접촉식 프리텐셔너 클러치의 개발과 해석에 관한 연구

Abstract

차량의 안전벨트는 여러 유형의 사고로부터 승객을 보호하는 1차적인 안전장치로서 그 중요성이 매우 높다. 하지만 착용상태에 따라 작동 초기에 안전벨트가 늘어지는 슬랙(Slack)을 가지고 있는 경우, 안전벨트와 승객 사이의 이격으로 인해 사고시 승객이 시트 아래쪽으로 쏠려 내려가는 서브마린현상(Submarine effect)이 발생하거나 복부 장기의 손상을 입는 등 예상치 못한 거동으로 인하여 상해를 입을 수 있다. 따라서 프리텐셔너는 안전벨트의 슬랙을 미리(Pre) 인장(Tensioning)하여 승객을 차량 시트에 밀착시킴으로써 상해를 최소화 시키는 역할을 한다. 이러한 프리텐셔너에서 핵심이 될 수 있는 내부의 클러치 시스템은 해외 특허를 사용하고 있어 기존의 특허를 벗어난 클러치 메커니즘이 필요하다. 프리텐셔너에서 클러치의 역할은 안전벨트 시스템과의 결합으로서 일상적인 사용환경에서는 안전벨트의 풀림/감김에는 영향을 주지 않고 충돌이나 차량의 급격한 거동시 차량이 보내는 작동신호에 의해 안전벨트의 메커니즘과 결합하여 안전벨트를 인장하게 된다. 기존 메커니즘을 회피하고 각각의 장단점을 비교하기 위해 문헌조사를 거쳐 메커니즘을 고안하고 해석을 거쳐 타당성과 신뢰성을 검토하였다. 또한 이러한 메커니즘을 동역학 모델로 구성하여 시뮬레이션을 통해 기구적 움직임을 해석하고 해석결과를 검증하였다. 검증된 동역학 모델을 바탕으로 정적 해석을 실시하였으며 정적 해석을 통해 동적 해석의 기반을 마련하며, 취약부분을 미리 파악하였다. 마지막으로 앞서 시행된 해석결과를 바탕으로 구조동역학 모델을 구성하여 최종적인 메커니즘의 타당성과 작동 신뢰성을 확보하였다. 본 연구에서 개발된 메커니즘은 상용화된 프리텐셔너의 클러치 메커니즘과 비교해 그 동작에 있어 대등한 성능을 가지면서도 다른 방식을 고안하여 특허에 유리한 점을 가지며, 그 형상에 있어서도 변경을 최소화 하여 기존의 시스템을 그대로 사용할 수 있도록 하였다. 이를 통해 차후 관련 기술 국산화와 생산비용의 최소화가 기대된다.