WO2024034880A1 - 자동차 충돌 충격 감쇄 장치 - Google Patents

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WO2024034880A1
WO2024034880A1 PCT/KR2023/009922 KR2023009922W WO2024034880A1 WO 2024034880 A1 WO2024034880 A1 WO 2024034880A1 KR 2023009922 W KR2023009922 W KR 2023009922W WO 2024034880 A1 WO2024034880 A1 WO 2024034880A1
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piston
vehicle
bumper
collision
shock
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PCT/KR2023/009922
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전광석
전우영
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전광석
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/38—Arrangements for mounting bumpers on vehicles adjustably or movably mounted, e.g. horizontally displaceable for securing a space between parked vehicles
    • B60R19/40—Arrangements for mounting bumpers on vehicles adjustably or movably mounted, e.g. horizontally displaceable for securing a space between parked vehicles in the direction of an obstacle before a collision, or extending during driving of the vehicle, i.e. to increase the energy absorption capacity of the bumper

Definitions

  • the present invention relates to an automobile collision shock attenuation device.
  • Airbags are a direct device to prevent human and material accidents caused by automobile collisions, but these have limitations in preventing human and material damage, and are especially ineffective in preventing material loss (vehicle damage).
  • Patent No. 10-1491309 (Applicant: Hyundai Motor Company/Registration date: February 2, 2015) relates to an exterior airbag for vehicles, which is disposed in the deployment direction of the airbag placed in front of the bumper back beam and is formed to cover the airbag,
  • An external airbag for a vehicle is disclosed that includes an energy absorber that is separated into upper and lower parts by the deployment force of the airbag and is formed to open the front.
  • airbags are made of cloth, and despite their inflation, they are insufficient to absorb a large impact resulting from a large accident or collision with a large vehicle.
  • Patent No. 10-2295215 (Applicant: LX Hausys Co., Ltd./Registration date: August 24, 2021) includes a vehicle bumper, a front bumper with a bracket joint extending from the inside toward the vehicle body, and a front bumper on the inside of the front bumper.
  • a collision guide structure is configured to include front end brackets that are positioned to face each other and have bumper joints corresponding to the bracket joints, so that in the event of a front collision of the vehicle, the front bumper is guided and moved above a certain collision force and is damped by friction force.
  • a bumper for a vehicle having However, this patent regulates the movement of the front bumper to protect the legs of pedestrians due to collision, so there is a limit to protecting the driving vehicle or driver.
  • Patent No. 10-1326925 (applicant: Hyundai Motor Company/registration date: November 1, 2013), as shown in Figure 8, includes a side frame (11'), a back beam (12'), a bumper (13'), and a mobile device.
  • a vehicle shock absorber consisting of a shaft 14', a structure is disclosed in which a moving bumper 13b protruding forward first contacts the obstacle before the vehicle body directly hits the obstacle during a low-speed collision.
  • Low-speed collisions are mainly based on the premise of collision with a stationary large commercial vehicle or structure, but since the moving part of the bumper (13') moves forward after the collision occurs, it is difficult to fully protect the vehicle, and the moving shaft ( Since 14') is rotated by a link mechanism, there is a disadvantage in that the moving force of the bumper 13' is weak.
  • Patent No. 10-2198466 (Applicant: Pusan National University Industrial-Academic Hunting Team/Registration date: December 29, 2020) determines the possibility of collision based on the speed of the vehicle and the distance to external objects, and determines the possibility of collision based on the vehicle's speed and distance to external objects.
  • technologies are being developed to lengthen the collision time or delay the collision point.
  • This patent is a structure that prolongs the collision time, and as shown in FIG.
  • the present invention detects a car collision, and the collision-attenuating compression bumper or guard protrudes in advance to sufficiently alleviate the strong impact, thereby dramatically reducing material losses such as vehicle damage, and correspondingly, deaths and injuries as well.
  • the purpose is to contribute to the prevention and safety of human automobile accidents by significantly reducing them.
  • the present invention is a shock attenuation device mounted as a module on the frame of a car, the shock attenuation device comprising: a speed sensor that detects the running speed of the vehicle; A distance sensor that measures the distance between the vehicle and objects in front or behind the vehicle; A collision detection and determination unit that determines whether a collision between the vehicle and an object is possible based on information on the vehicle's driving speed and the distance to the object; buffer cylinder; A piston installed to be movable within the shock absorbing cylinder and connected to a front shock absorbing bumper; and a gas generator installed inside the shock absorber cylinder and adjacent to the head of the piston at the rear of the shock absorber cylinder.
  • the gas generating device contains gunpowder and can generate a moving force that pushes the piston by the explosion of the gunpowder.
  • the bumper may be either a front bumper or a hybrid bumper that forms part of the front bumper and moves only the portion connected to the piston, or a separate guard that covers the front or rear of the front bumper.
  • the exterior of the buffer cylinder is made up of a long circular casing that is closed at one end and open at the other end.
  • a piston pivot is installed around the open inlet of the buffer cylinder to guide the movement of the piston, and from the center of the casing to the inlet.
  • a plurality of pinholes are drilled, and a leak valve may be installed in the closed portion.
  • the pinhole helps the piston move by expelling the air inside the buffer cylinder when the piston starts to move, and causes the pressure of the explosive gas to decrease sequentially just before the piston reaches top dead center, which is the maximum forward distance, and in the event of a car collision.
  • the impact can be alleviated by damping so that the pressure of the explosion gas inside the shock absorber cylinder is sequentially lowered.
  • the piston consists of a head with a large diameter and a rod that extends long from the head.
  • a compression ring, a guide, and a buffer spring are sequentially installed on the head from a position close to the closing part of the buffer cylinder.
  • the buffer spring moves the piston under the pressure of the explosive gas. It protects the buffer cylinder from damage when moving rapidly, and the piston compression ring can increase airtightness to prevent explosion gas generated inside the buffer cylinder from escaping.
  • the collision detection and determination unit includes braking distance information in the memory to accurately determine the possibility of collision with a front or rear object. If the object is a moving body, the possibility of collision is taken into consideration the relative speed or relative speed change rate between the vehicle and the object. can be judged.
  • loss of life and property can be greatly reduced by dramatically reducing the impact of car collisions, and it can be applied to all cars.
  • As a mechanism that guarantees reliable operation and performance it is a mechanism that ensures reliable operation and performance, leading to technological advancements in car safety and human and property safety. It has the effect of providing an automobile collision shock attenuation device that has high economic value by preventing and mitigating material accidents.
  • FIG 1 is an overall configuration diagram of the automobile collision shock attenuation device of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing that the collision detection and determination unit of the present invention determines that there is a possibility of collision, and the piston moves to the front of the vehicle due to the operation of the gas generator, causing the bumper to protrude from its original position;
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the shock absorbing cylinder of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the piston of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view of the bumper of the present invention.
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing the operation of the shock damping device of the present invention, with Figure 6 showing the state before operation and Figure 7 showing the state in which the piston reaches top dead center during operation, respectively;
  • Figure 8 is a diagram showing a shock absorber for a vehicle according to a prior patent.
  • Figure 9 is a diagram showing a shock absorber for a vehicle according to another prior patent.
  • FIG 1 is an overall configuration diagram of the automobile collision impact attenuation device (1; hereinafter, “impact attenuation device”) of the present invention.
  • impact attenuation device a shock absorption module is shown mounted on the basic frame 250 of a car.
  • Frame 250 is designed to mount an impact damping device 1.
  • the shock attenuation device 1 is mounted in different sizes and strengths depending on the type of vehicle and the weight of the vehicle.
  • the shock attenuation device 1 of the present invention can be applied regardless of the type of vehicle, such as passenger cars, trucks, and buses.
  • the shock attenuation device 1 of the present invention includes a speed sensor 260, a collision detection determination unit 270, a gas generator 220, a shock absorbing cylinder 200 and a piston 210, a bumper 230, and a distance detection sensor. Includes (240).
  • the speed sensor 260 is a sensor that detects the speed of the vehicle in motion. A speed sensor already installed in the vehicle may be used. The mounting location of the speed sensor 260 may be attached to the shaft that rotates the wheels of the vehicle rather than to the windshield glass portion as shown.
  • the distance sensor 240 is preferably attached to the front of the bumper 230, that is, at the front of the vehicle, as shown, because the distance to the obstacle in front is measured in cm, for example. This is for accurate detection.
  • the distance detection sensor 240 may be an ultrasonic sensor or a vision sensor that recognizes images.
  • the bumper 230 to which the distance sensor 240 is attached may be an existing front bumper, but it is preferably not permanently fixed to the side frame or back beam to enable forward movement. Otherwise, despite the movement of the piston 210, the bumper 230 may resist the moving force and be deformed or damaged.
  • the bumper 230 in the present invention is used to absorb vehicle shock, it does not necessarily have to have the same shape or material as the existing front bumper.
  • the “bumper” of the present invention should be interpreted in the broadest possible sense as a member that has the meaning of a guard.
  • the bumper 230 must be manufactured with a strength and structure that can sufficiently withstand the impact of a vehicle collision.
  • the shock absorbing cylinder 200 extends linearly from the rear of the bumper 230 to a point surrounding the gas generating device 220.
  • the gas generator 220 is installed inside the front body of the car, but is not installed independently, but inside the casing formed at the rear of the shock absorber cylinder 200.
  • the gas generating device 220 may include gunpowder, for example.
  • the piston 210 is installed to be movable inside the buffer cylinder 200.
  • the collision detection and determination unit 270 includes an electronic control unit (ECU) and memory, and determines the possibility of a collision with an obstacle in front based on the speed information of the speed sensor 260 and the distance information of the distance detection sensor 240. If this is confirmed, the gas generator 220 is driven to ignite, for example, gunpowder to explode.
  • ECU electronice control unit
  • the collision detection and determination unit 270 may include braking distance information in the memory to accurately determine the possibility of collision with a front obstacle. Even when driving at high speeds, depending on whether or not the brakes are depressed and the degree of depression, the vehicle may not collide with an object in front. Braking distance information is the distance traveled by the vehicle when the driver depresses the brake pedal to the maximum at the current speed, and is different for each vehicle type. If the object ahead is a stationary object, the possibility of collision can be accurately determined by considering three variables: speed and distance information, and braking distance information.
  • the collision detection determination unit 270 of the present invention can further consider the relative speed between the own vehicle and the other vehicle as a factor in determining the possibility of collision, considering the case where the object in front is a moving object such as another vehicle that is traveling. This is because, even if two vehicles are driving close to each other at high speeds, the possibility of an accident occurring is low if they continue to drive in this state. If the relative speed suddenly decreases and the distance is shortened, or the relative speed change rate suddenly increases and the distance shortens, the possibility of a collision can be accurately determined by combining the above-mentioned braking distance information.
  • the collision detection determination unit 270 of the present invention determines that there is a possibility of collision, and the piston 210 moves to the front of the vehicle due to the operation of the gas generator 220, causing the bumper 230 to protrude from its original position. This is a drawing showing this.
  • the forward distance of the bumper 230 may vary depending on the vehicle type.
  • the thickness is preferably 500 to 700 mm for passenger cars and small trucks, and 700 to 1,200 mm for large trucks and buses.
  • the bumper 230 may be manufactured as a guard rather than the existing “front bumper”. In this case, the front bumper does not move at all and the guard moves to absorb the shock.
  • the gas generator 220 and piston 210 of the shock absorbing cylinder 200 are arranged in pairs, one on the left and right, based on the front of the bumper 230, and thus both sides of the bumper 230 are simultaneously applied with the same force. Push to move the bumper 230 in a balanced manner.
  • the number of these members is not limited, and various modifications are possible, such as four on both the left and right sides, or one in the center of the bumper 230 if the explosive power of the gunpowder is strong.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the shock absorbing cylinder 200.
  • the shock absorber cylinder 200 has an exterior appearance of a long circular casing that is closed at one end (inside the vehicle) and open at the other end.
  • a gas generator 220 is installed on the closed casing side.
  • an ignition device that ignites by driving the collision detection determination unit 270 may be further included.
  • a piston pivot 200-2 is installed surrounding the open inlet portion of the buffer cylinder 200 to guide the movement of the piston 210.
  • a plurality of pinholes 200-1 are drilled near the inlet portion near the center of the casing, and a leak valve 200-3 is installed in the closed portion.
  • the shock absorber cylinder 200 must be firmly fixed to the vehicle frame 250 because it maintains its position regardless of vehicle collision.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the piston 210.
  • the piston 210 is mounted to slide along the inside of the buffer cylinder 200.
  • the piston 210 consists of a head with a large diameter and a rod extending long from the head.
  • a compression ring (210-1), a guide (210-2), and a buffer spring (210-3) are sequentially mounted on the head from a position close to the closing part of the buffer cylinder (200).
  • the front end of the rod of the piston 210 is connected to and fixed to the bumper 230.
  • the size and number of pinholes 200-1 can be changed depending on the vehicle type or vehicle weight.
  • the piston 210 and the bumper 230 fixed thereto jump forward at a very high speed due to the pressure of the explosion of the gunpowder in the gas generator 220, the piston 210 is cushioned when it moves by the pinhole 200-1. It serves to discharge the air inside the cylinder 200 and helps push the piston 210 more quickly.
  • the internal air is air that originally remained inside the buffer cylinder 200, it is initially discharged through the pinhole 200-1 because there is a risk of interfering with the movement of the piston 210.
  • the pinhole 200-1 serves to gently relieve the impact by damping the explosion gas pressure inside the buffer cylinder 200 to sequentially lower it.
  • the pinhole 200-1 is preferably installed biased toward the opening of the shock absorber cylinder 200 as described above.
  • the buffer spring 210-3 of the piston 210 serves to prevent the shock absorber cylinder 200 from being damaged by shock caused by the rapid movement of the piston 210 due to the pressure of the explosive gas.
  • the guide (210-2) serves as a stopper that stops at the top dead center position when the piston (210) moves at the pressure of the explosion gas, and at the same time serves as a guide when the piston (210) reciprocates inside the cylinder, and the piston (210) acts as a buffer cylinder ( 200) It serves to maintain smooth operation by reducing the friction area on the internal front.
  • the piston compression ring (210-1) serves to push the piston (210) quickly and strongly by increasing airtightness to prevent the explosion gas generated inside the buffer cylinder (200) from leaking out, and when a car collides and the piston is pushed back, the buffer cylinder (210-1) 200) It serves to maintain airtightness by compressing the residual gas inside.
  • the leak valve 200-3 is used to discharge residual explosion gas inside the shock absorber 200 when restoring the piston 210 and bumper 230 that have advanced after the shock damping device 1 operates. .
  • Figure 5 is a top view of the bumper 230.
  • a piston connector 230-1 is formed at a place in contact with the front end of the piston 210 to accommodate the front of the piston 210.
  • the piston connector 230-1 may be made of a shock absorbing pad or a socket with a concave portion.
  • a distance sensor 240 is mounted on the front surface of the bumper 230. If multiple distance sensors 240 are installed, the distance to an object located not only in the center but also on the front side can be accurately measured.
  • FIGS 6 and 7 are diagrams showing the operation of the impact damping device 1 of the present invention described above.
  • the piston compression ring 210-1 is adjacent to or contacts the gas generator 220 at the rear end of the piston 210, and the front end is a bumper. It is connected to (230) and remains fixed.
  • the piston guide 210-2 supports the outer surface of the piston 210, and the guide 210-2 and the buffer spring 210-3 are fixed to the head of the piston 210 and form the inner surface of the buffer cylinder 200. It is located in contact with
  • the rear end of the piston 210 advances to the open entrance of the shock absorber cylinder 200.
  • the piston 210 moves forward at high speed and pushes the bumper 230 while maintaining a stable support state by the buffer spring 210-3, guide 210-2, and piston pivot 200-2.
  • the bumper 230 collides with an object in front and absorbs the impact force, as described above, when the piston 210 receives a force pushing backward, the explosion gas pressure inside the buffer cylinder 200 due to the pinhole 200-1 As this is sequentially lowered, the shock is gently alleviated by damping.
  • shock attenuation device 1 can be installed at the rear of the car as well.
  • a partially modified rear bumper or a separate guard will take the place of the bumper 230.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 자동차의 프레임에 모듈로 장착되는 충격 감쇄 장치로서, 상기 충격 감쇄 장치는: 차량의 주행 속도를 검출하는 속도센서; 차량과 차량 전방 또는 후방의 물체와의 거리를 측정하는 거리감지센서; 차량의 주행 속도와 물체와의 거리 정보를 토대로 차량과 물체와의 충돌 가능성 여부를 판단하는 충돌감지판단부; 완충실린더; 상기 완충실린더 내부에서 이동 가능하도록 설치되며 전방에 충격 흡수용 범퍼가 연결된 피스톤; 및 완충실린더의 후방에 피스톤의 헤드와 인접하여 완충실린더의 내부에 설치된 가스발생장치로 이루어지는, 충격 감쇄 장치를 제공한다.

Description

자동차 충돌 충격 감쇄 장치
본 발명은 자동차 충돌 충격 감쇄 장치에 대한 것이다.
세계적으로 운행되는 자동차의 수량은 무수히 많고 또한 운행하다 충돌 및 추돌되어 사망 또는 상해를 입는 사람 또한 엄청나며, 이 충돌에 의하여 자동차의 파손으로 인한 경제적 손실 또한 실로 가늠키 어려울 정도이다.
자동차 충돌로 인한 인적사고 및 물적사고를 예방하기 위한 직접적인 장치로는 에어백 정도이나 이는 인적 및 물적 피해를 예방하는데 한계가 있으며, 특히 물적손실(자동차 파손)을 예방하는 데에는 효과가 미미하다.
근래에 자동차 충돌사고에 대한 피해 예방을 위하여 앞 차와의 거리를 자동으로 유지하거나 충돌하지 않도록 정지하는 소프트웨어적 안전시스템이 장착되는 차량이 많으며, 이러한 충돌안전시스템은 향후 자동차 자율주행 시대에는 필수적 사항이다. 그러나 이러한 충돌안전시스템의 구비에도 불구하고 당해 장치의 고장 및 에러 발생 등으로 인한 충돌사고가 발생하고 있고, 더욱이 운전자 및 탑승자가 자율주행 자동차를 믿고 방심할 때 위의 소프트웨어적 안전시스템이 고장 또는 에러가 발생하여 감속도 하지 못한 상태로 충돌할 경우 그 피해는 치명적이라고 할 수 있다. 그러므로 이에 본 발명에서 제시하는 자동차 충돌 감쇄장치를 설치할 경우 이의 문제점을 해소하여 자동차 충돌에 의한 인적 및 물적사고의 피해를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
자동차의 충돌 또는 추돌로 인한 재해를 방지하기 위한 전방 범퍼나 에어백에 대한 많은 특허출원이 존재한다.
특허 제10-1491309호(출원인: 현대자동차/등록일: 2015년 2월 2일)는 차량용 외장 에어백에 대한 것으로, 범퍼 백빔의 전방에 배치된 에어백의 전개방향에 배치되어 에어백을 덮도록 형성되며, 에어백의 전개력에 의해 상하로 분리되어 전방이 개방되도록 형성된 에너지 업소버를 포함하는 차량용 외장 에어백을 개시하고 있다. 그러나, 에어백은 천 재질로 그 팽창에도 불구하고 대형 사고의 충돌 또는 대형 차량의 충돌로 인한 큰 충격을 흡수하기에는 부족하다.
특허 제10-2295215호(출원인: ㈜엘엑스하우시스/등록일: 2021년 8월 24일)는 차량용 범퍼를, 내측에서 차체측을 향해 연장되도록 브라켓 결합부가 형성된 프런트 범퍼와, 프런트 범퍼의 내측에 대향되도록 위치되고, 브라켓 결합부에 대응되는 범퍼 결합부가 형성된 프런트 앤드 브라켓을 포함하도록 구성하여 차량의 전방 충돌시 프런트 범퍼가 일정 충돌력 이상에서 가이드 이동되고, 마찰력에 의해 댐핑되도록 한 충돌 가이드 구조부를 갖는 차량용 범퍼를 개시하고 있다. 그러나, 이 특허는 충돌로 인한 보행자의 다리를 보호하기 위하여 프런트 범퍼의 이동을 규제하는 것으로 운전 차량이나 운전자를 보호하는 데에는 한계가 있다.
특허 제10-1326925호(출원인: 현대자동차/등록일: 2013년 11월 1일)는 도 8에 도시한 것과 같이, 사이드프레임(11'), 백빔(12'), 범퍼(13') 및 이동샤프트(14')로 이루어지는 차량의 충격 흡수 장치에서, 저속 충돌시 장애물에 차체가 직접 부딪치기 전에 전방으로 돌출된 이동범퍼(13b)가 장애물에 먼저 접촉하도록 한 구조를 개시하고 있다. 저속 충돌은 주로 정차 중인 대형 상용차나 구조물과의 충돌을 전제로 한 것이지만, 충돌이 발생한 이후 범퍼(13')의 이동 부분이 전방으로 이동하는 점에서 차량 보호에 만전을 기하기 어렵고, 이동샤프트(14')가 링크 기구에 의해 회동하는 방식이므로 범퍼(13')의 이동력이 약한 단점이 있다.
자동차 충돌로 인한 사고를 예방하기 위해서는 실제 충돌이 발생하기 이전에 안전장치가 구동되는 것이 바람직하다. 자동차의 사고를 예견하는데 있어 중요한 것은 차량의 속도와, 차량 주위 특히 전방의 물체나 차량과의 거리라고 할 수 있다. 이와 관련하여 특허 제10-2198466호(출원인: 부산대학교 산학렵력단/등록일: 2020년 12월 29일)는 차량의 속도와 외부의 사물과의 거리를 토대로 충돌 가능성을 판단하고, 충돌 가능성이 가장 높은 제3단계에서, 충돌 시간을 길어지게 하거나 충돌 시점을 지연시키는 기술을 개시하고 있다. 이 특허는 충돌 시간을 길어지게 하는 구조로서, 도 9에 도시한 것과 같이, 차체(500')의 전방에 있는 프런트 범퍼(510')가 유압스프링(520')의 동작으로 전방으로 돌출되는 내용을 개시하고 있다. 그러나, 이 특허는 유압스프링(520')의 작동은 물론 범퍼(510') 구조의 상세에 대해서는 전혀 개시하지 않아 다만 추상적인 아이디어만 제공하고 있을 뿐이다.
그러므로, 본 발명은 자동차 충돌을 감지하고 충돌 감쇄 압축 범퍼 또는 가드(guard)가 미리 튀어나와 강한 충격을 충분히 완화시켜 차량 파손 등 물적손실을 획기적으로 감소시킬 수 있음은 물론 이에 상응하여 사망 및 부상 또한 상당히 감소시킴으로써 인류의 자동차 사고에 대한 손실 예방과 안전에 기여하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동차의 프레임에 모듈로 장착되는 충격 감쇄 장치로서, 상기 충격 감쇄 장치는: 차량의 주행 속도를 검출하는 속도센서; 차량과 차량 전방 또는 후방의 물체와의 거리를 측정하는 거리감지센서; 차량의 주행 속도와 물체와의 거리 정보를 토대로 차량과 물체와의 충돌 가능성 여부를 판단하는 충돌감지판단부; 완충실린더; 상기 완충실린더 내부에서 이동 가능하도록 설치되며 전방에 충격 흡수용 범퍼가 연결된 피스톤; 및 완충실린더의 후방에 피스톤의 헤드와 인접하여 완충실린더의 내부에 설치된 가스발생장치로 이루어지는, 충격 감쇄 장치를 제공한다.
상기 가스발생장치는 화약을 포함하며 화약의 폭발에 의하여 피스톤을 미는 이동력을 발생시킬 수 있다.
상기 범퍼는, 프런트 범퍼 또는 프런트 범퍼의 일부를 이루며 피스톤과 연결되는 부분만 이동하는 하이브리드형 범퍼 또는 프런트 범퍼의 전방 또는 후방을 덮는 별도의 가드 중의 어느 하나일 수 있다.
완충실린더의 한쪽 단부는 폐쇄되고 다른 쪽은 개방된 긴 원형의 케이싱으로 외관이 이루어지며, 완충실린더의 개방된 입구를 둘러 피스톤의 이동을 안내하는 피스톤피봇이 설치되고, 케이싱의 중심에서 입구까지에는 복수 개의 핀홀이 천공되며, 폐쇄된 부분에는 리크(leak) 밸브가 설치될 수 있다.
상기 핀홀은 피스톤이 이동하기 시작할 때 완충 실린더 내부의 공기를 배출하여 피스톤의 이동을 도우며, 피스톤이 최대 전진 거리인 상사점에 도달하기 직전에 폭발가스의 압력이 순차적으로 감소되도록 하고, 자동차 충돌 시의 충격을 피스톤이 받아 차체의 내부로 밀리는 힘을 받을 때 완충실린더 내부의 폭발가스 압력이 순차적으로 낮아지도록 댐핑하여 충격을 완화시킬 수 있다.
피스톤은 직경이 큰 헤드와, 헤드에서 길게 연장되는 로드로 이루어지며, 헤드에는 완충실린더의 폐쇄부와 가까운 위치에서부터 차례로 압축링, 가이드 및 완충스프링이 장착되고, 완충스프링은 폭발가스의 압력으로 피스톤이 급격이 이동할 때 완충실린더가 파손되지 않도록 보호하며, 피스톤압축링은 완충실린더 내부에서 발생한 폭발가스가 새어나가지 않도록 기밀성을 높일 수 있다.
충돌감지판단부는 전방 또는 후방 물체와의 충돌 가능성을 정확히 판단하기 위하여 제동 주행 거리 정보를 메모리에 포함하며, 상기 물체가 이동체인 경우, 차량과 물체와의 상대 속도 또는 상대 속도 변화율을 고려하여 충돌 가능성을 판단할 수 있다.
본 발명에 의하면 자동차 충돌에 대한 충격을 획기적으로 감소시킴으로써 인명과 재산상의 손실을 크게 줄일 수 있고 모든 자동차에 적용이 가능하며, 확실한 작동 및 성능이 보장되는 메커니즘으로써 자동차 안전에 대한 획기적인 발전과 인적 및 물적사고를 예방 및 경감을 통하여 경제적으로도 높은 가치가 있는 자동차 충돌 충격 감쇄 장치를 제공한다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 자동차 충돌 충격 감쇄 장치의 전체 구성도;
도 2는 본 발명의 충돌감지판단부에서 충돌 가능성이 있다고 판단하여 가스발생장치의 작동으로 피스톤이 차량의 전방으로 이동하여 범퍼가 원 위치에서 돌출된 것을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 완충실린더의 단면도;
도 4는 본 발명의 피스톤의 단면도;
도 5는 본 발명의 범퍼의 평면도;
도 6 및 도 7은 본 발명의 충격 감쇄 장치의 작동을 도시한 도면으로, 도 6은 작동 이전의 상태 그리고 도 7은 작동으로 피스톤이 상사점에 도달한 상태를 각각 도시한 도면;
도 8은 선행특허의 차량의 충격 흡수 장치를 도시한 도면; 그리고
도 9는 또 다른 선행특허의 차량의 충격 흡수 장치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 자동차 충돌 충격 감쇄 장치(1; 이하, “충격 감쇄 장치”)의 전체 구성도이다. 이해의 편의를 위하여 자동차의 기본 프레임(250)에 충격 흡수 모듈을 장착한 것을 도시하였다. 프레임(250)은 충격 감쇄 장치(1)를 장착하도록 설계된다. 충격 감쇄 장치(1)는 차량 종류 및 차량의 무게에 따라 그 크기와 강도를 달리하여 장착된다. 본 발명의 충격 감쇄 장치(1)는 승용차, 트럭 및 버스 등 차량의 종류에 관계없이 적용될 수 있다.
본 발명의 충격 감쇄 장치(1)는 속도센서(260), 충돌감지판단부(270), 가스발생장치(220), 완충실린더(200)와 피스톤(210), 범퍼(230) 및 거리감지센서(240)를 포함한다.
속도센서(260)는 주행 중인 차량의 속도를 검지하는 센서로 차량에 이미 장착된 속도 센서를 이용해도 좋다. 속도센서(260)의 장착 위치는 도시한 것처럼 윈드 쉴드 글래스 부분이 아닌 차량의 바퀴를 회전시키는 샤프트에 부속된 것일 수 있다.
본 발명에서, 거리감지센서(240)는 도시한 것과 같이 범퍼(230)의 전면에 즉 차량의 최전방에 부착되는 것이 바람직한데, 그 이유는 전방에 있는 장애물과의 거리를 예를 들어 cm 단위로 정확히 검지하기 위해서이다. 거리감지센서(240)는 초음파센서 또는 화상을 인식하는 비전센서일 수 있다.
거리감지센서(240)가 부착되는 범퍼(230)는 기존의 프런트 범퍼를 이용해도 좋으나 전방으로의 이동이 가능하도록 사이드 프레임이나 백빔에 영구적으로 고정되지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면 피스톤(210)의 이동에도 불구하고 범퍼(230)가 이동력에 저항하여 변형되거나 파손될 우려가 있기 때문이다.
본 발명에서의 범퍼(230)는 차량의 충격을 흡수하기 위한 용도이므로, 기존의 프런트 범퍼와 반드시 동일한 형상이거나 재질일 필요는 없다. 예를 들어 프런트 범퍼의 일부를 이루며 피스톤(210)과 연결되는 부분만 이동하는 하이브리드형 범퍼이거나 또는 기존의 프런트 범퍼의 전방을 덮는 별도의 플레이트를 제작하여 본 발명의 “범퍼”로 이용하는 등 다양한 구조와 제작이 가능하다. 이러한 점에서 본 발명의 “범퍼”는 가드(guard)의 의미를 가지는 부재로 최대한 광의로 해석되어야 할 것이다.
범퍼(230)는 차량의 충돌 시 충격을 충분히 견딜 수 있는 강도와 구조로 제작되어야 한다.
완충실린더(200)는 범퍼(230)의 후면에서부터 가스발생장치(220)를 둘러싸는 지점까지 길게 선형으로 연장된다.
가스발생장치(220)는 자동차 전방 차체 내부에 설치되지만, 독립하여 설치되는 것은 아니고, 완충실린더(200)의 후방에 형성된 케이싱 내부에 설치된다. 가스발생장치(220)는 예를 들어 화약(powder)을 포함할 수 있다.
피스톤(210)은 완충실린더(200) 내부에서 이동 가능하도록 설치된다.
충돌감지판단부(270)는 ECU(electronic control unit)과 메모리를 포함하며, 속도센서(260)의 속도 정보와 거리감지센서(240)의 거리 정보를 토대로 전방의 장애물과의 충돌 발생 가능성을 판단하여 그것이 긍정되면 가스발생장치(220)를 구동하여 예를 들어 화약이 폭발하도록 점화시킨다.
충돌감지판단부(270)는 전방 장애물과의 충돌 가능성을 정확히 판단하기 위하여 제동 주행 거리 정보를 메모리에 포함할 수 있다. 고속 주행인 경우라도 브레이크의 답입 여부와 답입 정도에 따라 전방 물체에 충돌하지 않을 수 있기 때문이다. 제동 주행 거리 정보는 현재 속도에서 운전자가 브레이크 페달을 최대로 답입하는 경우 차량의 이동 거리이며, 차종마다 다르다. 전방 물체가 정지 물체인 경우에는 속도 및 거리 정보와, 제동 주행 거리 정보의 세 가지 변수를 고려하면 충돌 가능성을 정확히 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 충돌감지판단부(270)는 전방의 물체가 주행 중인 타차와 같은 이동체인 경우를 고려하여, 자차와 타차 간의 상대 속도를 충돌 가능성 판단 요소로 더 고려할 수 있다. 두 차량이 고속 근접 주행하더라도 이 상태를 계속 유지하면서 주행하는 경우에는 사고 발생 가능성이 낮기 때문이다. 상대속도가 갑자기 감소하면서, 거리가 단축되거나 또는 상대속도 변화율이 갑자기 커지면서 거리가 단축되는 경우 전술한 제동 주행 거리 정보를 합하여 판단하면 충돌 가능성을 정확히 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 충돌감지판단부(270)에서 충돌 가능성이 있다고 판단하여 가스발생장치(220)의 작동으로 피스톤(210)이 차량의 전방으로 이동하여 범퍼(230)가 원 위치에서 돌출된 것을 도시한 도면이다.
범퍼(230)의 전진 거리는 차종에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 승용차 및 소형 트럭은 500 ~ 700mm, 대형 트럭 및 버스는 700 ~ 1,200mm인 것이 바람직하다. 전술한 것과 같이 범퍼(230)는 기존의 “프런트 범퍼”가 아닌 가드로 제작될 수 있으며, 이 경우 프런트 범퍼는 전혀 이동하지 않고 가드가 이동하여 충격을 흡수한다.
완충실린더(200)의 가스발생장치(220)와 피스톤(210)은 범퍼(230)의 정면을 기준으로 좌우에 하나 씩, 한 쌍 배치되며, 따라서 범퍼(230)의 양 측면을 동시에 같은 힘으로 밀어 범퍼(230)를 균형 있게 이동시킨다. 다만, 이들 부재의 배치 숫자는 제한되지 않으며, 좌우 측면에 모두 4개 또는 화약의 폭발력이 강한 경우에는 범퍼(230)의 중앙에 하나 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.
다음 본 발명의 충격 감쇄 장치(1)의 각각의 물리적인 부재에 대하여 설명한다.
도 3은 완충실린더(200)의 단면도이다. 완충실린더(200)는 한쪽 단부(차량의 내측)는 폐쇄되고 다른 쪽은 개방된 긴 원형의 케이싱으로 외관이 이루어진다. 폐쇄된 케이싱 쪽에는 가스발생장치(220)가 장착된다. 폭약을 이용하는 경우에는 충돌감지판단부(270)의 구동에 의하여 점화하는 점화 장치를 더 포함할 수 있다.
완충실린더(200)의 개방된 입구부를 둘러서는 피스톤(210)의 이동을 안내하는 피스톤피봇(200-2)이 설치된다. 케이싱의 중심 부근에서 입구부에 인접해서는 복수 개의 핀홀(200-1)이 천공되며, 폐쇄된 부분에는 리크(leak) 밸브(200-3)가 설치된다. 완충실린더(200)는 차량의 충돌과 무관하게 제 위치를 유지하므로 차량의 프레임(250)에 견고히 고정되어야 한다.
도 4는 피스톤(210)의 단면도이다. 피스톤(210)은 완충실린더(200)의 내부를 따라 미끄럼 이동 가능하게 장착된다.
피스톤(210)은 직경이 큰 헤드와, 헤드에서 길게 연장되는 로드로 이루어진다. 헤드에는 완충실린더(200)의 폐쇄부와 가까운 위치에서부터 차례로 압축링(210-1)과, 가이드(210-2)와, 완충스프링(210-3)이 장착된다. 피스톤(210)의 로드의 전방 단부는 범퍼(230)에 연결되어 고정되어 있다.
이상의 구조에서, 핀홀(200-1)의 크기와 갯수는 차종 또는 차중에 따라 변경될 수 있다. 가스발생장치(220)의 화약이 폭발한 압력으로 피스톤(210)과 이에 고정된 범퍼(230)가 매우 빠른 속도로 전방으로 튀어 나가면 핀홀(200-1)에 의하여 피스톤(210)이 이동할 때 완충 실린더(200) 내부의 공기를 배출하는 역할을 하여 보다 빠르게 피스톤(210)을 밀어내는데 도움을 준다. 이때 내부의 공기는 완충실린더(200) 내부에 원래 잔류하던 공기이므로 피스톤(210)의 이동을 방해할 우려가 있기 때문에 핀홀(200-1)을 통하여 초기에 배출하는 것이다.
또한, 피스톤(210)이 최대 전진 거리인 상사점에 도달하기 직전에 폭발가스의 압력이 핀홀(200-1)에 의하여 순차적으로 감소되도록 하며, 자동차 충돌 시의 충격을 피스톤(210)이 받아 후방(차체의 내부)으로 밀리는 힘을 받을 때 핀홀(200-1)에 의하여 완충실린더(200) 내부의 폭발가스 압력이 순차적으로 낮아지도록 댐핑하여 부드럽게 충격을 완화시키는 역할을 한다. 이러한 기능을 수행하기 위해서 핀홀(200-1)은 전술한 것과 같이 완충실린더(200)의 개방부 쪽에 편향 설치되는 것이 바람직하다.
피스톤(210)의 완충스프링(210-3)은 폭발가스의 압력으로 피스톤(210)이 급격이 이동함으로 인한 충격에 완충실린더(200)가 파손되지 않도록 하는 역할을 한다.
가이드(210-2)는 피스톤(210)이 폭발가스 압력으로 이동할 때 상사점 위치에서 멈추는 스토퍼 역할과 동시에 피스톤(210)이 실린더 내부에서 왕복할 때 가이드 역할을 하며 피스톤(210)이 완충실린더(200) 내부 전면에 대한 마찰면적을 줄여 원활하게 작동하도록 유지하는 역할을 한다.
피스톤압축링(210-1)은 완충실린더(200) 내부에서 발생한 폭발가스가 새어나가지 않도록 기밀성을 높여 피스톤(210)을 빠르고 강하게 밀어내는 역할을 하며, 자동차가 충돌하여 피스톤이 뒤로 밀릴 때 완충실린더(200) 내부의 잔류 가스를 압축하여 기밀을 유지하는 역할을 한다.
리크밸브(200-3)는 충격 감쇄 장치(1)가 작동하고 나서 전진한 피스톤(210)과 범퍼(230)를 원복시킬 때 완충실린더(200) 내부의 폭발 잔류가스를 배출하는 용도로 사용된다.
따라서, 도 4와 같이 완충실린더(200)의 폐쇄부와 가까운 위치에서부터 차례로 압축링(210-1), 가이드(210-2), 그리고 피스톤(210) 이동 시 가장 먼저 완충실린더의 피스톤피봇(200-2)과 접하는 완충스프링(210-3)을 장착하는 것이 합리적인 배치임을 알 수 있다.
도 5는 범퍼(230)의 평면도이다.
범퍼(230)의 후방면에서, 피스톤(210)의 전단과 맞닿는 곳에는 피스톤 연결구(230-1)가 형성되어, 피스톤(210)의 전면을 수용한다. 피스톤 연결구(230-1)는 충격 흡수용 패드 또는 오목 부분을 가진 소켓으로 제작될 수 있다. 범퍼(230)의 전방면에는 거리감지센서(240)가 장착된다. 거리감지센서(240)를 복수 장착하면 정중앙 뿐만 아니라 전방의 측면에 위치한 물체와의 거리도 정확히 측정할 수 있다.
도 6 및 도 7은 이상 설명한 본 발명의 충격 감쇄 장치(1)의 작동을 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 것과 같이, 충격 감쇄 장치(1)가 작동하기 이전에는 피스톤(210)의 후단부에서는 피스톤 압축링(210-1)이 가스발생장치(220)와 인접하거나 접촉하고, 전단부가 범퍼(230)에 연결되어 고정된 상태를 유지한다. 피스톤 가이드(210-2)는 피스톤(210)의 외면을 지지하며, 가이드(210-2)와 완충스프링(210-3)은 피스톤(210)의 헤드에 고정되어 완충실린더(200)의 내면과 접하도록 위치한다.
도 7에 도시한 것과 같이, 충격 감쇄 장치(1)가 작동하여 피스톤(210)이 최대로 전진하여 위치한 상사점에서는, 피스톤(210)의 후단은 완충실린더(200)의 개방 입구까지 전진한다. 피스톤(210)은, 완충스프링(210-3)과 가이드(210-2) 및 피스톤피봇(200-2)에 의하여 안정된 지지 상태를 유지하면서 빠른 속도로 전방으로 이동하여 범퍼(230)를 밀게 된다. 범퍼(230)가 전방의 물체에 충돌하여 충격력을 흡수하는 경우 전술한 것과 같이 피스톤(210)이 후방으로 밀리는 힘을 받을 때 핀홀(200-1)에 의하여 완충실린더(200) 내부의 폭발가스 압력이 순차적으로 낮아지면서 댐핑하여 부드럽게 충격이 완화된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 자동차 충돌에 대한 충격을 획기적으로 감소시키며, 확실한 작동 및 성능이 보장되는 메커니즘을 구현할 수 있는 것이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명에 대해서는 다양한 변경과 수정이 가능하다.
예를 들어 이상에서는 자동차의 전방을 위주로 설명하였으나, 자동차의 후방에도 동일한 충격 감쇄 장치(1)를 설치할 수 있다. 이 경우, 부분 개조된 리어 범퍼 또는 별도의 가드가 범퍼(230)의 역할을 대신하게 될 것이다.
본 발명의 권리범위는 이하 기술하는 청구범위와 동일 또는 균등한 영역에까지 미침은 자명하다.

Claims (7)

  1. 자동차의 프레임에 모듈로 장착되는 충격 감쇄 장치로서, 상기 충격 감쇄 장치는:
    차량의 주행 속도를 검출하는 속도센서;
    차량과 차량 전방 또는 후방의 물체와의 거리를 측정하는 거리감지센서;
    차량의 주행 속도와 물체와의 거리 정보를 토대로 차량과 물체와의 충돌 가능성 여부를 판단하는 충돌감지판단부;
    완충실린더;
    상기 완충실린더 내부에서 이동 가능하도록 설치되며 전방에 충격 흡수용 범퍼가 연결된 피스톤; 및
    완충실린더의 후방에 피스톤의 헤드와 인접하여 완충실린더의 내부에 설치된 가스발생장치로 이루어지는, 충격 감쇄 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스발생장치는 화약을 포함하며 화약의 폭발에 의하여 피스톤을 미는 이동력을 발생시키는, 충격 감쇄 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 범퍼는, 프런트 범퍼 또는 프런트 범퍼의 일부를 이루며 피스톤과 연결되는 부분만 이동하는 하이브리드형 범퍼 또는 프런트 범퍼의 전방 또는 후방을 덮는 별도의 가드 중의 어느 하나인, 충격 감쇄 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    완충실린더의 한쪽 단부는 폐쇄되고 다른 쪽은 개방된 긴 원형의 케이싱으로 외관이 이루어지며, 완충실린더의 개방된 입구를 둘러 피스톤의 이동을 안내하는 피스톤 피봇이 설치되고, 케이싱의 중심에서 입구까지에는 복수 개의 핀홀이 천공되며, 폐쇄된 부분에는 리크(leak) 밸브가 설치된, 충격 감쇄 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 핀홀은 피스톤이 이동하기 시작할 때 완충 실린더 내부의 공기를 배출하여 피스톤의 이동을 도우며, 피스톤이 최대 전진 거리인 상사점에 도달하기 직전에 폭발가스의 압력이 순차적으로 감소되도록 하고, 자동차 충돌 시의 충격을 피스톤이 받아 차체의 내부로 밀리는 힘을 받을 때 완충실린더 내부의 폭발가스 압력이 순차적으로 낮아지도록 댐핑하여 충격을 완화시키는, 충격 감쇄 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    피스톤은 직경이 큰 헤드와, 헤드에서 길게 연장되는 로드로 이루어지며, 헤드에는 완충실린더의 폐쇄부와 가까운 위치에서부터 차례로 압축링, 가이드 및 완충스프링이 장착되고, 완충스프링은 폭발가스의 압력으로 피스톤이 급격이 이동할 때 완충실린더가 파손되지 않도록 보호하며, 피스톤압축링은 완충실린더 내부에서 발생한 폭발가스가 새어나가지 않도록 기밀성을 높이는, 충격 감쇄 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    충돌감지판단부는 전방 또는 후방 물체와의 충돌 가능성을 정확히 판단하기 위하여 제동 주행 거리 정보를 메모리에 포함하며, 상기 물체가 이동체인 경우, 차량과 물체와의 상대 속도 또는 상대 속도 변화율을 고려하여 충돌 가능성을 판단하는, 충격 감쇄 장치.
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