KR101463912B1 - 자동차용 범퍼빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 일정간격 이격되게 배치되는 상부 수평벽, 하부 수평벽 및 상기 상하부 수평벽을 연결하는 수직벽을 구비하는 자동차용 범퍼빔에 있어서; 상기 수직벽은, 상기 상하부 수평벽의 전방 단부를 연결하는 전방 섹션과; 상기 상하부 수평벽의 후방 단부를 연결하는 후방 섹션과; 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 브리지;를 포함하되, 상기 브리지는, 상기 상하부 수평벽의 후방부를 연결하는 브리지후방 섹션과; 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제1연결 섹션과; 상기 전방 섹션과 브리지후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제2연결 섹션;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.을 제공한다.
본 발명에 따르면, 자동차 충돌시 별도의 보강부재 없이도 범퍼빔 자체의 형상과 구조만으로도 범퍼빔의 벌어짐이나 센터 파단을 막고, 침입량을 극소화시키는 효과 및 크랙 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

자동차용 범퍼빔{BUMPER BEAM FOR VIHICLE}

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 충돌시 범퍼빔의 벌어짐을 막아 침입량을 최소화 함과 동시에 최적의 에너지 흡수율을 구현하면서 크랙도 발생하지 않도록 개선된 자동차용 범퍼빔에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 범퍼 시스템은 자동차의 저속 충돌시 탄성적으로 변형하여 자동차의 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 1과 같이 자동차용 범퍼빔 시스템은 범퍼커버(1)와 'C' 형상의 범퍼빔(2) 사이에 충격에너지의 흡수를 위한 에너지업소버(3)가 개재되며, 스테이(4)에 의해 범퍼빔(2)이 고정된 구조로 이루어진다.

그리하여, 자동차 충돌시 범퍼커버(1)로부터 전달된 충격은 먼저 에너지업소버(3)에서 탄성적으로 흡수된 후 다음 강성을 갖는 범퍼빔(2)에 의해 차단되며, 이를 통해 차체의 변형을 최소화시킴으로써 탑승자의 안전을 확보하게 된다.

따라서, 범퍼 시스템에 대한 법규는 매우 엄격하며, 특히 유럽 시장의 경우에는 요구사항이 매우 까다롭고 더 엄격하다.

그런데, 자동차 경량화를 위해 범퍼빔(2)이 유리섬유 강화 열가소성수지로 대체되고 있는 최근의 추세와, 그러한 재료로 성형했을 때 충격흡수율을 극대화시키기 위해 개시된 범퍼빔(2)의 단면형상으로 인해 자동차 충돌시 범퍼빔(2)의 벌어짐, 혹은 파단 현상이 발생될 수 있어 이를 보완할 필요성이 대두되었다.

즉, 도 2의 (a)와 같이 자동차 앞쪽을 기준으로 측면에서 봤을 때 범퍼빔(2)의 단면형상이 대략 '역C' 형을 가짐으로 인해 풀 배리어(Full Barrier) 테스트시 충격을 받는 부분이 개방되어 있기 때문에 충돌과 동시에 그 부분이 쉽게 벌어지면서 충돌체가 침입되어 들어오는 양, 즉 침입량(Intrusion)이 증가하여 자동차 안전성이 급격히 저하될 수 있는 우려가 높게 된다.

이를 방지하기 위해서는, 범퍼빔(2)의 두께를 두껍게 한다든지 혹은 리브(5)와 같은 별도의 보강부재를 더 설치한다든지 혹은 스테이(4) 구조를 바꿔야 하지만 그럴 경우 중량 증대에 따라 연비가 나빠지고, 불필요한 설계를 피할 수 없게 되어 설계 자유도를 구속받게 되며, 비용이 증대되는 단점을 파생시킨다.

이와 관련하여, 본 출원인도 부단한 연구개발을 통해 공개특허 제2011-0013602호를 개시하였으며, 특허를 취득한 바 있다.

개시된 공개특허의 경우, '역C' 형을 갖는 범퍼빔의 길이 중앙부인 센터를 중심으로 ±400mm 이내의 거리 내에서 센터의 플랜지간 이격거리를 가장 좁게 하고, 양단으로 갈수록 점점 넓어지는 아령 형태의 협소공간을 만들어 풀 배리어 테스트시 중앙부가 쉽게 벌어지지 않도록 하여 침입량을 줄이도록 한 것임을 알 수 있다.

또 다른 예로, 도 2의 (b)와 같이 센터의 상부와 하부를 롱 볼트(long bolt)(6)로 체결하여 자동차 충돌시 벌어짐을 최소화시키도록 한 예도 있다.

하지만, 상술한 개량 기술들은 중량 증대를 초래하거나 혹은 충돌시 센터부 쪼개짐을 효과적으로 억제하기에는 한계를 가지고 있을 뿐만 아니라, 롱 볼트 체결형의 경우에는 충돌에너지 흡수율이 떨어짐은 물론 충돌시 범퍼빔에 크랙이 발생되기 때문에 이를 완전히 해소할 수 있는 새로운 개념의 구조적 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 한계점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 별도의 보강부재를 사용하지 않으면서도 범퍼빔 자체의 형상과 구조만으로도 충돌흡수력을 극대화시킴과 동시에 침입량은 극소화시키면서 충돌 후에도 크랙이 발생되지 않도록 개선된 자동차용 범퍼빔을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 일정간격 이격되게 배치되는 상부 수평벽, 하부 수평벽 및 상기 상하부 수평벽을 연결하는 수직벽을 구비하는 자동차용 범퍼빔에 있어서; 상기 수직벽은, 상기 상하부 수평벽의 전방 단부를 연결하는 전방 섹션과; 상기 상하부 수평벽의 후방 단부를 연결하는 후방 섹션과; 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 브리지;를 포함하되, 상기 브리지는, 상기 상하부 수평벽의 후방부를 연결하는 브리지후방 섹션과; 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제1연결 섹션과; 상기 전방 섹션과 브리지후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제2연결 섹션;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.을 제공한다.

이때, 상기 전방 섹션은 상기 범퍼빔의 횡방향 중앙부에 형성되며, 상기 후방 섹션은 상기 전방 섹션의 양측에 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1연결 섹션은 경사 형성된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 제1연결 섹션은 상기 후방 섹션의 양단 절곡길이와 대응되는 길이로 형성되거나 혹은 더 짧거나 더 길게 형성된 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 후방 섹션과 제1연결 섹션에 의해 둘러싸인 공간 상의 후방 섹션 내벽면에는 길이방향으로 간격을 두고 다수의 보강리브가 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 자동차 충돌시 별도의 보강부재 없이도 범퍼빔 자체의 형상과 구조만으로도 범퍼빔의 벌어짐이나 센터 파단을 막고, 침입량을 극소화시키는 효과 및 크랙 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 자동차의 범퍼빔 시스템을 보인 예시도이다.
도 2는 종래 역C 형 범퍼빔의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 범퍼빔의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 범퍼빔의 예시적인 사시도 및 A-A선을 따라 절취한 평단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 범퍼빔의 다른 예를 보인 예시적인 평단면도이다.
도 6 내지 도 8은 종래 범퍼빔과 본 발명에 따른 범퍼빔의 풀 배리어 테스트 예를 보인 비교도이다.

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

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 범퍼빔(100)은 길이의 중앙부인 센터를 중심으로 좌,우 양측은 전면개방부(110)를 갖고, 센터부는 후면개방부(120)를 갖는 '역C'형 - 브리지(Bridge) - '역C'형이 반복된 형태, 바꾸어 말하자면 길이 중앙의 브리지를 기준으로 양측의 '역C'형이 대칭되게 형성된 구조를 갖는다.

이때, 상기 브리지(Bridge)는 일종의 'C'형 - '역C'형 - 'C'형이 교대로 형성된 구조라고 이해하면 쉽다.

이에 따라, 풀 베리어(Full Barrier) 테스트시 중앙부는 'C'형이므로 벌어짐이 방지되고, 침입량이 극소화되지만, 양측의 '역C'형으로 인해 충돌에너지의 흡수는 극대화된다.

즉, 풀 베리어 테스트와 같이, 자동차의 범퍼빔(100) 정중앙이 충돌되었을 경우, 브리지(B)를 구성하는 브리지(B)의 센터가 '역C'형이므로 벌어지면서 충격이 급속히 완충되면서 그 충돌에너지가 양단을 향해 전달될 때 인접 형성된 양측의 'C'형 벽, 즉 브리지벽을 지나는 순간 충격에너지의 변곡이 발생되면서 좌우방향의 에너지 흐름이 전후방향으로 전환되어 급속히 감쇄되게 된다.

또한, 브리지벽을 지난 후에는 전달방향으로 중공부(즉, 전면개방부를 말함)가 갑자기 나타나면서 충돌에너지 분산이 급격히 일어나면서 충격에너지, 즉 충돌에너지의 전달이 현격히 줄어들게 되어 사이드멤버 쪽으로의 충돌에너지 전달이 완전히 급감하게 되어 차체 파손 방지는 물론 크랙 발생도 완벽하게 방지하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 상기 'C'형을 이루는 후면개방부(120)를 한번 더 포밍하여 브리지(Bridge)(B)를 형성함으로써, 종래 롱 볼트(Long Bolt)의 기능이 그대로 구현되게 하여 충격흡수력 증대는 물론 크랙 발생 방지 기능까지 최적 상태로 유지하도록 구성된다.

다시 말해, 상기 브리지(B)는 상기 후면개방부(120)가 포밍되어 2단 절곡된 형태를 갖기 때문에 도시상 마치 '역C'형으로 개방된 것처럼 보이지만, 도 3의 (b)와 같이, 중앙을 중심으로 후면개방부(120)가 양측에 형성된 형태를 갖는 것이다.

특히, 상기 브리지(B)는 기존 롱 볼트의 기능을 담당하여 범퍼빔(100)의 벌어짐을 방지하는 기능이 더욱 더 강화시키게 된다.

뿐만 아니라, 도시된 바와 같이 강도 보강을 위해 상기 전면개방부(110) 또는 후면개방부(120)의 내벽면에 다수의 보강리브(130)를 범퍼빔(100)과 일체로 더 형성할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 전체적으로 도 3과 같은 형상을 유지하면서 중앙부, 즉 'C'형을 이루는 후면개방부(120)의 형태가 도 4의 예시와 같이 한번 더 포밍되어 브리지(B)를 구성하게 된다.

그리고, 도 3 중 미설명 부호 '140'은 플랜지를 나타낸다.

도 3과 같은 개념적인 구성을 도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 도시된 범퍼빔(100)은 단일 소재를 성형하여 일체로 만든 성형품이나 설명의 편의상 부분적으로 나누어 설명하기로 한다.

도 4의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 상부를 이루는 상부 수평벽(101)과, 하부를 이루는 하부 수평벽(103) 및 상부 수평벽(101)과 하부 수평벽(103)을 연결하는 수직벽(102)으로 구성된다.

그리고, 상기 수직벽(102)은 도 4 (c)의 A-A선 단면도에서와 같이, 범퍼빔(100)을 앞, 뒤로 보았을 때 후방 섹션(104)과 전방 섹션(106) 및 이들을 연결하는 브리지(B)로 구분될 수 있다.

특히, 상기 전방 섹션(106)이 상기 범퍼빔(100)의 횡방향 중앙부에 형성되고, 상기 후방 섹션(104)은 상기 전방 섹션(106)의 양측에 형성되게 함으로써 도 3에서 예시한 '역C'형 - 브리지 - '역C'형의 반복 구조를 갖도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 브리지(B)는 상기 전방 섹션(106)의 중앙부가 다시 후방쪽으로 포밍되어 브리지후방 섹션(104')을 구성함으로써 상기 전방 섹션(106)은 상기 브리지후방 섹션(104')을 기준으로 좌,우 양측에 한 쌍이 형성되는 구조를 갖게 된다.

때문에, 상기 후방 섹션(104)과 상기 전방 섹션(106)의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제1연결 섹션(108a)과, 상기 전방 센셕(106)과 상기 브리지후방 섹션(104')의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제2연결 섹션(108b)이 더 필요하게 된다.

이와 같이, 상기 브리지(B)가 제1연결 섹션(108a)-전방 섹션(106)-제2연결 섹션(108b)-브리지후방 섹션(104')-제2연결 섹션(108b)-전방 섹션(106)-제1연결 섹션(108a)의 구조를 갖춤으로써 도 3에서 예시한 '역C'형 - 브리지('C'형 - '역C'형 - 'C'형) - '역C'형의 반복 교대구조를 갖게 된다.

이때, 상기 제1연결 섹션(108a)은 도 4 및 도 5의 (a),(d),(e)와 같이 경사 형성될 수도 있고, 또한 도 5의 (b),(c)와 같이 수직하게 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제2연결 섹션(108b)은 도 5의 (a),(e)와 같이 수직하게 형성될 수도있고, 도 5의 (b),(c),(d)와 같이 경사지게 형성될 수도 있다.

뿐만 아니라, 상기 후방 섹션(104)의 양단은 절곡되어 일정 길이를 갖는 절곡단부를 구성할 수 있으며, 상기 제1연결 섹션(108a)은 그 길이를 도 4 및 도 5의 (a)와 같이 상기 후방 섹션(104)의 절곡단부 길이와 동일하게 형성할 수도 있다.

또한, 상기 제1연결 섹션(108a)의 길이는 도 5의 (b),(c)처럼 상기 절곡단부의 길이보다 작은 길이를 갖도록 구성할 수도 있는데, 이것은 상기 전방 섹션(106)이 상기 범퍼빔(100)의 전후폭 내부에 위치하는 것을 의미한다.

덧붙여, 도시하지는 않았지만 상기 제1연결 섹션(108a)의 길이를 상기 절곡단부의 길이보다 더 길게 형성할 수 있음은 당연하다 하겠다.

아울러, 앞서 설명한 보강리브(130)는 도 4를 기준으로 보았을 때, 상기 상부 수평벽(101)과 하부 수평벽(103)과 수직벽(102)에 의해 둘러싸인 공간, 더 정확하게는 상기 상부 수평벽(101)과 하부 수평벽(103)과 후방 섹션(104)과 제1연결 섹션(108a)에 의해 둘러싸인 공간에 구비되는 것을 의미하며, 후방 섹션(104)의 길이방향으로 간격을 두고 다수 형성될 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 범퍼빔의 성능을 확인하기 위해 도 6 내지 도 8과 같이 종래 범퍼빔들과의 풀 배리어 테스트를 실시하였다.

이때, 도 6의 범퍼빔은 종래 기술에서 언급한 '역C'형 범퍼빔(종래1)을 대상으로 한 것이고, 도 7은 '역C'형 범퍼빔의 중앙부를 롱 볼트로 체결한 상태인 범퍼빔(종래2)을 대상으로 한 것이며, 도 8은 본 발명에 따른 범퍼빔(발명빔)을 대상으로 한 것이다.

도 6 내지 도 8에 나타난 결과 그래프를 통해 확인되듯이, 본 발명에 따른 범퍼빔(100)은 '역C'형 범퍼빔의 최대 단점인 충돌시 벌어짐 문제를 구조적으로 극복하여 기존 '역C'형 범퍼빔 대비 충돌에너지 흡수율이 뛰어나 침입량(Intrusion)이 극소화됨으로써 안전성이 확보됨은 물론 동일 성능 대비 중량 절감 측면에서도 매우 유리함을 확인할 수 있었다.

이를 정량적으로 확인하기 위해 표로 나타내면 하기의 표 1과 같다.

FEA Results		Intrusion(mm)	Deflection(mm)	Energy Absorption(%)	Crack
Full Barrier	Spec.	144	88	-	-
	발명빔	134.1	53.5	65.7	×
	종래1	151.2	25.4	41.4	○
	종래2	141	54.8	50.0	○

상기 표 1을 통해 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 범퍼빔은 종래1,2 빔에 비해 에너지흡수율이 현저히 상승하여 최적화되었음을 알 수 있고, 또한 '역C'형이 적용되고 있는 고 중량 자동차의 경우 침입량(Instrusion)을 최소화시켜 범퍼빔의 핵심 역할인 차체를 더 안전하게 보호할 수 있음을 확인하였다.

뿐만 아니라, 충돌 후 크랙 발생 여부를 확인한 결과, 본 발명에서는 크랙이 발생하지 않았지만, 종래1,2 빔은 모두 크랙이 발생되었다.

이를 통해, 본 발명에 따른 자동차용 범퍼빔이 충돌에너지 흡수능력은 우수하고, 침입량은 현저히 줄어들며, 크랙은 발생하지 않아 상품성 측면에서 매우 유리하므로 향후 범퍼빔 시장에서 경쟁력을 확보할 것으로 예측된다.

100: 범퍼빔　　　　　　　　　　　　　　　　 101: 상부 수평벽
102: 수직벽　　　　　　　　　　　　　　　　 103: 하부 수평벽
104: 후방 섹션　　　　　　　　　　　　　 104': 브리지후방 섹션
106: 전방 섹션 108a: 제1연결 섹션
108b: 제2연결 섹션 110: 전면개방부
120: 후면개방부 130: 보강리브

Claims (8)

1. 일정간격 이격되게 배치되는 상부 수평벽, 하부 수평벽 및 상기 상하부 수평벽을 연결하는 수직벽을 구비하는 자동차용 범퍼빔에 있어서;
   상기 수직벽은 상기 상하부 수평벽의 전방 단부를 연결하는 전방 섹션과, 상기 상하부 수평벽의 후방 단부를 연결하는 후방 섹션과, 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 브리지를 포함하되,
   상기 브리지는 상기 상하부 수평벽의 후방부를 연결하는 브리지후방 섹션과, 상기 전방 섹션과 후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제1연결 섹션과, 상기 전방 섹션과 브리지후방 섹션의 상호 대향하는 단부를 연결하는 제2연결 섹션으로 구성되며,
   상기 전방 섹션은 상기 범퍼빔의 횡방향 중앙부에 형성되고, 상기 후방 섹션은 상기 전방 섹션의 양측에 형성되며,
   상기 제1연결 섹션은 수직하게 형성되되, 상기 후방 섹션의 양단 절곡길이 보다 길게 형성되게 하여 상기 전방 섹션이 상기 범퍼빔의 전후폭 내부에 위치되게 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
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8. 청구항 1에 있어서;
   상기 후방 섹션과 제1연결 섹션에 의해 둘러싸인 공간 상의 후방 섹션 내벽면에는 길이방향으로 간격을 두고 다수의 보강리브가 더 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.

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