KR101048196B1 - 저속충돌시 수리비 절감을 위한 크래쉬 박스 - Google Patents

Abstract

차체 앞부분의 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버 사이에 위치한 충격 흡수 부재인 크래쉬 박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융 용접을 사용하지 않고 점용접 만으로 제작할 수 있도록 구성하여 생산성을 향상시키고 중량을 절감할 수 있는 크래쉬 박스 구조에 관하여 개시한다.

본 발명은 차체 프런트 사이드 멤버와 결합되는 후면 플레이트; 상기 후면플레이트에 결합되는 부착면을 구비하며, 상기 부착면이 후면 플레이트에 결합되면 측면의 형태가 사각박스 단면을 가지는 충격흡수부재; 및 상기 충격흡수부재의 내측에 결합되며 ㄷ자 형상의 단면을 가지는 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스를 제공한다.

크래쉬 박스, RCAR

Description

저속충돌시 수리비 절감을 위한 크래쉬 박스{Crash box}

본 발명은 차체 앞부분의 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버 사이에 위치한 충격 흡수 부재인 크래쉬 박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융 용접을 사용하지 않고 점용접 만으로 제작할 수 있도록 구성하여, 생산성을 향상시키고 중량을 절감할 수 있는 크래쉬 박스 구조를 제공하기 위한 것이다.

차량의 상품성은 여러가지 요소들로 평가된다. 차량의 성능에 관한 요소로는 최고속도, 가속력, 마력 등이 있으며, 비용과 관련되는 부분으로는 주행연비, 유지비, 사고발생시의 수리비 등이 있다.

본 발명은 이러한 여러가지 고려 요소 중, 저속충돌시의 수리비와 관련되는 크래쉬 박스 구조에 관한 것이다.

차량의 저속 충돌은 차량의 사고중 가장 빈번하게 발생하게 되며, 주행중의 추돌, 주차시의 충돌 등에 의하여 발생하게 된다.

저속 충돌시에는 탑승자의 부상우려는 적으나 차체의 손상은 불가피하다.

저속 충돌시의 상품성 평가 기준으로 RCAR(Research Council for Automobile Repairs: 세계 자동차 수리 기술위원회) 테스트가 있다.

RCAR 테스트는 9 mile/hr 의 속도로 차량을 충돌시킨 후, 그 때 발생한 차량의 손상을 원상복원 하는데 소요되는 비용으로 평가한다.

RCAR 테스트에서 낮은 비용으로 원상복원 할 수 있기 위해서는 차체의 손상이 범퍼 부분에 국한되어야 하고, 이를 위해 차량의 범퍼 백빔과 차체 프런트 사이드 멤버의 사이에 크래쉬 박스(crash box)가 구비된다.

도 1은 차량의 크래쉬 박스의 위치를 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 크래쉬 박스(10)는 범퍼 빔(Bumper beam)(1)과 차체의 프런트 사이드 멤버(Front side member)(2)의 사이에 연결된다. 범퍼 빔(1)에 충격이 가해지면 크래쉬 박스(10)를 거쳐 프런트 사이드 멤버(2)로 전달되는데, 저속 충돌의 경우에는 그 충격을 크래쉬 박스(10)가 흡수하면서 변형되어, 프런트 사이드 멤버(2)가 손상되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 저속충돌시 발생한 손상이 크래쉬 박스에 국한되도록 함으로써 낮은 수리비용으로 차량을 복원할 수 있도록 해주는 것이다.

도 2는 종래의 크래쉬 박스의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3은 종래의 크래쉬 박스의 구조를 나타낸 분리 사시도이다.

종래의 크래쉬 박스(10)는 범퍼 빔에 체결되는 전면 플레이트(12)와, 프런트 사이드 멤버에 체결되는 후면 플레이트(14)와, 전면 플레이트(12) 및 후면 플레이 트(14) 사이에 결합되는 몸체부(16)로 구성된다.

몸체부(16)는 강성 확보를 위하여 사각 박스 형상의 단면을 가지고 있으며, 후면 플레이트(14)는 측으로 갈수록 단면적이 넓어지는 형상을 가지고 있다.

전면 플레이트(12), 후면 플레이트(14) 및 몸체부(16)는 강판 재질로 구성되며, 이들의 결합은 용접을 통해서 이루어진다.

도 3을 참조하면, 몸체부(16)는 상부 몸체(16a)와 하부 몸체(16b)로 구성되며, 상부 몸체(16a)와 하부 몸체(16b)는 'ㄷ'자 형상의 단면을 가지며, 일부면이 중첩된 상태에서 용접으로 연결된다.

몸체부(16)는 상술한 바와 같이, 박스 형상의 단면을 가지며 전면 플레이트(12)에서 후면 플레이트(14) 측으로 갈수록 단면적이 넓어져야 하기 때문에 하나의 부재로 형성하기가 불가하여, 두개의 부품으로 분할하여 형성한 후 용접으로 결합하는 것이다.

또한 상부 몸체부(16a) 및 하부 몸체부(16b)의 형상이 사다리꼴 형태에서 양측을 가공해야 하는 것으로, 굽힘 가공이 어려워 금형을 마련하여 프레스 성형을 통해 제작하고 있었다.

도 4는 종래의 크래쉬 박스의 용접부분을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 상부 몸체(16a)와 하부 몸체(16b)는 면과 면이 중첩되는 부분에 용접되는 것으로, 점용접으로 연결이 가능하다.

그러나 몸체부(16)와 전면 플레이트(12), 그리고 몸체부(16)와 후면 플레이 트(14)는 모서리와 면이 만나는 부분(A)으로 점용접이 불가하여 용융 용접으로 연결하고 있었다.

이러한 종래의 크래쉬 박스는 점용접과 용융 용접이 혼재하며, 용융 용접부가 많아 용접점으로 인한 중량 증가가 발생하며, 몸체부 가공이 프레스 성형을 통해 이루어짐으로써 프레스 금형 비용, 용접 비용 등이 과도하게 소요되어 부품 단가 높은 단점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 부품의 개수를 감소시켜 중량을 절감하고 용접부위를 감소시킬 수 있는 크래쉬 박스를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 점용접만으로 제조할 수 있는 크래쉬 박스를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프레스 성형을 하지 않고 제조할 수 있도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 크래쉬 박스를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 크래쉬 박스의 원가를 절감하여 RCAR 테스트에서 우수한 평가를 얻을 수 있는 크래쉬 박스를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차체 프런트 사이드 멤버와 결합되는 후면 플레이트; 상기 후면플레이트에 결합되는 부착면을 구비하며, 상기 부착면이 후면 플레이트에 결합되면 측면의 형태가 사각박스 단면을 가지는 충격흡수부재; 및 상기 충격흡수부재의 내측에 결합되며 ㄷ자 형상의 단면을 가지는 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스를 제공한다.

상기 보강부재와 충격흡수부재는 점용접으로 결합되고, 상기 충격흡수부재의 부착면은 상기 후면플레이트에 점용접으로 결합되는 것이 바람직하다.

상기 보강부재는 충격흡수부재의 측면을 두개의 사각박스로 분할하는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 크래쉬 박스는 부품수를 절감하고, 전체의 용접이 용융용접을 사용하지 않고 점용접만으로 이루어지도록 구성함으로써 용접부를 최소화하고 중량을 감소시키는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명은 크래쉬 박스의 구성 부품을 제조함에 있어서 프레스 가공 대신 굽힘 가공을 통해서 제조할 수 있도록 함으로써 가공비용을 절감하고 생산성을 향상시키는 효과를 가져온다.

그리고, 본 발명은 크래쉬 박스가 충격에너지를 효과적으로 흡수할 수 있도록 구성하여 저속 충돌시 차체에 가해지는 충격량을 감소시킴으로써 차체의 손상을 최소화하여 RCAR 테스트에서 우수한 평가를 받을 수 있는 효과를 가져온다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 크래쉬 박스에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 분리 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스(100)는 차체의 프런트 사이드 멤버(도 1의 2)와 결합되는 후면 플레이트(160)와, 상기 후면 플레이트에 결합되어 측면이 사각 박스 단면을 구성하는 충격흡수부재(120)와, 상기 충격흡수재(120)의 내측에 결합되며 ㄷ자 형상의 단면을 가지는 보강부재(140)를 포함한다.

종래의 크래쉬 박스의 경우 4개의 부품으로 구성되었던 것에 반하여, 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스(100)는 3개의 부품으로 구성되어 부품수를 절감하는 효 과를 가져온다.

후면플레이트(160)은 강판 재질로 형성되며, 프런트 사이드 멤버와 체결수단으로 결합된다. 이를 위하여 후면플레이트(160)에는 복수개의 체결공(162)이 형성된다.

후면플레이트(160)와 프런트 사이드 멤버의 체결은 볼트와 너트의 결합 또는 리벳 등의 체결수단을 통해서 이루어질 수 있다.

후면플레이트(160)를 별도의 체결수단으로 연결하는 이유는, 크래쉬 박스란 저속 충돌에 의하여 파손되는 부품이므로, 간편한 교체를 위하여 탈부착이 용이한 체결수단으로 프런트 사이드 멤버와 결합하도록 구성한 것이다.

충격흡수부재(120)는 양측 단부에 부착면(122)을 형성하고 있으며, 부착면(122)을 제외한 나머지 부분은 ㄷ자 형상으로 형성되어 있다.

부착면(122)은 후면플레이트(160)와 면접할 수 있도록 절곡되어 있어서, 부착면(122)과 후면플레이트(160)의 결합은 점용접을 통해 이루어진다.

충격흡수부재(120)의 ㄷ자 형상중 중앙의 전면부(124)는 범퍼 백빔에 대면할 수 있도록 평탄한 면으로 형성되며, ㄷ자 형상의 양측이 측면부(126)를 형성한다.

즉, 충격흡수부재(120)는 전면부(124)와 측면부(126)가 90도 각도로 절곡되어 있으며, 측면부(126)와 부착면(122)이 90도 각도로 절곡되어 있다. 이러한 형상은 프레스 가공을 하지 않고 굽힘 가공으로 형성이 가능한 장점을 가진다. 프레스 가공을 하는 경우 굽힘 가공대비 투자비 및 생산비가 높기 때문에 원가상승의 요인으로 작용하게 된다.

또한, 크기가 큰 판재를 한꺼번에 절곡한 후 충격흡수부재의 크기에 맞도록 절단하는 방식으로 생산할 수도 있으므로 생산성 향상에 많은 도움을 준다.

충격흡수부재(120)의 전면부(124)와 측면부(126)가 만나는 모서리에 경사면(125)을 구비할 수 있다. 한꺼번에 90도 각도로 절곡하면 가공시 소재에 국부적인 손상이 발생할 수 있으므로, 경사면(125)을 주어 굽힘 각도를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 측면부(126)와 부착면(122)의 사이에도 마찬가지로 경사면(123)을 주어 굽힘 각도를 감소시키는 것이 바람직하다.

보강부재(140)는 충격흡수부재(120)의 내측에 결합되어, 충격흡수부재(120)의 사각 박스 형상 단면을 복수개로 분할하도록 형성된다.

보강부재(140)는 중앙면(142)와 그 양측의 연결면(144)이 ㄷ자 형상을 가진다. 연결면(144)은 상기 충격흡수부재(122)의 측면부(126)에 결합되면, 상기 중앙면(142)은 상기 충격흡수부재(122)의 전면부(124)에 이격된 상태로 평행하게 배치된다. 보강부재(140)가 상기 충격흡수부재(120)에 결합되면, 충격흡수부재(120)의 측면은 2개의 박스 형상으로 분할된다.

보강부재(140)의 연결면(144)과 충격흡수부재(122)의 측면부는 면과 면이 만나게 되므로 점용접으로 연결이 가능하다.

보강부재(140)의 중앙면(142)과 연결면(144)의 사이에도 경사면(143)을 구비하여, 굽힘 각도를 감소시키는 것이 바람직하다.

보강부재(140)도 상술한 충격흡수부재(120)와 마찬가지로 양측으로 길게 형 성하여 한꺼번에 굽힘가공한 후, 폭에 맞게 절단하는 방식으로 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스의 구성부품은 프레스 가공을 하지 않고 굽힘 가공으로 성형할 수 있어 프레스 금형 비용을 절감할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스의 용접부분을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스는 충격흡수부재(120)가 후면플레이트(160)에 점용접으로 결합되며, 보강부재(140)와 충격흡수부재(120)가 점용접으로 연결되도록 함으로써, 용융용접 부위가 없이 점용접 만으로 제조될 수 있다.

따라서, 상대적으로 중량이 무겁고 제조원가 상승을 가져오는 용융용접을 사용하지 않고 점용접만으로 제조할 수 있어서, 원가 절감의 효과와 중량 절감의 효과를 가져 오게 된다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 사시도이다.

앞선 제 1 실시예는 1개의 보강부재(140)가 충격흡수부재(120)의 공간을 2개의 박스로 분할하는 형태를 가지고 있었던 것에 반하여, 제 2 실시예는 보강부재(140, 150)를 2개 구비하여, 충격흡수부재(120)의 내부 공간을 3개의 박스로 분 할 한 것이다.

크래쉬 박스의 설계 강도에 따라서, 보강부재는 복수개가 구비될 수 있으며, 보강부재의 갯수를 조절하여 순차적인 충격에너지 흡수와, 충격량을 조절할 수 있다.

도 9는 종래의 크래쉬 박스의 충돌전과 충돌후 상태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스의 충돌전과 충돌후의 상태를 나타낸 사시도이다.

도 9를 참조하면, 종래의 크래쉬 박스는 크래쉬 박스가 압축 변형되면서 충돌에너지를 흡수하는 방식으로, 크래쉬 박스의 압축 변형이 완료된 후, 후방부 차체 프런트 사이드 멤버가 변형하기 시작한다.

그런데, 종래의 크래쉬 박스는 저속 충돌시 크래쉬 박스에서 먼저 변형이 발생하되도록 몸체부의 중간부에 홈이나, 굴곡으로 구성되는 흡수비드를 형성하여 변형을 유도해야 하고, 이러한 부분으로 인하여 생산단가가 높은 문제점을 가지고 있었다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스는 충격흡수부재와 보강부재가 순차적으로 압착되면서 저속충돌시 차체 타 부품의 손상을 최소화 시켜주는 구조로, 충격흡수부재와 보강부재가 압착변형이 완료 된 후, 후방부 차체 프런트 사이드 멤버에서 변형이 시작하도록 구성되어 있다.

이러한 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스는 종래의 크래쉬 박스와 달리 별도 의 흡수비드를 형성하지 않고, 충격흡수부재와 보강부재 자체의 강도를 조절하여 변형을 유도할 수 있으므로 별도의 흡수비드를 가공할 필요가 없으며 이로인하여 원가절감의 효과를 가져 올 수 있다.

도 11은 종래의 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 시간에 따른 에너지 흡수를 나타낸 그래프이고,

도 12는 종래의 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 시간에 따른 충격에너지를 나타낸 그래프이다.

도 11과 도 12의 에너지 흡수와, 충격 에너지 그래프는 9 mile/hr 의 속도로 충돌시 크래쉬 박스 에서의 충돌 에너지 흡수와, 충격 하중을 나타낸 것이다.

도 11을 살펴보면, 본 발명에 따른 크래쉬 박스가 충돌 초기에 쉽게 변형되면서 흡수하는 에너지의 양이 종래의 크래쉬 박스에 비하여 적은 것을 알 수 있다. 그러나, 약 0.025초 이후에는 오히려 본 발명에 따른 크래쉬 박스가 더 많은 에너지를 흡수하는 것을 알 수 있다.

도 12를 살펴보면, 마찬가지로 충돌 초기에는 본 발명에 따른 크래쉬 박스가 쉽게 변형되면서 종래의 크래쉬 박스에 비하여 작은 충격력을 받는 것을 알 수 있다. 즉 충격력이 작다는 것은 크래쉬 박스를 통해서 차체에 가해지는 충격이 작다는 것을 의미하므로 차체 타 부품들의 손상을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

이러한 충격에너지의 흡수와 충격하중의 검토 결과는 본 발명에 따른 크래쉬 박스가 종래의 크래쉬 박스와 비교하여 동등 수준 이상의 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 크래쉬 박스는 부품수를 절감하고, 전체의 중량을 절감하며, 생산성을 향상시키는 효과를 가져오며, 크래쉬 박스의 전체 중량을 감소시켜 차량 경량화에 도움을 준다. 아울러, 종래의 크래쉬 박스에 비하여 저속 충돌시 초기에 차체측에 가해지는 충격을 감소시켜 차량 타 부품의 손상을 방지함으로써 저속 충돌시 차체의 손상을 감소시키는 효과를 가져온다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 차량의 크래쉬 박스의 위치를 나타낸 사시도,

도 2는 종래의 크래쉬 박스의 구조를 나타낸 사시도,

도 3은 종래의 크래쉬 박스의 구조를 나타낸 분리 사시도,

도 4는 종래의 크래쉬 박스의 용접부분을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 사시도,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 분리 사시도,

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스의 용접부분을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 크래쉬 박스 구조를 나타낸 사시도,

도 9는 종래의 크래쉬 박스의 충돌전과 충돌후 상태를 나타낸 사시도,

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 크래쉬 박스의 충돌전과 충돌후의 상태를 나타낸 사시도,

도 11은 종래의 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 시간에 따른 에너지 흡수를 나타낸 그래프,

도 12는 종래의 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 시간에 따른 충격에너지를 나타낸 그래프임.

Claims (8)

1. 차체 프런트 사이드 멤버와 결합되는 후면 플레이트;

   상기 후면플레이트에 결합되는 부착면을 구비하며, 상기 부착면이 후면 플레이트에 결합되면 측면의 형태가 사각박스 단면을 가지는 충격흡수부재; 및

   상기 충격흡수부재의 내측에 결합되며 ㄷ자 형상의 단면을 가지는 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보강부재와 충격흡수부재는 점용접으로 결합되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보강부재는 중앙면과 그 양측의 연결면이 ㄷ자 형상으로 형성되고,

   상기 충격흡수부재는 전면부와 양측면부가 ㄷ자 형상으로 형성되며,

   상기 보강부재의 중앙면은 상기 충격흡수부재의 전면부와 이격되어,

   상기 보강부재에 의하여 충격흡수부재의 측면이 두개의 사각박스로 분할되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격흡수부재의 부착면은 상기 후면플레이트에 점용접으로 결합되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격흡수부재는 절곡되는 모서리에 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격흡수부재는 범퍼 백빔에 점용점으로 결합되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 보강부재는 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 후면 플레이트는 차체 프런트 사이드 멤버와 체결수단으로 결합되어 탈 부착이 용이하도록 한 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스.

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