Seat belt (안전벨트)

가장 기본적인 형태의 안전벨트는 위 사진과 같이 Spiral spring과 seat belt webbing으로 구성되어 있다. Sprial spring은 freely rotating shaft에 연결되어 있고, shaft가 회전하면서 spring이 수축한다.

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사람이 안전벨트를 사용하지 않을 때는 스프링의 탄성에 의해서 webbing이 말려 들어간다.

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이를 통해서 간단한 3-point mechanism의 안전벨트를 만들 수 있다. 하지만 이러한 구조는 사고가 나서 몸이 앞으로 튀어나가는 경우에도 쉽게 늘어나기 때문에 안전벨트의 역할을 하지 못한다.

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해당 문제를 해결하기 위해서 retractor의 반대편에 ball과 sprocket을 shaft에 연결한다. 벨트가 당겨지거나 다시 돌아올 때 sprocket은 회전한다.

 

하지만 급감속을 하게 될 때 ball은 inertia에 의해서 안쪽으로 들어가게 되고, hinge가 움직이게 하고, locking mechanism을 유발하게 된다. 이러한 형태를 통해서 webbing이 retractor로 인해서 움직이는 것을 막을 수 있다.

하지만, 이러한 구조는 안전벨트의 역할은 잘 할 수 있지만 일반적일 때 잘 작동하는 지를 확인하기가 어렵다. 따라서 공학자들은 webbing speed를 통해서 잠기는 새로운 메커니즘을 개발한다.

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Webbing speed에 의한 잠금 메커니즘은 세 개의 component로 구현 할 수 있다. Central piece는 shaft에 고정되어 있고, internal gear는 프레임에 고정되어 있다. 그리고 다른 piece는 central piece 밑에 위치한다.

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오렌지 색으로 표시된 piece는 central piece에 tightly fitted 되어 있지 않고, 따로 움직일 수 있다.

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Central piece가 천천히 움직이는 경우에는 orange piece가 같이 움직일 수 있다.

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하지만 central piece가 빨리 움직이는 경우에는 orange piece가 이탈해서 위 사진과 같이 hinge 역할을 할 수 있다. 따라서 passenger가 앞으로 빠르게 이동할 때 안전벨트가 잠기게 되고, 언제나 쉽게 잘 작동하는 지 확인 할 수 있다.

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아직 해결할 문제가 남아있다. 만약에 안전벨트가 passenger의 움직임을 완전히 제한해버리면 가슴 부위에 매우 큰 압력이 가해지고, internal organ injury를 유발 할 수도 있다.

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이러한 문제를 해결하기 위해서 일반적인 shaft가 아닌 torsion bar를 사용한다. Torsion bar의 한쪽은 locking mechanism을 통해서 고정되어 있고, 반대쪽은 critical limit을 넘어서는 load가 작용할 때 torsion이 일어난다.

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Torsion bar의 꼬임이 모든 곳에서 일정하지 않기 때문에 torsion bar에 직접적으로 webbing을 연결할 수는 없고, 위 사진 처럼 locking이 되지 않는 쪽에 연결 되어 있는 spindle을 사용하고, 여기에 webbing을 부착한다.

따라서 torsion이 일어날 때, 전체 spindle이 torsion bar의 최대 회전 각도 만큼 회전 할 수 있게 된다.

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운전 할 때 일어나는 또 하나의 문제는 일반적으로 사람들이 모두 좌석에 밀착한 상태로 운전을 하지 않기 때문에 안전벨트의 메커니즘이 작동할 시간이 부족하게 된다.

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이러한 문제는 위 사진과 같은 piston mechanism을 통해서 pre-tensioner 역할을 할 수 있게 한다. 일반적으로 사고 전에 운전자는 브레이크를 강하게 밟는데, smart controller는 그를 통해서 사고를 예측한다.

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그러면 위 사진처럼 폭발을 일으켜서 piston을 밀어내고, 아래 사진처럼 안전벨트가 당겨지게 만든다.

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출처: https://www.youtube.com/watch?v=uRaU1HMJyCo&list=WL&index=1&t=4s&ab_channel=Lesics