KR100245656B1 - 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조 - Google Patents
자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조 Download PDFInfo
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Abstract
전후방으로 연장되고 외측 패널(30) 및 내측 패널(32)을 갖춘 폐쇄 구조로 형성된 루프측 레일(20)을 갖는 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조는 금속 에너지 흡수 패널(22)과 수지 내부 트림 재료(24)를 포함한다. 에너지 흡수 패널(22)은 외측 패널(30) 및 내측 패널(32)의 두께보다 얇은 두께를 가지며, 내측 패널의 내부에 공간(D)을 갖고 배열되어 있다. 에너지 흡수 패널(22)의 종방향으로의 트림부는 에너지 흡수가 감소되는 경향을 갖지만 이러한 경향은 수지 재료(26,28)에 의해 보상된다.
Description
본 발명은 자동차의 차량 상부 본체 부분의 충돌 에너지 흡수 구조에 관한 것으로, 특히 종방향으로 연장되는 루프사이드 레일 또는 헤더 등의 구조 부재와 루프사이드 가니쉬 또는 루프 트림 등의 내부 트림 재료를 갖는 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조에 관한 것이다.
종방향으로 연장되고 해당 외측 패널 및 내측 패널이 결합되어 있는 플랜지를 갖춘 폐쇄 구조로 형성된 구조 부재를 포함하며, 상기 내측 패널이 승객실의 내부에서 보았을 때 외측 패널에 대하여 내부로, 즉 외측 패널의 내부에 공간을 갖고 배열되어 있는 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조가 제안되어 있다(일본 특허출원 공개(평) 7-246953호). 상기 공보에 제안된 것 중 하나로는 외측 패널의 두께 및 내측 패널의 두께보다 얇은 벽 두께를 갖고 내측 패널의 내부에 공간을 갖고 배열되고 구조 부재의 플랜지부에 결합된 금속 에너지 흡수 패널을 포함하는 것이 있다.
상기 공보에 개시되어 있는 금속 에너지 흡수 패널을 사용하는 충돌 흡수 구조에서는 수지 격자 등의 에너지 흡수 본체를 사용하였을 때 일어나는 비압착부(uncrushed portion)가 생기지 않으며, 에너지 흡수 패널의 말단부를 제외한 모든 부분이 완전하고 충분하게 변형되어 소정의 에너지 흡수량을 보장하게 된다.
구조 또는 제조상의 제한 때문에 상기 에너지 흡수 패널은 때로는 구조 부재의 내측 패널의 내부를 이 부재의 종방향 전체 길이 대신에 소정 길이에 걸쳐 덮도록 형성되어 구조 부재에 부착된다.
에너지 흡수량과 말단부로부터의 거리 사이의 관계를 시험 헤드 형태를 에너지 흡수 패널의 말단부에 대하여 충돌시킨 결과로서 그래프로 도시하면 제7a도에 도시된 것처럼 말단부(E)로부터 일정 범위 내에 있게 되며, 에너지 흡수량(EA)은 말단부(E1)쪽으로 가면서 점진적으로 감소한다. 범위(D')는 제7d도에 도시된 것처럼 에너지 흡수 패널로서 0.4 내지 0.8mm 두께의 강철판을 사용하는 경우에 약 90mm이다. 이는 에너지 흡수 패널의 강성이 말단부 쪽으로 가면서 감소되기 때문이다. 따라서, 상기에 설명한 것처럼 에너지 흡수 패널이 구조 부재의 전체 길이를 덮지 않는 경우에는 구조 부재로부터의 큰 충돌력이 에너지 흡수 패널의 말단부에 작용되어야 한다.
본 발명의 목적은 에너지 흡수 패널의 말단부에서의 에너지 흡수량 감소를 보상할 수 있는 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조를 마련하는 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 일 실시예를 도시한 것으로 제4도의 방향 1을 따라 취한 사시도.
제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 취한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 일 실시예를 도시한 것으로 제4도의 선 3-3을 따라 취한 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조를 도시한 것으로 자동차의 차량 내부에서 취한 측면도.
제5도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 다른 실시예를 도시한 것으로, 제5a도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제5b도는 제5a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제6도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 제6a도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제6b도는 제6a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제7도는 에너지 흡수 패널 및 에너지 흡수 수단의 에너지 흡수량과 밀단부로부어의 거리 사이의 관계를 개략적으로 도시한 그래프로서, 제7a도는 에너지 흡수 패널, 제7b도는 에너지 흡수 패널에 인접하게 배열된 에너지 흡수 수단, 제7c도는 에너지 흡수 수단에 결합된 에너지 흡수 패널, 제7d도는 에너지 흡수 패널의 실험결과를 도시한 그래프.
제8도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 제8a도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제8b도는 제8a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제9도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 제9도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제9a도는 제9a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제10도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 제10a도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제10b도는 제10a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제11도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 제11a도는 에너지 흡수 패널의 사시도, 제11b도는 제11a도의 선 b-b를 따라 취한 것으로 내부 트림 재료를 포함하는 단면도.
제12도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로 제4도의 방향 12에서 취한 사시도.
제13도는 제12도에 도시된 충돌 에너지 흡수 구조에 의해 얻어진 에너지 흡수량 및 에너지 흡수 패널을 거리에 대하여 도시한 대표적인 개략도.
제14도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로 제12도와 유사한 사시도.
제15도는 본 발명에 따른 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조의 또 다른 실시예를 도시한 것으로 제12도와 유사한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20, 126 : 루프사이드 레일
22,62,72,82,122,124,142,144,152,154 : 에너지 흡수 패널
24 : 내부 트림 재료(루프 사이드 가니쉬)
26,28,76 : 에너지 흡수 수단
23A,23B,29A,29B,31A,31B,86,87,96,97 : 플랜지
30,128 : 외측 패널 32,130 : 내측 패널
34,36,38 : 필러
40,63,73,83,123C,125C,143C,145C,153C,155C,E2: 말단부
44 : 드립 채널 64,70,84,92 : 보강 구조
74,77 : 경사 표면 80,90,110 : 에너지 보상 수단
123A,125A,143A,145A,153A,155A : 복부
123B,125B,143B,145B,153B,155B : 플랜지부
127 : 플랜지 결합부
본 발명에 따르면, 종방향으로 연장된 구조 부재와 상기 구조 부재의 내측에 이격 배치된 수지 내부 트림 재료를 포함하며, 상기 구조 부재는 한 쌍의 플랜지부를 갖는 외측 패널과 상기 외측 패널의 내측에 이격 배치되고 한싸의 플랜지부를 갖는 내측 패널을 포함하고, 상기 구조 부재는 필러 또는 루프사이드 레일로 되고 외측 패널 및 내측 패널이 각 플랜지부에서 결합되어 폐쇄 구조를 갖도록 형성된, 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조가 마련된다. 이 에너지 흡수 구조는 금속 에너지 흡수 패널과 금속 에너지 흡수 패널의 종방향으로 배치된 에너지 보상 수단을 포함한다. 상기 금속 에너지 흡수 패널은 외측 패널 및 내측 패널의 두께보다 얇은 두께를 갖고 2개의 말단부를 갖고 상기 2개의 말단부 사이에서 소정의 길이 만큼 종방향으로 연장되며, 상기 내측 패널의 플랜지부에 결합되고 내측 패널의 내측으로 이격된 복부(abdominal portion)를 갖고 상기 내측 패널과 내부 트림 재료 사이에 배치된다. 상기 에너지 보상 수단은 금속 에너지 흡수 패널의 적어도 하나의 말단부에 인접하게 상기 내측 패널과 내부 트림 재료 사이에 비치되며, 충돌 하중이 내부 트림 재료의 내부로부터 외향으로 가해져서 상기 금속 에너지 흡수 패널의 복부가 변형될 때 상기 금속 에너지 흡수 패널의 적어도 하나늬 말단부에서의 감소된 에너지 흡수량을 보상하기 위하여 충돌 에너지를 흡수한다.
본 발명의 일면에 따르면, 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널의 종방향 연장부에서 내부 트림 재료에 마련된 에너지 흡수 수단을 포함한다. 에너지 흡수수단으로는 수지 격자 또는 우레탄 포움을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널 및 에너지 흡수 수단과는 별도로 형성되고 에너지 흡수 패널의 말단부와 에너지 흡수 수단을 인접시키도록 배열된 제2에너지 흡수수단도 포함한다. 또 다른 실시예에서, 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널의 말단부에 인접한 에너지 흡수 수단과 에너지 흡수 패널의 말단부에 마련된 보강 구조에 의해 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널과 실질적으로 동일한 단면 형상 및 동일한 두께를 갖는 금속 제2에너지 흡수 패널을 포함한다. 제2에너지 흡수 패널은 이의 말단부에서 에너지 흡수량을 보상하는 제2에너지 보상 수단을 통해서 에너지 흡수 패널의 종방향으로 배열되어 구조 부재의 플랜지부에 결합되어 있다. 2개의 에너지 흡수 패널은 내측 패널의 내측에 이격 배치된 복부와 이 복부에 연결된 플랜지부를 각각 갖는다. 일 실시예에서, 제2에너지 보상 수단은 복부들이 결합되어 있으나 제2에너지 흡수 패널의 말단부가 에너지 흡수 패널의 말단부 상에 중첩되는 구조로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 제2에너지 보상 수단은 제2에너지 흡수 패널이 이의 말단부가 에너지 흡수 패널의 말단부에 중첩되지 않도록 에너지 흡수 패널에 인접하게 배열되고 2개의 에너지 흡수 패널이 해당 복부의 일부분에서 결합되는 구조로 형성된다.
본 발명에 따르면, 승객실의 소정의 일방향 이상의 외향으로의 충돌력이 내부 트림 재료로부터 금속 에너지 흡수 패널에 작용되어 에너지 흡수 패널이 충돌 에너지를 흡수하도록 변형된다. 충돌력이 에너지 흡수 패널의 말단부에 작용하면 에너지 흡수 패널 및 에너지 보상 수단이 말단부의 에너지 감소를 보상하도록 변형된다.
금속 에너지 흡수 패널에서는 스트로크 량에 대하여 하중이 신속하게 상승하는에너지 흡수 특성이 얻어지기 때문에 적은 양의 스트로크, 즉 변위량 및 작은 피크 하중에 의해 충돌력을 만족시키는 에너지 흡수를 시도할 수 있다. 또한, 금속 에너지 흡수 패널을 구조 부재의 플랜지 결합부에 결합함으로써 구조 부재의 강성을 개선시키는 데 기여할 수 있다. 에너지 흡수 패널의 말단부에서의 에너지 흡수량 감소가 에너지 보상 수단에 의해 보상되기 때문에 에너지 흡수 패널에 의한 충돌 에너지 흡수 범위기 넓어지게 된다.
상기에 설명한 본 발명의 목적 또는 다른 목적과 특징 및 효과에 대해서는 첨부도면을 참조한 이후의 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있다.
사시도로 도시된 제1도 및 단면도로 도시된 제2도에서 충돌 에너지 흡수 구조는 구조 부재로서 루프사이드 레일(20)을 갖춘 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지를 흡수하며, 에너지 흡수 패널(22)과 내부 트림 재료(24) 및 2개의 에너지 흡수 수단(26,28)을 포함한다. 루프사이드 레일(20)은 외측 패널(30)과 이 외측 패널의 내부 공간에 배열된 내측 패널(32)의 해당 플랜지(29A,31A) 및 (29B,31B)를 점용접에 의해 결합함으로써 폐쇄 구조로서 형성되며, 차체의 전후방으로 연장된다. 외측 패널(30) 및 내측 패널(32)은 강철판으로 제조된다.
에너지 흡수 패널(22)은 외측 패널(30) 및 내측 패널(32)의 두께보다 얇은 두께를 갖는 강철판으로 제조되고, 내측 패널(32)의 내부에 거리(D)를 갖고 배치되고(제도 및 제3도), 루프사이드 레일(20)의 플랜지 결합부에의 점 용접 플랜지(23A,23B)에 의해 루프사이드 레일(20)에 결합된다. 그 결과, 에너지 흡수 패널(22)은 거리(D)를 유지하면서 차체의 전후방으로 일정한 길이로 연장된다. 상기 거리(D)는 에너지 흡수에 필요한 것으로, 10 내지 30mm, 바람직하게는 약 20mm이다. 제4도에 도시된 것처럼 차체는 루프사이드 레일(20)에 각각 연결된 전방 필러(34)와 중앙 필러(36) 및 후방 필러(38)를 포함하며, 도시된 실시예에서 에너지 흡수 패널(22)은 전방 필러(34)로부터 후방 필러(38)의 인접부까지 연장된다. 루프사이드 레일(20)은 후방으로 더 연장된다.
에너지 흡수 패널(22)의 두께는 0.4 내지 0.8mm, 바람직하게는 약 0.6mm이다. 한편 외측 패널(30)의 두께는 0.8 내지 1.0mm이고, 내측 패널(32)의 두께는 1.0 내지 1.6mm, 바람직하게는 약 1.4mm이다. 외측 패널 및 내측 패널의 두께는 서로 같거나 상기 예의 값과 반대로 될 수도 있다.
내부 트림 재료(24)인 루프사이드 가니쉬는 폴리프로필렌 등의 경질 수지로 성형되며, 에너지 흡수 패널(22)의 내부에 거리(d)을 갖고 배열된다. 루프사이드 가니쉬는 에너지 흡수 패널(22)의 종방향 연장부에 있는 말단부(40)에서 서로 인접하도록 배열된 에너지 흡수 수단(26)을 갖는다. 제2도에 도시된 것처럼 에너지 흡수 패널(22)과 내측 패널(32) 사이에 에너지 흡수를 위한 거리(D)가 있기 때문에 에너지 흡수를 위해서는 거리(d)를 필요로 하지 않으며, 에너지 흡수 수단(26)은 거리(D)보다 큰 거리를 차지한다. 도시된 실시예에서 에너지 흡수 수단(26)은 우레탄 포움으로 제조되고 내부 트림 재료(24)인 루프사이드 가니쉬에 부착된다.
격자 또는 우레탄 포움 등으로 된 에너지 흡수 수단의 말단부의 강성은 말단부 또는 다른 부분과 관계없이 실질적으로 동일하다. 그러나, 에너지 흡수 수단의 말단부로부터 에너지 흡수 수단이 없는 부분 쪽으로 더 멀리 위치한 곳에서는 제7b도에 도시된 것처럼 에너지 흡수량이 더 적다. 즉, 에너지 흡수 수단의 말단부(E2)로부터 에너지 흡수 수단이 존재하지 않는 지점(F)까지의 범위에서 지점(F)이 멀어질수록 에너지 흡수량이 작아지게 된다. 따라서, 지점(F)을 적절하게 선택함으로써 에너지 흡수 수단(26)을 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)에서의 에너지 흡수량 감소를 보상하는 수단으로서 사용할 수 있다.
제2도에 도시된 실시예에서 에너지 흡수 수단(26)은 이의 말단부(E2)가 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(E1)로부터 거리(L1)만큼 이격되도록 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)에 인접하도록 배열 되어 있다. 따라서 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)로부터 에너지 흡수 수단(26)의 말단부(E2)까지의 거리(L2)는 전이 구역이다. 이 전이 구역에서의 에너지 흡수량은 거리(L1)의 크기에 좌우되는 경향을 갖는다. 예를 들어, 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(E1)가 제7b도의 지점(F)에 도달하도록, 즉 에너지 흡수 수단(26)의 에너지 흡수량이 영(zero)이 되도록 거리(L1)가 결정되는 경우에 에너지 흡수량은 제7c도에 도시된 것처럼 H에 도달하게 되고 보상은 일어나지 않는다. 한편, 에너지 흡수 수단(26)의 말단부(E2)와 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(E1)가 거리(L1)를 영(zero)으로 만들도록 서로 접촉하도록 이동하는 경우에는 에너지 흡수량이 I로 되고 에너지 흡수 패널(22)의 말단부의 감소된 에너지 흡수량이 보상될 수 있게 된다.
또한, 에너지 흡수 수단(28)에 의해서 전이 구역에서의 감소된 에너지 흡수량을 보상할 수도 있다. 제2도에 도시된 실시예에서 에너지 흡수 수단(28)은 전체 전이 구역에 걸쳐 배치되고 내측 패널(32)에 부착된 우레탄이다. 에너지 흡수 수단(28) 각 부분의 두께, 형상 및 강성 등은 에너지 흡수 수단(28)을 마련함으로써 제7c도의 G로 도시된 특성, 즉 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)에서의 에너지 흡수량 감소가 완전히 보상되고 전이 구역에서의 에너지 흡수량이 실질적으로 평탄해지는 특성을 나타내도록 결정하는 것이 바람직하다.
이 실시예에 따르면, 에너지 보상 수단이 2개의 에너지 흡수 수단(26,28)으로 형성되기 때문에 에너지 흡수 수단(26) 및 에너지 흡수 패널(22)을 갖는 내부 트림 재료(24)의 설계 자유도를 해치지 않으면서 에너지 흡수 수단(28)을 형성할 수 있다. 또한, 에너지 흡수 수단(28)의 재료 및 형상을 선택하는 것이 비교적 용이하고 전이 구역에서 발생된 감소된 에너지 흡수량에 대응하는 에너지량이 용이하게 보상된다.
제3도에 도시된 것처럼 차량 본체 상부 부분에서 드립 채널(44)은 루프사이드 레일(20)에 용접되고 루프 패널(46)은 이 드립 채널(44)에 용접되어 있다. 내부 트림 재료(24)인 루프사이드 가니쉬 및 루프 라이너(48)는 차량의 내부를 가로질러 신장된다. 도어(50)는 폐쇄시에 드립 채널(44)에 부착된 웨더 스트립(52)과 플랜지의 결합부에 부착된 개방 트림(54)에 기밀 접촉하게 된다.
다음의 실시예들에서 제1도 및 제2도에 도시된 실시예에서의 부분과 실질적으로 동일한 부분에는 동일한 부호를 사용하였으며 이 부분에 대한 설명은 생략한다.
제5도에 도시된 실시예에서 에너지 흡수 패널(62)은 이의 종방향으로 말단부(63)에 마련된 보강 구조(64)를 갖는다. 에너지 흡수 패널(62)의 나머지 구조는 에너지 흡수 패널(22)에서와 실질적으로 동일하다. 상기에 설명한 것처럼 에너지 흡수 패널의 말단부에서의 에너지 흡수량 감소는 말단부의 강성이 낮아지는 것에 기인한다. 따라서, 보강 구조(64)는 말단부(63)에 형성되고, 이로써 말단부(63)의 강성이 증가되어 에너지 흡수 수단과 함께 감소된 에너지 흡수량을 보상하게 된다. 보강 구조(64)의 비균일성 또는 단면 형상을 변화시키거나 보강 구조(64)를 만곡시킴으로써 강성을 부가할 수 있고 강성의 정도를 변화시킬 수 있다. 이 실시예에서 에너지 흡수 패널(62)의 말단부(E1)는 가능한 한 에너지 흡수 수단(26)의 말단부(E2)에 근접하도록 만들어져 있다. 이 실시예에서는 에너지 흡수 패널의 말단부를 보강함으로써만 전이 구역에서 일어난 에너지 흡수 감소를 보상할 수 있다.
제6도에 도시된 실시예에서 보강 구조(70)는 에너지 흡수 패널(72)의 말단부(73)를 갖는 내측 패널(32) 쪽으로 경사진 경사 표면(74)과, 에너지 흡수 패널(72)의 경사 표면(74)을 따라 연장되고 에너지 흡수 수단(76)에 마련된 경사 표면(77)을 포함한다. 에너지 흡수 패널(72) 및 에너지 흡수 수단(76)의 다른 구조는 에너지 흡수 패널(22) 및 에너지 흡수 수단(26)에서와 실질적으로 동일하다. 이 실시예에서 경사표면(74,77)들은 에너지 흡수 패널(72)과 에너지 흡수 수단(76)이 중첩되도록 서로 대향하며, 이로써 감소된 에너지 흡수량을 양 경사 표면(74,77)의 협동 작용에 의해 보상하게 된다. 보상할 에너지 흡수량은 서로 대면하는 경사 표면(74,77) 부분들의 형상, 크기 또는 경사각을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
제8도에 도시된 실시예에서 에너지 보상 수단(80)은 에너지 흡수 패널(82)과 에너지 흡수 수단(26)의 종방향 말단부(83)에 마련된 보강 구조(84)를 포함한다. 이 보강 구조(84)는 비이드이다. 즉, 말단부(83)가 압축 성형되어 그 일 표면이 홈 형상으로 리세스되고 다른 표면이 볼록 형상으로 외향 팽창되어 강성을 증진시키도록 되어 있다. 보강 구조(84)인 비이드는 플랜지(86,87)를 제외한 에너지 흡수 패널(82)을 덮는다. 비이드는 도시된 것과는 달리 내향으로 팽창될 수도 있다. 에너지 흡수 패널(82)의 다른 부분은 제1도 및 제2도에 도시된 에너지 흡수 패널(22)에서와 실질적으로 동일하다. 제8도에 도시된 실시예에서 에너지 흡수 패널(82)의 말단부(E1)는 에너지 흡수 수단(26)의 말단부(E2)에 가능한 한 근접하도록 만들어져 있다. 이 실시예에 따르면 에너지 흡수 패널의 말단부에 비이드를 부가하는 성형 공정이 용이하며, 비이드의 형상, 폭 및 깊이 등을 변화시킴으로써 보상할 에너지량을 조정할 수 있다.
제9도에 도시된 실시예에서 에너지 보상 수단(90)은 에너지 흡수 패널(22)과 에너지 흡수 수단의 종방향 말단부(40)에 마련된 보강 구조(92)를 포함한다. 이 보강 구조(92)는 판 재료(94)를 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)에 점 용접함으로써 두께가 부강된 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(40)와 같은 두께를 갖는 부분이다. 판재료(94)는 플랜지(96,97)를 제외한 에너지 흡수 패널(22)을 덮는 크기를 갖는다. 이 실시예에서 에너지 흡수 패널(22)의 말단부(E1)는 에너지 흡수 수단(26)의 말단부(E2)에 가능한 한 근접하도록 만들어져 있다. 이 실시예에 따르면, 에너지 흡수 패널에 또 다른 판 재료를 부착함으로써 두께가 보강된 보강 구조에서는 상기 판 재료의 재료 특성, 형상 및 두께 등을 변화시킴으로써 보상할 에너지량을 조정할 수 있다.
제11도에 도시된 실시예에서 에너지 보상 수단(110)은 판 금속 고정구, 즉 에너지 흡수 패널(22)과 에너지 흡수 수단(26)의 종방향 말단부(40)에 마련된 판 금속 벌크(112)를 포함한다. 이 벌크(112)는 강철판을 대략 S형으로 절곡하여 형성되어 에너지 흡수 패널(22) 및 내측 패널(32)에 점 용접에 의해 부착된다. 이 실시예에 따르면 보상할 에너지량은 판 금속 고정구, 즉 판 금속 벌크의 재료 특성, 형상 및 두께 등을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
상기 실시예들에서 내부 트림 재료에 부착된 에너지 흡수 수단은 말단부를 에너지 흡수 패널의 후방에 인접시키도록 배열된다. 그러나, 상기에 설명한 것처럼 하는 대신에 또는 그와 함께, 말단부를 에너지 흡수 패널의 전방, 즉 제4도에 도시된 것처럼 루프사이드 레일(20)과 전방 필러(34)의 결합부의 말단부에 인접시키도록 에너지 흡수 수단을 마련하여 형성할 수도 있다.
제12도에 도시된 실시예에서, 충돌 에너지 흡수 구조는 에너지 흡수 패널(122)과, 이 에너지 흡수 패널(122)의 말단부에서의 감소된 에너지 흡수량을 보상하는 수단인 에너지 흡수 패널(124)을 포함한다. 루프사이드 레일(126)은 외측 패널(128)과 이 외측 패널의 내부에 거리를 갖고 배열된 내측 패널(130)이 폐쇄 구조를 형성하도록 대응 플랜지부에서 점 용접되고 차체의 전후방으로 연장되돌록 형성되어 있다.
2개의 에너지 흡수 패널(122,124)은 외측 패널(128) 및 내측 패널(130)의 두께보다 얇은 두께를 갖는 0.6mm 두께의 강철판이다. 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)은 제12도에 도시된 것과 실질적으로 동일한 단면 형상 및 두께를 가지며, 내측 패널(130)의 내부에 거리를 갖고 배열된 복부(123A,125A)와 이 복부들에 연결된 2개의 플랜지부(123B,125B)를 갖는다. 내측 패널(130)로부터의 거리 중 최대 거리는 에너지 흡수에 필요한 10 내지 30mm이며, 도시된 실시예에서는 20mm로 설정되어 있다. 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)은 인접한 말단부(123C,125C)들이 서로 중첩되도록 루프사이드 레일(126)의 종방향으로 배열되며, 복부(123A,125A)들을 결합시키지 않고, 즉 복부(123A,125A)들을 중첩된 상태로 유지하면서 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)이 플랜지부(123B,125B)를 2개의 플랜지 결합부(127)에 각각 점 용접함으로써 루프사이드 레일(126)에 결함된다. 그 결과, 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)이 내측 패널(130)로부터의 거리를 유지하면서 차체의 전후방으로 연장된다. 제4도에 도시된 것처럼 에너지 흡수 패널(122)은 전방 필러(34)로부터 중앙 필러(36)의 후방까지 연장되며, 에너지 흡수 패널(124)은 후방 필러(38)까지 연장된다.
2개의 에너지 흡수 패널의 복부(123A,125A)의 말단부들은 인접 복부들의 말단부가 점 용접 등에 의해 고정되면 말단부들의 강성이 매우 증진되어 필요로 하는 에너지 흡수량을 초과하기 때문에 중첩 상태로 유지된다. 이 실시예에 따르면, 에너지 흡수 패널의 2개의 말단부가 중첩되기 때문에 에너지 흡수 패널의 말단부의 에너지 흡수량이 덜 감소되어 에너지 흡수량을 필요로 하는 에너지 흡수량에 근접시킬 수 있다.
2개의 에너지 흡수 패널(122,124)의 말단부(123C,125C)가 중첩하게 되는 거리(L3)가 너무 커지면, 말단부의 강성이 높아질 뿐 아니라 재료의 낭비를 일으킨다. 한편, 거리(L3)가 너무 작아지면, 충분한 에너지 흡수를 얻을 수 없다. 헤드 형태가 일치하지 않게 모의 실험한 결과, 거리(L3)가 50 내지 70mm, 바람직하게는 60mm인 것이 양호한 것으로 판명되었다. 이 경우에는 제13도에 도시된 것처럼 에너지 흡수량이 낮아지는 부분은 말단부들이 중첩되는 부분(132)과 에너지 흡수량의 하강이 시작되는 부분(133) 사이에 생긴다. 그러나, 소정의 곡률을 갖는 헤드 형태 및 에너지 흡수량이 하강된 부분(134)이 존재하는 것은 아무런 문제도 되지 않는다. 일 실시예에 따르면, 2개의 에너지 흡수 패널을 이들이 중첩되는 거리보다 길게 형성할 필요성을 없앨 수 있으며, 필요로 하는 에너지 흡수량을 실질적으로 보장할 수 있다.
제14도에 도시된 실시예에서, 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)은 내측 패널(130)의 내부에 거리를 갖고 배열된 복부(143A,145A)와, 이들 복부(143A,145A)에 연결된 2개의 플랜지부(143B, 145B)를 갖는다. 2개의 에너지 흡수 패널(142, 144)은 실질적으로 동일한 단면 형상과 두께를 가지며, 서로 인접한 말단부(143C,145C)가 중첩하지 않고 플랜지부(143B,145B)를 루프사이드 레일(126)의 2개의 플랜지 결합부(127)에 점 용접함으로써 루프사이드 레일(126)에 각각 결합되도록 루프사이드 레일(126)의 종방향으로 배열된다. 그 결과, 2개의 에너지 흡수 패널(142,144)은 내측 패널(130)로부터의 거리를 유지하면서 차체의 전후방으로 연장된다. 2개의 에너지 흡수 패널(142,144)의 복부(143A,145A)는 하나의 에너지 흡수 패널(142)의 복부(143A)의 말단부(143C)로부터 다른 복부(145A)의 말단부(145C)까지 후방 돌출되는 설부(146)를 리벳 또는 점용접(148)에 의해 연결함으로써 일 부분에서 각각 결합된다.
제15도에 도시된 실시예에서, 2개의 에너지 흡수 패널(152, 154)은 내측 패널(130)의 내부에 거리를 갖고 배열된 복부(153A,154A)와, 이들 복부에 연결된 2개의 플랜지부(153B,155B)를 각각 갖는다. 2개의 에너지 흡수 패널(152,154)은 실질적으로 동일한 단면 형상과 두께를 가지며, 서로 인접한 말단부(153C,155C)가 중첩하지 않고 플랜지부(153B,155B)를 루프사이드 레일(126)의 2개의 플랜지 결합부(127)에 점 용접함으로써 루프사이드 레일(126)에 각각 결합되도록 루프사이드 레일(126)의 종방향으로 배열된다. 그 결과, 2개의 에너지 흡수 패널(152,154)은 내측 패널(130)로부터의 거리를 유지하면서 차체의 전후방으로 연장된다. 2개의 에너지 흡수패널(152, 154)의 복부(153A,155A)는 이들 복부를 가로지르는 판부재(156)와 해당복부를 리벳 또는 점 용접(158)에 의해 부착함으로써 일 부분에서 각각 결합된다.
제14도 및 제15도에 도시된 실시예에서는 필수 에너지 흡수 패널의 말단부에서의 에너지 흡수량의 감소를 보상하기 위하여 인접 복부의 말단부 중 일부만이 설부(146) 또는 판부재(156)를 사용하여 결합된다. 상기에 설명한 중첩 등의 방법으로 인접 복부들의 말단부들을 완전 결합함으로써 결합부의 강성이 매우 증가된다. 그러나, 인접복부들의 말단부중 일부를 결합함으로써 필수 에너지 흡수 패널의 에너지 흡수량 감소를 보상하도록 말단부의 강성을 적절하게 유지할 수 있다. 이러한 관점에서 설부(146)의 두께는 에너지 흡수 패널(142)의 두께와 동일하게 설정하고 판부재(156)의 두께는 에너지 흡수 패널(152)의 두께와 동일하게 설정하며, 리벳 또는 점 용접(148,158)의 강도는 필요로 하는 에너지 흡수량을 초과하지 않는 에너지에 의해 전단되도록 설정된다.
제12도 내지 제15도에 도시된 자동차의 차량 상부의 충돌 에너지 흡수 구조는 다음과 같은 기능을 갖는다. 충돌력이 승객실의 내부로부터 외부로 작용하면 필수 금속 에너지 흡수 패널이 충돌력을 흡수하도록 탄성 변형된다. 제12도에 도시된 실시예에서, 2개의 에너지 흡수 패널(122,124)의 말단부(123C,125C)들이 중첩되어 있는 부분에 충돌력이 작용하면 이들 말단부가 마찰력을 생성하면서 서로 변위되어 소성 변형된다. 이 마찰력 및 소성 변형에 기인하여 충돌 에너지가 흡수된다. 또한, 제14도 및 제15도에 도시된 실시예에서, 충돌력이 2개의 에너지 흡수 패널(142,144,152,154)의 말단부들에 작용하면 인접 말단부들의 대응 복부들이 일 부분에서 결합되어 있기 때문에 이들 말단부가 소성 변형되어 결합부에서 서로 당기게 되고 다른 부분들에서는 소성 변형된다. 이로써 충돌 에너지가 흡수된다.
Claims (17)
- 종방향으로 연장된 구조 부재와 상기 구조 부재의 내측에 이격 배치된 수지 내부 트림 재료를 포함하며, 상기 구조 부재는 한 쌍의 플랜지부를 갖는 외측 패널과 상기 외측 패널의 내측에 이격 배치되고 한 쌍의 플랜지부를 갖는 내측 패널을 포함하고, 상기 구조 부재는 필러 또는 루프사이드 레일로 되고 외측 패널 및 내측 패널이 각 플랜지부에서 결합되어 폐쇄 구조를 갖도록 형성된, 자동차의 차량 본체 상부 부분의 충돌 에너지 흡수 구조에 있어서, 금속 에너지 흡수 패널과 금속 에너지 흡수 패널의 종방향으로 배치된 에너지 보상 수단을 포함하며, 상기 금속 에너지 흡수 패널은 외측 패널 및 내측 패널의 두께보다 얇은 두께를 갖고 2개의 말단부를 갖고 상기 2개의 말단부 사이에서 소정의 길이 만큼 종방향으로 연장되며, 상기 내측 패널의 플랜지부에 결합되고 내측 패널의 내측으로 이격된 복부를 갖고 상기 내측 패널과 내부 트림 재료 사이에 배치되며,상기 에너지 보상 수단은 금속 에너지 흡수 패널의 적어도 하나의 말단부에 인접하게 상기 내측 패널과 내부 트림 재료 사이에 배치되며, 충돌 하중이 내부 트림 재료의 내부로부터 외향으로 가해져서 상기 금속 에너지 흡수 패널의 복부가 변형될 때 상기 금속 에너지 흡수 패널이 적어도 하나의 말단부에서의 감소된 에너지 흡수량을 보상하기 위하여 충돌 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널의 종방향 연장부에서 내부 트림 재료에 마련된 에너지 흡수 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 에너지 보상 수단은, 에너지 흡수 패널 및 에너지 흡수 수단과는 별도로 형성되고 에너지 흡수 패널의 말단부와 에너지 흡수 수단을 인접시키도록 배치된 제2에너지 흡수 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제3항에 있어서, 상기 에너지 흡수 수단과 제2에너지 흡수 수단은 격자 또는 우레탄 포움과 같은 수지로 제조된 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 에너지 흡수 수단은 에너지 흡수 패널의 말단부에 인접하도록 배치되고, 상기 에너지 보상 수단은 에너지 흡수 패널의 말단부에 마련된 보강 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 보강 구조는 에너지 흡수 패널의 말단부로부터 외향 또는 내향으로 돌출하는 비이드로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 보강 구조는 에너지 흡수패널의 두께보다 두꺼운 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제5항에 있어서, 상기 보강 구조는 경화부로 부터 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 에너지 보상 수단은, 에너지 흡수 패널의 말단부에 마련되어 내측 패널 쪽으로 경사진 경사 표면과, 에너지 흡수 수단에 마련되어 에너지 흡수 패널의 경사 표면을 따라 연장되는 경사 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 에너지 보상 수단은, 에너지 흡수 패널 및 에너지 흡수 수단과는 별도로 형성되고 에너지 흡수 패널의 말단부 및 내측 패널에 결합된 판금속 고정구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 에너지 보상 수단은, 제2에너지 보상 수단과, 에너지 흡수 패널과 동일한 단면 형상 및 두께를 갖는 금속 제2에너지 흡수 패널을 포함하며, 상기 제2에너지 흡수 패널은 이 패널의 말단부에서의 감소된 에너지 흡수량을 보상하는 제2에너지 보상 수단을 통해서 에너지 흡수 패널의 종방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제11항에 있어서, 상기 제2에너지 흡수 패널은 내측 패널의 내측에 이격 배치된 복부와 이 복부에 연결된 플랜지부들을 가지며, 상기 제2에너지 보상 수단은, 복부에 결합되지 않고 에너지 흡수 패널의 말단부 상에 중첩되는 제2에너지 흡수패널의 말단부를 갖는 구조에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제12항에 있어서, 상기 2개의 에너지 흡수 패널의 말단부들의 종방향으로 중첩된 길이는 50 내지 70mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제11항에 있어서, 상기 제2에너지 흡수 패널은 내측 패널의 내향측에 이격 배치된 복부와 이 복부에 연결된 플랜지부들을 가지며, 상기 제2에너지 보상 수단은 제2에너지 흡수 패널이 에너지 흡수 패널에 인접하여 배치되어 제2에너지 흡수 패널의 말단부가 에너지 흡수 패널의 말단부에 중첩되지 않도록 그리고 제2에너지 흡수 패널이 2개의 에너지 흡수 패널의 해당 복부들 중 일 부분에서만 에너지 흡수 패널에 결합되도록 하는 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제14항에 있어서, 상기 에너지 흡수 패널들 중 하나는 다른 에너지 흡수 패널 쪽으로 연장되는 설부를 가지며, 상기 2개의 에너지흡수 패널은 설부 및 체결 수단을 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제14항에 있어서, 상기 제2에너지 보상 수단을 판부재를 더 포함하며, 상기 2개의 에너지 흡수 패널은 상기 판부재 및 체결 수단을 통해서 결합되는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 내측 패널과 금속 에너지 흡수 패널 사이의 최대 거리는 10 내지 30mm의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 충돌 에너지 흡수 구조.
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