KR20020029742A - 차량용 충돌 안전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량용 장치는 심각한 교통사고를 방지하고 발생한 사고로 인한 부상 후유증(the injurious consequences)을 감소시키도록 설계된다. 차량 범퍼(1)를 크럼플(변형) 영역으로써 사용함으로써 교통 사고에서 부상의 정도를 크게 감소시킬 수 있다. 주행방향에서의 속도와 장애물에 대한 상대 거리를 기록하기 위하여 센서(2)를 사용한다. 충돌을 피할 수 없을 때, 범퍼(1)의 한 단부가 추진용 충전물(13)에 의해서 전방을 향하여 돌출하므로, 스트러트(17,22,24)와 함께 차량의 전방에 크림블 영역을 형성한다. 본 장치는 위험한 교통 상황을 경고하고 충돌의 위험성이 있을 때, 차량을 자동으로 제동시키거나 감속시키기 위한 시스템을 구비할 수 있다. 트럭 및 버스의 경우에, 범퍼(1)는 차량의 범용 속도계에 의해서 제어되는 밸브와 공기압 실린더(4)에 의해서 전개될 수 있다. 범퍼는 어떤 임계 속도를 초과할 때 전개된다.

Description

차량용 충돌 안전장치{Collision safety device for vehicles}

스웨덴에서만, 매년 교통 사고로 500 내지 600명이 사망하고 4,000명이 부상을 당한다. 세계적으로, 연간 희생자 수가 약 백만명이다. 다른 어떤 사회활동도 그와 같이 엄청난 사망자와 부상자를 허용하지 않는다. 항공기 여행과 비교하면, 도로 교통사고로 부상당할 위험이 500배 이상이다.

스웨덴에서만 교통사고로 공동체에 드는 총 비용이 연간 SEK20 조(billion)를 초과한다.

전세계에 걸쳐 교통사고수와 그 영향을 감소시키기 위한 욕구와 필요성이 특히 높다. 이러한 목적을 위해 도로 네크웍이 계속해서 팽창하며 개선되고 있다. 또한, 차량들도 여러 가지 방법으로 개선되고 있는데, 예로서 안전벨트, 운전자 및 승객용 에어백, 측면 에어백 및 안전벨트 프리텐셔너(pretensioner)를 설치하는 것이다. 이제 차량의 전방단부는, 크럼플(crumple) 영역이 주행하는 차량 또는 다른 교통 장애물과의 충돌시의 운동 에너지를 흡수함으로써 운전자 및 승객에 대한 스트레스를 완화하도록 설계되어 있다.

최근에 충돌시 감속도(retardation)를 줄이도록 설계된 연장성 범퍼에 대한 여러 가지 형식의 특허가 공개되었다. 그러나, 이들 발명의 어느 것도 실제적으로 채용되지 못하였는데, 아마도 이들 발명이 복잡하고, 무겁고, 값비싸고, 또한 적절한 전개 속도를 제공하지 못하는 유압작동에 의존하기 때문인 것으로 여겨진다.

본 발명은 여러 종류의 교통사고 충돌의 후유증을 방지하거나 감소시키기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 수축 위치에서 충돌 보호부를 구비한 트럭의 측면도.

도 2는 충돌하기 바로 직전의 자동차 및 트럭의 평면도.

도 3은 수축 위치에서 충돌 보호부의 평면도.

도 4는 전개 위치에서 충돌 보호부의 평면도.

도 5는 스트러트에 대한 다른 설계를 도시하는 도면.

도 6은 수축 위치에서 충돌 보호부의 공기압축식 작동 변형을 도시한 도면.

도 7은 전개 위치에서 충돌 보호부의 공기압축식 작동 변형을 도시한 도면.

도 8은 전개된 충돌 보호부를 구비한 트럭의 측면도.

도 9는 충돌하기 직전의 자동차 및 트럭의 평면도.

본 발명의 목적은 첫째, 여러 가지 형식의 전방 충돌시에 차량 손상과 승객의 부상을 방지하거나 감소시킬 정도로 충분히 긴 크럼플 영역을 제공하는 것과, 둘째 차량 전방의 작은 부분만이 충돌하는 경우, 또는 도로 측면에 있는 나무, 우체통 또는 기타 장애물과의 충돌시에 차량을 옆으로 이동시키는 편향작용(deflecting action)을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 측면 및 후방 충돌시의 부상 및 손상의 위험을 감소시키도록 설계되어 있다. 또한, 본 발명은 보행자, 자전거 탄 사람 및 야생 동물과의 충돌시에 유익한 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 운전자에게 교통 장애물의 존재를 알려 주어서 브레이크를 밟거나 회피 작용(참고로 항공기에서의 충돌 경고 지시등)을 취하는 충분한 시간을 줄 수 있다. 또한, 본 발명은 충돌을 피할 수 없는 경우에는 차량 브레이크를 작동시키는데 사용될 수 있고(이러한 특징은 안티로크 브레이크를 갖춘 차량에서만 사용되어야 한다). 차량이 차량의 전방에 너무 가까이 접근한 경우에 운전자에게 경고하는데 사용되고, 안전벨트 없이 일정 속도를 초과하여 주행하는 경우에 경고를 주는데 사용될 수 있다.

본 발명은 트럭, 버스, 미니버스, 승용차를 포함한 모든 종류의 차량에 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 거울상의 변경(mirror-image version)을 만들어야 할지라도 좌측 주행 교통과 우측 주행 교통 모두에 사용될 수 있다. 충돌 보호장치도 역시 좌측 주행 교통에서 우측 주행 교통으로 또는 그 반대로 기능 조절이 수동으로 수행될 수 있도록 전환 가능하게 만들어질 수 있다.

특히, 승용차와 중형 차량간의 충돌시에 거의 항상 더 작은 차량이 치명적이라는 사실에 비추어 중형 차량에 본 발명을 장착하는 것이 중요하다. 그 결과, 충돌 보호장치는 항상 승용차와의 충돌에 대해 설계되어야 한다. 본 발명이 최대로 보호하는 것을 보장하기 위해서, 모든 형식의 차량에 대해 도로에서부터 범퍼의 높이를 표준화하는 국제 협약을 필요로 한다.

크림블 영역을 연장하는 것은, 이 목적으로 설계된 범퍼의 한 단부를 우측 교통에 대해서 차량의 좌측 전방단부에(좌측 교통에 대해서는 우측 전방단부에) 피봇 가능하게 수직 핀으로서 장착하고, 범퍼의 다른 단부는 분리식 래치에 의해 고정시킴으로써 달성된다. 충돌이 급박하게 일어나는 경우에, 범퍼의 우측 사이드(또는 적절한 경우에는 좌측 사이드)가 전방으로 돌출하여서 범퍼가 그 연장된 위치를 고정시키는 스트러트(strut)와 함께 제설기 형상을 취할 것이다. 상기 스트러트는 다른 형태를 가질 수 있다.

전개(deployment) 동작은 센서와, 범퍼에 장착되거나 다른 방법으로서 센서 광학장치를 깨끗하게 유지하도록 차량 보호유리 내부에 장착된 연산 장치로서 구성되는 계기(instrument)에 의해 시작된다. 레이저, 레이더 또는 적외선(IR) 방식에속하는 센서의 목적은 주행 방향에 있는 장애물을 검출하여 등록하며 장애물로부터의 상대 차량 속도를 기록하는 것이다. 센서는 스티어링 시스템에 연결되어서 코너를 돌 때 차량의 주행방향을 따라가게 된다.

장애물이 차량 정지거리에 접근하는 거리에 나타날 때, 연산 장치는 운전자에게 광학적으로 및/또는 음향으로 경고 신호를 보낼 것이다. 광학 신호는 운전자의 시야(field of vision)에서 보호유리에서 돌출하여 차량에 제동을 걸거나 회피 작용을 취하도록 허용할 수 있다. 경고 시스템은 특히 어둡고 안개낄 때 가치가 있으며, 알콜, 마약 또는 약으로 인해 반작용이 손상된 운전자, 깊이 잠이 든 운전자, 시각 및 청각이 손상된 운전자를 위해서 특별히 설계되어 있다. 부주의한 동작 또는 운전 경력이 짧아서 교통시에 과다한 위험을 갖는 운전자도 역시 경고 시스템으로부터 경고를 받을 것이다.

안전벨트로부터의 신호를 경고 시스템에 합체하면 그 기능을 위한 경고 신호도 제공할 것이다. 경고 시스템은 나중에, 운전자에게 공급되는 속도 정보와 연계될 수 있다. 그러나, 이것은 속도 제한 신호가 무선 송신에 의해 운전자에게 정보를 보내는 전자 송신기에 장착되어 있을 것을 가정하고 있다.

만약 운전자가 경고 신호에도 불구하고 속도 감속을 무시한다면, 상기 시스템은 경고 신호가 멈출 때까지 운전자의 역할을 대신하여 차량 속도를 감소시킨다.

연산 장치는 정지 거리를 산출하도록 차량 차체의 속도계로부터 신호를 받는다. 상기 정지 거리는 먼저 운전자의 반응 시간에 의존하고 두 번째로 노면 상태에 의존하므로, 수동으로 다른 노면 상태를 입력하는 설비가 제공된다. 상기 운전자의 반응 시간은 단독의 일정한 값을 갖거나, 또는 각각의 운전자에 대한 개별 값을 가질 수 있다.

만약 차량이 경고 시스템에도 불구하고 불가피한 충돌을 향해 전진할 경우, 센서로 인해 범퍼의 전개동작이 개시된다. 이와 같은 현상은, 실제 충돌이 발생하기 전과, 장애물에 대한 차량의 속도가 소정의 임계값을 초과할 때, 오직 짧은 거리에서 발생된다. 결과적으로, 상기 범퍼의 전개동작은 매우 짧은 시간 내에 이루어져야 한다. 이는 연상 장치를 통해 상기 센서에 연결된 전기 점화기에 의해 점화되는 추진용 충전물(propellant charge)에 의해 성취된다. 전투기에서 사용되는 시트 이젝터 카트리지(seat ejector cartridge)와 같은 형식으로 되거나 또는 일부 가연성 가스 형식으로 구성될 수도 있는 상기 충전물은 상기 래치가 해제된 후에 큰 힘으로 상기 범퍼의 자유 단부를 전방으로 추진시킨다.

다음에 상기 범퍼, 및 그를 전개 위치에서 로킹하는 스트러트는 소정의 크럼플 영역(crumple zone)을 형성하여, 또한 차량 전방의 작은 부위에만 충격을 가하는 장애물과의 충돌에서 편향 장치(deflector)로서 작용한다.

전방 전체의 고속 충돌에 있어서, 상기 범퍼와 스트러트가 변형되어, 감속이 허용값으로 한정되도록 차량의 운동에너지를 흡수한다.

자전거 탑승자, 보행자 및 야생 동물들을 위해 보호부를 개선하기 위해, 차량 전방의 전체 또는 부분, 특히 라디에이터 그릴이 상기 범퍼 상에 장착되고 그와 함께 지지될 수 있다.

상술된 도로 사용자 부류에 대한 보호부는 또한 상기 범퍼의 전체 길이를 따르는 특수 형태의 에어 쿠션을 전개함으로써 개량될 수 있다. 이것은, 팽창될 때, 범퍼 장착된 그릴의 전방에 에어 매트리스 형태의 커튼을 형성하도록 설계된다. 이 경우는 또한 팽창은 충돌 속도와 관련된 순간에 발생하도록 상기 연산 장치에 의해 개시된다.

안티-로크 브레이크를 구비한 차량에서, 상기 연산 장치로부터의 신호는 접촉 순간 바로 전에 제동하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 운전자의 반응 시간을 배제하므로, 상기 제동동작은 더욱 장시간 동안 적용되고, 충돌 속도는 감소된다.

충돌 보호부를 단순하게 변형시킴으로써 트럭이나 버스 상에도 사용할 수 있다. 이 경우, 그와 같은 보호부는 추진용 충전물 대신 이중-공기압축 실린더를 사용하여 전개될 수 있다. 상기 보호부는 차량이 미리 설정된 임계값을 초과하는 속도로 주행하는 동안 전개 상태를 지속한다. 상기 장치는 차량의 조작을 방해하지 않는다.

속도가 임계값 아래로 낮아질 때, 그와 같은 보호부는 수축되며, 더 이상 차량의 길이를 연장하지 않는다.

차량의 속도계로부터의 전기 신호에 의해 제어된 값은, 상기 보호부가 정확한 속도 하에서 사용되도록, 보정 차량의 통상 공기압 시스템으로부터 제공된 공기압축을 제어하기 위해 사용된다. 광학 센서와 추진용 충전물이 필요하지 않으므로, 상기 시스템의 형상은 현격히 단순화되며, 저비용으로서 용이하게 실현될 수 있다.

도 1은 주행방향에서의 거리 및 상대속도를 기록하기 위한 연산 장치(30)를 가지며, 충돌 보호부(1)와 센서(2)를 구비한 트럭의 전면부(front section)를 도시한다. 센서는 공지된 기술에 따라 제조되며, 그 특정한 용도에 맞게 된다. 차량과 물체 간의 거리가 소정의 임계값을 초과할 때, 센서는 케이블(15)에 의해 연산 장치(30)에 연결된 전기 점화기(14; electrical igniter)를 사용하여 추진용 충전물(13; propellant charge)을 점화(trigger)한다.

이는 범퍼(1)의 한 단부가 수직 핀(3) 둘레에서 전방을 향해 돌출되게 하고, 상기 수직 핀은 차량 섀시(9) 내의 베어링에 의해 지지된다. 스트러트(17)의 우측 단부는 제 2 수직 핀(3′) 둘레로 피봇되고, 상기 제 2 수직 핀은 차량 섀시(9) 내의 베어링에 의해 지지된다. 좌측 단부에서, 스트러트(17)는 수직 볼트(18)에 의해범퍼(1)에 부착되며, 상기 볼트는 롤러(18)를 구비할 수 있다.

추진용 충전물(13)이 점화되는 동시에 범퍼(1)에 대한 래치(10; latch)가 해제되며, 상기 충전물을 부분적으로 둘러싸는 슬리브(16)가 래치(10)를 해제하기 위해 뒤쪽으로 눌린다.

도 3은 수축위치의 스트러트(17)와 범퍼를 도시한다. 도 4는 차량 섀시에 장착된 배치 위치에서의 충돌 보호부를 도시한다.

범퍼(1)의 우측이 전방을 향해 돌출하고, 볼트(18)를 갖는 스트러트(17)의 좌측단이 그 운동이 채널 길이의 끝까지 가서 종료될 때까지 범퍼(1) 내의 채널(19)을 따라 슬라이딩한다. 스트러트(17)는 래치(20)와 스프링(21)에 의해 이 위치에서 고정된다.

도 5는 유압식 에너지 흡수장치를 갖는 스트러트(17)의 다른 디자인을 도시한다. 이 형태에서는, 스트러트는 두 개의 망원경(telescopic) 형태의 부분으로 이루어져 있다. 후면부(22)의 중공(中空) 공간은 액상 매체(23)로 채워져 있다. 앞 부분은 고정된 제한기(25; fixed restrictor)와 밀봉용 다이어프램(26)을 구비하며, 다이어프램의 목적은 액상 매체(23)가 전면부(24)로 흘러 들어가는 것을 방지하는 것이다.

이 형태의 스트러트는 앞서 설명된 다른 것과 동일한 방식으로 배치된다. 그러나, 충돌시, 심한 부하가 범퍼(1)에 가해지면, 상기 두 부분들이 함께 밀려 액상 매체(23)가 매우 고압이 되고 밀봉용 다이어프램(26)을 파열시켜, 후면부의 매체(23)가 제한기를 통해 전면부(24)로 유동한다. 이는 제어된 제동 작용이 이루어지게 하며, 이 제동 작용은 충돌 속도에 따라 자동적으로 변한다. 속도가 높을수록, 스트러트가 겪는 저항도 커지며, 이것이 바로 추구하는 효과이다. 낮은 충돌 속도에서는, 이는 스트러트가 변형없이 차량의 전체 운동 에너지를 흡수할 수 있게 한다.

스트러트 부분(22, 24)은 정사각형, 직사각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있고, 저항을 증가시키기 위해 이중으로 될 수 있다. 이 경우, 후면부(22)만이 서로 견고하게 부착되고, 전면부(24)는 볼트(18)를 통해 연결된다.

두 실시예 모두에서, 범퍼와 스트러트는 상이한 형태의 충돌중에서 평균적인 속도로 충돌할 때 경차량(중급 차량)의 운동 에너지를 변형되면서 흡수할 수 있는 방식으로 설계된다.

도 6 및 도 7은 충돌 보호부의 보다 단순한 변형예를 도시하며, 이는 트럭과 버스에 사용하기 적합하다.

이 경우, 범퍼(1)는 이중-작동식 공기압 실린더(4; double-acting compressed air cylinder)가 배치되고, 실린더의 피스톤 로드(5)는 스트러트(17)를 작동시키고, 결과적으로 범퍼(1)를 작동시킨다. 실린더(4)에 공급되는 공기는 차량 속도계로부터의 전기 신호에 의해 제어되는 밸브(5)에 의해 제어된다. 공기압축은 차량의 통상의 공기압축 시스템으로부터 취해진다.

특정된 소정 임계 속도에서 전개(deployment)된다. 속도가 이 임계값 이하로 떨어지면, 피스톤 로드(5)는 내측으로 당겨지고, 범퍼(1)는 수축 위치로 복귀되며, 이때 차량 길이는 늘어나지 않는다.

트럭에서 전개 위치의 충돌 보호부(범퍼)의 측면도인 도 8은 범퍼에 장착된 라디에이터 그릴(27; radiator grille)과 상기 그릴의 앞에 팽창된 에어 쿠션을 또한 도시한다. 전개되지 않은 위치에서, 에어 쿠션은 범퍼(1) 내의 채널(29) 내에 설치되어 있다.

도 9는 충돌 직전에 충돌 보호부(범퍼)가 전개된 트럭과 또한 충돌 보호부가 전개된 승용차를 도시한다. 차량 간의 겹쳐지는 부분은 40%이며, 이는 우측 통행시의 정면 충돌에 대한 다수의 연구로부터 도출된 평균값이다.

Claims (7)

1. 심각한 교통사고를 방지하고 발생한 사고로 인한 부상 후유증(the injuriou consequences)을 감소시키도록 설계된 차량용 장치에 있어서,

   목적을 위해서 변형한 차량용 범용 범퍼(1)는 장애물과 충돌하기 직전에 추진용 충전물(charge;13)에 의해서 한 단부에서 전방을 향하여 돌출하고, 또한 상기 범퍼(1)는 전방 충돌시에 탑승자의 부상과 차량에 가해지는 손상을 방지하거나 감소시킬 수 있게 충분히 긴 크럼플 영역(crumple zone)을 상기 범퍼(1)와 함께 형성하는 스트러트(17)에 의해서 전개 위치(deployed position)에서 로킹되며, 또한 상기 범퍼는 단지 각 차량의 전방의 작은 부분 만이 다른 물체 즉, 도로 곁에 있는 나무, 기둥 및 유사 장애물과 충돌할 때, 차량이 옆길로 이동하도록 편향 작용(deflection action)을 제공할 수 있게 추가로 설계되고,

   추진용 충전물(13)은 연산 장치(30)를 통해서 센서(2)로부터 전류 펄스를 받는 전기 점화기(4)에 의해서 점화되고, 상기 연산 장치는 다른 위치, 예를 들어, 범퍼(1)에 또는 자동차 보호유리 안에 설치될 수 있고, 레이저, 레이더 또는 적외선 기술을 사용할 수 있는 센서는 공지된 기술에 기초하지만 특정 적용상황용으로 설계되고 차량의 선택 위치에서 설치될 수 있는 연산 장치(30)에 접속되고,

   또한, 상기 센서(2)는 주행 방향으로 장애물의 거리 및 차량의 속도를 기록하며, 거리가 어떤 제한값으로 감소하고 장애물에 대한 차량의 속도가 어떤 임계값을 초과할 때, 상기 센서(2)는 연산 장치(30)를 통해서 전기 점화기(14)와 추진용충전물(16)을 점화시키고, 범퍼의 한 단부가 추진용 충전물(13)에 의해서 발생한 가스 압력의 작용으로 주행 방향으로 전방을 향하여 돌출할 때, 가스 압력이 슬리브(16)를 작용시켜서 래치(10)를 해제시키며, 범퍼(1)는 차량 섀시의 베어링에 의해서 지지되는 수직핀(3) 주위에서 피봇되고,

   스트러트(17)의 좌측 단부는 채널(19)의 볼트(18) 운동에 의해서 전방으로 이동하여서 래치(20)에 의해서 그 자리에서 로킹되는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서(2)는 연산 장치가 다른 속도에서 제동 거리를 계산하여서, 전방으로부터 차량의 거리가 운전자 자신의 차량의 정지 거리에 접근한다면, 운전자에게 장애물로부터의 거리에 대한 경고신호를 제공하거나 운전자에게 경고할 수 있도록, 연산 장치를 통해서 차량 속도계와 상호연결되고, 경고신호는 음향 신호 및/또는 광학 신호일 수 있고, 광학 신호는 운전자의 시야의 하부 에지에서 차량 보호유리 상으로 투영될 수 있으며, 만약, 운전자가 감속하는 것을 실패한다면, 연산 장치가 속도를 허용값으로 자동으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 차량이 어떤 임계 속도에 도달할 때, 만약 좌석 벨트가 고정되지 않는다면 경고 신호가 수신되도록, 상기 경고 시스템과 좌석 벨트 경고 시스템이 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 전기 점화기의 점화신호는 충돌 보호 장치가 전개됨과 동시에 브레이크가 작동하거나 또는 충돌 보호장치가 전개되기 직전에 브레이크가 작동하도록, 브레이크 시스템에 작용하는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 차량의 라디에이터 그릴(27)은 범퍼(1)에 설치되어서 범퍼(1)가 전개(deploy)될 때, 범퍼와 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 에어 쿠션(28)이 범퍼(1)의 채널(29)에 배치되고 충돌 속도와 관련하여 즉시 범퍼(1) 상에 설치된 라디에이터 그릴(27)의 전방에서 팽창하고, 이러한 팽창 동작은 연산 장치(30)에 의해서 개시되는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 트럭과 버스에서 충돌 보호장치(1)의 전개 및 수축동작은 차량 속도가 어떤 임계값에 도달할 때, 추진용 충전물 대신에 공기압 실린더(4)에 의해서 실행되고, 솔레노이드 밸브(7)를 작동시키는 차량의 범용 속도계로부터의 전기 신호에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 장치.