KR20010042870A - 시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서 - Google Patents

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KR20010042870A
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Abstract

시트 벨트 버클 및 래칫 표시 시스템은 강자성 래칫(26)이 그를 통해 돌출되는 갭상의 자석(50)으로부터 이격된 자이안트 자기저항(Giant Magnetoresistive ; GMR) 센서(46)를 구비한 시트 벨트 버클(20)을 이용하다. 래칫은 3개의 개별 위치, 즉 비래칫 위치와, 래칫 위치와, 고리가 존재하지 않는 래칫 위치에서 잔류할 수 있다. 래칫은 자계 집신기로서 기능하며, 그 결과 감지된 자계는 래칫 위치에 따라 좌우된다. GMR 센서는 센서가 항상 작동하는 가를 나타내는 신호를 제공하고, 벨트의 중요한 부품의 물리적 위치에 의거하여 버클이 시트 벨트 고리(38)에 결합되어 있는 가를 나타내는 특정 정보를 제공한다.

Description

시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서{DEVICE TO DETECT SEAT BELT BUCKLE STATUS}
시트 벨트가 버클되어 있는 가를 결정하기 위한 센서는 자동차의 승차자가 그들의 시트 벨트를 착용하도록 충고하거나 상기시켜 주는데 광범위하게 이용되고 있다. 최근에, 시트 벨트에 의해 제공된 보호를 향상시키고 보완하기 위해서 차량에는 에어백이 이용되고 있다. 시트 벨트와 에어백의 이러한 조합은 시트 벨트가 실제로 사용되고 있는 가를 결정할 수 있다면 최적화될 수 있다. 다음에, 시트벨트가 버클되어 있다면, 에어백의 전개는 시트 벨트 착용자를 보호하기 위해 최적화될 수 있다. 시트 벨트 래칫 상태의 정확한 감지 정보는 에어백 시스템의 판단 논리 및 전개 책략의 일부로서 이용되는 경우에 보다 중요하며, 시트 벨트 착용 상기 시스템의 일부로서 단순히 이용되는 경우에도 중요하다.
에어백 전개 시스템과 조합하여 이용될 수 있는 것과 같은 전형적인 시트 벨트 래칫 표시 시스템은 저항기 네트워크와 조합된 시트 벨트의 버클내의 기계적인 스위치이다. 가장 간단한 저항기 네트워크는 스위치와 직렬 연결된 제 1 저항기와, 스위치와 병렬 연결된 제 2 저항기를 구비한다. 따라서, 스위치 및 저항기 네트워크의 저항은 스위치가 접속된 경우에 변경된다. 하지만 스위치의 개방 리드와 교차하여 병렬 연결된 저항기로 인해서 스위치는 단절된 경우에 확실히 모니터링될 수 있다. 따라서, 저항이 제로로 떨어지거나, 또는 스위치 및 저항기 네트워크의 2개의 설계 상태와 실질적으로 상이한 저항값을 갖고 있다면, 시트 벨트 래칫 검출기는 쓸모없게 된다.
설치된 시트 벨트 환경은 적절히 맞지 않을 수 있다. 스위치는 더럽혀지거나, 습윤되어 있거나, 심지어 엎지른 음료수의 찌꺼기로 도포되었을 때 조차도 작동될 수 있다. 확인 차임 또는 버저로 알리는 시트 벨트 래칫 센서는 때때로 성가시게 인식되며, 사람들이 안전 벨트를 착용하기 싫어하게 하여 벨트의 고리를 결합시키지 않고 버클이 래칫되게 하여 시트 벨트 래칫 표시기를 무용지물로 만들게 할 수 있다. 시트 벨트 래칫 정보가 에어백 전개 논리에 의해 이용되는 경우에, 안전 기구를 무용화시키는 어리석음으로 인해서 논리에 잘못된 정보를 제공함으로써 전개 논리가 최선의 가능한 판단을 하지 못하게 할 수 있다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 센서가 항상 작동하는 가를 나타내는 신호를 제공하며, 벨트의 중요한 부품의 물리적 위치에 의거하여 래칫이 작동되는가 그리고 버클이 시트 벨트 고리에 결합되어 있는가에 대한 특정 정보를 제공하는 시트 벨트 래칫 센서가 제공된다.
본 발명은 차량용 시트 벨트와, 시트 벨트가 버클되어 있는 가를 결정하기 위한 스위치 또는 센서에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 시트 벨트 버클의 저면도,
도 2는 도 1의 시트 벨트 버클의 단면도,
도 3은 도 1의 래칫된 시트 벨트 버클을 3-3 선을 따라 취한 단면도,
도 4는 종래 기술의 시트 벨트 래칫의 개략적인 단면도,
도 5는 도 4의 종래 기술의 시트 벨트 래칫이 래칫된 위치로 도시된 개략적인 단면도,
도 6은 도 1의 시트 벨트 버클을 6-6 선을 따라 취한 개략적인 단면도,
도 7은 시트 벨트 고리가 존재하지 않는 경우의 작동된 위치에 도시된 도 1의 벨트 버클의 개략적인 단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 시트 벨트 버클 및 센서 조립체의 등각 단면도,
도 9는 본 발명의 시트 버클 및 센서 조립체의 또다른 실시예의 등각 평면도.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 유사한 참조부호는 유사한 요소를 가리키고, 시트 벨트 버클(20)이 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 시트 벨트 버클(20)은 본체(22)를 구비한다. 본체(22)는 앵커 구멍(24)을 구비하며, 시트 벨트 버클(20)은 상기 앵커 구멍(24)에 의해 구조 부품(도시하지 않음)에 부착된다. 본체(22)는 횡단 슬롯(28)을 구비하며, 시트 벨트가 버클에 고정되는 경우에 스프링 장전 래칫(26)은 상기 횡단 슬롯(28)내로 연장된다. 횡단 슬롯(28)은 T자형 슬롯(30)의 상부를 형성한다. T자형 슬롯(30)의 본체는 종방향 슬롯(32)에 의해 형성된다. 활주가능한 이젝터(34)는 본체의 평행한 플레이트 사이에 포착되고, 종방향 슬롯(32)의 방향에서 횡방향으로 활주되도록 억제된다. 이젝터는 래칫(26)쪽으로 스프링(36)에 의해 바이어스된다.
시트 벨트(40)는 그내에 시트 벨트 고리(38)를 규정하는 중앙 구멍을 구비하는 평평한 강철 플레이트에서 종단된다. 벨트(40)는 자동차내에 억제시키도록 승객 주위에 루프되어 있다. 승객이 버클(20)내로 벨트 고리(38)를 삽입하는 경우에, 이젝터(34)는 래칫 스프링(42)의 영향하에서 래칫(26)이 고리내의 래칫 구멍(44)을 통해서 그리고 버클 본체내의 횡단 슬롯(28)을 통해서 통과될 때까지 압축된다. 래칫(26)이 고리(38)를 통해 연장되는 경우에, 버클 본체(22)는 고리에 고정된다. 벨트는 자동차의 구조적 부품에 버클 본체에 의해 고정되며, 그에 따라 승객을 자동차에 안전하게 고정하게 된다.
자이안트 자기저항(Giant Magnetoresistive ; GMR) 효과 형태의 자장 센서(46)는 종방향 슬롯(32)의 시트 벨트 버클 본체(22)의 외측 표면(48)에 장착된다. 자석(50)은 시트 벨트 버클 본체(22)의 외측 표면(48)에 장착되며, GMR 센서(46)로부터 횡단 슬롯(28)을 가로질러 위치된다.
GMR 센서(46)는 그 위치에서의 자장 강도를 측정한다. 자석(50)은 GMR 센서(46)가 검출하는 국부적인 자계를 생성한다. 래칫(26)은 강자성 재료인 고강철로 구성된다. 시트 벨트 버클(20)의 본체(22)는 강철을 고강도로 압형한 것이다. 자석(50)에 의해서 생성된 것과 같은 자계의 존재에 있어서, 강자성 재료는 자계의 공급원으로부터 큰 거리에서 보다 큰 강도의 자계에서 야기되는 자속의 라인을 집중시시킨다.
특히 횡단 슬롯(28)인 T자형 슬롯(30)은 강자성 시트 벨트 버클 본체(22)의 효과를 경감시킨다. 그러나, 강자성 본체로 횡단 슬롯(28)을 충전시킴으로써 래칫(26), 즉 래칫(26)의 노즈(52)는 자계 라인의 집중을 향상시켜서 보다 큰 자속이 센서(46)에 존재하게 한다. 따라서, 고리(38)가 버클(20)내에 체결되는 양의 표시가 제공된다.
센서(46)는 정전 자계를 감지한다. 센서는 GMR 형태이며, 1988년에 발견된 효과를 이용한다. 이러한 효과는 동일하게 얇은 비자기 층에 의해 분할되어 얇은 자기 필름을 수 나노메터 두께로 형성하는 레지스터가 이에 가해지는 자계의 강도에 따라 좌우되는 저항을 갖는 얇은 필름 디바이스에서 발견되는 현상을 이용한다.
자계가 가해지는 경우에 성형 레지스터의 약 10%와 20% 사이의 저항의 감소가 관찰된다. 저항의 감소에 대한 물리적인 설명은 전자 스캐터링의 스핀 종속관계와, 강자성 금속에서의 전도 전자의 스핀 극성이다.
매우 얇은 인접한 자기 층은 서로 반강자성적으로 결합되어, 각 자기 층의 자기 모멘트가 인접한 자기 층에 비평행으로 정렬되게 된다. 하나의 자기 층에서 스핀 극성화된 전자는 이들이 인접한 층 사이에서 이동할 때 유사하게 스캐터링될 것이다. 빈번한 스캐터링은 고저항을 야기시킨다. 외부 자계는 반강자성 커플링을 극복하고, 인접한 강자성 층에서의 모멘트의 평행한 정렬을 형성한다. 이것은 스캐터링을 감소시키며, 그에 따라 디바이스 저항을 감소시킨다.
GMR 기술에 의거한 4개의 레지스터의 그룹은 휘트스톤브릿지에 정렬되며, 브릿지의 2개의 레그는 가해진 자계로부터 차폐된다. 다른 2개의 레그는 자기 차폐체 사이에 위치된다. 자기 차폐체는 선택된 강도의 자속에 맞춤형 민감도의 디바이스를 형성하도록 자속 집신기로서 작용한다. 표준 전압 또는 전류는 고형 상태 디바이스(46)로 공급되는 반면에, 전류 또는 전압과 관련된 수치는 디바이스가 노출되는 자계에 비례하게 판독된다. 디바이스는 자속 차폐체의 배향에 의해 생성된 민감도의 축을 갖고 있다. 센서(46)에 있어서, 이러한 축은 T자형 슬롯(30)의 종방향 슬롯(32)과 정렬되며, 자석(50)을 통해 통과된다.
GMR 센서는 미국 미네소타주 에덴 프레이리 밸리 뷰 로드 11409에 소재하는 "Nonvolatile Electronics Inc."로부터 입수가능하다. GMR 센서는, 예외적인 온도 안정상, 높은 신호 전달 레벨을 가지며 많은 비교대상의 디바이스보다 매우 적은 전력 및 적은 비용이 필요한 소형이고 고민감도 디바이스이다. 모든 이러한 인자는 자동화가능한 안전 적용시에 이용되는 디바이스에 있어서 중요하다.
시트 벨트를 체결함으로써 작동된 간단한 스위치가 시트 벨트가 래칫되었는가를 결정하기 위해 사용된다. 그러나, GMR 센서(46)는 래칫의 성질적인 표시를 제공한다. GMR 센서(46)의 출력은 버클(20)이 래칫되지 않을 경우의 하나의 값과, 고리(38)가 버클(20)내에 래칫되었을 경우의 다른 값을 추정한다. 더욱이, 시트 벨트 버클(20)의 설계는 시트 벨트 고리(38)가 버클(20)에 체결되었는가에 따라 래칫의 위치가 좌우되게 한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 고리가 존재하지 않으면, 래칫(26)은 센서(46)와 자석(50) 사이에 형성된 갭쪽으로 더 이동된다. 그 결과 래칫이 결합되지만 고리가 존재하지 않는 상황에서 센서(46)로부터 상이한 값 또는 출력이 야기된다. 시트 벨트가 래칫되었는가를 단순히 검출하는 종래의 센서는 접혀져서 래칫이 고리를 삽입하지 않고 로크 위치로 이동되게 한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 래칫(26)은 노즈(52)와, 본체(22)에 형성된 슬롯(58)내에서 이동하는 수직 가이드(56)를 구비하고 있다. 래칫(26)은 판 스프링(42)에 의해 슬롯(28)쪽으로 바이어스된다. 이들 요소는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 시트 벨트 버클에 통상적으로 존재한다.
도 4는 언래칫된 위치에서의 종래 기술의 버클내의 종래의 래칫(62)을 도시한 것이다. 래칫(62)은 종래의 시트 벨트 버클 본체(68)내에 형성된 슬롯(66)에서 이동하는 수직 가이드(64)를 구비한다. 종래의 래칫(62)이 도 5에 도시된 바와 같이 래칫된 위치에 있는 경우에, 래칫(62)의 부분(70)은 내부 플레이트(72)를 향해 결합되어, 래칫(62)의 이동이 플레이트(72)에 의해 제한된다. 따라서, 본체(68)와 플레이트(72)사이에 위치된 고리(74)는 래칫된 경우에 래칫(62)에 의해 가정되는 위치에 영향을 주지 않는다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 종래의 시트 벨트 버클을 자계 센서로 이용하는 것은 개시된 발명의 영역내에 있으며, 도 1, 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예는 노즈(52)의 양 측면상으로 연장되는 면(76)을 갖는 래칫(26)을 이용한다. 면(76)은 버클(20)이 도 6에 도시된 바와 같이 래칫된 경우에 고리(38)에 접촉한다. 내부 플레이트(78)는 래칫(26)의 면(76)이 본체(22)쪽으로 이동되게 하는 개구부(80)를 갖고 있다. 시트 벨트 버클(20)이 도 7에 도시된 바와 같이 고리(38)가 존재하지 않고 래칫되게 된다면, 면(76)은 본체(22)의 내부 표면(82)을 향해 결합된다.
노즈(52)가 자석(50)과 센서(46) 사이의 갭(54)으로 향해서 본체(22)의 외부 표면(48)상으로 연장되는 래칫(26)의 이러한 위치설정은 개별 신호를 생성하여 마이크로프로세서(도시하지 않음)가 시트 벨트 버클(20)의 실제 상태와, 시트 벨트 고리(38)에 확실하게 결합되어 있는 가를 고려할 수 있게 한다. 마이크로프로세서는 충격을 검출하기 위한 충격 센서를 포함한 다른 센서(도시하지 않음)에 통상 연결되고, 모든 센서 입력을 고려한 논리에 의거하여 에어백(도시하지 않음)을 전개하거나 전개되지 않게 한다.
다른 실시예의 시트 벨트 버클(84)은 도 8에 도시되어 있다. 시트 벨트 버클(84)은 개구부(88)가 횡단 슬롯(90)에 인접하여 형성되고 횡단 슬롯(90)에 이어진 것을 제외하고 도 1에 도시된 본체와 유사한 본체를 갖고 있다. 센서 하우징(92)은 개구부(88)내에 위치된다. 센서 하우징(92)은 회로 기판(94)상의 GMR 센서(95)와, GMR 센서(95)로부터 짧은 거리로 이격된 자석(96)을 구비하고 있다. GMR 센서(95) 및 자석(96)은, 고리(98)가 버클(84)이 결합되는 경우에 자석(96) 및 GMR 센서(95) 양자가 고리(98)와 결합되거나 또는 고리(98)로부터 근접하게 이격되도록 위치된다. 이러한 방법에서, GMR 센서(95)는 고리(98)의 존재를 직접 검출한다. 또한, 횡단 슬롯(90)을 통해서 래칫(100)이 운동하는 것은 자석(96)과, 래칫(100)의 존재가 직접 검출될 수 있는 GMR 센서 사이의 갭과 충분히 관련이 있다. GMR 센서(95) 및 자석(96)이 고리(98)의 존재를 직접 검출하도록 위치되면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 래칫(100)의 2위치 운동을 하는 종래의 버클이 이용될 수 있게 한다.
또다른 실시예의 시트 벨트 버클 및 센서 조립체(102)가 도 9에 도시되어 있다. 이러한 실시예는 도 6 및 도 7에 도시된 3단계 운동을 이용한다. 그러나, 장치(102)는 자석(106)을 포함하는 GMR 센서 패키지(104)와, 래칫(110) 뒤에 위치된 GMR 센서(108)를 구비하고 있다. 강자성 래칫(110)은 센서(108)와 자석(106) 사이의 갭(112)내외로 이동한다. 갭(112)으로 먼 래칫(110)의 변위로 인해서 센서(108)에서의 자계가 감소되게 한다. 따라서, 3단계, 즉 도 6에 도시된 바와 같이 고리로 비래칫된 단계와, 고리로 래칫된 단계와, 도 7에 도시된 바와 같이 고리없이 래칫된 단계로서 차등화될 수 있다.
GMR 기술에 의거하는 센서를 설명하였지만, 홀 센서(Hall sensor) 및 다른 고형 상태 센서와 같은 다른 형태의 자계 센서가 이용되거나, 본 발명에 이용되게 개발될 수 있다.
또한, GMR 센서가 기준 전압 또는 전류를 갖는 것으로 이용될 수 있는 반면에, 하나 이상의 GMR 저항중 저항 변화가 저항계로서 기능하는 회로에서 직접 검출될 수 있다.
GMR 센서와 자석 사이의 갭은 GMR 센서에 의해 감지된 자계 강도를 감소시키며, 갭쪽으로 또는 갭과 반대 방향으로의 시트 벨트 버클의 부품의 이동은 자석과, 감지된 자계를 수정하는 센서에 대한 이동으로서 규정된다. 이러한 운동은 강자성 본체로 갭을 물리적으로 충전하는 운동일 수 있어서, 자속의 라인이 집중되며, 그에 따라 보다 높은 자계를 판독한다. 갭으로부터 강자성 본체를 제거하는 반대 작용은 센서에 의한 자계 판독을 감소시킬 것이다. 그러나, 자기 현상의 복잡성으로 인해서, 하나 이상의 강자성 부품의 다양한 운동에 의해 동일한 결과가 성취될 것이다. 이러한 운동은 자기 분로의 제거와, 물리적 갭쪽으로의 부품의 일부분의 운동과, 물리적 갭과 반대 방향으로의 일부분의 운동을 포함한다.

Claims (6)

  1. 시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서에 있어서,
    시트 벨트 버클(20)과;
    시트 벨트(40)와;
    상기 시트 벨트에 연결되고, 상기 시트 벨트 버클내에 끼워맞춰져서 상기 시트 벨트를 상기 버클에 분리가능하게 연결시키는 시트 벨트 고리(38)와;
    상기 시트 벨트 버클내에 장착된 강자성 재료로 형성되며, 비래칫 위치와, 상기 시트 벨트 고리가 상기 시트 벨트 버클내에 기계적으로 유지되는 래칫 위치 사이에서 이동가능한 래칫(26)과;
    상기 시트 벨트 버클에 고정식으로 장착된 자계 센서(46)와;
    자계를 가지며, 상기 자계 센서로부터 이격되고, 상기 시트 벨트 버클에 고정식으로 장착된 자석(50)을 포함하며,
    상기 자석과 센서는 그 사이에 갭(54, 112)을 규정하며, 상기 시트 벨트 버클의 래칫으로 인해서 상기 센서에 의해 감지된 자계를 변경시키도록, 상기 비래칫 위치와 래칫 위치 사이에서의 래칫의 운동이 이뤄지는
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 래칫(26)은 비래칫 위치, 래칫 위치 및 고리가 존재하지 않는 래칫 위치로 구성되는 3개의 위치 사이에서 이동가능하며, 상기 래칫 위치는 상기 비래칫 위치보다 갭(54, 112)에 근접하며, 고리가 존재하지 않는 래칫 위치는 래칫 위치보다 갭에 근접하는
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자계 센서(46)는 GMR 형태인
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    강자성 본체(22)를 더 포함하며, 상기 강자성 본체는 시트 벨트를 자동차에 부착시키기 위한 구멍을 형성하며, 상기 강자성 본체는 래칫이 그를 통해 이동하는 개구부(80)를 규정하며, 상기 자계 센서(46)는 래칫이 그를 통해 이동하는 개구부의 한 측면상에 위치되며, 상기 자석(50)은 상기 개구부가 센서와 자석 사이에 갭을 규정하도록 대향 측면상에 위치되는
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    강자성 본체(22)를 더 포함하며, 상기 강자성 본체는 시트 벨트(40)를 자동차에 부착시키기 위한 구멍을 개시하며, 상기 강자성 본체는 래칫(26)을 그를 통해 이동하는 개구부(80)를 형성하며, 또 상기 강자성 본체는 이를 관통하는 개구부를 규정하고, 상기 고리가 시트 벨트 버클내에 있는 경우에 상기 시트 벨트 고리(38)에 중첩하도록 위치되며, 상기 자계 센서는 상기 고리에 인접한 개구부를 통해 장착되며, 상기 자계 센서로부터 이격된 자석(50)은 또한 상기 고리에 인접한 개구부를 통해서 장착되는
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자계 센서(46) 및 자석(50)은, 상기 시트 벨트 버클(20)의 래칫으로 인해서 센서에 의해 감지된 자계를 감소시키도록 비래칫 위치와 래칫 위치 사이에서의 래칫(26)의 이동으로 래칫의 일부분이 갭으로부터 멀리 이동되게 위치되는
    시트 벨트 버클 및 래칫 표시기 센서.
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