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KR100790579B1 - 차량 좌석용 하중 변환기 - Google Patents

차량 좌석용 하중 변환기 Download PDF

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KR100790579B1
KR100790579B1 KR1020037000928A KR20037000928A KR100790579B1 KR 100790579 B1 KR100790579 B1 KR 100790579B1 KR 1020037000928 A KR1020037000928 A KR 1020037000928A KR 20037000928 A KR20037000928 A KR 20037000928A KR 100790579 B1 KR100790579 B1 KR 100790579B1
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골라로타르
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지더블유티 글로벌 웨잉 테크놀러지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 차량 좌석에 연결되는 하중 도입 부재(4), 장착부에 연결된 하중 전달 부재(7) 및 하중 도입부재와 하중 전달 부재 사이에 배치되는 연장 부재(5)로 구성되는 차량 좌석 장착부로의 도입 무게 감지용 하중 변환기(2)에 관한 것이다. 상기 하중 부재 또는 상기 하중 전달 부재(7)는 무게의 유효 방향과 평행하게 형성된 평면에서 연장 부재(5)를 에워싸고, 하중에 평행한 전단력을 감지하는 적어도 하나의 선 변형 게이지(9)가 상기 연장 부재(5)에 배치된다는 점에서, 상기 하중 변환기(2)는 다른 힘들의 영향을 받지 않고 차량 좌석의 장착부 내로 도입된 하중을 정확하게 측정할 수 있다.

Description

차량 좌석용 하중 변환기{FORCE TRANSDUCER FOR A VEHICLE SEAT}
본 발명은, 차량 좌석에 연결되는 하중 도입 부재, 장착부에 연결된 하중 전달 부재 및 하중 도입부재와 하중 전달 부재 사이에 배치되는 연장 부재로 구성되는 차량 좌석 장착부로의 도입 무게 감지용 하중 변환기에 관한 것이다.
차량의 어떤 좌석에 사람이 앉아 있는지 또는 좌석이 비어 있는지를 결정하는 데에 이러한 형태의 하중 변환기가 사용된다. 예를 들면, 좌석이 비어 있어 에어백이 작동하지 않아야 할 경우에는, 이러한 하중 변환기가 필요하다. 또한, 자리를 차지하고 있는 사람의 무게와 그에 따른 크기를 결정하기 위하여 하중 변환기의 용도가 증가하고 있다. 다양한 부피로 팽창할 수 있는 에어백이라면, 차량 좌석에 앉아 있는 보호되어야 할 사람에 관한 이러한 정보는, 사고 발생 시에 그 사람의 크기에 적합한 부피로 에어백을 팽창시켜 그 사람을 최적의 상태로 보호하기 위하여 사용된다. 또한, 승객석에 어린이 안전 좌석이 설치되었을 경우에는 에어백이 팽창하지 않도록 하기 위하여 이러한 형태의 하중 변환기를 사용할 수도 있다. 에어백이 팽창하면 어린이 안전 좌석에 앉아 있는 유아는 중상을 입는 것으로 입증되었기 때문에, 이러한 정보는 특히 유용하다.
차량 좌석용 하중 변환기는, 예를 들면 독일 특허 공개 199 25 877 Al 호에 공지되어 있다. 이 특허에 개시된 하중 변환기는 하중 도입 부재를 포함하며, 상기 하중 도입 부재는 차량에 연결되고 수평으로 배열된 판형 연장 부재의 양단부로 도입된 하중을 전달한다. 하중 변환기는 전달 부재를 또한 포함하며, 상기 하중 전달 부재는 연장 부재에 동심원적으로 연결되고 연장 부재에 의해 차량 좌석의 장착부로 하중을 전달한다. 하중 도입에 의해 발생하는 연장 부재의 수직 굽힘을 감지할 수 있는 선 변형 게이지(wire strain gauge)는 연장 부재의 상측 수평면에 배치된다.
이 하중 변환기의 단점은, 연장 부재에 대한 하중 도입 부재의 배열이 하중 도입 부재로 도입되는 무게와 관련된 하중 이외의 힘, 즉 측면에 작용하는 힘을 발생시킬 수 있다는 점이며, 이 힘은 연장 부재로 전달되어 선 변형 게이지에 의하여 감지된다. 이 경우에, 연장 부재는 무게뿐만 아니라 여분의 하중을 받게 되어, 선 변형 게이지는 이 조합된 하중을 감지한다. 이로 인하여, 좌석에 똑바로 앉지 않는 경우, 차량이 가속/감속되는 경우 및 무게 방향과는 다른 방향으로 차량 좌석의 장착부에 그 밖의 힘이 작용하는 경우에, 이러한 형태의 하중 변환기로는 정확하지 않은 측정값이 얻어지게 된다. 이러한 형태의 하중 변환기는 차량 좌석과 장착부 사이의 연결부 강성에도 영향을 미치므로, 승객은 차량 좌석이 장착부 내로 느슨하게 또는 푹 꺼지는 듯이 안내된다는 느낌을 갖는다는 것이 판명되었다.
결과적으로, 승객은 차량의 운동을 간접적으로 느끼거나 부분적으로 부정확하게 느끼게 되는데, 이는 승객에게는 짜증스러운 느낌이다.
이러한 상황에 근거하여, 다른 힘들의 영향을 받지 않고 차량 좌석의 장착부로 도입된 하중을 정확하게 측정할 수 있는 서두에 개시한 형태의 차량 좌석용 하중 변환기를 개발하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한, 이러한 하중 변환기는 간단하면서도 소형이어야 한다.
하중 도입 부재 또는 하중 전달 부재가 하중과 평행하게 형성된 면을 구비하는 연장 부재를 에워싸고, 하중에 평행한 전단력을 감지하기 위한 적어도 하나의 선 변형 게이지가 연장 부재에 배치되는 서두에 개시한 형태의 하중 변환기에 의해 전술한 목적이 달성된다.
하중 도입 부재 또는 하중 전달 부재가 하중과 평행하게 형성된 면을 구비하는 연장 부재를 에워싸므로, 연장 부재를 그 안에 고정시킬 수 있고, 따라서 하중이 연장 부재로 도입되는 지점과 하중이 연장 부재에 의해 전달되는 지점은 본질적으로 도입된 하중 방향으로 서로 평행하게 움직일 수 있을 뿐이다. 하중과 평행한 전단력을 감지하는 선 변형 게이지를 적절히 정렬시키면, 차량 좌석의 하중을 적절히 측정할 수 있다. 연장 부재의 약간의 전단으로도 무게 방향으로 연장 부재의 하중을 신뢰성 있게 충분히 측정할 수 있다. 신뢰성 있는 측정 결과를 얻기 위하여 연장 부재의 최소의 전단만이 필요하므로, 연장 부재를 강성체로 설계할 수 있고, 따라서 변환기 전체와 장착부의 차량 좌석 안내부의 강성을 높일 수 있다. 이로 인하여, 승객은 차량 운동의 어떠한 변화라도 직접 감지하게 된다.
하중 도입 부재 또는 하중 전달 부재가 연장 부재를 에워싸는 위치에서의 하중 도입 부재 또는 하중 전달 부재의 배치로 인하여, 하중 변환기를 비교적 짧은 형상으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 하중 도입 부재 또는 하중 전달 부재는 연장 부재를 에워싸는 하우징의 형태로 이루어질 수 있으며, 하우징은 연장 부재의 한쪽 단부에 연결될 수 있다. 이 경우에, 하중은 단부에서 연장 부재로 도입되고 연장 부재에 의해 전달된다.
좁은 주변 간극이 적어도 한 위치에서 형성되도록 이러한 형태의 하우징이 연장 부재를 에워싸면, 이러한 설계로 인하여 하중 변환기에 과도한 하중이 걸리는 것을 동시에 방지할 수 있다. 하중 변환기가 그러한 과도한 하중을 받게 되어 하우징에 연결되지 않은 연장 부재의 단부에 대하여 하우징이 부분적으로 연장 부재 위에 놓일 정도로 이동하면, 하우징과 연장 부재 사이의 하중이 이 위치에서 직접 연장 부재로 도입되고 연장 부재에 의해 전달된다. 이 경우에, 연장 부재가 더 이상 늘어나지 않게 된다. 좁은 간극의 크기가 과하중이 유효해지는 시점, 즉 그 하중에서 연장 부재가 더 이상 늘어나지 않는 시점을 규정한다.
좁은 주변 간극을 막으로 덮으면, 하중 변환기의 정밀도를 손상시킬 수도 있는 먼지 입자들로부터 하중 변환기를 보호할 수 있다.
하중과 평행한 전단력을 감지함으로써, 하중에 수직으로 작용하면서 연장 부재로 동시에 도입될 수도 있는 하중을 배제할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 측정으로 인하여, 본 발명에 의한 하중 변환기는 차량 좌석 장착부로 도입된 하중만을 확실히 감지한다. 즉, 운동 방향의 변경, 차량의 가속 또는 감속으로 인한 그 밖의 발생할 수 있는 하중들은 감지하지 않는다.
하중의 유효 방향과 평행하게 형성된 연장 부재의 표면에 두 개의 선 변형 게이지 각각을 연장 부재의 종축에 대해 동일한 각도로 대향하도록 배치함으로써, 측면에 작용하는 힘의 영향을 받지 않으면서 무게와 평행한 전단력을 감지하여 차량 좌석의 장착부로 도입된 하중을 감지하는 것이 바람직하다. 이렇게 배치한 두 개의 선 변형 게이지는 무게에 대해 측면에서 작용하는 힘에 의해 발생하는 연장 부재의 변형을 감지하고, 측정 신호들 사이의 차이에 의하여 측정 신호들을 평가하는 다음 단계에서 상기 변형을 간단히 배제할 수 있다.
또 다른 방법으로서, 하중의 유효 방향과 평행하게 형성된 연장 부재의 반대면 상에 연장 부재의 종축에 대해 같은 각도를 갖는 두 개의 선 변형 게이지 각각을 대향하도록 배치하는 방법도 생각할 수 있다. 최적의 측정 신호를 얻기 위해서는, 이 네 개의 선 변형 게이지들을 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 회로로 연결하는 것이 바람직하다. 측정 신호의 품질이 높을 필요가 없다면, 네 개의 선 변형 게이지 중의 세 개를 그러한 브리지 회로 내의 고정 저항기로 대체할 수도 있다.
특히 높은 강도의 측정 신호를 얻기 위해서는, 선 변형 게이지를 배치하는 위치에서 연장 부재의 단면적을 감소시키는 것이 실용적이다.
하중의 유효 방향과 본질적으로 평행한 축을 갖는 제 1 리세스(recess)를 구비한 연장 부재를 사용하여 단면을 감소시키면, 고감도, 즉 고강도 신호를 얻을 수 있다. 선 변형 게이지의 영역 내의 그러한 리세스의 배열로 인하여, 연장 부재는 이 영역에서 보다 심하게 변형되고 따라서 고감도를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 하중 변환기에서는, 제 1 리세스의 축과 수직이고 연장 부재 의 종축과 평행한 축을 가지면서 제 1 리세스를 관통하는 제 2 리세스를 연장 부재에 형성시켜, 하중 변환기 내부로 선 변형 게이지를 연결하는 데 필요한 전선용 안내구(lead-through)를 구현하는 것이 바람직하다.
이러한 방법으로, 연장 부재를 통하여 선 변형 게이지까지 전선을 설치할 수 있다.
연장 부재가 적어도 부분적으로 모서리가 있는 단면을 갖는다면, 연장 부재의 표면에 위치하는 선 변형 게이지를 평면 표면에 배치할 수 있다.
연장 부재가 다른 윤곽들 위로 돌출된 평면 표면을 갖추고 있어 선 변형 게이지를 부착할 수 있다면, 연장 부재 상의 선 변형 게이지의 배열을 더욱 단순화할 수 있다. 특히 이러한 변형 실시예에서는, 박층 기술(thin-layer technique)에 의해 선 변형 게이지를 간단히 부착할 수 있다.
본 발명에 의한 하중 변환기를 구현하고 더욱 발전시키기 위하여 다양한 선택 사항들을 고려할 수 있다. 이러한 점에 대해서는, 도면과 관련한 실시예에 대한 아래의 설명뿐만 아니라 청구항 1에 종속된 청구항들을 참조한다.
도 1은 차량 좌석의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 1 실시예의 부분 단면 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 2 실시예의 부분 단면 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 3 실시예의 부분 단면 사시도.
도 5a와 도 5b는 각각 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 4 실시예의 단면도 및 사시도.
도 6a와 도 6b는 각각 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 5 실시예의 사시도 및 부분 절단 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 하중 변환기의 제 6 실시예의 사시도.
도 1은 차량 좌석(F)의 네 개의 장착 웹(1) 중에서 두 개를 나타낸다. 장착 웹(1)의 상단부들은 차량 좌석(F)의 프레임에 연결되고, 하단부들은 하중 변환기 하나씩에 연결된다. 하중 변환기(2)는 차량 좌석(F)의 안내 레일에 연결된 장착 프레임(3)에 또한 연결된다.
도 2는 본 발명에 의한 하중 변환기(2)의 제 1 실시예의 형상을 나타낸다. 이 하중 변환기는, 원통 하우징의 형태로 이루어지고 외측 나사산에 의해 장착 웹(1)(미도시)에 연결되는 하중 도입 부재(4)를 포함한다. 하중 변환기(2)는, 하중 도입 부재(4) 내부 중앙에 배치되고 한 쪽 단부(6)가 하중 도입 부재(4)에 용접된 연장 부재(5)를 또한 포함한다. 연장 부재(5)의 상기 단부(6)의 반대쪽 단부는 연장 부재와 일체형을 이룰 수도 있는 나사산 볼트의 형태로 하중 전달 부재(7)에 연결되며, 하중 전달 부재는 장착 프레임(3)에 연결되어 고정된다. 원통형 연장 부재(5)는, 하중의 유효 방향과 평행하고 박층 기술에 의해 선 변형 게이지가 부착되거나 접합되는 표면(8)을 구비하며, 선 변형 게이지들은 각각 연장 부재의 종축에 대하여 45도의 각도로 대향하도록 배치된다.
선 변형 게이지가 부착되는 유사한 표면이 연장 부재(5)의 종축에 대하여 연 장 부재(5)의 반대측에 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 사용되는 네 개의 선 변형 게이지는, 측정 신호의 품질을 높이기 위하여 휘트스톤 브리지 회로의 형태로 연결될 수도 있다.
단부(6)의 반대쪽 단부에는, 즉 연장 부재(5)의 반경이 큰 부분과 하중 도입 부재(4) 사이에는 좁은 간극(10)이 형성된다.
미도시의 차량 좌석이 하중을 받으면, 무게가 장착 웹(1)으로 도입되고, 이 장착 웹(1)에 의해 하중 도입 부재(4)로 전달된다. 하중 도입 부재(4)는 연장 부재(5)와 고정되어 연결되어 있기 때문에, 이 힘은 하중 도입 부재(4)의 단부(6)에서 연장 부재(5)로 전달되고, 따라서 연장 부재는 하중 전달 부재(7)에 의하여 장착 프레임(3) 내에 단단히 고정된 단부와 상대적으로, 즉 하중의 유효 방향과 평행하게 이동한다. 이로 인하여 연장 부재(5)에는 선 변형 게이지(9)가 감지할 수 있는 특정된 전단이 발생한다.
하중에 대해 직각으로 작용하는 다른 힘들이 장착 웹(1)으로 그리고 결과적으로는 하중 도입 부재(4)로 전달되더라도, 이러한 힘들은 선 변형 게이지(9)의 평면에 수직으로 놓인 방향으로 연장 부재(5)의 전단을 일으킨다. 선 변형 게이지(9)들은 이러한 전단을 감지하고, 선 변형 게이지 각각의 측정 신호들 사이의 차이에 의하여 측정 결과로부터 이러한 전단이 제거된다.
간격(10)은 하중 변환기(2)의 과하중을 효과적으로 확실히 방지한다. 하중을 받는 하중 도입 부재(4)와 연장 부재(5)가 서로 간의 상대적인 운동을 하여 하중 도입 부재(4)의 단부(6) 반대측에 위치하는 단부가 연장 부재(5)에 접촉하게 되는 과도한 하중이 연장 부재 단부(6)에 작용하게 되면, 연장 부재(5)의 접촉된 단부에 의하여 하중이 하중 도입 부재(4)에서 하중 전달 부재(7)로 직접 전달되므로, 연장 부재(5)는 더 이상의 전단력을 받을 수 없다.
하중 도입 부재가 연장 부재의 하우징을 형성하고 하중 전달 부재가 상술한 바와 같이 장착 프레임(3)에 연결되는 볼트를 형성하든지, 또는 하중이 핀을 통해 도입되고 하우징에 의해 장착 프레임(3)으로 전달되든지 간에, 그러한 것들은 하중 변환기(2)의 기능에 있어서는 중요한 사항은 아니다.
도 3에 도시한 실시예에서, 측정 부재(11)의 형태로 이루어진 연장 부재의 영역은, 측정 부재(11)가 보다 심하게 변형될 수 있고 따라서 표면(8)에 배치된 선 변형 게이지(미도시)의 고감도 측정을 가능하도록 하는 제 1 리세스(12)를 포함한다.
도 3에 도시한 본 발명에 의한 하중 변환기(2)의 제 2 실시예는, 다른 윤곽들보다 돌출하고 선 변형 게이지(도 3에 미도시)를 부착하는 곳으로서의 역할을 하는 평면 표면(8)을 구비하는 연장 부재(5)를 또한 포함한다. 제 2 실시예에 의한 표면(8)은 연장 부재(5)의 다른 윤곽들보다 돌출되어 있기 때문에, 박층 기술에 의해 선 변형 게이지를 표면(8)에 쉽게 부착할 수 있다.
도 4에 도시한 제 3 실시예에서, 리세스(12)는 개구부 형태로 이루어져 보다 감도를 증가시킬 수 있다. 이 경우에, 잔존 재료의 단면은 측면 방향으로의 안정성에 과다한 영향을 미치지 않는 상태로 감소한다.
도 5에 도시한 제 4 실시예는, 본질적으로 연장 부재(5)의 종방향으로 축이 놓이고 제 1 리세스(12)의 축과는 수직인 제 2 리세스(13)를 포함하며, 상기 제 2 리세스(13)는 연장 부재 내의 제 1 리세스를 관통한다. 상기 제 2 리세스(13)는 선 변형 게이지(도 5에 미도시)를 연결하는 데 필요한 전선을 설치하는 것을 용이하게 해 준다.
도 6에 도시한 본 발명에 의한 하중 변환기(2)의 제 5 실시예에서, 먼지 입자가 하중 변환기(2) 내로 들어오는 것을 방지하기 위하여, 도 6b에 도시한 고리형 간극(10)은 막(14)으로 덮여 있다. 막(14)이 금속 막의 형태로 이루어지면, 특히 효과적으로 하중 변환기(2)를 보호할 수 있다. 이 경우에, 금속 막(14)은 하중 도입 부재(4)와 하중 전달 부재(7) 사이에 용접된다.
도 2 내지 도 6에 도시한 실시예들에 대한 대안으로서, 도 7에 도시한 본 발명에 의한 하중 변환기(2)의 제 6 실시예는 하중 전달 부재(7)로서 나산산 볼트 대신에 내측 나사산을 포함한다.
본 발명에 의한 하중 변환기를 사용하여, 차량의 어떤 좌석에 승객이 앉아 있는지 또는 좌석이 비어 있는지를 결정할 수 있고, 자리를 차지하고 있는 사람의 무게와 그에 따른 크기를 결정할 수도 있다. 에어백이 다양한 부피로 팽창할 수 있다면, 하중 변환기로 측정한 정보를 이용하여, 사고 발생 시에 에어백을 승객에 적합한 부피로 팽창시켜 승객을 최적의 상태로 보호할 수 있다.

Claims (20)

  1. 차량 좌석(F)에 연결되는 하중 도입 부재(4), 차량 좌석(F)의 장착부에 연결되는 하중 전달 부재(7), 및 상기 하중 도입 부재(4)와 상기 하중 전달 부재(7) 사이에 배치되는 연장 부재(5)를 포함하는, 차량 좌석 장착부로의 도입 하중을 감지하기 위한 하중 변환기에 있어서,
    상기 하중 도입 부재(4) 또는 상기 하중 전달 부재(7)는 하중의 유효 방향에 평행하게 형성된 평면에서 상기 연장 부재(5)를 에워싸는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
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  11. 제 1 항에 있어서, 하중에 평행한 전단력을 감지하는 적어도 하나의 선 변형 게이지(wire strain gauge)(9)가 상기 연장 부재(5) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하중 도입 부재(4) 또는 상기 하중 전달 부재(7)는 상기 연장 부재(5)를 에워싸는 하우징의 형태로 이루어지고, 상기 하우징의 한쪽 단부(6)는 상기 연장 부재(5)의 한쪽 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하우징은, 적어도 하나의 위치에서 좁은 주변 간극(10)이 형성되도록 연장 부재(5)를 에워싸는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 좁은 주변 간극(10)은 막에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 선 변형 게이지(9) 각각이 하중의 유효 방향과 평행하게 형성된 상기 연장 부재(5)의 표면(8) 상에 연장 부재(5)의 종축에 대하여 동일한 각도로 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연장 부재(5)는, 상기 선 변형 게이지(9)가 배치된 위치에서 감소된 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연장 부재(5)는 상기 선 변형 게이지(9)의 영역에서 제 1 리세스를 포함하고, 상기 제 1 리세스의 축은 하중의 유효 방향과 평행하게 놓이는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연장 부재(5)는, 축이 상기 제 1 리세스와 수직으로 연장 부재(5)의 종방향으로 놓이는 제 2 리세스를 포함하고, 상기 제 2 리세스는 상기 연장 부재 내의 제 1 리세스를 관통하는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  19. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연장 부재(5)는 적어도 부분적으로 모서리가 있는 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
  20. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연장 부재(5)는, 다른 윤곽들보다 돌출되고 선 변형 게이지(9)를 부착하기 위한 곳으로 작용하는 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 차량 좌석 장착부로의 도입 하중 감지용 하중 변환기.
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