KR101095989B1 - 자동차용 범퍼빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되고, 역 C형으로 형성되며, 에너지업소버를 구비하지 않는 자동차용 범퍼빔에 있어서; 상기 범퍼빔은 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리내에서 센터의 플랜지간 이격거리가 가장 좁고, 양단으로 갈수록 점점 넓어지는 아령 형태로 협소공간이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔을 제공한다.

본 발명에 따르면, 중량 및 원가를 증대시키지 않으면서도 저속충돌 법규를 만족하면서 범퍼 돌출량이 적은 범퍼빔을 제공할 수 있어 상품 가치가 높고, 연비가 개선되며, 이에 따라 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

자동차 범퍼빔, 역 C형, 충돌테스트, 침입량, 돌출량, 저속 충돌

Description

자동차용 범퍼빔{BUMPER BEAM FOR VIHICLE}

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충격에너지 흡수성능이 우수하여 범퍼커버 또는 차체의 손상을 극소화하면서 범퍼의 돌출량이 극소화된 차량 디자인에 적합하도록 개선된 자동차용 범퍼빔에 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 완충수단이다.

일 예로, 도 1 및 도 2에 도시된 리어범퍼를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 범퍼는 범퍼커버(1)와 범퍼빔(2) 사이에 충격에너지의 흡수를 위한 에너지업소버(3)가 개재되며, 스테이(4)에 의해 범퍼빔(2)이 백패널(5)에 고정된 구조로 이루어진다.

이러한 범퍼빔(2)은 통상 차체 길이방향으로의 단면이 "

" 형상으로 이루어져 있으며, 폐쇄부(2a)가 범퍼커버(1) 측으로 향하도록 범퍼커버(1) 내측에 설치된 다.

따라서, 저속 충돌시 범퍼커버(1)로부터 전달되는 충격은 먼저 에너지업소버(3)에서 탄성적으로 흡수된 후 다음으로 강성을 갖는 범퍼빔(2)에 의해 차단된다.

그러나, 이러한 구조로 이루어진 종래 범퍼는 먼저, 범퍼커버(1)와 범퍼빔(2)의 폐쇄부(2a) 사이에 에너지업소버(3)가 설치되어 있기에 때문에 충격에너지가 에너지업소버(3)에 의해 충분히 흡수되지 않을 경우, 그 충격은 범퍼빔(2)의 폐쇄부(2a)에 그대로 전달되며 그에 따라 비교적 가벼운 외부 충격에 의해서도 범퍼커버가 쉽게 손상되는 문제가 있다.

이 경우, 범퍼에 충분한 탄성력을 부여하기 위하여는 에너지업소버(3)의 두께를 충분히 증가시켜야 하는데 이는 한계가 있으며 특히, 차량의 스타일링을 위해 범퍼공간, 즉 패키지 스페이스(S)를 좁히고 있는 최근 추세에 상반된다.

또한, 충격물의 칩입 및 범퍼빔(2)의 변형으로 인한 백패널(5)의 손상을 방지하기 위하여는, 범퍼빔(2)과 백패널(5) 사이의 공간(S')이 충분하게 마련되어야 한다. 그러나, 이는 앞서 언급한 바와 같이 범퍼공간(S)이 점차 좁아져 가는 최근 추세에 역행한다는 문제점이 있다.

특히, 현재 및 향후 개발되고 있는 차량의 경우에는 디자인 측면에서 범퍼의 돌출량을 더욱 극소화할 것을 요구하고 있다.

한편, 본 출원인은 차량용 범퍼빔의 경량화와 고강도를 동시에 실현하기 위해 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재를 개발한 바 있다.

이 복합소재를 이용할 경우 돌출량이 적은 차량에서는 소재의 두께를 증가시켜 충돌시 침입량을 줄이면 좋겠으나 이 소재의 경우 최대 두께 16mm 이상을 적용하기에는 현실적인 어려움이 있어 최소 침입량 및 최대 에너지 흡수의 한계를 가진다.

예컨대, 상기 복합소재로 현재 적용중인 차량중 가장 성능이 좋은 범퍼빔을 북미 IIHS FULL BARR. 테스트를 실시해 보면 최소 약 110mm의 침입량이 발생되고 있어 범퍼 돌출량을 약 35mm까지 적용할 수 있을 것으로 보인다.

하지만, 현재 자동차사에서는 IIHS 테스트시 침입량 90~100mm를 만족시킬 것을 요구하고 있는 바, 이는 범퍼 돌출량으로 보았을 때 약 14~24mm 수준을 요구하는 것이어서 현 복합소재를 이용하여 이 기준을 맞추기는 거의 불가능하다.

덧붙여, 현재 개발된 복합소재를 이용한 빔의 IIHS 테스트시 에너지 흡수량을 구조해석으로 조사해 본 결과, 도 3에서와 같이 BH 차량(예. 제네시스)의 빔이 약 2kJ를 흡수하고, 나머지는 각 부품에서 4.14kJ를 흡수하고 있음을 알 수 있다.

따라서, 돌출량이 적은 차량은 빔만을 적용하는 것으로 고려할 때 빔과 나머지 부품의 에너지 합계인 6.14kJ를 완전히 빔 자체에서 흡수해야만 돌출량이 적은 범퍼의 성능을 만족할 수 있다는 결론에 도달하게 된다.

동시에, 침입량을 줄이기 위해서는 더욱 견고해야만 하는데, 현재 구조로는 이러한 조건을 만족시킬 수가 없다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 오직 빔만을 적용하여 침입량을 최소로 유도하고, 역 C형 범퍼빔을 적용하되 충돌시 충돌면이 벌어지는 현상을 극소화시킬 수 있는 구조로 보강함으로써 침입량도 줄이면서 범퍼빔의 돌출량도 만족시킬 수 있도록 한 자동차용 범퍼빔을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되고, 역 C형으로 형성되며, 에너지업소버를 구비하지 않는 자동차용 범퍼빔에 있어서; 상기 범퍼빔은 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리내에서 센터의 플랜지간 이격거리가 가장 좁고, 양단으로 갈수록 점점 넓어지는 아령 형태로 협소공간이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔을 제공한다.

이때, 상기 범퍼빔의 협소공간에는 대응되는 형상의 침입방지용 블럭이 더 삽입된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 침입방지용 블럭은 상기 범퍼빔과 동일 소재로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 협소공간에는 상하 플랜지와 일체로 형성되고, 서로를 향해 돌출연장된 다수의 침입방지리브가 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 침입방지리브는 상하 플랜지로부터 서로 엇갈리게 돌출 형성된 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되고, 역 C형으로 형성되며, 에너지업소버를 구비하지 않는 자동차용 범퍼빔에 있어서; 상기 범퍼빔은 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리내에 상하 플랜지로부터 서로를 향해 돌출된 침입방지리브가 다수 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔도 제공한다.

이 경우, 상기 범퍼빔에는 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 지점을 포함한 이후 지점에 상하 플랜지를 구속하는 적어도 하나 이상의 보강체결부재가 상기 센터를 기점으로 양측에 대칭되게 더 설치될 수도 있다.

나아가, 상기 보강체결부재는 장볼트 혹은 치수보정용 부시 또는 장리벳 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 중량 및 원가를 증대시키지 않으면서도 저속충돌 법규를 만족하면서 범퍼 돌출량이 적은 범퍼빔을 제공할 수 있어 상품 가치가 높고, 연비가 개선되며, 이에 따라 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

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

도 4는 본 발명에 따른 범버빔의 개발 배경을 설명하기 위한 충돌테스트의 개념도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 범퍼빔의 예를 보인 정면도 및 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 범퍼빔의 일 실시예를 보인 정면도이며, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 범퍼빔의 다른 실시예를 보인 예시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 범퍼빔의 충돌테스트시 구조해석한 자료를 보인 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되며, 역 C형으로 형성된다.

이때, 역 C형의 경우 범퍼테스트시 범퍼형상으로 만들어진 범퍼테스터(T)가 충돌하는 순간 에지부(110)가 플랜지부(120)로부터 벌어지는 현상을 초래하게 되므로 침입량을 증가시키는 경향이 있다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 현상을 극소화시킬 수 있도록 범퍼빔(100)의 구조를 개선하고, 보강부재를 추가함으로써 충돌시 침입량을 극소화시키고, 이를 강화시킴으로써 범퍼빔(100)의 돌출량도 극소화시킬 수 있게 된다.

예컨대, 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 전면이 개방되고, 측단면으로 보았을 때 역 C 형상으로 형성된다.

이때, 상기 범퍼빔(100)의 개방된 중앙부는 도 5와 같이 좁아진 형상이 될 수 있고, 또 그 내부에 침입방지용 블럭(B)이 삽입된 구조를 가질 수도 있다.

이 경우, 상기 침입방지용 블럭(B)은 상기 범퍼빔(100)과 동일 소재로 형성되도록 하여 충격흡수력을 더욱 향상시킨 것에도 특징이 있다.

그리고, 범퍼빔(100)의 전면 양측에는 상기 범퍼빔(100)을 차체에 고정시킬 수 있도록 고정부재(130)가 설치된다.

특히, 본 발명에서는 기존 범퍼빔이 갖던 에너지업소버(미도시)가 제거된 상태로 이루어진다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 도 7 및 도 8중 (b)에 도시된 바와 같이, 범퍼빔(100)의 길이 중앙부인 센터(C)를 기점으로 좌,우 400mm 범위 내에서 센터(C) 부위의 플랜지간 거리(D)가 가장 좁고, 양쪽으로 갈수록 점점 넓어지는 대략 아령 형태로 형성된다.

즉, 상기 범퍼빔(100)을 성형할 때에 상기 센터(C)를 국부적으로 좁혀 외부 충돌시 충돌체에 대한 저항을 극대화시키도록 구성된다.

이때, 상기 센터(C)를 중심으로 좌,우 400mm 범위로 한정하는 이유는 이 부분이 라운드 형태로 외향돌출되게 정점을 이루고 있어 충돌시 충격변형이 가장 극심한 부위이기 때문이다.

따라서, 도 4에 도시된 범퍼테스터(T)가 범퍼빔(100)에 충돌되었을 때 플랜지부(120)와 연결된 에지부(110)의 벌어짐이 극소화되게 되어 침입량을 최소화할 수 있게 된다.

다른 예로, 도 8중 (a)에 도시된 바와 같이, 아령 형상을 갖는 센터(C)의 협소공간에 그와 대응되는 형상의 침입방지형 블럭(B)을 삽입하여 해당 부위의 충돌변형을 차단하도록 구성할 수도 있다.

이는 역 C형 범퍼빔(100)의 개방부 중 주요 부위인 센터(C)를 국부적으로 폐쇄시킨 구조를 취함으로써 충돌 대항력을 극대화시키도록 한 것이다.

뿐만 아니라, 도 8중 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 센터(C) 부분을 협소하 게 구성하지 아니하고 다른 부분과 마찬가지의 폭을 갖도록 한 상태에서 센터(C)를 기준으로 ±400mm 범위내의 플랜지부(120)에 서로 마주보게 다수의 침입방지리브(R)를 다수 형성하는 구조를 가지도록 하여 센터(C) 부위를 보강함으로써 충돌시 변형 및 침입량을 최소화할 수 있다.

아울러, 이러한 구조는 앞서 설명한 도 8중 (a)와 같은 협소공간을 갖는 구조에도 그대로 채용할 수도 있다.

나아가, 돌출되는 침입방지리브(R)는 상하 서로 대응되게 돌출형성될 수도 있으나, 더욱 바람직하기로는 상하 서로 엇갈리게 배치되어 그 연장길이를 더 길게 함으로써 기능을 더욱 향상시킬 수도 있음은 물론이다.

또다른 예로, 앞서 설명한 예들에 도 9에 도시된 예인 보강체결부재(140)를 더 설치할 수도 있는데, 이 보강체결부재(140)는 상기 센터(C)를 중심으로 ±400mm 지점 혹은 그 이후 지점에 설치되도록 하여 충돌시 제품 변형에 의한 불안정한 치수를 보정할 수 있고, 변형 자체를 방지하는 기능도 수행하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 보강체결부재(140)는 범퍼빔(100)의 강도를 보강하는 역할도 수행하게 된다.

그리고, 상기 보강체결부재(140)는 장볼트 혹은 치수보정용 부시 또는 장리벳 등이 될 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 범퍼빔은 역 C형으로 형성되기 때문에 개방된 부위로 충돌체가 충돌되었을 때 범퍼빔(100)의 에지부(110)가 벌어지는 단점 때문에 침입량이 크게 발생하는 단점을 완전히 불식시킬 수 있다.

즉, 침입량이 집중적으로 발생하는 센터(C)의 폭(상하 플랜지간 거리)을 최대한 좁혀 강도를 보강함으로써 충격량을 충분히 흡수할 수 있도록 하고, 변형량을 최소화시킬 수 있게 된다.

덧붙여, 이 부분의 구조를 다양한 형태로 개선, 이를테면 침입방지리브(R) 형성, 침입방지용 블럭(B) 삽입 등은 물론 그 양측에서 벌어짐을 다시 한번 잡아줄 수 있는 보강체결부재(140)를 더 구비함으로써 범퍼빔(100)의 돌출량은 줄이면서 저속 충돌시 침입량은 극소화시킨 구조가 가능하게 된다.

예컨대, 본 발명에 따른 범퍼빔, 특히 도 8중 (a)에 예시된 형태의 범퍼빔을 충돌테스트 하여 구조해석한 결과, 도 10에 나타난 바와 같이 IIHS FULL BARR. 테스트를 만족시키는 결과를 얻을 수 있었다.

이로써, 본 발명에 따른 범퍼빔을 통해 기술 선점이 가능하고, 차량의 디자인 개선에도 커다란 영향을 미칠 것으로 기대된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 범퍼빔의 예시적인 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 범퍼빔의 충돌테스트 구조해석 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 범버빔의 개발 배경을 설명하기 위한 충돌테스트의 개념도,

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 범퍼빔의 예를 보인 정면도 및 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 범퍼빔의 일 실시예를 보인 정면도,

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 범퍼빔의 다른 실시예를 보인 예시도,

도 10은 본 발명에 따른 범퍼빔의 충돌테스트시 구조해석한 자료를 보인 그래프.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....범퍼빔 110....에지부

120....플랜지부 130....고정부재

140....보강체결부재 B....침입방지용 블럭

R....침입방지리브

Claims (8)

1. 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되고, 역 C형으로 형성되며, 에너지업소버를 구비하지 않는 자동차용 범퍼빔에 있어서;

   상기 범퍼빔은 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리내에서 센터의 플랜지간 이격거리가 가장 좁고, 양단으로 갈수록 점점 넓어지는 아령 형태로 협소공간이 형성되며;

   상기 협소공간에는 상하 플랜지와 일체로 형성되고, 서로를 향해 돌출연장된 다수의 침입방지리브가 더 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
2. 청구항 1에 있어서;

   상기 범퍼빔의 협소공간에는 대응되는 형상의 침입방지용 블럭이 더 삽입된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
3. 청구항 2에 있어서;

   상기 침입방지용 블럭은 상기 범퍼빔과 동일 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서;

   상기 침입방지리브는 상하 플랜지로부터 서로 엇갈리게 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
6. 폴리올레핀계와 글래스화이버를 결합한 열가소성 복합소재로 구성되고, 역 C형으로 형성되며, 에너지업소버를 구비하지 않는 자동차용 범퍼빔에 있어서;

   상기 범퍼빔은 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리내에 상하 플랜지로부터 서로를 향해 돌출된 침입방지리브가 다수 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
7. 청구항 1,2,3,5,6 중 어느 한 항에 있어서;

   상기 범퍼빔에는 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 지점을 포함한 이후 지점에 상하 플랜지를 구속하는 적어도 하나 이상의 보강체결부재가 상기 센터를 기점으로 양측에 대칭되게 더 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
8. 청구항 7에 있어서;

   상기 보강체결부재는 장볼트 혹은 치수보정용 부시 또는 장리벳 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.

Images