KR20160016084A - 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차에 관한 것으로서 압축공기 탱크에 밸브가 형성되며 밸브를 열면 압축공기 탱크 내부의 공기가 분사되게 되며 분사된공기는 압축공기 탱크에 부착되어 연결 형성되거나 밸브에 연결된 공기 주머니가 자동차의 내부에 예를 들면 트렁크 속이나 자동차 실내의 뒷 좌석의 상부의 뒷 부분등이나 본니트 내측 또는 운전석 앞 부분과 차창 사이등의 일측에 부착되거나 고정된 공기 주머니를 채우게 되어 침수되는 자동차에 부력을 제공하게 되어 침몰을 방지하게 되는 것이다.

Description

수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차{A car with compressed air tank to avoid sinking under water}

본 발명의 기술분야는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 자동차에 관한 것으로서 이와 같은 장치는 없었다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 본인이 2014년 5월 2일에 출원한 출원번호 10-2014-0053676의 침몰 방지용 압축공기 탱크가 배경이 되는 기술이 되며 에어백의 부풀려 지는 방법이 배경이 되는 기술이 된다.

에어백을 구성하는 구성품과 부품의 기능에 대해 간략히 살펴보도록 하겠습니다.

크게 3부분이며 센서, 처리장치, 에어백으로 구성이 됩니다.

1. 센서는 전방충격을 감지해주는 EFS(Electronic Front Sensing)와 측면충격을 감지해주는 SIS(Side Impact Sensors)가 있습니다. 차량에 따라 좌석위치감지센서, 승객분류센서, 벨트착용감지센서등이 포함되기도 합니다.

2. 충격을 받았으면, 그 충격이 에어백이 터질만한 충격인지 계산해주는 처리장치가 있습니다. SDM(Sensor Diagonastic Module) 이라고 불리며, 주로 차 중앙에 해당하는 운전석 우측 미션하단에 설치되어 있습니다. 참고로 SDM은 가속도센서와 전복감지센서(ROS(Roll-Over Sensor)) 를 포함하고 있습니다.

3. 센서가 충격을 인식하고 처리장치(SDM)가 에어백을 전개하도 된다고 결정을 하면 에어백이 터지게 됩니다. 차량 충돌 속도나 부위에 따라 미세한 차이는 있지만, 보편적으로 센서가 충격을 인식 후 에어백이 완전히 전개될 때까지 걸리는 시간은 약 0.04초 입니다. 우리가 눈을 깜빡이는 것보다 훨씬 빠른 속도입니다.

에어백의 빠른 전개는 inflators내의 화약이 있기 때문에 가능했고, 화약이 포함된 에어백부품은 항공선적시 위험물로 분류되어, 별도의 위험물포장을 해야 수출/수입이 가능합니다.

정리하자면 이렇습니다.

* 센서의 충격 인식 -> 처리장치(SDM)의 충격 계산 및 에어백 전개 결정시 inflator에게 신호 보냄 --> 에어백 전개

충격량 센서

EFS - Electronic Front Sensing 전방충격을 감지

SIS - Side Impact Sensors 측면충격을 감지

* 차량에 따라서 승객 분류 센서, 좌석 위치 감지 센서, 벨트 착용 감지 센스 등이 포함

SDM - Sensor Diagonastic Module 사고 발생시 발생되는 충격이 에어백이 터질만큼의 충격인지를 계산하는 처리장치

* 운전석 우측 미션 하단에 설치 되어 있고 전복감지센서, 가속도센서를 포함

SDM이 에어백을 전개하도로 결정을 하게 되면 0.04초만에 완전히 전개 됩니다.

이러한 시스템으로 에어백을 전개를 하게 되는데 일부 업체에서는 충돌을 감지 하는 것 보다는 충돌 시에 발생되는 소리를 감지하여 에어백을 폭발 하게 만들기도 합니다. 에어백 폭발하게 만드는 센서에는 그 이외에도 브레이크 압력 센서, 바퀴 속도 센서, 자이로스코프 등이 포함되어 있습니다.

에어백은 나일로 섬유로 제작이 되어 있으며 폭발이 일어난 다음에 운전자 또는 차량에 탑승하고 있던 사람들이 탈출 할 수 있도록 수축이 됩니다.

에어백의 원리 승차자의 상해를 감소시키는 대표적인 승객안전장치

에어백은 차량이 충돌할 때, 충격으로부터 탑승자를 보호하는 장치이다. 에어백의 센서 및 전자제어장치는 자동차가충돌할 때 충격력을 감지하여, 압축가스로 백(Bag)을 부풀려 승객에 대한 충격을 완화시킨다. 에어백은 안전띠만을 사용했을 경우보다 상해를 현저히 줄이도록 고안된 2차 충격흡수장치이다.

에어백은 왜 만들어졌을까?

에어백은 안전띠만을 사용했을 때보다 상해를 줄여주는 안전장치이다. <출처: NGD>

1960년대 미국에서 대중화된 안전벨트는 자동차 사고 시 탑승자를 시트에 묶어둠으로써 치명적인 피해를 줄여주는 데 큰 역할을 하였다. 하지만 초기에 사용된 2점식 안전벨트는 허리만 고정시켜 가슴, 머리 등이 핸들이나 계기판 등에 부딪히는 피해는 여전하였다.

이를 개선하여 나온 3점식 안전벨트는 허리벨트와 어깨 벨트를 통하여 상체의 움직임을 제어하였는데, 여전히 머리와 목 부위가 다치는 문제를 남겼다.

이러한 안전벨트를 보완하기 위해 보조 안전장치로 에어백이 도입되었다. 에어백은 처음에 ‘안전벨트 보조용 구속장치(Supplemen tal Restraint System Air Bag)’로 불렸는데 이는 안전벨트를 착용한 상태에서 최적의 승객 보호 효과를 얻을 수 있다는 것을 뜻하기도 한다.

에어백은 어떻게 작동될까?

에어백의 작동조건은 에어백의 종류와 차종에 따라 조금씩 차이가 있는데, 정면충돌 에어백은 대체로 정면에서 좌우 30도 이내의 각도에서 유효충돌속도 1) 가 약 20~30km/h이상일 때 작동한다. 그렇다면 에어백은 어떻게 해서 펴질까? 에어백은 충격감지시스템과 에어백이 터지도록 하는 기체 팽창장치, 에어백으로 이루어진 에어백 모듈로 구성되어 있다.

에어백 모듈: 충격감지시스템 + 팽창장치 + 에어백

충격감지시스템은 충돌센서와 전자센서 두 부분으로 되어 있는데, 차가 일정속도 이상으로 충돌하는 순간 충돌센서의 롤러는 관성 의 법칙에 따라 앞쪽으로 구르면서 스위치를 누르게 된다. 이때 회로에 전류가 흘러 가스 발생장치에 폭발이 일어나게 한다. 이때까지 걸리는 시간은 0.01초이다. 점화가 되면 질소 가스가 발생하여 에어백 안으로 순식간에 들어간다. 가스 발생장치의 작동과 함께 에어백을 잘 접어 넣어둔 용기가 완전히 부풀기까지는 약 0.05초 이내의 시간이 걸린다. 에어백에 담기는 질소가스의 양은 약 60L로 많은 기체가 공기자루에 들어가 충격을 완화시켜줌으로써 1차적 충돌에서 오는 치명적 부상을 피할 수 있게 해준다.

에어백은 어떻게 부풀어질까?

에어백을 순간적으로 부풀리는 데 사용하는 물질은 나트륨과 질소로 이루어진 아지드화나트륨(NaN3, sodium azide)이라는 물질이다. 이 물질은 350℃ 정도의 높은 온도에서도 불이 붙지 않으며, 충돌이 일어날 때 폭발하지 않는 안정성을 가지고 있어 차내에 저장해두기에 매우 안전한 물질이다. 이러한 물질에 산화철이라는 화합물을 섞어 놓으면, 격렬히 반응하며 질소를 생성하는데 이를 이용한 것이 바로 에어백이다.

에어백이 장착된 운전대에는 접혀져 있는 에어백과, 아지드화나트륨 캡슐, 약간의 산화철(Fe2O3), 그리고 기폭 장치가 들어있다. 충돌 시에 스위치가 작동하여 전류가 기체발생장치 내의 점화기를 작동시키면 순간적으로 높은 열이 발생하여 불꽃이 생긴다. 이 때 아지드화나트륨 캡슐을 터트려 산화철과 반응하게 만들고 아지드화나트륨을 나트륨과 질소로 분해된다. 이 때 나오는 질소 가스가 에어백을 채워 부풀어지게 한다. 아지드화나트륨에는 질소가 질량 퍼센트로 65% 들어 있는데, 충돌 시에 생성된 불꽃에 의해 0.04초 이내에 화합물들이 분해되면서 많은 양의 질소기체가 발생된다. 이 때 생기는 나트륨은 산화철과 섞이면서 산화나트륨을 만드는데, 이것은 금속 나트륨보다 훨씬 안전하다.

아지드화나트륨이 분해되어 질소가 발생되고 나트륨산화물이 되는 반응

발생된 질소는 압력이 낮은 에어백 속으로 들어가 이를 부풀리고 시간이 지나면 작은 구멍을 통해서 점점 빠져나가게 된다. 이 과정에서 자동차 탑승자는 충격을 적게 받게 되고, 에어백은 본래의 상태로 되돌아가 다시 사용할 수 있게 되는 것이다.

에어백은 어떻게 충격을 완화시켜줄까?

달리는 자동차 안에서 우리의 몸은 자동차와 같이, 같은 속력으로 달리고 있는 것과 같다. 따라서 우리 몸도 운동량을 갖게 되는데, 이 운동량은 물체가 다른 물체와 충돌할 때 변하게 된다. 처음에 승객이 가지고 있던 운동량에서 충돌 후 운동량의 차이인 ‘운동의 변화량’은 충격량의 식과 같은데 이를 표현하면 다음과 같다.

충격량은 가해진 힘의 크기 즉, 충격력(F)에 충돌한 시간(t)을 곱한 값으로, 운동의 변화량과 같다. 자동차가 부딪혔을 때, 실제 승객이 받는 힘은 충격력으로, 물체에 실질적으로 가해지는 힘의 크기이다. 승객이 가지고 있는 운동 변화량은 일정하므로 충격량의 값 또한, 일정한데, 승객이 충격을 적게 받으려면 충돌 시간을 길게 하여 충격력을 줄여주어야 한다. 즉, 충격량의 식에서 충격량이 일정할 때, 충격력과 시간은 반비례하므로 충격력을 줄이려면 충돌시간을 늘려주면 된다.

에어백에서 생성되는 질소가 에어백을 쿠션으로 만들어 사람이 차체에 충돌하는 시간을길도록 해준다. 따라서 상대적인 충격력이 감속되어 사람에게 가해지는 충격, 즉 힘의 크기는 줄어들게 되고, 그에 따라 운전자는 덜 다치게 된다. 이는 마치 우리가 세게 던진 공을 받을 때 뒤로 물러나며 받으면 충격이 덜한 것과 마찬가지이다.

에어백, 앞으로의 방향은?

최근 승객의 안전을 위하여 개발된 에어백이 오히려 이에 의해 목숨이나 상해를 입는 경우가 많이 생겼다. 이는 에어백이 승객의 상태와 관계없이 일정한 충돌 상황에서 무조건 작동하는 데에 있다. 즉, 승객의 탑승여부, 성인과 소아의 구별, 착석 위치, 충돌 상황 등에 관계없이 충돌로 인한 일정한 기준 이상의 차체 감속이 일어나면 작동하기 때문이다. 이런 문제점을 해결하고자 최근 승객의 다양한 착석 상황(안전벨트 착용 유무, 탑승자의 무게, 소아 유무, 측면·정면충돌 구분 등)을 감지하는 센서들과 그에 따른 에어백의 적절한 양의 가스를 적절한 시간에 발생시키도록 하는 장치가 달린 ‘스마트 에어백’이 개발되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자동차가 강물등에 다리등에서 추락하여 물에 빠지면 꼼짝없이 강물 바닥등으로 잠길 수 밖에 없는데 이와 같은 경우에도 자동차가 강물에 잠기지 않고 물에 떠 있을 수 있게 하는 기능을 제공하고자 하는 것이다.

본 과제의 해결 수단은 자동차의 내부에 예를 들면 트렁크 속이나 자동차 실내의 뒷 좌석의 상부의 뒷 부분등이나 본니트 내측 또는 운전석 앞 부분과 차창 사이에 압축공기 탱크가 형성하여 센서에 의해서 공기 주머니가 형성되어 부력으로 물에 떠 있게 하는 것이다.

본 발명의 효과는 자동차가 강물등에 다리등에서 추락하여 물에 빠지면 꼼짝없이 강물 바닥등으로 잠길 수 밖에 없는데 이와 같은 경우에도 자동차가 강물에 잠기지 않고 물에 떠 있을 수 있게 되어 익사하는 위험을 현저하게 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 사시도이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 도면을 사용하여 상세히 설명하면 도 1은 본 발명의 사시도로서 평시에는 압축공기 탱크에 압력계에 의해서 일정 압력 이하가 되면 스위치가 작동되어 공기 압축기에 의해서 압축공기 탱크와 공기가 압축되어 일정한 압력으로 저장되며 자동차가 다리에서 추락하는 등의 이유로 물에 가라 앉는 상황이 되어 자동차의 실내에 물이 차기 시작하면 플로트 스위치등에 의한 물센서(water sensor), 또는 플로트 스위치가 없는 물센서가 물이 차는 것을 감지하게 되면 스위치가 ON 되고 압축공기 탱크의 서보모터등으로 열리게 되어 있는 밸브의 서보모터등이 회전되어 즉 물 센서와; 물센서에 의해 감지된 신호를 수신받고, 모터를 동작시켜서 압축탱크의 밸브가 열리게 되며 압축탱크 내부의 공기가 분사되게 되며 분사된공기는 공기 주머니를 채우게 되어 침수되는 자동차에 부력을 제공하게 되어 수중에 잠기는 것을 방지하게 된다. 공기 주머니의 외부에는 탄소 나노튜브등으로 형성된 외피가 있어서 내부 집기나 물건등에 의하여 공기 주머니가 손상되는 것을 방지하도록 구성된다. 한편 물 센서가 물이 차는 것을 감지하게 되면 공기 압축기의 스위치는 OFF 되게 되어 압축공기 탱크의 압력 변화에 대해서 공기 압축기가 작동하지 못하게 하는 것이다.

1 : 압축 공기 탱크
2 : 공기 압축기
3 : 서보모터로 동작하는 밸브
5 : 공기 주머니
10 : 물센서
11 : 그물
15 : 고정틀

Claims (10)

1. 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차에 있어서 압축공기 탱크에 밸브가 형성되며 밸브를 열면 압축공기 탱크 내부의 공기가 분사되게 되며 분사된공기는 압축공기 탱크에 부착되어 연결 형성되거나 밸브에 연결된 공기 주머니가 자동차의 내부에 예를 들면 트렁크 속이나 자동차 실내의 뒷 좌석의 상부의 뒷 부분등이나 본니트 내측 또는 운전석 앞 부분과 차창 사이등의 일측에 부착되거나 고정된 공기 주머니를 채우게 되어 침수되는 자동차에 부력을 제공하게 되어 침몰을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
2. 제 1항에 있어서 평시에는 압축공기 탱크에 압력계에 의해서 일정 압력 이하가 되면 스위치가 작동되어 공기 압축기에 의해서 압축공기 탱크와 공기가 압축되어 일정한 압력으로 저장되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
3. 제 1항 또는 제 2항의 각 항에 있어서 평시에는 압축공기 탱크에 압력계에 의해서 일정 압력 이하가 되면 스위치가 작동되어 공기 압축기에 의해서 압축공기 탱크와 공기가 압축되어 일정한 압력으로 저장되며 자동차가 다리에서 추락하는 등의 이유로 물에 가라 앉는 상황이 되어 자동차의 실내에 물이 차기 시작하면 플로트 스위치등에 의한 물센서(water sensor), 또는 플로트 스위치가 없는 물센서가 물이 차는 것을 감지하게 되면 스위치가 ON 되고 압축공기 탱크의 서보모터등으로 열리게 되어 있는 밸브의 서보모터등이 회전되어 즉 물 센서와; 물센서에 의해 감지된 신호를 수신받고, 모터를 동작시켜서 압축탱크의 밸브가 열리게 되며 압축탱크 내부의 공기가 분사되게 되며 분사된공기는 공기 주머니를 채우게 되어 침수되는 자동차에 부력을 제공하게 되어 수중에 잠기는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
4. 제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서 공기 주머니의 외부에는 탄소 나노튜브등으로 형성된 외피가 있어서 내부 집기나 물건등에 의하여 공기 주머니가 손상되는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
5. 제 1항 내지 제 4항중의 어느 한 항에 있어서 물 센서가 물이 차는 것을 감지하게 되면 즉 물 센서와; 물센서에 의해 감지된 신호를 수신받고, 릴레이나 모터등을 동작시켜서 공기 압축기의 스위치는 OFF 되게 되어 압축공기 탱크의 압력 변화에 대해서 공기 압축기가 작동하지 못하게 하는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
6. 제 1항 내지 제 5항중의 어느 한 항에 있어서 압축공기 탱크는 자동차의 내부의 일측의 고정틀등이 1개 이상 형성되고 이와 같은 고정틀에 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
7. 제 1항 내지 제 6항중의 어느 한 항에 있어서 공기 주머니의 외부 또는 탄소 나노 튜브의 외부에는 그물이 형성되어 비상시에 그물을 잡고 이동할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
8. 제 1항 내지 제 7항중의 어느 한 항에 있어서 비상시 전원이 단절된 상태에서도 물센서등이 작동되고 압축공기 탱크의 밸브등이 열릴 수 있도록 서보모터등이 작동될 수 있는 전원이 공급되도록 충전기가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
9. 제 1항 내지 제 8항중의 어느 한 항에 있어서 압축공기 탱크 대신 압축공기 탱크가 형성되는 곳에 공기 주머니와, 아지드화나트륨 캡슐, 약간의 산화철(Fe2O3), 그리고 기폭 장치가 들어있어서 물이 자동차 실내로 침입시에 플로트 스위치등에 의한 물센서(water sensor), 또는 플로트 스위치가 없는 물센서가 물이 차는 것을 감지하게 되면 스위치가 ON 되고 전류가 기체발생장치 내의 점화기를 작동시키면 순간적으로 높은 열이 발생하여 불꽃이 생긴다. 이 때 아지드화나트륨 캡슐을 터트려 산화철과 반응하게 만들고 아지드화나트륨을 나트륨과 질소로 분해된다. 이 때 나오는 질소 가스가 공기 주머니를 채워 부풀어지게 되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
10. 제 9항에 있어서 제 9항의 방식과 제 1항 내지 제 8항중의 어느 한 항의 에 있어서의 방식이 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수중에 가라 앉는 것을 방지하는 압축공기 탱크가 형성되는 자동차.
    
    
    

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