KR20010062011A - 벨트 리트랙터 시스템 - Google Patents

Abstract

탑승자 구속 시스템용 벨트 리트랙터는 프레임(30)과, 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 벨트 릴(32)과, 상기 벨트 릴에 연결되는 전동기(10)와, 선택적으로 상기 벨트 릴을 차단하는 잠금 기구와, 그리고 차량 민감성 센서를 포함한다. 상기 잠금 기구는 액츄에이터(34)에 의해 작동된다. 전자 제어 유닛은 입력 인터페이스와 출력 인터페이스에 마련된다. 차량 민감성 센서는 입력 인터페이스에 접속되며, 상기 액츄에이터(34)와 전동기(10)는 출력 인터페이스에 접속된다.

Description

벨트 리트랙터 시스템{BELT RETRACTOR SYSTEM}

본 발명은 탑승자 구속 시스템용 벨트 리트랙터(retractor)에 관한 것이다.

근래의 벨트 리트랙터는 통상의 벨트 및/또는 차량 민감성 잠금 기능 외에도 필요한 곳에는 추가 기능을 갖춘다. 이러한 추가 기능 중의 하나로는 완전 풀림 상태에서 작동된 후 봉쇄 상태까지 벨트를 수축시킴으로써 적재화물 또는 어린이 좌석을 보호하는 것이다. 비상시에는 잠금 상태로 스위치를 전환함으로써 벨트의 완전 수축이 달성된다. 또 다른 추가 기능으로는 풀려 있는 벨트의 길이를 측정하여 벨트의 감김 상태를 감지하는 것이다.

이러한 벨트 리트랙터의 추가 기능은 매우 복잡한 기계 요소를 필요로 한다.특히, 필요한 각 추가 기능 마다 다른 형태의 벨트 리트랙터를 제공함으로써 복잡하여 진다.

이는 프레임(frame)과, 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 벨트 릴(reel)과, 상기 벨트 릴에 연결되는 전동기와, 선택적으로 상기 벨트 릴을 차단하는 잠금 기구와, 그리고 차량 민감성 센서를 포함하는 탑승자 구속 시스템용 벨트 리트랙터에서 달성된다. 상기 잠금 기구는 액츄에이터에 의해 작동된다. 전자 제어 유닛은 입력 인터페이스(interface)와 출력 인터페이스에 마련된다. 차량 민감성 센서는 입력 인터페이스에 접속되며, 상기 액츄에이터와 전동기는 출력 인터페이스에 접속된다.

본 발명은 동일한 기계적 기본 설계를 가지면서 필요시 일련의 추가 기능이 달성될 수 있는 새로운 벨트 리트랙터를 제공한다.

본 발명에 의한 벨트 리트랙터는 각 경우마다 필요한 수축 토크를 벨트 릴에 부하하는 통상적인 리트랙션(retraction) 스프링 대신에 전동기를 제공한다. 상기 벨트 리트랙터의 기능은 입력 인터페이스와 출력 인터페이스를 구비하는 전자 제어 유닛에 의해 제어된다. 차량 민감성 센서는 입력 인테페이스에 접속되며 액츄에이터는 전동기와 같이 출력 인터페이스에 접속된다. 이러한 기본 개념은 전자 제어 유닛이 따라 작동하는 프로그램 데이터 만을 개조하면 되므로, 각 조건에서 벨트 리트랙터는 잠금 및 수축 기능을 쉽게 개조할 수 있다. 또한, 다양한 센서가 전자 제어 유닛의 입력 인터페이스에 접속되며, 그 출력 신호는 잠금 기구를 구동하는것으로 이해된다. 또한, 추가 액츄에이터 또는 위치 조정 기구 등이 전자 제어 유닛의 출력 인터페이스에 접속되며, 그 기능은 전자 제어 유닛의 입력 인터페이스를 통해 폴링(polling)된 센서의 신호에 따라 제어된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 벨트 리트랙터는 통상의 기계식 벨트 리트랙터에서의 리트랙션 스프링의 임무도 수행하고, 임박한 차량 충돌시에 벨트의 예비 인장을 확보할 수 있는 전동기, 더 상세히 말하면, 서보 모터(servo motor)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 입력 인터페이스에 접속되는 센서 중 하나는 벨트 릴의 회전을 나타내는 점증식 신호를 일으키며, 감지된 회전을 지시하는 추가 신호를 같이 일으키는 것이 바람직하다. 상기 신호들은 벨트 릴의 절대 회전각, 즉 풀린 벨트의 길이를 결정하도록 상/하로 계산되어 전자 제어 유닛에 의해 분석된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 벨트 리트랙터는 다음 기능을 구비하며, 이중 일부도 또한 필요시에만 달성될 수 있다:

- 어린이 좌석/짐 보호

- 벨트의 감김 상태 감지

- 차량 민감성 차단

- 리트랙션 스프링

- 부드러운 변속기

- 고정되지 않은 등받침의 차단

- 벨트 민감성 차단

- 벨트의 예비 인장

동일한 전자기계식 기본 개념을 바탕으로, 기능이 다른 다수의 실시예가 본 발명에 따른 벨트 수축 시스템에 마련될 수 있다. 실질적으로, 상기 기능은 전자 제어 유닛의 입력 인터페이스에 접속되는 센서와, 상기 제어 유닛을 작동시키는 소거가 불가능하게 저장된 프로그램에 의해 결정된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 통상의 벨트 리트랙터에서 실행되지 않았던 추가 기능을 제공한다. 이러한 추가 기능 중의 하나는 예를 들어, 완전 제동과 같은 위기 상황에서 벨트를 미리 잡아당기는 것이다. 장력이 250N 또는 그 이상인 고성능 전동기를 이용함으로써 가능하다. 실제 인장 시간은 단지 약 120ms 정도이며, 인장시 이동거리는 120mm 이상이다. 이러한 예비 인장은 사고 전에 이미 벨트의 느슨한 부분이 제거될 수 있게 하여, 차량 탑승자의 부상 위험을 최소화시키고 통상의 벨트 인장기, 특히 열감지형 벨트 인장기의 효능을 최적화한다.

또한, 벨트의 예비 인장은 차량 탑승자의 앉은 자세를 교정하는데 사용되어 공기 폭발형 구속 수단(에어백)에 의한 부상의 위험을 최소화시킨다.

벨트의 예비 인장 후에, 정상 운전 상태로 복귀되면 벨트의 인장은 되돌려질 수 있다.

이와는 달리, 벨트의 예비 인장 및 그 후의 이완이 발생한 후에, 벨트의 예비 인장이 재개될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전동기는 톱니형 벨트(toothed belt)에 의해 벨트 릴의 측면에 설치된 기어 휠(gearwheel)에 연결되며, 상기 기어 휠은 전동기의 구동 피니언(pinion) 보다 그 직경이 더 크다. 상기 톱니형 벨트는 하중을 가하는 벨트 인장기(tightener)에 의해 인장 상태가 된다. 정상 작동시에는 벨트의 인장이 작아서, 매우 낮은 마모로 그리고 조용하게 구동 장치가 작동한다. 벨트가 인장될 경우, 톱니를 뛰어 넘지 않으면서 힘을 확실히 전달하기 위해 벨트의 인장력이 증가된다. 이와 동시에, 톱니의 간극 및 공차도 최적의 균형이 달성된다.

사용되는 전동기는 저마모성 브러시리스 4상 전동기(brushless four-phase motor)이며, 그 2줄 권선 고정자는 정류 손실을 낮게 한다. 외측 회전자를 구비한 전동기를 사용하면 디자인이 컴팩트해진다. 외측 회전자는 14극 네오디뮴 자기 링을 포함하여, 컴팩트한 디자인이면서, 특히 짧은 과부하 작동시에 높은 구동 모멘트를 부여할 수 있다.

벨트 리트랙터의 잠금 기구는 벨트 릴의 플랜지 상에 있는 개구가 형성된 디스크와, 축방항으로 이동가능하게 설치되며 리트랙터의 프레임에서 스프링 하중을 받는 래치핀(latching pin)으로 구성되고, 상기 핀은 상기 벨트 릴의 개구가 형성된 디스크의 구멍에 걸린다. 상기 구멍 주위의 도입 램프(ramp)에 의해 상기 개구가 형성된 디스크의 구멍에 래치핀을 체결시키는 것이 용이해진다. 상기 래치핀은 전자석에 의해 활성화되지 않는 정지 위치로 유지시킨다. 전기가 공급되지 않는 상태에서, 래치핀은 스프링 하중에 의해 잠금 위치로 이동된다.

벨트 리트랙터의 전자 제어 유닛은 다음 요건을 더 충족시킨다.

- 전동기의 정류;

- 토크 제어;

- 과부하 보호;

- 벨트 릴 릴리스(release)의 구동;

- 모든 안락 및 안전 기능의 제어;

- 벨트 릴의 절대 회전각을 통한 실제 풀려있는 벨트의 길이의 계속적인 계산;

- 접속된 버스 시스템(CAN)을 통하여 그리고 이산적으로, 다수의 접속된 센서의 신호 입력;

- 쉬는 모드(mode) 및 집적EEPROM을 구비한 고속 8 비트 제어 유닛;

- 인쇄 회로 기판에 통합된 고정자.

차량 탑승자 구속 시스템의 바람직한 실시예에서, 모든 벨트 리트랙터는 동일한 전자기계식 기본 설계를 가지며, 실질적으로 전자 제어 유닛에 저장된 프로그램 데이터에 의해 결정되는 그 기능만이 다르다. 따라서, 예를 들어, 전방 벨트 리트랙터의 기능은 후방 벨트 리트랙터의 기능과 다르다. 모든 벨트 리트랙터의 전자 제어 유닛은 중앙 공유 센서에 링크될 수도 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 바람직한 실시예들의 설명과, 첨부 도면을 참조한 설명에 의해 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 벨트 리트랙터의 전자 제어 유닛의 블록 선도이며,

도 2는 전동기를 포함하는 벨트 리트랙터의 전체 사시도이고,

도 3은 도 2에 도시된 벨트 리트랙터의 분해도이며,

도 4는 전동기가 제거되어 있는 벨트 리트랙터의 측면도이고, 그리고

도 5는 구동 피니언을 구비하는 전동기의 축방향 단면의 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전동기

12, 14 : 홀 센서

16 : 마이크로 컴퓨터

18 : 인터페이스

20 : 트랜시버

24, 26 : 구동 회로

28 : 자기 코일

30 : U형 프레임

32 : 벨트 릴

34 : 전자석

36 : 톱니형 벨트 디스크

38 : 지지판

40 : 장방형 구멍

46 : 구동 피니언

48 : 외측 회전자

50 : 톱니형 벨트

52 : 인장 풀리

56 : 스프링 와이어

60 : 인쇄 회로 기판

도 1의 블록 선도는 외측 회전자가 네오디뮴 자기 링을 구비하는 전동기(10)를 도시한다. 외측 회전자는 14극이도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 전동기(10)는 브러시리스 4상 직류 전동기이며, 그 고정자는 2줄 권선 되도록 설계된다. 외측 회전자 부근에는 2개의 홀 센서(12, 14 : hall sensor)가 배치된다. 상기 홀 센서(12, 14)를 사용하여 외측 회전자가 점증적으로 감지되고 또한 회전도 감지되어, 절대 회전각이 결정될 수 있다. 마이크로 컴퓨터(16)는 홀 센서(12, 14)로부터의 신호 중 하나와 인터페이스(18)를 통한 복수개의 교환 신호를 수신하며, 또한 CAN 버스를 구비한 트랜시버(20 : transceiver)를 통해 양방향성으로 연결된다. 전류 공급은 기판 전압(U_{B at})에서 전압 조정기(22)를 통해 마이크로 컴퓨터(16)에 전달된다. 마이크로 컴퓨터(16)는 구동 회로(24)를 통해 전동기(10)의 권선 고정자(10a, 10b)에 발신한다. 구동 회로(24)는 볼륨 저항이 매우 낮고 그에 따라 인쇄 회로 기판 상에 직접 설치될 수 있는 FET(field effect transistor)형의 고성능 전력 반도체 스위치를 포함한다. 또 다른 구동 회로(26)를 통하여 마이크로 컴퓨터(16)는 후술된 벨트 리트랙터의 래치 기구를 작동시키는 전자석의 자기 코일(28)에 발신한다.

벨트 리트랙터는 벨트 릴(32)이 회전 가능하게 설치된 평행한 레그부를 구비하는 실질적으로 U형인 프레임(30)을 포함한다. 프레임(30) 내에서의 벨트 릴(32)의 회전은 잠금 폴(pawl), 잠금 핀 또는 상기 요소들의 일부 등에 의해 하중 지지 방식으로 차단될 수 있다. 상기 잠금 폴 또는 잠금 핀은 전자석(34)에 의해 작동된다. 상기 전자석(34)은 도 1에 도시된 자기 코일(28)을 구비한다.

톱니형 벨트의 디스크(36)는 벨트 릴(32)과 비회전 체결된다. 프레임(30)레그의 외측면에는 지지판(38)이 설치되어 벨트 릴(32)의 축에 대한 회전이 제한된다. 지지판(38)의 피벗 동작을 제한하기 위해, 프레임(30)에 고정되는 2개의 핀(42)과 체결하는 장방형 구멍(40)이 상기 지지판에 마련된다. 전동기(10)의 외측 회전자(48)가 설치되는 베어링 핀(44)이 지지판(38)에 설치되며, 상기 회전자는 구동 피니언(46)을 포함한다. 톱니형 벨트(50)는 톱니형 벨트 디스크(36)와 구동 피니언(46)에 끼워 맞춤된다. 톱니형 벨트의 외연부 상에 그리고 톱니형 벨트 디스크(36)와 구동 피니언(46) 사이에는 프레임(30)의 측면 레그부 상에 회전 가능하게 설치되는 인장 풀리(52)가 존재한다. 프레임의 측면 레그부의 핀 상에 고정식으로 제공되는 스프링 와이어(56)는 지지판(38)에 대해 압압하며 그리고 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지판에 반시계 방향의 토크를 작용하여, 이로 인해 지지판(38)은 인장 풀리(52)가 톱니형 벨트(50)와 맞물리지 않는 도 4에 도시된 바와 같은 피벗 위치가 된다. 톱니형 벨트(50)에 의해 전달된 하중이 적을 때는 지지판은 상기 피벗 위치가 된다. 하중이 증가될 때, 톱니형 벨트(50) 내의 장력에 의해 발생되며 스프링 와이어(56)에 대향하는 토크가 지지판(38) 상에 작용한다. 상기 장력은 지지판(38)의 피벗 축선에 대한 접선 방향의 요소를 갖는다. 인장 하중이 높아질수록, 상기 요소도 커진다. 스프링 와이어(56)의 작용에 대향하여 지지판(38)이 피벗될 때, 톱니형 벨트(50)는 인장 풀리(50)의 주연부와 맞물리게 되어, 전달되는 증가에 의하여 톱니형 벨트(50)가 인장된다.

전동기(10)의 고정자(58)는 완전 발신용 전자 수단과 함께 인쇄 회로 기판(60)에 설치된다. 또한, 인쇄 회로 기판(60)은 도 1에 도시되어 있는 홀센서(12, 14)를 구비한다. 또한, 인쇄 회로 기판은 하나 이상의 에너지 저장을 담당하는 고용량 콘덴서(62)를 구비한다. 상기 인쇄 회로 기판(60)은 예를 들어, 스터드 볼트(stud bolt)에 의해 프레임(30)의 측면 레그부에 결합된다.

개시된 벨트 리트랙터의 기능은 마이크로 컴퓨터(16)에 의해 처리되는 입력 신호와, 그 프로그램 메모리 내에 이용가능하게 유지되는 프로그램 루틴(routine)에 의해 결정된다. 따라서, 전자기계적 기본 설계가 동일한 벨트 리트랙터가 매우 가변적인 기능을 가질 수 있다고 이해된다.

본 발명에 따른 차량 탑승자 구속 시스템에 사용되는 벨트 리트랙터는 동일한 전자 기계적 기본 설계를 가지면서 필요시 일련의 추가 기능이 전자 제어 유닛에 의해 쉽게 달성가능하여, 여러 기능을 두루 갖춘 차량 탑승자 구속 시스템을 쉽게 구성할 수 있다.

Claims (18)

1. 탑승자 구속 시스템용 벨트 리트랙터로서,

   프레임(30)과,

   프레임(30)에 회전 가능하게 설치되는 벨트 릴(32)과,

   선택적으로 벨트 릴(32)을 차단하는 잠금 기구와,

   차량 민감성 센서와,

   상기 잠금 기구를 작동시키는 액츄에이터와,

   벨트 릴(32)을 구동시키는 전동기(10)와,

   입력 인터페이스와 출력 인터페이스를 구비하는 전자 제어 유닛

   을 포함하며, 상기 차량 민감성 센서는 입력 인터페이스에 접속되고, 상기 액츄에이터와 전동기(10)는 출력 인터페이스에 접속되는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기 유닛에 할당되는 저장 모듈을 포함하며, 이 모듈에는 상기 제어기 유닛의 기능을 결정하는 프로그램 데이터가 적어도 일부분 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
3. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터는 잠금 기구의 잠금 폴을 구동시키는 전자석(34)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
4. 제3항에 있어서, 상기 입력 인터페이스에 접속된 복수개의 센서의 신호 컨스텔레이션이 임박한 차량 충돌을 지시할 때, 상기 제어 유닛은 벨트를 인장시키기 위해 전동기(10)에 발신하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
5. 제4항에 있어서, 상기 전동기(10)는 브러시리스 4상 직류 전동기인 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
6. 제4항에 있어서, 상기 전동기(10)는 2줄 권선 고정자(10a, 10b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
7. 제4항에 있어서, 상기 전동기(10)는 네오디뮴 자기 링을 구비하는 외측 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
8. 제7항에 있어서, 상기 전동기(10)는 14극 외측 회전자(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
9. 제8항에 있어서, 상기 전동기(10)는 톱니형 벨트(50)에 의해 벨트 릴(32)에 연결되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
10. 제9항에 있어서, 상기 톱니형 벨트(50)는 전동기(10)의 구동 피니언(48)을 벨트 릴(32) 상의 측면에 설치된 기어 휠에 연결시키며, 상기 기어 휠은 구동 피니언(48) 보다 그 직경이 더 큰 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
11. 제10항에 있어서, 상기 전동기(10)는 지지판(38)을 피벗함으로써 제한된 범위에서 피벗할 수 있도록 프레임(30) 레그의 측면에 설치된 지지판(38) 상에서 지지되며, 톱니형 벨트(50)는 프레임(30)의 레그 상에 설치된 인장 풀리(52)에 대해 기어 휠과 구동 피니언(48) 사이의 영역에서 압압될 수 있는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
12. 제11항에 있어서, 상기 지지판(38)은 스프링에 의해 상기 인장 풀리(52)가 톱니형 벨트(50)로부터 간격을 두고 떨어지게 되는 피벗 위치로 편향되며, 상기 톱니형 벨트(50) 내에서 발생하는 장력으로 하중을 받을 때에는, 지지판(38)은 하중에 따라 결정되는 범위까지 인장 풀리(52)가 톱니형 벨트(50)을 압압하는 대향 피벗 위치쪽으로 자동적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
13. 제11항에 있어서, 상기 전동기(10)는 인쇄 회로 기판(60)과 함께 단일 조립체 유닛으로 종합되며, 상기 인쇄 회로 기판(60)은 전력 반도체 요소를 포함하는 발신용 전자 회로를 설치하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
14. 제13항에 있어서, 전동기(10)에 할당되는 센서(12, 14)를 포함하고, 상기 센서는 신호를 제공하여 이 신호로부터 상기 제어 유닛이 풀려 있는 벨트의 길이에 상응하는 벨트 릴(32)의 절대 회전각을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
15. 제14항에 있어서, 전동기(10)에 신호를 발신하는 상기 제어 유닛은

    ABS 신호, 제동 압력, 가속 신호, 차량 속도 신호, 엔진 속도 신호, 벨트 힘의 신호, 벨트 릴의 절대 회전각으로 이루어진 센서 신호 그룹 중에 적어도 하나 이상을 고려하는 것을 특징으로 하는 벨트 리트랙터.
16. 제14항에 있어서, 상기 제어 유닛은 전동기(10)를 통해 지속적인 리트랙션 모멘트를 벨트 릴(32)에 가하며, 그 값은 벨트 릴(32)의 절대 회전각을 가로질러 변화가능한 것을 특징으로 벨트 리트랙터.
17. 제15항에 있어서, 상기 제어 유닛은 전동기(10)를 통해 지속적인 리트랙션 모멘트를 벨트 릴(32)에 가하며, 그 값은 벨트 릴(32)의 절대 회전각을 가로질러 변화가능한 것을 특징으로 벨트 리트랙터.
18. 복수개의 벨트 리트랙터를 포함하는 차량용 탑승자 구속 시스템으로서,

    각 벨트 리트랙터는

    프레임과,

    상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 벨트 릴과,

    선택적으로 상기 벨트 릴을 차단하는 잠금 기구와,

    차량 민감성 센서와,

    상기 잠금 기구를 작동시키는 액츄에이터와,

    상기 벨트 릴을 구동시키는 전동기와,

    입력 인터페이스와 출력 인터페이스와 프로그램 메모리를 구비하는 전자 제어 유닛

    을 포함하고, 각 벨트 리트랙터의 기능은 상응하는 제어 유닛의 상기 프로그램 메모리 내에 저장된 프로그램 데이터에 의해 결정되며 상기 벨트 리트랙터 중 2개 이상은 다른 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 탑승자 구속 시스템.