KR20190070605A - Head rest system utilizing Magnetorheological elastomer(MRE) - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a headrest system for a vehicle using a magnetorheological elastomer (MRE), which comprises: a headrest including an outer cover, an inner sponge disposed in the outer cover, an MRE surrounded by the inner sponge, and a conductor disposed in the MRE; an impact sensor disposed on the front or rear side of the vehicle to detect an impact applied to the vehicle; an electronic control device receiving an impact detection signal from the impact sensor; an airbag control device receiving an operation signal from the electronic control device to operate an airbag; and a magnetic field device receiving the operation signal from the electronic control device simultaneously with the airbag control device to block the flow of a magnetic field applied to the MRE. According to the present invention, the rigidity value of the MRE of the headrest decreases upon the impact applied to the vehicle, thereby providing an advantage of maximizing shock absorption to a driver′s head.

Description

자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템{Head rest system utilizing Magnetorheological elastomer(MRE)}[0001] The present invention relates to a headrest system using a magnetorheological elastomer (MRE)

본 발명은 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템에 관한 것으로, 자기유변탄성체(MRE, Magnetorheological elastomer)의 성질을 활용하여 충격흡수 성능을 향상시킨 헤드레스트 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automobile headrest system utilizing a magnetorheological elastomer, and more particularly, to a headrest system that improves shock absorption performance by utilizing properties of a magnetorheological elastomer (MRE).

차량 내부에 승객이 착석하도록 구비되는 자동차 시트(seat)는 일반적으로 스펀지나 스프링과 같은 쿠션 부재로 내부가 채워지며 이에 의해 탄성력을 갖는다. An automobile seat, which is provided for seating passengers inside the vehicle, is generally filled with a cushion member such as a sponge or a spring, thereby having an elastic force.

시트의 일부인 헤드레스트의 내부도 쿠션 부재로만 이루어져 있는 경우가 대부분이다. Most of the inside of the headrest, which is a part of the seat, is made only of a cushion member.

헤드레스트는 추돌 사고시 승객의 목뼈로부터 척추를 보호하는 역할을 하기 때문에 충격 흡수 성능이 매우 중요한 구성이며, 성능의 중요성이 대두됨에 따라 헤드레스트의 탑승자 보호 성능 개선은 계속하여 요구되는 실정이다. Since the headrest protects the vertebrae from the throat of a passenger in the event of a collision, the shock absorption performance is a very important constituent. As the importance of the performance becomes important, the improvement of the occupant protection performance of the headrest is continuously required.

이러한 요구에 의해 차량 탑승자의 머리 부분에 에어백을 설치하여 운전자와 승객의 편안함을 높이며 사고 발생시에는 목 보호 성능을 향상시킬 수 있는 헤드레스트 에어백 기술이 제안된 바 있으며, 헤드레스트 내부에 작은 로드들을 설치하여 헤드레스트의 가운데 부분이 함몰될 수 있도록 하여 사고 발생시 충격 흡수 성능을 향상시킨 기술 또한 제안되었다. A headrest airbag technology has been proposed in which an airbag is installed in a head portion of a vehicle occupant to increase the comfort of the driver and passengers and to improve neck protection performance in case of an accident, So that the center portion of the headrest can be depressed, thereby improving the shock absorption performance in the event of an accident.

이와 같이 자동차 탑승자의 안전성을 보장할 수 있는 헤드레스트의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.As described above, studies on headrests capable of ensuring the safety of passengers in the automobile are actively conducted.

한편, 자기유변탄성체(Magneto-reological elastomer)는 천연 고무, 실리콘 고무와 같은 폴리머 재료 안에 가령 철 입자와 같은 자기력에 의해 극성을 이룰 수 있는 입자들을 첨가한 지능 재료로서, 외부 자기장의 영향으로 본래 가지고 있던 강성과 감쇠 성질이 변화되는 특징이 있다.On the other hand, Magneto-Rheological elastomer is an intelligent material in which polymer particles such as iron particles can be polarized by magnetic force in a polymer material such as natural rubber or silicone rubber, There is a characteristic that the stiffness and damping properties were changed.

구체적으로 자기유변탄성체에 자기장이 가해지면 내부의 자기 입자들은 방향성을 가지게 되며 이에 의해 높은 강성 값을 갖게 되고, 자기장이 제거되면 자기 입자들이 자유 거동을 하여 낮은 강성을 띠는 형태로 재료 전체의 물성 값이 변화된다. Specifically, when a magnetic field is applied to a magnetorheological elastomer, the internal magnetic particles have a directionality, which results in a high stiffness value. When the magnetic field is removed, the magnetic particles undergo a free behavior and have a low stiffness. The value is changed.

도 1을 참조하면, 자기유변탄성체에 지지되어 있는 물체에 충격이 가해졌을 대 물체에 나타나는 가속도의 변화량이 도시된다. Referring to FIG. 1, the amount of change in acceleration that appears in an object when an impact is applied to an object supported by the magnetorheic elastomer is shown.

가속도의 변화량이 크다는 것은 자기유변탄성체가 흡수하는 충격력이 작아 물체가 받는 충격력이 크다는 것을 의미하는데, 도 1의 그래프는 자기장의 세기가 커질수록 강성이 커져 자기유변탄성체의 충격흡수력이 낮고 자기장의 세기가 약할수록 자기유변탄성체의 강성이 작아져 충격흡수력이 큰 것을 보여준다.1 shows that the stiffness increases as the magnetic field intensity increases, so that the impact absorbing force of the magnetorheological elastomer is lower and the strength of the magnetic field is lowered. The rigidity of the magnetorheological elastomer becomes smaller and the shock absorbing force becomes larger.

이러한 자기유변탄성체의 성질은 충격 흡수와 진동완화의 역할을 위해 사용될 수 있다. The properties of these magnetorheological elastomers can be used for the role of shock absorption and vibration damping.

따라서, 본 발명은 추돌 사고 시 탑승자의 목 부분의 보호 효과를 극대화 시키기 위해 자기유변탄성체를 헤드레스트 내부에 적용하고자 한다.Therefore, in order to maximize the protection effect of the neck part of a passenger in a collision accident, the present invention intends to apply the magnetorheic elastomer to the inside of the headrest.

한국공개실용신안 제1998-053254호(1998.10.07)Korean Public Utility Model No. 1998-053254 (1998.10.07)

본 발명의 목적은 자기유변탄성체의 성질을 이용해 헤드레스트의 충격 흡수 성능을 향상시킴으로써 차량 탑승자의 목뼈 내지 척추를 보호할 수 있는 헤드레스트를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a headrest capable of protecting the neck or vertebrae of a vehicle occupant by improving the shock absorbing performance of the headrest using the properties of the magnetorheic elastomer.

본 발명의 다른 목적은 정상적인 차량의 주행 시 자기장의 세기를 운전자가 능동 조절함으로써 각 사용자에게 적절한 헤드레스트의 쿠션감을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cushioning feeling of a headrest suitable for each user by actively adjusting the strength of a magnetic field when the vehicle is running.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부를 둘러싸는 외피, 상기 외피 내측의 내부 스펀지, 상기 내부 스펀지로 둘러싸여 있는 자기유변탄성체, 상기 자기유변탄성체의 내부에 구비되는 도체를 포함하는 헤드레스트; 차량의 충돌을 감지하도록 차량의 전방 또는 후방에 구비된 충격센서; 상기 충격센서의 충돌신호가 전달되는 전자제어장치; 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 에어백을 작동시키는 에어백 제어장치; 상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 상기 자기유변탄성체에 인가되는 자기장의 흐름을 중단시키는 자기장 제어장치;로 이루어 진 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템을 제공한다.In order to attain the above object, the present invention provides a headrest comprising: an outer envelope; an inner sponge inside the envelope; a magnetorheic elastomer surrounded by the inner sponge; and a conductor provided inside the magnetorheic elastomer; An impact sensor provided at the front or rear of the vehicle to detect a collision of the vehicle; An electronic control device to which a collision signal of the impact sensor is transmitted; An airbag control device that receives an operation signal from the electronic control device and operates the airbag; And a magnetic field control device which receives an operation signal from the electronic control device and stops the flow of a magnetic field applied to the magnetorheological elastomer.

이때, 상기 자기유변탄성체는 실리콘 기반인 것을 특징으로 한다.At this time, the magnetorheic elastomer is silicon-based.

또한, 상기 자기유변탄성체는 정상적인 주행 시 운전자에 의해 강성 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.The automotive headrest system using the magnetorheic elastomer is characterized in that the magnetorheological elastomer is capable of being controlled in rigidity by a driver during normal driving.

또한, 상기 전자제어장치는 에어백 제어장치와 자기장 제어장치로 동시에 동작신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.Further, the electronic control device transmits the operation signal to the airbag control device and the magnetic field control device at the same time.

본 발명은 차량의 충돌시 헤드레스트 내 자기유변탄성체의 강성 값을 감소시켜 운전자 머리의 충격흡수를 극대화 시킬 수 있는 장점이 있다.The present invention has the advantage of minimizing the rigidity value of the magnetostrictive elastomer in the headrest when the vehicle is impacted, thereby maximizing the shock absorption of the driver's head.

또한, 본 발명은 차량의 주행 중에 자기장의 세기를 운전자가 능동 조절할 수 있어 헤드레스트의 쿠션감을 향상시키는 장점이 있다.In addition, the present invention is advantageous in that the driver can actively control the intensity of the magnetic field while the vehicle is running, thereby improving the cushioning feeling of the headrest.

도 1는 자기장 세기에 따른 자기유변탄성체의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 헤드레스트를 장착시킨 자동차 시트의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 헤드레스트의 자기장 유무에 따른 자기유변탄성체의 강성 변화를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 헤드레스트의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 헤드레스트가 주행 중 자기장의 영향을 받고있는 상태를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 헤드레스트의 추돌 사고 시 변형 모습을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 헤드레스트의 작동 알고리즘이다. 1 is a graph showing the performance of a magnetorheic elastomer according to magnetic field strength.
2 is a perspective view of a car seat to which a headrest according to the present invention is attached.
3 is a cross-sectional view showing a change in stiffness of a magnetorheological elastomer according to the presence or absence of a magnetic field of a headrest according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a headrest according to the present invention.
5 is a schematic view showing a state in which a headrest according to the present invention is affected by a magnetic field during running.
6 is a schematic view showing a modification of a headrest collision according to the present invention.
7 is an operation algorithm of the headrest according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 헤드레스트를 장착시킨 자동차 시트의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 헤드레스트의 자기장 유무에 따른 자기유변탄성체의 강성 변화를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 헤드레스트의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 헤드레스트가 주행 중 자기장의 영향을 받고 있는 상태를 도시한 개략도이다. FIG. 2 is a perspective view of an automobile seat with a headrest according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view showing a change in rigidity of a magnetorheological elastomer with and without a magnetic field of the headrest according to the present invention. 4 is a cross-sectional view of a headrest according to the present invention, and FIG. 5 is a schematic view showing a state in which a headrest according to the present invention is affected by a magnetic field during running.

도 2 및 5를 참조하면, 본 발명에 따르는 헤드레스트(1)는 외피(11), 내부 스펀지(12), 자기유변탄성체(13), 및 자기장 발생을 위한 도체(14)로 이루어지며, 지지봉(16)에 의해 차량 의자의 등받이(2)와 연결된다.2 and 5, a headrest 1 according to the present invention comprises a shell 11, an inner sponge 12, a magnetostrictive elastic body 13, and a conductor 14 for generating a magnetic field, And is connected to the backrest 2 of the vehicle chair by the seat back 16.

구체적으로, 본 발명에 따른 헤드레스트(1)의 외부는 외피(11)에 의해 둘러싸이고, 외피(11)의 내측에는 내부 스펀지(12)가 구비된다. Specifically, the outside of the headrest 1 according to the present invention is surrounded by a shell 11, and an inner sponge 12 is provided inside the shell 11.

헤드레스트(1)의 중심부에는 자기유변탄성체(13)(MRE, Magnetorheological elastomer)가 삽입되며, 자기유변탄성체(13)는 내부 스펀지(12)에 의해 감싸진다.A magnetorheological elastomer (MRE) 13 is inserted in the center of the headrest 1, and the magnetorheological elastomer 13 is wrapped by the inner sponge 12.

본 발명의 헤드레스트 내부에 삽입된 자기유변탄성체(13)는 실리콘을 매트릭스 기반으로 하여 제작된 것이 바람직하다. It is preferable that the magnetorheic elastomer 13 inserted into the headrest of the present invention is made of silicon based on a matrix.

실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)는 내부에 도체(14)가 구비된다. 도체(14)는 자기유변탄성체(13)에 자기장을 가하기 위한 구성으로, 헤드레스트(1)와 등받이(2)를 연결하는 지지봉(16)을 통해 투입된다. The silicon-based magnetorheic elastic body 13 is provided with a conductor 14 therein. The conductor 14 is inserted through a support rod 16 connecting the headrest 1 and the back 2 in a configuration for applying a magnetic field to the magnetostrictive elastic body 13. [

상기 도체(14)는 자기장의 유무를 제어하는 구성인 전자제어장치(ECU, electronic control unit)에 의해 자기유변탄성체(13)에 자기장을 인가한다.The conductor 14 applies a magnetic field to the magnetorheic elastomer 13 by an electronic control unit (ECU) which controls the presence or absence of a magnetic field.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 운전자에 의해 자기유변탄성체(13)의 강성을 능동적으로 조절할 수 있다. The headrest 1 constructed as described above can actively control the rigidity of the magnetorheic elastomer 13 by the driver.

정상적인 차량의 주행 시 과도한 쿠션감을 갖는 헤드레스트(1)는 운전자에게 피로감을 느끼게 할 수 있으므로 실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)는 적절한 강성값을 지닐 필요가 있다.Since the headrest 1 having excessive cushioning feeling during driving of a normal vehicle can make the driver feel fatigued, the silicon-based magnetorheological elastomer 13 needs to have an appropriate stiffness value.

따라서, 본 발명의 자기유변탄성체(13)는 운전자에 의해 능동적으로 강성을 조절될 수 있도록 구성된다.Accordingly, the magnetorheic elastomer 13 of the present invention is configured so that the rigidity can be actively controlled by the driver.

도 5를 참조하면, 헤드레스트(1) 내의 자기유변탄성체(13)에 전달되는 자기장의 흐름(15)이 도시된다.Referring to Fig. 5, a flow 15 of a magnetic field transmitted to the magnetorheic elastomer 13 in the headrest 1 is shown.

이와 같이 자기유변탄성체(13)는 차량의 주행 시 자기장을 인가받아 높은 강성 값을 가지므로 헤드레스트(1)는 내부 스펀지(12)에 의한 쿠션 기능만을 유지시킨다. Since the magnetorheological elastomer 13 is applied with a magnetic field during traveling of the vehicle and has a high rigidity value, the headrest 1 maintains only the cushion function of the inner sponge 12.

따라서 본 발명은 운전자에게 주행 중 헤드레스트(1)에 대한 적절한 쿠션감을 제공할 수 있는 효과가 있다. Therefore, the present invention has an effect of providing the driver with a proper cushioning feeling for the headrest 1 while driving.

이제, 도 6 및 7을 참조하여 사고 발생시 본 발명의 동작에 대해 설명한다.The operation of the present invention will now be described with reference to Figs. 6 and 7 in the event of an accident.

도 6은 본 발명에 따른 헤드레스트의 추돌 사고 시 변형 모습을 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명에 다른 헤드레스트의 작동 알고리즘이다. FIG. 6 is a schematic view showing a modified state of a headrest collision according to the present invention, and FIG. 7 is an operation algorithm of a headrest according to the present invention.

본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 차량의 충돌 발생시, 자기유변탄성체(13)의 강성값을 낮추기 위해 자기장의 흐름을 순간적으로 중단시킨다. The headrest 1 according to the present invention instantaneously stops the flow of the magnetic field to lower the rigidity value of the magnetorheic elastomer 13 when a collision of the vehicle occurs.

구체적으로, 차량에 충돌이 발생하면 전방 및 후방에 구비된 충격센서를 통해 사고가 감지된다. 차량의 충돌을 감지한 충격센서는 전자제어장치(ECU)로 충돌 감지 신호를 전달한다.Specifically, when a collision occurs in the vehicle, an accident is detected through the impact sensors provided at the front and rear. The impact sensor that senses the collision of the vehicle transmits the collision detection signal to the electronic control unit (ECU).

충돌 감지 신호를 전달받은 전자제어장치는 에어백장치(ACU, safing sensor)와 자기장 제어장치에 동시에 동작신호를 전달한다. 이에 의해 에어백이 작동되고 동시에 헤드레스트(1)의 자기유변탄성체(13)로의 자기장의 흐름이 중단된다. The electronic control device which receives the collision detection signal simultaneously transmits an operation signal to an airbag device (ACU) and a magnetic field control device. Whereby the air bag is operated and at the same time the flow of the magnetic field to the magnetostrictive elastic body 13 of the headrest 1 is stopped.

이와 같이 자기장의 흐름이 컨트롤 됨에 따라 탑승자에게 전달되는 충격력을 최대한으로 흡수한다. As the flow of the magnetic field is controlled as described above, the impact force transmitted to the occupant is absorbed to the maximum extent.

일반적인 경우라면 운전자의 두부는 헤드레스트에 부딪힌 후 다시 강하게 앞으로 튕겨 나가겠지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 기반의 자기유변탄성체(13)가 구비된 본 발명의 헤드레스트(1)는 탑승자 두부로부터의 충격을 최대한으로 흡수한다. The headrest 1 of the present invention provided with the silicone-based magnetorheic elastomer 13, as shown in FIG. 6, is mounted on the head of the occupant, Thereby absorbing the impact from the shock absorber 100 as much as possible.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 헤드레스트(1)는 운전자가 자기유변탄성체(13)의 강성을 능동적으로 조절할 수 있어 최적의 쿠션감을 제공할 수 있다.As described above, the headrest 1 according to the present invention can actively adjust the rigidity of the magnetorheic elastomer 13 by the driver, thereby providing an optimal cushioning feeling.

또한, 사고 발생 시 자기장의 흐름을 끊음으로써 높은 탄성력을 제공하여 충격 흡수력을 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, when an accident occurs, the flow of the magnetic field is interrupted to provide a high elastic force, thereby increasing the shock absorption capability.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be construed according to the claims. It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

1 : 헤드레스트 2 : 등받이
3 : 착석부 11 : 외피
12 : 내부 스펀지 13 : 자기유변탄성체
14 : 자기장 15 : 자기장의 흐름
20 : 전자제어장치1: Headrest 2: Backrest
3: seating part 11: sheath
12: inner sponge 13: magnetorheological elastomer
14: magnetic field 15: magnetic field flow
20: Electronic control device

Claims (4)

외부를 둘러싸는 외피, 상기 외피 내측의 내부 스펀지, 상기 내부 스펀지로 둘러싸여 있는 자기유변탄성체, 상기 자기유변탄성체의 내부에 구비되는 도체를 포함하는 헤드레스트;
차량의 충돌을 감지하도록 차량의 전방 또는 후방에 구비된 충격센서;
상기 충격센서로부터 충돌 감지 신호가 전달되는 전자제어장치;
상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 에어백을 작동시키는 에어백 제어장치;
상기 전자제어장치로부터 동작신호를 전달받아 상기 자기유변탄성체에 인가되는 자기장의 흐름을 중단시키는 자기장 제어장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.
A head rest including an outer envelope, an inner sponge inside the envelope, a magnetorheic elastomer surrounded by the inner sponge, and a conductor provided inside the magnetorheic elastomer;
An impact sensor provided at the front or rear of the vehicle to detect a collision of the vehicle;
An electronic control device to which a collision detection signal is transmitted from the impact sensor;
An airbag control device that receives an operation signal from the electronic control device and operates the airbag;
And a magnetic field control device which receives an operation signal from the electronic control device and stops the flow of a magnetic field applied to the magnetorheological elastomer.
제1항에 있어서,
상기 자기유변탄성체는 실리콘 기반인 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the magnetorheic elastomer is silicon-based. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 자기유변탄성체는 정상적인 주행 시 운전자에 의해 강성 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein said magnetorheological elastomer is capable of being controlled in rigidity by a driver during normal driving.
제1항에 있어서,
상기 전자제어장치는 에어백 제어장치와 자기장 제어장치로 동시에 동작신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 자기유변탄성체를 활용한 자동차 헤드레스트 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the electronic control device simultaneously transmits an operation signal to the air bag control device and the magnetic field control device.
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