암(21)의 회전 운동을 록킹 시킨 도 13(d), 14(a), 및 14(b)의 단계를 나타낸다, 따라서, 제3 힘 하중 리미터(60)는 누적하여 회전 암(21)에 더 높은 비틀림 힘을 생성한다. 예를 들어, 각 힘 하중 값의 바람직한 범위로서, 제1 힘 하중 리미터(20)는 0.5 kN ~ 1.0 kN, 제2 힘 하중 리미터(40)는 2.0 kN ~ 4.0 kN, 그리고 제3 힘 하중 리미터(60)는 3.0 kN ~ 6.0 kN일 수 있다.

본 발명의 다양한 형태에 대한 위의 설명은 예시와 설명을 목적으로 제공된 것이다 본 발명을 기재된 형태로 한정하려는 의도가 아니다. 위 설명에 비추어 다양한 수정 또는 변형이 가능하다. 본 발명의 원리와 실질적인 응용에 관해 최선의 예시가 되도록 실시예를 선택하고 설명한 것이며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 다양한 형태로 이용하고 특정한 목적을 위해서 다양한 변형을 이해할 수 있도록 한 것이다. 이러한 모든 수정 및 변형은, 공정하고 합법적이며 공정하게 자격이 있는 범위에 따라 해석함에 따라 첨부된 청구 범위에 의해 결정되는 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims

고정구를 가지는 차량용 니 볼스터 시스템으로서,
상부와 하부를 가지는 회전 암, 및 상기 회전 암의 하부에 연결되고 충돌시 탑승자로부터 충격력을 수용하도록 구성된 접촉판을 포함하는 제1 힘 하중 리미터;
비회전 방식으로 상기 고정구에 제1 단부가 연결되고, 비회전 방식으로 상기 회전 암에 제2 단부가 연결되며, 비틀림 변형에 의하여 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 상대 회전을 허용하는 제1 로드를 포함하는 제2 힘 하중 리미터; 및
회전 방식으로 서로 결합하는 로킹 기어 및 암 로킹 베이스를 포함하고, 상기 제2 힘 하중 리미터의 상기 제1 로드가 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹하는 제3 힘 하중 리미터;
를 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제1 항에서,
상기 회전 암은 제1 측면 및 제2 측면을 가지는 관형 단부(tubular end)를 포함하고,
상기 회전 암의 상기 관형 단부는 상기 고정구에 대하여 상대적으로 길이 방향 축에 따라 회동하는
차량용 니 볼스터 시스템.
제2 항에서,
상기 제1 로드의 제2 단부는 상기 회전 암의 제1 측면에 비회전 방식으로 연결되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제2 항에서,
상기 회전 암의 제2 측면은 상기 암 로킹 베이스로서 형성되고, 상기 제3 힘 하중 리미터의 제2 로드의 외부 표면으로부터 돌출되는 상기 로킹 기어와 커플링되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제4 항에서,
상기 제2 로드의 제2 단부는 상기 고정구에 비회전 방식으로 연결되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제1 항에서,
상기 암 로킹 베이스는 홈을 포함하고, 상기 로킹 기어는 돌출부를 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제6 항에서,
상기 제3 힘 하중 리미터의 상기 돌출부와 상기 홈의 결합에 의하여 상기 회전 암의 추가적인 회전을 방지하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제1 항에서,
상기 회전 암의 하부는 스톱 패드를 포함하고, 상기 접촉판은 상기 스톱 패드를 마주하는 표면에 스토퍼를 포함하며, 상기 스톱 패드는 상기 스토퍼와 접촉함으로써 상기 접촉판의 변형을 멈추도록 형성된 차량용 니 볼스터 시스템.
제1 항에서,
상기 로킹 기어와 상기 암 로킹 베이스는 각각 원형 디스크 형상으로 형성되고, 상기 로킹 기어는 상기 회전 암의 제2 측면에 고정되고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 고정구에 고정되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제9 항에서,
상기 로킹 기어는 상기 로킹 기어의 제1 표면에 적어도 하나의 노브를 포함하고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 상기 로킹 기어의 제1 표면에 마주하는 대응 표면에 적어도 하나의 홀을 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제10 항에서,
상기 로킹 기어의 노브는 상기 암 로킹 베이스의 홀에 삽입되고, 상기 적어도 하나의 홀은 복수개의 홀을 포함하고, 상기 회전 암의 회전 운동의 저항을 증가키도록 상기 복수개의 홀 사이는 좁은 채널로 연결되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제1 항에서,
상기 니 볼스터 시스템은 상기 탑승자의 무릎으로부터 충력력을 수용하되, 제1 레벨, 상기 제1 레벨보다 높은 제2 레벨, 및 상기 제2 레벨 보다 높은 제3 레벨을 포함하는 3개의 힘 레벨에 대응하는 3개의 단계로 상기 충격력을 저항하며,
제1 단계(stage)에서는 상기 제1 레벨에서 상기 충격력을 저항하기 위해 상기 제1 힘 하중 리미터가 변형되고,
제2 단계(stage)에서는 상기 제1 힘 하중 리미터의 변형은 상기 제2 레벨의 저항을 제공하도록 상기 제2 힘 하중 리미터의 변형을 포함하며,
제3 단계(stage)에서는 상기 제1 힘 하중 리미터의 변형이 상기 제3 레벨의 저항을 제공하도록 상기 제3 힘 하중 리미터의 회전을 초래하는
차량용 니 볼스터 시스템.
제12 항에서,
상기 제3 힘 하중 리미터는 상기 제3 레벨을 초과하는 힘에 대하여 상기 회전 암의 추가적인 회전을 방지하는 차량용 니 볼스터 시스템.
고정구를 가지는 차량용 니 볼스터 시스템으로서,
상부와 하부를 가지는 회전 암, 및 상기 회전 암의 하부에 연결되고, 충돌시 탑승자로부터 충격력을 수용하도록 구성된 접촉판을 포함하는 제1 힘 하중 리미터;
비회전 방식으로 상기 고정구에 제1 단부가 연결되고, 비회전 방식으로 상기 회전 암에 제2 단부가 연결되며, 비틀림 변형에 의하여 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 상대 회전을 허용하는 제1 로드를 포함하는 제2 힘 하중 리미터; 및
회전 방식으로 서로 결합하는 로킹 기어와 암 로킹 베이스를 포함하고, 상기 제2 힘 하중 리미터의 상기 제1 로드가 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹하는 비틀림 실린더를 포함하는 제3 힘 하중 리미터;를 포함하되,
상기 로킹 기어는 적어도 하나의 노브(knob)를 포함하고, 상기 암 로킹 베이스는 상기 노브를 수용하는 적어도 하나의 홀을 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제14 항에서,
상기 암 로킹 베이스의 상기 홀의 수는 상기 로킹 기어의 노브의 수보다 하나 이상 많으며, 상기 암 로킹 베이스의 남는 홀은 잉여 홀을 형성하는 차량용 니 볼스터 시스템.
제15 항에서,
상기 로킹 기어의 회전을 멈출 수 있도록, 상기 암 로킹 베이스의 잉여 홀의 직경은 잉여 홀이 아닌 홀의 직경보다 작게 형성되는 차량용 니 볼스터 시스템.
제14 항에서,
상기 적어도 하나의 홀은 복수개의 홀을 포함하고,
상기 로킹 기어가 상기 암 로킹 베이스에 대하여 상대적으로 회전할 때 저항을 발생하도록, 상기 복수개의 홀은 좁은 채널로 연결된 차량용 니 볼스터 시스템.
제14 항에서,
각 힘 하중 리미터에서의 비틀림 힘을 누적함으로써 상기 회전 암의 증가된 비틀림 힘을 발생시키는 차량용 니 볼스터 시스템.
차량용 니 볼스터 시스템에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 방법으로서,
접촉판에 의하여 탑승자로부터의 충격력을 수용하는 단계;
상기 접촉판이 회전 암의 스톱 패드에 닿을 때까지 상기 접촉판이 변형되는 단계;
제1 로드의 길이 방향 축에 따라 상대 회전을 허용하도록 상기 제1 로드를 비틀림 변형하는 단계; 및
상기 제1 로드의 비틀림 변형이 상기 회전 암의 회전을 기준으로 설정 각도 회전한 후에 상기 회전 암의 회전을 로킹하는 단계;를 포함하는 차량용 니 볼스터 시스템에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 방법.
제19 항에서,
상기 니 볼스터 시스템은 다중 레벨 힘 하중 리미터로부터의 다중 레벨 충격력에 의해 충격 에너지를 흡수하는 차량용 니 볼스터 시스템에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 방법.