KR101585481B1 - 백빔과 스테이의 이중 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 백빔과 백빔의 후방에 결합되는 스테이의 연결구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 전방에 차폭방향으로 설치되는 백빔, 상기 백빔의 후방면에 직접 결합되는 스테이, 일단이 상기 백빔의 전방면에 결합되고 타단이 스테이의 일측면에 결합되는 제 1 레인프스테이 및 일단이 상기 백빔의 후방면에 결합되고 타단이 스테이의 타측면에 결합되는 제 2 레인프스테이를 포함하며, 상기 백빔에 스테이가 결합된 후 제 1 레인프스테이 및 제 2 레인프스테이가 결합되는 것을 특징으로 하여, 부분적인 체결 불량에도 전체적인 파단 강건성을 보장할 수 있는 백빔과 스테이의 이중 연결구조에 관한 것이다.

Description

백빔과 스테이의 이중 연결구조{DOUBLE MOUNTING STRUCTURE OF BACK-BEAM AND BEAM-STAY}

본 발명은 차량의 백빔과 백빔의 후방에 결합되는 스테이의 연결구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백빔의 후방면에 스테이를 직접 결합하고 스테이의 양측으로 제 1 레인프스테이와 제 2 레인프스테이가 결합되도록 함으로써, 백빔, 스테이 및 레인프스테이가 서로 병렬 연결되게 하여 연결성을 강화시킨 백빔과 스테이의 이중 연결구조에 관한 것이다.

승용차량의 범퍼(bumper)는 외부 충격으로부터 차체를 보호하기 위하여 차체 전방으로 장착되는 보호장치로써, 금속제로 제조되어 소정의 강성을 갖도록 제조된 백빔(back-beam)과 상기 백빔의 전방에 배치되어 충격을 흡수하도록 우레탄 소재 등으로 제조되는 에너지 업소버(energy absorber) 및 상기 에너지 업소버 전방에 장착되는 범퍼커버 등을 포함하여 구성된다.

이러한 범퍼는 차량의 종류에 따라 다양하게 제조되나, 승객 상해치 및 주요 부품의 파손 최소화를 목표로 충돌에너지를 더 효율적으로 흡수할 수 있도록 개발되어 왔다.

통상적으로 상기 백빔은 중앙에 라디에이터가 장착되는 프런트엔드모듈(FEM: Front End Module)의 양측으로 배치된 프런트사이드멤버에 (크러쉬박스라고도 불리는) 스테이를 통해 연결된다.

도 1a는 종래 백빔과 스테이의 체결이 이루어지기 전의 모습과 후의 모습을 각각 도시한 사시도이고, 도 1b는 종래 백빔과 스테이의 연결구조를 도식적으로 표시한 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 백빔(1)의 후방측에는 백빔(1)을 차체에 장착시키기 위한 스테이(2)가 연결되며, 상기 스테이(2)와 백빔(1) 사이에는 용접 가능지점을 증가시켜 연결성을 증대시키는 레인프스테이(reinf-stay, 3)가 추가적으로 장착된다.

상기 레인프스테이(3)는 스테이(2)가 안착될 수 있는 정도의 크기를 가지며, 스테이(2)의 내측으로 진입하여 용접이 이루어질 수 있도록 돌출된 부분을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 백빔(1), 스테이(2) 및 레인프스테이(3)의 결합은 통상적으로 CO₂를 이용한 맞대기 용접에 의해 이루어지며, 도시된 실시예에서 이러한 용접점은 백빔(1)과 레인프스테이(3) 사이 및 스테이(2)와 레인프스테이(3) 사이에 형성된다.

즉, 종래 백빔과 스테이의 연결결구조는 도 1b에 도시된 것처럼 스테이(2)와 레인프스테이(3)가 연결되고 레인프스테이(3)와 백빔(1)이 연결되는 직렬 연결구조를 가지게 된다.

하지만 이러한 용접이 이루어질 때, 용접 지점 근방에는 열해(heat damage)가 발생하여 국부적으로 백빔(1) 및/또는 스테이(2)의 기계적 강도나 성질이 변할 수 있다.

백빔 및/또는 스테이의 기계적 강도나 성질이 변하게 되면 차량의 고속 충돌시 설계된 바와 같이 충돌에너지가 스테이로 전달되지 못하고 백빔(1)과 스테이(2) 간에 분리가 발생하게 된다.

이와 같이 백빔(1)과 스테이(2)가 분리될 경우 충돌에너지의 순간적인 단절이 발생하여 차체가 충돌에너지를 제대로 완충시키지 못하므로 차량의 파손량과 탑승자의 상해치를 더욱 증가시킬 수 있다.

나아가, 이러한 분리 현상을 방지하기 위해 백빔(1), 스테이(2) 및 레인프스테이(3) 사이에 이중 용접을 적용하여 강도를 보강할 수 있으나, 이는 생산원가 상승 및 생산성 저하로 이어지고 레인프스테이(3)와 백빔(1)의 연결구조 파단에는 여전히 취약하다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 백빔, 스테이 및 레인프스테이를 서로 맞물리게 결합하여 부분적인 체결 불량에도 전체적인 파단 강건성을 보장할 수 있는 백빔과 스테이의 이중 연결구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전체적인 파단 강건성을 보장하여 안정적인 충돌 성능을 확보함으로써, 충돌 마진 확보를 위한 추가적인 차량 보강안이 필요없는 백빔과 스테이의 이중 연결구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 전방에 차폭방향으로 설치되는 백빔; 상기 백빔의 후방면에 직접 결합되는 스테이; 일단이 상기 백빔의 전방면에 결합되고 타단이 스테이의 일측면에 결합되는 제 1 레인프스테이; 및 일단이 상기 백빔의 후방면에 결합되고 타단이 스테이의 타측면에 결합되는 제 2 레인프스테이; 를 포함하며, 상기 백빔에 스테이가 결합된 후 제 1 레인프스테이 및 제 2 레인프스테이가 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조에서 상기 제 1 레인프스테이는, 상기 백빔의 전방면으로부터 후방으로 연장된 다음 스테이의 일측면 방향으로 절곡되어 'ㄱ'자 형태의 단면을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조에서 상기 제 2 레인프스테이는, 상기 백빔의 후방면으로부터 평행하게 연장된 다음 후방으로 절곡된 후 다시 스테이의 타측면 방향으로 절곡되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조에서 상기 제 1 레인프스테이의 타단은 백빔과 스테이 일측면의 결합 부분으로부터 후방으로 이격되어 배치되고, 상기 제 2 레인프스테이의 타단은 백빔과 스테이 타측면의 결합 부분으로부터 후방으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조는, 상기 스테이의 양 측면에 타공되는 삽입홀; 및 상기 제 1 레인프스테이 및 제 2 레인프스테이의 타단에 돌출 형성되어 삽입홀로 진입하는 갈고리부; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조에서 상기 스테이는, 상기 삽입홀을 기준으로 백빔과 인접한 부분이 스테이의 내부 방향으로 포밍되어 걸림부를 형성하며, 스테이가 백빔으로부터 분리될 때, 걸림부는 갈고리부에 걸려 스테이의 분리를 방지하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조에서 상기 갈고리부는 'T'자 형태의 단면을 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 백빔과 스테이를 직접 결합하고 레인프스테이가 백빔 및 스테이에 결합되도록 함으로써, 스테이와 레인프스테이 사이 또는 레인프스테이와 백빔 사이의 체결 불량에도 백빔과 스테이가 분리되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제 1 레인프스테이와 제 2 레인프스테이를 후방으로 포밍하여 백빔과 스테이를 연결하는 용접 비드와 레인프스테이와 스테이를 연결하는 용접 비드 사이에 간섭이 발생되지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 레인프스테이와 스테이의 결합부분이 백빔과 스테이의 결합부분으로부터 후방으로 이격 배치되도록 구성함으로써, CO₂ 용접으로 인한 열 영향부를 회피하는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 스테이의 측면에 삽입홀을 타공한 후 안쪽으로 포밍하여 걸림부를 형성하고 레인프스테이에 갈고리부를 형성함으로써, 백빔과 스테이의 파단시 갈고리부가 걸림부에 걸려 형상적으로 파단을 추가 억제하는 효과가 있다.

나아가, 본 발명은 백빔, 스테이 및 레인프스테이 사이의 전체적인 연결성을 강화하여 안정적인 충돌 성능을 확보함으로써, 충돌 마진 확보를 위해 추가적인 차량 보강을 별도로 설치할 필요가 없으므로 차량의 생산원가가 절감되고 생산성이 향상되는 효과가 있다.

도 1a는 종래 백빔과 스테이의 체결이 이루어지기 전의 모습과 후의 모습을 각각 도시한 사시도.
도 1b는 종래 백빔과 스테이의 연결구조를 도식적으로 표시한 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이가 결합된 모습을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이가 결합된 부분에 레인프스테이가 결합된 모습을 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 A-A' 선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조를 도식적으로 표시한 예시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이와 레인프스테이의 결합이 이루어지기 전의 모습과 후의 모습을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백빔(10)과 스테이(20)가 결합된 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백빔(10)과 스테이(20)가 결합된 부분에 레인프스테이(30)가 결합된 모습을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 A-A' 선에 따른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백빔(10)과 스테이(20)의 이중 연결구조를 도식적으로 표시한 예시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 백빔과 스테이의 이중 연결구조는, 차량의 전방에 차폭방향으로 설치되는 백빔(10), 상기 백빔의 후방면(12)에 직접 결합되는 스테이(20), 일단이 상기 백빔의 전방면(11)에 결합되고 타단이 스테이(20)의 일측면에 결합되는 제 1 레인프스테이(31) 및 일단이 상기 백빔의 후방면(12)에 결합되고 타단이 스테이(20)의 타측면에 결합되는 제 2 레인프스테이(32)를 포함한다.

상기 백빔(10)은 일반적으로 소정의 강성을 가지도록 금속제로 제조되며 프런트엔드모듈(FEM)의 양측으로 배치된 프런트사이드멤버(미도시)에 스테이(20)를 통해 연결된다.

종래 스테이(도 1a의 2)가 레인프스테이(도 1a의 3)를 통해 백빔(도 1a의 1)에 연결되는 것과 달리, 본 발명에 따른 스테이(20)는 백빔(10)의 후방에서 백빔(10)과 직접 결합된다(도 5의 연결구조 3).

그 후, 제 1 레인프스테이(31)와 제 2 레인프스테이(32)는 백빔(10)과 연결되고(도 5의 연결구조 2), 레인프스테이(30)와 스테이(20)가 추가로 용접된다(도 5의 연결구조 1).

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 백빔(10), 스테이(20) 및 레인프스테이(30)는 서로 이중 병렬되어 있으며, 연결구조 1 내지 3 중 하나의 연결구조가 파단되어도 백빔(10)과 스테이(20)의 연결성이 보장된다.

그러나 일반적으로 백빔과 스테이를 직접 결합하고 그 후에 레인프스테이를 백빔 및 스테이와 결합하는 것은 용접 비드의 간섭으로 불가능하므로, 본 발명에서는 레인프스테이(30)를 제 1 레인프스테이(31)와 제 2 레인프스테이(32)로 분리하고 포밍을 통해 용접 비드가 회피되도록 구성한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 레인프스테이(31)는 일단이 백빔의 전방면(11)에 결합되고 타단이 스테이(20)의 일측면(도시된 실시예에서 좌측면)에 결합되며, 백빔의 전방면(11)으로부터 후방으로 연장된 다음 스테이(20)의 일측면 방향으로 절곡되어 'ㄱ'자 형태의 단면을 가진다.

이때, 상기 백빔(10)은 전방면(11)의 차폭방향 길이가 후방면(12)의 차폭방향 길이보다 상대적으로 조금 길게 형성되고, 제 1 레인프스테이(31)의 일단은 이러한 백빔의 전방면(11)의 가장자리에 용접된다.

상기 제 2 레인프스테이(32)는 일단이 백빔의 후방면(12)에 결합되고 타단이 스테이(20)의 타측면(도시된 실시예에서 우측면)에 결합되며, 백빔의 후방면(12)으로부터 평행하게 연장된 다음 후방으로 절곡된 후 다시 스테이(20)의 타측면 방향으로 절곡되어 거의 'S'자 형태의 단면을 가진다.

이와 같이 상기 스테이(20)와 매칭되는 제 1 레인프스테이(31) 및 제 2 레인프스테이(32)를 절곡 포밍하여 그 끝단이 백빔(10)과 스테이(20)의 결합 부분으로부터 후방으로 이격되도록 함으로써, CO₂ 용접으로 인한 열 영향부를 회피하는 부가적인 효과가 발생된다.

전술한 바와 같이, 상기 스테이(20)와 레인프스테이(30) 사이를 용접 결합하고(연결구조 1), 레인프스테이(30)와 백빔(10) 사이를 용접 결합함과(연결구조 2) 동시에 스테이(20)와 백빔(10) 사이를 용접 결합(연결구조 3)하여 2중 병렬 연결구조를 얻을 수 있고, 이에 따른 구체적은 효과는 다음 표 1과 같이 나타난다.

	종래 연결구조	본 발명의 연결구조	개선량
POLE TEST	430.0 mm	408.8 mm	-21.2 mm
RCAR TEST	123.1 mm	113.8 mm	-9.3 mm

상기 표 1은 특정 차량의 종래 백빔과 스테이의 연결구조 및 본 발명에 따른 백빔과 스테이의 연결구조에 POLE 테스트와 RCAR 테스트를 실시하였을 때 그 변형량을 나타낸 표식이다.

POLE 테스트는 백빔(10) 파단의 강건성을 검증하기 위한 시험이고 RCAR 테스트는 저속 충돌시 파손 정도 등을 검증하기 위한 시험이다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 백빔과 스테이의 연결구조는 종래에 비해 POLE 테스트와 RCAR 테스트 모두 현저히 향상된 효과를 가지는 것을 알 수 있다.

구체적으로 종래 백빔과 스테이의 연결구조는 POLE 테스트에서 430.0mm의 변형이 발생한 반면 본 발명에 따른 백빔과 스테이의 연결구조는 408.8mm의 변형만 발생하였고, 종래 연결구조가 RCAR 테스트에서 123.1mm의 변형이 발생한 반면 본 발명에 따른 연결구조는 113.8mm의 변형만 발생하였다.

나아가, 상기 표 1에는 나타나 있지 않지만 본 발명에 따른 연결구조는 레인프스테이(30)와 스테이(20) 사이의 용접을 삭제하였을 경우(변형량 : 422.1mm), 백빔(10)과 스테이(20) 사이의 용접을 축소하였을 경우(변형량 : 410.8mm), 백빔(10)과 스테이(20) 사이의 용접을 삭제하였을 경우(변형량 : 417.9mm) 모두 종래 연결구조(변형량 : 430.0mm)에 비해 개선된 효과를 보여주었다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이(20)와 레인프스테이(30)의 결합이 이루어지기 전의 모습과 후의 모습을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스테이(20)의 양 측면에는 삽입홀(21)이 타공되어 있으며, 상기 제 1 레인프스테이(31) 및 제 2 레인프스테이(32)의 타단에는 삽입홀(21)로 진입하는 갈고리부(33)가 돌출 형성된다.

상기 삽입홀(21)은 상하방향의 길이가 폭방향(전후방향)의 길이보다 상대적으로 더 길게 형성되며, 상기 갈고리부(33)는 'T'자 형태의 단면을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테이(20)는 삽입홀(21)을 기준으로 백빔(10)과 인접한 부분(즉, 삽입홀(21)을 기준으로 전방부분)이 스테이(20)의 내부 방향으로 포밍되어 걸림부(22)를 형성하며, 스테이(20)가 백빔(10)으로부터 분리될 때 이러한 걸림부(22)는 갈고리부(33)에 걸리게 된다.

따라서, 백빔(10)과 스테이(20)의 파단시 상기 걸림부(22)는 순간적으로 갈고리부(33)에 걸림에 따라 스테이(20)는 형상적으로 파단이 추가 억제되는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 백빔
11 : 백빔의 전방면
12 : 백빔의 후방면
20 : 스테이
21 : 삽입홀
22 : 걸림부
30 : 레인프스테이
31 : 제 1 레인프스테이
32 : 제 2 레인프스테이
33 : 갈고리부

Claims (7)

1. 차량의 전방에 차폭방향으로 설치되는 백빔;
   상기 백빔의 후방면에 직접 결합되는 스테이;
   일단이 상기 백빔의 전방면에 결합되고 타단이 스테이의 일측면에 결합되는 제 1 레인프스테이; 및
   일단이 상기 백빔의 후방면에 결합되고 타단이 스테이의 타측면에 결합되는 제 2 레인프스테이; 를 포함하며,
   상기 백빔에 스테이가 결합된 후 제 1 레인프스테이 및 제 2 레인프스테이가 결합되는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 레인프스테이는,
   상기 백빔의 전방면으로부터 후방으로 연장된 다음 스테이의 일측면 방향으로 절곡되어 'ㄱ'자 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 레인프스테이는,
   상기 백빔의 후방면으로부터 평행하게 연장된 다음 후방으로 절곡된 후 다시 스테이의 타측면 방향으로 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 레인프스테이의 타단은 백빔과 스테이 일측면의 결합 부분으로부터 후방으로 이격되어 배치되고,
   상기 제 2 레인프스테이의 타단은 백빔과 스테이 타측면의 결합 부분으로부터 후방으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스테이의 양 측면에 타공되는 삽입홀; 및
   상기 제 1 레인프스테이 및 제 2 레인프스테이의 타단에 돌출 형성되어 삽입홀로 진입하는 갈고리부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스테이는,
   상기 삽입홀을 기준으로 백빔과 인접한 부분이 스테이의 내부 방향으로 포밍되어 걸림부를 형성하며,
   스테이가 백빔으로부터 분리될 때, 걸림부는 갈고리부에 걸려 스테이의 분리를 방지하는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 갈고리부는 'T'자 형태의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 백빔과 스테이의 이중 연결구조.
   

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