KR20030077038A - 차량 좌석에 작용하는 힘을 검출하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로 , 특히 차량의 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 것이다. 본 발명은 상기 좌석을 탄성적으로 설치하기 위하여, 좌석 지지 부재들(1,2,3,4)이 서로 연결되도록 하는 하나 이상의 스프링 요소(5)를 포함하여 구성된다. 또한 본 발명은 상기 스프링 요소의 위치 또는 상기 스프링 편향의 변형이나 스프링 편향을 검출하기 위한 센서를 포함하여 구성된다.

Description

차량 좌석에 작용하는 힘을 검출하는 장치{DEVICE FOR RECEIVING A FORCE ACTING UPON A VEHICLE SEAT}

차량의 탑승자를 보호하기 위한 분야에 있어서, 탑승자의 무게를 식별하는 것은 점차적으로 중요하게 여겨지는데, 그 이유는 탑승자의 무게, 그리고 경우에 따라서는 차량의 좌석에 미치는 무게의 분포가 탑승자가 정위치를 벗어난 경우를 결정하는데 적합한 변수가 되기 때문이다. 만일 탑승자가 이미 정위치를 벗어난 상태라면 에어백의 완전한 팽창은 탑승자에게 도움이 되기보다는 위협이 될 수 있다.

예를 들어, 탑승자가 에어백 돌출 개구의 바로 정면에 머리가 위치하도록 몸을 앞으로 기울였을 때, 그러한 정위치를 벗어난 상황이 발생한다. 또한 왜소하고 가벼운 사람들은 그들의 신장 때문에 운전대 쪽으로 가까이 앉으므로 에어백이 갑자기 작동하는 상황에서 위험에 놓이게 될 가능성이 있어 특히 위험하다. 탑승자의 상해 위험을 최소화하기 위해 하나 이상의 단계를 가진 다단계 에어백이 작동되어야 하는지를 결정하기 위하여, 탑승자의 위치를 검출하기 위한 시각적 혹은 다른 여러 수단의 조합에 의해 탑승자의 무게를 식별하는 것이 주로 요구된다.

좌석의 패드안에 결합된 전기적 구조를 가지며 무게에 따라 전기적 저항이 변하는 매트가 자주 제안되어 왔다.

차량의 좌석에 이런 종류의 매트를 설치하는 것은 매우 비싸다는 문제점이 있다. 또한 이러한 매트의 전기적인 연결은 매우 복잡하다는 문제점이 있다.

DE 38 09 074 A1은 좌석의 패드와 좌석의 등받이에 수반된 좌석 지지부위에 설치된 압력센서가 무게의 변화를 감지하고, 전-후에 설치된 압력측정센서가 각각의 좌석 레일에 설치된 장치를 개시한다.

일반적으로 스트레인 게이지, 용량성 또는 압전기 부재가 압력의 변화를 감지하기 위해 사용된다.

이러한 종류의 측정장치는 좌석구조물에 존재하는 매우 작은 변형도 감지된다는 문제점이 있었다. 마이크로 단위의 위치변화는 측정신호의 분해능에 관하여 문제를 구성한다.

이러한 측정장치는 자동차가 수명을 다할 때까지 사용된다는 점에서 과부하가 방지되어야 한다. 그러나, 이러한 목적을 위해 상기의 알려진 측정장치의 경우에 기계적인 멈춤쇠가 수 마이크로미터 단위로 제조되어야 할지도 모른다.

상기의 알려진 측정장치에 있어, 온도에 의해 야기된 기하학적 변형은 측정된 변수와 같은 크기의 차수를 갖는다. 따라서, 상기의 알려진 측정장치는 그러한 온도에 의한 효과를 보정하는 수단을 가지고 있어야 한다.

모든 사용된 요소들은 적은 공차를 가지고 있어야 한다. 이러한 적은 기계적 공차를 가지고 있는 요소들은 고가이다.

본 발명은 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 차량의 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 좋은 분해능을 가지고 확실하게 작동하는, 좌석에 미치는 힘을 검출하기 위한 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이러한 발명은 청구항 1에 기재된 발명에 의해 달성된다.

상기 기존의 좌석 구조에 있어서, 좌석 지지부품들을 서로 연결시키는 스프링 요소가 부가적으로 결합된다. 상기 좌석 지지 부품에 부착된 좌석 패드와 등받이를 가진 좌석은 탄성적으로 설치된다. 스프링 요소의 편향이나 스프링 요소의 위치 또는 스프링 편향의 변화를 측정하는 센서가 제공된다.

좌석 지지 부품들은 일반적으로 좌석 패드와 등받이를 가진 좌석을 지지하기 위한 좌석 구조물 즉, 상세하게는 좌석을 위한 설치기초부(mounting base)-차량 좌석의 경우에는 일반적으로 차량 바디의 플로어 팬(floor pan)-, 좌석을 앞뒤로 조절하기 위한 좌석 레일, 상기 좌석 레일에 좌석을 연결하고 상기 좌석 레일에서 슬라이딩하도록 하는 좌석 프레임, 또는 좌석 패드나 등받이를 조절하기 위한 좌석 크로스-브레이스이다.

본 발명에 따른 스프링 요소는 힘, 특히 상기 좌석을 차지하고 있는 물체 또는 탑승자의 무게에 의해 가해지는 힘이 상기 좌석에 작용함에 따라 탄력적으로 항복하는 방식으로 "좌석- 좌석 레일- 설치기초부"의 힘의 경로와 결합되어 있다.

스프링은 크게 편향될 수 있으며, 따라서 충분한 신호를 제공한다. 힘의 분량을 나타내는 무게는 스프링의 편향/ 스프링의 변형의 측정에 의해 정해진다. 편향과 힘의 변수 사이에는 비례관계가 존재하는 것이 바람직하다.

스프링 요소는 특정한 스프링 상수를 가지고 있어, 스프링 요소의 소정의 변형은 스프링 요소에 작용하는 소정의 힘을 나타낸다.

스프링 요소는 좌석 지지부를 통해 전달되는 중량의 부하에 특정한 방법으로 반응하고 중량 부하가 제거되면 원래의 위치로 되돌아온다.

배치 및 적절한 치수화를 통하여, 차량의 좌석이 점유될 때 결정되어야 할 힘에 대하여 매우 양호한 분해능을 가능하게 하는 스프링의 편향이 생성된다.

온도의 변형에 의해 야기되는 스프링 편향은 힘의 영향에 의한 스프링 편향에 비교할 때 무시될 수 있다.

기계적인 동력(Power)= 힘(Force)×속도(Velocity)이 크기 때문에 큰 전기적 신호 또한 예상된다. 기계적인 구조는 측정될 힘이 가해질 때, 입·출력선에 관해서 토크의 영향을 받지 않는다. 따라서 연결부위(좌석, 좌석 서스팬션, 셰시)의 기계적인 공차는 거의 영향을 주지 않거나 미약한 영향을 준다.

요소들은 극단적으로 높은 공차의 정밀도가 요구되지 않는다. 이것은 그 장치가 비싸게 제조되지 않아도 된다는 것을 의미한다. 또한 스프링 편향을 측정하기 위해 표준 센서가 감지 요소로 사용될 수 있다. 변위의 측정은 기술적으로 실행가능하며 또한 산업화가 용이하다.

본 발명의 더욱 향상된 개선점은 종속항에서 더욱 상세히 설명된다.

스프링 편향은 바람직하게는 스프링 요소의 최대 진폭이 0.1mm보다 크거나 동일한 것이 좋으며, 특히 0.5mm보다 크거나 동일한 것이 좋으며, 대략 1mm일때 특히 좋은 분해능을 갖는다.

상기 최대 진폭은 특별히 5mm를 넘지 않는다.

이러한 스프링 요소의 최대 진폭의 수치적인 특정은 한편으로는 적당한 신호 분해능의 산출을 위한 것이고, 다른 한편으로는 탑승자의 안락함에 최소한의 손상을 위한 요구조건을 만족시킨다. 과도하게 큰 최대 진폭은 탑승자가 스프링 요소에 의해 야기되는 진동을 경험하는 결과를 초래하는데 이러한 것은 바람직하지 않다. 과도하게 큰 최대 진폭은 큰 전체 높이를 요구하므로 승객 구획 크기의 증가를 초래할 수 있다. 이와 반대로 과도하게 작은 최대 진폭은 측정신호에 대해 요구되는 분해능을 제공하지 못한다.

±1mm의 스프링 요소의 최대 진폭에서, 스프링 요소에 의해 이동한 거리는 1/100mm로 분해될 수 있으며, 이것은, 예를 들자면, 10⁶N/m의 스프링 상수를 가질 때, 1kg의 하중에 대응된다. 따라서 무게는 1kg의 정밀도로 측정될 수 있다.

센서와 연결된 상기 스프링 요소는 바람직하게는 좌석 레일과 설치기초부 사이에 좌석 지지부로서 적합하게 위치할 수 있다. 이 경우 센서와 연결된 스프링 요소는 좌석 레일과 설치기초부의 사이의 각 지지위치 즉, 바람직하게는 좌석 레일과 설치기초부 사이에서 좌석 레일들의 단부에 4개의 스프링 요소/ 센서의 배열이 적합하게 위치할 수 있다.

다른 개선점으로서, 센서를 부착한 스프링 요소가 좌석과 좌석 레일 사이에서, 바람직하게는 역시 각각의 지지 위치, 즉, 좌석과 좌석 레일 사이에 모두 4개의 스프링 요소/ 센서의 배열이 위치할 수 있다. 바람직하게는 스프링 요소는 좌석을 지지하며 좌석 레일(2)에 이동가능하게 장착된 좌석프레임(3)을 좌석 크로스-브레이스(4)에 연결하거나, 상기 좌석프레임의 한 요소를 상기 좌석프레임의 또다른 요소에 연결한다.

본 발명 및 여러 개선점들은 첨부된 도면에 예시된 실시예에 의해 더욱 자세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 1은 좌석에 작용하는 힘(F)을 검출하는 장치를 보여준다.

좌석 레일(2)의 일단에 연결된 좌석 지지 구조물의 개략도를 단면도로 나타내었다. 도 1에서 좌석 레일(2)은 오른쪽에서 끝나고, 횡방향 연장부가 부분적으로 도시된 설치기초부(1)에 스프링 요소(5)를 거쳐서 연결된다.

스프링 요소(5)는 하우징(6)에 의해 덮혀 있다. 하우징(6)은 중공형 물체인 것이 바람직하다. 하우징(6)은 스프링 요소(5) 및 특히 아래에 서술된 센서를 보호한다.

하우징(6)의 드릴로 뚫린 구멍(61)은 좌석 레일(2)과 스프링 요소(5) 사이의 스크류에 의한 연결을 위한 것이며, 고정스크류(9)는 상기 구멍(61)을 통하여 공급된다. 두 개의 너트(10)가 좌석 레일(2)을 고정스크류(9)에 고정시킨다. 다음으로 또다른 너트(10)와, 너트로 구현된 멈춤쇠(11)는 스프링 요소(5)를 고정스크류(9)에 고정한다.

본 실시예에서, 스프링 요소(5)는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 다수개의 판(leaves)을 가진 겹판 스프링(laminated spring)의 형태의 스틸(steel) 스프링이다. 그러나, 단판(single leaf) 스틸 스프링도 사용될 수 있다.

대안적으로, 예를 들어, 나선형 스프링(spiral spring)과 같은 다른 형태의 스프링도 사용될 수 있다.

스프링 요소(5)의 일단은 고정 스크류(7)에 의해 설치기초부(1)에 연결된다. 상기 장치가 차량의 좌석에 사용될 때에는 상기 설치기초부는 차량의 몸체 구성부 즉, 차량 플로어(floor)이다.

설치기초부(1)에 스프링 요소(5)가 부착되도록 하기 위하여, 스페이서(8)가 제공되며 이 스페이서(8)는, 경우에 따라 하우징(6)과 더불어, 스프링 요소(5)를 설치기초부(1)위로 충분히 멀리 유지함으로써 설치기초부(1)의 방향으로 스프링 요소(5)의 최대로 요구되는 혹은 가능한 진폭이 보장되도록 한다.

힘(F)이 상기 장치에 가해지면, 예를 들어 여기에서는 압축력(F)이라고 한다면, 설치기초부(1)의 방향으로 좌석 레일(2)과 스프링 요소(5) 사이의 강한 결합은 스프링 요소(5)가 설치기초부(1)를 향해 화살표 방향으로 아래로 편향되도록 하고, 이 때 상기 스프링 요소(5)는 화살표 방향으로 작용하는 힘에 따라 mm단위의 진폭을 허용하는 탄성 스프링 요소이다. 스프링 요소(5)는 그 가장자리가 고정 스크류(7)에 의해 고정되므로 그 중심에서 가장 최대의 편향을 보인다. 이 중심 위치는 참조번호 (51)에 의해 지시된다. 도 1에서는 명백하게 스프링 요소(5)에 하중이 작용하지 않아 그 중립 위치에 있는 상태가 도시되어 있다.

스프링 요소의 폭과 관련하여 이러한 최대 진폭의 위치(51)에서는, 스프링 요소(5)의 절대 위치를 결정하거나 스프링 편향을 결정하거나 혹은 스프링 편향의 변화를 결정하기 위해 적합한 센서가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 센서는 다양한 물리적 원리에 기초할 수 있다. 예를 들어 홀센서(Hall sensor), LVDT(Linear Variable Differential Transformer)등이 사용될 수 있다. 상기 센서는 상기 스프링 요소(5)와 맞닿아 작동하거나 맞닿아 있지 않을 수 있다. 상기 하우징(6)과 관련하여 센서에 의한 스틸 스프링의 위치를 결정하면 공지의 힘과 변위와의 관계를 이용하여 인가된 힘(F)을 추론하도록 할 수 있다.

과부하로부터 측정장치를 보호하기 위하여, 고정 스크류(9)에 스프링 요소(5)를 단단히 고정하기 위한 너트가 멈춤쇠(11)로서 제공된다. 과도한 힘(F)이 이같은 구성에 작용하면 상기 멈춤쇠(11)가 하우징(6)이나 설치기초부(1)에 맞닿는다. 이경우 힘(F)이 증가하더라도 더이상 스틸 스프링의 편향을 가져오지 않으며 따라서 가능한 손상을 막을 수 있다. 이러한 기계적인 설계는 결과적으로 과부하 보호의 작용을 한다. 과부하 보호는 또한 인장력에 대하여도 제공되는 것이 바람직하다.

차량의 좌석에 미치는 힘을 결정하도록 차량에 상기 구성을 사용하기 위하여, 도 1에 따른 구성이 다수개가 제공되는 것이 바람직하며, 또다른 스프링 요소를 통해 상기 설치기초부에 상기 레일을 결합시킨 동일하게 구성된 구조가 마찬가지로 제공되는 것이 바람직하다. 이것은 좌석 레일의 단부에 두개의 지지위치를 가지도록 차량 바디위에 좌석 레일이 복원력있게 설치된다는 것을 의미한다. 차량 좌석용의 다른 좌석 레일도 동일한 방법으로 지지된다. 좌석 패드와 등받이로 구성된 차량 좌석은 두개의 좌석 레일에서 움직이는 좌석 프레임에 부착되어 있어서 차량 좌석이 좌석 레일에서 이동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

만일 도 1에서 보여지는 바와 같이, 예컨데, 사람 또는 물체의 무게에 의해 화살표 방향으로 힘이 차량 좌석에 작용한다면, 상기 힘은 상기 좌석과 좌석 프레임을 통해 상기 두 좌석 레일에 전달된다. 전술한 바와 같이 상기 설치기초부/ 차량 바디와의 관계에서 복원가능하도록 설치된 상기 좌석 레일에 의해서, 스프링 요소는 편향된다. 이 진폭은 이와 접속된 센서에 의해 측정된다. 본 경우에는 4개의 제공된 센서신호를 계산하여 상기 좌석에 작용하는 힘, 적어도 수직방향의 힘이 추론될 수 있다.

어떤 경우에는 차량 좌석에 작용하는 힘의 분포를 결정하는 것도 가능하다. 만약, 예를 들어 무거운 물체가 좌석의 앞쪽에 위치하고 있다면, 단지 좌석 레일의 앞단에 위치한 두 스프링 요소만 설치기초부의 방향으로 편향하게 된다. 다른 한편으로는 좌석 레일의 후단에 위치한 두 스프링 요소는 인장력을 받아 반대 방향으로 편향하게 된다. 이러한 센서 배치는 차량 좌석의 중량의 분포에 관하여 유도된 추론을 가능하게 한다.

이러한 종류의 힘의 계산을 위하여, 다음이 추론 변수로서 여전히 점검되어져야한다: 좌석과 좌석 프레임과 레일 자체의 중량; 무게의 이동에 기인하는 일시적인 힘의 변화 등.

도 2는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 단면도를 보여준다.

도 1과 동일한 요소는 동일한 참조번호로 표기한다.

역시, 좌석 레일(2)의 일단의 좌석지지 구조물의 개략적인 모습만 단면으로 나타낸다. 도 2에서는, 좌석 레일(2)이 좌석프레임(3)을 위한 좌석 레일 멈춤쇠(21)를 우측편 일단에 가지고 있다. 상기 좌석-지지 프레임(3)은 좌석 레일(2)에서 x-방향으로 움직일 수 있도록 설치되어 있다. 상기 좌석 프레임(3)은 이 기술분야에서 종종 시트 팬(seat pan)으로 불려진다.

상기 좌석 레일(2)은 설치기초부(도시되지 않음)에 고정되어 있다. 상기 좌석 프레임(3)은 좌석 크로스-브레이스(4)에 연결되어 있다. 상기 좌석 크로스-브레이스는 이어서 좌석 패드와 좌석 구조물의 나머지 부분을 지지한다. 좌석 프레임(3)과 좌석 크로스-브레이스(4) 사이의 결합은 스프링 요소(5)에 의하여 이루어진다. 상기 스프링 요소(5), 하우징(6), 그리고 다른 모든 탄성 고정요소들의 특징은 도 1과 관련하여 기술한 바와 같다. 도 2에 따르면, 도 1에 도시된 좌석 레일(2) 대신에 좌석 크로스-브레이스(4)가 스프링 요소(5)에 연결되어 있다. 그리고, 도 1의 설치기초부(1)의 대신에 좌석 프레임(3)이 하우징(6)에 연결되어 있다.

따라서, 도 2에 도시된 스프링 요소는 그 좌석 지지구조물 내에서 힘의 경로를 따라 다른 위치에 배열되어 있다. 그러나 이 위치에서도 마찬가지로 좌석에 미치는 힘은 기록될 수 있다.

차량의 좌석에 미치는 힘을 결정하기 위해 차량내부에 상기의 구성을 적용하기 위하여, 도 2에 따른 이러한 배열이 다수개 제공되는 것이 바람직하며, 스프링 요소에 의해 좌석 프레임에 좌석 크로스-브레이스를 연결하는 동일한 구조가 좌석프레임의 좌측단부(도시되지 않음)에도 마찬가지로 제공되는 것이 바람직하다. 이것은 좌석이 좌석 프레임의 단부에 두개의 지지위치를 가지고, 좌석 프레임에 탄성적으로 설치됨을 의미한다. 다른쪽 좌석 레일에 결합된 다른쪽 좌석 프레임에도 마찬가지로 그 단부들에 스프링 요소들이 제공된다.

힘의 분포의 결정 및 추론 요소를 고려한 힘의 변수들을 계산하는 것과 관련하여는 도 1에 언급한 세부사항들이 마찬가지로 적용된다.

Claims (13)

1. 좌석, 특히 차량 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치에 있어서,

   좌석 지지 부재들(1,2,3,4)이 서로 연결되도록 상기 좌석을 탄성적으로 설치하기 위한 하나 이상의 스프링 요소(5)와;

   스프링 편향, 상기 스프링 요소의 위치 또는 상기 스프링 편향의 변화를 검출하기 위한 센서를 가지는 것을 특징으로 하는, 차량 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)는 최대 진폭에 있어서, 0.1mm와 같거나 그보다 큰 스프링 편향을 갖는 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)는 최대 진폭에 있어서, 0.5mm와 같거나 그보다 큰 스프링 편향을 갖는 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)는 최대 진폭에 있어서, 1mm와 같거나 또는 그보다 큰 스프링 편향을 갖는 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)가 스틸 스프링(steel spring)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)는 겹판 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)가 하우징(6)내부에 배열된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
8. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)가 규정된 범위를 넘어 편향되지 않도록 하는 멈춤쇠(11)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
9. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 요소(5)는 상기 좌석이 이동가능하게 설치된 좌석 레일(2)에 연결되고, 설치기초부(1)에 연결된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 좌석에 할당된 각각의 좌석 레일(2)이 별개의 스프링 요소(5)에 의해 상기 설치기초부(1)에 연결된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 좌석 레일(2)은 스프링 요소(5)에 고정되고, 상기 하우징(6)은 상기 설치기초부(1)에 고정된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
12. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스프링 요소(5)는 상기 좌석을 지지하고 좌석 레일(2)에 이동가능하게 설치된 좌석 프레임(3)의 제 1 구성부와 연결되고, 상기 좌석 프레임(3)의 제 2 구성부에 연결된 것을 특징으로 하는 좌석, 특히 차량 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.
13. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스프링 요소(5)는 상기 좌석을 지지하고 상기 좌석 레일(2)에 이동가능하게 설치된 좌석 프레임(3)에 연결되고, 좌석 크로스-브레이스(4)에 연결된 것을 특징으로 하는, 좌석에 작용하는 힘을 검출하기 위한 장치.