KR20010089312A - 충격 흡수 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 이동가능한 기어(1)와 장애물(2) 사이 또는 작동 제어되는 액튜에이터(4)에 의해 연장될 수 있는 에너지 흡수 구조물(3)로 구성되는 두개의 이동가능한 기어 사이에서의 충격 흡수 장치에 관한 것이다. 상기 충격 흡수 장치는, 연장가능한 구조물(3)이 압축성 빔(6)으로 제조되며, 이 압축성 빔은 구조물(3)이 연장된 위치에 있을때 특정 방향(D)을 따라 형성되는 충격에 의해 발생되는 에너지를 그 역전가능한 축방향 압축에 의해 흡수하고, 상기 압축성 빔(6)은 구조물(3)이 연장되고 있을 때 상기 빔(6)의 회전운동 및/또는 병진운동을 가능하게 하는 조인트(8, 9, 11)에 의해 서로에 대해 또는 강성 안내 부재(7)에 링크 연결된다.
Description
충격을 흡수하고 에너지를 흡수하여 충돌 효과를 감소시키기 위한 많은 시스템들이 철도 운송, 자동차, 선박, 항공 분야 및, 일반적으로 그 구조물이 충격의 위험에 놓이게 되는 산업상 분야에서 발전되어 왔다.
지금까지 발전된 충격 흡수 장치는 두개의 그룹으로 분류될 수 있다.
제 1 그룹은 전개형 구조물을 갖는 모든 충격 흡수 장치를 포함한다. 이들 장치는 일반적으로, 낮은 에너지 흡수와 느린 전개 속도로 특징지워지는 바, 이러한 특징은 상기 장치들을 어떠한 상황하에서 부적절하게 만든다. 이러한 전개형 구조물은 특허 공보 EP-A-0,816,178 에 개시되어 있는 팽창성 백의 형태를 취할 수도 있다. 그러나, 이경우에는, 에너지 흡수 레벨이 낮다. 이러한 전개형 구조물이 자동차에 적용되는 경우에는 국제 공개 WO-A-92/18355 에 개시되어 있듯이 차량의 섀시와 범퍼 사이에 위치하는 구조물의 형태를 취할 수 있다. 이 경우, 이러한 시스템들은 그 복잡성으로 특징지어진다. 또한, 이들 시스템은 아주 짧은 이동에 걸쳐서 흡수되는 에너지의 양을 약간 증가시킬 뿐이며 상당히 무겁다. 마지막으로, 특히 철도 분야에서 안전 배리어에 사용되는 다른 전개형 구조물이 EP-A-0,724,999 호에 개시되어 있다. 이 공보에서, 구조물의 설계상 그 전개가 느리고, 충돌로 인해 반발 현상이 나타나서 심각한 결과를 초래할 수 있게 된다. 실제로, 이러한 구조물은 강성 빔의 가위형 운동에 의해 전개 및 절첩된다. 에너지는 비틀림 스프링에 의해 조인트 부위에 저장된다. 이러한 접근은 다른 추진 수단이 사용되고 구조물이 가능한한 가볍게 제조된다 할지라도 (1 m/s 보다 빠른) 신속한 전개 구조물을 설계할 수 없다. 또한, 이러한 접근은 강성 부재의 회전 운동(에너지가 저장되기 전에 10 m/s 의 고속이고 구조물의 강도가 속도에 상당히 종속적임)으로 인해 고속 충돌로부터 에너지를 흡수하는 수단을 설계할 수 없다.
충격 흡수 장치의 제 2 그룹은 고정식 에너지 흡수 구조물을 갖는 장치를 포함한다. 이는 FR-A-2,172,950 특허에 개시된 충격 흡수 장치에서의 경우이며, FR-A-2/747/633 특허에 개시된 구조물도 마찬가지이다. 이들 장치는 일반적으로 그 특히나 긴 치수로 특징지어진다. 한편, 이들 장치의 흡수 부재의 배치는 상당한 구조적 절첩 이동이 가능하게 하지만, 고속 충돌의 경우 대미징 감속을 방지하기에는 여전히 불충분하다. 또한 이러한 흡수 부재는 특정 차량의 섀시 및 프레임 설계의 레벨에서 합체되며 따라서 기존 차량의 충돌에 대한 저항을 개선시키지는 못한다. 따라서, 이러한 제한된 흡수 능력에 대해 각각의 새로운 설계는 특정한 연구와 증빙 테스트를 요하는 바 이러한 것들은 비용이 든다.
본 발명은 자동차, 엘리베이터, 기차, 보트, 카트, 이동 플랫폼 등과 같은 이동 수단과 배리어, 버퍼 등과 같은 장애물 사이 또는 두개의 이동 장치 사이의 충격을 흡수하기 위한 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 충격 위험을 감지하고 충격이 있기 전에 적절한 제어 수단에 의해 동작이 제어되는 액튜에이터에 의해 전개(deploy)되는 에너지 흡수 구조물을 갖는 충격 흡수 장치에 관한 것이다.
도 1 은 폐쇄 위치에 있는 구조물을 갖는 충격 흡수 장치의 개략 단면도.
도 2 는 반전개 위치에 있는 구조물을 갖는 본 발명에 따른 충격 흡수 장치의 개략 단면도.
도 3 은 전개된 위치에 있는 구조물을 갖는 본 발명에 따른 충격 흡수 장치의 개략 단면도.
도 4 는 절첩된 위치에 있는 구조물을 갖는 충격 흡수 장치의 충돌이 발생한 상태의 개략 단면도.
도 5 는 3차원 구조인 전개 위치의 구조물을 갖는 본 발명에 따른 충격 흡수 장치의 개략 부분 사시도.
도 6a 와 도 6b 는 전개된 위치와 절첩된 위치에 있는 압축성 빔의 개략 도시도.
본 발명의 목적은 따라서 그 구조물이 작은 치수에도 불구하고 상당한 절첩 길이를 제공함으로써 위급하지 않은 감속 이동을 가능하게 하도록 구조적 설계가 높은 구조적-절첩-길이/초기-구조물-길이 비율을 가능케 하는 충격 흡수 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 흡수 장치가 높은 레벨의 에너지 흡수를 제공하고 신속히 전개될 수 있으며 충돌 상태에 따라 용이하게 변경될 수 있는 충격 흡수 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그 구조물이 상당히 넓은 절첩 속도 범위에 걸쳐서 상당히 정밀한 감속으로 흡수 기능을 제공할 수 있도록 그 구조물의 저항이 그 절첩중에 제어되는 충격 흡수 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 목적은 자동차, 보트, 카트, 엘리베이터, 기차, 비행기, 이동 플랫폼 등과 같은 이동 수단과 배리어, 버프 등과 같은 장애물 사이 또는 두개의 이동 수단 사이 또는 상기 수단이 충격을 받을때 충돌될 수 있는 단일 수단의 두 부품 사이에서의 충격을 흡수하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 상기 장애물 및/또는 이동 수단상에 장착되도록 구조되고, 충격 위험의 감지후 충격 이전에 적절한 제어 수단에 의해 작동이 세트되는 액튜에이터에 의해 전개되는 에너지 흡수 구조물을 갖는 상기 장치에 있어서, 전개식 에너지 흡수 구조물은 압축성 빔을가지며, 상기 압축성 빔은 구조물이 전개된 위치에 있을 때 주로 그 축방향 영구 압축에 의해 소정 방향으로 생성되는 충격에 의해 발생되는 에너지를 흡수하고, 상기 압축성 빔은 상호 연결되거나 조인트에 의해 강성 안내 부재에 연결되며, 상기 조인트는 구조물의 전개 중에 이들 빔의 회전 운동 또는 병진 운동을 가능케 하고 구조물의 전개된 위치에서 로크될 수 있는 것을 특징으로 한다.
에너지 흡수 구조물의 설계의 결과로서, 그 초기 위치에서의 구조물의 작은 치수에도 불구하고, 충돌 이전에, 구조물의 연장 이동과 그 절첩 이동이 크며 따라서 이동 수단의 어떠한 위험한 감속이 방지된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 강성 안내 부재는 빔과 같은 긴 보디의 형태를 취하며 충돌 방향에 수직한 평면에서 연장된다.
이들 강성 안내 빔이 존재함으로써, 높은 충돌 속도와 매우 높은 에너지 레벨에서도, 전개는 완전하고도 신뢰성 있게 이루어지며 충돌 순간에 구조물의 어떠한 편위(dislocation)가 방지된다.
본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 후술하는 실시예에 관한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
본 발명의 목적인 충격 흡수 장치는 에너지 흡수 구조물(3)을 포함한다. 충격 흡수 장치의 적용에 따라서, 에너지 흡수 구조물(3)은 자동차, 엘리베이터, 기차, 보트 등과 같은 이동 수단(1) 또는 배리어, 버퍼 등과 같은 장애물(2)상에 장착될 수 있다. 따라서 상기 시스템에 대한 많은 적용이 있다. 이것들은 철도, 해상, 항공 및 로드 운송 분야에 관한 것이다. 민간 산업과 군수 산업에서 다른 적용도 고려될 수 있다. 따라서 이러한 종류의 구조물은 장애물과 충돌할 수 있는 모든 이동 수단에 장착될 수 있다. 이는 또한 이동 수단과 우연히 부딪힐 수 있는 고정 장애물에도 장착될 수 있다. 이는 또한 충돌중에 상기 수단의 다른 부분에 부딪힐 수 있는 이동 수단의 일부분에 장착될 수 있다. 따라서 철도 운송의 분야에서, 상기 장치는 엔진, 기차의 단부 및, 단일 트레인의 카(cars) 사이 공간에 장착될 수 있다. 이는 또한 버퍼나 트랙 단부와 같은 장애물에 장착될수도 있다. 이는 해상 운송에서도 마찬가지이며, 이 경우 상기 구조물은 보트나 도크(docks)에장착될 수 있다.
상기 에너지 흡수 구조물(3)은, 충돌 위험을 검출한 후 충돌 전에 적절한 제어 수단(5)에 의해 작동이 세팅되는 액튜에이터(4)에 의해 전개될 수 있다. 상기 액튜에이터(4)는 여러가지 다른 형태일 수 있다. 그러나, 본 발명의 양호한 형태에서, 액튜에이터(4)는 선형 액튜에이터, 특히 폭발성 드러스터(thruster)이며, 이 드러스터에서는 피스톤이 그 연장시에 드러스터의 보디로부터 분리될 수 있다. 이러한 종류의 해결책이 도 1 내지 도 3 에 도시되어 있다. 상기 장치는 또한 구조물의 설계에 따라 다수의 액튜에이터(4)를 포함할 수 있으며, 이들 액튜에이터(4)의 작동개시(triggering)는 비동시적(non-simultaneous)이다.
이들 액튜에이터(4)의 제어 수단(5)은 여러가지 형태를 취할 수 있다. 이는 상기 제어 수단이 그 가장 단순한 형태에 있어서 간단한 장애물 검출기와 드러스터 압축 시스템을 작동시키기 위한 신호 발생기를 포함하는 것을 의미한다. 보다 정교한 형태에서, 특히 구조물이 이동 수단상에 장착되는 경우에, 상기 제어 수단은 장애물 검출기와, 상대 속도 측정 시스템과, 연산기와, 드러스터 압축 시스템을 작동시키기 위한 신호 발생기를 포함하는 것을 의미한다. 수학적 연산의 환경, 계산, 분석에 의해 측정 또는 전달된 데이터의 취득과 폭발성 드러스터 작동개시 신호 발생기는 전자 유닛에서 집중될 수 있다. 결정에 사용되는 파라미터는 환경, 또는 내부와 외부 측정으로부터의 다른 데이터를 포함할 수 있다.
액튜에이터(4)의 작동은 예를 들어 수동 스위치에 의해 외부로부터 제어되거나 정지될 수 있다. 폭발성 드러스터가 선호되지만 다른 추진 시스템이 특히 공압식 드러스터에서 충격 흡수 장치에 제공될 수 있다. 폭발성 드러스터의 경우에는 작업 가스가 폭발성 발전기에 의해 생성된다. 공압식 드러스터의 경우에는 가스가 압축가스로 충진된 저장조의 방출에 의해 생성된다. 드러스트의 작동개시는 압축가스 저장조와 드러스터의 실린더를 분리시키는 전기 밸브의 고속 개방에 의해 이루어진다. 작업 가스가 폭발성 발전기에 의해 생성되면, 드러스트의 작동개시는 드러스터를 공급하는 폭발성 발전기의 개시에 의해 달성된다.
드러스터의 드러스트 길이는 반드시 전개의 길이와 같지 않다. 드러스터는 구조물을 그 이동의 제한된 부분에 걸쳐서 전방으로 간단히 가속시키는데 사용될 수 있다. 이후, 구조물은 가속 단계에서 얻어진 운동에너지에 의해 그 전개를 계속한다.
전개식 에너지 흡수 구조물 자체는 에너지 흡수 구조물(3)이 전개 위치에 있을 때 충돌에 의해 주로 그 축방향 영구 압축에 의해 소정 방향(D)으로 생성되는 에너지를 흡수하는 압축성 빔(6)을 포함한다. 충돌의 방향(D)은 계산에 의해 정해진다. 이러한 구조물의 전개가 가능하도록, 압축성 빔(6)은 조인트(8, 9, 11)에 의해 상호 연결되거나 강성 안내 부재(7)에 연결되며, 상기 조인트는 구조물의 전개중에 상기 빔이 병진 운동하거나, 고정 축 주위로 회전 운동하거나 이동 축 주위로 회전 운동할 수 있게 한다. 이들 간단한 조인트는 구조물이 고착되지 않고 신속히 전개될 수 있게 한다.
전개된 후 조인트(8, 9, 11)는 구조물의 전개된 위치로 로크될 수 있다. 이들 연결을 위한 로킹 수단은 도면에 도시되어 있지 않다. 그러나 이들 로킹 수단은 스프링 등에 의해 위치되는 핀과 같은 고전적인 솔루션을 포함할 수 있다. 상기 구조물은 또한 점탄성(viscoelastic) 또는 탄소성(elastoplastic) 충격 흡수기를 포함하는 장치를 구비할 수 있다. 예를 들어, 이들 충격 흡수 및 제동 수단은 플라스틱 링 또는 금속제 튜브 또는 머시닝(machining)의 이용을 포함할 수 있다. 상기 구조물의 전개 운동은 두 단계, 즉 가속과 감속을 포함한다. 가속은 액튜에이터(4)에 의해 가해지는 힘에 의해 달성된다. 전개 이동의 종료 이전에, 운동은 운동의 종료시에 구조물을 갑작스런 정지에 의해 손상시키지 않고 그 전개 위치에서 정지시키도록 감속되어야 한다. 이러한 기능을 제공하기 위해서, 전개 구조물의 이동 종료시에 빔을 제동하여 쿠셔닝시키기 위한 다양한 시스템이 사용될 수 있다. 이들 부재의 성질은 운동, 감속 이동, 및 전개 관련 속도에서의 매스(mass) 에 종속될 것이다. 그 예로는 절첩중에 에너지를 흡수하는 버퍼 형태의 점탄성 또는 플라스틱 충격 흡수기가 포함된다. 이들 정지 부재에 의해 흡수되는 에너지는 액튜에이터(4)에 의해 가속 단계중에 구조물에 의해 얻어지는 운동 에너지와 동등하다. 그 이동의 종료시에 급작스런 정지에 의한 구조물(3)의 손상을 방지하기 위해, 상기 쿠셔닝 수단이 사용된다. 일단 전개되면, 구조물은 상기 조인트중 적어도 일부를 로킹함으로써 단단히 유지된다.
통상적으로, 구조물(3)의 구조의 일부분인 상기 강성 안내 부재(7) 자체는 빔과 같은 긴 형상이며, 이는 충돌 방향(D)에 수직한 평면에서 연장된다. 구조물이 폐쇄된 위치에 있는 상태에서 상기 안내 부재들은 다른 기계적 기능을 가질 수 있다. 상기 충돌 방향(D)은 일반적으로 도면에 도시되어 있듯이, 구조물의 전개의주축에 대응된다는 것에 유의해야 한다. 이러한 충돌 방향(D)은 계산에 의해 결정되었으며, 결정되도록 보호되어야 하는 이동 수단 또는 장애물 상에 구조물(3)을 배치할 수 있게 한다. 역으로, 상기 구조물(3)이 전개된 위치에 있을 때, 압축성 빔(6)은 충돌 방향(D)에 대해 실질적으로 평행한 위치를 차지하거나, 그와 90°이외의 각도를 형성한다. 상기 이동 수단이나 고정 또는 이동 설비 내에서는 하나 이상의 압축성 빔(6) 또는 하나 이상의 강성 안내 부재(7)가 전개식 구조물의 것과는 다른 기능을 갖는 다른 기계적 서브 조립체의 일부가 될 수 있다. 상기 액튜에이터(4)는 이것들이 충돌의 경우에 축방향으로 영구적으로 압축되므로 압축성 빔(6)의 방식으로 거동할 수 있거나, 또는 강성 안내 부재 기능을 제공할 수 있음에 유의해야 한다. 즉, 액튜에이터(4)는 보디 및/또는 샤프트가 추가로 강성 안내 부재(7) 및/또는 압축성 빔(6)을 구성하는 드러스터이다.
구조물이 신속히 전개되도록, 빔(6)사이, 또는 빔(6)과 안내 부재(7) 사이에서의 상기 조인트(8, 9, 11)는 단순 조인트이다. 따라서, 빔(6)의 병진운동을 가능케 하는 조인트(8)는 그 종축에 대해 평행하게 빔(6)이 적어도 병진운동할 수 있도록 구조된다. 이들 조인트(9 또는 11)는 그 자체상에서 또는 강성 안내 부재(7)상에서 빔(6)이 회전할 수 있게 하며, 그 자체는 빔(6)의 종축에 수직한 방향으로 각각 고정되거나 이동가능한 축의 주위로 상기 빔(6)이 적어도 회전할 수 있도록 구조된다. 도 2 에 도시된 조인트(11)의 경우에, 상기 조인트의 가동 축은 그에 평행하게 이동하고 중간 강성 안내 부재(7)를 따라서 활주된다. 따라서 상기 조인트(11)는 빔(6)이 그와 연결되는 부재의 종축에 평행하게 병진운동하고 회전할 수있게 한다. 이러한 원리에 기초하여, 많은 다른 형태의 구조물이 이런 식으로 전개될 수 있다. 그 예들이 도 1 및 도 5 에 도시되어 있다.
구조물의 최종 형태는 측방 및/또는 횡방향 및/또는 축방향 힘에 대해 요구되는 구조물의 저항에 따라 달라질 것이다. 이러한 종류의 구조적 설계는 따라서 3차원 형태의 구조물이 달성될 수 있게 하며, 이는 빔(6)에서의 굽힘 모멘트나 측방향 힘을 초래하는 전체 힘(이것들은 주로 단순 압축에 연관되어야 한다)이 구조물에 가해지지 않은 채로 상기 힘에 저항할 수 있게 한다. 이것이 도 5 에 도시된 구조물에서의 경우이다.
폐쇄시 구조물의 최소한의 치수로 구조물(3)의 전개 및 절첩 길이를 추가로 증가시키기 위해, 상기 압축성 빔(6)의 적어도 일부가 신축적으로 장착된다. 신축 장착되는 빔 사이의 조인트(8)는 빔의 종축을 따른 직선 병진운동이 가능하케 한다. 전개된 위치에서, 조인트는 로킹 수단에 의해 로크되며, 따라서 빔 내로의 자유 활주 복귀를 방지한다. 이들 신축 장착되는 빔의 구조적 특성은 충돌의 경우에 빔(6)이 그 하나가 다른 하나의 내부로 진입하도록 압축되도록 즉 절첩되도록 압축되도록 선택된다. 흡수될 에너지에 따라서 상기 압축성 빔(6)에 대해서는 많은 다른 형태의 구조물이 사용될 수 있다. 예를 들어 구조물(3)의 빔(6)중 적어도 하나의 빔에는 그 축방향 압축을 위한 보이드가 제공된다. 도 6a 에 따른 다른 실시예에서는, 적어도 하나의 빔(6)이 기계가공-압축성 빔으로 알려져 있는 빔이며, 여기서 이 빔은 기계가공 공구(machining tools)과 협력하고 상기 빔(6)과 기계가공 공구는 압축력의 결과로 서로에 대해 이동하게 되어 있으며 그 결과 공구에 의해 빔이 종방향으로 기계가공된다. 이 경우, 에너지의 흡수는 공구로 금속을 절단함으로써 이루어진다. 빔에 의해 전달되는 힘은 공구에 의해 가해지는 절단력의 축방향 합력과 동일하다. 절첩후 빔이 차지하는 공간을 감소시키기 위해, 이들 빔은 비가공(non-machined) 빔이 압축력을 견뎌낼수 있는 단면적을 갖도록 설계될 것이 제안된다. 이후, 기계가공에 의해 이루어진 절단은 Ix 또는 Iy 에 따른 그 관성 모멘트를 현저히 감소시킨다.
따라서, 이후 이들 빔은 작은 힘 하에 좌굴(坐屈:buckling)하면서 절첩될 수 있다. 신축 장착의 경우에, 설계는 빔이 그 기계가공후 압축으로 현저히 약해질 수 있어야 하며 이것은 도 6b 에 도시되어 있듯이 제 2 단계에서 작은 힘으로 용이하게 절첩될 수 있게 한다. 상기 구조물(3)의 빔(6)중 하나의 빔은 이와 달리 압축력의 결과로서 그 코너에서 종방향으로 동시에 찢어지는 사각 단면의 빔이 될 수 있으며, 그렇게 분리된 네 측부는 외부를 향하여 구부러지고 각각 상기 빔의 외표면에 접하는 원을 그려나간다. 복합 빔도 고려해 볼 수 있다. 이들 빔은 튜브이다. 압축력의 결과로 인해, 상기 구조물(3)의 빔(6)중 적어도 하나의 빔은 통상 복합 재료로 만들어진 빔이고 이는 압축력의 결과로 인해 그 벽이 파괴, 손상 및 파손됨으로써 압축된다. 상기 재료가 작은 피스로 손상되고 파괴됨으로써 재료가 차지하는 체적이 감소될 수 있다. (복합 재료 저널 제16호(1982년 11월), 521페이지, 복합 재료 저널 제17호(1983년 5월), 267페이지, 복합 재료 저널 제20호(1986년 322페이지). 구조물에서 국부적 좌굴로 인해 변형될 수 있는 적어도 하나의 빔을 사용하는 것도 가능하며, 상기 좌굴은 연속적인 절첩부로서 전파된다. (JournMech. and Appl., Math, Vol. XIII, Pt. 1, 1960, Int.J.Mech.Sci., Vol. 28, No.5, pp.295-322, 1986). 이러한 종류의 구조물의 실시예가 도 6a 에도 개시되어 있다. 추가로, 상기 빔은 연속적으로 또는 동시에 변형될 수 있다. 따라서 도 6a 와 도 6b 에 도시된 예에서, 신축적으로 장착되는 조립체내의 내부 빔은 압축력의 결과로 공구에 의해 기계가공되면서 다른 빔 내로 진입한다. 이러한 기계가공은 빔을 취약하게 한다. 이후, 내부 빔의 기계가공에 이어서 외부 빔이 절첩된다. 기계가공에 의해 약해진 내부 빔은 외부 빔의 절첩을 방해하지 않고서 외부 빔내에 절첩된다. 따라서, 내부 빔은 고속 기계가공에 의해 변형되고 외부 빔은 국부 좌굴에 의해 변형된다. 그 결과, 특히 긴 빔 절첩 이동이 이루어지며 이는 위험한 감속이 방지될 수 있게 한다. 다른 실시예 모드에서는, 국부적 좌굴에 의한 내부 빔의 절첩을 고려해 볼 수 있으며 외부 빔은 외향 균열에 의해 절첩되는 복합 재료로 된 튜브이다. 전개된 위치에서, 내부 빔은 로킹 수단에 의해 연장 위치에 로크된다. 좌굴에 의한 제 1 내부 빔의 절첩에 이어서, 블로킹 수단이 비활동화 되거나 파괴되고, 복합 빔이 외부쪽으로 절첩되는 것은 이전에 절첩된 내부 빔을 푸시 인(pushing-in) 함으로써 달성된다. 그 결과는 빔 조립체의 특히나 긴 절첩 이동이며, 이는 포개어진 상태에서의 상기 조립체의 초기 길이보다 크게 될 것이다. 전술한 빔 구조물 조립체에 의해, 다른 형태의 압축성 빔으로서 다른 조합이 고려될 수 있음이 명백하다.
도 1 내지 도 5 에 도시되어 있듯이, 에너지 흡수 구조물(3)은 적어도 하나의 스테이지(10)를 포함한다. 상기 스테이지(10)는 압축성 빔(6)에 의해 상호 연결되는 적어도 두개의 강성 안내 부재(7)를 포함한다. 적어도 하나의 강성 안내 부재(7)가 구조물(3)의 전개 도중에 그 자체에 대해 평행하게 변위한다. 특정 형태에서는, 상기 제 1 스테이지(10)의 강성 안내 부재(7)의 적어도 하나가 충돌로부터 보호되어야 할 이동 수단(1) 또는 장애물(2)의 구성 요소일 수 있다.
도 1 내지 도 4 에 도시된 구조물은 두 스테이지(10)를 구비한다. 도 1 에 도시되어 있듯이, 상기 구조물(3)은 폐쇄시에 치수적으로 작다. 도 2 에 도시된 실시예에서, 부분적으로 전개된 구조물(3)은 도 2 에서 표시되는 정확히 직각을 이루는(orthonormal) 기준(x, y, z)에 대해 두 평행 평면(X, Y)에서 연장되는 두 그룹의 빔(6A, 6B)을 포함한다. 이들 빔은 일반적인 도면 부호 6 으로 지칭되지만, 도 2 와 도 3 의 이해를 쉽게 하기 위해 도면부호 6A 와 6B 로 지칭한다. 빔(6A)은 하나의 빔 또는 조인트(8)에 의해 상호 연결되는 두개의 신축 빔을 포함한다. 각각의 빔(6A) 또는 두개의 신축 빔(6A)에 의해 형성되는 조립체는 그 단부중 한 단부에서 조인트(9)에 의해 안내 부재(7)에 연결되며(상기 조인트는 빔(6A) 또는 빔 조립체가, 안내 부재에 대해 고정되는 축(Y)의 주위로 회전 변위될 수 있게 함), 그 타 단부에서 조인트(11)에 의해 중간 안내 부재(7)에 고정되고(상기 조인트(11)는 축(Y) 주위로의 회전 운동을 가능하게 함), 상기 축은 이동가능하며 중간 안내 부재(7)에서 Y 에 대해 수직하게 활주된다. 이 안내 부재(7)는 두 스테이지(10)를 분리하는 작용을 하므로 중간 부재로 지칭되는 것이다. 구조물(3)의 최종 전개 위치에서, 이들 빔(6A)은 충돌 방향(D)에 평행한 위치를 차지한다. 다른 일련의 빔들은 빔(6B)을 포함한다. 이들 빔(6B)은 단일의 빔을 포함하거나조인트(8)에 의해 연결되는 적어도 두개의 신축 빔의 조립체를 포함한다. 각각의 빔(6B)이나 두개의 신축 빔(6B)에 의해 형성되는 조립체는 회전 조인트(9)에 의해 그 단부에서 안내 부재(7)에 연결되고 그 다른 단부에서 다른 회전 조인트(9)에 의해 중간 안내 부재(7)에 연결된다. 각각의 스테이지(10)에서 한쌍의 상기 빔(6B)은 V 자를 형성하며, 그 포인트는 중간 안내 부재(7)상에 배치된다. 이들 빔(6B)은 구조물(3)의 부분상에서 측방향 힘에 대한 저항을 가능하게 한다. 상기 빔(6B)은 빔(6A, 6B)의 조립체가 동시에 전개될 수 있도록 빔(6A)을 포함하는 평면에 평행한 평면(X, Y)에 배치된다. 상기 빔(6A)의 각각은 도 2 에서, 구조물(3)의 전개 길이를 증가시키도록 다른 빔(6A)을 신축적으로 수용하는 빔이다. 상기 빔(6B)의 각각은 도 2 에서, 그 길이를 증대시키고 그 대각선 전개를 가능하게 하기 위해 다른 빔(6B)을 신축적으로 수용하는 빔이다. 이들 빔(6A, 6B)은 두개의 안내 부재(7) 사이에 W 를 오른쪽을 위로 하거나 위쪽을 아래로 하여 형성한다. 충돌중에, 상기 빔(6A, 6B)의 조립체는 도 4 에 도시된 것에 따라 위치를 차지하도록 압축되는 경향이 있다. 이러한 절첩은 상기 빔이 완전히 절첩되기까지 추가로 계속되어질 수 있다.
이러한 빔 전개의 원칙에 기초하여, 상기 구조물은 도 5 에 도시된 바와 같이 원하는대로 복잡하게 만들어질 수 있다. 상기 구조물의 나머지를 안내 및 지지하는 상기 부재(7)가 여러가지 형태를 취할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 이들 부재(7)는 대개 긴 보디 형태를 가지며, 장방형 또는 곡선형일 수 있다. 전개된 위치에 있을때 구조물(3) 내에서 최전방에 위치하는 안내 부재(7)는 구조물(3)이폐쇄 위치에 있을 때 이동 수단(2)이나 보호되어야 할 장애물용 하우징으로도 작용할 수 있다.
따라서, 상기 구조물의 설계에 의하면, 1D 로 지칭되는 전개 구조물이 사용될 수 있다. 이 경우, 에너지 흡수 구조물의 전개는 상기 빔이 Z축을 따라서 직선운동함으로써 이루어진다. 일축을 따른 직선 병진운동 만이 전개중에 가능하다. 빔 사이에서의 조인트와, 빔과 연결 부재(7) 사이의 조인트는 도면부호 8 로 나타내어진다. 그러므로 상기 빔은 모두 축(Z)에 대해 평행하지 않다. 그 병진 운동만이 축(Z)에 대해 평행하다. 2D 전개 구조물은 제 2 경우이며, 이 경우에서 전개는 빔(6)의 종축에 따라 평면(X, Y)에서의 병진운동에 의해 그리고 고정되거나 이동가능하지만 항상 그 종축에 수직한 축(Y)주위로 상기 빔(6)이 회전함으로써 실현된다. 도 1 내지 4 에서의 실시예는 2D 구조이다. 이러한 전개 모드의 제 1 장점은 일방향으로 배치되는 보관되는 구조물이 다른 방향으로 긴 길이에 걸쳐서 전개될 수 있어서 그 초기(폐쇄) 위치에서 상기 방향으로 매우 작은 공간을 차지할 수 있다는 것이다. 이러한 전개 모드의 제 2 장점은 빔이 평면(X, Y)에서 대각선으로 전개되어 격자를 형성할 수 있다는 것이다. 비스듬한 충돌의 경우에, X축에 따른 측방 성분은 Y축에 대한 전체적인 굽힘의 결과로서 구조물의 절첩을 초래할 수 있다. 이러한 삼각형 구조물 형태의 형상은 이들 측방 힘에 의해 야기되는 전단 모멘트와 굽힘 모멘트에 대한 구조물의 강도를 현저히 증대시킨다.
3D 로 알려져 있는 전개 구조물에서는 3차원 구조물(3)이 3축(X, Y, Z)에 따른 병진운동 및 회전운동에 의해 전개된다. 평면(X O Z)과 평면(X O Y)에서의 삼각 형상은 측방 및 횡방향 힘을 견뎌낼 수 있는 구조물의 설계가 가능하게 한다. X축 주위로의 회전은 구조물의 측방 형상을 사다리꼴로 변형시킬 수 있다. Y 주위로의 빔 회전은 구조물(3)의 상부와 하부도 역시 사다리꼴 형태로 변형시킬 수 잇다. 전개된 구조물의 외부 형상이 항상 장방형이 아님은 명백하다. 또한, 여러 그룹의 빔이 평면(X, Z)에서 평행하게 중첩될 수 있다.
결과적으로, 기본 구성 요소들이 극히 간단하다는 사실에도 불구하고, 이러한 종류의 구조물은 매우 많은 형태를 가질 수 있어서 충돌에 대한 저항을 증대시킨다. 이들 격자 구조물의 주된 장점은, 측방 및 횡방향 힘을 견뎌내고 그 절첩중에 매우 높은 안정성을 보장하면서도 관성 모멘트가 매우 낮은 경량 빔(6)으로 구성되고 그 종축에 따라서 압축으로만 작용하는 긴 구조물의 설계이다.
추가로, 이러한 장치의 작동 원리는 극히 간단하고, 아래의 네 단계로 요약될 수 있다:
1. 장애물의 검출, 운동 분석, 및 전자 작동개시 신호의 발생
2. 상기 작동개시 신호에 의해 시작되는 액튜에이터의 드러스트 힘의 결과로 인한 구조물의 전개
3. 최종 전개 위치에 있는 빔의 감속 및 정지와 그중 일부의 로킹에 의한 전개의 정지
4. 절첩중에 구조물의 절첩
이러한 종류의 충격 흡수 장치에 대한 많은 응용이 있어왔다. 이러한 장치는 특히 열차내 차량 사이의 충돌을 완화시키도록 열차 차량에 장착될 수 있다.상기 장치는 또한 충돌을 겪는 구조물의 경우에, 구조물의 고정 부재가 동 구조물의 다른 부재와 충돌하는 것을 방지하기 위해 상기 고정 부재에 장착될 수도 있다.
Claims (15)
- 자동차, 보트, 카트, 엘리베이터, 기차, 비행기, 이동 플랫폼 등과 같은 이동 수단(1)과 배리어, 버프 등과 같은 장애물(2) 사이, 또는 두개의 이동 수단 사이, 또는 상기 수단이 충격을 받을때 충돌될 수 있는 단일 수단의 두 부품 사이에서의 충격을 흡수하기 위한 장치로서, 특히 상기 장애물(2) 및 이동 수단(1)상에 장착되도록 구조되고, 충돌 위험의 감지후 충돌 이전에 적절한 제어 수단(5)에 의해 작동이 세트되는 액튜에이터(4)에 의해 전개될 수 있는 에너지 흡수 구조물(3)을 갖는 충격 흡수 장치에 있어서,상기 전개식 에너지 흡수 구조물(3)은 압축성 빔(6)을 가지며, 상기 압축성 빔은 구조물(3)이 전개된 위치에 있을 때 주로 그 축방향 영구 압축에 의해 소정 방향(D)의 충돌에 의해 생성되는 에너지를 흡수하고, 상기 압축성 빔(6)은 상호 연결되거나 조인트(8, 9, 11)에 의해 강성 안내 부재(7)에 연결되며, 상기 조인트는 구조물(3)의 전개 중에 상기 빔(6)의 회전 운동 또는 병진 운동을 가능케 하고, 구조물(3)의 전개된 위치에서 로크될 수 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 강성 안내 부재(7)는 충돌 방향(D)에 수직한 평면에서 연장되는 빔과 같은 긴 부재 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 빔(6)의 병진운동을 가능하게 하는 조인트(8)는 빔(6)이 그 종축에 평행하게 병진운동할 수 있도록 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔(6)이 서로의 상에서 또는 강성 부재(7)상에서 회전할 수 있게 하는 조인트(9, 11)는 상기 빔(6)이 빔(6)의 종축에 수직한 고정 또는 가동 축 주위로 회전할 수 있도록 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 빔(6)의 적어도 일부는 에너지 흡수 구조물(3)의 전개 길이를 증대시키도록 신축적으로 장착되며, 상기 신축적으로 장착될 수 있는 빔(6)의 구조적 특징은 충돌의 경우에 상기 빔(6)이 압축되면서 서로의 내부로 진입하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 흡수 구조물(3)은 측방향 및 횡방향 힘과 축방향 힘에 견딜수 있도록 3차원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액튜에이터(4)는 폭발성드러스터이며, 피스톤은 연장될 때 상기 드러스터의 보디로부터 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액튜에이터(4)는 드러스터이며, 그 보디 및 샤프트는 추가로 강성 안내 부재(7) 및 압축성 빔(6)을 구성하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 다수의 액튜에이터(4)를 포함하며, 상기 액튜에이터(4)의 작동개시는 비동시적인 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 전개 구조물의 이동 종료시에 빔에 대한 충격 흡수 및 제동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 빔(6)은 소위 기계가공-압축성 빔이며, 이 빔은 상기 기계가공 공구와 협력하고, 상기 빔(6)과 공구는 공구가 빔을 종방향으로 기계가공하도록 압축력에 의해 서로에 대해 이동하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조물(3)의 적어도 하나의 빔(6)은 복합 재료로 만들어지고, 압축력의 결과로 그 벽이 파괴, 파손 및 균열되는 것에 의해 압축되는 빔인 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조물의 적어도 하나의 빔(6)은 연속 절첩 형태로 전파되는 국부적 좌굴에 의해 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 빔은 연속적으로 또는 동시적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
- 제 1 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 흡수 구조물(3)은 적어도 하나의 스테이지(10)를 포함하고, 상기 스테이지는 압축성 빔(6)에 의해 상호 연결되는 적어도 두개의 강성 안내 부재(7)를 포함하며, 상기 강성 안내 부재(7)는 구조물(3)의 전개 도중에 그 자체에 대해 평행하게 이동하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
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