KR19990078130A - 차량 탑승자 충격 완충용 보호장치 - Google Patents

Abstract

조절 가능한 가스 배출 포트를 구비하는 에어백이 개시되어 있다. 가스 배출 포트의 횡단면은 일정 최대값으로 제한된다. 가스 배출 포트의 크기는 흐름 횡단면(flow cross-section) 및 가능한 최대 배출 유속을 결정하며, 따라서 이 최대 배출 유속은 미리 결정할 수 있는 값으로 제한된다. 가스 배출 횡단면의 값은 구속 작용 중에는 변하지 않으며, 대신에 가스 배출 횡단면은 에어백이 팽창하기 전에 미리 개별적인 탑승자에 대하여 최적으로 조절된다.

Description

차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치{VEHICLE OCCUPANT IMPACT PROTECTION DEVICE}

본 발명은 에어백, 팽창기 및 점화 장치를 포함하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치에 관한 것이다.

이러한 보호 장치는 대량 생산되는 현대의 모든 승용차에 설치되며, 일반적으로는 에어백 시스템으로 지칭된다. 에어백 시스템은 절첩된 백, 팽창기 및 점화 장치를 포함하며, 상기 점화 장치는 감속 센서가 미리 정해진 조절 가능한 값을 초과하는 것을 감지하는 즉시 전기적으로 기동된다. 절첩된 가스백은 스티어링 휠, 대시 보드, 차량의 시트 또는 차량 내부의 다른 적절한 위치에 수납되며, 이 가스백은 그것이 팽창기에 의하여 팽창될 때 찢겨져 개방되거나 회동하여 개방(swung open)되는 커버에 의하여 은폐된다.

충돌 상황시에, 가스백은 차량 탑승자가 가스백에 충돌하기 전에 미리 최적으로 완전히 팽창된다. 그 후에, 차량 탑승자의 전방 이동은 부상 위험이 가장 낮게, 그리고 반대 방향으로 반발하지 않게 감속될 필요가 있다. 이러한 목적을 위하여, 어느 정도 탄성적인 외피와 압축성 가스 충전물로 이루어진 보호 쿠션은 가급적 유연한 충격 반응성을 가질 필요가 있는데, 즉 가스백에 충돌하는 차량 탑승자에게 반발력이 작용하지 않도록 충격파(impact pulse)가 소산되어야 한다.

에어백이 소개된 이래로, 그 전체 표면적에 걸쳐 어느 정도 가스 투과성을 갖는 가스백의 외피 재료에 의하여, 또는 한정된 횡단면을 가지는 하나 이상의 가스 배출 포트에 의하여 가스백의 이러한 반응성이 얻어진다.

가스백의 전체 용적과 가스 배출 유속은 각각의 특정 용도에 따라 맞추어질 수 있다. 스티어링 휠에 일체로 된 에어백은 비교적 작은 용적을 가질 수 있는데, 그 이유는 차량 운전자가 에어백에 관하여 조수석 탑승자에 비해 더 제한적으로 정해질 수 있는 위치를 취하며, 따라서 조수석 탑승자가 일반적으로 더 큰 치수의 가스백을 필요로 하기 때문이다.

설계에 의하여 용적과 가스 배출 유속이 미리 정해지는 에어백은 체중이 50kg인 차량 탑승자와 체중이 100kg인 다른 탑승자 모두에게 적합하게 설계될 수는 없는데, 즉 돌진하는 체중이 작은 탑승자보다 돌진하는 체중이 큰 탑승자에게 보다 강한 "제동력(braking force)"이 작용할 필요가 있다. 이와 관련하여, 에어백을 개별적으로 적용시키는 경우 에어백이 보다 양호하게 적응될 수 있게 하기 위하여, 그 에어백의 횡단면이 돌진하는 체중의 함수, 또는 이에 의하여 야기된 가스백 압력의 증가의 함수로서 자동적으로 변화되며, 이에 따라 가스 배출 유속이 돌진하는 체중에 반비례하는 가스 배출 포트가 이미 제안되었다. 이러한 방식으로, 가스백에 의하여 돌진하는 신체에 작용하는 감속력을 관련 체중에 보다 양호하게 적응시킬 수 있다.

이러한 공지된 시스템은 가스 배출 횡단면과 돌진하는 체중의 반비례 관계가 일관되기 때문에, 보다 구체적으로 말하자면 신체가 가스백에 충돌할 때까지는 유용하지 않은 가변성 변수에 의존하여 가스 배출 횡단면이 변화하기 때문에 여전히 작동이 원할하지 않다. 그러므로, 바람직한 반응성을 얻기가 어렵다.

본 발명의 목적은 단지 에어백이 작동된 후에만 감지되는 변수에 대하여는 그다지 종속적이지 않은 상태로, 에어백의 가스 배출 유속을 매우 다양한 차량 탑승자 각각에게 보다 양호하게 적응시키는 것이다.

도 1은 에어백 팽창시에 시간에 따른 배출 횡단면의 변화와 압력의 변화를 도시한 그래프.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 개략도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 에어백

2: 가스 배출 포트

3: 정지구

5: 슬라이드 밸브

6, 7: 액츄에이터

본 발명에 따라 이러한 목적을 달성하기 위하여, 에어백은 횡단면이 조절 가능한 하나 이상의 가스 배출 포트를 구비하며, 가스 배출 포트의 횡단면을 가변적으로, 그러나 미리 예정된 최대값을 가지도록 한정하는 한정 수단이 마련된다. 의도는 흐름 횡단면과 가능한 최대 가스 배출 유속이 미리 예정된 값으로 제어될 수 있는 가스 배출 포트를 제공하는 것이다. 가스 배출 횡단면에 영향을 끼치는 현재의 수단과는 달리, 횡단면의 값은 구속 작용 중에 변하지 않으며, 대신에 가스백이 팽창하기 전에 각각의 탑승자에게 미리 최적으로 조절 가능하게 된다. 이것은 최적으로 요구되는 최대의 가스 배출 유속에 적응하게 되어 있는 가스 배출 포트를 가스백에 제공한다는 것을 전제로 한다. 횡단면 값은 특정 보호 장치의 설계에 고려되는 최소의 체중에 의하여 결정된다. 이 값은 가스 배출 포트에서 가능한 최대 크기이다. 차량 좌석에 앉는 실제 탑승자는 일반적으로 시스템의 설계에 고려되는 최소 체중의 탑승자보다 큰 체중을 가지므로, 가스 배출 포트의 최대 크기는 적절한 것이 아니다. 따라서, 배출 포트의 크기는 실제 체중의 함수로서 감소된다. 배출 포트의 크기가 실제 체중의 함수로서 감소되고, 가능한 최대 크기(매우 적은 사람에게 적절할 수 있다)로부터 출발하는 경우, 에어백으로부터의 가스 배출 유속은 특정 설계의 구속 시스템에서 사용자에게 최적으로 적응된다. 이러한 방식으로 구성된 가스 배출 포트는 배출 횡단면을 제한하는 제한 수단이 다른 변수의 함수, 예컨대 차량의 속도 또는 주위 온도의 함수로서 또한 제어될 수 있다는 추가의 장점을 가진다.

상세한 설명은 도면을 참고로 설명하기로 한다.

에어백 작동시에 측정된 압력 프로파일로부터, 능동적으로 작동되는 가스 배출 횡단면을 채용하는 경우 발생할 수 있는 3가지 가능한 압력 프로파일이 개략적으로 도시되어 있다. 팽창기 점화 후 대략 5 ms 후에, 에어백의 압력은 외부의 에어백 커버가 분리되어 에어백이 전개될 수 있을 때 까지 0 에서 대략 3.75 바(bar)까지 가파르게 증가한다. 용적의 증가에 기인하여, 그 다음에 에어백 내의 압력은 거의 그 압력이 증가한 것만큼 빠르게 강하되며, 점화 후 대략 12 내지 15 ms 되는 시점에 심지어 점근선을 넘어서(to even out asymptotically) 0.5 바 미만의 최종값으로 떨어진다. 3개의 상이하고, 최대로 얻기 쉬운 가스 배출 포트에 지정될 수 있는 3개의 압력 강하 곡선이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에어백의 가스 배출구의 개방 작용은 팽창기 점화 후 10 ms 후에 시작하며, 대략 30 ms 후에, 다시 말하면 탑승자가 에어백에 충돌하는 것과 거의 동시에 최대의 횡단면을 얻는다. 0에서부터 3개의 구체적인 값, 다시 말하면 최소, 평균, 최대의 값으로 주어진 배출 횡단면(A)에 이르는 선형 개방 프로파일(linear opening profile)이 도시되어 있다. 최대의 압력 강하를 가지는 곡선은 최대 가스 배출 횡단면, 즉 시간에 대해 배출 횡단면이 최대로 변하는 곡선으로 지정된다. 도시된 다이아그램에 있어서, 대략 0.2 바의 잔류 압력이 최대 압력 발생후 30 ms 되는 시점에서 얻어진다. 최상의 압력 강하 곡선은 최소로 얻을 수 있는 가스 배출 횡단면에 지정되며, 도시된 바와 같이 예로서 최대 압력 발생 후 30 ms 되는 시점에서 대략 0.4 바의 잔류 압력이 존재한다. 따라서, 대략 0.3 바의 잔류 압력을 가지는 중간의 압력 강하 곡선은 중간의, 최대로 확보 가능한 배출 횡단면(middle, maximum achievable outlet cross-section)과 관련된다.

물론, 전술한 숫자상의 값 모두는 단순히 예로서 이해될 수 있으며, 어떤 방식으로도 본 발명을 지시된 값으로 한정하지 않고 단순히 본 발명을 설명하는 역할을 한다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 2 내지 도 4에는 본 발명의 3가지 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 실시예에 있어서, 가스 배출 포트(2)가 에어백(1)에 설치되며, 통상의 비작동 상태에 있는 이 가스 배출 포트는 슬라이드 밸브(5)에 의하여 완전히 차단된다. 슬라이드 밸브(5)는 가스 배출 포트(2)가 노출되는 즉시 액츄에이터(6)에 의하여 개방 위치를 향하여 이동될 수 있다. 이러한 배열에 있어서, 가스 배출 포트(2)의 노출과 슬라이드 밸브(5)의 이동은 본 발명에 따라 제2 액츄에이터(7)에 의하여 조절 가능한 정지구(3)에 의하여 각각 한정된다. 이러한 방식으로, 가스 배출 포트의 최대 횡단면은 편의상 선택되는 변수의 함수로서 각각의 요구에 적합하게 될 수 있다.

도 3에 도시된 실시예를 설명하면, 정지구 대신에 액츄에이터(7')에 의하여 조절 가능한 커버(4)가 마련되며, 이 커버는 슬라이드 밸브(5')와 함께 에어백(1)의 가스 배출 포트(2)를 완전히 차단한다. 도시된 예에 있어서, 가스 배출 포트(2)는 커버(4)와 슬라이드 밸브(5') 각각에 의하여 대략 반반씩 차단된다. 정지구용 액츄에이터(7)와 유사한 액츄에이터(7')는 편의상 선택되는 하나 이상의 변수의 함수로서 제어되며, 슬라이드 밸브(5')를 바람직한 출발 위치로 이동시킬 수 있도록 구성된다. 가스 배출 포트(2)를 보다 적게 차단하도록 액츄에이터(7')를 변화시키는 조작시에 변동이 발생할 때 마다, 수반된 액츄에이터 또는 별개의 탄성 복귀 요소에 의하여 슬라이드 밸브(5')가 커버(4)와 접촉되도록 뒤따르는 것을 확실히 할 필요가 있다.

도 4에 따른 실시예에 있어서, 에어백(1)의 가스 배출 포트(2)는 포일(10)에 의하여 완전히 폐쇄된다. 기능적으로, 액츄에이터(9')를 구비한 슬라이드 밸브(8)는 이 경우에 도 3에 도시된 바와 같은 액츄에이터(7')를 구비한 커버(4)에 상응한다. 이러한 배열에 있어서, 액츄에이터는 포일(10)이 에어백(1)의 내압에 기인하여 터질 때 단지 최대의 바람직한 배출 횡단면이 노출될 정도로 슬라이드 밸브(8)가 가스 배출 포트를 차단하도록 변수의 함수로서 제어될 수 있다.

도 5에 있어서, 원형 하우징을 구비하는 종래의 팽창기(11)가 채용된 충격 완충용 보호 장치에서 본 발명의 요지가 어떻게 실현되는지가 개략적으로 도시되어 있다. 통상적으로, 이러한 하우징은 반경 방향으로 돌출하는 플랜지를 구비하며, 이러한 플랜지에 에어백이 결합된다. 이러한 플랜지가 링(13)으로 넓어질 경우, 이에 따라 하나 이상의 배출 포트(12)는 이러한 링에 수용될 수 있다. 도시된 예에 있어서, 복수 개의 가스 배출 포트는 원주 둘레에 등거리로 떨어져 배치되어 있다. 동등한 수의 원형 가스 통로가 구성되어 있는 구동 가능한 환형의 슬라이드 밸브(14)가 링에 지정되어 있다. 또한, 링(13)의 가스 배출 포트(12)와 환형 슬라이드 밸브(14)의 가스 통로에 대응하도록 배치된 원형의 가스 통로를 유사하게 구비하는 구동 가능한 환형의 커버 또는 정지구(15)가 마련된다. 환형의 커버 또는 정지구(15)를 회전시킴으로써, 원형의 가스 통로는 전적으로 또는 부분적으로 가스 배출 포트(12)와 일치하도록 될 수 있으며, 그 결과 최대로 가능한 가스 배출 횡단면이 한정될 수 있다. 그 출발 위치에서, 구동 가능한 환형의 슬라이드 밸브는 회전되어 그 가스 통로는 링(13)의 가스 배출 포트(12)와 일치하지 않는다. 그 다음에 에어백(1)의 작동시에, 환형 슬라이드 밸브(14)는 그 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 회전되며, 개방 위치에서 그 원형의 가스 통로는 링(13)의 원형 가스 배출 포트(12)와 정확하게 대응한다. 이러한 방식으로, 환형의 커버 또는 정지구(15)에 의하여 예비 조절된 최대의 가스 배출 횡단면이 노출된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 요지에 따른 모든 실시예에 대해서 중요한 것은 소정 크기의 가스 배출 횡단면이 하나 이상의 변수의 함수로서 특정 요구에 가장 잘 대응하는 횡단면으로 능동적으로 조절 가능하다는 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 이러한 의도는 에어백의 잔류 압력이 탑승자가 에어백에 충돌하는 시점에 탑승자의 체중에 최적으로 적합하게 하려는 것이다. 추가로, 물론 최대 가스 배출 횡단면을 조절하고 그 값을 변화시키는 다른 변수, 예컨대 차량 속도, 차량 감속도의 양, 벨트 리트랙터로부터 당겨진 좌석 벨트의 길이를 고려하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 단지 에어백이 작동된 후에만 감지되는 변수에 대하여는 그다지 종속적이지 않은 상태로, 에어백의 가스 배출 유속을 매우 다양한 차량 탑승자 각각에게 보다 양호하게 적응시킬 수 있다.

Claims (18)

1. 조절 가능한 횡단면을 가지는 하나 이상의 가스 배출 포트(2)를 구비하는 에어백(1)과, 팽창기 및 점화 장치를 포함하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치에 있어서,

   탑승자의 신체로부터 도출된 변수에 의하여 결정된 최대값으로 상기 가스 배출 포트(2)의 상기 횡단면을 조절하기 위한 조절 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)는 팽창시에 완전히 폐쇄되며, 에어백의 팽창 직후에 상기 최대 횡단면으로 능동적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
3. 제2항에 있어서, 가스 배출 포트(2)는 팽창 중에 밸브(5)에 의하여 완전히 폐쇄되며, 이 밸브는 상기 에어백(1)의 팽창 후에 액츄에이터(6)에 의하여 상기 최대 횡단면 값에 이르는 개방된 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 밸브(5)는 상기 액츄에이터(6)에 의하여 개방 방향으로 정지구(3)에 이르도록 이동 가능하며, 뒤이어 상기 정지구(3)는 제2 액츄에이터(7)에 의하여 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)의 횡단면은 부분적으로는 조절 가능한 커버(4)에 의하여, 부분적으로는 슬라이드 밸브(5')에 의하여 폐쇄되며, 상기 정지구에 의하여 차단된 부분은 제2 액츄에이터(7')에 의하여 조절 가능하며, 나머지 부분은 상기 에어백(1)의 팽창 후에 폐쇄되며, 그 동안 상기 슬라이드 밸브(5')에 의하여 차단된 횡단면 부분은 상기 에어백의 팽창 후에 액츄에이터(6')에 의하여 상기 밸브를 이동시킴으로써 노출될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)는 에어백 내의 가스 압력에 의하여 찢어져 개방되도록 되어있는 포일(10)에 의하여 폐쇄되며, 액츄에이터(9)에 의하여 상기 최대 횡단면을 설정하도록 슬라이드 밸브(8)가 마련되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)의 상기 횡단면의 최대값은 차량 탑승자 체중의 함수로서 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)의 횡단면의 최대값은 차량 속도의 함수로서 또한 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
9. 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)의 횡단면의 최대값은 충돌시 차량 감속도의 함수로서 추가로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 액츄에이터는 전기 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
11. 제1항에 있어서, 팽창 후의 횡단면은 하나 이상의 변수의 함수로서 조절 가능한 비율로 노출되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
12. 제3항에 있어서, 상기 액츄에이터는 기계 에너지, 공압 에너지 및 불꽃 점화 에너지 중 하나를 저장하는 에너지 저장 수단과 결합되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
13. 제2항에 있어서, 상기 가스 배출 포트가 개방되는 팽창 후의 시점은 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(2)의 최대 횡단면은 차량의 점화 스위치가 차단될 때 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 최대 횡단면은 복수 개의 배출 포트(12)에 의하여 한정되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 가스 배출 포트(12)는 상기 팽창기(11)를 차단하도록 링에 배치되며, 환형의 슬라이드 밸브 부재(14)와 결합되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 환형 슬라이드 밸브 부재(14)의 이동은 하나 이상의 조절 가능한 정지구(15)에 의하여 제한되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.
18. 제1항에 있어서, 최대 횡단면 값은 상기 에어백이 팽창되기 이전에 결정되며 구속 작용 중에는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 차량 탑승자 충격 완충용 보호 장치.