KR101631893B1 - 자동차용 범퍼빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 판상의 연결판(100), 상기 연결판(100)의 내측단과 외측단에 각각 수직하게 고정되어 전체적으로 I형상을 갖도록 일체화 된 외측판(200)과 내측판(300)을 포함하는 자동차용 I형 범퍼빔에 있어서; 상기 범퍼빔의 길이방향으로 범퍼빔의 양단에 형성되는 코너부(400)의 형상을 하방향으로 경사 연장된 제1경사벽(410)과, 상기 제1경사벽(410)의 하단에서 수평하게 연장된 바닥면(420)과, 상기 바닥면(420)으로부터 상방향으로 경사연장되되 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 경사진 제2경사벽(430)과, 상기 제2경사벽(430)의 상단에서 연장된 천정면(440)과, 상기 제1천정면(440)의 단부에서 하향연장된 제3경사벽(450)과, 상기 제3경사벽(450)의 단부와 코너외벽(470)을 연결하는 연결면(460)을 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔을 제공한다.
본 발명에 따르면, I형 범퍼빔에서 간단한 보강구조를 갖춤으로 인해 충돌시 코너부의 꺽임을 막고, 이를 통해 침입량과 변형량을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

자동차용 범퍼빔{BUMPER BEAM FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차용 범퍼빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 범퍼빔에 비해 상대적으로 가벼운 I형 범퍼빔에서 코너부의 보강을 통해 충돌시 꺽임을 최소화시키고, 이를 통해 침입량(Intrusion) 및 변형량(Deflection)을 억제함으로써 구조적 취약성을 보강한 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.

이러한 범퍼 시스템은 등록특허 제1463912호, 등록특허 제1362123호, 등록특허 제1144181호 등에 다수 개시되어 있다.

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.

그런데, 중국 시장의 성장과 함께 보다 더 경량화된 범퍼빔(2)의 수요가 확대됨에 따라 최근에는 I형 범퍼빔이 개시되고 있다.

I형 범퍼빔은 도 2의 도시와 같이, 대략 3-4mm 두께의 상부플랜지(F1) 및 하부플랜지(F2)를 연결판(C)이 일체로 연결되어 단면 형상이 I형태를 갖도록 이루어진 범퍼빔으로써, 군살이 많이 빠진 관계로 경량화된 점이 가장 큰 특징이고, 하부플랜지(F2)의 양단부에는 스테이(미도시)를 체결하기 위한 체결부(T)가 마련된 구조를 갖는다.

하지만, 이러한 종래 I형 범퍼빔은 코너부, 즉 양단의 단면 형상이 도 3의 예시와 같이 깊이가 얇은 단순 'U' 형상(A)을 이루고 있어 차량 충돌시 좌우 꺽임방지 기능이 약하여 침입량(Intrusion) 및 변형량(Deflection)이 크고, 이로 인해 충돌시 파괴력이 증대되므로 안전사고의 위험이 증대되는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, I형 범퍼빔에서 충돌시 코너부의 꺽임 현상을 최소화시켜 침입량과 변형량을 최소화시킴으로서 비용증대 없이 충돌 안정성을 쉽게 개선할 수 있는 자동차용 범퍼빔을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 판상의 연결판(100), 상기 연결판(100)의 내측단과 외측단에 각각 수직하게 고정되어 전체적으로 I형상을 갖도록 일체화 된 외측판(200)과 내측판(300)을 포함하는 자동차용 I형 범퍼빔에 있어서; 상기 범퍼빔의 길이방향으로 범퍼빔의 양단에 형성되는 코너부(400)의 형상을 하방향으로 경사 연장된 제1경사벽(410)과, 상기 제1경사벽(410)의 하단에서 수평하게 연장된 바닥면(420)과, 상기 바닥면(420)으로부터 상방향으로 경사연장되되 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 경사진 제2경사벽(430)과, 상기 제2경사벽(430)의 상단에서 연장된 천정면(440)과, 상기 제1천정면(440)의 단부에서 하향연장된 제3경사벽(450)과, 상기 제3경사벽(450)의 단부와 코너외벽(470)을 연결하는 연결면(460)을 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔을 제공한다.

이때, 상기 제1경사벽(410)은 수직선에 대해 예각으로 경사연장된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제2경사벽(430)은 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 구성되게 수직선에 대해 둔각으로 경사연장된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 제1경사벽(410)과 상기 제2경사벽(430)의 상하길이는 상기 코너외벽(470)과 동일하게 유지되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제3경사벽(450)과 상기 연결면(460)은 75-90도로 연결유지되는 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 천정면(440)은 상기 바닥면(420) 보다 반드시 높게 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 연결면(460)은 상기 천정면(440) 보다 반드시 낮게 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, I형 범퍼빔에서 간단한 보강구조를 갖춤으로 인해 충돌시 코너부의 꺽임을 막고, 이를 통해 침입량과 변형량을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 범퍼빔의 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 I형 범퍼빔의 예시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 I형 범퍼빔의 코너부 단면 형상을 확대하여 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 I형 범퍼빔의 코너부 단면 형상을 확대하여 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명과 비교를 위해 종래 I형 범퍼빔의 코너부 충돌테스트 결과를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 I형 범퍼빔의 코너부 충돌테스트 결과를 보인 예시도이다.

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.

본 발명에 따른 I형 범퍼빔은 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 판상의 연결판(100)을 포함한다.

그리고, 상기 연결판(100)의 내측단과 외측단에는 각각 외측판(200)과 내측판(300)이 상기 연결판(100)에 수직하게 고정되어 일체화 됨으로써 전체적으로 I형상을 갖는 범퍼빔을 구성하게 된다.

여기에서, 본 발명에 따른 코너부 보강구조는 상기 연결판(100)과 외측판(200) 및 내측판(300)의 각 양단에 구비된다.

이는, 오프셋(Offset) 충돌시 주된 충돌지점에 해당되기 때문에 충돌 후 충돌에너지를 직접 받음은 물론 다른 부위로의 전달에 의해 변형이 일어나는 주요 포인트가 상기 코너부에 집중되어 있기 때문이다.

이때, 상기 코너부의 형상은 확대 도시한 단면도에서와 같이, 범퍼빔의 길이방향으로 대략 '

' 형상을 갖도록 다수회 절곡 형성된다.

이것은 기존의 단순 'U'형상과는 전혀 다른 형상으로서 보기에는 쉽게 변형할 수 있을 것 같지만, 범퍼빔의 충돌 거동을 감안할 때 쉽게 착상할 수 있는 형상이 아니다.

본 발명자들은 상기 형상 구현을 위해 수년간에 걸쳐 오프셋 펜들럼테스트(Offset Pendulum Test)를 반복시험하면서 형상, 각도, 절곡 등을 수백회 이상 수정하고, 또한 동시에 시뮬레이션을 통한 예상 침입량, 변형량, 꺽임 등을 예측한 다음 실험하고, 다시 교정하는 수없이 많은 실험들을 반복하고서야 비로서 완성된 발명이기 때문이다.

단순하게 생각할 때는 상기 '

' 형상이 간단히 'U'형상과 '∩'을 연결하여 교대 반복하게 구성한 것이 아니냐고 생각할 수 있지만, 그럴 경우에는 수직절곡 구조를 갖기 때문에 연성이 줄어들고, 유연성이 떨어져 오히려 파단되는 문제를 발생시킬 뿐만 아니라, 충돌 흡수력이 떨어져 충돌 안전성을 저해하였다.

이에, 본 발명자들은 충돌시 충격에너지를 순간적으로 분산시키면서 흡수하여 안정화시킴으로써 침입량과 변형량을 최소화시키도록 하기 위해 범퍼빔의 길이방향으로 범퍼빔의 양단에 형성되는 코너부(400)의 형상을 하방향으로 경사 연장된 제1경사벽(410)과, 상기 제1경사벽(410)의 하단에서 수평하게 연장된 바닥면(420)과, 상기 바닥면(420)으로부터 상방향으로 경사연장되되 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 경사진 제2경사벽(430)과, 상기 제2경사벽(430)의 상단에서 연장된 천정면(440)과, 상기 제1천정면(440)의 단부에서 하향연장된 제3경사벽(450)과, 상기 제3경사벽(450)의 단부와 코너외벽(470)을 연결하는 연결면(460)을 포함하도록 구성하였다.

이때, 상기 제1경사벽(410)은 수직선에 대해 예각으로 경사연장해야 하는데, 바람직하게는 75-88°이다.

또한, 상기 제2경사벽(430)은 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 구성되어야 하므로 수직선에 대해 둔각으로 경사연장되는데, 바람직하게는 92-105°이다.

뿐만 아니라, 상기 제1경사벽(410)과 상기 제2경사벽(430)의 상하길이는 상기 코너외벽(470)과 동일하게 유지하여야 하며, 경사를 둔 이유는 오프셋 충돌시 범퍼빔의 길이방향으로 전달되는 충돌에너지가 상기 제1경사벽(410)의 일단에 이르렀을 때 평행사변형법에 의한 수평방향과 수직방향의 벡터성분으로 힘을 분산하여 1차 분산시키고, 그 중 바닥면(420)으로 전달된 에너지는 오직 수평방향으로만 전달하게 되며, 다시 제2경사벽(430)의 하단 기점에 이른 충돌에너지는 다시 평행사변형법에 의한 수평방향과 수직방향의 벡터성분으로 힘을 분산하여 2차 분산시키고, 이러한 과정을 반복하면서 최종단에 이르러서는 수직성분인 제3경사벽(450)과, 수평성분인 연결면(460)을 타고 코너외벽(470)에 전달되게 함으로써 충돌에너지를 아주 짧은 시간에 아주 많이 분산 흡수하여 강한 파동에 의한 코너부 꺽임, 즉 파단 현상을 억제할 수 있게 된다.

때문에, 상기 제3경사벽(450)과 상기 연결면(460)은 75-90°의 범위로 연결되어야 한다.

또한, 효율적이고 효과적인 분산 흡수를 위해 상기 천정면(440)은 상기 바닥면(420) 보다 반드시 높게 형성되어야 한다.

뿐만 아니라, 상기 연결면(460)은 상기 천정면(440) 보다 반드시 낮게 형성되어야 한다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 I형 범퍼빔의 거동특성을 확인하기 위해 종래 I형 범퍼빔과 본 발명 I형 범퍼빔을 동일한 조건에서 오프셋 팬들럼테스트를 실시하였고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.

먼저, 종래 I형 범퍼빔의 테스트 결과인 도 5를 참고하면, 그래프에 나타난 바와 같이 침입량이 86mm, 변형량이 67mm 였고, 꺽임(파단)이 일어났다.

하지만, 본 발명에 따른 I형 범퍼빔의 테스트 결과인 도 6을 참고하면, 그래프에 나타난 바와 같이 침입량이 81mm로 현저히 줄어 들었고, 또한 변형량도 57mm로 현저히 줄어 들었으며, 이때 코너부 꺽임(파단)도 일어나지 않았다.

여기에서, 몇mm 줄어든 것이 무슨 큰 효과인가라고 의문시할 수 있는데, 충돌 테스트에서 침입량 및 변형량의 몇mm 줄이는 것은 당해 분야에서 엄청난 기대효과로서 이 몇mm를 줄이기 위해 그렇게 많은 연구와 비용을 투자하고 있다는 점을 감안하면 본 발명은 단순한 형상 변경에 그치는 것이 아니라, 실로 현저한 효과를 갖는 기대 이상의 발명이라 아니할 수 없을 것이다.

100: 연결판 200: 외측판
300: 내측판

Claims (7)

1. 판상의 연결판(100), 상기 연결판(100)의 내측단과 외측단에 각각 수직하게 고정되어 전체적으로 I형상을 갖도록 일체화 된 외측판(200)과 내측판(300)을 포함하는 자동차용 I형 범퍼빔에 있어서;
   상기 범퍼빔의 길이방향으로 범퍼빔의 양단에 형성되는 코너부(400)의 형상을 하방향으로 경사 연장된 제1경사벽(410)과,
   상기 제1경사벽(410)의 하단에서 수평하게 연장된 바닥면(420)과,
   상기 바닥면(420)으로부터 상방향으로 경사연장되되 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 경사진 제2경사벽(430)과,
   상기 제2경사벽(430)의 상단에서 연장된 천정면(440)과,
   상기 천정면(440)의 단부에서 하향연장된 제3경사벽(450)과,
   상기 제3경사벽(450)의 단부와 코너외벽(470)을 연결하는 연결면(460)을 포함하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 상기 제1경사벽(410)은 수직선에 대해 예각으로 경사연장된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 제2경사벽(430)은 상기 제1경사벽(410)과 대향되게 구성되게 수직선에 대해 둔각으로 경사연장된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 제1경사벽(410)과 상기 제2경사벽(430)의 상하길이는 상기 코너외벽(470)과 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
5. 청구항 1에 있어서;
   상기 제3경사벽(450)과 상기 연결면(460)은 75-90°로 연결 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
6. 청구항 1에 있어서;
   상기 천정면(440)은 상기 바닥면(420) 보다 반드시 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.
   
7. 청구항 1에 있어서;
   상기 연결면(460)은 상기 천정면(440) 보다 반드시 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼빔.

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