KR100551256B1 - 차량의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조 - Google Patents

차량의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 전방의 범퍼백빔에 마운팅되는 토우잉후크를 이용하여 차량을 견인하는 경우, 토우잉후크로부터 전달되는 인장하중에 의해 프론트엔드 캐리어의 범퍼장착부 양측면에 볼팅체결된 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트가 소성변형되는 정도를 저감하기 위한 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조를 제공함을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 사이드멤버 플레이트, 범퍼장착부 및 범퍼 플레이트 각각의 중앙부에 서로 볼팅체결된 상태에서 일직선 배열되는 관통홀을 형성하고, 일측단부는 상기 사이드멤버 플레이트 후면에 고정되며, 타측단부는 상기 관통홀들을 모두 관통하여 상기 범퍼 플레이트 전면에 고정되는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조를 제공한다.
범퍼, 토우잉후크, 캐리어, 프론트 사이드 멤버, 소성변형

Description

차량의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조{Combining Structure Between a Bumper-Stay Plate and a Front-Sidemember Plate}
도 1은 종래의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조를 나타내기 위한, 프론트 사이드멤버, 프론트엔드 캐리어 및 토우잉후크가 장착된 범퍼백빔의 조립도이다.
도 2는 종래의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조가 갖는 문제점을 나타내기 위한 것으로, 토우잉후크를 통하여 인장하중을 가함에 따라 범퍼 플레이트의 중앙부가 볼록하게 소성변형됨을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스토퍼가 적용된 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조를 나타내기 위한, 프론트 사이드멤버, 프론트엔드 캐리어 및 토우잉후크가 장착된 범퍼백빔의 조립도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조가 갖는 잇점을 나타내기 위한 것으로, 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 중앙부에 스토퍼를 적용함에 따라 토우잉후크를 통한 인장하중에 의해 범퍼 플레이트의 소성변형이 감소됨을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실예에 따른 체결구조와 종래의 체결구조에 대하여, 토우잉후크를 통하여 인장하중을 가한 후, 인장하중을 제거함에 따라 범퍼 플레이트 또는 사이드멤버 플레이트가 영구변형되는 정도를 비교한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 프론트엔드 캐리어 2: 범퍼장착부
10: 프론트 사이드멤버 11: 사이드멤버 플레이트
12: 사이드멤버 엑스텐션 20: 범퍼백빔
21: 범퍼 플레이트 22: 범퍼스테이
23: 토우잉후크 24: 토우잉너트
25: 토우잉브라켓 30: 스토퍼
31: 고정부 32: 탄성수직부
33: 걸림부 H: 관통홀
본 발명은 차량의 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트의 체결구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 전방의 범퍼백빔에 마운팅되는 토우잉후크를 이용하여 차량을 견인하는 경우, 토우잉후크로부터 전달되는 인장하중에 의해 프론트엔드 캐리어의 범퍼장착부 양측면에 볼팅체결된 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트가 소성변형되는 정도를 저감하기 위한 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조에 관한 것이다.
최근에는 자동차 양산공장의 인라인 작업공정을 최소화하기 위한 모듈화의 하나로서 프론트 엔드 모듈(FEM)이 사용되고 있는데, 차량 전방에 설치되는 부품들, 즉 범퍼빔, 쿨링모듈, 좌우측 헤드램프 어셈블리, 후드랫치, 듀얼혼 등의 부품들은 프론트엔드 캐리어(또는 '볼스터'라 함)에 조립되어 일체로서 의장라인에서 차체(즉, 프론트 사이드 멤버)에 장착될 수 있도록 하고 있다.
도 1에는, 프론트엔드 캐리어(1), 프론트엔드 캐리어 좌측 하부의 범퍼장착부(2) 전면에 마운팅되는 범퍼백빔(20) 및 범퍼장착부(2)의 후면에 마운팅되는 프론트 사이드멤버(10)가 도시되어 있으며, 범퍼백빔의 전방에는 차량의 견인을 위한 토우잉후크(23)가 장착되어 있다.
일반적으로, 범퍼백빔(20)은 범퍼백빔의 후방에 CO2용접되는 범퍼스테이(22)와 이 범퍼스테이의 후방에 용접되는 범퍼 플레이트(21)를 매개로 범퍼장착부(2)의 전면에 장착되어 하나의 프론트 엔드 모듈을 구성하며, 이러한 프론트 엔드 모듈은, 선단에 사이드멤버 엑스텐션(12)이 결합된 프론트 사이드멤버(10)에 고정됨으로써 차체에 고정된다.
이때, 사각 플레이트 형상의 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)는, 범퍼백빔(20)과 프론트 사이드멤버(10)를 프론트엔드 캐리어(1)에 마운팅하기 위한 부재로서, 프론트 엔드 모듈과 프론트 사이드 멤버(10) 간의 조립작업이 용이하도록 하며, 프론트엔드 캐리어(1) 하부의 범퍼장착부(2) 전면과 이에 대응하는 범퍼장착부(2)의 후면에 각각 밀착되어, 범퍼장착부와 함께 차체 길이방향으로 상단과 하단이 각각 2점씩 볼팅체결되는 구조로 이루어져 있다. 프론트 사이드멤버(10)는 선단에 결합되어 있는 사이드멤버 엑스텐션(12)의 전면이 사이드멤버 플레이트의 후면에 용접되어 고정된다.
한편, 범퍼백빔(20)에는 차량의 견인을 위한 토우잉후크(23)가 장착되는 경우가 있는데, 이러한 토우잉후크는 별도의 고정수단에 의해 범퍼스테이(22)의 내측에 고정되는 토우잉너트(24)에 의해 범퍼백빔(20)에 장착된다. 이때, 토우잉너트(24)의 내측과 토우잉후크(23)의 외측에는 각각 나사산이 형성되어 있어 필요한 경우에 토우잉후크(23)를 토우잉너트(24)에 나사결합시켜 차량을 견인하도록 하며, 범퍼백빔(20)의 전방측에는 토우잉브라켓(25)이 용접되어 있어 토우잉너트(24)가 범퍼백빔에 견고하게 고정될 수 있도록 한다. 따라서, 토우잉후크(23)에 가해지는 하중은 범퍼스테이(22)를 통하여 범퍼 플레이트(21) 나아가서는 사이드멤버 플레이트(11)에 전달되는 구조가 된다.
도 2를 참조하여, 이러한 구조로 이루어진 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 체결구조의 문제점을 살펴본다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 범퍼 플레이트(21)과 사이드멤버 프레이트(11)는 범퍼장착부(2)를 사이에 두고 상단과 하단이 각각 2점씩 볼팅체결되는 구조이기 있기 때문에, 토우잉후크(23)를 통하여 인장하중을 가하는 경우 범퍼스테이(22)의 후방에 용접된 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 엑스텐션(12)의 전방에 용접된 사이드멤버 플레이트(11)의 중앙부는 인장하중에 따라 서서히 벌어져 인장하중이 제거된 후에도 복원되지 않고 영구적으로 변형되는 문제점이 발생된다.
도 5에는 이러한 인장하중 실험에 따른 범퍼 플레이트(21)의 변형량(B)이 도 시되어 있는데, 법규상 요구되는 토우잉후크(23) 전방 좌우측 30°이내의 압축, 인장실험시 10mm (최대하중: 2040 kgf) 정도의 영구변형이 발생되어 이를 방지 내지 저감하기 위한 구조가 요구되고 있었다.
그 대안으로서 제시될 수 있는 것이, 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트의 두께를 증가시키는 것인데, 2040 kgf 정도의 하중에 대해 플레이트의 영구변위가 5mm 이내로 조절되도록 하기 위해서는, 160g 이상 증가하게 되어야 하는 불리함이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다양한 방향으로 가해지는 하중에 대하여, 프론트엔드 캐리어의 범퍼장착부 양측면에 볼팅체결된 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트의 중앙부가 서로 벌어지며 영구변형되는 정도를 저감되도록 한 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조는, 토우잉후크가 장착되는 범퍼백빔과 프론트 사이드멤버를 프론트엔드 캐리어에 마운팅하기 위하여, 프론트엔드 캐리어 양측 하부의 범퍼장착부 전면과 이에 대응하는 상기 범퍼장착부의 후면에 각각 밀착되어, 상기 범퍼장착부와 함께 차체 길이방향으로 서로 볼팅체결되는 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레 이트의 체결구조에 있어서, 상기 사이드멤버 플레이트, 상기 범퍼장착부 및 상기 범퍼 플레이트 각각의 중앙부에 형성되며, 서로 볼팅체결된 상태에서 일직선 배열되는 관통홀; 상기 토우잉후크를 통하여 전달되는 인장하중에 따라 서로 볼팅체결된 상기 사이드멤버 플레이트와 상기 범퍼 플레이트의 중앙부가 소성변형되는 정도를 저감하기 위하여, 일측단부는 상기 사이드멤버 플레이트 후면에 고정되며, 타측단부는 상기 관통홀들을 모두 관통하여 상기 범퍼 플레이트 전면에 고정되는 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스토퍼는, 상기 사이드멤버 플레이트의 후면 또는 상기 범퍼 플레이트의 전면에 용접되는 평판형의 고정부와, 상기 고정부로부터 수직하게 연장형성되어 상기 관통홀들을 동시에 관통하며 그 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 탄성변형 가능한 복수개의 수직탄성부와, 상기 수직탄성부의 선단으로부터 절곡되어 상기 탄성수직부의 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 돌출형성되며 상기 관통홀들을 모두 관통한 상태에서 상기 범퍼 플레이트 전면 또는 상기 사이드멤버 플레이트 후면과 걸림고정되는 걸림부를 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조에 대하여 살펴본다. 별도의 구분이 없는 한, 동일한 명칭은 동일 또는 그에 상당하는 부재를 지칭하며 또한 동일부재에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스토퍼(30)가 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11) 사이에 적용되는 구조를 나타내기 위한 도면으로, 프 론트엔드 캐리어(1) 좌측의 범퍼장착부(2)에서 서로 볼팅체결되는 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 조립구조가 도시되어 있다.
먼저, 일반적인 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 체결구조를 살펴보면, 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)는, 프론트엔드 캐리어(1) 양측 하부의 범퍼장착부(2) 전면과 이에 대응하는 범퍼장착부(2)의 후면에 각각 밀착되어, 범퍼장착부와 함께 차체 길이방향으로 상단과 하단이 각각 2점씩 볼팅체결된다.
이러한, 범퍼 플레이트(21)의 전면에는 범퍼 스테이의 후면이 용접되며, 사이드멤버 플레이트(11)의 후면에는 프론트 사이드멤버(10)의 선단에 결합된 사이드멤버 엑스텐션(12)이 용접됨으로써, 프론트 사이드멤버(10)와 범퍼백빔(20)이 프론트엔드 캐리어(1) 하부의 범퍼장착부(2)에 마운팅된다.
다음으로 바람직한 실시예에 따른 스토퍼(30)와 스토퍼가 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 사이에 설치되는 구조를 살펴본다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 사이드멤버 플레이트(11), 범퍼장착부(2) 및 범퍼 플레이트(21) 각각의 중앙부에는 관통홀(H)이 형성되며, 이들 관통홀은 서로 볼팅체결된 상태에서 차체 길이방향으로 일직선 배열된다.
스토퍼(30)는, 사이드멤버 플레이트(11)의 후면에 용접되는 평판형의 고정부(31)과, 이 고정부로부터 수직하게 연장형성되어 앞서 설명된 관통홀(H)들을 동시에 관통하며 그 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 탄성변형 가능한 두개의 수직탄성부(32)와, 이 수직탄성부의 선단으로부터 절곡되어 탄성수직부(32)의 길이 방향에 대하여 수직한 방향으로 돌출형성되며 관통홀(H)들을 모두 관통한 상태에서 범퍼 플레이트(21)의 전면에 걸림고정되는 걸림부(33)로 구성된다.
스토퍼(30)가 적용된 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 체결과정을 살펴보면, 스토퍼의 걸림부(33)는 사이드멤버 플레이트(11)의 후방에서 전방측으로 관통되며, 평판형의 고정부(31)는 사이드멤버 플레이트(11)의 관통홀 후방에서 사이드멤버 플레이트 후면에 용접되고, 다음으로 사이드멤버 플레이트(11)의 후면이 프론트 사이드멤버(10) 선단에 고정된 사이드멤버 엑스텐션(12)에 용접된다.
그리고, 도 3과 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 프론트 사이드멤버(10)에 고정된 스토퍼(10)는, 그 걸림부(33)가 범퍼백빔(20), 범퍼플레이트(21) 및 범퍼장착부(2)가 일체화된 프론트 엔드 모듈의 후방으로부터 관통홀(H)을 관통하여 범퍼 플레이트(21) 전면에 걸림고정되며, 다음으로 범퍼플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)의 상단과 하단이 각각 2점씩 볼팅체결됨으로써, 프론트 엔드 모듈이 차체에 장착된다.
바람직하게는 스프링강으로 제조되는 탄성수직부(32)는, 걸림부(33)가 관통홀(H)을 관통하는 동안에 탄성변형되면서 걸림부(33)가 용이하게 관통홀을 통과할 수 있도록 하며, 걸림부(33)는 관통홀에의 용이한 통과를 위하여 전방에서 후방측으로 비스듬히 경사진 경사면을 가지며, 범퍼 플레이트(21)의 전면에 견고하게 거치되어 다양한 방향으로의 인장하중에 대해 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11)가 강성을 유지할 수 있도록 범퍼 플레이트(21)의 전면에 거치되는 단차를 갖는다.
이와 같이, 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11) 사이에 스토퍼(30)가 설치됨으로써, 토우잉후크(23)을 통하여 전달되는 인장하중에 의해 점점 벌어지며 소성변형되는 범퍼 플레이트(21)는 스토퍼(30)에 의해 지지되어 그 변형치가 감소될 수 있게 된다.
도 5에는 스토퍼(30)의 적용에 따라 범퍼 플레이트(21)와 사이드멤버 플레이트(11) 중앙부의 영구변형이 5mm 이내로 조절될 수 있음을 그래프(A)로 나타내었다. 도 5에서 가로축은 변위량(mm)이며 세로축은 토우잉후크에 가해지는 힘(Kgf)이다.
상기한 바와 같은 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 설명된 것으로 각 구성들에 대한 다양한 변형이 가능하다.
일례로, 스토퍼는, 그 고정부가 범퍼 플레이트 전면에 용접되고 걸림부가 사이드멤버 플레이트 후면에 걸림고정되도록 설치될 수 있으며, 스토퍼의 걸림부 및 고정부는 모두 플레이트에 걸림고정될 수 있는 구조로 형성되여야 하나, 그 형상은 본 실시예에와는 다른 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조는, 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트 중앙부를 관통하여 양측에 고정되는 스토퍼가 설치됨으로써 사이드멤버 플레이트와 범퍼 플레이트의 중앙 부가 서로 벌어지며 영구변형되는 정도가 저감될 수 있다.
또한, 스토퍼는 관통홀을 관통하여 손쉽게 조립될 있는 구조로 형성되어 있어, 일체로 조립된 프론트 엔드 모듈을 의장라인에서 차체에 고정하도록 하는 차체 조립공정에 용이하게 적용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 토우잉후크가 장착되는 범퍼백빔과 프론트 사이드멤버를 프론트엔드 캐리어에 마운팅하기 위하여, 프론트엔드 캐리어 양측 하부의 범퍼장착부 전면과 이에 대응하는 상기 범퍼장착부의 후면에 각각 밀착되어, 상기 범퍼장착부와 함께 차체 길이방향으로 서로 볼팅체결되는 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조에 있어서,
    상기 사이드멤버 플레이트, 상기 범퍼장착부 및 상기 범퍼 플레이트 각각의 중앙부에 형성되며, 서로 볼팅체결된 상태에서 일직선 배열되는 관통홀과,
    상기 토우잉후크를 통하여 전달되는 인장하중에 따라 서로 볼팅체결된 상기 사이드멤버 플레이트와 상기 범퍼 플레이트의 중앙부가 소성변형되는 정도를 저감하기 위하여, 일측단부는 상기 사이드멤버 플레이트 후면에 고정되며, 타측단부는 상기 관통홀들을 모두 관통하여 상기 범퍼 플레이트 전면에 고정되는 스토퍼를 포함하는 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는,
    상기 사이드멤버 플레이트의 후면 또는 상기 범퍼 플레이트의 전면에 용접되는 고정부와,
    상기 고정부로부터 수직하게 연장형성되어 상기 관통홀들을 동시에 관통하며, 그 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 탄성변형 가능한 복수개의 수직탄성부 와,
    상기 수직탄성부의 선단으로부터 절곡되어 상기 탄성수직부의 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 돌출형성되며, 상기 관통홀들을 모두 관통한 상태에서 상기 범퍼 플레이트 전면 또는 상기 사이드멤버 플레이트 후면과 걸림고정되는 걸림부를 구비하는 범퍼 플레이트와 사이드멤버 플레이트의 체결구조.
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