KR20040048686A - 스티어링휠의 에어백모듈 설치구조 - Google Patents

스티어링휠의 에어백모듈 설치구조 Download PDF

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Abstract

스티어링휠 내의 공간활용을 극대화함과 동시에 부품들 간의 간섭을 최소화하여 에어백모듈의 작동성능을 개선시킬 수 있는 스티어링휠의 에어백모듈 설치구조가 개시되어 있다. 이를 위한 본 발명은 림과 코아를 포함하는 본체와, 림 내에 장착되며 일단은 커넥터와 연결되고 타단은 가스가 방출되는 노즐이 구비된 인플레이터와, 인플레이터로부터 발생된 가스를 제공받아 팽창되는 에어백과, 에어백을 수납하며 코아의 상면에 고정되는 쿠션 하우징 및 노즐 주위를 밀폐하며 인플레이터와 하우징을 연결하는 연통관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스티어링휠의 에어백모듈 설치구조{Structure for installation a air-bag module on a steering wheel}
본 발명은 자동차의 에어백모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스티어링휠 내의 공간활용을 극대화할 수 있고, 동시에 에어백 모듈을 구성하는 부품들 간의 간섭을 최소화하여 에어백모듈의 작동성능을 개선시킬 수 있는 자동차 스티어링휠의 에어백모듈 설치구조에 관한 것이다.
일반적으로, 에어백 장치는 자동차의 충돌시 탑승자를 보호하기 위한 장치로서, 통상 안전벨트와 더불어 운전자 및 승객의 안전을 보호하도록 하고 있다.
이러한 에어백 장치는 자동차의 충돌시 센서 및 전자제어장치(ECU)가 충격을 감지하고 순간적으로 인플레이터를 작동시켜 압축가스를 방출하여 에어백을 부풀려서 운전자의 얼굴과 가슴 등에 대한 충격을 완화시킬 수 있도록 한다.
이와 같은 에어백 장치 중에서, 특히, 운전석용 에어백(Driver Air Bag)은 일반적으로 스티어링휠(steering wheel)의 중앙부에 장착되어 자동차의 충돌시 운전자가 전방으로 향하려는 관성에 의하여 스티어링휠에 안면부나 흉부가 부딪히는 것을 방지하도록 하고 있다.
미국특허 제 6,142,510호(2000.11.7)에서는 이러한 운전석용 에어백이 설치된 스티어링휠의 구조를 상세하게 설명하고 있는바, 이의 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1a는 스티어링휠의 평면구조를 보여주는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 A-A섹션 방향의 단면구조를 나타낸 단면이다. 또한, 도 1c는 도 1a에서 에어백 모듈의 전체적인 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 스티어링휠(10)은 크게 스티어링휠 본체(12)와, 본체(12) 내에 장착되는 에어백 모듈(20), 및 에어백 모듈(20)을 커버하는 에어백 커버(30)로 구성된다.
또한, 상기 에어백 모듈(20)은 에어백(21), 리테이너(22), 인플레이터(23), 인플레이터 하우징(24) 및 베이스 플레이트(25)를 포함하여 구성된다.
상기 에어백(21)은 리테이너(22)를 매개로 베이스 플레이트(25)의 상면에 고정되고, 상기 인플레이터(23)는 인플레이터 하우징(24) 내에 수납된 상태에서 상기 베이스 플레이트(25)의 저면부에 취부된다.
이와 같이, 상기 인플레이터(23) 및 인플레이터 하우징(24)이 상기 베이스 플레이트(25)에 취부된 상태에서는 상기 리테이너(22)의 저면부에 형성된 스터드 볼트(Stud bolt;26)에 너트(27)를 체결하여 에어백 모듈(20)의 조립을 완성한다.
이렇게 조립된 에어백 모듈(20)은 에어백 커버(30)의 저면부에 취부된 상태에서 리테이너(22)의 측벽면과 대응하는 상기 에어백 커버(30)의 측벽면상에 브래킷(32)을 매개로 하여 리벳(34)을 통해 결합된다.
이후에, 상기 에어백 모듈(20)과 에어백 커버(30)와의 조립체는 스티어링휠 본체(12) 중앙부 상면에 장착됨으로써 전체적인 스티어링휠(10)의 조립이 완성되는 것이다.
한편, 도 2는 종래의 다른 일예로서, 특히 스티어링휠 내에 에어백 모듈의 설치구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 에어백 모듈(50)은 에어백(52)과, 에어백(52)의 하부에 배치되는 인플레이터(54) 및 인플레이터(54)를 수납하는 인플레이터 하우징(56)을 포함하여 구성된다.
또한, 스티어링휠(40)은 외곽을 이루는 림(Rim;42)과, 중앙부를 형성하는 코아(Core;44), 그리고 상기 림(42)과 코아(44)를 상호 연결시키는 스포크(Spoke;46)를 포함하여 구성된다.
인플레이터(54)에는 자동차 내의 충돌감지센서와 연결된 제어부와 전기적으로 연결되도록 커넥터(55)가 구비되어 있으며, 에어백(52)의 상부에는 혼스위치(Horn switch)(58)가 설치되어 있다.
에어백 모듈(50)은 에어백 커버(60)의 측벽부(62) 내부에 수용된 상태에서 인플레이터 하우징(56)과 에어백 커버(60) 및 브래킷(70)을 상호 맞대어 리벳(72)으로 체결함으로써 에어백 커버(60)에 일체로 결합된다.
에어백 커버(60)는 에어백 모듈(50)을 수용할 수 있도록 저면부로부터 직하방으로 일정길이 돌출하여 이루어진 측벽부(62)를 가지며, 또한, 이 측벽부(62) 내에 위치한 에어백 커버(60)의 저면에는 에어백(52) 팽창시 파열되는 일정형태의 테어라인(Tear line;도시안됨)이 형성되어 있다.
브래킷(70)은 일단부가 도면에서와 같이 스포크(46)의 상면에 면접되도록 외측으로 절곡되어 이 절곡된 부위를 볼트(74)를 통해 스포크(46)상에 고정시키게 된다.
상기한 구성에서도 알 수 있듯이, 종래의 에어백 모듈은 에어백 커버(60), 혼스위치(58), 에어백(52), 인플레이터(54), 그리고 커넥터(55) 등이 순차적으로 조립되는 구조를 취하고 있다.
이와 같이, 스티어링휠(40) 내의 한정된 공간에 다수의 부품들의 결합으로 이루어진 에어백 모듈(50)이 장착되어야 하기 때문에 에어백 모듈(50) 자체의 크기가 줄어들 수 밖에 없으며, 이로 인해 에어백(52) 설치공간이 부족하여 에어백(52)의 전개시 주위의 부품들과 간섭을 일으키기 때문에 에어백(52)의 전개성능을 저하시키게 되는 단점이 있었다.
또한, 혼스위치(58)의 작동공간이 협소하여 타 부품들과의 간섭을 일으키기 때문에 혼스위치(58)의 작동불량을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.
이와 더불어, 인플레이터(54) 하단에 연결된 커넥터(55)와 상기 커넥터(55) 하부에 위치한 스티어링휠 샤프트(80) 끝단과의 간섭에 의하여 커넥터(55)의 단락현상이 종종 발생되어 에어백(52)이 작동되지 못하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점 때문에, 결국, 에어백 모듈(50) 내의 인플레이터(54) 사양을 변경하여 작은 용량으로 대체시킬 수 밖에 시킬 수 밖에 없으나, 이는 에어백 모듈(50)의 작동성능에 크게 영향을 미치는 바람직하지 못한 결과를 초래하게 된다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인플레이터를 스티어링휠의 림 내에 설치하여 일체화시킴으로써 에어백 모듈 내의 각 부품들 간의 간섭을 억제하여 에어백의 전개성능 향상시킬 수 있음과 아울러 코아의 형상변경을 가능토록 하여 스티어링휠의 강성을 보다 향상시킬 수 있는 자동차 스티어링휠의 에어백 모듈 설치구조를 제공함에 있다.
도 1a는 종래의 에어백 모듈이 구비된 스티어링휠을 도시한 정면도.
도 1b는 도 1a의 A-A섹션 방향의 단면구조를 나타낸 단면도.
도 1c는 도 1a에서 에어백모듈의 전체적인 구성을 보여주는 분해 사시도.
도 2는 종래의 다른 일예로서, 스티어링휠 내의 에어백모듈의 장착구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어링휠 내의 에어백모듈 설치구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 B-B섹션 방향의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 본체 110 : 림(rim)
120 : 코아(core)130 : 스포크(spoke)
140 : 배면커버200 : 에어백 모듈
210 : 에어백220 : 인플레이터
222 : 노즐230 : 하우징
240 : 커넥터250 : 연통관
260 : 혼스위치300 : 에어백 커버
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외곽을 형성하는 림, 중앙부를 이루는 코아 및 상기 림과 코아를 연결하는 스포크를 포함하는 본체; 상기 림에 장착되며, 일단은 커넥터와 연결되고 타단에는 가스가 방출되는 노즐이 구비된 인플레이터; 상기 인플레이터로부터 발생된 가스를 제공받아 팽창되는 에어백; 상기 에어백을 수납하며 상기 코아의 상면에 고정되는 쿠션 하우징 및 상기 노즐 주위를 밀폐하며 상기 인플레이터와 상기 하우징을 연결하는 연통관을 포함하여 이루어지되, 상기 인플레이터는 상기 림 내에 설치된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어링휠 내의 에어백모듈 설치구조를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 B-B섹션 방향의 단면구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스티어링휠 본체(100)는 본체(100)의 외곽을 형성하는 림(Rim;110)과, 중앙부를 형성하는 코아(Core;120) 및 상기 림(110)과 코아(120)를 연결하는 스포크(spoke;130)를 포함한다.
본체(100)의 상부에는 에어백 모듈(200)이 설치된다. 상기 에어백 모듈(200)은 에어백(210)과, 가스를 발생시켜 에어백(210)에 제공하는 인플레이터(220)와 및 에어백(210)을 수납하는 하우징(230)을 포함한다.
인플레이터(220)는 림(110) 내에 구비되며, 이때, 하나의 인플레이터가 구비될 수도 있지만, 바람직하게는 림(110) 내부의 좌우측에 한쌍을 구비하여 림(110)에 일체화되도록 설치된다. 이를 위해, 도시되지는 않았지만, 상기 림(110) 내부에는 인플레이터(220)를 수용하기 위한 수용공간이 형성되어 있음은 물론이다.
또한, 상기 인플레이터(220)는 자동차 내에 구비된 충돌감지센서(도시안됨)로부터 신호를 전달 받도록 하는 제어부(도시안됨)와 전기적으로 연결되어 있으며, 좌/우측의 인플레이터(220)는 각각 동일한 사양(용량)으로 구성되어 있다.
이때, 본 실시예에서는 림(110)의 좌/우측에 구비된 인플레이터(220)의 사양을 동일하게 구성하였지만, 서로 다른 사양으로 구성할 수도 있음은 물론이다.
만일, 상기와 같이 인플레이터(220)의 사양을 서로 달리하여 구성하게 되면, 에어백(210) 내부로 유입되는 작동가스의 절대량의 조절 및 변경이 가능해지고, 또한, 각각의 인플레이터(220)의 점화시점이 일정 시간차를 두고서 순차적으로 이루어질 수 있도록 제어부를 통해 순차적인 타이밍 신호가 인가되도록 구성함으로써 에어백의 단계적인 팽창이 가능하게 되어 탑승자에게 가해지는 상해치를 최소화시킬수 있다.
한편, 인플레이터(220)의 일단에는 노즐(222)이 구비되어 내부의 연소과정을 거쳐 발생된 가스가 상기 노즐(222)을 통해 외부로 방출되고, 타단에는 외부에 있는 제어부(도시안됨)와 전기적인 연결이 유지될 수 있도록 커넥터(240)가 접속되어 있다.
이때, 인플레이터(220)의 노즐(222) 부위와 커넥터(204) 연결부위는 본체(100)의 스포크(130)상에 위치하도록 배치하여 외부로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 본 실시예에서는 림(110) 내에 한쌍의 인플레이터(220)가 채용되지만, 이와 같은 인플레이터(220)의 설치 개수는 어느 하나에 국한되지 않는다.
상술한 구성에 따라, 자동차 충돌시 충돌감지센서(도시안됨)를 통해 충돌이 감지되면 제어부로 신호를 전송하고, 제어부는 다시 커넥터(240)를 통해 인플레이터(220)에 점화신호를 인가하여 인플레이터(220) 내에 구비된 가스발생제를 연소시키게 된다. 또한, 가스발생제의 연소에 의해 발생된 가스는 노즐(222)을 통해 방출되어 에어백(210)을 팽창시키게 된다.
한편, 하우징(230)은 용접 또는 나사체결 등과 같은 적절한 고정수단을 통해 코아(120)의 상면에 고정된다. 이때, 상기 하우징(230)의 저면은 코아(120)의 상면형상과 부합되도록 형성하여 구조적으로 견고한 고정상태가 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 하우징(230) 내에는 일정면적의 공간부가 형성되어 있으며, 이 공간부를 통해 에어백(210)이 수납되어 진다. 이때, 상기 하우징(230) 내에는 종래와 같이 인플레이터가 마련되지 않기 때문에 인플레이터가 차지했던 공간이 자연적으로 확보되어 하우징(230)의 크기 및 형상을 보다 자유롭게 설계할 수 있고, 동시에 에어백(210)의 크기 또한 자유롭게 변경시켜 장착시킬 수 있다.
이렇게 하우징(230)의 설계 자유도가 향상되면 이 하우징(230)의 형상과 크기 등을 고려하여 코아(120)의 설계변형도 가능하게 된다.
즉, 종래와 같이 에어백 모듈 자체의 크기로 인해 제한 받을 수 밖에 없었던 코아(120)의 형상을 어느정도 자유롭게 변형할 수 있기 때문에 코아(120)의 구조적 강성을 증가시켜 스티어링휠 본체(100)의 구조적 강성을 보다 증대시킬 수 있다.
그리고, 코아(120)와 하우징(230) 간의 자유롭게 가능한 형상변경에 따라서 에어백 모듈(200) 장착시에 상기 코아(120)와 상기 하우징(230) 사이의 상호 간섭을 일정부분 억제시킬 수도 있게 된다.
한편, 인플레이터(220)와 하우징(230) 사이에는 상기 인플레이터(220)로부터 발생된 가스가 상기 하우징(230) 내로 유입될 수 있도록 가스가 유동되는 통로인 연통관(250)이 구비되어 있다.
구체적으로, 상기 연통관(250)의 일단은 노즐(222) 주변부를 밀폐하도록 상기 노즐(222)측 인플레이터(220)상에 연결되고, 타단은 하우징(230)에 연결된다.
이때, 상기 노즐(222)은 스포크(130)상에 배치되도록 설계되어 있기 때문에 자연히 연통관(250) 또한 외부로 노출되지 않도록 상기 스포크(130)를 따라 하우징(230)과 연통되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 인플레이터(220) 및 하우징(230)과 맞닿는 연통관(250)의 연결부위는 용접수단을 통해 결합하여 완전한 밀폐를 이루도록 형성한다.
한편, 상기와 같이 본체(100) 내에 에어백 모듈(200)이 설치된 상태에서는상기 에어백 모듈(200)를 커버할 수 있도록 에어백 커버(300)가 상기 본체(100)에 대향하여 결합된다.
이때, 도시되지는 않았지만, 에어백 커버(300)의 배면 중앙부에는 에어백(210)의 팽창시 그 팽창력에 의해 일정형태로 파열될 수 있도록 테어라인(Tear line)이 형성되어 있다.
또한, 에어백 커버(300)의 하부에는 일반적으로 원형의 금속판에 공명판이 부착된 형태를 이루며 스위치의 접점에 따라 경음을 발생시키는 혼스위치(Horn switch;260)가 장착되며, 본체(100)의 스포크(130)에서 코아(120)로 이어지는 하부공간은 배면커버(140)를 통해 커버된다.
이하, 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 자동차의 충돌시 도시되지 않은 충돌감지센서를 통해 충돌을 감지하여 제어부로 보내고, 상기 제어부에서는 이에 상응하는 점화신호를 커넥터(240)를 통해 인플레이터(220)에 전달하게 된다.
이렇게 인플레이터(220)에 점호신호가 인가되면 내부의 가스발생제(도시안됨)가 폭발, 연소되면서 소정의 압축가스를 발생시키게 되고, 이 발생된 압축가스는 노즐(222)을 통해 방출되어 연통관(250)을 거쳐 하우징(230) 내부로 순식간에 유입됨으로써 에어백(210)을 일정형상으로 팽창시키게 된다. 이때, 팽창되는 에어백(210)은 테어라인을 찢고서 에어백 커버(300) 밖으로 나와 일정형태로 전개됨으로써 작동상황이 종료된다.
상술한 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 인플레이터를 스티어링휠의 림 내부에 설치하여 일체화시킴으로써 기존 에어백 하부의 인플레이터 수용공간이 확보되어 에어백 모듈을 구성하는 각 부품들간의 상호 간섭에 의한 작동불량을 최소화시킬 수 있다.
둘째, 인플레이터의 커넥터 연결부위 및 노즐을 감싸는 연통관 연결부위를 본체의 스포크상에 배치되도록 하여 이들의 외부 노출로 인한 외관미 저하와 작동성능 저하를 미연에 방지할 수 있다.
셋째, 하우징 내의 여유공간 확보로 인하여 하우징의 형상 및 크기에 대한 설계 자유도가 증가되고, 동시에 에어백의 크기 또한 자유롭게 변경시켜 적용할 수 있다.
넷째, 하우징의 설계 자유도 향상에 따라 코아의 형상 역시 변형 가능하게 되어지므로 코아의 설계변형에 따라 스티어링휠 본체의 구조적 강성을 월등히 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 코아와 하우징 사이의 형상오차로 인한 간섭으로 발생되던 에어백 모듈의 장착불량을 미연에 방지할 수 있다.
다섯째, 인플레이터 및 하우징과 맞닿는 연통관의 연결부위를 용접수단을 통해 결합시킴으로써 각 결합부위의 틈새 발생을 억제할 수 있기 때문에 인플레이터에서 발생된 가스가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
여섯째, 인플레이터의 위치변경에 따른 에어백 설치공간이 넓게 확보됨에 따라 에어백의 수납위치를 아래방향으로 변경시킬 수 있기 때문에 종래에 협소한 설치공간으로 인해 유발되던 혼스위치의 작동불량을 미연에 방지할 수 있다.
일곱째, 인플레이터의 위치변경에 따라 스티어링휠 내에 장착되는 에어백 모듈의 전체적인 설치높이를 축소시킬 수 있다.
여덟째, 종래에 인플레이터 하단에 구비되던 커넥터와 스티어링휠 샤프트 단부와의 간섭을 원천적으로 차단시킬 수 있으므로 에어백의 작동성능 저하에 전혀 영향을 미치지 않는다.
아홉째, 스티어링휠의 림 내에 다양한 사양을 갖는 복수개의 인플레이터를 설치함으로써, 에어백 내부로 유입되는 가스출력압의 조절 및 변경이 용이하고, 또한, 각각의 인플레이터를 제어부를 통하여 적절하게 제어하여 인플레이터의 가스발생 시점이 일정한 시간간격을 두고서 순차적으로 이루어질 수 있도록 구성할 수 있기 때문에 에어백의 단계전인 팽창이 가능하게 되어 탑승자에게 가해지는 상해치를 최소화시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 외곽을 형성하는 림, 중앙부를 이루는 코아 및 상기 림과 코아를 연결하는 스포크를 포함하는 본체;
    상기 림에 장착되며, 일단은 커넥터와 연결되고 타단에는 가스가 방출되는 노즐이 구비된 인플레이터;
    상기 인플레이터로부터 발생된 가스를 제공받아 팽창되는 에어백;
    상기 에어백을 수납하며 상기 코아의 상면에 고정되는 쿠션 하우징; 및
    상기 노즐 주위를 밀폐하며 상기 인플레이터와 상기 하우징을 연결하는 연통관을 포함하여 이루어지되,
    상기 인플레이터는 상기 림 내에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 스티어링휠의 에어백모듈 설치구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인플레이터는 상기 림 내에 복수개 설치되고, 각각 제어부를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차의 조수석 에어백모듈 설치구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인플레이터는 서로 다른 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 조수석 에어백모듈 설치구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연통관은 상기 스포크상에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 에어백모듈 설치구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커넥터는 상기 스포크상에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 에어백모듈 설치구조.
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