KR101717511B1 - 유니타리 에너지 흡수 조립체 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
에너지 흡수 조립체(10)는, 제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽(18) 및 외벽(20)을 가진 지지 구조물(12); 상기 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치(14); 제1 크래시 캔; 및 제2 크래시 캔을 포함할 수 있으며, 복수 개의 크러셔블 부재를 포함하는 상기 에너지 흡수장치는, 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수할 수 있도록 되어 있으며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 제1 말단 및 제2 말단으로부터 연장된다. 상기 에너지 흡수 조립체는 원위치에서 형성되는 단일 요소이다. 상기 에너지 흡수 조립체의 제조 방법은, 용융된 열가소성 재료를 몰드에 투입하여, 에너지 흡수 조립체를 형성하는 단계, 및 상기 몰드를 ｙ 방향으로 이동시켜, 상기 에너지 흡수 조립체를 몰드로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로, 예를 들어, (탑승자(들), 보행자(들) 등에 가해지는) 상해를 감소시키고 및/또는 차량 손상을 감소시키기 위해, 차량에 사용되는 에너지 흡수장치에 관한 것이다.
범퍼 시스템은 일반적으로, 차량 전방과 후방에 걸쳐, 가로 방향 또는 횡행으로 연장되어 있으며, 길이 방향으로 연장된 레일 (rail)에 장착되어 있다. 자동차용의 여러 범퍼 조립체는, 금속 범퍼 비임 (bumper beam)과, 상기 범퍼 비임에 고정되는 사출 성형된 에너지 흡수장치를 포함한다. 범퍼 시스템은 일반적으로, 범퍼 표면을 따라 에너지 흡수장치를 포함하며, 상기 에너지 흡수장치를 덮는 페이셔 (fascia)도 포함한다.
유익한 에너지 흡수 범퍼 시스템은, 레일의 하중 한계 (load limit) 바로 아래까지 하중을 신속하게 형성함으로써 고 효율을 달성하고, 충격 에너지가 소멸할 때까지 상기 하중을 일정하게 유지한다. 에너지 흡수 시스템은, 충격 에너지 흡수를 제어함으로써, 충돌 결과 생기는 차량 손상 및/또는 상해를 감소시킬 것이다. 범퍼 시스템 충격 요건은, 미연방 자동차 안전 기준 (US FMVSS), 캐나다 자동차 안전 기준 (CMVSS), 유럽 EC E42 소비자 법령, EuroNCAP 보행자 보호 규정, Allianz 충격 요건, 및 하지 (lower leg)와 상지 (upper leg)에 대한 아시아 보행자 보호규정에 기재되어 있다. 또한, 고속도로 안전 보험협회 (IIHS)는 전방 및 후방 범퍼 시스템 모두에 적용되는 여러 가지 배리어 테스트 프로토콜 (barrier test protocol)을 개발하였다. 이들 요건들은, 다양한 자동차 플랫폼과 차량 모델 각각에 대해 제시된 다양한 디자인 기준을 충족시켜야 한다. 차량 프레임 컴포넌트 중 어느 곳에 극히 한정된 손상이 있더라도, 차량 수리 비용은 크게 증가할 수 있다.
이로 인해, 충격 에너지를 변형 및 흡수하여 양호한 차량 안전 등급을 취득하고, 보행자가 받을 충격 에너지를 흡수하여 보행자가 입게 될 상해를 감소시키고, 저속 충돌 시 차량 손상을 감소시켜 예를 들어, 프레임 손상을 방지할, 저비용, 경량, 및 고성능 에너지 흡수 시스템의 개발에 대한 필요성이 존재한다. 이들 고유의 기하학적 구조와 조립 요건으로 인해, 서로 상이한 컴포넌트는 충격 기준을 만족시키기 위해, 서로 상이한 에너지 흡수장치 설계를 필요로 한다. 따라서, 자동차 산업은 차량의 전체 안전 등급을 향상시키기 위한 경제적인 해결방안을 계속해서 찾고 있다. 이런 이유로, 상해를 줄이고, 및/또는 차량 손상을 감소시키고, 및/또는 차량 안전 등급을 증대시킬 해결방안을 제공할 필요성이 여전히 존재한다.
다양한 차량 컴포넌트와 연계해 사용될 수 있는 에너지 흡수 장치, 및 상기 에너지 흡수 장치의 제조 방법이 여러 실시 양태에 개시되어 있다.
일 실시 양태에서, 에너지 흡수 조립체는, 제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽 및 외벽을 가진 지지 구조물; 상기 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치; 제1 크래시 캔 (crash can); 및 제2 크래시 캔을 포함할 수 있으며, 복수 개의 크러셔블 부재 (crushable member)를 포함하는 상기 에너지 흡수장치는 충격 시, 크러시 (crush)되어 에너지를 흡수하도록 되어 있으며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 제1 및 제2 말단으로부터 연장된다. 에너지 흡수 조립체는 원위치에서 (in situ) 형성되는 단일 요소이다.
일 실시 양태에서, 차량은 본체 및 레일과 에너지 흡수 조립체를 포함한다. 에너지 흡수 조립체는, 제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽 및 외벽을 가진 지지 구조물; 상기 지지 구조물의 상기 제1 벽을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치; 제1 크래시 캔; 및 제2 크래시 캔을 포함하며, 복수 개의 크러셔블 부재를 포함하는 상기 에너지 흡수장치는 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수하도록 되어 있으며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 제1 말단 및 제2 말단으로부터 연장되며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 범퍼 비임 없이 레일에 부착된다. 에너지 흡수 조립체는 원위치에서 형성되는 단일 요소이다.
일 실시 양태에서, 에너지 흡수 조립체를 제조하는 방법은, 용융된 열가소성 재료를 몰드에 투입하여, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 제1 크래시 캔, 및 제2 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체를 원위치에서 형성하는 단계; 및 상기 몰드를 ｙ 방향으로 이동시켜, 상기 에너지 흡수 조립체를 몰드로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 지지 구조물은 말단들을 가진 제1 벽 및 외벽을 가지며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 지지 구조물의 말단으로부터 연장되고, 상기 에너지 흡수장치는 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장되는 것을 특징으로 한다.
이들 및 다른 비-제한적인 특징들을 더욱 구체적으로 후술하기로 한다.
다음은 도면에 관한 간단한 설명으로서, 동일 요소들은 동일한 번호로 표시되어 있으며, 본원에서 개시된 예시적인 실시 양태를 설명하기 위한 것이며, 이를 한정하기 위한 목적으로 제시된 것이 아니다.
도 1은 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 등각 투상도이다.
도 2는 범퍼 비임의 등각 투상도이다.
도 3은 범퍼 비임의 등각 투상도이다.
도 4는 에너지 흡수장치 일부의 등각 투상도이다.
도 5는 에너지 흡수장치 일부의 등각 투상도이다.
도 6은 크러시 기어 박스 (crush box)의 후방 등각 투상도이다.
도 7은 크러시 기어 박스의 전방 등각 투상도이다.
도 8은 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 등각 투상도이다.
도 9는 A-A 선을 따라 취한, 도 8의 에너지 흡수 조립체의 단면도이다.
도 10은 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 회전율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 전단율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 중심 펜둘럼 테스트 (center pendulum testing) 시 관찰된 힘을 나타내는 그래프이다.
도 14는 중심 펜둘럼 테스트 시 관찰된, 시간에 대한 비임의 후면 변위 (back of the beam displacement)를 나타내는 그래프이다.
도 15는 차량 손상성 결과를 보여주는, 시간에 대한 흡수된 에너지 양을 나타내는 그래프이다.
도 16은 차량 손상성 결과를 보여주는, 시간에 대한 힘을 나타내는 그래프이다.
상세한 설명
본원의 다양한 실시 양태에서, 예를 들어, 충격 동안에 입게 될 손상 및/또는 상해를 최소화하기 위해, 차량 컴포넌트와 연계해 사용될 수 있는 에너지-흡수 조립체가 개시되어 있다. 에너지 흡수 조립체는 지지 구조물, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브 (crush lobe)), 및 크래시 캔을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 플라스틱 재료를 포함하며, 이들은 모두 단일의, 단독 컴포넌트로 형성된다. 에너지 흡수 조립체는, 금속 범퍼 비임을 생략하고, (예를 들어, 15 km/hr 이상의 충격에 대해) 차량 레일을 보호하도록 배치된 플라스틱 크래시 캔과 플라스틱 크래시 캔 사이에 연장되는 열가소성 지지 구조물과 플라스틱 에너지 흡수장치의 통합 조립체를 포함한다. 플라스틱 에너지 흡수장치는, (예를 들어, 시간 당 40 킬로미터 (km/hr) 이하의 하지 충격 (예컨대 30 km/hr 내지 40 km/hr의 충격)에 대해) 보행자 보호에 일조하도록 배치된 크러시 로브를 포함한다. 지지 구조물, 크래시 캔, 및 크러시 로브는, 예를 들어 수직 이동하는 몰드 (즉, ｙ 방향의 몰드)를 사용해, 원위치에서 형성된다. 일부 실시 양태에서, 상기 조립체는, 에너지 흡수장치를 덮고 지지 구조물을 덮고 및/또는 크래시 캔을 덮는, x와 z 방향으로 연장되는, 최외곽 벽 (예를 들어, 조립체의 양면 상의, ｙ 방향의 최외곽 표면)을 가지지 않는다. 조립체는, 상기 조립체의 단면 또는 양면 상에 x 및 ｙ 방향으로 연장되는 최외곽 벽을, 지지 구조물 위에 (예를 들어, 도 1의 제1 벽(18) 및 제3 벽(22)), 에너지 흡수장치 위에 (예를 들어, 도 1의 전방 벽 (26)), 및/또는 크래시 캔 위에 (예를 들어, 도 6 및 도 7의 전면(50) 및 후면(52)) 가질 수 있다.
다양한 실시 양태에서, 크래시 캔은 조립체의 말단을 형성하며, 크래시 캔과 크래시 캔 사이에 열가소성 지지 구조물이 연장되어 있다. 지지 구조물과 크래시 캔 앞쪽에, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)가 있으며, 상기 에너지 흡수장치는 조립체를 가로질러, 크래시 캔과 지지 구조물을 가로질러 연장되어 있다. 크래시 캔은 차체 (BIW)에, 예를 들어, 돌출 지지체 (projecting support) (예를 들어, 차량 레일)에 부착될 수 있다. 이런 설계, 즉, 금속 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔의 개별 요소들을 대체하는 유니타리 흡수 조립체를 수득하기 위해서는, 재설계가 필요하였다. 여러 실시 양태들에서, 개구부들이 ｙ 방향으로 형성된다 (도 1 참고).
통합 조립체는, 각각의 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함하기 때문에, 총 조립체 중량을 상당히 감소시키면서 (예를 들어, 동일한 에너지 흡수력을 충족시키는 금속 크래시 캔 및/또는 금속 범퍼 비임을 포함하는 조립체와 비교해, 1/3 이하로 중량 감소), 동시에, 보행자 충격 동안과, 저속 충돌 동안에, 고성능 (예를 들어, 제어된 크러싱과, 그래서 금속 에너지 흡수장치와 비교해 효율 증가)을 제공한다. 본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체는, 통합 조립체여서, 금속성 범퍼 비임 및/또는 크래시 캔을 대체할 수 있다. 그 결과, 컴포넌트를 조립하는 데 걸리는 시간이 줄어들고, 그래서 조립체의 총 비용이 줄어든다. 에너지 흡수 조립체는 여러 성형 공정 (예를 들어, 사출 성형, 열성형, 압출 등)을 이용해 제작되어, 일체 성형 조립체 (예를 들어, 통합 형성된 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔)를 제공할 수 있다.
본원에서 개시된 에너지 흡수 조립체는 차량의 어느 곳에서나 사용될 수 있으며, 상기 에너지 흡수 조립체는 차량 전면부 (예를 들어, 엔진, 라디에이터 등이 일반적으로 위치하는 차량 부분)에 위치하여, 충격 발생 시, 차체 (BIW)와, 차체 뒤에 위치한 컴포넌트를 손상으로부터 보호하고자 한다. 일반적으로, 에너지 흡수 조립체는 차체 앞쪽에 위치하고 차체에 부착되어, 충격 동안에 구조물을 보호하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체는 차체에 위치한 크로스 부재 (cross member) 및/또는 차량 레일에 부착될 수 있다. 조립체의 에너지-흡수 컴포넌트는 지지 구조물의 앞쪽에 위치하여, 충격 시 보행자에 가해지는 상해를 감소시킬 수 있다. 크래시 캔은, 지지 구조물의 양쪽 말단들 (예를 들어, 좌측 말단 및 우측 말단)에서, 지지 구조물 (상기 지지 구조물은 차량 레일 사이의 거리보다 짧은 길이를 가질 수 있음)을 지지하는 데 일조한다. 크래시 캔은, 충격 후의 손상으로부터 차량 레일을 보호하는 강성을 제공한다. 또한, 크래시 캔은 일반적으로, 충격 동안에, 차량 손상 및 운전자/탑승자 상해를 감소시키는 기능을 한다. 이러한 해결방안은, 선행 설계, 예를 들어, 미국 특허 제7,044,515 호에서 개시된 설계와 동일한 성능을 가지면서도 이보다 20% 이상 더 가벼운 것으로 나타났다.
금속 범퍼 비임 및 크래시 캔은 일반적으로 중량이 무겁고, 제작하는 데 비용이 많이 든다. 또한, 금속 범퍼 비임은 플라스틱 에너지 흡수장치 또는 플라스틱 크래시 캔과 통합형으로 (예를 들어, 원위치에서) 형성될 수 없으며, 그래서, 금속 범퍼 비임 및/또는 금속 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 경우 가공 시간을 증가시킨다. 부가적으로는, 금속 범퍼 비임은 에너지 흡수장치 및 크래시 캔과 통합형으로 형성되지 않기 때문에, 금속 범퍼 비임을 이용할 경우 추가의 조립 시간이 필요하며, 이로 인해, 금속 범퍼 비임을 이용하는 에너지 흡수 조립체의 총 비용이 증가한다. 금속 크래시 캔을 이용할 경우에도 동일한 문제가 발생하는데, 즉, 금속 크래시 캔은 금속 범퍼 및/또는 플라스틱 에너지 흡수장치와 통합형으로 형성될 수 없으며, 이로 인해, 에너지 흡수 조립체를 가공하고 조립하는 시간 모두 증가한다. 자동차 제조업체는 자동차의 상기 컴포넌트들에 대한, 더 경량이고, 고 효율적이면서, 비용 효과적인 해결방안을 계속해서 찾고 있다. 조립체의 각 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함하는 일체 성형 조립체를 제공함으로써, 중량, 가공 시간, 및 조립 시간이 크게 줄어들 수 있다. 예를 들어, 조립체의 각 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함할 경우, 1/3까지 중량 감소가 관찰될 수 있다. 일체 성형 조립체를 이용할 경우, 조립 시간 역시 감소될 수 있다. 예를 들어, 조립 시간은 적어도 35% 감소될 수 있다.
조립체의 에너지 흡수 컴포넌트 (예를 들어, 크러시 로브)는 보행자에게 충격이 가해지는 동안 에너지를 흡수하고 변형하도록 설계될 수 있으며, 지지 구조물은 에너지 흡수장치를 지지하고, 펜둘럼과 배리어 충격 동안에 에너지를 탄성적으로 변형시키고 흡수하는 강성 부재로서 작용하도록 설계될 수 있으며, 한편, 크래시 캔은 Allianz 충격 및/또는 RCAR에 대해 에너지를 열가소적으로 변형시키고 흡수하도록 설계될 수 있으며, 또한 플라스틱 비임을 지지할 수 있다. 즉, 지지 구조물은 크래시 캔의 강성과 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)의 강성 사이의, 강성을 가진다. Allianz 충격은, 차량 이동 방향에 대해 10°의 각도로 단단한 배리어에 차량 전면부가 부딪히고, 운전자측에 40%가 오버랩될 경우의 테스트를 지칭하며, 한편, RCAR은 시간 당 15 킬로미터 (km/hr)의 충격을 지칭한다. 펜둘럼과 배리어 충격 테스트는, 가변 속도에서 FMVSS 581.1-581.7이다. 펜둘럼 충격 속도는, 차량 이동 방향에 대해 30°의 각도로 차량에 가해진 코너 충격 시, 시간 당 1.5 마일 (mph)이며, 차량 이동 방향과 동일한 방향으로 가해진 모든 다른 펜둘럼 및 배리어 충격 시에는 2.5 mph이다.
본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체는 저속 충돌에 대해 규정된 요건들, 예를 들어, ECE-42 및 RCAR/Allianz/Danner/Thatcham 충격을 충족시키거나 능가할 수 있을 뿐만 아니라, 보행자 충격 규제 요건들, 예를 들어, EEVC, ACEA (II 상), 및 GTR도 충족시키거나 능가할 수 있다. EEVC 워킹 그룹 17 및 ACEA (II 상)는 보행자 충격 요건에 상응하며, 상기 ACEA가 좀더 엄격하다. 이들은 테스트 절차도 개발하였으며, 자동차에 의해 충격을 받았을 경우 보행자 다리 인체 모델에 가해지는 충격 동안에, 보행자가 안전할 정도의 최대 허용가능한 상해를 정량화하였다.
에너지 흡수 조립체의 예시적인 특징에는, 무엇보다도, 고 인성/연성, 열적 안정성, 고 에너지 흡수력, 양호한 신장 계수 비, 및 재생력이 포함되며, "고" 및 "양호한"이란 표현은, 상기 특징이 소정의 컴포넌트/요소에 대한 차량 안전 법규 및 요건을 적어도 충족시킴을 의미하고자 한다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 동일 또는 상이한 가소성 재료 (예를 들어, 열가소성 재료)를 개별적으로 포함할 수 있다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔은, 바람직한 모양으로 형성되고 필요한 특성을 제공할 수 있는, 임의의 열가소성 재료 또는 열가소성 재료들의 조합물을 포함할 수 있다. 재료에 대한 바람직한 계수 값은 0.6 기가파스칼 (GPa), 구체적으로는 0.6 GPa 내지 20 GPa, 더욱 구체적으로는 3 GPa 내지 20 GPa과 동일하거나 그 이상일 수 있다. 효율적인 에너지 흡수를 위해, 재료는 전형적으로 20% 내지 130%, 구체적으로는 30% 내지 120%, 더욱 구체적으로는, 80% 내지 110%의, 높은 파괴 변형율 (strain to failure) 값을 가지는 것이 바람직하다.
예시적인 재료는, 열가소성 재료, 뿐만 아니라, 열가소성 재료와 탄성 재료, 열경화성 재료, 금속, 및/또는 플라스틱-금속 하이브리드 구조물 및/또는 플라스틱-합성 하이브리드 구조물과 같은 합성물의 조합물을 포함한다. 가능한 열가소성 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS); 폴리카르보네이트; 폴리카르보네이트/PBT 블렌드; 폴리카르보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카르보네이트-폴리에스테르; 아크릴-스티렌-아크릴로니트릴 (ASA); 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 개질화된)-스티렌 (AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드 PVC; 고 충격 폴리스티렌 (HIPS); 저/고 밀도 폴리에틸렌 (L/HDPE); 폴리프로필렌 (PP); 발포된 폴리프로필렌 (EPP); 및 열가소성 올레핀 (TPO)을 포함한다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔은 Xenoy® 플라스틱 수지를 포함할 수 있으며, 이는 SABIC Innovative Plastics IP B.V 사에서 입수가능하다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔 또한, 전술한 재료 중 적어도 하나를 포함하는 조합물로 형성될 수 있다.
에너지 흡수 조립체의 총 크기, 예를 들어, 이것의 구체적인 치수는, 차량 내 이것의 위치와 이것의 기능에 따라, 그리고 조립체가 요구되는 특정 차량에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체의 길이 (l), 높이 (h), 및 폭 (w)은, 필요한 사용 위치의 이용가능한 공간 크기와, 필요한 에너지 흡수에 따라 다를 것이다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔의 깊이와 벽 두께는 이용가능한 공간, 필요한 강성, 및 적용되는 재료 (또는 재료들의 조합)에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 에너지 흡수장치의 폭 w는 200 밀리미터 (mm) 이하, 구체적으로는, 50 mm 내지 200 mm, 더욱 구체적으로는 80 mm 내지 90 mm일 수 있다. 지지 구조물의 높이 h는 250 mm 이하, 구체적으로는, 50 mm 내지 150 mm, 더욱 구체적으로는 70 mm 내지 80 mm일 수 있다. 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)는 지지 구조물의 길이를 따라 연장될 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어, 조립체에 걸쳐 에너지 흡수를 제공하기 위해, 크러시 로브는 조합된 지지 구조물과 크래시 캔의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
필요한 방향으로 강성을 증대시키기 위해, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔의 벽 두께는 모두 동일할 수 있거나, 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔의 벽은 예를 들어, BIW를 마주하는 표면인 후면보다 전면에서 더 두꺼울 수 있으며, 에너지 흡수장치의 벽은 에너지 흡수장치의 중간 부분에서 또는 한 말단 또는 양 말단으로 갈수록 더 두꺼울 수 있고, 지지 구조물의 벽은 크래시 캔이 위치하는 곳인 말단으로 갈수록 더 두꺼울 수 있다.
에너지 흡수 조립체는 성형 (예를 들어, 사출 성형, 사출 압축 성형), 형상화, 압출, 및/또는 임의의 다른 적절한 제작 기술과 같은 여러 가지 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 사출 성형, 열성형, 압출, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 공정으로 형성될 수 있다. 여러 실시 양태에서, 필요한 에너지 흡수를 달성하고, 조립체를 원위치에서 형성할 수 있기 위해, ｙ 방향으로 이동하는 몰드를 이용하는 공정이 기술되어 있으며 (도 1 참조), 상기 조립체는 ｙ 방향으로, 예를 들어 이의 양면 상에, 개구부를 포함하며, 에너지 흡수장치 및 지지 구조물은 x 및 z 방향으로는 밀폐되어 있다 (예를 들어, x 및 z 방향으로 외벽을 가지고 있어서, 개구부 또는 캐비티 (cavity)가 이들 방향으로 형성되어 있지 않으나, 캐비티 및/또는 채널이 형성되도록 개구부를 ｙ 방향으로 가지고 있음) (도 1 내지 8 참고). 크러시 로브는 ｙ 방향으로 (예를 들어, 수직 벽(56)과 리브(54) 사이에서) 개방되어 있을 수 있으며, 선택적으로는 χ 방향으로 개구부 (예를 들어, 도 6의 중공부(58))를 가질 수 있다.
에너지 흡수 조립체는, 지지 구조물보다 크래시 캔에서 더 큰 강성을 가져서, RCAR/Allianz 15 km/hr 차체외 (outboard) 충격의 경우, 상당히 더 높은 양의 에너지를 흡수하고, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)보다 지지 구조물에서 더 큰 강성을 가져서, 하지 충격의 경우, 에너지 흡수장치의 크러싱을 위해, 지지 구조물이 적절한 반응을 제공하기에 충분할 정도의 강성을 가지도록 설계된다. 예를 들어, 지지 구조물 강성이 "SS"인 경우, 크래시 캔은 2 SS 내지 5 SS, 구체적으로는 2.5 SS 내지 4.5 SS의 강성을 가질 수 있다. 크러시 로브는 0.2 SS 내지 0.9 SS, 구체적으로는 0.3 SS 내지 0.7 SS의 강성을 가질 수 있다.
첨부된 도면을 참고로 하여, 본원에서 개시된 컴포넌트, 공정, 및 장치를 더 잘 이해할 수 있다. 이들 도면들은 (본원에서 "도"라고도 지칭됨), 본 개시문헌을 용이하고 편리하게 나타낸 도식적인 표시일 뿐이라서, 장치 또는 이것의 컴포넌트의 상대적인 크기와 치수를 나타내고자 한 것은 아니며, 및/또는 예시적인 실시 양태의 범위를 한정 또는 제한하려는 것이 아니다. 명료한 표현을 위해 구체적인 용어들이 하기 설명에 사용되지만, 이들 용어는 도면 예시를 위해 선택된 실시 양태의 특정 구조들을 지칭하고자 하는 것일 뿐, 개시문헌의 범위를 한정 또는 제한하려는 의도가 아니다. 도면과 하기 상세한 설명에서, 동일한 숫자로 표시한 것은 유사한 기능을 하는 컴포넌트를 지칭하는 것으로 이해하면 될 것이다.
도 1은, 지지 구조물(12), 에너지 흡수장치(14), 및 크래시 캔(들)(16)을 포함하는 에너지 흡수 조립체(10)를 예시한 것이다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 지지 구조물(12)은 제1 벽(18) 및 제2 벽(20), 그리고 선택적으로 제3 벽(22)을 포함한다. 리브(24)는 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 예시된 바와 같이, 리브(24)는 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장되어 있는 삼각형 구조물을 형성할 수 있다. 리브(24)는 지지 구조물의 강성과, 따라서 에너지 흡수력을 증가시켜, 충돌 후에 지지 구조물 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트에 가해지는 손상이 덜 발생하게 된다. 제3 벽(22)이 존재하는 실시 양태에서, 리브(24)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 배치될 수도 있다. 일 실시 양태에서, 도 3에 예시된 바와 같이, 수평층(들)(30)은 지지 구조물의 제1 벽(18)과 제2 벽(20)을 상부(32)와 하부(34)를 가진 구조로 분할하고, 리브(24)는 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에서 상부(32)와 하부(34)에 배치된다. 제3 벽(22)이 존재하는 실시 양태에서, 수평층(30)은 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이의 공간을 도 3에 나타낸 바와 같이 상부(32)와 하부(34)로 분할할 수 있다. 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 리브가 배치된 제3 벽(22)의 존재로, 지지 구조물(12)의 강성은 더 증가하며, 충격 시 비임이 더 많은 에너지를 흡수할 수 있게 되고, 지지 구조물(12) 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트에 가해지는 손상의 양은 더 감소한다.
지지 구조물(12)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 및 선택적인 제3 벽(22) 각각이 ｙ-축 방향으로 개구부(36)를 포함하도록 설계될 수 있다 (즉, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 및 선택적인 제3 벽(22)은 지지 구조물의 상부 및 하부에서 개방되어 있을 수 있음). 리브(24) 또한, 지지 구조물의 상부 및 하부에 개구부(36)를 가지도록 유사하게 설계될 수 있다 (즉, 개구부(36)는 ｙ-축 방향으로 연장됨). 이러한 설계로써, 일반적으로 χ-축 방향으로 1개의 개구부만을 허용하는 수평방향 몰드 이동과는 반대로, 에너지 흡수 조립체(10)의 공정 시, 몰드가 수직방향으로 이동할 수 있게 된다.
지지 구조물(12)은 일반적으로, 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장되는 리브(24)를 한 줄 이상 포함한다. 다른 실시 양태에서, 지지 구조물(12)은 리브(24)를 한 줄보다 더 많이 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물(12)은 2 줄 이상, 구체적으로는 3 줄 이상, 더욱 구체적으로는 4 줄 이상, 특히 더 구체적으로는 5 줄 이상의 리브를 포함할 수 있다. 지지 구조물(12)이 에너지를 흡수하고 상기 지지 구조물(12) 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트를 손상으로부터 보호할 수 있게 할 정도의 필요한 강성을, 리브(24)가 지지 구조물(12)에 제공한다면, 상기 리브는 어떤 형태든 포함할 수 있다. 리브(24)는 삼각형, 트러스 (truss), 톱니, 사인파 모양 (sinusoidal), 층 모양 (lamellar), abs(sin), 원형 (cycloid), 및 전술한 모양 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 리브(24)는, 지지 구조물(12)을 크래시 캔(16)에 연결하는 것, 및/또는 이 연결을 유지하는 것에 일조할 수 있다. 예시적인 실시 양태에서, 리브(24)는 크래시 캔(16)에 직접 연결될 수 있다. 지지 구조물(12)이 지지 구조물의 어느 한 말단에 측벽 (예를 들어, 제4 벽 및 제5 벽 (표시 안 됨))을 포함하는 다른 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 측벽에 부착될 수 있다.
또한, 요구되는 강성에 따라, 수직 벽 (예를 들어, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 제3 벽(22) 등), 및/또는 2개 이상의 수직 벽 사이에 리브가 배치된 지지 구조물(12)에 존재하는 수평 벽(30)의 수는 증가 또는 감소할 수 있는 것으로 고려된다. 수직 벽 및 수평 벽은 충격 시, 필요한 강성을 제공할 수 있다. 일 실시 양태에서, 도 2에 예시된 바와 같이, 수평층(30)은 존재하지 않고, 리브(24) 한 층만이 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 배치되며, 한편, 도 3에, 리브 두 층이 즉, 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 그리고 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 존재하고, 2개의 수평층(30), 즉 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 하나의 수평 벽(30)이 존재하고, 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 또 다른 수평 벽(30)이 존재하는 실시 양태가 예시되어 있다. 다른 실시 양태에서, 수평층 없이, 2 층 이상의 리브가 존재할 수 있다. 이는, 하나 이상의 부가적인 수직 벽 사이에 리브가 있는 이러한 벽이 존재하는 점을 제외하고는, 도 2에 예시된 실시 양태와 유사하다. 이 실시 양태는, 충격 강도가 덜 한 것이 요구되는 적용 (예를 들어, 소형차용)에 유용할 수 있다. 부가적으로, 수평층(30)이 없을 경우, 지지 구조물(12)은 압출되어서, 간편하고 비용 효과적인 지지 구조물(12) 제작 방법을 제공할 수 있다. 지지 구조물(12)은 또한, 선택적으로, 2개의 수직 벽 (예를 들어, 제1 벽(18) 및 제2 벽(20))과, 지지 구조물을, 리브(24)를 포함하는 상부(32)와 리브(24)를 포함하는 하부(34)로 분할하는 수평 벽(30)을 포함할 수 있다.
더 큰 차량보다 패키징 공간 (packaging space)이 일반적으로 덜 큰 소형 승용차에 대해, 한 층 리브 (예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 벽 및 제2 벽 사이에 리브가 배치되어 있음)가 바람직할 수 있다. 패키징 공간이 증가한 더 큰 차량에 대해, 벽들 사이에 리브가 배치된 벽의 수가 많은 것이, 지지 구조물(12)의 요구되는 강성을 수득하는 데 바람직할 수 있다. 수평층(30)의 수 또한, 지지 구조물의 요구되는 강성에 따라 다양할 수 있는데, 강성 증가가 바람직한 경우 수평층(30)의 수는 증가하고, 강성 감소가 바람직한 경우 수평층(30)의 수는 감소하거나 수평층이 존재하지 않는다. 복수의 수평층이 적용될 경우, 수평 이동하는 사이드 코어 (side core)를 이용해, 2개의 수평층 사이에 존재하는 비임의 부분들을 형성할 수 있으며, 한편 수직 이동하는 코어를 이용해 다른 부분들을 형성할 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 살펴보면, 2가지 가능한 설계 배열의 에너지 흡수장치(14)의 일부가 예시되어 있다. 도 4에 예시된 설계에서, 수직 측벽(40)은 에너지 흡수장치를 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)에 연결한다. 도 4에서, 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)은 에너지 흡수장치(14)의 길이 전반에 걸쳐 모양 및/또는 두께가 다양하지 않으며, 이는 에너지 흡수장치(14)가 압출될 수 있으며, 그럼으로써 제조업자의 툴링 비용 (tooling cost)을 감소시킴을 의미한다. 도 5는, 측벽(40)이 물결 모양부(corrugation)(44)를 포함하는 점을 제외하고는, 유사한 실시 양태를 예시하고 있다. 물결 모양부(44)는 최소 두께에서 에너지 흡수장치(14)에 고 강성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사출 압축 성형이 적용될 경우, 1.2 mm만큼 낮은 두께 값이 사용될 수 있으며, 사출 성형이 적용될 경우, 1.6 mm만큼 낮은 두께 값이 사용될 수 있다. 일 실시 양태에서, 최소 두께는 예를 들어, Xenoy® 플라스틱 수지 벽의 경우 2.2 mm일 수 있다. 도 5의 에너지 흡수장치(14)는, 도 1에서 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)과 크래시 캔(16)에 부착된 상태로도 예시된다.
에너지 흡수장치(14)는, 전면 벽과 측벽(40) 사이에 위치한 공간에 에너지 흡수장치(14)가 개구부(36)를 포함하도록 배열될 수 있다 (즉, 에너지 흡수장치(14)는 y-축에서 상부와 하부가 밀폐되어 있지 않음). 지지 구조물(12)과 유사하게, 이러한 설계로써, 수직 몰드 이동이 가능하다. 일 실시 양태에서, 도 1에 예시된 바와 같이, 에너지 흡수장치(14)는 에너지 흡수 조립체의 길이를 따라 x-축 방향으로 연장될 수 있다. 에너지 흡수장치(14)는 지지 구조물(12)을 가로질러 제1 크래시 캔(16)에서 제2 크래시 캔(16)으로 (예를 들어, 한 크래시 캔의 외부 말단에서 다른 크래시 캔의 반대 말단으로) 연장된다. 이 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)는 크래시 캔(16)의 전면(50)에, 그리고 지지 구조물의 제1 벽(18)에 부착된다. 다른 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)는 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장될 수 있고, 크래시 캔(16)의 길이를 따라 연장되지 않는다.
수직, 물결 모양, 이차 곡선, 사다리꼴, 육각형, 오각형, 팔각형, 반원형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 임의의 구조를 포함하는 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)의 설계에 임의의 구조가 사용될 수 있되, 개구부(36)가 존재한다. 수직 몰드 이동을 허용하는 임의의 구조가 도 4와 도 5에 예시된 측벽(40)으로서 사용가능하다.
도 6 및 도 7은, 에너지 흡수 조립체(10)의 크래시 캔(16) 컴포넌트의 일 실시 양태를 예시한 것이다. 도 6은, 차량 컴포넌트 (예시 안됨)에 부착되는 크래시 캔(16)의 일부를 도시한 것이다. 구체적으로는, 후면(52)은 차량 레일에 부착된다. 볼트 너트, 나사, 접착제, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합이 포함되나, 이에 제한되지 않는, 어떤 형태의 부착 메카니즘이든 이용될 수 있다. 도 6은 또한, 후면(52) 뒤쪽에 위치하고 리브(54)와 수직 벽(56)으로 둘러싸인 중공부(58)를 예시하고 있다. 크래시 캔(16)은, 전면(50)에서 후면(52)까지 연장된 측면(60)을 또한 포함한다. 하나 이상의 측면(60)은 지지 구조물(12)의 제4 벽, 제5 벽, 및/또는 리브(24)에 부착된다. 리브(54) 및 수직 벽(56)은 크래시 캔(16)에 강성을 제공하여, 충격 시, 상기 크래시 캔이 에너지를 흡수하는 데 일조한다. 크래시 캔(16)의 중공부(58)는, 저속 (예를 들어, 15 km/hr) 충돌 동안 받는 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수하도록 설계된다.
중공부(58)는, 전면(50) 근처에 더 작은 단면적을, 그리고 후면(52) 근처에 더 큰 단면적을 상기 중공부가 포함하도록, 원뿔형 구조를 포함할 수 있다. 크래시 캔(16)의 중공부(58)는 충격 시 필요한 강성을 제공할 어떤 형태든 포함할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔(16)의 중공부(58)는 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 포물선형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 크래시 캔(16)은 충격 시, 필요한 강성을 제공할 어떤 모양이든 포함할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔은 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 일 실시 양태에서, 크래시 캔(16)의 전면(50)은 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)에 부착될 수 있다. 다른 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)은 크래시 캔(16)까지 연장되지 않는다. 다른 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 중공부(58)를 포함하지 않으며, 대신, 전면(50), 후면(52) 및 측면(60) 사이 영역에 리브(54) 및 수직 벽(56)을 포함한다.
일 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 지지 구조물의 제1 벽(18)을 지나 외부로 연장되지 않도록 설계될 수 있다. 크래시 캔(16)은, 크래시 캔(16)의 전면(50)이 지지 구조물(12)의 제1 벽과 정렬되도록 설계될 수 있다. 이러한 설계로, 에너지 흡수 조립체(10)의 에너지 흡수장치(14)가 에너지 흡수 조립체(10)의 전장에 걸쳐 연장되는 것이 용이하다.
도 8 및 9는 에너지 흡수 조립체(70)의 여러 가지 실시 양태를 예시한 것이다. 도 8은 지지 구조물(72), 에너지 흡수장치(74), 및 크래시 캔(76)이 통합된 설계를 예시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 지지 구조물은 후부(90) 및 측부(80)를 포함한다. 리브(82)는 측부(80)로부터 돌출되고 (예를 들어, 측부(80)로부터 외부로 연장되고), 지지 구조물(72)을 크래시 캔(76)에 연결한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 후부(90)는 지지 구조물(72)에 증가된 강성을 제공하기 위해, 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 후부(90)는, 1 층 이상, 구체적으로는 2 층 이상, 더 구체적으로는 3 층 이상, 더욱 더 구체적으로는 4 층 이상, 훨씬 더 구체적으로는 5 층 이상을 포함할 수 있다. 복수의 크러시 로브(78)는 에너지 흡수장치(74)를 형성하고, 지지 구조물(72)의 후부(90)로부터 외부로 돌출된다. 크러시 로브(78)는 측벽(96)에 부착된 전벽(94)을 포함한다. 크러시 로브는 일반적으로 4개의 측벽(96)을 포함한다. 일 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(74)는 지지 구조물(12)의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
크래시 캔(76)은, 크래시 캔(76)을 차량 레일에 부착하는 데 사용될 수 있는 (예를 들어, 볼트용, 너트용 및/또는 나사용) 구멍(88)이 있는 부착부 (attachment portion)(86)를 포함한다. 크래시 캔(76)은, 충격 동안 운전자 및/또는 탑승자의 하지를 보호하도록 설계된 중공부(84)를 포함한다. 일 실시 양태에서, 크래시 캔(76)은 중공부(84)에 위치한 벌집 구조부(92)를 포함한다. 벌집 구조부는, 예를 들어, 툴이 수평 방향으로 이동하는 사출 성형 (완전한 조립체를 성형하기 위한 한 가지 공정)으로 형성될 수 있다. 크래시 캔은, 크래시 캔(76)이 에너지 흡수장치의 전면을 지나서까지 연장되지 않도록, 에너지 흡수장치(74)의 전벽(94)과 정렬될 수 있다. 크래시 캔은 충격 시, 에너지를 변형시키고 흡수해서, 차량 운전자나 탑승자에 도달하는 에너지 양을 감소시키고자 한다. 크래시 캔(76)은 RCAR 충격 요건에 따르면, 시간 당 15 킬로미터 (kph)의 오프셋 각 배리어 충격 (offset angled barrier impact) 동안에 에너지를 흡수한다. 크래시 캔은 테스트 요건을 충족시킬 수 있는데, 즉, 크래시 캔이 지지되는 레일은 영구 손상을 입지 않으며, 주변 컴포넌트에 가해지는 손상은 최소이거나 없으며, 충격 동안 접촉 시 발생하는 힘은 130 킬로뉴튼 (kN) 미만이다. 도 8에 예시된 바와 같은 원뿔형 크래시 캔(76)은, 에너지 흡수 조립체(70)의 이러한 컴포넌트의 손쉬운 툴링 (tooling)을 용이하게 한다. 드래프트가 충분한 (예를 들어, 4° 이상) 수렴 확대 원뿔형 벽은, 전후로의 코어 이동을 용이하게 한다. 툴의 축 이동이 150 mm 내지 200 mm로 변하면서 상당히 높기 때문에, 이는 중요하다. 원뿔형 크래시 캔(76)이 도 8에 예시되어 있지만, 임의의 모양의 크러시 기어 박스(76)가 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 크러시 기어 박스(76)는 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 가질 수 있다.
크러시 로브(78)의 구조는, 도 8에 예시된 것에 한정되지 않는다. 크러시 로브는, 필요한 에너지 흡수 특징을 제공할 어떤 모양이든 가질 수 있다. 이는 원뿔형, 원형, 포물선형, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴형, 타원형 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 비롯하여 어떤 모양이든 될 수 있다. 도 9는, 도 8의 에너지 흡수 조립체를 A-A 선을 따라 취한, 단면 측면도이다.
에너지 흡수 조립체의 제조 방법이 또한 고려된다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 동시에 성형되어, 일체 성형 통합 조립체를 형성할 수 있으며, 상기 일체 성형 통합 조립체란, 에너지 흡수 조립체 컴포넌트들 (즉, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔)이 손상 없이 컴포넌트 중 하나로 서로 분리될 수 없음을 지칭한다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔이 통합 에너지 흡수 조립체로서 형성될 수 있는 임의의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체는 사출 성형, 압출, 열성형, 중공 성형, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 공정으로 성형될 수 있다. 에너지 흡수 조립체(10)를 형성하기 위해 사출 성형이 이용되는 경우, 수직 몰드 이동이 이용되어, 지지 구조물의 상부와 하부에, 그리고 에너지 흡수장치의 상부와 하부에 개방형 공간을 만들 수 있다.
에너지 흡수 조립체는 하기 비-한정적 실시예에 의해 더 예시된다.
도 1은 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 등각 투상도이다.
도 2는 범퍼 비임의 등각 투상도이다.
도 3은 범퍼 비임의 등각 투상도이다.
도 4는 에너지 흡수장치 일부의 등각 투상도이다.
도 5는 에너지 흡수장치 일부의 등각 투상도이다.
도 6은 크러시 기어 박스 (crush box)의 후방 등각 투상도이다.
도 7은 크러시 기어 박스의 전방 등각 투상도이다.
도 8은 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 등각 투상도이다.
도 9는 A-A 선을 따라 취한, 도 8의 에너지 흡수 조립체의 단면도이다.
도 10은 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 가속도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 회전율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 보행자 하지 충격 테스트에 있어서, 시간에 대한 전단율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 중심 펜둘럼 테스트 (center pendulum testing) 시 관찰된 힘을 나타내는 그래프이다.
도 14는 중심 펜둘럼 테스트 시 관찰된, 시간에 대한 비임의 후면 변위 (back of the beam displacement)를 나타내는 그래프이다.
도 15는 차량 손상성 결과를 보여주는, 시간에 대한 흡수된 에너지 양을 나타내는 그래프이다.
도 16은 차량 손상성 결과를 보여주는, 시간에 대한 힘을 나타내는 그래프이다.
상세한 설명
본원의 다양한 실시 양태에서, 예를 들어, 충격 동안에 입게 될 손상 및/또는 상해를 최소화하기 위해, 차량 컴포넌트와 연계해 사용될 수 있는 에너지-흡수 조립체가 개시되어 있다. 에너지 흡수 조립체는 지지 구조물, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브 (crush lobe)), 및 크래시 캔을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 플라스틱 재료를 포함하며, 이들은 모두 단일의, 단독 컴포넌트로 형성된다. 에너지 흡수 조립체는, 금속 범퍼 비임을 생략하고, (예를 들어, 15 km/hr 이상의 충격에 대해) 차량 레일을 보호하도록 배치된 플라스틱 크래시 캔과 플라스틱 크래시 캔 사이에 연장되는 열가소성 지지 구조물과 플라스틱 에너지 흡수장치의 통합 조립체를 포함한다. 플라스틱 에너지 흡수장치는, (예를 들어, 시간 당 40 킬로미터 (km/hr) 이하의 하지 충격 (예컨대 30 km/hr 내지 40 km/hr의 충격)에 대해) 보행자 보호에 일조하도록 배치된 크러시 로브를 포함한다. 지지 구조물, 크래시 캔, 및 크러시 로브는, 예를 들어 수직 이동하는 몰드 (즉, ｙ 방향의 몰드)를 사용해, 원위치에서 형성된다. 일부 실시 양태에서, 상기 조립체는, 에너지 흡수장치를 덮고 지지 구조물을 덮고 및/또는 크래시 캔을 덮는, x와 z 방향으로 연장되는, 최외곽 벽 (예를 들어, 조립체의 양면 상의, ｙ 방향의 최외곽 표면)을 가지지 않는다. 조립체는, 상기 조립체의 단면 또는 양면 상에 x 및 ｙ 방향으로 연장되는 최외곽 벽을, 지지 구조물 위에 (예를 들어, 도 1의 제1 벽(18) 및 제3 벽(22)), 에너지 흡수장치 위에 (예를 들어, 도 1의 전방 벽 (26)), 및/또는 크래시 캔 위에 (예를 들어, 도 6 및 도 7의 전면(50) 및 후면(52)) 가질 수 있다.
다양한 실시 양태에서, 크래시 캔은 조립체의 말단을 형성하며, 크래시 캔과 크래시 캔 사이에 열가소성 지지 구조물이 연장되어 있다. 지지 구조물과 크래시 캔 앞쪽에, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)가 있으며, 상기 에너지 흡수장치는 조립체를 가로질러, 크래시 캔과 지지 구조물을 가로질러 연장되어 있다. 크래시 캔은 차체 (BIW)에, 예를 들어, 돌출 지지체 (projecting support) (예를 들어, 차량 레일)에 부착될 수 있다. 이런 설계, 즉, 금속 범퍼 비임, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔의 개별 요소들을 대체하는 유니타리 흡수 조립체를 수득하기 위해서는, 재설계가 필요하였다. 여러 실시 양태들에서, 개구부들이 ｙ 방향으로 형성된다 (도 1 참고).
통합 조립체는, 각각의 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함하기 때문에, 총 조립체 중량을 상당히 감소시키면서 (예를 들어, 동일한 에너지 흡수력을 충족시키는 금속 크래시 캔 및/또는 금속 범퍼 비임을 포함하는 조립체와 비교해, 1/3 이하로 중량 감소), 동시에, 보행자 충격 동안과, 저속 충돌 동안에, 고성능 (예를 들어, 제어된 크러싱과, 그래서 금속 에너지 흡수장치와 비교해 효율 증가)을 제공한다. 본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체는, 통합 조립체여서, 금속성 범퍼 비임 및/또는 크래시 캔을 대체할 수 있다. 그 결과, 컴포넌트를 조립하는 데 걸리는 시간이 줄어들고, 그래서 조립체의 총 비용이 줄어든다. 에너지 흡수 조립체는 여러 성형 공정 (예를 들어, 사출 성형, 열성형, 압출 등)을 이용해 제작되어, 일체 성형 조립체 (예를 들어, 통합 형성된 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔)를 제공할 수 있다.
본원에서 개시된 에너지 흡수 조립체는 차량의 어느 곳에서나 사용될 수 있으며, 상기 에너지 흡수 조립체는 차량 전면부 (예를 들어, 엔진, 라디에이터 등이 일반적으로 위치하는 차량 부분)에 위치하여, 충격 발생 시, 차체 (BIW)와, 차체 뒤에 위치한 컴포넌트를 손상으로부터 보호하고자 한다. 일반적으로, 에너지 흡수 조립체는 차체 앞쪽에 위치하고 차체에 부착되어, 충격 동안에 구조물을 보호하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체는 차체에 위치한 크로스 부재 (cross member) 및/또는 차량 레일에 부착될 수 있다. 조립체의 에너지-흡수 컴포넌트는 지지 구조물의 앞쪽에 위치하여, 충격 시 보행자에 가해지는 상해를 감소시킬 수 있다. 크래시 캔은, 지지 구조물의 양쪽 말단들 (예를 들어, 좌측 말단 및 우측 말단)에서, 지지 구조물 (상기 지지 구조물은 차량 레일 사이의 거리보다 짧은 길이를 가질 수 있음)을 지지하는 데 일조한다. 크래시 캔은, 충격 후의 손상으로부터 차량 레일을 보호하는 강성을 제공한다. 또한, 크래시 캔은 일반적으로, 충격 동안에, 차량 손상 및 운전자/탑승자 상해를 감소시키는 기능을 한다. 이러한 해결방안은, 선행 설계, 예를 들어, 미국 특허 제7,044,515 호에서 개시된 설계와 동일한 성능을 가지면서도 이보다 20% 이상 더 가벼운 것으로 나타났다.
금속 범퍼 비임 및 크래시 캔은 일반적으로 중량이 무겁고, 제작하는 데 비용이 많이 든다. 또한, 금속 범퍼 비임은 플라스틱 에너지 흡수장치 또는 플라스틱 크래시 캔과 통합형으로 (예를 들어, 원위치에서) 형성될 수 없으며, 그래서, 금속 범퍼 비임 및/또는 금속 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체의 경우 가공 시간을 증가시킨다. 부가적으로는, 금속 범퍼 비임은 에너지 흡수장치 및 크래시 캔과 통합형으로 형성되지 않기 때문에, 금속 범퍼 비임을 이용할 경우 추가의 조립 시간이 필요하며, 이로 인해, 금속 범퍼 비임을 이용하는 에너지 흡수 조립체의 총 비용이 증가한다. 금속 크래시 캔을 이용할 경우에도 동일한 문제가 발생하는데, 즉, 금속 크래시 캔은 금속 범퍼 및/또는 플라스틱 에너지 흡수장치와 통합형으로 형성될 수 없으며, 이로 인해, 에너지 흡수 조립체를 가공하고 조립하는 시간 모두 증가한다. 자동차 제조업체는 자동차의 상기 컴포넌트들에 대한, 더 경량이고, 고 효율적이면서, 비용 효과적인 해결방안을 계속해서 찾고 있다. 조립체의 각 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함하는 일체 성형 조립체를 제공함으로써, 중량, 가공 시간, 및 조립 시간이 크게 줄어들 수 있다. 예를 들어, 조립체의 각 컴포넌트가 열가소성 재료를 포함할 경우, 1/3까지 중량 감소가 관찰될 수 있다. 일체 성형 조립체를 이용할 경우, 조립 시간 역시 감소될 수 있다. 예를 들어, 조립 시간은 적어도 35% 감소될 수 있다.
조립체의 에너지 흡수 컴포넌트 (예를 들어, 크러시 로브)는 보행자에게 충격이 가해지는 동안 에너지를 흡수하고 변형하도록 설계될 수 있으며, 지지 구조물은 에너지 흡수장치를 지지하고, 펜둘럼과 배리어 충격 동안에 에너지를 탄성적으로 변형시키고 흡수하는 강성 부재로서 작용하도록 설계될 수 있으며, 한편, 크래시 캔은 Allianz 충격 및/또는 RCAR에 대해 에너지를 열가소적으로 변형시키고 흡수하도록 설계될 수 있으며, 또한 플라스틱 비임을 지지할 수 있다. 즉, 지지 구조물은 크래시 캔의 강성과 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)의 강성 사이의, 강성을 가진다. Allianz 충격은, 차량 이동 방향에 대해 10°의 각도로 단단한 배리어에 차량 전면부가 부딪히고, 운전자측에 40%가 오버랩될 경우의 테스트를 지칭하며, 한편, RCAR은 시간 당 15 킬로미터 (km/hr)의 충격을 지칭한다. 펜둘럼과 배리어 충격 테스트는, 가변 속도에서 FMVSS 581.1-581.7이다. 펜둘럼 충격 속도는, 차량 이동 방향에 대해 30°의 각도로 차량에 가해진 코너 충격 시, 시간 당 1.5 마일 (mph)이며, 차량 이동 방향과 동일한 방향으로 가해진 모든 다른 펜둘럼 및 배리어 충격 시에는 2.5 mph이다.
본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체는 저속 충돌에 대해 규정된 요건들, 예를 들어, ECE-42 및 RCAR/Allianz/Danner/Thatcham 충격을 충족시키거나 능가할 수 있을 뿐만 아니라, 보행자 충격 규제 요건들, 예를 들어, EEVC, ACEA (II 상), 및 GTR도 충족시키거나 능가할 수 있다. EEVC 워킹 그룹 17 및 ACEA (II 상)는 보행자 충격 요건에 상응하며, 상기 ACEA가 좀더 엄격하다. 이들은 테스트 절차도 개발하였으며, 자동차에 의해 충격을 받았을 경우 보행자 다리 인체 모델에 가해지는 충격 동안에, 보행자가 안전할 정도의 최대 허용가능한 상해를 정량화하였다.
에너지 흡수 조립체의 예시적인 특징에는, 무엇보다도, 고 인성/연성, 열적 안정성, 고 에너지 흡수력, 양호한 신장 계수 비, 및 재생력이 포함되며, "고" 및 "양호한"이란 표현은, 상기 특징이 소정의 컴포넌트/요소에 대한 차량 안전 법규 및 요건을 적어도 충족시킴을 의미하고자 한다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 동일 또는 상이한 가소성 재료 (예를 들어, 열가소성 재료)를 개별적으로 포함할 수 있다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔은, 바람직한 모양으로 형성되고 필요한 특성을 제공할 수 있는, 임의의 열가소성 재료 또는 열가소성 재료들의 조합물을 포함할 수 있다. 재료에 대한 바람직한 계수 값은 0.6 기가파스칼 (GPa), 구체적으로는 0.6 GPa 내지 20 GPa, 더욱 구체적으로는 3 GPa 내지 20 GPa과 동일하거나 그 이상일 수 있다. 효율적인 에너지 흡수를 위해, 재료는 전형적으로 20% 내지 130%, 구체적으로는 30% 내지 120%, 더욱 구체적으로는, 80% 내지 110%의, 높은 파괴 변형율 (strain to failure) 값을 가지는 것이 바람직하다.
예시적인 재료는, 열가소성 재료, 뿐만 아니라, 열가소성 재료와 탄성 재료, 열경화성 재료, 금속, 및/또는 플라스틱-금속 하이브리드 구조물 및/또는 플라스틱-합성 하이브리드 구조물과 같은 합성물의 조합물을 포함한다. 가능한 열가소성 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS); 폴리카르보네이트; 폴리카르보네이트/PBT 블렌드; 폴리카르보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카르보네이트-폴리에스테르; 아크릴-스티렌-아크릴로니트릴 (ASA); 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 개질화된)-스티렌 (AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드 PVC; 고 충격 폴리스티렌 (HIPS); 저/고 밀도 폴리에틸렌 (L/HDPE); 폴리프로필렌 (PP); 발포된 폴리프로필렌 (EPP); 및 열가소성 올레핀 (TPO)을 포함한다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔은 Xenoy® 플라스틱 수지를 포함할 수 있으며, 이는 SABIC Innovative Plastics IP B.V 사에서 입수가능하다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔 또한, 전술한 재료 중 적어도 하나를 포함하는 조합물로 형성될 수 있다.
에너지 흡수 조립체의 총 크기, 예를 들어, 이것의 구체적인 치수는, 차량 내 이것의 위치와 이것의 기능에 따라, 그리고 조립체가 요구되는 특정 차량에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체의 길이 (l), 높이 (h), 및 폭 (w)은, 필요한 사용 위치의 이용가능한 공간 크기와, 필요한 에너지 흡수에 따라 다를 것이다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔의 깊이와 벽 두께는 이용가능한 공간, 필요한 강성, 및 적용되는 재료 (또는 재료들의 조합)에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 에너지 흡수장치의 폭 w는 200 밀리미터 (mm) 이하, 구체적으로는, 50 mm 내지 200 mm, 더욱 구체적으로는 80 mm 내지 90 mm일 수 있다. 지지 구조물의 높이 h는 250 mm 이하, 구체적으로는, 50 mm 내지 150 mm, 더욱 구체적으로는 70 mm 내지 80 mm일 수 있다. 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)는 지지 구조물의 길이를 따라 연장될 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어, 조립체에 걸쳐 에너지 흡수를 제공하기 위해, 크러시 로브는 조합된 지지 구조물과 크래시 캔의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
필요한 방향으로 강성을 증대시키기 위해, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및/또는 크래시 캔의 벽 두께는 모두 동일할 수 있거나, 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔의 벽은 예를 들어, BIW를 마주하는 표면인 후면보다 전면에서 더 두꺼울 수 있으며, 에너지 흡수장치의 벽은 에너지 흡수장치의 중간 부분에서 또는 한 말단 또는 양 말단으로 갈수록 더 두꺼울 수 있고, 지지 구조물의 벽은 크래시 캔이 위치하는 곳인 말단으로 갈수록 더 두꺼울 수 있다.
에너지 흡수 조립체는 성형 (예를 들어, 사출 성형, 사출 압축 성형), 형상화, 압출, 및/또는 임의의 다른 적절한 제작 기술과 같은 여러 가지 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 사출 성형, 열성형, 압출, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 공정으로 형성될 수 있다. 여러 실시 양태에서, 필요한 에너지 흡수를 달성하고, 조립체를 원위치에서 형성할 수 있기 위해, ｙ 방향으로 이동하는 몰드를 이용하는 공정이 기술되어 있으며 (도 1 참조), 상기 조립체는 ｙ 방향으로, 예를 들어 이의 양면 상에, 개구부를 포함하며, 에너지 흡수장치 및 지지 구조물은 x 및 z 방향으로는 밀폐되어 있다 (예를 들어, x 및 z 방향으로 외벽을 가지고 있어서, 개구부 또는 캐비티 (cavity)가 이들 방향으로 형성되어 있지 않으나, 캐비티 및/또는 채널이 형성되도록 개구부를 ｙ 방향으로 가지고 있음) (도 1 내지 8 참고). 크러시 로브는 ｙ 방향으로 (예를 들어, 수직 벽(56)과 리브(54) 사이에서) 개방되어 있을 수 있으며, 선택적으로는 χ 방향으로 개구부 (예를 들어, 도 6의 중공부(58))를 가질 수 있다.
에너지 흡수 조립체는, 지지 구조물보다 크래시 캔에서 더 큰 강성을 가져서, RCAR/Allianz 15 km/hr 차체외 (outboard) 충격의 경우, 상당히 더 높은 양의 에너지를 흡수하고, 에너지 흡수장치 (예를 들어, 크러시 로브)보다 지지 구조물에서 더 큰 강성을 가져서, 하지 충격의 경우, 에너지 흡수장치의 크러싱을 위해, 지지 구조물이 적절한 반응을 제공하기에 충분할 정도의 강성을 가지도록 설계된다. 예를 들어, 지지 구조물 강성이 "SS"인 경우, 크래시 캔은 2 SS 내지 5 SS, 구체적으로는 2.5 SS 내지 4.5 SS의 강성을 가질 수 있다. 크러시 로브는 0.2 SS 내지 0.9 SS, 구체적으로는 0.3 SS 내지 0.7 SS의 강성을 가질 수 있다.
첨부된 도면을 참고로 하여, 본원에서 개시된 컴포넌트, 공정, 및 장치를 더 잘 이해할 수 있다. 이들 도면들은 (본원에서 "도"라고도 지칭됨), 본 개시문헌을 용이하고 편리하게 나타낸 도식적인 표시일 뿐이라서, 장치 또는 이것의 컴포넌트의 상대적인 크기와 치수를 나타내고자 한 것은 아니며, 및/또는 예시적인 실시 양태의 범위를 한정 또는 제한하려는 것이 아니다. 명료한 표현을 위해 구체적인 용어들이 하기 설명에 사용되지만, 이들 용어는 도면 예시를 위해 선택된 실시 양태의 특정 구조들을 지칭하고자 하는 것일 뿐, 개시문헌의 범위를 한정 또는 제한하려는 의도가 아니다. 도면과 하기 상세한 설명에서, 동일한 숫자로 표시한 것은 유사한 기능을 하는 컴포넌트를 지칭하는 것으로 이해하면 될 것이다.
도 1은, 지지 구조물(12), 에너지 흡수장치(14), 및 크래시 캔(들)(16)을 포함하는 에너지 흡수 조립체(10)를 예시한 것이다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 지지 구조물(12)은 제1 벽(18) 및 제2 벽(20), 그리고 선택적으로 제3 벽(22)을 포함한다. 리브(24)는 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 예시된 바와 같이, 리브(24)는 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장되어 있는 삼각형 구조물을 형성할 수 있다. 리브(24)는 지지 구조물의 강성과, 따라서 에너지 흡수력을 증가시켜, 충돌 후에 지지 구조물 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트에 가해지는 손상이 덜 발생하게 된다. 제3 벽(22)이 존재하는 실시 양태에서, 리브(24)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 배치될 수도 있다. 일 실시 양태에서, 도 3에 예시된 바와 같이, 수평층(들)(30)은 지지 구조물의 제1 벽(18)과 제2 벽(20)을 상부(32)와 하부(34)를 가진 구조로 분할하고, 리브(24)는 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에서 상부(32)와 하부(34)에 배치된다. 제3 벽(22)이 존재하는 실시 양태에서, 수평층(30)은 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이의 공간을 도 3에 나타낸 바와 같이 상부(32)와 하부(34)로 분할할 수 있다. 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 리브가 배치된 제3 벽(22)의 존재로, 지지 구조물(12)의 강성은 더 증가하며, 충격 시 비임이 더 많은 에너지를 흡수할 수 있게 되고, 지지 구조물(12) 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트에 가해지는 손상의 양은 더 감소한다.
지지 구조물(12)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 및 선택적인 제3 벽(22) 각각이 ｙ-축 방향으로 개구부(36)를 포함하도록 설계될 수 있다 (즉, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 및 선택적인 제3 벽(22)은 지지 구조물의 상부 및 하부에서 개방되어 있을 수 있음). 리브(24) 또한, 지지 구조물의 상부 및 하부에 개구부(36)를 가지도록 유사하게 설계될 수 있다 (즉, 개구부(36)는 ｙ-축 방향으로 연장됨). 이러한 설계로써, 일반적으로 χ-축 방향으로 1개의 개구부만을 허용하는 수평방향 몰드 이동과는 반대로, 에너지 흡수 조립체(10)의 공정 시, 몰드가 수직방향으로 이동할 수 있게 된다.
지지 구조물(12)은 일반적으로, 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장되는 리브(24)를 한 줄 이상 포함한다. 다른 실시 양태에서, 지지 구조물(12)은 리브(24)를 한 줄보다 더 많이 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물(12)은 2 줄 이상, 구체적으로는 3 줄 이상, 더욱 구체적으로는 4 줄 이상, 특히 더 구체적으로는 5 줄 이상의 리브를 포함할 수 있다. 지지 구조물(12)이 에너지를 흡수하고 상기 지지 구조물(12) 뒤쪽에 위치한 차량 컴포넌트를 손상으로부터 보호할 수 있게 할 정도의 필요한 강성을, 리브(24)가 지지 구조물(12)에 제공한다면, 상기 리브는 어떤 형태든 포함할 수 있다. 리브(24)는 삼각형, 트러스 (truss), 톱니, 사인파 모양 (sinusoidal), 층 모양 (lamellar), abs(sin), 원형 (cycloid), 및 전술한 모양 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 리브(24)는, 지지 구조물(12)을 크래시 캔(16)에 연결하는 것, 및/또는 이 연결을 유지하는 것에 일조할 수 있다. 예시적인 실시 양태에서, 리브(24)는 크래시 캔(16)에 직접 연결될 수 있다. 지지 구조물(12)이 지지 구조물의 어느 한 말단에 측벽 (예를 들어, 제4 벽 및 제5 벽 (표시 안 됨))을 포함하는 다른 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 측벽에 부착될 수 있다.
또한, 요구되는 강성에 따라, 수직 벽 (예를 들어, 제1 벽(18), 제2 벽(20), 제3 벽(22) 등), 및/또는 2개 이상의 수직 벽 사이에 리브가 배치된 지지 구조물(12)에 존재하는 수평 벽(30)의 수는 증가 또는 감소할 수 있는 것으로 고려된다. 수직 벽 및 수평 벽은 충격 시, 필요한 강성을 제공할 수 있다. 일 실시 양태에서, 도 2에 예시된 바와 같이, 수평층(30)은 존재하지 않고, 리브(24) 한 층만이 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 배치되며, 한편, 도 3에, 리브 두 층이 즉, 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 그리고 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 존재하고, 2개의 수평층(30), 즉 제1 벽(18)과 제2 벽(20) 사이에 하나의 수평 벽(30)이 존재하고, 제2 벽(20)과 제3 벽(22) 사이에 또 다른 수평 벽(30)이 존재하는 실시 양태가 예시되어 있다. 다른 실시 양태에서, 수평층 없이, 2 층 이상의 리브가 존재할 수 있다. 이는, 하나 이상의 부가적인 수직 벽 사이에 리브가 있는 이러한 벽이 존재하는 점을 제외하고는, 도 2에 예시된 실시 양태와 유사하다. 이 실시 양태는, 충격 강도가 덜 한 것이 요구되는 적용 (예를 들어, 소형차용)에 유용할 수 있다. 부가적으로, 수평층(30)이 없을 경우, 지지 구조물(12)은 압출되어서, 간편하고 비용 효과적인 지지 구조물(12) 제작 방법을 제공할 수 있다. 지지 구조물(12)은 또한, 선택적으로, 2개의 수직 벽 (예를 들어, 제1 벽(18) 및 제2 벽(20))과, 지지 구조물을, 리브(24)를 포함하는 상부(32)와 리브(24)를 포함하는 하부(34)로 분할하는 수평 벽(30)을 포함할 수 있다.
더 큰 차량보다 패키징 공간 (packaging space)이 일반적으로 덜 큰 소형 승용차에 대해, 한 층 리브 (예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 벽 및 제2 벽 사이에 리브가 배치되어 있음)가 바람직할 수 있다. 패키징 공간이 증가한 더 큰 차량에 대해, 벽들 사이에 리브가 배치된 벽의 수가 많은 것이, 지지 구조물(12)의 요구되는 강성을 수득하는 데 바람직할 수 있다. 수평층(30)의 수 또한, 지지 구조물의 요구되는 강성에 따라 다양할 수 있는데, 강성 증가가 바람직한 경우 수평층(30)의 수는 증가하고, 강성 감소가 바람직한 경우 수평층(30)의 수는 감소하거나 수평층이 존재하지 않는다. 복수의 수평층이 적용될 경우, 수평 이동하는 사이드 코어 (side core)를 이용해, 2개의 수평층 사이에 존재하는 비임의 부분들을 형성할 수 있으며, 한편 수직 이동하는 코어를 이용해 다른 부분들을 형성할 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 살펴보면, 2가지 가능한 설계 배열의 에너지 흡수장치(14)의 일부가 예시되어 있다. 도 4에 예시된 설계에서, 수직 측벽(40)은 에너지 흡수장치를 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)에 연결한다. 도 4에서, 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)은 에너지 흡수장치(14)의 길이 전반에 걸쳐 모양 및/또는 두께가 다양하지 않으며, 이는 에너지 흡수장치(14)가 압출될 수 있으며, 그럼으로써 제조업자의 툴링 비용 (tooling cost)을 감소시킴을 의미한다. 도 5는, 측벽(40)이 물결 모양부(corrugation)(44)를 포함하는 점을 제외하고는, 유사한 실시 양태를 예시하고 있다. 물결 모양부(44)는 최소 두께에서 에너지 흡수장치(14)에 고 강성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사출 압축 성형이 적용될 경우, 1.2 mm만큼 낮은 두께 값이 사용될 수 있으며, 사출 성형이 적용될 경우, 1.6 mm만큼 낮은 두께 값이 사용될 수 있다. 일 실시 양태에서, 최소 두께는 예를 들어, Xenoy® 플라스틱 수지 벽의 경우 2.2 mm일 수 있다. 도 5의 에너지 흡수장치(14)는, 도 1에서 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)과 크래시 캔(16)에 부착된 상태로도 예시된다.
에너지 흡수장치(14)는, 전면 벽과 측벽(40) 사이에 위치한 공간에 에너지 흡수장치(14)가 개구부(36)를 포함하도록 배열될 수 있다 (즉, 에너지 흡수장치(14)는 y-축에서 상부와 하부가 밀폐되어 있지 않음). 지지 구조물(12)과 유사하게, 이러한 설계로써, 수직 몰드 이동이 가능하다. 일 실시 양태에서, 도 1에 예시된 바와 같이, 에너지 흡수장치(14)는 에너지 흡수 조립체의 길이를 따라 x-축 방향으로 연장될 수 있다. 에너지 흡수장치(14)는 지지 구조물(12)을 가로질러 제1 크래시 캔(16)에서 제2 크래시 캔(16)으로 (예를 들어, 한 크래시 캔의 외부 말단에서 다른 크래시 캔의 반대 말단으로) 연장된다. 이 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)는 크래시 캔(16)의 전면(50)에, 그리고 지지 구조물의 제1 벽(18)에 부착된다. 다른 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)는 지지 구조물(12)의 길이를 따라 연장될 수 있고, 크래시 캔(16)의 길이를 따라 연장되지 않는다.
수직, 물결 모양, 이차 곡선, 사다리꼴, 육각형, 오각형, 팔각형, 반원형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 임의의 구조를 포함하는 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)의 설계에 임의의 구조가 사용될 수 있되, 개구부(36)가 존재한다. 수직 몰드 이동을 허용하는 임의의 구조가 도 4와 도 5에 예시된 측벽(40)으로서 사용가능하다.
도 6 및 도 7은, 에너지 흡수 조립체(10)의 크래시 캔(16) 컴포넌트의 일 실시 양태를 예시한 것이다. 도 6은, 차량 컴포넌트 (예시 안됨)에 부착되는 크래시 캔(16)의 일부를 도시한 것이다. 구체적으로는, 후면(52)은 차량 레일에 부착된다. 볼트 너트, 나사, 접착제, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합이 포함되나, 이에 제한되지 않는, 어떤 형태의 부착 메카니즘이든 이용될 수 있다. 도 6은 또한, 후면(52) 뒤쪽에 위치하고 리브(54)와 수직 벽(56)으로 둘러싸인 중공부(58)를 예시하고 있다. 크래시 캔(16)은, 전면(50)에서 후면(52)까지 연장된 측면(60)을 또한 포함한다. 하나 이상의 측면(60)은 지지 구조물(12)의 제4 벽, 제5 벽, 및/또는 리브(24)에 부착된다. 리브(54) 및 수직 벽(56)은 크래시 캔(16)에 강성을 제공하여, 충격 시, 상기 크래시 캔이 에너지를 흡수하는 데 일조한다. 크래시 캔(16)의 중공부(58)는, 저속 (예를 들어, 15 km/hr) 충돌 동안 받는 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수하도록 설계된다.
중공부(58)는, 전면(50) 근처에 더 작은 단면적을, 그리고 후면(52) 근처에 더 큰 단면적을 상기 중공부가 포함하도록, 원뿔형 구조를 포함할 수 있다. 크래시 캔(16)의 중공부(58)는 충격 시 필요한 강성을 제공할 어떤 형태든 포함할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔(16)의 중공부(58)는 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 포물선형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 크래시 캔(16)은 충격 시, 필요한 강성을 제공할 어떤 모양이든 포함할 수 있다. 예를 들어, 크래시 캔은 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 및 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 포함할 수 있다. 일 실시 양태에서, 크래시 캔(16)의 전면(50)은 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)에 부착될 수 있다. 다른 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(14)의 측벽(40)은 크래시 캔(16)까지 연장되지 않는다. 다른 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 중공부(58)를 포함하지 않으며, 대신, 전면(50), 후면(52) 및 측면(60) 사이 영역에 리브(54) 및 수직 벽(56)을 포함한다.
일 실시 양태에서, 크래시 캔(16)은 지지 구조물의 제1 벽(18)을 지나 외부로 연장되지 않도록 설계될 수 있다. 크래시 캔(16)은, 크래시 캔(16)의 전면(50)이 지지 구조물(12)의 제1 벽과 정렬되도록 설계될 수 있다. 이러한 설계로, 에너지 흡수 조립체(10)의 에너지 흡수장치(14)가 에너지 흡수 조립체(10)의 전장에 걸쳐 연장되는 것이 용이하다.
도 8 및 9는 에너지 흡수 조립체(70)의 여러 가지 실시 양태를 예시한 것이다. 도 8은 지지 구조물(72), 에너지 흡수장치(74), 및 크래시 캔(76)이 통합된 설계를 예시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 지지 구조물은 후부(90) 및 측부(80)를 포함한다. 리브(82)는 측부(80)로부터 돌출되고 (예를 들어, 측부(80)로부터 외부로 연장되고), 지지 구조물(72)을 크래시 캔(76)에 연결한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 후부(90)는 지지 구조물(72)에 증가된 강성을 제공하기 위해, 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 후부(90)는, 1 층 이상, 구체적으로는 2 층 이상, 더 구체적으로는 3 층 이상, 더욱 더 구체적으로는 4 층 이상, 훨씬 더 구체적으로는 5 층 이상을 포함할 수 있다. 복수의 크러시 로브(78)는 에너지 흡수장치(74)를 형성하고, 지지 구조물(72)의 후부(90)로부터 외부로 돌출된다. 크러시 로브(78)는 측벽(96)에 부착된 전벽(94)을 포함한다. 크러시 로브는 일반적으로 4개의 측벽(96)을 포함한다. 일 실시 양태에서, 에너지 흡수장치(74)는 지지 구조물(12)의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
크래시 캔(76)은, 크래시 캔(76)을 차량 레일에 부착하는 데 사용될 수 있는 (예를 들어, 볼트용, 너트용 및/또는 나사용) 구멍(88)이 있는 부착부 (attachment portion)(86)를 포함한다. 크래시 캔(76)은, 충격 동안 운전자 및/또는 탑승자의 하지를 보호하도록 설계된 중공부(84)를 포함한다. 일 실시 양태에서, 크래시 캔(76)은 중공부(84)에 위치한 벌집 구조부(92)를 포함한다. 벌집 구조부는, 예를 들어, 툴이 수평 방향으로 이동하는 사출 성형 (완전한 조립체를 성형하기 위한 한 가지 공정)으로 형성될 수 있다. 크래시 캔은, 크래시 캔(76)이 에너지 흡수장치의 전면을 지나서까지 연장되지 않도록, 에너지 흡수장치(74)의 전벽(94)과 정렬될 수 있다. 크래시 캔은 충격 시, 에너지를 변형시키고 흡수해서, 차량 운전자나 탑승자에 도달하는 에너지 양을 감소시키고자 한다. 크래시 캔(76)은 RCAR 충격 요건에 따르면, 시간 당 15 킬로미터 (kph)의 오프셋 각 배리어 충격 (offset angled barrier impact) 동안에 에너지를 흡수한다. 크래시 캔은 테스트 요건을 충족시킬 수 있는데, 즉, 크래시 캔이 지지되는 레일은 영구 손상을 입지 않으며, 주변 컴포넌트에 가해지는 손상은 최소이거나 없으며, 충격 동안 접촉 시 발생하는 힘은 130 킬로뉴튼 (kN) 미만이다. 도 8에 예시된 바와 같은 원뿔형 크래시 캔(76)은, 에너지 흡수 조립체(70)의 이러한 컴포넌트의 손쉬운 툴링 (tooling)을 용이하게 한다. 드래프트가 충분한 (예를 들어, 4° 이상) 수렴 확대 원뿔형 벽은, 전후로의 코어 이동을 용이하게 한다. 툴의 축 이동이 150 mm 내지 200 mm로 변하면서 상당히 높기 때문에, 이는 중요하다. 원뿔형 크래시 캔(76)이 도 8에 예시되어 있지만, 임의의 모양의 크러시 기어 박스(76)가 이용될 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 크러시 기어 박스(76)는 원뿔형, 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 사다리꼴형, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 모양을 가질 수 있다.
크러시 로브(78)의 구조는, 도 8에 예시된 것에 한정되지 않는다. 크러시 로브는, 필요한 에너지 흡수 특징을 제공할 어떤 모양이든 가질 수 있다. 이는 원뿔형, 원형, 포물선형, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴형, 타원형 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 비롯하여 어떤 모양이든 될 수 있다. 도 9는, 도 8의 에너지 흡수 조립체를 A-A 선을 따라 취한, 단면 측면도이다.
에너지 흡수 조립체의 제조 방법이 또한 고려된다. 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔은 동시에 성형되어, 일체 성형 통합 조립체를 형성할 수 있으며, 상기 일체 성형 통합 조립체란, 에너지 흡수 조립체 컴포넌트들 (즉, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔)이 손상 없이 컴포넌트 중 하나로 서로 분리될 수 없음을 지칭한다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔이 통합 에너지 흡수 조립체로서 형성될 수 있는 임의의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수 조립체는 사출 성형, 압출, 열성형, 중공 성형, 및 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 공정으로 성형될 수 있다. 에너지 흡수 조립체(10)를 형성하기 위해 사출 성형이 이용되는 경우, 수직 몰드 이동이 이용되어, 지지 구조물의 상부와 하부에, 그리고 에너지 흡수장치의 상부와 하부에 개방형 공간을 만들 수 있다.
에너지 흡수 조립체는 하기 비-한정적 실시예에 의해 더 예시된다.
하기 실시 양태는 모두 시뮬레이션이다.
3가지 주요 충격인 하지 보행자 충격, ECE-42 프로토콜에 따른 중심 펜둘럼 충격 (center pendulum impact), 및 10° RCAR 충격에 대한 에너지 흡수 조립체를 확인하기 위해, 시뮬레이션 테스트를 수행하였다. 연구를 위해, 만곡형 폴리프로필렌 (PP) 페이셔, 그릴 (grille), 헤드램프용 폴리카르보네이트 (PC) 유리 스킨, 외부 보넷으로서 평방 인치 당 25 파운드 (psi) 스틸, 및 하지 보호체로서 2 mm 두께의 스틸 스포일러 (steel spoiler)를 갖춘 일반 차량을 선택하였다. 사용된 에너지 흡수장치 재료는 Xenoy® 플라스틱 수지 (PC/PBT 블렌드)였으며, 평균 두께는 2.2 mm로 유지하였다. 조립체의 전장은 1,200 mm에서, 폭은 100 mm에서, 그리고 높이는 100 mm에서 유지하였다. 전술한 요건에 의해 명시된 바와 같은 속도의 상기 차량에, 보행자 다리모형과 펜둘럼이 충돌하게 하였다. 에너지 흡수 시스템의 중량은 대략 2.1 킬로그램 (kg)이었으며, 이 중량은, 조립체의 중량이 대략 3.2 kg인 금속 지지 구조물 및/또는 금속 크래시 캔을 포함하는 설계보다 경량이다. 중량 감소는 35%가 넘는 것으로 관찰된다. 일체 성형 조립체가 가지는 부가적인 이점은, 에너지 흡수장치를 지지 구조물에 부착하는 것과 연관된 비용과, 지지 구조물을 크래시 캔에 부착하는 것과 관련된 비용이 본 설계로써 완전히 생략되기 때문에, 조립 비용이 적어도 50% 감소한다는 점이다.
도 10은, 에너지 흡수 조립체가 하지 보행자 충격을 받은 경우, 도 1의 설계 성능의 측면도를 나타낸 것이다. 3 밀리미터 (mm) 두께의 폴리프로필렌 페이셔, 유리 충전된 하부 (lower) 스포일러, 및 후드를 모방하기 위해 상부 상에 강성 부재를 갖춘 차량 플랫폼을, 일체 성형 에너지 흡수 조립체와 함께 사용해, 하지 보행자 충격 테스트를 수행한다. 결과는, 충격을 주지 않았을 때 (0 밀리세컨드 (ms)), 8 ms 후에, 그리고 16 ms 후에 측정한다. 다리 모형으로, 40 km/hr 속도로 차량 조립체에 충격을 주고, 무릎 위치에서의 가속도, 회전율, 및 전단율을 측정하여 손상을 정량화하였다. 측정 값들은 요건 (ACEA - II 상)에 의해 미리 정해진 값들 내에 존재하는 것으로 관찰되었다.
또 다른 보행자 하지 충격 테스트에서, 지지 구조물은 하지 보행자 충격을 받은 경우, 무시할 만한 정도로 변형되었다. 비임의 변위는 10 mm 미만인 것으로 관찰되었으며, 완전히 탄성 레짐 (elastic regime) 내의 변위이며; 즉, 어떤 영구 손상도 겪지 않았다. 에너지 흡수장치의 벽은 중간지점 근처에서 휘어지고, 에너지를 흡수한다. 부가적으로는, 에너지 흡수장치의 전벽 또한 이들의 굽힘 작용으로 인해 에너지를 일부 흡수하는 것으로 관찰되며, 이는 고 효율의 에너지 흡수 조립체를 가지는 데 기여한다. 에너지 흡수장치는 완전히 크러시되어 충분한 양의 에너지를 흡수하는데; 즉, 에너지 흡수장치는 총 충격 에너지의 약 50%인, 대략 400 줄(J)의 에너지를 흡수한다. 남은 에너지는 보통 다른 차량 컴포넌트에 의해 흡수된다. 에너지 흡수장치의 전면부가 완전히 크러싱된 후에, 힘 레벨은 15 킬로뉴튼 (kN)에서 꾸준히 유지된다. 에너지 흡수 조립체의 성능은 대략 126 G 가속도 (상기 G 가속도는 지구 표면에서의 중력으로 인한 것임), 10°미만의 회전율, 및 2.4 mm 미만의 전단율, 50 mm 미만의 패키징 공간이며, 이 모두는 150 G 미만의 가속도, 15° 미만의 회전율, 및 6 mm 미만의 전단율이라는 II 상 규제 요건들을 약 20% 충족시킨다. 즉, 에너지 흡수 조립체는 II 상 규제 요건보다 약 20%의 안전성 마진을 가진다.
도 10, 11, 및 12는 전술한 에너지 흡수 조립체의 가속도, 회전율, 및 전단율 테스트 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 이들 그래프는, 충격 시, 다리모형의 무릎 지점에서의 가속도, 회전율, 및 전단율의 크기를 나타낸 것이다. 요건에 따라 최대 허용가능한 값은 각각 150 G, 15°, 및 6 mm이다. 금속성 비임이 저속 충격의 경우 매우 강성이기 때문에, 이들 값들은 금속성 지지 구조물을 사용해서는 달성하기 매우 어려운 값들이다. 그 결과, 본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체의 효율은 매우 높으며, 이는 도 13 및 도 14에서 관찰될 수 있다. 효율은, 침입 (intrusion)에 대한 힘의 수득된 곡선 하 면적과, 침입 및 최대 힘 레벨로서 길이와 폭을 가진 직사각형 면적의 비이다. 따라서, 에너지 흡수장치 조립체를 효율적으로 제조하려면, 상기 면적은 가능한 한 커야 하고, 도 13 및 도 14에서 도시된 바와 같이, 제1 피크 후의 침입에 대한 힘의 곡선의 딥 (dip)은 최소가 되어야 할 것이다. 완전한 에너지 흡수 조립체는 ECE-42 규제 요건과 RCAR 충격에 따른 중심 펜둘럼 충격 테스트도 잘 충족시킨다.
도 15는 RCAR 충격에 대한 에너지 흡수 조립체의 결과를 보여주는 것이다. 도 15 및 도 16에서 예시된 바와 같이, 크래시 캔은 축방향으로 크러시되고, 충격 동안 받는 에너지 중 10 킬로줄 (kJ) 이하를 흡수한다. 힘 레벨은 이 테스트 동안 약 120 kN에서 유지된다. 이는, 충격 동안 받는 반응 힘이다. 충격 동안 발생한 힘은, 크래시 캔이 장착되는 레일에 영구 손상을 야기할 정도로 높아서는 안된다. 상기 레일은 충격 동안 플라스틱 변형을 겪지 않는 것으로 관찰된다. 그러나, 관련된 에너지 레벨이 더 낮다면, 크래시 캔은 덜 강성이도록 설계될 수 있다.
본원에서 기술된 에너지 흡수 조립체는 일체의 통합된 조립체를 포함하는데, 이는, 개별 컴포넌트, 예를 들어, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔이 다른 컴포넌트 중 하나에 손상을 야기하지 않으면서 서로 분리될 수 없음을 의미한다. 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔 각각은 열가소성 재료를 포함하여, 에너지 흡수 조립체의 총 중량을 감소시킨다. 통합 설계는 또한, 가공 및 조립 시간을 감소시키며, 따라서, 에너지 흡수 조립체의 비용을 줄이며, 동시에 동등 또는 그 이상의 에너지 흡수 특성을 제공한다.
일 실시 양태에서, 에너지 흡수 조립체는, 제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽 및 외벽을 가진 지지 구조물; 상기 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치; 제1 크래시 캔; 및 제2 크래시 캔을 포함할 수 있으며, 복수 개의 크러셔블 부재를 포함하는 상기 에너지 흡수장치는, 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수하도록 되어 있으며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 제1 말단 및 제2 말단으로부터 연장된다. 에너지 흡수 조립체는 원위치에서 형성되는 단일 요소이다.
일 실시 양태에서, 차량은 본체 및 레일 및 에너지 흡수 조립체를 포함한다. 에너지 흡수 조립체는, 제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽 및 외벽을 가진 지지 구조물; 상기 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치; 제1 크래시 캔; 및 제2 크래시 캔을 포함하며, 복수 개의 크러셔블 부재를 포함하는 상기 에너지 흡수장치는, 충격 시, 크러시되어 에너지를 흡수하도록 되어 있으며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 제1 말단 및 제2 말단으로부터 연장되며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은, 범퍼 비임 없이, 레일에 부착된다. 에너지 흡수 조립체는 원위치에서 형성되는 단일 요소이다.
일 실시 양태에서, 에너지 흡수 조립체의 제조 방법은, 용융된 열가소성 재료를 몰드에 투입하여, 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 제1 크래시 캔, 및 제2 크래시 캔을 포함하는 에너지 흡수 조립체를 원위치에서 형성하는 단계; 및 상기 몰드를 ｙ 방향으로 이동시켜, 상기 에너지 흡수 조립체를 몰드로부터 제거하는 단계를 포함하며, 상기 지지 구조물은 말단들을 가진 제1 벽 및 외벽을 가지며, 상기 제1 및 제2 크래시 캔은 상기 지지 구조물의 말단으로부터 연장되며, 상기 에너지 흡수장치는 상기 지지 구조물의 제1 벽을 가로질러 연장된다.
여러 실시 양태에서, (i) 지지 구조물은 ｙ 방향으로 개구부를 포함할 수 있으며, 및/또는 에너지 흡수장치는 ｙ 방향으로 개구부를 포함하며, 및/또는 크래시 캔은 ｙ 방향으로 개구부를 포함하고; 및/또는 (ii) 에너지 흡수장치는 제1 크래시 캔, 지지 구조물, 및 제2 크래시 캔을 가로질러 χ 방향으로 연장될 수 있으며 (예를 들어, 에너지 흡수장치 조립체의 전면부를 가로질러 종방향으로 연장될 수 있음); 및/또는 (iii) 지지 구조물, 에너지 흡수장치, 및 크래시 캔 각각은 열가소성 재료를 포함할 수 있으며; 및/또는 (iv) 제1 및 제2 크래시 캔은 후면을 포함하며, 캐비티가 상기 후면으로부터 개방되어 있고, 상기 캐비티는 전면 방향으로 수렴되며; 및/또는 (v) 지지 구조물은 "SS"의 구조물 강성을 가지며, 제1 및 제2 크래시 캔의 강성은 상기 구조물 강성보다 더 크고, 에너지 흡수장치의 강성은 구조물 강성보다 더 작으며; 및/또는 (vi) 제1 및 제2 크래시 캔의 강성은 2 SS 내지 5 SS이고, 에너지 흡수장치의 강성은 0.2 SS 내지 0.9 SS이며; 및/또는 (vii) 지지 구조물은, 금속 범퍼 비임이 없어도, 충격 시, 에너지 흡수장치가 크러시되어 에너지를 흡수할 수 있도록 충분한 강성을 가지며; 및/또는 (viii) 제1 및 제2 크래시 캔은 차량 레일에 직접 부착되도록 되어 있는 부착부를 포함하며 (예를 들어, 범퍼 비임 또는 다른 주 컴포넌트 (예를 들어, 자가 지지 컴포넌트)는 존재하지 않으며; 개스킷 (gasket), 실란트 (sealant) 등과 같은 단지 부 (minor) 요소들 등 (예를 들어, 비-자가 지지 요소들)은 레일과 크래시 캔 사이에 위치함); 및/또는 (ix) 지지 구조물의 외벽은 고체 벽이며; 및/또는 (x) 에너지 흡수장치는 지지 구조물 외벽 반대편에 위치한 외벽인 고체 벽을 가지며; (xi) 제1 및 제2 크래시 캔의 전면은 고체 벽이며; 및/또는 (xii) 제1 및 제2 크래시 캔은 에너지 흡수장치의 전벽을 지나서까지 연장되지 않으며; 및/또는 (xiii) 에너지 흡수 조립체는, 에너지 흡수 조립체의 양면 상에 ｙ 방향으로, 개방형 캐비티를 가지며; 및/또는 (xiv) 에너지 흡수장치와 지지 구조물은 x 및 ｙ 방향으로 연장되는 고체 외벽을 가진다.
본원에서 개시된 모든 범위는 종점을 포함하는 것이며, 상기 종점은 서로 독립적으로 조합가능하다 (예를 들어, "25 중량% 이하"의 범위, 또는 더 구체적으로는, 5 중량% 내지 20 중량%는 종점과, 5 중량% 내지 25 중량%의 범위 내의 모든 중간 값들 등을 포함하는 것임). "조합물"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 산물 등을 포함한다. 아울러, 본원에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요도를 나타내는 것이 아니며, 그보다는 하나의 요소와 또 다른 요소를 구별하는 데 사용된다. 본원에서 "단수형" 용어는 양을 한정하는 것이 아니며, 본원에서 다르게 표현되거나 문맥상 명확하게 부정되지 않는 한, 단수형과 복수형 모두를 포함하고자 하는 것이다. 본원에서 사용되는 접미사 "(들)"은, 이 접미사를 포함하는 용어의 단수형과 복수형 모두를 포함하여, 그 용어의 하나 이상을 포함하고자 하는 것이다 (예를 들어, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함함). 명세서 전반에 걸쳐, "한 실시 양태", "또 다른 실시 양태", "일 실시 양태" 등은, 실시 양태와 관련되어 기술된 특정 요소 (예를 들어, 특성, 구조, 및/또는 특징)가 본원에서 기술된 하나 이상의 실시 양태에 포함되는 것이며, 다른 실시 양태에 존재할 수 있거나 또는 존재할 수 없음을 의미한다. 또한, 기술된 요소들이 다양한 실시 양태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구체적인 실시 양태가 기술되어 있지만, 당해 분야의 당업자나 출원인은, 현재 예상하지 않거나 예상할 수 없는 대체방안, 변형, 변화, 개선, 및 실질적인 대응안을 찾게 될 수 있다. 따라서, 출원 시의, 그리고 이후 보정이 가능한, 첨부된 청구항은 이러한 대체방안, 변형, 변화, 개선 및 실질적인 대응안 모두를 포함하고자 한다.
Claims (18)
- 에너지 흡수 조립체(10)로서,
제1 말단에서 제2 말단까지 χ 방향으로 연장되는 제1 벽(18) 및 외벽(20, 22)을 가진 지지 구조물(12);
상기 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)을 가로질러 연장되는 에너지 흡수장치(14);
제1 크래시 캔 (crash can, 16); 및
제2 크래시 캔(16)
을 포함하고,
복수 개의 크러셔블 부재 (crushable member)를 포함하는 상기 에너지 흡수장치(14)는, 충격 시, 크러시 (crush)되어 에너지를 흡수하고;
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)은 상기 지지 구조물의 제1 말단 및 제2 말단으로부터 연장되며;
상기 에너지 흡수 조립체(10)는 원위치에서 (in situ) 형성되는 단일 요소 (single element)이고,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)이 캐비티 (cavity)를 가진 후면(52)을 포함하며, 상기 캐비티는 상기 후면(52)으로부터 개방되어 있으며,
상기 캐비티는 전면(50) 방향으로 수렴 (convergence)되는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 지지 구조물(12)이 ｙ 방향으로 개구부를 포함하며, 및/또는
상기 에너지 흡수장치(14)가 ｙ 방향으로 개구부(36)를 포함하며, 및/또는
상기 크래시 캔(16)이 ｙ 방향으로 개구부(36)를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 에너지 흡수장치(14)가 상기 제1 크래시 캔(16), 상기 지지 구조물(12), 및 상기 제2 크래시 캔(16)을 가로질러 χ 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 지지 구조물(12), 상기 에너지 흡수장치(14), 및 상기 크래시 캔(16)이 각각 열가소성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 지지 구조물(12)이 구조물 강성 (structure stiffness, SS)을 가지며,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)의 강성은 상기 구조물 강성 (SS)보다 더 크며,
상기 에너지 흡수장치(14)의 강성은 상기 구조물 강성 (SS)보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)의 강성이 2 SS 내지 5 SS이고,
상기 에너지 흡수장치(14)의 강성은 0.2 SS 내지 0.9 SS인 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 지지 구조물(12)은, 충격 시 상기 에너지 흡수장치(14)가 금속 범퍼 비임 (metal bumper beam) 없이 크러시되고 에너지를 흡수하도록 하기에, 충분한 강성을 가지고,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)이, 차량 레일에 직접 부착되도록 되어 있는 부착부 (attachment section)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 에너지 흡수장치(14)는 상기 지지 구조물 외벽(20, 22)의 반대편에 위치하는 고체 외벽(26)을 가지는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)의 전면(50)이 고체 벽인 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 제1 항에 있어서,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)이 상기 에너지 흡수 장치(14)의 전면 벽(26)을 지나서까지 연장되지는 않는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체(10). - 프레임 및 레일을 가지는 본체; 및
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 에너지 흡수 조립체(10)
를 포함하는, 차량. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 에너지 흡수 조립체(10)를 제조하는 방법으로서,
용융된 열가소성 재료를 몰드에 투입하여, 지지 구조물(12), 에너지 흡수장치(14), 제1 크래시 캔(16), 및 제2 크래시 캔(16)을 포함하는 에너지 흡수 조립체(10)를 원위치에서 형성하는 단계; 및
상기 몰드를 ｙ 방향으로 이동시켜, 상기 에너지 흡수 조립체(10)를 몰드로부터 제거하는 단계
를 포함하고,
상기 지지 구조물(12)은 말단들을 가진 제1 벽(18) 및 외벽(20, 22)을 가지며,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)은 상기 지지 구조물(12)의 말단으로부터 연장되며,
상기 에너지 흡수 장치(14)는 상기 지지 구조물(12)의 제1 벽(18)을 가로질러 연장되고,
상기 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)이 캐비티를 가진 후면(52)을 포함하며, 상기 캐비티는 상기 후면(52)으로부터 개방되어 있으며,
상기 캐비티는 전면(50) 방향으로 수렴되는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체의 제조 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 에너지 흡수 조립체(10)가, 에너지 흡수 조립체(10)의 양면 상에 ｙ 방향으로, 개방형 캐비티를 가지는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체의 제조 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 에너지 흡수장치(14) 제1 크래시 캔 및 제2 크래시 캔(16)을 가로질러 더 연장되는 것을 특징으로 하는, 에너지 흡수 조립체의 제조 방법. - 삭제
- 삭제
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