KR100870416B1 - 차량용 범퍼의 크래쉬 박스 - Google Patents

Abstract

차량용 범퍼의 크래쉬 박스를 전,후측 브라켓으로 분리 형성하되, 전,후측 브라켓 중 어느 하나는 비철금속으로 형성하고, 다른 하나는 금속으로 형성하여 전자 성형 가공법으로 접합하여 하나의 크래쉬 박스를 형성함으로써, 비철금속의 사용으로 경량화에 기여하고, 충돌시 발생하는 충격의 다중 흡수를 구현하여 승객에게 가해지는 충격량을 크게 감소시킬 수 있는 것이다.

충격 흡수부재. 전자 성형 가공. 비철금속. 금속

Description

차량용 범퍼의 크래쉬 박스{CRASH BOX OF AUTOMOTIVE BUMPER SYSTEM}

본 발명은 차량용 범퍼의 크래쉬 박스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비철금속과 금속 재질의 이종재질(異種材質)로 형성하여 부위별 다른 강도 구현을 통해 충돌성이 뛰어나고 2단계 이상의 충격 흡수를 구현할 수 있도록 한 차량용 범퍼의 크래쉬 박스에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 범퍼 시스템은 차량의 저속 충돌시 탄성적으로 변형하여 차량의 물리적인 손상을 최초화하기 위한 것으로서, 다른 자동차나 고정체와의 충돌시 그 충격을 흡수하여 탑승자의 안전을 도모하게 되며, 동시에 차체의 변형을 최소화 할 수 있도록 자동차 전,후방에 배치되는 완충장치이다.

이러한 범퍼 시스템은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 기본적으로 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 2개의 범퍼레일(101,103)로 구성되어 장착되는 범퍼 빔(105)과, 상기 범퍼 빔(105)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(107)와, 그리고 상기 범퍼 빔(105)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼 커버(109)와, 상기 범퍼 빔(105)과 프런트 사이드 멤버(111)를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스(즉, 범퍼 스테이; 113)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 범퍼 시스템의 안전성 및 경량화를 위한 개발과정에서, 최근에는 고속(중속) 충돌시 충격 에너지를 흡수하면서 차체 구조물의 손상을 최소화할 수 있도록 충격 에너지 흡수용 크래쉬 박스(Crash Box)를 제공하고 있는데, 바람직하게는 이종 재질 즉, 비철금속과 금속을 사용한 크래쉬 박스가 출동성능이 뛰어나지만 접합성 문제로 인하여 이종 재질의 크래쉬 박스를 제공하는데 많은 어려움이 있다.

이에 따라 금속이면 금속, 비철금속인 알루미늄이면 알루미늄만으로 크래쉬 박스를 제작하여 적용하고 있는 것이 통상적이다.

그러나 상기와 같이 금속이면 금속, 비철금속이면 비철금속의 단일 재료를 사용하는 경우에는 다중 흡수구조를 갖기 위해서는 형상만을 변형시키는 방법에 국한된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 비철금속의 사용으로 경량화에 기여하고, 충돌시 발생하는 충격의 다중 흡수를 구현하여 승객에게 가해지는 충격량을 크게 감소시킬 수 있는 차량용 범퍼의 크래쉬 박스를 제공함에 있는 것이다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 차량의 사이드 멤버와 범퍼 빔을 연결하는 차량용 크래쉬 박스에 있어서,
비철금속을 소재로 하며, 전측부에 범퍼 빔과 결합되는 전방 베이스 플레이트와, 소정의 직경을 갖는 원통형의 부재로서 상기 전방 베이스 플레이트의 후면 중앙부에 일체로 형성되는 전방 충격 흡수부재를 포함하는 전측 브라켓과; 금속을 소재로 하며, 차체의 사이드 멤버에 고정되는 후방 베이스 플레이트와, 소정의 직경을 갖는 원통형 부재로서 상기 후방 베이스 플레이트의 전면 중앙부에 일체로 형성되는 충격 흡수부재를 포함하여 상기 후방 충격 흡수부재가 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재의 내경부에 삽입되어 전자 성형 가공법에 의하여 접합되는 후측 브라켓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 후측 브라켓의 후방 충격 흡수부재의 단부측 외주면에는 그 전측부의 높이가 높게 돌출되는 톱니형 고정돌기가 다수 형성되고, 상기 고정돌기 부분에 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재가 끼워져 압착되는 것을 특징으로 한다.

상기 후측 브라켓의 후방 충격 흡수부재의 선단부 외주면에 형성된 고정돌기의 내측 부분에는 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재의 삽입을 제한하는 환형 둘레턱이 형성되는 것을 특징으로 한다.

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상기 구성에서와 같이 본 발명은 차량용 범퍼의 크래쉬 박스를 전,후측 브라켓으로 분리 형성하되, 전,후측 브라켓 중 어느 하나는 비철금속으로 형성하고, 다른 하나는 금속으로 형성하여 전자 성형 가공법으로 접합하여 하나의 크래쉬 박스를 형성함으로써, 비철금속의 사용으로 경량화에 기여하고, 충돌시 발생하는 충격의 다중 흡수를 구현하여 승객에게 가해지는 충격량을 크게 감소시킬 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명에 의한 크래쉬 박스의 사시도 및 분리 사시도로서, 부호 2는 크래쉬 박스 전체를 지칭한다.

상기 크래쉬 박스(2)는 종래와 마찬가지로 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버 혹 은 리어 사이드 멤버 사이에 연결되어 전,후방으로부터 입력되는 충격 에너지를 자체적으로 흡수하여 차체에 최소한의 충격 에너지가 입력되도록 하는 기능을 수행하게 된다.

이러한 크래쉬 박스(2)는 전,후측 브라켓(4)(6)으로 분리 구성되어 접합수단에 의하여 상호 결합되어 하나의 크래쉬 박스(2)를 형성하게 된다.

상기에서 전측 브라켓(4)은 비철금속인 알루미늄 재질의 소재로 이루어지며, 그 전측부에 범퍼 빔과 결합되는 전방 베이스 플레이트(8)와, 소정의 직경을 갖는 원통형의 부재로서 상기 전방 베이스 플레이트(8)의 후면 중앙부에 일체로 형성되는 전방 충격 흡수부재(10)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 후측 브라켓(6)은 금속 재질의 소재로 이루어지며, 차체의 사이드 멤버에 고정되는 후방 베이스 플레이트(12)와, 소정의 직경을 갖는 원통형 부재로서 상기 후방 베이스 플레이트(12)의 전면 중앙부에 일체로 형성되는 후방 충격 흡수부재(14)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)의 직경은 상기 전측 브라켓(4)의 전방 충격 흡수부재(10)의 내경부로 삽입될 수 있도록 형성되어 상기 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)가 전측 브라켓(4)의 전방 충격 흡수부재(10)의 내경부에 일정 길이만큼 삽입된 상태에서 접합되어, 도 1과 같은 하나의 크래쉬 박스(2)를 형성하게 되는 것이다.

상기에서 전측 브라켓(4)은 비철금속이고, 후측 브라켓(6)은 금속이라고 한정하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 도면에서 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)의 직경을 작게 도시하고 있는 바, 그에 따라 한정한 것이다.

즉, 내측에 위치하는 부재의 강성이 높아야 하는 기술적 특성이 있기 때문에 전측 브라켓(4)의 전방 충격 흡수부재(10)의 내경부에 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)가 삽입되는 것으로 도시하고 있는 바, 전측 브라켓(4)은 비철금속이고, 후측 브라켓(6)은 금속이라고 한정하여 설명하고 있는 것으로 상기와는 반대로 형성할 수도 있다.

그리고 상기와 같이 상기 전측 브라켓(4)의 전방 충격 흡수부재(10)의 내경부에 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)를 삽입킨 후에 상호 접합시키기 위하여 후측 브라켓(6)의 후방 충격 흡수부재(14)의 단부 외주연에는, 도 2에서와 같이, 일정 길이 범위내에 다수의 고정돌기(16)를 형성하고, 그 내측에는 환형 둘레턱(18)을 형성하였다.

상기에서 고정돌기(16)는 전측단이 높고, 후측단이 낮게 형성되어 측면에서 보았을 때 톱니 형태를 취하게 되며, 이는 전방 충격 흡수부재(10)와 후방 충격 흡수부재(14)의 외주측에서 압착 접합되었을 때, 전,후 길이방향으로 충격에 대응할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 환형 둘레턱(18)은 전,후측 브라켓(4)(6)의 가조립시 삽입될 수 있는 범위를 제한할 수 있는 스톱퍼 역할을 함과 동시에, 일단 접합이 이루어진 후에는 상기 고정돌기(16)와 함께 전,후 길이방향에 대한 충격에 대응하게 된다.

상기와 같은 크래쉬 박스(2)를 형성하기 위해서는, 먼저 도 3의 S1에서와 같이, 대직경의 전방 충격 흡수부재(10)를 갖는 전측 브라켓(4)과, 상기 전방 충격 흡수부재(10)의 내경부로 삽입되는 후방 충격 흡수부재(14)의 외주측에 고정돌기(16)와 환형 둘레턱(18)을 갖는 후측 브라켓(6)을 별도의 제작공정에서 제작하게 된다.

그리고 상기와 같이 별도의 제작과정에서 제작된 전,후 브라켓(4)(6)을, 도 3의 S2에서와 같이, 후측 브라켓(76)의 후방 충격 흡수부재(14)를 전방 충격 흡수부재(10)의 선단부가 그 환형 둘레턱(18)이 접촉될 때까지 삽입한다.

상기와 같은 과정으로 전,후 브라켓(4)(6)의 가조립이 완료되면, 도 3의 S3에서와 같이, 전자 성형 가공법에 의하여 상호 접합시키면 도 3의 S4와 같은 크래쉬 박스(2)를 완성하게 되는 것이다.

상기에서 전자 성형 가공법(ELECTROMAGNETIC FORMING)이라고 함은, 도3의 S3에서와 같이 접합 대상물(전,후방 충격 흡수부재)의 접합 지점에 필드 쉐이퍼(Field Shaper; 20)를 위치시키고, 상기 필드 쉐이퍼(20)의 외측으로 전자 유도 코일부재(22)를 감아 상기 필드 쉐이퍼(20)에서 강력한 자장이 형성되어 이의 자장에 의한 강한 압력으로 접합 대상물을 가압하여 압착시킴으로써, 도 3의 S4와 같은 상태로 접합이 이루어지도록 하는 가공법으로서, 이종 재질을 접합시키는데에 사용되는 공지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이, 금속과 비철금속인 알루미늄을 이용한 이종 재질의 소재로 크래쉬 박스(2)를 형성하는 경우에 있어서 4가지의 예로서 충돌 실험을 한 결과 도 4와 같이 나타남을 알 수 있었다.

첫째, 금속을 1.8t로 하고 알루미늄을 1.8t로 하였을 때에는 알루미늄 부분이 금속 부분 보다 먼저 변형이 발생되었다.

둘째, 금속을 1.8t로 하고 알루미늄을 2.2t로 하였을 때에는 알루미늄 부분 이 금속 부분 보다 미미하게 빠른 변형이 발생되었다.

셋째, 금속을 1.8t로 하고 알루미늄을 2.6t로 하였을 때에는 알루미늄 부분이 금속 부분이 동시에 같이 이상적으로 변형이 발생되었다.

넷째, 금속을 1.8t로 하고 알루미늄을 3.0t로 하였을 때에는 금속부분에서 큰 변형이 발생된 후에 알루미늄 부분에서 변형이 발생되었다.

상기 실험 결과를 기본으로 하여 요구하는 범퍼용 크래쉬 박스(2)를 제작하여 차량에 적용하면, 이상적인 크래쉬 박스(2)의 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 크래쉬 박스의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 크래쉬 박스의 분리 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 크래쉬 박스의 제조 과정도.

도 4는 본 발명에 의한 크래쉬 박스의 실험 결과표.

도 5는 종래 크래쉬 박스의 적용예를 보인 도면.

Claims (6)

1. 차량의 사이드 멤버와 범퍼 빔을 연결하는 차량용 크래쉬 박스에 있어서,

   비철금속을 소재로 하며, 전측부에 범퍼 빔과 결합되는 전방 베이스 플레이트와, 소정의 직경을 갖는 원통형의 부재로서 상기 전방 베이스 플레이트의 후면 중앙부에 일체로 형성되는 전방 충격 흡수부재를 포함하는 전측 브라켓과;

   금속을 소재로 하며, 차체의 사이드 멤버에 고정되는 후방 베이스 플레이트와, 소정의 직경을 갖는 원통형 부재로서 상기 후방 베이스 플레이트의 전면 중앙부에 일체로 형성되는 충격 흡수부재를 포함하여 상기 후방 충격 흡수부재가 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재의 내경부에 삽입되어 전자 성형 가공법에 의하여 접합되는 후측 브라켓을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼의 크래쉬 박스.
2. 제1항에서,

   상기 후측 브라켓의 후방 충격 흡수부재의 단부측 외주면에는 그 전측부의 높이가 높게 돌출되는 톱니형 고정돌기가 다수 형성되고, 상기 고정돌기 부분에 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재가 끼워져 압착되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼의 크래쉬 박스.
3. 제2항에서,

   상기 후측 브라켓의 후방 충격 흡수부재의 선단부 외주면에 형성된 고정돌기의 내측 부분에는 상기 전측 브라켓의 전방 충격 흡수부재의 삽입을 제한하는 환형 둘레턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼의 크래쉬 박스.
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