KR101470144B1 - 차량의 범퍼용 로드 스티프너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 범퍼용 로드 스티프너에 관한 것으로, 보행자 법규를 만족시키기 위해 차량의 범퍼빔 하부에 장착되고, 로드와 브라켓으로 이루어진 로드 스티프너에 있어서; 상기 로드는 유리섬유 강화 열가소성수지로 성형하되, 유리섬유 강화 열가소성수지를 이루는 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양을 조절하여, 상기 로드의 중심을 형성하는 코어부와, 상기 코어부를 감싸는 외곽부의 물성이 서로 다르게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼용 로드 스티프너를 제공한다.
본 발명에 따르면, 보행자 법규를 만족시키기 위해 구비되는 스티프너를 강성과 유연성 양측면을 동시에 만족시키면서 기존 대비 원가절감 및 경량화를 가능케하고, 설계자유도를 높이며, 물리적 플렉시블 및 그에 따른 에너지 흡수율을 조절할 수 있는 효과를 얻는다.

Description

차량의 범퍼용 로드 스티프너{ROD STIFFENER FOR BUMPER OF CAR}

본 발명은 차량의 범퍼용 로드 스티프너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 범퍼빔 하부에 결합되어 충돌시 충격흡수능력을 향상시켜 탑승자의 안전을 최대한 보장하면서 경량화와 원가절감은 물론 강성과 유연성을 동시에 구현할 수 있도록 개선된 차량의 범퍼용 로드 스티프너에 관한 것이다.

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

이러한 범퍼빔은 강도를 높일 경우 중량과 비용이 급증하고, 중량 및 비용을 줄이게 되면 강도가 낮아져 그 기능을 충분히 수행할 수 없게 된다.

이에, 경량화 소재를 사용하면서 강도는 높인 섬유강화 열가소성수지, 이를 테면 GMT(Glass fiber Mat Thermoplastic) 소재가 개발된 바 있다.

여기에서, 상기 GMT 소재는 범용수지인 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지와 글래스 파이버 매트(Glass fiber Mat) 강화재로 이루어진 판상 형태의 복합 소재로서, 특히 T-Die를 통해 압출된 용융상태의 폴리프로필렌과 글래스 파이버 넌-우븐 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.

이와 같은 GMT 소재는 경량화가 가능하고, 충돌 에너지의 흡수성이 우수하며, 디자인 자유도가 향상되고, 조립성은 물론 내부식성, 강성, 복원성, 차음성, 제진성, 탄성 내충격성 등이 우수하여 범퍼빔, 시트백(Seat Back), 언더커버(Undercover) 등에 사용될 차세대 복합소재로서 주목 받고 있다.

한편, 차량이 보행자와 충돌시 상해를 최소화하기 위한 보행자 법규를 만족시키기 위해 도 1과 같이, 범퍼빔(100) 하부에 로드 스티프너(200)를 개시하고 있다.

관련 기술로는, 등록특허 제0691199호, 공개특허 제2001-0103288호 등이 개시되어 있다.

하지만, 종래 로드 스티프너는 최적화 설계라기 보다는 단순히 보행자 법규를 만족시키기 위한 일환으로 개시되고 있을 뿐이어서, 이의 추가에 따른 중량 증대는 물론, 단순히 보행자의 무릎 각도 꺽임 정도를 낮추는 수준에 머물러 있어 강성과 유연성 측면에서 구조역학적 접근이 이루어지지 않았기 때문에 원가 및 중량만 증가시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 여러가지 요구들을 감안하여 이를 효과있게 해결할 수 있도록 창출된 것으로, 유리섬유 강화 열가소성수지의 함량을 달리하여 물성을 혼용시킴으로써 강성과 유연성을 동시에 충족시키면서 기존 대비 원가절감은 물론 경량화가 가능하고, 보행자 법규도 만족시킬 수 있는 새로운 개념의 범퍼용 로드 스티프너를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 보행자 법규를 만족시키기 위해 차량의 범퍼빔 하부에 장착되고, 로드와 브라켓으로 이루어진 로드 스티프너에 있어서; 상기 로드는 유리섬유 강화 열가소성수지로 성형하되, 유리섬유 강화 열가소성수지를 이루는 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양을 조절하여, 상기 로드의 중심을 형성하는 코어부와, 상기 코어부를 감싸는 외곽부의 물성이 서로 다르게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼용 로드 스티프너를 제공한다.

이때, 상기 코어부와 외곽부의 물성은, 상기 외곽부가 상기 코어부 보다 상대적으로 더 강성을 갖도록 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양은 유리섬유:폴리프로필렌수지가 60-90:10-40의 중량비로 배합되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 브라켓은 상기 로드에 일체로 성형된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 보행자 법규를 만족시키기 위해 구비되는 스티프너를 강성과 유연성 양측면을 동시에 만족시키면서 기존 대비 원가절감 및 경량화를 가능케하고, 설계자유도를 높이며, 물리적 플렉시블 및 그에 따른 에너지 흡수율을 조절할 수 있는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 로드 스티프너의 설치예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로드 스티프너의 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 로드 스티프너의 층상구조를 보인 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 로드 스티프너의 물성 측정예를 보인 그래프이다.

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 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로드 스티프너(200)는 보행자 규격을 만족시키기 위해 범퍼빔(100, 도 1 참조)의 하부에 장착된다.

이러한 로드 스티프너(200)는 가로방향으로 일정곡률을 갖고 배열된 원형봉 형상의 로드(210)와, 상기 로드(210)의 양단에 일체로 형성된 브라켓(220)으로 구성된다.

이때, 브라켓(220)은 기존과 달리 상기 로드(210)에 일체형으로 성형되어 있기 때문에 기존에 비해 제조공정을 단축시킬 수 있는 잇점이 있다.

그리고, 상기 로드(210)는 중실체(中實體)로 이루어지는데, 중앙에 코어부(212)가 마련되고, 상기 코어부(212)를 감싸는 형태로 외곽부(214)가 마련된다.

여기에서, 상기 코어부(212)와 외곽부(214)는 동일 재질을 사용하되 고강성과 저강성의 물성이 혼용되어 기계적 성질이 서로 달라지도록 구성되는데, 바람직하기로는 상기 코어부(212)가 상기 외곽부(214) 보다 상대적으로 저강성을 갖도록 형성된다.

보다 구체적으로, 상기 로드(210)는 유리섬유 강화 열가소성수지(일명 GMT)를 주재료로 하여 구성되되, 로드(210) 제조를 위해 유리섬유에 배합되는 폴리프로필렌수지의 혼합비를 달리함으로써 상기와 같은 고강성, 저강성 혼용이 가능하게 구성할 수 있다.

이때, 상기 코어부(212)의 저강성과, 외곽부(214)의 고강성 물성 혼용은 유리섬유:폴리프로필렌수지가 배합될 때 폴리프로필렌수지의 배합량이 많을 수록 유연성이 높아져 저강성이 되고, 배합량이 적을 수록 강성이 높아져 고강성이 된다.

이 경우, 상기 코어부(212)와 외곽부(214)는 서로 상대적인 물성 혼용의 관계에 있으므로 양자를 각각 정량적으로 확정할 필요는 없고, 코어부(212)에 비해 외곽부(214)가 상대적으로 더 강한 물성을 갖도록 하면 된다.

때문에, 상기 코어부(212)와 외곽부(214) 각각은 유리섬유:폴리프로필렌수지의 배합비가 60-90:10-40의 중량비 내에서 배합될 수 있다.

여기에서, 유리섬유의 배합비를 최소한 60중량% 이상으로 하는 이유는 유리섬유강화 열가소성수지의 기본 특성을 발현하기 위해 최소로 필요한 양이기 때문이다.

따라서, 도 3의 예시와 같이, 코어부(212)가 유리섬유 60중량%와 폴리프로필렌수지 40중량%가 배합된 G/F(Glass Fiber) 60% 짜리라면, 이를 둘러싸는 외곽부(214)는 유리섬유 70중량%와 폴리프로필렌수지 30중량%가 배합된 G/F 70% 짜리를 구성함으로써 코어부(212) 보다 외곽부(214)가 더 고강성을 갖도록 구성할 수 있다.

이런 식의 구성을 통해 중량 컨트롤을 할 수 있으므로 그 만큼 원가도 절감할 수 있다.

뿐만 아니라, 보행자 충돌시 코어부(212)가 상대적으로 연성이기 때문에 충격흡수량이 증대되므로 보행자 법규를 만족시키기에 적당하다.

특히, 본 발명은 상술한 배합비의 범위 내에서 코어부(212)와 외곽부(214)의 물성 차이를 크게 또는 작게 원하는 만큼 조절하여 생산할 수 있으므로 그만큼 효용성이 증대된다.

이러한 본 발명에 따른 로드 스티프너의 보행자 법규 만족 여부를 확인하기 위해 보행자가 범퍼빔에 충돌하는 위치에 따른 로드 스티프너까지 미치는 힘의 값을 측정하여 도 4 내지 도 7에 각각 나타내었다.

이때, BL은 범퍼빔의 길이 중앙, 즉 센터로부터 양단을 향해 얼마만큼 이격되었는지를 나타내는 표시로서, 이를 테면 0BL은 센터를 말하고, 480BL은 센터로부터 480mm 떨어진 지점을 말하는데, 이는 보행자 규격에 따른 설명을 위한 것이다.

아울러, 법규에서 요구하는 스펙(Spec.)은 Tibia Acceleration(가속도값) 150G, Bending Angle(휨 각도) 15 Deg, Shear Displacement(전단 변형량) 5mm이내이다.

이 경우, 상기 가속도값의 단위인 G는 kg/f를 의미한다.

이와 같은 법규 만족여부를 확인하기 위해, 코어부(212) G/F 60%, 외곽부(214) G/F 70%로 혼용된 로드 스티프너와, 코어부(212) 및 외곽부(214)가 모두 G/F 70%로 동일한 로드 스티프너를 범퍼빔에 각각 장착한 후 0BL, 480BL에서 충돌에 따른 보행자 법규 만족 여부를 확인하였고, 이를 도 4 내지 도 7에 나타내었다.

테스트 결과, 하기한 표 1과 같이,

상기 표 1에서와 같이, 고강성과 저강성이 혼용된 경우가 혼용되지 않은 경우에 비해 가속도값만 2G 정도 상승하고, 큰 차이가 없는 것으로 나타남으로써 그만큼 성능 안정성도 보장됨을 알 수 있다.

100: 범퍼빔 200: 로드 스티프너
210: 로드 220: 브라켓

Claims (4)

1. 보행자 법규를 만족시키기 위해 차량의 범퍼빔 하부에 장착되고, 로드와 브라켓으로 이루어진 로드 스티프너에 있어서;
   상기 로드는 유리섬유 강화 열가소성수지로 성형하되, 유리섬유 강화 열가소성수지를 이루는 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양을 조절하여 상기 로드의 중심을 형성하는 코어부 및 상기 코어부를 감싸는 외곽부로 일체로 형성하고;
   상기 코어부와 상기 외곽부는 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양 조절에 따라 물성이 서로 다르게 형성되고;
   상기 코어부는 상기 외곽부보다 상대적으로 더 연성이 되도록 해서, 보행자 보호를 위해 상기 코어부의 충격흡수량을 높이도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼용 로드 스티프너.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 유리섬유와 폴리프로필렌수지의 배합양은 유리섬유:폴리프로필렌수지가 60-90:10-40의 중량비로 배합되는 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼용 로드 스티프너.
   
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 브라켓은 상기 로드에 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼용 로드 스티프너.

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