KR0141996B1 - 차량용 충격흡수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 충돌시 완충작용을 하여 충격으로부터 운전자를 보호하면서, 강철프레임 이상의 보강프레임 기능을 하여 차체의 찌그러짐 변형으로 인한 피해를 방지할 수 있도록 하는 차량용 충격흡수 장치에 관한 것으로서, 종래의 쿳션범퍼는 저속도에서의 충격완충 효과는 우수하나, 20km/h 이상에서는 충격으로부터 차체가 보호되지 못하므로 대형사고로부터 피할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 실린더내에 에너지 전달 피스톤을 경계로 유압실과 공압실이 각각 형성되어, 전방범퍼와 연결된 피스톤로드가 충돌에 의해 상기 실린더 튜브내로 밀려들어 갈 때 1차적으로는 상기 공압실 기체의 압축성질에 의해 완충 효과가 발생되고, 2차적으로는 실린더 후단에 결합된 마개가 분리되면서 충격량의 상당부분을 흡수하도록 함에 의해 강한 차량 충돌시에도 효과적인 완충효과가 얻어지도록 함에 따라, 저속충돌시에는 충분한 완충작용 효과로 인해 차량을 보호하면서, 고속충돌시에는 기존 강철프레임 이상의 보강효과를 가지도록 하여 충돌로 인한 사고시 탑승자를 충분히 보호할 수 있고, 실린더 내부에 금속제보다 가벼운 오일 및 기체가 충진되었으므로 기존의 강철프레임에 비해 훨씬 가벼우면서도 우수한 보강효과를 가지도록 하였다.

Description

차량용 충격흡수 장치

제1도는 본 발명인 충격흡수장치의 분리사시도.

제2도는 본 발명인 충격흡수장치의 측단면도.

제3도는 본 발명인 충격흡수장치의 설치상태도.

제4도는 본 발명인 충격흡수장치의 다른 실시예를 도시한 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 충돌판 2 : 피스톤 로드

3 : 피스톤 4 : 실린더

5 : 공기토출공 6 : 오일유입공

7 : 압축링 8 : 에너지 전달피스톤

9 : 공기쿠션백 10 : 마개

11 : 보조파이프 12 : 돌출턱

13 : 공기유입공 14 : 강판스프링

18 : 전방범퍼 19 : 후방범퍼

20 : 유압실 21 : 공압실

22 : 단턱

본 발명은 차량 충돌시 완충작용을 하여 충격으로부터 운전자를 보호하면서, 강철프레임 이상의 보강프레임 기능을 하여 차체의 찌그러짐 변형으로 인한 피해를 방지할 수 있도록 하는 차량용 충격흡수 장치에 관한 것으로서, 특히 파이프내에 오일과 기체를 적절히 봉입하여 무게가 가벼우면서도 완충재 및 보강재 역할을 효과적으로 하게 되는 차량용 충격흡수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 트럭이자 짚(Jeep)형 차량과 같이 승용목적외의 일반 승용차량에서는 연료 소비율을 낮추기 위해 되도록이면 경량화하여야 하므로, 판금구조의 차체를 강화하면서 프레임을 사용치 않고 있다.

따라서 평상주행시에는 차량이 가벼우므로 순간가속성 및 연료소비율 등이 우수하게 되고, 새시를 이루는 스프링 및 하부구조물에 대한 충격량이 상대적으로 줄어드므로 오래 사용할 수 있고 경량화할 수 있는 장점이 있으나 충돌사고시 충격에 매우 약하므로 차량손상이 크게 발생하여 전방 충돌시에는 본네트부가 실내쪽으로 쉽게 밀림변형되어 운전자에 심각한 부상을 입힐 수 있고, 측방출돌시에는 임팩트 바(Impact Bar)를 사용치 않는 경우도 많으므로 더욱 심각한 사고를 초래할 수 있는 것이다.

이상과 같은 충돌시 차량변형으로 인한 차량손상등을 감소시키기 위해서 트럭등에서와 같은 강철프레임을 보강하는 방법을 생각할 수 있으나 상기 프레임은 재질이 강철이므로 차량중량이 매우 무거워지게 되어 연료소비율등이 크게 나빠질 수 있는 문제점이 있으며, 강체로서 충격량을 자체적으로 충분히 흡수하지 못하고 차체에 전달하게 되므로 탑승자에게 큰 충격량이 그대로 전달되어 실제적인 안전사고 감소효과를 기대하기 힘들다.

또한 종래의 쿳션범퍼는 저속도에서의 충격완충 효과는 우수하나 20hm/h 이상에서는 충격으로부터 차체가 보호되지 못하므로 대형사고로부터 피할 수 없다. 즉 효과적인 차량용 충격흡수 장치가 되려면 충분한 강성을 보유하여 충돌로부터 차량변형을 줄이면서 충분한 완충성 또는 충격흡수성을 보유하여 충돌시 충격량을 자체적으로 충분히 흡수하여 차체에는 적은 충격량만이 전달될 수 있어야 한다.

본 발명에서는 상기한 두가지 요건을 모두 만족시켜서 강철프레임 만큼 강성을 보유하면서도 가볍고, 충격흡수성이 우수하며 기존차량에 부착하기도 용이한 차량용 충격흡수 장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 실린더 내에 에너지 전달 피스톤을 경계로 유압실과 공압실이 각각 형성되어, 전방범퍼와 연결된 피스톤 로드가 충돌에 의해 상기 실린더 튜브내로 밀려들어 갈 때 1차적으로는 상기 공압실 기체의 압축성질에 의해 완충효과가 발생되고, 2차적으로는 실린더 후단에 결합된 마개가 분리되면서 충격량의 상단부분을 흡수하도록 함에 의해 강한 차량충돌시에도 효과적인 완충효과가 얻어지도록 하고 있다. 뿐만 아니라 본 발명에서는 전방범퍼와 후방범퍼 사이에 실린더가 길게 연결되도록 구성하여 보강프레임의 기능을 하도록 하고 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 실린더(4)내에 오일이 충진된 유압실(20)과 에너지 전달피스톤(8)과 압축공기가 충진된 공압실(21)이 순차로 위치하며, 상기 실린더(4)의 유압실(20)쪽에는 피스톤(3)과의 반대단부에 충돌판(1)이 보울트(16)등을 매개로 부착된 피스톤 로드(2)가 위치하도록 구성되어 있다.

상기 실린더(4) 유압실내에 오일주입을 원활하게 하고 내부공기를 완전히 제거하기 위해 상기 실린더(4)의 유압실(20) 해당부위에 오일유입공(6)과 공기토출공(5)이 각각 형성되어 있으며, 공압실(21)내의 압축공기의 누설을 방지하기 위해 공압실(21)내에 신축성 있는 재질의 공기쿠션백(9)을 넣고 상기 쿠션백(9)에 압축공기를 주입해 줄 수 있다. 또한 상기 실린더(4)의 조립을 편하게 하기 위해 상기 실린더(4)를 파이프형 부재의 전·후단에 연결캡(17')을 나사결합하여 구성할 수도 있다.

또다른 실시예로서 제4도에 도시된 바와 같이, 상당히 강한 충격이 범퍼에 가해졌을시 마개(10)가 실린더(4)로부터 완전히 분리되도록 함에 의해 큰 충격도 흡수하도록 구성할 수 있는데 상세한 내용은 다음과 같다.

즉 다른 실시예에서는 실린더(4) 내부가 에너지전달 피스톤(8)을 경계로 유압실(20)과 공압실(21)로 구획되어져 있다는 점에서는 상기 실시예와 동일하나 상기 실린더(4)의 후단부에는 외주면에 돌출턱(12)이 형성된 마개(10)가 끼워져 결합되어 있으며, 상기 실린더(4)의 외주상에 일정간격을 두고 결합된 보조파이프(11)의 내부에는 상기 돌출턱(12)에 대한 걸림기능을 하기 위한 강판 스프링(14)이 결합되어져 있다.

즉 마개(10)가 끼워져 결합된 상태에서는 상기 돌출턱(12)의 뒷쪽에 상기 강판스프링(14)이 위치하여, 상기 마개(10)가 실린더(4)로부터 쉽게 분리되지 않도록 결합되어지며, 마개(10)에 강한 충격력이 가해질 경우에는 상기 돌출턱(12)이 강판스프링(14)으로부터 이탈될 수 있도록, 상기 돌출턱(12)과 강판스프링(14)이 떨어져 나가지 않도록 상기 강판스프링(14)의 후단부와 인접하는 보조파이프(11)의 후단부에는 단턱(22)을 구성할 수 있다.

또한 상기 피스톤(3)의 외주면과 에너지 전달피스톤(8)의 외주면 및 실린더 개구측단 외주면에는 기밀효과를 높히기 위한 압축링(7)이 각각 부착되어 있으며, 상기 마개(10)에는 외기와 통하도록 공기유입공(13)이 통공되어져 있으므로 차량에 강한 충격이 가해질시 상기 마개(10)가 상기 실린더(4)로부터 용이하게 분리될 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 제3도에 도시된 바와 같이 상기 충돌판(1)은 차량의 전방범퍼(18)에 부착되고 상기 마개(10) 또는 연결캡(17')은 후방범퍼(19)에 부착되며, 상기 실린더(4)는 파이프 형상으로서 차량 하부구조에 일치하도록 구부러진 형상으로 제작될 수 있다.

한편 상기 피스톤 로드(2)는 반드시 충돌판(1)로부터 가해지는 충격력에 의해 휘거나 파손되는 것을 방지하기 위해 피스톤 로드 원주의 둘레를 원기둥의 높이(또는 길이) 보다 크게 제작하여야 한다.

이상과 같이 구성된 제4도에 의한 본 발명장치는 먼저 상기 실린더(4) 중간에 에너지 전달피스톤(8)을 끼우고 충돌판(1)이 부착된 피스톤 로드(2)를 끼우고 나서 연결캡(17)을 나사 결합시킨 후, 오일유입공(6)을 통해 오일을 주입하되 공기배출공(5)을 통해 유압실(20)내의 공기가 모두 배출되고 여분의 오일이 일부 배출될 때까지 주입하고, 상기 실린더(4) 반대단부를 통해 공기쿠션백(9)에 공기를 압입하고, 마개(10)를 상기 실린더(4)의 보조파이프(11)의 내측으로 설치된 반원형 강판스프링(14)에 상기 마개(10)의 외주면에 형성된 반원형 돌출턱(12)이 걸려서 빠져 나가지 않을때까지 압입하여 결합되는데 이와 같이 조립되는 본 발명장치는 실제적인 충돌사고 발생시 다음과 같이 작동하게 된다.

먼저, 저속충돌시에는 전방범퍼(18)를 통해 충격이 가해지면 충돌판(1)을 통해 피스톤 로드(2)가 실린더(4)내에서 밀려들어가게 되는데, 유압실(20)내의 오일은 비압축성 유체이므로 피스톤 로드(2)가 밀려들어간 거리만큼 에너지 전달피스톤(8)을 이동시키게 되어 공기쿠션백(9)내의 압축공기에 압축력을 가하게 된다. 이때 기체는 압축성 유체이므로 일정한도까지는 압축되는데 이와 같은 에어쿳션 작용에 의해 접촉사고등과 같은 경미한 충돌시에 차체를 보호할 수 있게 된다.

상기와 같은 에어쿳션 효과는 공기쿠션백(9)내의 압축공기의 압력이 강판스프링(14)의 탄성반발력 이상이 되어 마개(10)의 돌출턱(12)이 상기 강판스프링(14)과의 접촉상태가 해제되기 전까지는 효과적으로 작용될 수 있으므로 상기 범위에 해당하는 충돌속도까지는 우수한 완충효과를 가지게 되며 이때 유압실(20)내의 오일압력도 증가되어 실린더(4) 내벽에 균일한 압이 가해져서 보강역할을 하게 되므로 상기 실린더 벽 두께를 얇게 구성해도 상기 보강효과에 의해 충분한 프레임 역할을 할 수 있게 되며, 특히 측방충돌의 경우 충분한 보강효과를 가지게 된다.

한편, 제4도 본 발명의 다른 실시예에서 고속으로 충돌되었을시 공기쿠션백(9)의 압축공기의 압력이 강판스프링(14)의 탄성반발력 이상이 되므로 마개(10)의 돌출부(12)가 상기 강판스프링(14)으로부터 접촉상태가 해제되어 삭이 마개(10)가 상기 압축공기압에 의해 튀어 나간다.

이때 충격력에 의한 에너지의 일부가 마개의 운동에너지(=1/2mv², m:발산마개 질량, v:튀어나가는 속도)로 소모될 수 있으므로, 이러한 과정중에 차량에 가해진 충격량의 상당부분이 흡수되는바 차체에 전달되는 충격을 효과적으로 완화할 수 있게 되는 것이다. 마개(10)에 형성된 공기유입공(13)은 보조파이프(11)의 내주면과 상기 마개(10)의 외주면 사이의 공간이 진공이 되지 않도록 하여 마개(10)의 위치이동을 원활하게 하는 것이다.

또한, 이 상태에서 유압실(20)내의 오일압력은 크게 증가되는데, 상술한 바와 같이 압이 증가될수록 압유에 의한 보강효과가 크게 작용되므로 실린더 벽의 최대인장응력 범위내에서는 우수한 프레임 역할을 하게 되는 것이다. 또한 제1도 및 제2도의 실시예에 의한 작용 및 효과는 상기한 마개(10)의 충격력 완화작용을 제외하고는 상기 실시예에서와 동일하다.

상기 본 발명의 일실시예는 비교적 저속충돌에 적합하고, 다른 실시예는 고속충돌에 적합한데 다른 실시예에서의 작용을 설명하면 다음과 같다.

만약 차량과 차량의 정면충돌에 의해 본 발명을 장착한 차량의 뒷편에 위치한 차량은 마개(10)를 포함한 후방범퍼(19)의 운동에너지에 의해 막대한 인명 또는 재산적 손실이 발생될 수 있는데 이는 마개(10)의 3차에 걸친 제동으로 인해 초래될 수 있는 사고를 방지할 수 있다.

즉, 충돌판(1)에 가해져 유압실(20)내의 오일에 전달되는 충격력을 100으로 볼 때 그 충격력은 공압실(21)로 전달되면서 수치가 80정도로 떨어지고(1차), 공압실(21)의 허용압력 이상으로 가해지면 마개(10)의 돌출부(12)가 강판스프링(14)으로 이탈되면서 충격력 수치가 60 이하로 떨어지며(2차), 마지막으로 상기 마개(10)가 외부로 튀어나가면서 돌출부(12)가 단턱(22)을 파손시킴과 동시에 운동에너지로 변환되어 차량에 가해진 충격에너지를 상당부분 흡수하게 되는 바(3차) 그 충격력 수치가 초기 충격력에 비해 절반 이하로 떨어지게 된다.

한편, 마개(10)의 방향은 수평으로 설치하는 것보다 하방으로 경사지게 설치하는 것이 바람직하다. 이유는 뒷편의 자동차에게 직접적으로 가해지는 폐단을 방지하기 위해서이다.

이상과 같은 본 발명의 설명에 의하면, 저속충돌시에는 공압실(21)의 압출공기의 압축성에 의해 충분한 완충효과가 있으므로 차체의 손상을 방지하게 되고, 고속충돌시에는 충돌에너지의 일부가 마개(10)가 떨어져 나가면서 운동에너지로 소모되므로서 충격력을 완화하면서, 충돌이 강할수록 실린더(4)내의 유압이 증가되어 보강효과가 우수해지므로 차체의 손상을 대폭 경감시킬 수 있고, 탑승자로 보호될 수 있는 것이다.

또한, 실린더(4)가 내부에 오일 및 기체를 사용함으로써 실린더(4) 외관을 자유롭게 변형가능하므로, 실린더(4) 외관을 차량하부 외곽선 모양과 같이 제작하고 충돌판(1)은 전방범퍼(18)에 마개(10)는 후방범퍼(19)에 연결하여 용이하게 장착할 수 있으므로, 기존 차량에 대해 크게 설계변형을 요하지 않고서도 본 발명장치를 장착할 수 있으며, 실린더(4)가 얇은 두께를 가지고 내부에는 금속재보다 가벼운 오일 및 기체를 충진하여 중량이 가벼우므로, 차량중량 증가로 인한 연료소 비율 증가등의 제반 폐해를 발생시킴 없이 상술한 우수한 효과를 가지게 되는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 실린더(4)내에 오일이 충진될 유압실(20)과 에너지 전달피스톤(8)과 압축공기가 충진된 공압실(21)이 순차로 위치하며, 상기 실린더(4)의 유압실(20)쪽에는 피스톤(3)이 끼워져 결합되고 상기 피스톤(3)은 피스톤 로드(2)에 의해 충돌판(1)에 연결된 차량용 충격흡수장치에 있어서, 상기 실린더(4)의 후단부에는 외주면에 돌출턱(12)이 형성된 마개(10)가 끼워져 결합되고, 상기 실린더(4)의 외주면상에 일정간격을 두고 결합된 보조파이프(11)의 내부에는 상기 돌출턱(12)에 대한 걸림기능을 하기 위한 강판스프링(14)이 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 충격흡수 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 충돌판(1)은 차량의 전방범퍼(18)에 부착되고 상기 마개(10) 및 보조파이프(11)는 후방범퍼(19)에 부착되며, 상기 실린더 파이프(4)의 형상이 차량 하부구조에 일치하도록 구부러진 형상으로 된 것을 특징으로 하는 차량용 충격흡수 장치.