KR100565122B1 - 차량용 범퍼의 스테이 구조 - Google Patents

Abstract

4부분으로 분리된 스테이 지지부의 각 일측을 별도의 스커트부를 통하여 상호 용접 연결하여 충돌에너지의 흡수 및 분산작동을 각 스테이 지지부가 연계하여 수행할 수 있도록 함으로써, 충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수하고, 구조적으로도 안정된 차량용 범퍼의 스테이 구조를 제공하는 것이다.

범퍼, 스테이, 충격흡수

Description

차량용 범퍼의 스테이 구조{STRUCTURE OF STAY IN AUTOMOTIVE BUMPER SYSTEM}

도 1은 일반적인 차량용 범퍼 시스템의 분리 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 스테이 구조를 도시한 사시도,

도 3은 종래 기술에 따른 스테이 구조에 의한 범퍼의 변위량을 도시한 그래프,

도 4는 범퍼 충돌 시험에서 변위량 비교시의 개념 설명도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스테이 구조를 도시한 사시도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스테이 구조에 의한 범퍼의 변위량을 도시한 그래프,

도 7은 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 응력분포의 비교 해석도,

도 8은 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 영구 변형량의 비교 해석도이다.

본 발명은 차량용 범퍼의 스테이 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차 량용 범퍼 시스템에서, 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버 혹은 리어 멤버를 연결하여 전후방으로부터의 충격에너지를 차체에 고르게 전달 및 흡수하여 차체의 손상을 최소화하는 차량용 범퍼의 스테이 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 범퍼 시스템은, 차량의 저속 충돌시 탄성적으로 변형하여 차량의 물리적인 손상을 방지하기 위한 것으로, 다른 자동차나 고정체와의 충돌시, 그 충격을 흡수하여 승차자의 안전을 도모하게 되며, 동시에 차체의 변형을 최소화 할 수 있도록 자동차 전,후방의 소정 부위에 배치되는 완충장치이다.

이러한 범퍼 시스템은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 2개의 범퍼레일(101,103)로 구성되어 장착되는 범퍼 빔(105), 상기 범퍼 빔(105)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(107), 그리고 상기 범퍼 빔(105)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼커버(109), 상기 범퍼 빔(105)과 프런트 사이드 멤버(111)를 상호 연결하기 위한 스테이(113)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스테이(113)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 프런트 사이드 멤버(111) 혹은 리어 멤버(미도시)에 용접 고정되는 사각의 스테이 플레이트(115)가 구비되고, 상기 스테이 플레이트(115)의 전면에는 4개의 분리된 스테이 지지부(117)가 상기 스테이 플레이트(115)와 범퍼 빔(105)을 연결하여 용접 고정된다.

상기 스테이 지지부(117)는 상하부 스테이 지지부(121,123) 및 좌우 측부 스 테이 지지부(125,127)로 나누어지는데, 상기 스테이 지지부(117) 들은 각각이 상호 분리된 상태로 상기 스테이 플레이트(115)와 범퍼 빔(105) 사이에 고정된다.

도 3은 상기한 바와 같은 구조를 갖는 스테이에 의한 범퍼의 변위량을 나타낸 그래프로써, 범퍼의 변위량는 인트루젼(Intrusion) 변위량과 디플렉션(Deflection) 변위량으로 구분되는데, 상기 인트루젼 변위량은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 충돌시 범퍼커버(109)의 중앙부(S1)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 변형량으로 충돌시험 후 빔이 밀고 들어가 상관 파트의 변형에 영향을 주지 않는 구간에서의 변형을 말하며, 상기 디플렉션 변위량은 충돌시 범퍼 빔(105)의 중앙부(S2)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 변형량으로 충돌시험 후 빔의 내부적 침입 허용구간에서의 변형을 말한다.

즉, 종래 스테이 구조에 의한 상기 범퍼의 변위량에 있어서는, 상기 도 3에서 도시한 바와 같이, 충돌에 대하여 인트루젼(Intrusion) 변위와 디플렉션(Deflection) 변위의 리바운드 타임(Rebound Time)이 0.0465sec로 나타나며, 최대 인트루젼(Intrusion) 변위량은 73.1㎜으로 나타나며, 최대 디플렉션(Deflection) 변위량은 30.8㎜ 나타난다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 차량용 범퍼의 스테이 구조를 변경하여 충돌에너지의 흡수 및 분산 능력을 향상시켜 차량용 범퍼의 충돌성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 4부분으로 분리된 스테이 지지부의 각 일측을 별도의 스커트부를 통하여 상호 용접 연결하여 충돌에 너지의 흡수 및 분산작동을 각 스테이 지지부가 연계하여 수행할 수 있도록 함으로써, 충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수하고, 구조적으로도 안정된 차량용 범퍼의 스테이 구조를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 차량용 범퍼의 스테이 구조는 프런트 사이드 멤버 혹은 리어 멤버에 용접 고정되는 스테이 플레이트와; 상기 스테이 플레이트와 범퍼 빔을 연결하되, 상하부 스테이 지지부 및 좌우 측부 스테이 지지부로 나누어 구성되는 스테이 지지부를 포함하는 차량용 범퍼의 스테이 구조에서,

상기 상하부 스테이 지지부는 그 각각의 양 측단에 절곡된 스커트부를 형성하고, 상기 각 스커트부를 통하여 좌우 측부 스테이 지지부의 양측단에 용접 고정하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 각 스커트부는 상기 스테이 지지부의 각 모서리부를 형성하며, 그 전후단은 상기 범퍼 빔 및 스테이 플레이트와의 사이에 갭을 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 스커트부와 좌우 측부 스테이 지지부는 상호 스폿용접에 의해 용접 고정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스테이 구조를 도시한 사시도로써, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼의 스테이(13)는 프런트 사이드 멤버(미도시) 혹은 리어 멤버(미도시)에 용접 고정되는 사각의 스테이 플레이트(15)가 구비된다.

상기 스테이 플레이트(15)의 전면에는 4개의 분리된 스테이 지지부(17)가 상기 스테이 플레이트(15)와 범퍼 빔(5)을 연결하여 용접 고정된다.

상기 스테이 지지부(17)는 상하부 스테이 지지부(21,23) 및 좌우 측부 스테이 지지부(25,27)로 이루어지며, 상기 상하부 스테이 지지부(21,23)는 그 각각의 양 측단에 절곡된 스커트부(31)를 형성한다.

상기 각 스커트부(31)는 좌우 측부 스테이 지지부(25,27)의 양측단에 용접 고정하여 연결되어 상기 스테이 지지부(17)들은 각각이 그 측부가 상호 연결된 상태로 상기 스테이 플레이트(15)와 범퍼 빔(5) 사이에 고정된다.

여기서, 상기 각 스커트부(31)는 상기 스테이 지지부(17)들의 각 모서리부를 형성하며, 그 전후단부는 상기 범퍼 빔(5) 및 스테이 플레이트(15)와의 사이에 갭(G)을 형성하여 떨어진 상태를 유지하여 스테이(13)의 변형성을 유지할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 스커트부(31)와 좌우 측부 스테이 지지부(25,27)는 상호 스폿용접에 의해 용접 고정되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 스테이 구조는 다음과 같은 충돌 해석 결과를 갖는다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스테이 구조에 의한 범퍼의 변위량을 도시한 그래프로써, 상기와 같은 구조를 갖는 스테이를 범퍼 시스템에 적용하는 경우의 범퍼의 변위량는 고정벽 충돌시험에서, 충돌속도를 15km/h로 하고, 해석장비는 LS- DYNA970의 모델을 사용하며, 부품의 재질 및 두께는 범퍼 빔의 경우 SPFC1180, 1.8t이고, 스테이는 SPFC590, 1.6t이고, 스테이 플레이트는 SPFC590, 2.0t이고, 사이드 멤버는 SPFC780, 2.0t이며, 차량의 중량은 1600 kg인 조건 하에서, 충돌에 대하여 인트루젼(Intrusion) 변위와 디플렉션(Deflection) 변위의 리바운드 타임(Pebound Time)이 0.0345sec로 나타나며, 최대 인트루젼(Intrusion) 변위량은 65.1㎜으로 나타나며, 최대 디플렉션(Deflection) 변위량은 15.9㎜로 나타난다.

이러한 변위량의 결과는 종래의 결과와 비교하여 충돌에 대한 인트루젼(Intrusion) 변위는 10.9%의 향상된 결과를 나타내며, 디플렉션(Deflection) 변위는 48.4%의 향상된 결과치를 나타낸다.

즉, 상기 변위량 비교에 있어서는, 도 3과 도 6의 비교에서 알 수 있듯이, 본 발명이 적용된 범퍼 시스템은 종래 범퍼 시스템에 비하여 인트루젼 변위량과 디플렉션 변위량이 확연히 차이가 날 정도로 작게 나타나는 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 실시예에 따른 스테이 구조가 종래 기술의 스테이 구조에 비하여 그 충격흡수성능이 더 우수함을 짐작할 수 있다.

또한, 리바운드 타임에 있어서, 종래에는 0.0465sec로, 이는 본 발명 실시예가 종래 기술 대비 리바운드 타임이 0.012sec가 짧다는 것을 알 수 있으며, 리바운드 타임이 짧다는 것은 차량에 손상을 주는 시간이 짧다는 것을 의미하므로 스테이의 충격 흡수 성능이 향상됨을 알 수 있다.

이와 같이, 충돌성능의 향상은 저속 충돌시 차량의 주요기능 부품의 손상을 최소화시키며, 사고 발생시 승객의 안전을 도모할 수 있는 효과로 나타난다.

도 7은 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 응력분포의 비교 해석도로써, 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 응력분포는, 상기 고정벽 충돌시험과 동일한 조건 하에서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 해석장비를 통하여 유한요소해석을 통한 결과을 얻을 수 있었다. 즉, 시간대별 스테이의 응력분포를 보여주고 있는데, 도 7의 우측에 각 색상이 나타내는 응력의 크기가 표현되어 있으며, 종래 기술에 비해 본 발명을 적용한 스테이 구조가 훨씬 작은 응력이 미치고 있음을 보여주고 있다.

이는 본 발명의 실시예에 따른 스테이의 응력집중이 완화되어 충격흡수성능이 향상됨을 알 수 있다.

도 8은 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 영구 변형량의 비교 해석도로써, 본 발명과 종래 기술의 스테이 구조에 대한 고정벽 충돌시험 후의 영구 변형량을 보여주고 있다.

즉, 본 발명은 종래 기술에 비해 영구 변형량이 12.7mm감소하므로 차량에 남는 변형이 현저히 감소함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 범퍼의 스테이 구조에 의하면, 종래 4부분으로 분리된 스테이 지지부의 각 일측을 별도의 스커트부를 형성한 후, 그 측부에서 상호 용접 연결하여 충돌에너지의 흡수 및 분산작동을 각 스테이 지지부가 서로 연계하여 수행할 수 있도록 함으로써, 종래에 비하여 충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수하고, 특히, 순간 충격흡수성능이 우수하고, 국부적인 충격력에 대해서도 효과적으로 충격에너지를 흡수할 수 있으며, 구조적으로도 안정된 차량용 범퍼의 스테이 구조를 제공할 수 있게 된다.

또한, 별도의 보강부재를 추가 구성하거나 범퍼 성능을 높이기 위하여 그 두께를 증가시키지 않아도 됨으로, 제조원가 및 중량 면에서 유리한 이점이 있다.

Claims (3)

1. 프런트 사이드 멤버 혹은 리어 멤버에 용접 고정되는 스테이 플레이트와; 상기 스테이 플레이트와 범퍼 빔을 연결하되, 상하부 스테이 지지부 및 좌우 측부 스테이 지지부로 나누어 구성되는 스테이 지지부를 포함하는 차량용 범퍼의 스테이 구조에 있어서,

   상기 상하부 스테이 지지부는 그 각각의 양 측단에 절곡된 스커트부를 형성하고, 상기 각 스커트부는 좌우 측부 스테이 지지부의 양측단에 용접 고정하여 연결하되,

   상기 각 스커트부는 상기 스테이 지지부의 각 모서리부를 형성하며, 그 전후단은 상기 범퍼 빔 및 스테이 플레이트와의 사이에 갭을 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼의 스테이 구조.
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