KR101095988B1 - 크래쉬 박스형 범퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크래쉬 박스형 범퍼에 관한 것으로, 차체를 구성하는 프론트 및 리어 사이드 멤버에 고정되고, 전면 양단에는 설치홈이 요입형성된 범퍼빔과; 상기 범퍼빔의 설치홈에 삽입 고정되며, 내부는 다층 구조로 이루어진 크래쉬 박스와; 상기 설치홈과 범퍼빔 사이에 배치되며, 상기 범퍼빔을 프론트 및 리어 사이드 멤버에 체결하는 고정부재를 갖춘 마운팅브라켓과; 상기 크래쉬 박스 사이에 개재되며, 상기 범퍼빔에 고정되는 에너지 업소버를 포함하여 구성되는 크래쉬 박스형 범퍼를 제공한다.

본 발명에 따르면, 크래쉬 박스를 장착하기 위한 설치홈이 범퍼빔 성형시 한꺼번에 일체로 형성되기 때문에 제조가 쉽고 가공이 용이하며, GMT 소재를 사용하기 때문에 경량화가 가능하고, 그에 따른 연비 향상을 기대할 수 있으며, 충돌에 강하고, 충격흡수는 우수하여 차체 및 승객 보호에 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

범퍼, 범퍼빔, 크래쉬 박스, GMT, 충돌성, 충격흡수성, 경량화

Description

크래쉬 박스형 범퍼{CRASH BOX TYPE BUMPER}

본 발명은 크래쉬 박스형 범퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충돌성과 충격흡수성이 뛰어난 크래쉬 박스형 범퍼에 관한 것이다.

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

이러한 범퍼 시스템은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 기본적으로 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 2개의 범퍼레일(101,103)로 구성되어 장착되는 범퍼빔(105)과, 상기 범퍼빔(105)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(107)와, 그리고 상기 범퍼빔(105)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼커버(109)와, 상기 범퍼빔(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 충격에너지를 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 국한될 뿐만 아니라 다중 흡수구조를 갖추기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요된다는 문제점을 내포하고 있다.

특히, 유럽 시장에서는 더욱 강화된 범퍼 성능을 요구하고 있어 이를 만족시킬 수 있는 새로운 형태의 범퍼 시스템이 요구되고 있다.

예컨대, 40% 오프셋 테스트에서 차체의 손상을 줄이기 위해 충돌시 범퍼빔이 견딜 수 있는 한도 내에서의 압착, 변형 또는 파괴 등으로 최대한 충돌에너지를 흡수 할 수 있는 구조여야 하고, 반면에 범퍼 배리어 테스트에서는 차체 손상을 막기 위해 범퍼빔의 변형이 최소화되어야 하고 쉽게 파손되지 않아야 하는 등 서로 상반된 성능을 만족할 만한 형태의 것이 되어야 하므로 매우 까다롭고 어려운 일이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, GMT(Glass fiber Mat Thermoplastic) 소재를 사용하여 범퍼빔을 구성함으로써 경량화에 기여하고, 가공의 용이성을 가지면서 충돌시 발생하는 충격의 다중 흡수를 구현하여 승객에게 가해지는 충격량을 크게 감소시킬 수 있음은 물론 연비향상 및 충돌성과 충격흡수성이 뛰어난 차량용 범퍼의 크래쉬 박스를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 차체를 구성하는 프론트 및 리어 사이드 멤버에 고정되고, 전면 양단에는 설치홈이 요입형성된 범퍼빔과; 상기 범퍼빔의 설치홈에 삽입 고정되며, 내부는 다층 구조로 이루어진 크래쉬 박스와; 상기 설치홈과 범퍼빔 사이에 배치되며, 상기 범퍼빔을 프론트 사이드 멤버에 체결하는 고정부재를 갖춘 마운팅브라켓과; 상기 크래쉬 박스 사이에 개재되며, 상기 범퍼빔에 고정되는 에너지 업소버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼를 제공한다.

이때, 상기 범퍼빔은 GMT 혹은 장섬유 강화 복합재로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 범퍼빔은 '

' 형상으로 성형되고, 상기 범퍼빔 성형시 상기 설치홈도 함께 동시에 일체로 성형되어 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 크래쉬 박스는 전면이 개방된 허니컴 혹은 다층 격자형 구조인 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 크래쉬 박스는 상기 설치홈에 삽입설치되고, 차량 운행중 유동 및 떨림 방지를 위해 스크류로 빔과 고정되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 크래쉬 박스를 장착하기 위한 설치홈이 범퍼빔 성형시 한꺼번에 일체로 형성되기 때문에 제조가 쉽고 가공이 용이하며, GMT 소재를 사용하기 때문에 경량화가 가능하고, 그에 따른 연비 향상을 기대할 수 있으며, 충돌에 강하고, 충격흡수는 우수하여 차체 및 승객 보호에 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 조립상태 정면 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 조립상태 배면 사시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼는 범퍼빔(10)을 포함한다.

상기 범퍼빔(10)은 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastic) 소재 혹은 장섬유 강화 복합재(Long Fiber-Reinforced Thermoplastic)로 형성됨이 바람직하며, 경우에 따라서는 앞서 설명하였듯이 경량의 스틸이나 금속재로 형성될 수도 있다.

이때, GMT란 범용수지인 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지와 글래스 피버 매트(Glass fiber Mat) 강화재로 이루어진 판상 형태의 복합 소재로서, 특히 T-Die를 통해 압출된 용융상태의 폴리프로필렌과 글래스 피버 넌-우번 매트(Glass fiber non-woven Mat)가 직접 함침되어 수지와의 결합력이 우수하고, 글래스(Glass) 자체의 강도가 매트(Mat)상으로 보강되어 기존의 어떤 소재보다도 우수한 강도를 보이며, 플라스틱 고유의 특성인 경량성, 디자인 자유도는 물론 열가소성 수지에서 기인하는 높은 생산성, 재활용성 등의 특징을 갖는 신소재이다.

이러한 GMT는 경량화가 가능하고, 충돌 에너지의 흡수성이 우수하며, 디자인 자유도가 향상되고, 조립성은 물론 내부식성, 강성, 복원성, 차음성, 제진성, 탄성 내충격성 등이 우수하여 차세대 복합소재로서 주목 받고 있다.

그리고, 상기 범퍼빔(10)의 전면 양단에는 설치홈(12)이 요입 형성된다.

이 경우, 본 발명에서는 상기 범퍼빔(10)이 상술한 소재를 이용하여 대략 'ㄷ' 형상으로 성형될 때 상기 설치홈(12) 형성을 위해 별도의 절단공정을 거치지 않고 성형과 동시에 일체로 요입형성되면서 성형되기 때문에 제조 및 가공성이 매우 용이한 장점을 가진다.

아울러, 상기 범퍼빔(10)의 설치홈(12)에는 크래쉬 박스(20)가 삽입 고정된다.

상기 크래쉬 박스(20)는 전방을 향해 개구된 허니컴 구조로 형성됨이 바람직하며, 소재로는 HDPE(high-density polyethylene)가 바람직하다.

이때, 상기 크래쉬 박스(20)는 허니컴 구조로 한정될 필요는 없으며, 충격을 다수 흡수할 수 있도록 격자상으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 범퍼빔(10)의 전면 형상과 대응되게 설계되어야 하므로 개구된 부분이 상기 범퍼빔(10)의 곡률반경에 대응되도록 라운드지게 형성됨이 바람직하다.

나아가, 상기 크래쉬 박스(20)의 후면, 즉 배면에는 돌출부(lobe)(22)가 형성된다.

상기 돌출부(22)는 앞서 설명한 설치홈(12)에 삽입되는 부분으로써 충돌시 상기 크래쉬 박스(20)가 상기 범퍼빔(10)으로부터 분리이탈되지 못하도록 함과 동시에 최대한 어긋나지 않고 일체형을 유지할 수 있도록 하여 그 충격흡수성을 높이기 위한 연결 고정부로서의 역할을 담당하게 된다.

이 경우, 상기 돌출부(22)는 상기 설치홈(12)에 끼워져 이후 충돌시 유동을 방지하는 역할을 하며, 차량 운행 중 유동 및 떨림 등을 방지하기 위해 스크류 등을 이용하여 빔과 고정한다.

한편, 상기 크래쉬 박스(20)의 돌출부(22)가 끼워지는 설치홈(12)에는 마운팅브라켓(40)이 삽입되게 되는데, 상기 마우팅브라켓(40)에는 볼트 혹은 스크류와 같은 고정부재(42)가 마련되고, 이 고정부재(42)는 상기 마우팅브라켓(40)에 걸린 상태에서 상기 범퍼빔(10)의 설치홈(12)을 관통한 뒤 도시되지 않은 프론트 사이드 멤버에 고정됨으로써 상기 범퍼빔(10)을 차체에 고정하는 수단으로 활용되기도 한다.

또한, 상기 크래쉬 박스(20) 사이에는 에너지 업소버(30)가 개재된 상태로 상기 범퍼빔(10)에 부착되며, 상기 에너지 업소버(30)도 충격 흡수 기능을 담당하게 되는데 그 양단이 상기 크래쉬 박스(20)와 단차없이 연결되도록 설계됨이 특히 바람직하다.

이는 충돌시 범퍼빔(10)의 전방에 설치된 에너지 업소버(30)와 크래쉬 박스(20)가 함게 충격을 흡수하게 되는데, 바꿔 말하자면 크래쉬 박스(20)가 에너지 업소버(30)의 양단에서 각각 에너지 업소버(30)의 일부처럼 기능하게 되는 것이다.

이때, 상기 에너지 업소버(30)는 다층 공간을 갖는 구조가 아니기 때문에 흡수능력이 우수한 발포 폴리프로릴렌 수지로 형성됨이 특히 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.

즉, 본 발명에 따른 크래쉬 박스(20)는 제한된 충격량, 즉 차체 미손상을 위해 허용된 힘을 유지하면서 최대의 충돌 에너지를 흡수하여 차체의 손상을 방지하게 된다.

이를 테면, 40%, 10도 오프셋 테스트를 충돌의 예로 들자면, 충돌과 동시에 상기 크래쉬 박스(20)는 크래쉬 되면서 크래쉬 기능을 담당하게 된다.

또한, 상기 에너지 업소버(30)는 상기 크래쉬 박스(20)와 함께 형상 배리어 테스트시 충격에너지를 흡수하는 역할을 담당하게 된다.

다시 말해, 상기 크래쉬 박스(20)는 40%, 10도 오프셋 테스트시에는 충돌 에너지를 최대한 흡수하는 크래쉬 기능을 담당하게 되고, 형상 배리어 테스트시에는 상기 에너지 업소버(30)와 함께 최소 변형에 일조하게 된다.

특히, 크래쉬 박스(20)는 범퍼빔(10)의 전면 양쪽에 요입 형성된 설치홈(12) 상에 끼워진 구조이기 때문에 충격 흡수능과 동시에 변형 억제력을 갖게 되는 이중적인 특성을 구비하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 구조는 배경기술에서 문제로 제기한 서로 상반된 범퍼 성능을 그대로 만족시키는 전혀 새로운 형태의 범퍼 시스템을 완성하게 되는 것이다.

덧붙여, 본 발명에 따른 구조는 범퍼빔(10)의 소재 자체가 경량임은 물론 그 전방에 설치되는 에너지 업소버(30) 및 크래쉬 박스(20) 자체도 경량이어서 전체적으로 경량화가 가능하여 연비 향상에 일조할 수도 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 설치예를 보인 부분 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 조립상태 정면 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 크래쉬 박스형 범퍼의 조립상태 배면 사시도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

10....범퍼빔 12....설치홈

20....크래쉬 박스 22....돌출부

30....에너지 업소버 40....마운팅 브라켓

Claims (5)

1. 차체를 구성하는 프론트 및 리어 사이드 멤버에 고정되고, 전면 양단에는 설치홈이 요입형성된 범퍼빔과;

   상기 범퍼빔의 설치홈에 삽입되는 돌출부가 배면에 형성되어 상기 돌출부가 상기 설치홈에 삽입되어 고정되며, 내부는 다층 구조로 이루어진 크래쉬 박스와;

   상기 설치홈과 크래쉬박스 사이에 배치되며, 상기 범퍼빔을 프론트사이드 멤버에 체결하는 고정부재를 갖춘 마운팅브라켓과;

   상기 크래쉬 박스 사이에 개재되고 양단이 상기 크래쉬박스와 단차없이 연결되도록 설치되어 상기 범퍼빔에 고정되는 에너지 업소버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼.
2. 제1항에 있어서;

   상기 범퍼빔은 GMT 혹은 장섬유 강화 복합재로 형성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서;

   상기 범퍼빔은 '

   

   ' 형상으로 성형되고, 상기 범퍼빔 성형시 상기 설치홈도 함께 동시에 일체로 성형되어 형성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼.
4. 제1항에 있어서;

   상기 크래쉬 박스는 전면이 개방된 허니컴 혹은 다층 격자형 구조인 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼.
5. 제1항에 있어서;

   상기 크래쉬 박스는 상기 돌출부가 상기 설치홈에 삽입되어 설치된 후, 차량 운행중 유동 및 떨림 방지를 위해 스크류로 빔과 고정되는 것을 특징으로 하는 크래쉬 박스형 범퍼.

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