KR101216150B1

KR101216150B1 - 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼

Info

Publication number: KR101216150B1
Application number: KR1020110024985A
Authority: KR
Inventors: 심종석; 고형석; 심효석
Original assignee: 심종석; 심효석; (주)그룹신도시건축사사무소
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-12-27
Also published as: KR20120107347A

Abstract

본 발명은 차량 충돌 시 발생하는 충격력의 진행방향을 좌우로부터 서로 마주하는 방향으로 전환하여 충격력의 대부분을 상쇄시켜 최종적으로 차량에 전달되는 충격력을 최소화함으로써 차량의 파손 및 탑승자의 인명피해를 감소시킬 수 있는 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼에 관한 것이다.
상기 본 발명은 차량의 범퍼 내측에 상호 대칭으로 배치되며 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 향하는 곡선 안내 구조를 갖는 제1 및 제2 가이드부재; 각각 상기 차량의 범퍼에 전달된 충격력의 진행방향을 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 방향을 전환하도록 상기 제1 및 제2 가이드부재를 따라 슬라이딩 이동하는 제1 및 제2 가동부재; 및 각각 상기 제1 및 제2 가동부재를 통해 전달된 충격력을 흡수하는 제1 및 제2 에어스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼{IMPACT FORCE CONVERTING APPARATUS AND VEHICLE BUMPER USING THE SAME}

본 발명은 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량 충돌 시 발생하는 충격력의 진행방향을 좌우로부터 서로 마주하는 방향으로 전환하여 수평분력을 상쇄시키고, 수직분력과 함께 충격력 흡수 시 발생하는 반발력에 따른 경사하중 만을 차체로 전달함으로써 차체에 전달되는 전체적인 충격에너지를 완화하여, 충격력의 전달에 의한 차체의 파손 및 탑승자의 인명피해를 감소시킬 수 있는, 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼에 관한 것이다.

대부분의 차량에는 다른 차량 또는 외부 물체와 충돌 시, 차체에 가해지는 충격을 흡수하여 차체와 해당 차량에 탑승한 인명을 보호하기 위한 장치로서 차량용 범퍼(bumper)가 차체 전후방에 설치된다.

일반적으로, 차량용 범퍼는 차량 전면에 부착되는 범퍼 커버(bumper cover), 범퍼커버의 내부에 삽입되고 '충격에너지 흡수용 발포재료'(즉, 충격흡수부재)로 이루어진 에너지 옵서버(energy absorber), 범퍼 커버 및 에너지 옵서버를 차체에 고정시키는 범퍼빔(bumper beam), 브래킷(bracket), 범퍼 스테이(bumper stay) 등으로 구성된다. 여기서, 에너지 옵서버는 충격흡수부재로서, 내충격성과 복원성이 우수한 폴리프로필렌계 발포재료인 EPP(Expanded Polypropylene)가 주로 사용되며, EPP 이외에 스티로폼, 우레탄폼 등과 같은 다양한 폼(foam)재와 서로 다른 재질의 발포재료를 혼합한 복합재료가 사용될 수도 있다. 또한, 브래킷 및 범퍼 스테이는 완충스프링이나 유압실린더와 같은 완충장치를 설치하여 충격력을 흡수할 수도 있다.

이러한 차량용 범퍼는 에너지 옵서버의 충격흡수부재를 이용하여 차량의 파손 및 탑승자의 인명을 보호한다. 즉, 차량용 범퍼는 저속 충돌 시에 충격흡수부재의 자체 탄성력에 의해 압축 변형 또는 굽힘 변형을 통해 차량의 파손을 방지하고, 큰 충격이 가해지는 고속 충돌 시에 충격흡수부재의 소성변형이나 파괴에 의해 충돌에너지를 흡수하여 충격의 완충을 통해 탑승자의 인명을 보호한다.

상기와 같은 기능을 수행하기 위한 차량용 범퍼는 에너지 옵서버 및 범퍼빔 등의 범퍼 어셈블리 형태와 재질에 대해 지속적으로 연구되고 있다.

구체적으로, 공개특허 제 2009-65678 호에는 전방 옵서버와 후방 옵서버를 걸치는 다단의 충격 에너지 흡수 구조를 구비하여 지속적인 완충 효과를 얻을 수 있는 기술이 제안되었다. 즉, 공개특허 제 2009-65678 호에는 차량 자체에 고정되는 백 빔의 전면에 고정되고, 중앙에 후방 완충수단이 구비된 후방 옵서버, 후방 옵서버의 전면에 고정되고 다공성 호형 단면 구조로 이루어진 전방 옵서버를 구비함으로써, 충돌 과정에서 쉽게 파손됨이 없이 지속적인 완충효과를 얻을 수 있다.

또한, 공개특허 제 2002-52305 호에는 전면 충돌 사고 시 전면으로부터 후방으로 전달되는 충격력을 그에 대응되는 공압으로 변환시켜 완충 및 감쇠시킬 수 있는 기술이 제안되었다. 즉, 공개특허 제 2002-52305 호에는 차량의 전면 충돌 시 그 충격력을 공압으로 변환시키는 공압실린더, 공압실린더에 적정 압력으로 에어를 공급하는 에어공급부, 충격력을 적정 공급압력과 비교하여 충돌여부를 판단하여 제어신호를 출력하는 제어부, 제어부의 제어신호에 따라 충돌 시 전달되는 충격력에 대응되는 공압을 외부로 배출하는 에어 배출부를 구비함으로써, 차량의 충돌 시 운전자 또는 탑승객의 안전을 보호해줄 수 있다.

그러나 이러한 종래의 차량용 범퍼는 해당 충격력 전부에 대한 충격에너지를 그대로 흡수하여 완충하는 구조를 가진다. 즉, 종래의 차량용 범퍼는 해당 충격력에 대한 충격에너지를 전부 수용한 후 이에 대응하기 위해 범퍼 자체의 탄성력에만 의존하여 범퍼 본연의 기능을 제공한다.

일반적으로, 차량의 전후방 정면 충돌 시에 충격력은 차체에 전달되면서 충격에너지로 전환되어, 일부는 범퍼에서 흡수되고, 나머지는 차체에 그대로 전달되어 운전석 등의 내부 충격완화수단에 의해 흡수된다. 이에 따라, 차량용 범퍼는 차체에 전달된 충격에너지의 대부분을 흡수하여 완충시킬 때 차량의 파손뿐만 아니라 탑승자의 인명피해를 방지하는 본연의 기능을 제공하게 된다. 즉, 차량용 범퍼는 해당 충격에너지에 대한 흡수 또는 완충 정도에 따라 차량의 파손 및 탑승자의 인명피해 정도를 좌우한다.

하지만, 시속 60㎞ 이상으로 주행 중에 고속충돌이 발생하는 경우에는 충격력의 일부가 범퍼에서 흡수되고 나머지가 내부 충격완화수단에 의해 흡수되더라도 여전히 큰 충격량이 남을 수 있기 때문에, 차량의 파손 및 탑승자의 인명피해를 방지하기 어렵다. 이러한 경우에 종래의 차량용 범퍼는 에너지 옵서버와 범퍼빔의 탄성력에만 의존하므로, 차체에 전달된 큰 충격에너지를 흡수 또는 완충하기 어렵다.

즉, 종래의 차량용 범퍼는 에너지 옵서버의 에너지 흡수 성능과 복원성능이 아무리 우수하더라도 여전히 남아 있는 충격력의 진행방향이 변환되지 않고 동일한 방향으로 작용하므로, 차량과 탑승자에 대한 안정성 제공에 있어 물리적인 한계가 있다.

따라서 종래의 차량용 범퍼는 에너지 옵서버 및 범퍼빔 이외에 차체에 전달된 충격력을 보다 효과적으로 흡수 및 완충함으로써, 차량의 파손 및 탑승자의 인명피해를 방지할 수 있는 범퍼구조에 대한 기술이 제안될 필요가 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 차량 충돌 시 발생하는 충격력의 진행방향을 좌우로부터 서로 마주하는 방향으로 전환하여 충격력의 대부분을 상쇄시켜 최종적으로 차량에 전달되는 충격에너지를 최소화함으로써 차량의 파손 및 탑승자의 인명피해를 감소시킬 수 있는 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 에어스프링의 반발력에 의한 가동부재의 역동작을 저지함에 따라 가동부재에 의한 2차 피해를 억제하는 충격력 변환장치 및 그를 이용한 차량용 범퍼를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 차량의 범퍼 내측에 상호 대칭으로 배치되며 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 향하는 곡선 안내 구조를 갖는 제1 및 제2 가이드부재; 각각 상기 차량의 범퍼에 전달된 충격력의 진행방향을 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 방향을 전환하도록 상기 제1 및 제2 가이드부재를 따라 슬라이딩 이동하는 제1 및 제2 가동부재; 및 각각 상기 제1 및 제2 가동부재를 통해 전달된 충격력을 흡수하는 제1 및 제2 에어스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치를 제공한다.

상기 범퍼를 통하여 제1 및 제2 가동부재에 전달된 충격력에 기초한 한 쌍의 충격력(P)의 각 수평분력(P_x)을 상쇄하기 위해, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치된 격판을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 가동부재는 범퍼 내측을 따라 배치되는 에너지 옵서버로부터 전달되는 충격력을 상기 제1 및 제2 가동부재로 원활하게 전달하도록 상기 제1 및 제2 가동부재의 선단부에 각각 힌지 결합되는 제1 및 제2 힌지부재를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 가동부재는 후단부에 각각 접하는 상기 제1 및 제2 에어스프링의 일측으로 충격력을 전달하는 제1 및 제2 가압판을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가압판은 차량 길이방향에 대하여 10~30˚ 경사 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 가압판의 가동 구간에 대응하는 위치에 형성되어 상기 제1 및 제2 가압판이 충격력에 의해 소정 거리 이동 후 상기 제1 및 제2 에어 스프링의 반발력에 의해 역방향으로의 이동을 억제하는 다수의 스톱퍼를 포함할 수 있다. 상기 다수의 스톱퍼는 간격을 두고 설치되는 돌기 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 다수의 스톱퍼는 상기 제1 및 제2 에어스프링을 감싸는 지지프레임에 형성될 수 있으며, 상기 다수의 스톱퍼는 상기 제1 및 제2 가압판의 외측단, 상단 및 하단에 대응하는 위치 중 적어도 어느 한 곳에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 가동부재의 외측과 상기 제1 및 제2 가이드부재의 내측 사이에 설치된 다수의 볼 베어링을 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 다수의 볼 베어링은 상기 제1 및 제2 가동부재의 길이방향을 따라 배치되는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 가이드부재는 내측에 상기 제1 및 제2 가동부재의 슬라이딩 이동을 원활히 할 수 있도록 윤활재가 충진될 수 있다.

본 발명은 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치되는 제1 및 제2 쇽 옵서버를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 역사다리꼴로 설치되는 충격지지부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 충격지지부재는 상기 제1 및 제2 가압판으로부터 상기 제1 및 제2 에어스프링으로 전달되는 한 쌍의 제1 충격력의 합력을 상쇄하도록, 상기 제1 및 제2 에어스프링으로부터 상기 충격지지부의 양측으로 전달되는 한 쌍의 제2 충격력의 방향을 상기 한 쌍의 제1 충격력의 전달방향의 역방향으로 전환할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 에너지 옵서버 및 금속프레임을 구비하고 충돌로 인하여 차체에 전달되는 충격력을 1차로 흡수 및 완화하기 위한 1차 완충장치; 상기 1차 완충장치의 후방에 배치되며 차체의 바디섀시 전방에 고정 설치되는 범퍼빔; 및 상기 범퍼빔 내측에 설치되며 상기 1차 완충장치의 2지점으로부터 전달된 제1 및 제2 충격력의 일부분을 차량 길이방향에 대하여 직각인 서로 대향하는 방향으로 전환시켜 상쇄시키기 위한 적어도 하나의 충격력 변환장치;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 충격력의 진행방향을 서로 마주하는 방향으로 전환하여 상기 충격력 변환장치로 전달되는 상기 제1 및 제2 충격력의 각 수평분력을 상쇄하고 수직분력만을 차체로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼를 제공한다.

상기 충격력 변환장치는 상기 범퍼빔 내측에 상호 대칭으로 배치되는 제1 및 제2 가이드부재; 상기 제1 및 제2 가이드부재를 따라 슬라이딩 이동하는 제1 및 제2 가동부재; 및 상기 제1 및 제2 가동부재를 통해 전달된 충격력을 흡수하는 제1 및 제2 에어스프링을 포함하며, 상기 범퍼빔으로 전달되는 한 쌍의 충격력(P)의 각 수평분력(P_x)을 상쇄하기 위해, 상기 제1 및 제2 가이드부재와 제1 및 제2 가동부재는 선단부로부터 후단부로 갈수록 내향 곡선 형상으로 이루어는 것이 바람직하다.

상기 충격력 변환장치는 상기 제1 및 제2 가동부재의 원활한 가동을 위해, 상기 제1 및 제2 가동부재의 외측과 상기 제1 및 제2 가이드부재의 내측 사이에 설치된 다수의 볼 베어링을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 다수의 볼 베어링은 가동부재의 곡률보다 큰 곡률로 형성되어 충격력 전달시 볼베어링의 회전마찰력을 최소화하기 위한 베어링홈에 설치되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 충돌 시 발생하는 충격력의 진행방향을 좌우로부터 서로 마주하는 방향으로 전환함에 따라 서로 마주하는 힘 중에서 수평분력을 상쇄시켜 차체로 전달되는 대부분의 충격에너지를 최소화하여 차량 파손 및 탑승자의 인명피해를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 다수의 스톱퍼를 구비하여 충격 후 에어스프링에 의한 반발력을 고려하여 차량 충돌 시 차량 측으로 가동하는 가동부재가 에어 스프링의 반발력에 의해 역동작을 취하는 것을 방지하도록 함으로써 가동부재에 의한 2차 피해를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충격력 변환장치가 차량용 범퍼의 좌우측에 한 쌍이 설치된 예를 나타내는 일부 절단 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 충격력 변환장치의 힌지부재에 충격력이 가해진 상태를 나타내는 일부 절단 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 충격력 변환장치의 에어스프링에 충격력이 가해진 상태를 나타내는 일부 절단 평면도,
도 4는 도 3에 도시된 제1 및 제2 가동부재와 제1 및 제2 에어스프링 사이에 발생하는 충격력의 분력을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충격력 변환장치를 나타내는 일부 절단 평면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충격력 변환장치를 나타내는 일부 절단 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 충격력 변환장치 및 이를 구비한 차량용 범퍼의 구성을 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 충격력 변환장치가 차량용 범퍼의 좌우측에 한 쌍이 설치된 예를 나타내는 일부 절단 평면도, 도 2는 도 1에 도시된 충격력 변환장치의 힌지부재에 충격력이 가해진 상태를 나타내는 일부 절단 평면도, 도 3은 도 2에 도시된 충격력 변환장치의 에어스프링에 충격력이 가해진 상태를 나타내는 일부 절단 평면도, 도 4는 도 3에 도시된 제1 및 제2 가동부재와 제1 및 제2 에어스프링 사이에 발생하는 충격력의 분력을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 충격력 변환장치(100)는, 충격완화장치가 필요한 객체(예를 들어, 승용차나 트럭 등의 차량, 비행기나 여객기 등의 항공기, 어선이나 페리보트 등의 선박 등, 각종 구조물 등)에서 외부 대상물과의 충돌 시에 전해지는 충격력의 진행방향을 전환시켜 해당 충격에너지를 최대로 흡수 및 완화한다. 바람직하게는, 이러한 충격력 변환장치(100)는 차량용 범퍼에 적용되어, 차량의 충돌 시 차체에 전달되는 충격력을 흡수 및 완화하여 차량의 파손과 탑승자의 인명피해를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 충격력 변환장치(100)를 차량용 범퍼에 적용한 경우에 대해 설명하지만 이에 한정되어 해석되지는 않는다.

이와 같은 충격력 변환장치(100)는 제1 및 제2 힌지부재(110,120), 제1 및 제2 가동부재(130,140), 제1 및 제2 가이드부재(150,160), 제1 및 제2 에어스프링(170,180), 지지프레임(190) 및 스톱퍼(191,193)를 포함한다.

상기와 같은 충격력 변환장치(100)를 이용한 차량용 범퍼는, 차량의 전방 또는 후방에 설치되어 차량의 충돌 시 차체에 전달되는 충격력을 1차적으로 흡수 및 완화하는 1차 완충장치(1), 범퍼빔(30) 및 범퍼빔(30)을 차량의 섀시(미도시)에 고정하기 위한 범퍼 스테이(40)를 포함한다.

상기 1차 완충장치(1)는 종래부터 사용되고 있는 구조로서 전면으로부터 범퍼커버(bumper cover, 10), 충격력을 1차적으로 흡수 및 완화하는 에너지 옵서버(energy absorber, 20), 및 에너지 옵서버(20)를 따라 형성되어 에너지 옵서버(20)를 지지하기 위한 금속프레임(21)을 포함한다.

이 경우, 차량용 범퍼는 1차 완충장치(1)의 후단에 충격력 변환장치(100)를 포함하되 도 1과 같이 범퍼빔(30)의 좌우에 각각 한 쌍을 탑재한다. 상기 범퍼빔(30)은 전면이 개방된 직사각형 박스 형태로 이루어지며, 중간 부분에 격판이 설치되어 2개의 챔버를 형성하고 있으며, 각각의 챔버에 충격력 변환장치(100)가 구비되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 범퍼커버(bumper cover, 10), 에너지 옵서버(energy absorber, 20) 및 금속프레임(21)으로 이루어지는 1차 완충장치(1)에 의해 차체에 전달되는 충격력을 1차로 흡수 및 완화하고, 한쌍의 충격력 변환장치(100)에 의해 2차로 충격력을 흡수 및 완화하고 있다.

이하, 차량용 범퍼에 설치된 좌우 한 쌍의 충격력 변환장치(100)는 동일한 구조로 이루어지므로 어느 하나의 구성에 대해서만 설명한다.

먼저, 제1 및 제2 힌지부재(110,120)는 각각 선단부에 금속프레임(21)과 밀착되는 밀착판(111,121)이 형성되며, 상기 금속프레임(21)과 밀착되는 밀착면의 경사에 대응하여 소정 각도 회전한 상태로 배치된다.

이 경우, 제1 및 제2 힌지부재(110,120)와 제1 및 제2 가동부재(130,140)가 서로 동일한 크기로 이루어지는 경우, 1차 완충장치(1)의 내곡면 곡률에 따라 제2 힌지부재(120)의 밀착판(121)은 제1 힌지부재(110)의 밀착판(111) 보다 더 두꺼운 판으로 제작될 수 있다.

또한, 제1 및 제2 힌지부재(110,120)는 후단부가 각각 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 선단부에 힌지 결합된다. 이는 차량 충돌 시 범퍼에 가해지는 충격력에 대응하여 제1 및 제2 힌지부재(110,120)가 소정 각도로 선회될 수 있도록 한다. 이에 따라 제1 및 제2 힌지부재(110,120)를 통해 전달되는 충격력의 방향은 제1 및 제2 가동부재(130,140)가 제1 및 제2 가이드부재(150,160)의 내측을 따라 슬라이딩 회전할 때 각 가동부재(130,140)가 각 가이드부재(150,160) 사이에 발생하는 마찰력을 최소화할 수 있으므로 충격에너지의 대부분을 각 에어스프링(170,180)으로 전달 및 흡수할 수 있다.

제1 및 제2 가동부재(120,130)는 좌우 대칭으로 배치되며, 각각 선단부에서 후단부까지 소정 곡률을 갖도록 형성되고, 제1 및 제2 가이드부재(150,160) 내측을 따라 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 이 경우 제1 및 제2 가동부재(130,140)는 피스톤 역할을 하고, 제1 및 제2 가이드부재(150,160)는 실린더 역할을 한다.

상기 제1 및 제2 가동부재(130,140)는 선단부에 제1 및 제2 힌지부재(110,120)와 힌지축(H)으로 상호 연결되는 지지판(131,141)이 각각 형성된다. 이 경우, 지지판(131,141)은 차량의 길이방향의 직각방향에 대응하는 제1 가상선(L1)에 대하여 각각 제1 각도(θ1: 10~30˚)로 경사지게 배치된다.

또한, 상기 제1 및 제2 가동부재(130,140)는 후단부에 각각 제1 및 제2 에어스프링(170,180)에 밀착되는 제1 및 제2 가압판(133,143)이 형성되고, 상기 제1 및 제2 가압판(133,143)은 차량의 길이방향에 대응하는 제2 가상선(L2)에 대하여 각각 제2 각도(θ2: 10~30˚) 경사지게 배치된다.

상기 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 제2 각도(θ2)는 도 3 및 도 4와 같이, 차량 충돌 시 제1 및 제2 가동부재(130,140)를 따라 전달되는 충격력(P)의 방향을 서로 마주하는 방향으로 전환시켜 충격력(P)의 분력 중 수평분력(P_x)을 상쇄할 수 있도록 고려하여 설정한 각도이다. 이 경우 상기 제2 각도(θ2)는 10˚ 미만으로 설정할 경우 제1 및 제2 에어스프링(170,180)의 크기를 확보하기 위한 거리가 필요하게 되거나 제2 에어스프링(180)에 전달되는 충격력이 불균등하게 분포될 우려가 있고, 30˚를 초과할 경우 서로 상쇄되는 수평분력(P_x)의 크기가 작아지고 차량으로 직접 전달되는 수직분력(P_y)의 크기가 증가하므로 차체에 더 많은 충격력이 전달되는 문제가 있다.

더욱이 상기 제1 및 제2 가동부재(130,140)는 적어도 대향한 양측면에 베어링홈(135,145)이 형성되며, 이때 베어링홈(135,145)은 대략 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 길이방향을 따라 형성되지만, 가동부재(150,160)의 곡률보다 큰 곡률로 설정하여 충격력 전달시 베어링(137,147)의 회전마찰력을 최소화할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 베어링홈(135,145)은 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 외측면과 제1 및 제2 가이드부재(150,160)의 상하 내측면을 따라 형성될 수 있으며, 볼베어링(137,147)은 제1 및 제2 가이드부재(150,160)에 삽입되어 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 거동시 회전하는 구조로 이루어진다.

상기 베어링홈(135,145)에는 각각 다수의 볼 베어링(137,147)이 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 상기 다수의 볼 베어링(137,147)은 제1 및 제2 가동부재(130,140)가 제1 및 제2 가이드부재(150,160)의 내측을 따라 슬라이딩 이동 시 제1 및 제2 가이드부재(150,160)의 내측면과의 마찰력을 최소화한다. 이에 따라 차량 충돌 시 제1 및 제2 가동부재(130,140)가 수평분력(P_x)의 크기를 최대로 할 수 있도록 미리 설정한 각도까지 원활하게 이동할 수 있다. 한편, 본 발명은 상기 베어링홈(135,145) 및 볼 베어링(137,147)을 대신하여 그리스와 같은 윤활제를 제1 및 제2 가이드부재(150,160)에 충진하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

상기 제1 및 제2 가이드부재(150,160)는 전면이 개방된 직사각 박스 형상의 범퍼빔(30) 내에 고정 설치되며, 제1 및 제2 가동부재(130,140)와 동일한 곡률을 갖는 실린더 형상으로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)은 제1 및 제2 가압판(133,143)과 범퍼빔(30)의 격판(31) 사이에 각각 배치된다. 상기 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)은 바람직하게는 벨로우즈 형상으로 이루어지며 제1 및 제2 가동부재(130,140)에 의해 전달된 충격력을 흡수한다.

상기 지지프레임(190)은 범퍼빔(30)에 고정 설치되며, 제1 및 제2 가압판(133,143)이 가동하는 범위에 대응하는 구간에 각각 돌기 형상의 다수의 스톱퍼(191,193)를 구비한다.

상기 다수의 스톱퍼(191,193)는 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)에 충격력이 가해진 뒤 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)에서 발생하는 반발력을 크기에 따라 단계적으로 억제한다. 이 경우 반발력은 제1 및 제2 가동부재(130,140)와 제1 및 제2 에어 스프링(170,180) 사이에 비탄성 충돌에 의해 발생하는 힘으로서 좌우측 각각의 수직분력(P_y) 값보다 작다. 따라서, 다수의 스톱퍼(191,193)를 통해서 충분히 상기 반발력을 저지할 수 있다.

또한 상기 다수의 스톱퍼(191,193)는 도 3과 같이 지지프레임(190)의 전방 즉, 제1 및 제2 가압판(133,143)의 외측단에 대응하는 위치에만 형성한 것으로 도시되어 있으나, 지지프레임(190)을 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)의 상하부를 덮도록 연장 형성하고 연장된 지지프레임의 상하부 내주면 즉, 제1 및 제2 가압판(133,143)의 상/하단에 대응하는 위치에 다수의 스톱퍼를 배치하는 것도 물론 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 충격력 변환장치(100)의 작용을 도 3 및 도 4를 참고하여, 충격력의 흐름을 따라 설명한다.

차량 충돌에 의해 1차 완충장치(1)의 에너지 옵서버(20)에 충격이 가해지면, 충격력은 일부가 에너지 옵서버(20)에서 흡수되고 나머지는 금속프레임(21)을 통해 제1 및 제2 힌지부재(110,120)로 전달된다.

계속해서, 제1 및 제2 힌지부재(110,120)로 동일한 충격력이 전달된다고 가정하면, 충격력은 제1 및 제2 힌지부재(110,120)를 통해 제1 및 제2 가동부재(130,140)로 전달되고, 이 충격력에 의해 제1 및 제2 가동부재(130,140)는 제1 및 제2 가이드부재(150,160)를 따라 회전 이동하면서 충격력의 전달방향을 대략 수평에 가까운 사선방향으로 전환한다.

이어서, 제1 및 제2 가압판(133,143)은 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)을 가압하면서 다수의 스톱퍼(191,193) 중 적어도 하나를 통과한 후, 각각 제1 및 제2 에어 스프링(170,180) 측으로 이동하다가, 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)의 반발력과 평형상태를 이루면서 정지된다.

이때, 도 3과 같이, 제1 및 제2 가압판(133,143)과 제2 가상선(L2) 사이의 제2 각도(θ2)가 초기 각도에서 15˚로 변경되었다고 가정하면, 제1 및 제2 에어스프링(170,180)에 가해지는 충격력(P)은, 도 4와 같이, 수평 및 수직 분력(P_x,P_y)으로 나눌 수 있고, 서로 마주하는 방향으로 향하는 한 쌍의 수평분력(P_x)은 같은 크기를 가지므로 서로 상쇄되며, 차체에 전달되는 각각의 수직분력(P_y)은 P?sin15°로 0.26P에 해당된다. 즉, 차량 충돌에 의해 가해지는 충격력(P) 중 한 쌍의 수평분력(P_x)은 서로 상쇄되어 최종적으로 차체에 전달되는 힘은 충격력(P)에 대하여 대략 26% 정도로 충격력을 최소화할 수 있다.

종래에는 에너지 옵서버(20)를 포함하는 1차 완충장치(1)에 의해 1차로 충격 에너지를 흡수한 후, 나머지 충격 에너지가 범퍼빔(30)을 통하여 차체에 전달되었다. 그러나, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 에너지 옵서버(20)를 포함하는 1차 완충장치(1)에 의해 1차로 충격 에너지를 흡수한 후, 나머지 충격 에너지, 즉 충격력(P)의 74%를 충격력 변환장치(100)에 의해 2차로 감쇄/흡수한 후 26% 정도만을 차체에 전달한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 충격력 변환장치(100a)를 나타내는 도면이다. 상기 제2 실시예의 충격력 변환장치(100a)는 제1 실시예의 충격력 변환장치(100)와 대부분 동일하게 구성되며, 다만 제1 및 제2 쇽 옵서버(210,220)를 더 구비한 점이 상이하다.

상기 제1 및 제2 쇽 옵서버(210,220)는 각각 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)과 범퍼빔(30)의 격판(31) 사이에 배치된다. 이 경우 제1 및 제2 쇽 옵서버(210,220)는 차량의 길이방향에 대하여 대략 수평방향으로 배치되어, 제1 및 제2 에어스프링(170,180)을 통해 전달되는 충격력을 흡수한다. 그 결과, 소형 구조에서 차체에 큰 충격력이 인가될지라도 충분히 흡수할 수 있는 탄성력을 갖게 된다. 또한, 제1 및 제2 쇽 옵서버(210,220)는 보호커버(211,221)로 둘러싸여 있어 외부의 충격으로부터 보호된다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 충격력 변환장치(100b)를 나타내는 일부 절단 평면도이다. 상기 제3 실시예의 충격력 변환장치(100b)는 제1 실시예의 충격력 변환장치(100)와 대부분 동일하게 구성되며, 다만 충격지지부재(300)를 더 구비한 점이 상이하다.

상기 충격지지부재(300)는 범퍼빔(30)의 격판(31)이 배치되는 위치에 설치되며, 제1 및 제2 에어스프링(170,180)을 통해 전달된 충격력을 받아주는 제1 및 제2 충격지지판(310,320)이 형성된다.

상기 제1 및 제2 충격지지판(310,320)은, 도 6과 같이, 다수의 지지리브(330)를 통해 대략 역사다리꼴로 배치된다. 이 경우 제1 및 제2 에어 스프링(170,180)은 제1 및 제2 가압판(133,143)과 충격지지부재(300) 사이에서 대략 사다리꼴로 배치된다.

제3 실시예의 경우, 제1 및 제2 가동부재(130,140)의 가압판(133,143)과 제1 및 제2 에어스프링(170,180) 사이에 발생하는 한 쌍의 제1 힘(F1)의 합력은 제1 및 제2 에어스프링(170,180)과 제1 및 제2 충격지지판(310,320) 사이에 발생하는 한 쌍의 제2 힘(F2)의 합력과 방향이 서로 마주하는 방향이므로 상기 합력들은 서로 상쇄된다. 이에 따라 제3 실시예의 충격력 변환장치(100b)는 제1 실시예보다 차체로 전달되는 충격력을 더욱 줄일 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

20: 에너지 옵서버 30: 범퍼빔
31: 격판 100,100a,100b: 충격력 변환장치
110: 제1 힌지부재 120: 제2 힌지부재
130: 제1 가동부재 133,143: 가압판
140: 제2 가동부재 150: 제1 가이드부재
160: 제2 가이드부재 170: 제1 에어 스프링
180: 제2 에어 스프링 190: 지지프레임
191: 스톱퍼 210: 제1 쇽 옵서버
220: 제2 쇽 옵서버 300: 충격지지부재

Claims

차량의 범퍼 내측에 상호 대칭으로 배치되며 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 향하는 곡선 안내 구조를 갖는 제1 및 제2 가이드부재;
각각 상기 차량의 범퍼에 전달된 충격력의 진행방향을 차량의 길이방향으로부터 서로 대향한 방향으로 방향을 전환하도록 상기 제1 및 제2 가이드부재를 따라 슬라이딩 이동하는 제1 및 제2 가동부재; 및
각각 상기 제1 및 제2 가동부재를 통해 전달된 충격력을 흡수하는 제1 및 제2 에어스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제1항에 있어서, 상기 범퍼를 통하여 제1 및 제2 가동부재에 전달된 충격력에 기초한 한 쌍의 충격력(P)의 각 수평분력(P_x)을 상쇄하기 위해, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치된 격판을 더 포함하는 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재는 범퍼 내측을 따라 배치되는 에너지 옵서버로부터 전달되는 충격력을 상기 제1 및 제2 가동부재로 원활하게 전달하도록 상기 제1 및 제2 가동부재의 선단부에 각각 힌지 결합되는 제1 및 제2 힌지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재의 후단부에 각각 접하는 상기 제1 및 제2 에어스프링의 일측으로 충격력을 전달하는 제1 및 제2 가압판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가압판은 차량 길이방향에 대하여 10~30˚ 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가압판의 가동 구간에 대응하는 위치에 형성되어 상기 제1 및 제2 가압판이 충격력에 의해 소정 거리 이동 후 상기 제1 및 제2 에어스프링의 반발력에 의해 역방향으로의 이동을 억제하는 다수의 스톱퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제6항에 있어서, 상기 다수의 스톱퍼는 상기 제1 및 제2 에어 스프링을 감싸는 지지프레임에 형성되며,
상기 다수의 스톱퍼는 상기 제1 및 제2 가압판의 외측단, 상단 및 하단에 대응하는 위치 중 적어도 어느 한 곳에 배치되는 것을 특징으로 충격력 변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재의 외측과 상기 제1 및 제2 가이드부재의 내측 사이에 상기 제1 및 제2 가동부재의 길이방향을 따라 설치된 다수의 볼 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가이드부재는 내측에 상기 제1 및 제2 가동부재의 슬라이딩 이동을 원활히 할 수 있도록 윤활제가 충진되는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치되는 제1 및 제2 쇽 옵서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 역사다리꼴로 설치되는 충격지지부재를 더 포함하며,
상기 충격지지부재는 상기 제1 및 제2 가압판으로부터 상기 제1 및 제2 에어스프링으로 전달되는 한 쌍의 제1 충격력(F1)의 합력을 상쇄하도록, 상기 제1 및 제2 에어스프링으로부터 상기 충격지지부재의 양측으로 전달되는 한 쌍의 제2 충격력(F2)의 방향을 상기 한 쌍의 제1 충격력(F1)의 전달방향의 역방향으로 전환하는 것을 특징으로 하는 충격력 변환장치.
에너지 옵서버 및 금속프레임을 구비하고 충돌로 인하여 차체에 전달되는 충격력을 1차로 흡수 및 완화하기 위한 1차 완충장치;
상기 1차 완충장치의 후방에 배치되며 차체의 바디섀시 전방에 고정 설치되는 범퍼빔; 및
상기 범퍼빔 내측에 설치되며 상기 1차 완충장치의 2지점으로부터 전달된 제1 및 제2 충격력의 일부분을 차량 길이방향에 대하여 직각인 서로 대향하는 방향으로 전환시켜 상쇄시키기 위한 적어도 하나의 충격력 변환장치;를 포함하며,
상기 제1 및 제2 충격력의 진행방향을 서로 마주하는 방향으로 전환하여 상기 충격력 변환장치로 전달되는 상기 제1 및 제2 충격력의 각 수평분력을 상쇄하고 수직분력만을 차체로 전달하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제12항에 있어서, 상기 충격력 변환장치는
상기 범퍼빔 내측에 상호 대칭으로 배치되는 제1 및 제2 가이드부재;
상기 제1 및 제2 가이드부재를 따라 슬라이딩 이동하는 제1 및 제2 가동부재; 및
상기 제1 및 제2 가동부재를 통해 전달된 충격력을 흡수하는 제1 및 제2 에어스프링을 포함하며,
상기 충격력 변환장치로 전달되는 한 쌍의 충격력의 각 수평분력을 상쇄하기 위해, 상기 제1 및 제2 가이드부재와 제1 및 제2 가동부재는 선단부로부터 후단부로 갈수록 내향 곡선 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재는 상기 1차 완충장치로부터 전달되는 충격력을 상기 제1 및 제2 가동부재로 원활하게 전달하도록 상기 제1 및 제2 가동부재의 선단부에 각각 힌지 결합되는 제1 및 제2 힌지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재는 후단부에 각각 접하는 상기 제1 및 제2 에어스프링의 일측으로 충격력을 전달하는 제1 및 제2 가압판을 더 포함하며,
상기 제1 및 제2 가압판은 차량 길이방향에 대하여 10~30˚ 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가압판의 가동 구간에 대응하는 위치에 형성되어 상기 제1 및 제2 가압판이 충격력에 의해 소정 거리 이동 후 상기 제1 및 제2 에어스프링의 반발력에 의해 역방향으로의 이동을 억제하는 다수의 스톱퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재의 원활한 가동을 위해, 상기 제1 및 제2 가동부재의 외측과 상기 제1 및 제2 가이드부재의 내측 사이에 설치된 다수의 볼 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제17항에 있어서, 상기 다수의 볼 베어링은 가동부재의 곡률보다 큰 곡률로 형성되어 충격력 전달시 볼베어링의 회전마찰력을 최소화하기 위한 베어링홈에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치되는 제1 및 제2 쇽 옵서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 역사다리꼴로 설치되는 충격지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼.
제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가동부재에 전달된 한 쌍의 충격력의 각 수평분력을 상쇄하기 위해, 상기 제1 및 제2 에어스프링 사이에 설치된 격판을 더 포함하는 특징으로 하는 차량용 범퍼.