KR100537313B1 - 자동차 무릎 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 무릎 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 운전자의 무릎 앞쪽에 위치하는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)과; 일측이 상기 니볼스터패널을 지지하고 다른 일측이 카울크로스바(Cowl Cross Bar)에 고정되며 상기 니볼스터패널에 가해지는 충돌에너지를 흡수하여 쉽게 변형될 수 있도록 복수의 절곡부가 연속 형성되어 있는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)과; 상기 니볼스터브래킷의 적어도 어느 하나의 절곡부 내에서 횡방향으로 연결되어 상기 니볼스터브래킷을 보강하는 복수의 보조 브래킷으로 구성되어, 니볼스터패널에 평균 이하 또는 평균 이상의 충돌 에너지가 가해지더라도 충돌 에너지의 크기에 따라 각각 대응하는 강성을 갖도록 하여 무릎이 받는 하중을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차 무릎 보호 장치 {Protective Device For Passenger's Knee}
본 발명은 자동차 무릎 보호 장치에 관한 것으로서, 특히 자동차 충돌 시에 프론트 시트 운전자의 무릎이 운전자의 무릎 전방에 구비되어 있는 니볼스터패널에 평균적으로 가해지는 충돌 에너지를 흡수할 수 있는 강성을 보유할 뿐만 아니라, 니볼스터패널에 평균 이하의 충돌 에너지가 가해지는 경우 또는 평균 이상의 충돌 에너지가 가해지는 경우에도 종래 자동차 무릎 보호 장치에 비하여 작은 강성을 갖거나 큰 강성을 갖도록 하여 각각의 충돌 에너지의 크기에 따라 효과적으로 충돌 에너지를 분산시켜 무릎이 받는 하중을 최소화하는 자동차 무릎 보호 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 시트 앞쪽에는 자동차 충돌시를 대비하여 무릎 보호 장치가 설치되어 있다. 이는 자동차 충돌시 시트에 앉은 운전자의 무릎이 그 앞쪽의 구조물에 부딪혀 상해를 입는 것을 방지하기 위함이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 측면도, 도 2는 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 사시도, 도 3은 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치에 무릎이 충돌한 경우에 시간에 따라 무릎에 가해지는 하중을 도시한 표이다.
종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차 프론트 시트의 앞쪽에 인패널(In-Panel)(18)이 구성되고, 상기 인패널(18)의 아래부분으로 운전자의 무릎(1)의 앞쪽에는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)(19)이 구비되어 있다. 상기 니볼스터패널(19)의 안쪽에는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)(12)이 카울크로스바(Cowl Cross-bar)(11)를 통해 설치되어 있다. 여기서 상기 니볼스터브래킷(12)은 일측이 상기 카울크로스바(11)에 고정되는 고정부와, 다른 일측은 상기 니볼스터패널의 후방에 결합되는 결합부와, 상기 고정부와 결합부 사이에서 상부로 돌출된 제 2 절곡부와, 하부로 절곡되어 형성된 제 1 절곡부로 구성되는 형상이고 상기 니볼스터패널(19)에 가해지는 충돌 에너지를 흡수하도록 소정의 강성을 가지고 상기 니볼스터패널(19)을 지지하고 있다.
상기와 같이 구성된 종래기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치는 자동차 충돌시 운전자의 무릎(1)이 관성력에 의하여 충돌 에너지를 가지고 상기 니볼스터패널(19)에 부딪히면, 상기 니볼스터패널(19)과 연결되어 있는 상기 니볼스터브래킷(12)이 수축 변형되면서 충돌 에너지를 흡수하므로 무릎에 가해지는 하중이 줄어들게 되어 무릎의 상해가 줄어든다. 이 경우에 도 3에 도시된 표와 같이 상기 니볼스터브래킷(12)이 수축 변형됨에 따라 상기 니볼스터브래킷(12)이 갖는 소정의 강성에 의하여 상기 니볼스터브래킷(12)이 시간이 경과함에 따라 계속하여 변형되므로 운전자의 무릎(1)이 받는 하중은 시간에 따라 증가하고 소정의 시간 ta인 때에는 최대값(F0)이 발생하고, 시간 ta를 지나면서 상기 니볼스터브래킷(12)의 변형이 줄어들면서 무릎이 받는 하중은 감소하고, 이로써 충돌 에너지가 흡수된다.
여기서 무릎이 받는 하중은 상기 니볼스터브래킷(12)의 형상 및 재질에 따라 변하는 강성에 의하여 결정되므로, 많은 실차 시험을 통하여 무릎이 받는 하중이 작도록 하여 가장 효과적으로 충돌 에너지를 흡수하도록 소정의 강성을 설정하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치에서의 상기 니볼스터브래킷(12)은 평균의 성인 남성 운전자가 탑승 시의 충돌을 상정하여 이러한 충돌 에너지에 상응하는 강성을 갖는 니볼스터브래킷(12)을 사용하게 되므로 남성 운전자에 비하여 무게가 가벼운 여성 운전자가 탑승했을 때의 충돌 또는 저속 운전 중의 충돌 시에 상기 니볼스터패널(19)에 평균 이하의 충돌 에너지가 가해지는 경우에는 상기 니볼스터브래킷(12)의 강성이 지나치게 높기 때문에 무릎이 받는 하중이 커져 충돌 에너지를 효과적으로 흡수할 수 없는 문제점이 있다.
또한 평균의 성인 남성 운전자에 비하여 과체중인 운전자가 탑승했을 때의 충돌 시에 상기 니볼스터패널(19)에 가해지는 충돌 에너지를 상기 니볼스터브래킷(12)의 강성만으로는 이를 효과적으로 흡수할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 니볼스터패널에 평균 이하 또는 평균 이상의 충돌 에너지가 가해지더라도 니볼스터브래킷 이외에 보조 브래킷을 추가로 구비하여 충돌 에너지의 크기에 따라 각각 대응하는 강성을 갖도록 하여 효율적으로 충돌 에너지를 흡수할 수 있는 자동차 무릎 보호 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치는 운전자의 무릎 앞쪽에 위치하는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)과; 일측이 상기 니볼스터패널을 지지하고 다른 일측이 카울크로스바(Cowl Cross Bar)에 고정되며 상기 니볼스터패널에 가해지는 충돌에너지를 흡수하여 쉽게 변형될 수 있도록 복수의 절곡부가 연속 형성되어 있는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)과; 상기 니볼스터브래킷의 적어도 어느 하나의 절곡부 내에서 횡방향으로 연결되어 상기 니볼스터브래킷을 보강하는 복수의 보조 브래킷으로 구성된다.
또한, 상기 니볼스터브래킷은 2개의 절곡부를 갖되, 상기 니볼스터패널 쪽으로부터 오목하게 절곡된 제 1 절곡부와 상기 제 1 절곡부와 연결되고 볼록하게 절곡된 제 2 절곡부가 형성되고, 상기 제 1 절곡부 내에 연결된 제 1 보조 브래킷과 상기 제 2 절곡부 내에 연결된 제 2 보조 브래킷으로 구성된다.
여기서 상기 제 1 보조 브래킷은 상기 니볼스터브래킷에 비하여 강성이 약한 브래킷으로 구성되고, 상기 제 1 보조 브래킷에는 상기 제 1 보조 브래킷의 상부에서 하부로 관통하는 브래킷 홀이 형성된다.
또한, 상기 제 1 보조 브래킷 또는 제 2 보조 브래킷의 단면은 'ㄷ' 형상으로 되어 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 측면도, 도 5는 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치에 무릎이 충돌한 경우에 시간에 따라 무릎에 가해지는 하중을 도시한 표이다.
본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자동차 프론트 시트의 앞쪽에 인패널(In-Panel)(28)이 위치하고, 상기 인패널(28)의 아래부분으로 운전자의 무릎(2)의 전방에는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)(29)이 구비되어 있다. 상기 니볼스터패널(29)의 안쪽 내부에는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)(22)이 카울크로스바(Cowl Cross-bar)(21)를 통해 설치되어 있다. 여기서 상기 니볼스터브래킷(22)은 일측이 상기 카울크로스바(21)에 고정되는 고정부(22b)와, 다른 일측은 상기 니볼스터패널의 후방에 결합되는 결합부(22a)와, 상기 고정부(22b)와 결합부(22a) 상기 니볼스터패널(29) 방향 쪽으로 오목하게 절곡된 제 1 절곡부(22d)와, 상기 제 1 절곡부(22d)와 연결되어 상기 카울크로바(21) 방향 쪽으로 볼록하게 절곡되어 형성된 제 2 절곡부(22c)로 구성되며 상기 니볼스터패널(29)에 가해지는 충돌 에너지를 흡수하도록 소정의 강성을 가지고 상기 니볼스터패널(29)을 지지하고 있다.
그리고 상기 니볼스터브래킷(22)은 프론트 좌측 시트의 경우에는 상기 니볼스터패널(29)의 좌측을 지지하고 있으며, 우측에는 상기 카울크로스바(21)의 형상이 굽어져 있어져 있음에 따라 우측 니볼스터브래킷(23)이 'ㄱ'자 형태로 형상되어 상기 니볼스터브래킷(22)과 대응하여 상기 니볼스터패널(29)을 지지하고 있다. 여기서 상기 니볼스터브래킷(22)은 평균의 성인 남성 운전자가 탑승 시의 충돌을 대비하여 구비되는 구성요소이므로 이 때의 충돌 에너지에 상응하는 강성을 갖도록 니볼스터브래킷(22)의 재질 및 형상을 결정하는 것이 바람직하다.
한편 제 1 보조 브래킷(24)은 단면이 'ㄷ'자 형태를 갖고, 상기 니볼스터브래킷(22)의 제 1 절곡부(22d)의 내부를 연결하는데, 상기 'ㄷ'자 형태를 갖는 제 1 보조 브래킷(24)은 상기 니볼스터브래킷(22)의 외부면을 감싸면서 상기 니볼스터브래킷(22)에 고정되어 있다. 여기서 상기 제 1 보조 브래킷(24)은 남성 운전자에 비하여 무게가 가벼운 여성 운전자가 탑승했을 때의 충돌 또는 저속 운전 중의 충돌을 대비하여 구비되는 구성요소이므로 상대적으로 적은 충돌 에너지에 상응하여 상기 니볼스터브래킷(22) 보다 작은 강성을 갖도록 제 1 보조 브래킷(24)의 재질 및 형상을 결정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제 1 보조 브래킷(24)에는 상기 결합부(22a)의 바로 후방에 위치하고, 상기 제 1 보조 브래킷(24)의 상부에서 하부로 관통하는 브래킷 홀(34)이 구성되어 있다.
또한 제 2 보조 브래킷(25)도 단면이 'ㄷ'자 형태를 갖고, 상기 니볼스터브래킷(22)의 제 2 절곡부(22c)의 내부를 연결하는데, 역시 상기 'ㄷ'자 형태의 제 2 보조 브래킷(25)이 상기 니볼스터브래킷(22)의 외부면을 감싸면서 상기 니볼스터브래킷(22)에 고정된다. 여기서 상기 제 2 보조 브래킷(25)은 평균의 성인 남성 운전자에 비하여 과체중인 운전자가 탑승했을 때의 충돌을 대비하여 구비되는 구성요소이므로 상대적으로 큰 충돌 에너지가 가해지는 것을 대비하여 이에 상응하는 강성을 갖도록 제 2 보조 브래킷(25)의 재질 및 형상이 결정된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 구비된 자동차에 평균의 성인 남성 운전자가 탑승할 때 발생한 자동차 충돌시에 도 6에 도시된 바와 같이 운전자의 무릎(2)이 관성력에 의하여 충돌 에너지를 가지고 상기 니볼스터패널(29)에 부딪히면, 상기 니볼스터패널(29)의 후방에 연결되고 니볼스터브래킷에 비하여 강성이 약한 제 1 보조 브래킷(24)이 1차적으로 먼저 수축되면서 충돌 에너지를 흡수하게 됨으로 시간에 따라 상기 무릎(2)에 가해지는 하중이 증가하게 되고, 이 때 시간 t1에 F2의 하중까지 증가하게 된다. 이 경우에는 제 1 보조 브래킷(24)은 니볼스터브래킷(22)에 비하여 강성이 작으므로 무릎이 받는 하중은 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치에 비하여 작은 값을 유지한다.
그러면 이 때에는 상기 제 1 보조 브래킷(24)에 구비된 브래킷 홀(34)이 변형됨에 따라 상기 제 1 보조 브래킷(24)이 상기 브래킷 홀(34)의 내부 공간으로 수축하면서 오히려 시간 t1에서 시간 t2에 이르게 될 때까지 무릎에 가해지는 하중이 시간이 경과함에 따라 오히려 감소하게 되어 이 경우 F2에서 F3까지 감소한다.
그리고 상기 제 1 보조 브래킷(24)이 완전 변형이 된 후에는 2차적으로 상기 니볼스터브래킷(22)이 수축 변형되면서 충돌 에너지를 흡수하게 되고, 이에 따라 상기 무릎(2)에 가해지는 하중이 다시 시간에 따라 증가하게 되며 시간 t3에 이를 때까지 최대값 F1까지 증가된다.
여기서 상기 F1은 상기 제 1 보조 브래킷(24)이 구비되지 않았던 경우에 상기 무릎(2)에 가해지는 최대 하중인 F0보다 작은 값이므로, 결국 무릎이 받는 하중이 효과적으로 분산되어 충돌 에너지가 흡수된 것이다.
이번에는 남성 운전자에 비하여 무게가 가벼운 여성 운전자가 탑승했을 때의 충돌 또는 저속 운전 중의 충돌 시에 상기 니볼스터패널(29)에 평균 이하의 충돌 에너지가 가해지는 경우에는 상기 니볼스터패널(29)의 후방에 위치한 제 1 보조 브래킷(24)이 구비되어 상기 니볼스터브래킷(22)이 뒤로 밀려 변형되기 전에 상기 니볼스터브래킷(22)보다 작은 강성을 갖는 제 1 보조 브래킷(24)에 의하여 충돌 에너지가 먼저 흡수된다. 특히 상기 제 1 보조 브래킷(24)에 구비된 브래킷 홀(34)은 충돌 에너지가 적은 경우에 그 부분만큼 제 1 보조 브래킷(24)에 공간을 형성하므로 변형이 쉽게 일어날 수가 있어 무릎에 가해지는 하중이 줄어들므로 효과적으로 충돌 에너지가 흡수된다.
또한, 평균의 성인 남성 운전자에 비하여 과체중인 운전자가 탑승했을 때의 충돌 시에는 상기 제 1 보조 브래킷(24) 및 니볼스터브래킷(22)의 강성에 의하여 흡수할 수 있는 충돌 에너지보다 큰 충돌에너지가 발생하게 되고, 1차적으로 제 1 보조 브래킷(24)이 충돌 에너지를 흡수하게 될 뿐만 아니라, 2차적으로 상기 니볼스터브래킷(22)에 의하여 충돌 에너지를 흡수하는데 이 때 보다 큰 충돌 에너지에 의하여 상기 니볼스터브래킷(22)의 자체가 뒤로 밀리는 것을 상기 제 2 보조 브래킷(25)이 지지하여주므로, 가해지는 충돌 에너지가 평균적인 충돌 에너지가 큰 경우에도 이를 효과적으로 분산 흡수할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치는 운전자의 무릎 앞쪽에 위치하는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)과; 일측이 상기 니볼스터패널을 지지하고 다른 일측이 카울크로스바(Cowl Cross Bar)에 고정되며 상기 니볼스터패널에 가해지는 충돌에너지를 흡수하여 쉽게 변형될 수 있도록 복수의 절곡부가 연속 형성되어 있는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)과; 상기 니볼스터브래킷의 적어도 어느 하나의 절곡부 내에서 횡방향으로 연결되어 상기 니볼스터브래킷을 보강하는 복수의 보조 브래킷으로 구성하되, 상기 니볼스터브래킷은 상기 니볼스터패널 쪽으로부터 오목하게 절곡된 제 1 절곡부와 상기 제 1 절곡부와 연결되고 볼록하게 절곡된 제 2 절곡부가 형성되고, 상기 제 1 절곡부 내에 연결된 제 1 보조 브래킷과 상기 제 2 절곡부 내에 연결된 제 2 보조 브래킷으로 구성됨으로써, 평균의 성인 남성 운전자가 탑승했을 때의 충돌 시에는 종래의 자동차 무릎 보호 장치에 구비되었던 수개의 절곡부가 있는 니볼스터브래킷이 그대로 구비되어 상기 니볼스터패널에 평균적으로 가해지는 충돌 에너지를 흡수할 수 있는 충분한 강성을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 남성 운전자에 비하여 무게가 가벼운 여성 운전자가 탑승했을 때의 충돌 또는 저속 운전 중의 충돌 시에 상기 니볼스터패널에 평균 이하의 충돌 에너지가 가해지는 경우에는 상기 니볼스터브래킷의 변형이 일어나기 전에 상기 니볼스터브래킷보다 강성이 약한 제 1 보조 브래킷이 먼저 변형되어 충돌 에너지가 1차적으로 흡수되므로, 결국 상기 니볼스터패널에 평균 이하의 충돌 에너지가 가해지는 경우라도 그 크기에 따라 효율적으로 분산 흡수되어 운전자의 무릎에 가해지는 하중이 최소화되는 이점이 있다.
또한, 평균의 성인 남성 운전자에 비하여 과체중인 운전자가 탑승했을 때의 충돌 시에 운전자의 무릎이 상기 니볼스터패널에 부딪히면서 발생하는 충돌 에너지가 니볼스터브래킷 뿐만 아니라, 1차적으로는 강성이 약한 상기 제 1 보조 브래킷이 먼저 변형되어 충돌에너지를 흡수하고, 또한 상기 제 2 보조 브래킷이 상기 니볼스터브래킷이 뒤로 밀리게 되는 것을 방지할 수 있어 종래의 자동차 무릎 보호 장치에 비하여 강성이 생기게 되므로, 결국 평균 이상의 충돌 에너지도 그 크기에 따라 단계적으로 그 크기에 따라 효율적으로 분산 흡수할 수 있는 이점이 있다.
또한 상기 제 1 보조 브래킷에는 상기 제 1 보조 브래킷의 상부에서 하부로 관통하는 브래킷 홀이 형성됨으로써, 상기 제 1 보조 브래킷에 충돌에너지가 가해진 경우에는 상기 브래킷 홀에서부터 변형이 시작되므로 상기 니볼스터브래킷에 비하여 강성이 약한 제 1 보조 브래킷을 용이하게 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한 상기 제 1 보조 브래킷 또는 제 2 보조 브래킷의 단면은 'ㄷ' 형상으로 구성함으로써, 'ㄷ'형상으로 구성되어 상기 니볼스터브래킷에 보다 넓은 면으로 접촉되므로 상기 니볼스터패널에 단단하게 고정될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 측면도,
도 2는 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 사시도,
도 3은 종래 기술에 따른 자동차 무릎 보호 장치에 무릎이 충돌한 경우에 시간에 따라 무릎에 가해지는 하중을 도시한 표,
도 4는 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치가 도시된 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차 무릎 보호 장치에 무릎이 충돌한 경우에 시간에 따라 무릎에 가해지는 하중을 도시한 표이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 무릎 21 : 카울크로스바
22 : 니볼스터브래킷 22a : 결합부
22b : 고정부 22c : 제 2 절곡부
22d : 제 1 절곡부 23 : 우측 니볼스터브래킷
24 : 제 1 보조 브래킷 25 : 제 2 보조 브래킷
28 : 인패널 29 : 니볼스터패널
34 : 브래킷 홀

Claims (5)

  1. 운전자의 무릎 앞쪽에 위치하는 니볼스터패널(Knee Bolster Panel)과;
    일측이 상기 니볼스터패널을 지지하고 다른 일측이 카울크로스바(Cowl Cross Bar)에 고정되며 상기 니볼스터패널에 가해지는 충돌에너지를 흡수하여 쉽게 변형될 수 있도록 복수의 절곡부가 연속 형성되어 있는 니볼스터브래킷(Knee Bolster Bracket)과;
    상기 니볼스터브래킷의 적어도 어느 하나의 절곡부 내에서 횡방향으로 연결되어 상기 니볼스터브래킷을 보강하는 복수의 보조 브래킷으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 무릎 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 니볼스터브래킷은 2개의 절곡부를 갖되, 상기 니볼스터패널 쪽으로부터 오목하게 절곡된 제 1 절곡부와 상기 제 1 절곡부와 연결되고 볼록하게 절곡된 제 2 절곡부가 형성되고, 상기 제 1 절곡부 내에 연결된 제 1 보조 브래킷과 상기 제 2 절곡부 내에 연결된 제 2 보조 브래킷으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 무릎 보호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 브래킷은 상기 니볼스터브래킷에 비하여 강성이 약한 브래킷으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 무릎 보호 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 보조 브래킷에는 상기 제 1 보조 브래킷의 상부에서 하부로 관통하는 브래킷 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 무릎 보호 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 브래킷 또는 제 2 보조 브래킷의 단면은 'ㄷ' 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 무릎 보호 장치.
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