KR19990014951A - 에어백 시스템 팽창기 - Google Patents

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KR19990014951A
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마이클핑크
Original Assignee
로렌스 슐츠
에어벨트시스템즈,인코오포레이티드
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Abstract

압력 용기(50)로부터 에어백 장치로의 가스 방출을 제어하기 위한 밸브 장치(40)가 개시된다. 충돌이 일어나는 경우, 가스(52)는 초기에 압력용기(50)로부터 방출된다. 가스(52)는, 밸브를 통해 압력 용기(50)로부터 팽창성의 차량 탑승자 구속 장치(30) 속으로 흐르는 가스(52)의 체적을 조절하는 밸브 장치(40)를 통해 이동한다. 팽창이 일어나면, 차량 탑승자 구속 장치(30)는 충돌이 일어나는 동안 차량의 탑승자를 구속한다. 에어백(30) 속으로의 가스 흐름을 적절한 시간에서 제어함으로써, 밸브는 각각의 독특한 충돌 상황에 대해 원하는 에너지 흡수 특성을 달성한다. 밸브는 밸브 장치(40)를 통하는 가스 유로의 단면적을 제어함으로써 흐름을 제어하기 위하여 파일럿 압력과 작동 수단(86)을 사용한다.

Description

에어백 시스템 팽창기
여러 종류의 차량 보호 장치 및 탑승자 구속 시스템이 공지되어 있다. 이러한 장치는 자동차, 비행기, 기차 등과 같은 차량이 충돌하는 경우에 부상으로부터 탑승자를 보호한다. 이동하는 차량의 탑승자를 보호하기 위하여 충돌에 반응하여 팽창하는 에어백의 가치는 널리 인식되어 왔다. 에어백은 이러한 장치가 장착된 차량에 탑승한 탑승자의 부상 정도를 감소시키는데 효과적이다. 에어백은 무릎 또는 어깨 좌석벨트와 같은 종래의 안전 장치와 함께 사용되는 경우 특히 효과적이다.
종래의 자동차에 있어서, 운전자를 보호하기 위한 에어백은 통상 차량 핸들의 허브(hub)에 장착된다. 에어백 자체는 적절한 직물(fabric)로 구성된 접힌 팽창성 백이다. 아지화 나트륨 추진제(sodium azide propellant)를 담고 있는 팽창기는 에어백의 내부에 연결된다. 충격이 가해지면, 점화 회로가 아지화 나트륨 충전물을 점화시키고, 이는 에어백을 채우는 뜨거운 가스를 방출시킨다. 백은 핸들 허브에서 벗어나 운전자 쪽으로 팽창함으로써, 충격에 의해 운전자가 앞쪽으로 움직일 때 운전자를 보호하여 운전자가 차량의 단단한 내부 표면에 부딪히는 것을 방지해 준다.
아지화 나트륨 팽창기로부터 뜨거운 가스로 에어백을 팽창시키는 것과 관련하여 많은 문제점이 있다. 아지화 나트륨은 위험한 화학물이다. 또한, 에어백이 팽창할 때 상당히 뜨거운 열이 방출되어 탑승자의 얼굴, 팔, 손, 다리 등에 화상을 입힐 수 있다. 독성, 화상, 폭발, 환경 문제, 흥분 및 유독 가스, 그리고 화학 분해를 포함하는 아지화 나트륨 기술의 단점 때문에, 아지화 나트륨에 의하지 않는 효과적인 팽창 시스템에 대한 요구가 있다.
아지화 나트륨 팽창기의 대안으로, 에어백이 팽창될 때 압력을 증가시키기 위하여 점화 화학물(pyrotechnic chemical)과 함께 압축 가스 공급원을 사용하는 혼성 팽창기(hybrid inflator)가 있다. 혼성 팽창기는 구성분으로서 아지화 나트륨을 사용하지 않을 수 있지만, 에어백을 팽창시키기 위하여, 원하지 않는 가스를 방출시키는 화학물과 연소 방법을 여전히 이용한다. 또한, 혼성 팽창기는 구조가 복잡하고 신뢰성이 떨어질 수 있다. 혼성 팽창기는 팽창 매체의 일부로서 압축 가스 공급원을 사용한다.
종래의 압축 저온 가스(cold gas) 공급원 팽창기 구조가 또한 공지되어 있다. 이러한 시스템은 에어백을 팽창시키기 위하여 순수한 압축 저장 가스를 사용한다. 저온 가스 팽창기를 차량에 합체되지 않도록 하는 주요 관심사 중 하나는 팽창기의 출력이 주위의 극한 온도에 영향을 받는다는 것이다. 에어백 팽창기는 -40℃(40℉)에서 98℃(208℉)의 온도 범위에서 작동할 필요가 있는데, 이러한 온도 범위는 추운 겨울과 더운 여름 동안 여러 장소에서 마주칠 수 있는 가능한 온도 극한의 범위이다. 고정된 체적의 압축 공급원에 대하여, 가스 압력은 주위 온도에 비례하여 증가 또는 감소한다는 보일의 법칙(Boyle's Law)이 알려져 있고, 이는 (P1)(T1)=(P2)(T2)라는 식으로 결정될 수 있다. 예컨대, 주위 온도(70℉)에서 6000 psig로 압축된 용기는 다음과 같이 극한의 온도에 영향을 받는 내부 압력을 가질 수 있다.
-40℉에서, 내부 압력 = 4755 psig
208℉에서, 내부 압력 = 7570 psig
상기 예는 극한의 온도가 어떻게 저장 압력에 영향을 주고, 따라서 에어백을 팽창시키는 가스 체적의 전체 유출량에 어떻게 영향을 주는지를 보여준다. 용기의 압력이 이와 같이 크게 변하는 결과, 고온 상태에서 적절한 비율로 에어백을 채우도록 설계된 팽창기는 극한의 저온 상태에서 원하는 수준 중 일부의 비율만으로 에어백을 채우게 되고, 따라서 충격이 가해지는 동안 차량 탑승자에 대하여 바람직하지 않은 흡수 특성을 만들어내게 된다. 다른 한편, 팽창기가 극한의 저온에서 적절한 백 충전 특성을 갖도록 설계된 경우, 에어백은 에어백의 이음부(seam)가 찢어질 정도로 바람직하지 않은 고압으로 채워질 수 있다. 또한, 고압은 차량의 탑승자가 에어백과 접촉할 때 매우 단단한(hard) 에어백을 만들어 낸다. 이러한 두 극한 상황은 바람직하다.
가장 흔한 형태의 팽창기는 점화 팽창기로서 가스를 배출하기 위하여 연소 반응을 이용한다. 이러한 연소 반응도 극한의 온도에 영향을 받지만 압축 저장 가스 팽창기와 동일한 정도로 영향을 받지는 않는다. 혼성 팽창기는 압축 가스 공급원을 사용하는데, 이는 압축 저장 가스 팽창기와 동일한 정도로 극한의 온도에 영향을 받는다. 그러나, 이러한 혼성 구조는 온도에 따라 덜 변하는 가스 배출을 발생시키기 위하여 점화 수단을 합체한다. 따라서, 혼성 구조의 전체 변화는 순수한 압축 저장 가스 구조보다는 덜하다. 모든 팽창기 구조는 온도 변화에 어느 정도는 영향을 받고, 극한의 상태에서 적절한 보호를 제공할 수 있도록 압력 변화의 문제가 제기되어야 하며, 압력의 변화를 보상해야 한다.
고압의 저장 가스 팽창기와 관련된 다른 중요한 문제는 초기에 용기가 개방되는 동안 가스의 배출 흐름이 본래 매우 격렬하고 활동성이라는 것이다. 가스가 조정되지 않은 채 에어백으로 방출되는 경우, 가스는 에어백 그 자체에 상당히 큰 응력을 야기시킬 수 있고, 또는 에어백이 열릴 때 에어백과 가까이 탑승자가 위치하는 경우 탑승자에게 큰 응력을 야기시킬 수 있다. 따라서, 초기에 용기가 개방하는 단계 동안에 압축 가스 공급원으로부터 에어백으로 가스가 방출될 때 가스를 조정하는 어떤 수단을 제공하는 것이 중요하다.
표준 저장 가스 팽창기와, 종래의 다른 팽창기의 또 다른 단점은, 탑승자가 에어백과 충돌하는데 영향을 주는 다른 충돌 변수에 기초하여 적절한 에어백 팽창 특성을 제공하도록 배출을 변경할 수 없다는 것이다.
에어백의 유효성은 어떤 충돌에 반응하여 에어백이 팽창하는 방식에 의존한다. 각각의 충돌에는 충돌 전의 차량의 속도, 차량 탑승자의 무게와 같은 독특한 특성이 있다. 따라서, 탑승자를 최대로 보호하기 위해서는 이러한 특별한 특성에 기초하여 에어백의 팽창 속도를 제어하는 것이 중요하다. 각각의 충돌 상태는 에어백의 원하는 흡수 특성에 영향을 미친다. 각각의 독특한 충돌이 일어나는 동안에 발생하는 여러 변수들이 주어지면, 즉각의 모든 충돌 변수들과 최적으로 조화될 수 있는 적절한 비율 및 내부 압력 수준으로 에어백을 채우도록 하기 위하여 팽창기가 그 배출을 조절함으로써 탑승자에게 가능한 최상의 에어백 감속 특성을 제공하도록 하는 것이 유리하다. 가능한 충돌 변수의 예는 다음과 같다.
- 충돌의 격렬성(격렬한 정도)
- 주위 온도
- 탑승자의 무게
- 탑승자의 위치
- 좌석벨트의 고정(체결)/비고정
종래의 에어백은 모든 탑승자를 동등하게 보호하지 못한다. 종래의 에어백은 특정 탑승자, 일반적으로 30 mile/hr의 속력으로 견고한 장벽과 충돌할 경우, 탑승자들의 평균 체격 및 체중이 160 파운드에 달하는 벨트를 착용하지 않은 50%의 남성을 가장 잘 보호할 수 있도록 설계되어 있다. 에어백은 충돌시마다 변하는 전술한 변수들을 고려하지 않은 채 모든 충돌에 대해서 동일한 특성으로 전개된다. 따라서, 체격 및 무게가 평균 범위에서 상당히 벗어나는 탑승자는 에어백에 의한 이상적인 감속 특성을 덜 받게 된다. 좀 더 작은 체격의 가벼운 탑승자는 에어백으로부터 되튀어나오는 경향이 있고, 이로 인해 부상을 입을 수 있다. 좀 더 큰 체격의 무거운 탑승자는 에어백을 수축시킬 수 있고, 잔여 에너지로 인해 핸들 또는 계기판과 충돌하여 부상을 입을 수 있다.
에어백이 전개될 때 생기는 큰 힘으로 인해, 에어백은 이상적이지 않은 충돌 상태에서 큰 해를 야기시킬 수 있는 잠재력이 있다. 신장이 작은 탑승자에 대해 적절한 충돌이 일어나는 동안에, 에어백이 그 보통의 큰 힘으로 전개하는 것은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 탑승자가 에어백과 상호작용하여 에어백의 전개시 부상을 입을 수 있기 때문이다. 실제의 사고에 있어서 대부분의 충돌은 이상적이지 않기 때문에, 조건이 변함에 따라 변할 수 있는 팽창기가 필요하다는 것은 명확하다.
종래의 몇몇 문헌들에는 이러한 문제들이 제기되어 있다. 예컨대, 차량 보호 구속 장치용 가변 팽창 시스템이라는 명칭의 조우트서스(Gioutsos) 등의 미국 특허 제5,400,487호에는 가스 작동식 에어백 시스템용 팽창 시스템이 개시되어 있다. 이 장치는 충돌 프로세서에 의해 신호를 받으면 작동될 수 있는 복수개의 가스 발생기를 합체함으로써 에어백 속으로의 배출을 변화시킨다. 에어백 속으로의 가스 배출을 미세 조정하기 위해서는 몇몇 가스 발생기가 필요한데, 왜냐하면 단지 두 별도의 가스 발생기만을 사용하게 되면 백을 매우 적게 충전하거나 또는 백을 매우 단단하게 하기 때문이다. 복수개의 가스 발생기를 사용함으로써 최종적으로 원하는 백 충전 특성을 제공할 수 있지만, 복수개의 가스 발생기를 사용하게 되면 비용이 상당히 높아진다. 점화기(squib) 및 화학 발생기가 추가로 요구된다.
자동차용 에어백 구속 시스템이라는 명칭의 마미야(Mamiya)의 미국 특허 제5,209,510호에는 충돌 속도가 고속(30 km/h 이상) 또는 저속(30 km/h 이하)인지에 따라서 에어백의 팽창이 변할 수 있는 에어백 시스템이 개시되어 있다. 이러한 가변 팽창(variable inflation)은 또한 복수개의 가스 발생기를 사용하여 달성할 수도 있다. 또한, 이러한 구조는 속도의 변화를 수용하도록만 하고 있다.
가변 팽창을 달성하려고 시도한 다른 특허의 예로는 이중 단계 팽창기라는 명칭의 호크(Hock)의 미국 특허 제5,368,329호, 팽창을 종결시키는 배기구를 구비한 에어백 팽창기라는 명칭의 마천트(Marchant)의 미국 특허 제5,221,109호가 있다.
따라서, 단일의 팽창원과, 다른 변수들에 따라 에어백 팽창의 특성을 제어할 수 있는 밸브를 구비한 에어백 시스템에 대한 요구가 있다. 또한, 독성의 화학물을 갖지 않고, 에어백이 보호하려고 하는 사람들에게 화상을 입히지 않으며, 처리되었을 때 환경 문제를 야기시키지 않는 저온 가스 에어백 팽창 시스템에 대한 요구가 있다. 극한의 온도를 보상할 수 있고, 원하는 충전률을 얻기 위하여 유출 가스를 조정할 수 있는 저장 가스 팽창기는 전술한 여러 문제점들을 제거해준다.
본 발명은 통상 이동 차량의 탑승자를 보호하는 안전 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이동하는 차량에서 충돌로 인한 부상으로부터 탑승자를 보호하기 위하여, 고압 용기로부터 에어백 조립체 속으로의 압축 가스 흐름을 제어하는데 사용되는 밸브 조립체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창기 시스템 및 밸브 조립체의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 팽창기 및 밸브의 확대 단면도.
도 3은 스풀의 위치를 조정하기 위하여 점화기 또는 가스 발생기를 합체시킨 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 4A는 밸브 조립체의 확대 단면도.
도 4B는 스풀에 의해 반구속된(semi-restricted) 유출 폭발을 도시하는 도면.
도 4C는 스풀 이동에 의해 더욱 개방되는 오리피스를 도시하는 도면.
도 4D는 장치의 완전한 유출 단계를 도시하는 도면.
도 4E는 제2 작동 장치가 작동될 때의 장치를 도시하는 도면으로, 흐름이 차단되고 용기는 서서히 가스를 방출시키는 것을 도시한다.
도 5는 전형적인 자동차의 계기판에 장착된 팽창기의 측면도.
도 6은 전형적인 자동차의 계기판의 다른 지점에 장착된 팽창기의 측면도.
도 7은 본 발명의 제어 회로의 개략도.
도 8은 에어백 조립체의 압력 제어의 전형적인 예에 대한 백 PSI 곡선 시나리오.
도 9는 스풀 및 스풀 공동의 다른 실시예를 도시하는 측단면도.
도 10은 표준 점화 팽창기로부터의 가스 흐름을 제어하기 위하여 사용될 수 있는 스풀 및 스풀 공동의 다른 실시예를 도시하는 측단면도.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결해준다. 팽창기는 여러 충돌 변수들을 보상하도록 설계되어 있고, 특정 충돌 조건이 주어지는 경우 탑승자를 최상으로 감속시키는 에어백 충전률과 압력을 제공하도록 설계되어 있다. 본 발명에 따라서, 충분히 짧은 시간 이내에 에어백을 팽창시킬 수 있도록 흐름을 충분히 빨리할 수 있으며, 탑승자가 팽창 에어백과의 충돌로 인해 부상을 당하지 않도록 에어백 속으로의 흐름을 제어한다. 예컨대, 에어백이 완전히 전개되어 탑승자를 보호하기보다는 해를 끼치는 경우에는 에어백의 팽창 속도가 감속된다.
에어백 구속 장치는 차량에 장착된다. 에어백 시스템은 운전자, 조수석 탑승자, 뒷좌석 탑승자, 또는 차량의 다른 탑승자를 보호하기 위하여 여러 지점에 위치시킬 수 있는 팽창가능한 에어백을 포함한다. 에어백 하우징은 팽창기 시스템을 포함한다. 압축 가스 실린더는 고압의 가스를 함유한다. 압축 가스 실린더의 일단부에는 실린더로부터 가스를 방출시키기 위한 수단이 위치한다. 이 수단은 에어백을 채우기 위하여 압축 가스를 방출시키도록 개방될 수 있는 파열성 디스크(burst disc)를 포함하는 노즐 조립체일 수 있다. 파열성 디스크에는 새김눈(score)이 형성될 수 있다. 파열성 디스크를 개방 또는 파열시켜 실린더로부터 가스를 방출할 수 있도록 작동 장치가 사용될 수 있다. 이 파열성 디스크 개방 수단은 뇌관, 피스톤 액츄에이터, 커터, 발사체(projectile), 기폭기, 점화기, 또는 다른 형태의 개방 장치일 수 있다.
팽창기에는, (1) 에어백의 충전을 개시하기 위하여 고압 용기를 개방시키고, (2) 에어백의 충전 속도를 조정하고, (3) 독특한 충돌 조건마다 원하는 에어백 에너지 흡수 특성을 얻기 위하여 적절한 시간에 백의 충전을 차단시키는(tailors down) 밸브 기구가 합체된다. 압축 가스 실린더로부터 에어백 속으로의 가스 흐름은 가스 흐름의 단면적을 변화시킴으로써 다른 충돌 조건에 기초한 압축 가스 실린더로부터 에어백 속으로의 가스 흐름을 변화시킬 수 있는 스풀(spool)에 의해 제어된다. 충돌 변수들은 입력 신호로서 충돌 프로세서 알고리듬으로 보내질 수 있다. 프로세서는 주어진 충돌 입력 신호 변수들에 기초한 최적의 백 특성을 얻기 위하여 에어백을 전개시키기 시작하는 적절한 시간을 결정하고, 백의 압력을 적절한 수준으로 제어하기 위하여 제2 신호를 제공하는 적절한 시간을 결정한다.
운전석, 조수석, 또는 뒷좌석과 같은 차량의 여러 위치에 대한 팽창기 구조는 그 위치에 따라 변할 수 있다. 용기의 크기 및 형태, 밸브 구성품들은 각 위치에서의 독특한 포장 외피(envelope) 및 용기 압력 요구조건에 적합하게 할 수 있다.
본 발명의 다른 특징들은 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 팽창기(42)의 밸브 조립체(40)의 바람직한 실시예를 도 1 및 도 2에 도시한다. 표준 DOT 39 압력 용기와 같은 압력 용기(50)는 압축 가스(52)를 함유한다. 압축 가스(52)는 질소, 아르곤, 이산화탄소, 공기, 헬륨 또는 다른 불활성 가스일 수 있다. 충전 튜브(14)는 압축 용기(50)의 한 벽에 위치할 수 있다. 압축 가스는 충전 튜브(14)를 통해 압력 용기 속으로 유입된다. 압력 센서(90) 또한 용기 내의 압력을 감지하고 측정하기 위하여 압축 용기(50)의 벽에 위치할 수 있다.
본 발명의 밸브 조립체(40)는 압력 용기(50)에 고정된다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 밸브 조립체(40)는 치형(齒形) 부착부(44)에 의해 압력 용기(50)에 연결된다. 다른 실시예에 있어서, 밸브 조립체는 치형 시스템을 사용하지 않고 밸브 조립체를 용기에 용접함으로써 압축 용기에 직접 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 용접부(8)는 또한 치형 부착부(44)와 함께 사용될 수도 있다. 또한, 밸브를 용기에 연결시기키 위해 공지의 다른 연결 수단이 사용될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서 파열성 디스크(48)의 압축되지 않은 쪽에 부착된 뇌관(46)으로서 용기 개방 수단(36)이 도시되어 있다. 용기 개방 수단은 다른 점화 개방 장치 또는 공지의 파열 유발 수단일 수 있다. 파열성 디스크(48)를 적소에 고정하기 위하여 와셔(washer)(106)가 사용된다. 뇌관(46)이 작동될 수 있도록 도선(104)이 뇌관(46)에 연결된다. 후퇴 위치로부터 연장 위치까지 이동가능한 피스톤을 구비한 액츄에이터와 같은 다른 개방 수단이 또한 사용될 수 있다.
도 2에는 또한 필터(108)가 도시되어 있다. 이 필터는 파열성 디스크(48)의 파편이 밸브 조립체(40)로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 파열성 디스크를 개방시키기 위해 액츄에이터가 사용되는 다른 실시예에 있어서 액츄에이터 개방 수단을 지지하기 위해 필터(108) 또는 동일한 지점에 위치한 다른 지지 수단이 사용될 수도 있다. 파열성 디스크(48)로부터 하측에, 흐름 조정 수단(54)이 밸브 조립체(40) 내부에 위치한다. 도시된 실시예에 있어서, 조정 수단(54)에는 균형 잡힌 스풀(56)이 합체된다. 스풀(56)은 스풀 공동(58) 안쪽에 위치하고, 스풀 공동(58) 내에서 스풀(56)의 축방향으로 활주할 수 있다.
스풀(56)은 통상 원통형이지만 외측부(61)보다는 작은 지름의 오목부(indented portion)(60)를 갖는다. 오목부(60)와 스풀 공동(58)의 내벽과의 관계에 의해 도 4A에 도시한 유출구(64)가 형성되는데, 이 유출구를 통해 용기(50)에서 방출된 공기가 에어백(30)으로 들어간다. 도 9에는 스풀(56) 및 스풀 공동(58)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 밸브 조립체를 통하는 유로(流路, flow path)가 정렬된다. 스풀의 오목부(60)는 바람직한 실시예에 있어서는 훨씬 더 크고 외측부(60)는 상대적으로 훨씬 작다.
도 1에 도시한 에어백(30)은 팽창 시스템(42)을 둘러싸는 반응 캔(34)에 접혀서 고정된다. 에어백은 차량의 탑승자실로 팽창될 수 있다. 에어백 자체는 여려 종류의 재료로 제조될 수 있고, 현재 가장 흔히 사용되는 재료는 고강도 나일론 재료이다. 에어백은 현재 에어백용으로 개발되고 있는 새로운 복합 재료로 제조될 수도 있다. 에어백의 대안으로서, 차량 탑승자를 보호하기 위하여 팽창될 수있는 다른 가요성(flexible) 구속 장치가 본 발명에 합체될 수 있다.
스풀(56)을 초기에 스풀 공동(58) 속으로 삽입하기 위하여, 공동의 일단부가 개방된다. 스풀을 공동 속으로 삽입한 후에, 플러그(6)를 스풀 공동의 개방 단부 위로 고정시켜 스풀을 공동 안쪽에 고정시킬 수 있다.
각 스풀의 단부에 작용하는 센터링 스프링(62)을 사용하여 스풀(56)을 초기 위치시킬 수 있다. 스프링력에 영향을 주는 온도에 의해 스풀의 초기 위치를 조정하여 스풀(56)을 그 위치에 조정시키기 위해, 주위 온도에 영향을 받는 다른 재료의 스프링을 사용할 수 있다. 스풀(56)의 위치는, 추운 상태에서는 스풀(56)이 좀 더 큰 초기 유출구(64)를 개방하도록 이동하고, 더운 상태에서는 스풀(56)이 좀 더 구속된 유출구(64)의 초기 개방 위치로 이동할 수 있도록 형성될 수 있다. 이 스풀(56)은 또한 그 초기 위치에 미리 설정될 수 있고, 멈춤쇠(detent) 또는 분리 장치(break away device)에 의해 적소에 고정될 수 있다.
스풀이 스풀 공동(58) 내에서 활주하여 유출구(64)의 크기를 조정함으로써 용기(50)로부터 에어백(30) 속으로의 가스(52) 흐름을 제어하는데 스풀(56)이 사용된다. 스풀(56)은, 스풀의 오목부를 통해 흐르는 가스가 가스의 흐름에 수직한 방향으로 스풀을 이동시키지 않는다는 점에서 균형잡혀 있다(balanced). 스풀(56)을 균형잡히도록 설계한 결과, 유출구(64)를 통과하는 압축 가스(52)는 스풀(56)을 들어올리지 못한다. 가스(52)는 스풀(56)이 압축 가스(52)의 흐름과 수직한 스풀의 측방향으로 활주하도록 힘을 가하지 않는다. 가스 흐름은 스풀(56)의 각 측면에 균일하게 작용하여 압력 효과를 균형맞춘다. 따라서, 빠져나가는 가스의 고압력은 스풀(56)의 제어 및 위치, 에어백(30) 속으로의 가스 흐름을 조정하는 것을 방해하지 않는다. 따라서, 스풀(56)은 압축 가스 팽창기에서 직면하게 되는 초기의 활동성 기류 폭발을 제어할 수 있다.
스풀(56)은 유출구(64)의 크기를 조정하는 파일럿(pilot) 압력을 사용하여 압축 용기(50)로부터 흘러나가는 가스(52)의 속도를 제어한다. 용적(체적) A는 스풀 공동의 일단부 안쪽에 있는 스풀(56)의 일단부에 위치한다. 유사하게, 체적 B는 스풀 공동(58)의 타단부 안쪽에 있는 스풀의 타단부에 위치한다. 체적 A 및 체적 B는 스풀의 각 측면상에서 스풀의 부분 주위에 O-링을 위치시킴으로써 스풀의 오목부와 가스의 유로로부터 밀봉될 수 있다. O-링은 또한 스풀이 스풀 공동 내에서 활주할 수 있게 한다. 선택적으로, 스풀은 베어링 또는 공지된 다른 수단 상에 위치할 수 있다. 밸브 조립체(40) 내부의 압력은 스풀(56) 자체와 합체된 실시예에 도시된 파일럿 오리피스(pilot orifice)(68)에 의해 체적 B로 향하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 파일럿 오리피스는 다른 지점에 위치할 수 있다. 예컨대, 오리피스는 스풀 공동의 벽에 위치할 수 있다.
체적 B내의 파일럿 압력이 증가함에 따라, 압력은 도 4B 및 도 4C에 도시된 것처럼 체적 A를 향해 스풀(56)을 이동시킨다. 스풀이 체적 A를 향해 이동함에 따라, 유출구(64)의 크기는 증가하여 에어백(30)으로의 가스 흐름을 원하는 수준으로 증가시킨다.
체적 A에 이르는 파일럿 오리피스(70)는 또한 스풀(56) 구조에 합체시킬 수 있다. 이러한 오리피스는 스풀(56)의 이동 및 유출구(64)의 크기를 추가로 제어할 수 있다. 밸브가 다른 온도를 보상할 수 있도록 하기 위하여, 파일럿 오리피스(68,70)는 다른 온도 민감성 재료로 제조될 수 있다. 파일럿 오리피스(68,70)의 단면적이 온도의 변화에 따라 달리 변할 수 있기 때문에, 이러한 구조는 온도 변화에 대해 체적 A 및 체적 B에서의 압력을 제어할 수 있고, 따라서 다른 온도에 반응하여 유출구(64)의 크기를 변화시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 어떠한 파일럿 오리피스도 체적 A 또는 체적 B를 가스 유로에 연결시키지 않는다. 파일럿 오리피스는 이하에서 설명하는 것처럼 스풀이 이동하여 체적 A를 압축함에 따라 체적 A에서의 압력 증가를 감소시키기 위하여, 압력 경감용 오리피스 또는 주위로의 배기용 오리피스(74)와 함께 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 점화기, 기폭기, 뇌관, 피스톤 액츄에이터 또는 오리피스를 개방시키는 공지의 다른 수단과 같은 점화 장치일 수 있는 오프너(opener)(28)를 밸브 조립체(40)의 체적 B측에 위치시킬 수 있다. 오프너(28)는 체적 B를 밸브 조립체의 외측 영역에 연결시키는 배기용 오리피스(26) 내에 또는 위에 위치할 수 있다. 오프너(28)를 배기용 오리피스(26) 내에 고정하기 위하여 전도성 에폭시와 같은 접착제(24)를 사용한다. 오프너를 작동시킬 수 있도록 도선(104)이 오프너(28)에 부착된다. 오프너(28)는 체적 B 내의 배기용 오리피스(26)를 개방시켜, 체적 B내의 압력을 체적 A내의 압력보다 낮은 수준으로 감소시킬 수 있다. 이것은 도 4E에 도시된 것처럼 스풀(56)을 체적 B를 향해 뒤로 이동시킨다.
압력 경감 및 주위 배기용 오리피스(74) 또한 온도 민감성 재료로 제조될 수 있는데, 밸브 온도에 따라 스풀의 이동을 제어한다. 추가하여, 에어백이 팽창하는 동안 에어백으로 가스가 흘러들어가는 것을 조절하기 위하여, 실제 시간 입력 신호 변수들과 관련하여 배기용 오리피스(74)의 크기를 조정할 수 있다. 체적 A내의 배기용 오리피스(74)의 크기는 시간의 경과에 따라 스풀의 이동에 직접 영향을 준다. 더 큰 배기용 오리피스(74)는 보다 활동적으로 팽창시킬 수 있고 또는 온도가 아주 낮아 용기의 압력이 감소함으로써 감소된 활동성을 보상할 수 있다. 좀 더 작은 배기용 오리피스(74)는 덜 활동적으로 백을 팽창시킬 수 있고 또는 온도가 아주 높아 용기의 압력이 증가함으로써 증가된 활동성을 보상할 수 있다.
백을 충전시키는 활동성은 주어진 특정 충돌에 독특한 실제 시간 변수와 가장 잘 일치하도록 조정될 수도 있다. 온도 효과의 결과 배기용 오리피스(74)의 크기를 제어하는 것 이외에, 오리피스의 크기는 센서와 프로세서 알고리듬에 연결된 장치에 의해 조절될 수도 있다. 실제 시간 입력 신호에 따라 오리피스의 크기를 조절할 수 있다. 배기용 오리피스(74)의 크기를 조절하는 장치는 솔레노이드, 서보 모터(servo motor), 압전기 요소(piezoelectric element), 유압기, 선형 액츄에이터 또는 오리피스를 통과하는 흐름 면적을 조정하는 공지의 다른 수단일 수 있다.
도 1은 또한 작동 회로의 기본 구성 요소들을 간단히 개략적으로 도시한다. 회로는 배터리(96)에 의해 동력이 공급된다. 프로세서(86)가 충돌이 발생한 것을 결정하면, 전개 신호(98)가 도선(104)을 통해 뇌관(46)으로 보내져 압력 용기(50)를 개방시킨다. 프로세서(86)가 밸브 조립체(40)를 통과하는 흐름이 감소하도록 결정하면, 프로세서는 제2의 신호, 즉 차단 신호(100)를 다른 도선(104)을 통해 오프너(28)로 보내 배기용 오리피스(26)를 개방시킨다.
다른 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 것처럼, 점화기 또는 가스 발생기(38)와 같은 다른 점화 장치가 밸브 조립체(40)의 체적 A측에 위치될 수 있다. 이러한 점화기(38)는 체적 A 내의 압력을 증가시켜 스풀(56)을 체적 B를 향해 뒤로 이동시키는 가스를 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 솔레노이드, 서보 장치, 선형 액츄에이터 또는 공지의 다른 장치가 스풀(56)의 이동을 제어하는데 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 회로(80)를 더욱 자세히 개략적으로 도시한다. 가속 센서(82)는 램(random access memory, RAM) 카드(84)를 통해, 여러 입력값에 기초하여 알고리듬을 수행할 수 있는 프로세서(86) 속으로 연결된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 프로세서(86) 속으로 입력되는 것은 좌석벨트 센서(88), 온도 보상을 위해 조정되는 압력(가령, PSI) 센서(90), 탑승자 위치 센서(92), 그리고 탑승자 무게 센서(94)일 수 있다. 프로세서(86) 내의 알고리듬으로부터의 신호는 뇌관(46) 및 오프너(28)로 보내질 수 있다. 충돌 신호(102)는 충돌 센서 또는 가속 센서(82)를 통해 프로세서(86)로 보내진다. 충돌 신호(102)는 도 2에 도시한 뇌관(46), 파열성 디스크(48)와 같은 용기 개방 수단(36)을 개방시켜, 압축 가스(52)가 용기(50)로부터 빠져나갈 수 있도록 한다. 용기(50)로부터의 흐름은 흐름 제어 장치-스풀(56)의 이동에 의해 조정된다.
좌석벨트 센서(88)로부터 탑승자 무게 센서(94)를 통해 보내진 여러 충돌 입력 조건에 반응하여, 프로세서(86) 내의 알고리듬에 의해 적절한 시간이 결정되면, 오프너(28)가 작동되어 스풀(56)을 체적 B를 향해 이동시키고, 에어백 속으로 흐르는 가스가 차단되어 적절한 백 감속 특성을 얻게된다.
점화 장치 또는 오프너(28)는 프로세서(86)로부터 보내진 차단 신호(100)를 받아들여 체적 B내의 배기용 오리피스(26)를 개방시킴으로써 체적 B내의 압력을 감소시킨다. 유출구(64)를 통한 흐름은 특정 충돌 환경에 따라 차단된다. 체적 A내의 높은 압력과 비교하여 체적 B에서의 급작스러운 압력의 감소는 도 4E에 도시된 것처럼 최종 흐름 차단 위치로 스풀(56)을 후퇴시키고, 밸브 유출구(64)의 크기를 감소시키며 에어백(30) 속으로의 가스 흐름을 양호한 제한된 흐름으로 감소시키거나 가스 유출을 감소시킨다.
도 3에 도시된 다른 실시예에 있어서, 점화기(38)는 프로세서(86)로부터 보내진 차단 신호(100)를 받아서 작동하여 체적 A에서 추가 압력을 발생시킨다. 다음에 유출구(64)를 통한 흐름은 특정 충돌 환경에 따라 차단되고, 스풀은 체적 B를 향해 돌아간다. 점화기(38)의 점화 연소 결과 생기는 체적 A에서의 급작스러운 압력 증가는 스풀(56)을 그 원래의 위치 또는 도 4E에 도시한 다른 최종 휴지 위치로 후퇴시켜 용기 유출구(64)의 크기를 감소시키고 에어백(30) 속으로의 가스 흐름을 양호한 제한된 흐름으로 감소시키거나 가스 유출을 감소시킨다. 점화기(38)는 스풀(56)을 차단 위치로 매우 빨리 이동시키는 번 율(burn rate)을 갖도록 그리고, 체적 A에서의 압력이 스풀(56)이 용기를 통한 유출을 차단시키는 위치에 유지되도록 설계될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 밸브를 통한 가스의 흐름은 프로세서 알고리듬(86)에 의해 제어할 필요는 없다. 밸브는, 단순히 스풀(56)의 위치를 조정하는 압력 통기구(pressure vent) 및 오리피스를 사용하여 밸브를 통한 가스의 흐름을 조정하도록 설계될 수 있다.
저장 용기의 압력 및 체적은 가능한 충돌이 일어나는 동안 가능한 변수들의 합리적인 비율 내에서 미리 계산된 상한 또는 극한의 수준으로 설정될 수 있다. 이러한 상한 상태의 예로는 주위가 차가운 상태에서 매우 격렬한 충돌이 일어났을 때 벨트를 미착용한 95%의 탑승자를 들 수 있다. 이러한 상태에서 에어백이 전개되는 경우 상기 시나리오에서 탑승자가 부상을 당하지 않는 한, 용기의 전체 내용물은 백으로 흘러들어가고, 더 이상 어떤 흐름을 차단할 필요가 없다. 주위 온도가 높은 상태에서, 충돌이 심하지 않은 경우의 5% 사람 또는 탑승자가 에어백과 가까운 곳에 앉아 있는 경우와 같은 다른 가능한 극한 상태가 주어지면, 너무 딱딱하지 않고 탑승자가 에어백으로부터 되튕겨나오거나 또는 탑승자 뒤쪽으로 튕겨나가 탑승자를 부상시키지 않는 백 특성을 제공하기 위하여 팽창기는 백 충전을 일찍 차단할 것이다. 이러한 시나리오에서, 팽창기는 단순히 더 이상의 에어백 압력 증가를 방지하는 방식으로 남아 있는 가스를 흘려보낸다.
도 1 및 도 2에서 스풀(56)의 하측에 유출 디퓨저(outlet diffuser) 또는 스러스트 전환기(thrust diverter)(72)가 도시되어 있다. 전환기는 가스가 도 1에 도시된 것처럼 에어백(30) 또는 반응 캔(34) 속으로 밸브 조립체(40)를 빠져나감에 따라 중립적으로 스러스트 전환을 하도록, 전환기 주위에 홀(hole)(78)을 구비한 실린더(76)일 수 있다. 밸브 조립체(40)로부터 흐르는 가스는 디퓨저/스러스트 전환기(72)를 통해 에어백(30) 속으로 빠져나간다. 도 1에 도시한 바와 같이, 반응 캔(34)은 팽창기를 내장할 수 있고, 에어백(30) 부착부를 제공할 수 있다. 또한, 반응 캔(34)은 팽창기(42)용 보호 장식 덮개 부착부를 제공할 수 있고, 팽창기(42)를 차량 계기판 구조체(12)에 장착시키기 위한 수단을 제공할 수도 있다.
팽창기(42)는 팽창기의 특성을 개방 및 차단시키는 것을 제어하기 위하여 원하는 충돌 입력 신호를 제공함으로써 용도에 따라 간단하게 또는 복잡하게 제조될 수 있다. 무게 및 위치 센서와 같은 특별한 센서를 합체시키는 것을 설정할 수 있는 부품 시장 용도에 있어서는, 수동 스위치가 사용될 수 있다. 예컨대, 스위치는 통상 어린이용 셋팅으로 설정될 수 있으나, 차량의 탑승자는 성인용 셋팅으로 셋팅을 바꿀 수 있으며, 이는 에어백이 충돌에 반응하여 팽창함에 따라 에어백(30)의 특성을 변화시킬 수 있다. 선택적으로, 좌석에 설치된 간단한 제한 스위치는 탑승자의 실제 무게를 감지할 수 있어 가벼운 사람 또는 어린이는 스위치를 작동시키지 못할 것이며, 반면에 몸무게가 소정의 한계값 이상인 사람은 스위치를 작동시키게 될 것이다. 이러한 제한 스위치는 수동 스위치와 동일한 기능을 수행한다. 또한, 제한 스위치는 스위치를 부적절하게 설정하는 인간의 실수를 제거해준다. 제한 스위치는 또한 탑승자의 실제 특정 무게를 얻을 수 있는 무게 변환기의 대안으로서 비용이 저렴하다.
도 8에는 밸브 조립체 시스템에 대해 가능한 압력-시간 곡선이 도시되어 있다. 이 도면은 밸브 조립체(40)로부터 에어백(30) 속으로 방출되는 가스의 압력 변화를 시간에 대해 도시한다. 먼저 충돌이 감지되면, 밸브 내의 초기 압력은 제로이고, 파열 유발 수단은 작동되지 않는다. 신호가 일단 가속 센서(82)로부터 프로세서 알고리듬(86)으로 전달되면, 프로세서는 용기 개방 수단(36)으로 신호를 보내고, 뇌관(46)이 작동된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 백이 조립체로부터 분리될 때까지 압력은 빠르게 상승한다. 다음에 압력은 빠르게 감소한다. 스풀(56)은 그 위치를 조절하고 압력은 증가한다. 적절한 시간에서, 오프너(28)가 작동되고, 흐름의 차단이 시작된다. 스풀(56)은 재조절하고, 압력은 점점 작아진다.
(1) 충돌하는 동안에 감속, (2) 좌석 벨트가 고정되어 있는지 또는 느슨해져 있는지, (3) 주위 온도 또는 용기의 압력, (4) 탑승자 또는 운전자의 무게 및 에어백에 대한 탑승자의 위치를 포함하는 여러 입력 신호들에 대한 원하는 곡선을 얻기 위하여 팽창기를 조절할 수 있다. 충돌의 심각한 정도와 같은 입력 상태에 대하여 팽창기를 설계할 수 있는데, 상기 입력 상태는 프로세서(86) 내의 충돌 센서에 의해 해석될 수 있다. 주위 온도가 저장 압력에 영향을 미치기 때문에 압력 센서(90)에 의해 알고리듬으로 입력된 입력 신호에 의해 온도 보상 타이밍을 결정할 수 있다. 벨트를 한 사람 또는 벨트를 하지 않은 사람에 대하여 다른 에어백 특성을 결정하기 위하여 프로세서(86) 내의 알고리듬으로 입력되는 입력 신호로서 좌석벨트 센서(88)를 사용할 수 있다. 또한, 탑승자 무게 및 위치 센서가 현재 사용되고 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 원하지 않는 팽창 효과를 완화시킬 수 있다는 것이다. 파열성 디스크가 손상되어 에어백이 우연히 작동하거나 또는 파열 수단이 우연히 작동하거나 또는 충돌 알고리듬에 의해 신호가 보내지지 않는 다른 사건이 일어나게 되면, 프로세서(86)는 완전한 배출 흐름을 차단하기 위하여 오프너(28)를 작동시킬 수 있고 용기(50)의 가스를 안전하게 빼낼 수 있다. 이러한 의도하지 않은 개방은 프로세서(86) 내의 알고리듬에 의해 결정될 수 있다. 이러한 안정성으로 인해 의도하지 않은 에어백의 전개로 인한 탑승자의 부상을 방지할 수 있고, 운전자를 충돌시킬 수 있는 깜짝 효과(startle effect)의 가능성을 또한 줄일 수 있다. 의도하지 않은 전개는 압력 센서(90)에 의해 감지될 수 있는데, 이 센서는 프로세서(86)로부터의 작동 신호 없이 발생하는 급작스러운 압력 강하를 감지한다. 이러한 안정성은 종래의 팽창기 구조에서는 얻을 수 없는 특징이다.
압축 공급원 팽창기와 관련된 다른 문제는 차량에 화재가 일어나는 동안 용기를 과압(over pressurization)시키는 중에 파열성 디스크가 파열할 수 있도록 제2의 파열성 디스크를 제공할 필요성이 있다는 것이다. 이러한 제2의 파열성 디스크를 추가함으로써 파손의 가능성이 추가된다. 그러나, 본 발명에 있어서, 과압은 압력 센서에 의해 감지될 수 있고, 이로 인해 프로세서는 용기 개방 수단과 흐름 차단을 동시에 작동시킬 수 있으며, 따라서 용기가 양호한 방식으로 가스를 배출할 수 있게 된다. 따라서, 신뢰성을 전체적으로 감소시키는 제2의 저압 파열성 디스크를 설치할 필요가 없다.
전방 충격 또는 측면 충격 또는 다른 방향으로부터의 충격이 일어나는 동안에 탑승자를 구속하기 위하여, 에어백 시스템을 적절한 위치에 장착함으로써 에어백 시스템을 위치시킬 수 있고 에어백 시스템을 팽창시킬 수 있다. 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 팽창기를 제조업자 또는 부품업자에 의해 전형적인 차량(10)에 부착시키기 위한 두 가지의 구조를 도시한다. 도 5에서, 조립체는 기본적으로 수평 위치로 형성된다. 팽창 시스템(20)은 차량(10)의 계기판(12) 내에 위치한다. 에어백을 담고 있는 하측면의 에어백 케이지(airbag cage)(32)는 계기판(12)의 전단부 상에 장착된다. 선택적으로, 시스템은 차량(10) 계기판(12) 내부에서 좀 더 수직 위치로 위치될 수 있다. 이렇게 위치시킴으로써 장착된 구속장치를 수용할 수 있다. 도 6에는 다른 위치에서의 팽창 시스템(20)이 도시되어 있다. 이러한 위치에 있어서, 압축 용기(50)와 밸브 조립체(40)는 에어백 케이지(32)에서 멀리 떨어진 지점에 위치할 수 있다. 도 6에는 계기판(12)의 전방부 상에 위치한 에어백 케이지(32)가 도시되어 있다. 팽창 시스템(20)의 다른 구성 요소, 압력 용기(50), 그리고 밸브 조립체(40)는 계기판(12)의 대향 측면 상에 위치한다. 덕트(18)는 압력 용기(50)와 밸브 조립체(40)를 에어백 케이지(32)와 연결시킨다.
도 5 및 도 6에 도시된 지점 이외에, 본 발명에 따른 에어백 시스템은 좌석 또는 머리받침의 후방부에, 탑승자 전방부의 계기판 상에, 또는 다른 원하는 지점에 위치될 수 있다. 에어백 시스템은 이러한 위치에 일시적으로 또는 영구적으로 고정될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않은 채 다른 특정 형태로 실시될 수 있다. 예컨대, 여러 위치, 운전자, 탑승자 등에 대해 다른 구조로 될 수 있고, 크기, 형상이 다른 용기, 그리고 다른 밸브 구성 요소 하드웨어를 구비할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 밸브 조립체는 에어백을 팽창시키는 것 이외에 유체의 흐름을 제어할 필요가 있는 여러 용도에 사용될 수도 있다. 밸브 조립체는 전술한 것처럼 압축 가스 공급원과 함께 사용될 수 있고, 또는 선택적으로 혼성 구조로 합체될 수도 있다. 밸브는 또한 구속 장치의 팽창 속도를 제어하기 위하여, 그리고 원한다면 흐름을 차단하기 위하여 공지의 가스 발생 팽창기와 함께 사용될 수도 있다. 따라서, 가스 발생 팽창기는 특정 충돌 변수들에 기초한 제어된 배출 흐름을 제공하기 위하여 센서 및 알고리듬과 함께 사용될 수 있다.
예컨대, 도 10에 도시한 것처럼, 밸브는 표준 점화 팽창기를 추가 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 밸브는 두 개의 방출구를 구비한다. 밸브는 외부 통기구(110)를 통해 가스를 방출시킬 수 있어 가스는 에어백 또는 다른 구속장치로 들어가지 않을 것이다. 선택적으로, 스풀(56)이 다른 위치로 이동하는 경우, 방출 가스는 구속 통기구(112)를 통해 밸브를 빠져나갈 수 있고, 따라서 에어백 또는 다른 구속 장치로 들어갈 수 있다. 두 개의 통기구를 통한 가스의 방출을 제어함으로써, 에어백 팽창 특성을 제어할 수 있다. 흐름 차단이 작동된 후에 고압의 가스 발생원으로부터 증가하는 가스 압력을 배출시키도록 추가 수단이 제공된다면, 이 실시예는 전술한 실시예와 동일할 수 있다. 고압의 가스 발생원으로부터의 유출 흐름이 막히거나 또는 차단되는 경우, 압력 용기 내에서의 가스 압력은 급속히 증가하여 내부 압력이 커진 결과 용기가 폭발할 수도 있다. 따라서, 용기내에 과도하게 증가된 압력을 안전하게 배출시키도록 파열성 디스크와 같은 별도의 압력 경감 장치를 포함시킬 수 있다.
따라서, 도시된(본 발명을 제한하려는 것은 아닌) 실시예의 모든 양태에서 본 발명은 고려되며, 본 발명의 범위는 전술한 발명의 상세한 설명보다는 이하의 청구항에 의해 나타내어진다.

Claims (49)

  1. 방출가능한 압축 가스 공급원과, 팽창가능한 장치를 구비하는 시스템용 팽창 조정기에 있어서,
    내부에 제공된 공동과, 이 공동을 통하는 유로를 형성하도록 상기 공동과 연통하는 유입구 및 유출구를 구비하며, 상기 유입구는 상기 공급원에 부착되도록 되어 있고 상기 유출구는 상기 장치에 부착되도록 되어 있는 밸브 조립체 하우징과,
    초기 위치에서 통상 편향되어 있고(biased), 상기 공동 내부에서 활주가능하게 맞물려 배치된 외측부와 상기 유로 내에 배치된 개방부를 구비하는 가동(이동가능한) 부재를 포함하며,
    상기 가동 부재는 상기 하우징과 상기 가동 부재의 제1 단부 사이에 제1 체적을 형성하고 상기 하우징과 상기 가동 부재의 제2 단부 사이에 제2 체적을 형성하며, 상기 외측부의 일부는 상기 유로의 초기 단면적을 결정하도록 상기 유입구와 상기 유출구 중 1개 이상의 부분과 제한적으로 결합 배치되어 있고, 상기 가동 부재는 상기 외측부가 상기 유입구 및 상기 유출구 중 1개 이상의 상기 부분으로부터 부분적으로 이동되도록 제어가능하게 변위됨으로써 상기 유로의 단면적을 증가시키게 되는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유로 내의 압력이 상기 가동 부재를 상기 제2 체적을 향하는 방향으로 이동시킬 만큼 될 때 상기 제1 체적 내의 압력이 증가하도록 상기 유로 및 상기 제1 체적과 연통하는 제1 파일럿 오리피스를 추가로 포함하며, 이 파일럿 오리피스의 지름은 상기 가동 부재의 이동 속도를 제어하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유로 내의 압력이 상기 가동 부재가 상기 제2 체적 방향으로 이동하는 것을 방해할 만큼 될 때 상기 제2 체적 내의 압력이 증가하도록 상기 유로 및 상기 제2 체적과 연통하는 제2 파일럿 오리피스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징은 상기 제2 체적로부터 압력을 빼내기 위하여 상기 하우징의 상기 제2 체적 외부와 연통하는 배기용 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 파일럿 오리피스는 상기 가동 부재 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 파일럿 오리피스는 상기 가동 부재 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 밸브 조립체의 상기 제1 체적 및 제2 체적 외부 중 하나와 연통하는 구멍과 이 구멍 내에 밀봉식으로 배치된 전기 신호 반응 장치를 포함하며, 상기 팽창 조정기는 소정의 가변적 상태가 발생하는 경우 상기 장치에 보낼 제1 전기 신호를 만들기 위하여 상기 구속 시스템의 환경에서 입력된 가변적 상태의 현 상황에 반응하는 회로를 추가로 포함하며, 상기 장치는 상기 전기 신호에 반응하여 상기 구멍으로부터 부분적으로 이동되어 상기 가동 부재를 동적 위치로 이동시키고, 이 동적 위치에서 유로는 상기 가변 상태의 실제 시간 현 상황에서 존재하도록 선택된 값으로 상기 유로를 통과하는 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회로는
    각각의 센서가 상기 각각의 가변적 상태에 반응하여 상기 각각의 가변 상태의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내는 다수의 센서와,
    상기 각각의 센서로부터의 상기 제2 전기 신호 함수로서 상기 제1 전기 신호를 만들어내도록 상기 각각의 센서로부터의 상기 제2 신호에 반응하는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 구멍은 상기 밸브 조립체의 상기 제1 체적 외부와 연통하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  10. 제7항에 있어서, 상기 구멍은 상기 밸브 조립체의 상기 제2 체적 외부와 연통하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 체적 내에서 상기 조립체와 상기 가동 부재 사이에 맞물려 배치되는 제1 스프링과, 상기 제2 체적 내에서 상기 조립체와 상기 가동 부재 사이에 맞물려 배치되는 제2 스프링을 추가로 포함하며, 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각은 상기 가동 부재의 초기 위치를 결정하도록 선택된 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 가동 부재의 온도 의존 초기 위치를 결정하도록 선택된 온도 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 가동 부재는 상기 공동 내부에서 축방향으로 활주가능하게 맞물린 통상 원통형의 외측부와, 상기 유로 안쪽에 오목부를 갖는 스풀인 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스풀은 상기 유로 내의 압력이 상기 스풀을 상기 제2 체적을 향하는 방향으로 이동시킬 만큼 될 때 상기 제1 체적 내의 압력이 증가하도록 상기 유로 및 상기 제1 체적과 연통하는 제1 파일럿 오리피스를 포함하며, 이 파일럿 오리피스의 지름은 상기 스풀의 이동을 제어하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스풀은 상기 유로 내의 압력이 상기 제2 체적을 향하는 상기 스풀을 이동을 방해할 만큼 될 때 상기 제2 체적 내의 압력이 증가하도록 상기 유로 및 상기 제2 체적과 연통하는 제2 파일럿 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 하우징은 상기 제2 체적로부터 압력을 빼내기 위하여 상기 하우징의 상기 제2 체적과 연통하는 배기용 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  17. 제13항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 밸브 조립체의 제1 체적 및 제2 체적 외부 중 하나와 연통하는 구멍과, 이 구멍 내에 밀봉식으로 배치된 전기 신호 응답 장치를 포함하며, 상기 팽창 조정기는 소정의 가변적 상태가 발생하는 경우 상기 장치에 보낼 제1 전기 신호를 만들기 위하여 상기 구속 시스템의 환경에서 입력된 가변적 상태의 상황에 반응하는 회로를 추가로 포함하며, 상기 장치는 상기 전기 신호에 반응하여 상기 구멍으로부터 부분적으로 이동되어 상기 가동 부재를 동적 위치로 이동시키고, 이 동적 위치에서 유로는 상기 가변 상태의 실제 시간 현 상황에서 존재하도록 선택된 값으로 상기 유로를 통과하는 유량을 감소시키는 단면적으로 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회로는
    각각의 센서가 상기 각각의 가변적 상태에 반응하여 상기 각각의 가변 상태의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내는 다수의 센서와,
    상기 각각의 센서로부터의 상기 제2 전기 신호 함수로서 상기 제1 전기 신호를 만들어내도록 상기 각각의 센서로부터의 상기 제2 신호에 반응하는 프로세서와,
    상기 스풀을 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 작동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  19. 제17항에 있어서, 상기 구멍은 상기 밸브 조립체의 상기 제1 체적 외부와 연통하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  20. 제17항에 있어서, 상기 구멍은 상기 밸브 조립체의 상기 제2 체적 외부와 연통하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  21. 제13항에 있어서, 상기 제1 체적 내에서 상기 조립체와 상기 스풀 사이에서 맞물려 배치되는 제1 스프링과, 상기 제2 체적 내에서 상기 조립체와 상기 스풀 사이에서 맞물려 배치되는 제2 스프링을 추가로 포함하며, 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각은 상기 가동 부재의 초기 위치를 결정하도록 선택된 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 스풀의 온도 의존 초기 위치를 결정하도록 선택된 온도 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  23. 방출가능한 압축 가스 공급원과, 팽창가능한 장치를 구비하는 시스템용 팽창 조정기에 있어서,
    작동가능한 가동 부재와 가변적인 단면적의 흐름 오리피스를 구비하는 밸브로서, 상기 가동 부재의 초기 위치는 상기 오리피스의 초기 단면적을 결정하며 상기 오리피스는 압축 가스를 공급원 및 팽창가능한 장치와 연통시키는, 상기 밸브와,
    상기 가변 오리피스의 단면적은 상기 오리피스를 통과하는 유량이 가변적 상태의 실제 시간 현 상황에서 존재하도록 선택된 값으로 되는 단면적을 갖는 동적 위치로 상기 가동 부재를 작동시키기 위하여 상기 구속 장치의 환경에서 입력된 가변적 상태의 현 상황에 응답하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버와, 상기 밸브의 상기 챔버 외측에서 연통하는 구멍을 포함하고, 상기 가동 부재는 상기 제1 챔버의 1개 이상의 벽을 형성하며, 상기 부재는 상기 오리피스를 상기 챔버와 연통시키는 파일럿 튜브를 구비하고, 상기 회로는 상기 구멍 내에 밀봉식으로 배치된 재료를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 상기 상태중 하나가 발생하면 상기 재료를 상기 구멍으로부터 이동시키는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  25. 제23항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버, 제2 챔버, 그리고 상기 제1 챔버를 상기 팽창가능한 장치와 연통시키는 제1 구멍을 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 오리피스를 상기 제1 챔버와 연통시키는 제1 파일럿 오리피스와 상기 오리피스를 상기 제2 구멍과 연통시키는 제2 파일럿 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 구멍은 예정된 열 팽창 계수를 갖는 벽 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  27. 제23항에 있어서, 상기 밸브는 제1 단부 벽과 제2 단부 벽을 갖는 통상 원통형의 하우징을 포함하고, 상기 부재는 상기 하우징 내부에서 축방향으로 활주가능하게 맞물려 있는 스풀이며, 상기 제1 단부 벽과 상기 스풀의 제1 단부 사이에 맞물려 배치되어 있는 제1 스프링, 상기 제2 단부 벽과 상기 스풀의 제2 단부 사이에 맞물려 배치되어 있는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 온도 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  29. 제27항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  30. 제23항에 있어서, 상기 회로는
    상기 하나 이상의 가변적 상태에 반응하여 상기 가변적 상태 중 어느 하나의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 센서와,
    상기 제1 신호에 반응하여 상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  31. 제23항에 있어서, 상기 회로는
    각각의 센서가 상기 가변적 상태에 반응하여 상기 각각의 가변적 상태의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 다수의 센서와,
    상기 각각의 센서로부터의 상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내기 위하여 상기 각각의 센서로부터의 상기 제1 전기 신호에 반응하는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 작동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  32. 즉시 방출가능한 압축 가스 공급원과 팽창가능한 장치를 구비하는 팽창가능한 차량 탑승자 구속 시스템용의 팽창 조정기에 있어서,
    작동가능한 가동 부재와 가변 단면적의 흐름 오리피스를 구비하는 밸브로서, 상기 부재의 초기 위치는 상기 오리피스의 단면적을 결정하며 상기 오리피스는 압축 가스를 공급원과 장치에 연통시키는, 상기 밸브와,
    상기 가변 오리피스의 상기 단면적은 상기 오리피스를 통과하는 유량이 상기 가변적 상태의 실제 시간 현 상황에서 존재하도록 선정된 값으로 되는 단면적을 갖는 동적 위치로 상기 가동 부재를 작동시키기 위하여 상기 구속 장치의 환경에서 입력된 가변 상태의 현 상황에 반응하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  33. 제32항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버와, 상기 밸브의 제2 챔버 외측에 연통하는 구멍을 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 제1 챔버의 1개 이상의 벽을 형성하고, 상기 부재는 상기 오리피스를 상기 챔버에 연통시키는 파일럿 튜브를 구비하며, 상기 회로는 상기 구멍 내에 밀봉식으로 배치된 재료를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 상태 중 어느 하나가 발생하면 상기 구멍으로부터 상기 재료를 이동시키는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  34. 제32항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버, 제2 챔버, 그리고 상기 제1 챔버를 상기 팽창가능한 장치에 연통시키는 제1 구멍을 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 오리피스를 상기 제1 챔버에 연통시키는 제1 파일럿 오리피스와 상기 오리피스를 상기 제2 구멍에 연통시키는 제2 파일럿 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 구멍은 예정된 열 팽창 계수를 갖는 벽 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  36. 제32항에 있어서, 상기 밸브는 제1 단부 벽과 제2 단부 벽을 갖는 통상 원통형의 하우징과, 상기 하우징 내부에서 축방향으로 활주가능하게 맞물려 있는 스풀과, 상기 제1 단부 벽과 상기 스풀의 제1 단부 사이에 맞물려 배치되는 제1 스프링과, 상기 제2 벽과 상기 스풀의 제2 단부 사이에 맞물려 배치되는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  37. 제36항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 온도 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링은 각각 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  39. 제32항에 있어서, 상기 회로는
    상기 하나 이상의 가변적 상태에 반응하여 상기 가변적 상태 중 어느 하나의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 센서와,
    상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내기 위하여 상기 제1 전기 신호에 반응하는 회로와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  40. 제32항에 있어서, 상기 회로는
    각각의 센서가 상기 가변적 상태 각각에 반응하여 상기 가변적 상태 중 하나의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 다수의 센서와,
    상기 각각의 센서로부터의 상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내기 위하여 상기 각각의 센서로부터의 상기 제1 신호에 반응하는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 조정기.
  41. 용기, 파열성 디스크, 그리고 이 파열성 디스크에 가깝게 배치된 개방 장치를 포함하는 방출가능한 압축 가스 공급원과,
    팽창가능한 구속 장치와,
    상기 개방 장치를 작동시키도록 반응하는 제1 전기 신호를 만들어내기 위하여 차량의 감속을 감지하는 제1 센서와,
    작동가능한 가동 부재와 가변 단면적 흐름 오리피스를 구비하는 밸브로서, 상기 부재의 초기 위치는 상기 오리피스의 초기 단면적으로 결정하며, 상기 오리피스는 압축 가스를 공급원과 장치에 연통시키는, 상기 밸브와,
    상기 가변 오리피스의 상기 단면적은 상기 오리피스를 통과하는 유량이 상기 가변적 상태의 실제 시간 현 상황에서 존재하도록 선정된 값으로 되는 단면적을 갖는 동적 위치로 상기 가동 부재를 작동시키기 위하여 상기 구속 시스템의 환경에서 입력된 가변적 상태의 현 상황에 반응하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  42. 제41항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버와, 상기 밸브의 상기 챔버 외측에 연통하는 구멍을 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 제1 챔버의 1개 이상의 벽을 형성하고, 상기 부재는 상기 오리피스를 상기 챔버와 연통시키는 파일럿 튜브를 구비하며, 상기 제어기는 상기 구멍 내에 밀봉식으로 배치된 재료를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 상태 중 어느 하나가 발생하면 상기 구멍으로부터 상기 재료를 이동시키는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  43. 제41항에 있어서, 상기 밸브는 제1 챔버, 제2 챔버, 그리고 상기 제1 챔버를 상기 팽창가능한 장치에 연통시키는 제1 구멍을 포함하며, 상기 가동 부재는 상기 오피피스를 상기 제1 챔버와 연통시키는 제1 파일럿 오리피스와 상기 오리피스를 상기 제2 구멍에 연통시키는 제2 파일럿 오리피스를 구비하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 제1 구멍은 예정된 열 팽창 계수를 갖는 벽 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  45. 제41항에 있어서, 상기 밸브는 제1 단부 벽과 제2 단부 벽을 갖는 통상 원통형의 하우징과, 이 하우징 내부에서 축방향으로 활주가능하게 맞물려 있는 스풀과, 상기 제1 벽과 상기 스풀의 제1 단부 사이에 맞물려 배치되는 제1 스프링과, 상기 제2 벽과 상기 스풀의 제2 단부 사이에 맞물려 배치되는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각은 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 온도 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  47. 제45항에 있어서, 상기 제1 스프링과 제2 스프링 각각은 상기 스풀의 정적 위치를 확보하도록 선택된 스프링 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  48. 제41항에 있어서, 상기 회로는
    상기 하나 이상의 가변적 상태에 반응하여 상기 가변적 상태 중 하나의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 센서와,
    상기 제1 신호에 반응하여 상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키도록 상기 제2 전기 신호에 반응하는 작동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
  49. 제41항에 있어서, 상기 회로는
    각각의 센서가 상기 각각의 가변적 상태에 반응하여 상기 각각의 가변적 상태의 함수로서 제1 전기 신호를 만들어내는 다수의 센서와,
    상기 센서로부터의 상기 제1 전기 신호의 함수로서 제2 전기 신호를 만들어내기 위하여 상기 각각의 센서로부터의 상기 제1 전기 신호에 반응하는 프로세서와,
    상기 가동 부재를 상기 동적 위치로 작동시키기 위하여 상기 제2 전기 신호에 반응하는 작동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.
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KR20230029034A (ko) 2021-08-23 2023-03-03 부산대학교 산학협력단 전자기력을 이용한 공압 에어백 전개장치

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