KR100919359B1 - 자동차용 강판의 충돌시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스프링의 복원력을 이용하여 낙하 높이에 관계없이 자동차의 충돌속도에 적합한 충돌에너지를 부여할 수 있도록 그 구조가 개선된 자동차용 강판의 충돌시험장치에 관한 것이다.

그 구조는 좌,우 대칭되는 구조로 구성되는 프레임과, 프레임의 하부에 배치되고 상부에 시험편이 안착되고 하부에 충돌 하중을 측정하는 센서가 배치되는 정반과, 프레임에 상,하 승강 가능하게 배치되고 하부에 충돌 플레이트를 인양 및 낙하시키기 위한 리프터와, 프레임의 좌,우 외측에 배치되고 충돌 플레이트의 낙하시 스프링의 복원력을 부가시키는 충돌수단으로 구성된다.

이에 따르면 본 발명은 스프링의 복원력을 이용하여 낙하 물체인 충돌 플레이트의 낙하 높이를 높이지 않고도 충분한 충돌 에너지를 얻을 수 있으므로, 시험기 프레임의 높이에 대한 제약을 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 스프링의 상수 및 스프링의 갯수를 증감시켜 용이하게 원하는 충돌 에너지값을 얻을 수 있게 되어 작업성이 향상되는 유용한 효과를 갖는다.

Description

자동차용 강판의 충돌시험장치{The evaluation of crash absorbing energy for autobody sheet}

본 발명은 자동차용 강판의 충돌시험장치에 관한 것으로, 특히 낙하 높이에 상관없이 스프링의 복원력을 이용하여 자동차의 충돌 속도에 따른 충돌에너지를 측정할 수 있도록 그 구조가 개선된 자동차용 강판의 충돌시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 강판은 충돌사고시 승객이 받는 충돌에너지를 최소화할 수 있도록 차체에서 충돌에너지를 흡수하도록 설계 제작되고 있다.

기존 자동차용 강판 충돌시험장치는, 좁은 공간에서 강판의 충돌에너지 흡수 능력에 대한 평가가 가능하도록 낙하식 충돌 시험기를 주로 채용하고 있다.

종래 낙하식 충돌 시험기는, 시험편을 정반 위에 안착되도록 고정시킨 후에, 낙하 물체인 충돌 플레이트를 리프터를 이용하여 정해진 높이로 들어 올린 후에, 정해진 높이에서 낙하시켜 시험편에 부딪히도록 함으로써, 시험편에 걸리는 하중을 정반 아래에 배치된 센서를 이용하여 충돌에너지 흡수능을 평가하도록 된 것이다.

상기한 종래 충돌시험장치의 시험편에 충돌에너지를 가해서 전달되는 하중값을 측정하여 에너지 흡수능을 평가하는 방식은 충돌에너지가 충돌 플레이트의 질량 과 중력 가속도 및 낙하 높이에 비례(충돌에너지=충돌 플레이트 질량×중력가속도×낙하 높이)하는 원리를 이용한 것이다.

한편, 자동차의 충돌시 충돌에너지는 차량 중량과 충돌 속도의 제곱에 비례(충돌에너지=0.5mV²)하는 데, 예를 들어 1톤의 차량을 시속 60km/h의 속도로 충돌하는 것을 실험적으로 재현하기 위해서는 1톤의 충돌용 플레이트를 14.2m의 높이에서 낙하시켜야 한다.

이와 같은 충돌에너지를 시험하기 위해서는 충돌 플레이트를 14.2m 이상 들어 올릴 수 있도록 리프터를 지지하는 프레임의 높이가 그보다 더 높게 형성되어야 하므로, 이 경우에는 프레임의 변형이 발생될 우려가 많을 뿐만 아니라, 공간의 제약이 뒤따르기 때문에 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다.

따라서, 저속의 충돌속도에 따른 충돌에너지만을 시험할 수 있으므로, 정확한 측정이 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 스프링을 이용하여 낙하 높이에 관계없이 자동차의 충돌속도에 적합한 충돌에너지를 부여할 수 있도록 그 구조가 개선된 자동차용 강판의 충돌시험장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시험편이 안착된 정반이 하부에 고정되도록 설치되고 상기 정반의 하부에 충돌 플레이트의 낙하 하중을 측정하는 센서가 배치되는 프레임과,

상기 프레임에 배치되어 상기 충돌 플레이트를 상승 및 낙하시키기 위한 리프터와,

상기 프레임에 배치되어 상기 리프터에 의해 낙하되는 충돌 플레이트의 낙하력에 적어도 하나이상인 스프링의 복원력을 부가하는 충돌수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 충돌수단은 상기 프레임의 양측에 상기 스프링의 하단부를 지지하는 스프링 지지대와,

상기 스프링의 상단부를 지지하도록 상기 스프링 지지대의 상측에 배치되고 연동수단에 의해 상기 충돌 플레이트의 승강시 같이 승강되는 스프링 승강대를 구비한 것이다.

상기 연동수단은 상기 스프링 승강대가 외부 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 상기 충돌 플레이트와 선택적으로 탈,부착 가능하도록 된 것이다.

또, 상기 연동수단의 다른 예로는, 상기 스프링 승강대의 일단부에 상기 충돌 플레이트의 상측에 위치하도록 일체로 연장 형성되는 승강부를 구비하여서,

상기 승강부가 상기 스프링 승강대의 상승 동작시 간섭되어 같이 상승되는 것이다.

상기 리프터는 하부에 상기 충돌 플레이트와 접촉되고 외부 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 상기 충돌 플레이트를 인양하기 위한 인양부를 구비한 것이다.

상기 프레임의 하부에 배치되어 상기 충돌 플레이트와 상기 시험편의 충돌시 충돌속도를 계측하는 속도계를 더 구비한 것이다.

본 발명은 스프링의 복원력을 이용하여 충돌 에너지의 값을 조정하여 사용자가 원하는 충돌 속도를 얻을 수 있도록 한 자동차용 강판의 충돌시험장치에 관한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 스프링의 복원력을 이용하여 낙하 물체인 충돌 플레이트의 낙하 높이를 높이지 않고도 충분한 충돌 에너지를 얻을 수 있으므로, 시험기 프레임의 높이에 대한 제약을 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 스프링의 상수 및 스프링의 갯수를 증감시켜 용이하게 원하는 충돌 에너지값을 얻을 수 있게 되어 작업성이 향상되는 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하 기로 한다.

본 발명에 의한 자동차용 강판의 충돌시험장치의 일 실시예는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 그 구조는 좌,우 대칭되는 구조로 구성되는 프레임(10)과, 프레임(10)의 하부에 배치되고 상부에 시험편(T)이 안착되고 하부에 충돌 하중을 측정하는 센서(30)가 배치되는 정반(20)과, 프레임(10)에 상,하 승강 가능하게 배치되고 하부에 충돌 플레이트(P)를 인양 및 낙하시키기 위한 리프터(40)와, 프레임(10)의 좌,우 외측에 배치되고 충돌 플레이트(P)의 낙하시 스프링(50)의 복원력을 부가시키는 충돌수단으로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 충돌수단은 프레임(10)의 좌,우측에 배치되고 스프링(50)의 하단부를 지지하는 스프링 지지대(52)와, 스프링 지지대(52)의 상측에 배치되어 스프링(50)의 상단부를 지지하고 외부 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 선택적으로 충돌 플레이트(P)와 탈 부착되는 스프링 승강대(54)로 구성된다.

즉, 스프링 승강대(54)는 충돌플레이트(P)와 근접된 내측 부위가 전자석화됨에 따라 스틸소재인 충돌 플레이트(P)와 부착되고, 리프터(40)에 의한 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 같이 상승되는 구조를 갖는다.

그리고, 스프링 지지대(52)는 프레임(10)의 양측에 외측으로 고정되게 배치되고 하부에 스프링(50)의 하단부가 걸려 지지되는 구조를 갖는다.

또한, 스프링 승강대(54)는 평상시 하부면이 스프링 지지대(52)의 상부면과 접촉되도록 안착되며, 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 같이 상승되어 스프링(50)을 상측으로 인장시키는 기능을 갖는다.

리프터(40)는 공지의 모터와, 모터에 의해 이동되는 와이어 로프 및 와이어 로프의 이동을 지지하는 도르레 등에 의해 상,하 승강되는 구조를 가지며, 하부에 충돌 플레이트(P)를 선택적으로 탈,부착하기 위한 인양부(45)가 마련된다.

그 인양부(45)는 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 충돌 플레이트(P)와 선택적으로 탈,부착되거나, 공지의 유압식 갈고리를 이용하여 충돌 플레이트(P)를 인양할 수도 있다.

센서(30)는 정반(20)의 하부에 밀착되게 배치되어 충돌 플레이트(P)과 시험편(T)의 충돌시 전달되는 하중을 감지하는 것으로서, 일 예로 로드셀을 채용할 수 있다.

또 바람직하게는, 프레임(10)의 하부에 속도계(60)가 구비된 것이며, 이에 따라 충돌 플레이트(P)와 시험편(T)의 충돌시 충돌 플레이트(P)의 충돌 속도를 계측하여 사용자가 원하는 충돌 속도를 정확하게 조정할 수 있다.

스프링(50)은 1000~100000 N/m의 스프링 상수를 갖는 것이 바람직하나, 굳이 이에 한정되지 않으며, 다수회 시험한 결과 복원력이 저하된 경우에는 새로운 스프링으로 교체하여 사용할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명 일 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 자동차용 강판의 충돌시험장치는, 리프터(40)의 인양부(45)와 스프링 승강대(54)에 외부 전원을 인가시킴에 따라, 인양부(45)를 전자석화하여 충돌 플레이트(P)를 리프터(40)의 상승동작과 같이 상측으로 인양함과 아울러, 스프링 승강대(54)를 충돌 플레이트(P)와 일체화시켜 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 같이 상승시킨다.

이때, 스프링(50)은 상부가 스프링 승강대(54)에 걸려 지지되고, 하부가 프레임(10)에 고정된 스프링 지지대(52)에 걸려 지지되므로, 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 상측으로 인장된다.

이어서, 리프터(40)에 의해 충돌 플레이트(P)가 지정된 높이까지 올라간 후에 일체화되어 있던 인양부(45)와 충돌 플레이트(P)를 분리시키면, 충돌 플레이트(P)가 중력에 의해 아래로 낙하하게 되어 정반(20) 상에 위치한 시험편(T)과 부딪히게 된다.

충돌 플레이트(P)가 시험편(T)에 부딪히게 됨에 따라 정반(20)의 하부에 배치된 센서(30)가 충돌 하중 값을 감지하게 된다.

이때, 충돌 플레이트(P)는 중력에 의한 낙하에너지 뿐만 아니라, 스프링 승강대(54)에 인장되어 있던 스프링(50)이 원 위치로 복원되려는 스프링(50)의 복원력이 더해지게 되어 시험편(T)과의 충돌속도가 증가하게 된다.

한편, 충돌 플레이트(P)의 낙하동작시 스프링 승강대(54)와 충돌 플레이트(P)의 부착관계는 스프링 승강대(54)의 하부가 스프링 지지대(52)의 상부면에 접촉됨에 따라 전자석 자장효과가 상실되어 스프링 승강대(54)와 충돌 플레이트(P)가 상호 분리된다.

전체 충돌 에너지는 아래의 수식과 같이,

m : 충돌 플레이트의 질량,

g : 중력 가속도(9.8m/sec²)

h : 낙하 높이,

K : 스프링 상수

h' : 스프링이 인장된 높이

N : 스프링 갯수 라 할 때,

전체 충돌 에너지= 충돌 에너지(mgh) + 스프링 복원력[0.5K×(h')²]×N

이 되며,

전체 충돌에너지는 앞서 설명한 충돌 에너지에 스프링 복원력이 더해지게 되므로, 질량과 낙하 높이를 조정하지 않고도 스프링 상수와 스프링 갯수를 증감시켜 전체 충돌 에너지를 가변되게 조정할 수 있다.

즉, 사용자가 원하는 충돌 에너지가 미흡할 경우에는, 스프링(50)의 갯수를 증가시키거나 스프링 상수가 큰 스프링을 채용할 수 있으며, 이와 반대인 경우에는 스프링 갯수를 줄이거나 스프링 상수가 작은 스프링을 채용함으로써, 전체 충돌 에너지량을 용이하게 조정할 수 있다.

따라서, 이러한 전체 충돌 에너지를 이용하여 사용자가 원하는 충돌 속도를 지정할 수 있으며, 조정이 완료된 후에는 시험편(T)을 교체하여 각각의 시험편(강판)의 강도를 시험할 수 있게 된다.

한편, 충돌 플레이트(P)의 초기 낙하시 충돌 플레이트(P)의 질량 뿐만 아니라, 스프링 승강대(54)의 질량이 더해질 수 있으나, 스프링 승강대(54)가 스프링 지지대(52)의 상부에 부딪힌 후에는 충돌 플레이트(P)의 질량만이 적용되므로, 초 기 스프링 승강대(54)의 질량에 대해서는 고정된 값이므로 이를 고려한 값을 삭제하여 전체 충돌 에너지값을 얻을 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보인 도면이며, 앞서 설명한 선 실시예에서 다른 구성요소는 동일하나, 연동수단이 앞서 전자석을 이용하여 스프링 승강대(54)와 충돌 플레이트(P)를 일체화시키는 전자식 연동수단의 방식과는 달리 기계식 연동수단에 해당되는 것으로서, 기계식 연동수단은 스프링 승강대(54)의 내측 단부가 충돌 플레이트(P)의 상측에 위치하도록 연장 형성된 승강부(54a)를 구비함으로써, 스프링 승강대(54)가 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 간섭되어 연동되는 구조를 갖는 것이다.

즉, 스프링 승강대(54)의 단부에 형성된 승강부(54a)가 리프터(40)에 의한 충돌 플레이트(P)의 상승동작시 충돌 플레이트(P)의 상부면과 접촉되어 같이 상승 동작되면서 스프링(50)을 상측으로 인장시키는 구조로 된 것이다.

이러한 구성의 본 발명 다른 실시예는, 리프터(40)의 인양부(45)가 충돌 플레이트(P)를 상측으로 들어 올리면, 충돌 플레이트(P)의 상부면에 스프링 승강대(54)의 승강부(54a)가 접촉되어 스프링(50)을 인장시킨다.

이어서 리프터(40)가 충돌 플레이트(P)를 이탈시켜 낙하시키면, 스프링(50)의 복원력을 갖는 스프링 승강대(54)가 낙하되는 충돌 플레이트(P)에 힘을 부가함으로써, 충돌 플레이트(P)의 낙하력에 의한 충돌 에너지에 스프링(50)의 복원력이 더해지게 되며, 앞서 설명한 것과 동일한 방식으로 전체 충돌 에너지값을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 강판의 충돌시험장치의 일 실시예를 보인 구성도.

도 2a,2b,2c는 본 발명 일 실시예의 작동과정을 순차적으로 나타낸 도면으로서,

도 2a는 스프링 승강대와 충돌 플레이트가 일체화된 상태로 리프터에 의해 상승되는 상태를 보인 것이고,

도 2b는 스프링 승강대와 충돌 플레이트가 일체화된 상태로 리프터에 의해 지정된 높이까지 도달한 상태를 보인 것이며,

도 2c는 리프터로부터 충돌 플레이트가 낙하되고 스프링 승강대로부터 분리되어 시험편으로 낙하되는 상태를 보인 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 강판의 충돌시험장치의 다른 실시예를 보인 구성도.

도 4a,4b,4c는 본 발명 다른 실시예의 작동과정을 순차적으로 나타낸 도면으로서, 도 4a,4b는 승강부가 충돌 플레이트에 의해 간섭되어 리프터의 상승시 같이 상승되는 상태를 보인 도면이고, 도 4c는 충돌 플레이트가 낙하되는 상태를 보인 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프레임 20 : 정반

30 : 센서 40 : 리프터

45 : 인양부 50 : 스프링

52 : 스프링 지지대 54 : 스프링 승강대

54a : 승강부 60 : 속도계

P : 충돌 플레이트 T : 시험편

Claims (6)

1. 시험편(T)이 안착된 정반(20)이 하부에 고정되도록 설치되고 상기 정반(20)의 하부에 충돌 플레이트(P)의 낙하 하중을 측정하는 센서(30)가 배치되는 프레임(10)과,

   상기 프레임(10)에 배치되어 상기 충돌 플레이트(P)를 상승 및 낙하시키기 위한 리프터(40)와,

   상기 프레임(10)에 배치되어 상기 리프터(40)에 의해 낙하되는 충돌 플레이트(P)의 낙하력에 적어도 하나이상인 스프링(50)의 복원력을 부가하는 충돌수단을 구비하되,

   상기 충돌수단은 상기 프레임(10)의 양측에 상기 스프링(50)의 하단부를 지지하는 스프링 지지대(52)와,

   상기 스프링(50)의 상단부를 지지하도록 상기 스프링 지지대(52)의 상측에 배치되고 연동수단에 의해 상기 충돌 플레이트(P)의 승강시 같이 승강되는 스프링 승강대(54)를 구비하며,

   상기 연동수단은 상기 스프링 승강대(54)가 외부 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 상기 충돌 플레이트(P)와 선택적으로 탈,부착 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 강판의 충돌시험장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 연동수단은 상기 스프링 승강대(54)의 일단부에 상기 충돌 플레이트(P)의 상측에 위치하도록 일체로 연장 형성되는 승강부(54a)를 구비하여서,

   상기 승강부(54a)가 상기 스프링 승강대(54)의 상승 동작시 간섭되어 같이 상승되는 것을 특징으로 하는 자동차용 강판의 충돌시험장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 리프터(40)는 하부에 상기 충돌 플레이트(P)와 접촉되고 외부 전원이 인가됨에 따라 전자석화되어 상기 충돌 플레이트(P)를 인양하기 위한 인양부(45)를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차용 강판의 충돌시험장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 프레임(10)의 하부에 배치되어 상기 충돌 플레이트(P)와 상기 시험편(T)의 충돌시 충돌속도를 계측하는 속도계(60)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 자동차용 강판의 충돌시험장치.

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