KR101829678B1 - 에너지 흡수 시스템 - Google Patents

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미하엘 구크켄베르거
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랄프 콜른스베르그
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프랭크 헤쎄
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파우레시아 엑스테리오스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량의 범퍼(1)와 가로 빔(2) 사이에 설치하기 위한 에너지 흡수 시스템에 관한 것이다. 보행자 보호 및 저속 충돌 모두에 대한 요건들을 만족시키기 위해, 에너지 흡수 시스템은 상기 범퍼(1)를 향하고 연질 성분으로서 작용하는 전방 연질 부분(3)과 상기 가로 빔(2)을 향하고 경질 성분으로서 작용하는 후방 경질 부분(4)으로 구성된다. 연질 부분(3) 및 경질 부분(4) 모두는 차량의 전폭에 걸쳐서 연장하며, 상기 두 개의 부분(3,4)들은 상호 결합된다.

Description

에너지 흡수 시스템 {ENERGY ABSORPTION SYSTEM}
본 발명은 차량의 범퍼와 가로 빔(transverse beam) 사이에 설치하기 위한 에너지 흡수 시스템에 관한 것이다.
보행자 충돌에 대한 요건을 준수하거나 저속 범위 내에서 차량 파손[진자 충돌(pendulum impact) 또는 저속 파손성]의 최소화를 준수하는, 충돌 또는 충격 에너지를 감소시키기 위한 상이한 개념들이 공지되어 있다.
자동차 충돌용 에너지 흡수 장치는 DE 195 02 307 A1호 공보로부터 공지되어 있다. 상기 공보에서, 에너지 흡수 변형 요소가 범퍼와 세로 빔 사이에 설치된다. 이러한 변형 요소는 챔버 벽들에 의해 구획되고 자동차의 충돌 중에 변형가능한 변형 챔버를 포함한다. 변형 챔버는 에너지 흡수체로서 알루미늄 폼(foam)의 충전을포함한다. 여기서, 알루미늄 폼은 경화 상태의 충전재로서 포함된다.
또한, 폼으로 완전히 충전된 프로파일된 중공형 구조체를 가지는 자동차용 시이트 금속 지지 부품용 보디 라이닝 부분이 공지되어 있다(DE 196 44 075 A1). 이러한 목적을 위해, 발포성(foamable) 매체가 중공형 구조체 내측으로 도입되며 에너지 공급을 통해, 특히 고주파 에너지 또는 초고주파 에너지를 통해 폼화된다(foamed). 이러한 폼화 공정은 보행자 보호(pedestrian protection) 또는 탑승자 보호를 위한 최적 상태가 존재하도록 충돌 상황에 따른 라이닝 부분의 제작 중에 수행된다.
시이트 금속으로 형성된 세로 빔, 가로 빔 또는 충격 흡수체로서 프로파일된 부품들이 에너지 흡수 폼, 특히 PU 폼으로 폼화된 유사한 장치가 DE 195 40 787 A1 공보로부터 공지되어 있다.
DE 199 24 617 A1 공보로부터, 상이한 충돌 조건들 또는 충돌 시나리오들에 적합할 수 있는 자동차의 에너지 흡수 시스템이 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 보행자 보호 및 또한 저속 충돌에 대한 요건들을 충돌 중에 즉시 만족하는 에너지 흡수 시스템 또는 충격 흡수체를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 흡수 시스템이 액세서리 성분으로서 차량에 부착되며 그 강도가 적합한 형상을 통해 가변적으로 조정될 수 있으며 충돌 상황에 따라 힘의 편향을 통해 강도가 자체적으로 조정되는, 자동차 보디 상의 에너지 흡수 시스템을 제안하고자 하는 것이다.
본 발명은 보행자 보호 및 저속 충돌(진자 충돌 ECE 및 USA)에 대한 법정 요건에 따른 제어-독립 에너지 흡수 시스템(충격 흡수체)을 개시한다.
에너지 흡수 시스템이 범퍼를 향하고 연질 성분으로서 작용하는 전방 연질 부분, 및 가로 빔을 향하고 경질 성분으로서 작용하는 후방 경질 부분으로 구성되며, 연질 부분 및 경질 부분이 각각 차량의 전폭에 걸쳐 연장하며 상기 두 부분이 모두 서로 맞물린다는 사실로 인해, 충돌의 경우에 보행자 보호 및 또한 저속 충돌에 대한 법정 요건들을 준수하는, 즉 진자 충돌 시험 ECE 및 USA를 준수하는 에너지 흡수 시스템 또는 충격 흡수체가 형성된다. 여기서, 연질 부분은 보행자 보호에 대한 책임이 있으며 경질 부분은 저속 충돌에 대한 책임이 있다. 상호 맞물림으로 인해, 두 구조적 부분들의 상호작용이 제공됨으로써, 이들 부분들이 서로 보완된다.
에너지 흡수 시스템은 두 부분의 구조물이며 후방 구조 부분, 즉 고 에너지 흡수를 위한 경질 성분으로서의 경질 부분, 및 전방 구조 부분, 즉 보행자 충돌의 경우에 에너지 흡수를 위한 연질 성분으로서의 연질 부분으로 구성된다. 에너지 흡수 요소는 제어-및 센서-독립적인 기능을 한다. 그러므로, 에너지 흡수 요소는 공정, 제작, 또는 비용의 측면에서 도전에 직면하지 않는다.
연질 부분은 폼, 바람직하게 EPP 폼으로 바람직하게 구성되며 경질 부분은 열가소성 재료로 구성된다. 에너지 흡수 시스템은 폼으로 인해 연질 부분에서 복원가능하다. 가변성 강도는 두 개의 구조 부분들의 형상을 통해 조정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 경질 부분은 지지 부분으로 구성되며, 여기서 연질 부분을 향하는 경질 부분의 측면에서 서로로부터 거리(b) 만큼 멀리 이격되고 지지 부분으로부터 돌출하는 다수의 개별 세그먼트가 배열되며, 각각의 세그먼트는 에너지 흡수 시스템의 전체 높이에 걸쳐서 수직으로 연장한다. 세그먼트들은 경질 성분으로서의 역할을 하며 가해진 힘을 전환시키거나 가해진 힘을 지지 부분의 대면적에 걸쳐서 분포시켜야 한다.
바람직한 실시예에서, 세그먼트들은 횡단면이 삼각형이며, 가로 림(transverse limb)이 지지 부분 상에 배열되고/되거나 부분 구역이 그와 동일하며, 이러한 가로대로부터 두 개의 분배 림들이 연질 부분 쪽으로 연장한다. 따라서, 삼각형 횡단면을 갖는 세그먼트들이 가로 림 및 분배 림에 의해 형성된다. 용어 "분배 림(distribution limb)"은 분배 림들이 가해진 힘들을 분배함을 표현하는 것이다. 용어 "가로 림(transverse limb)"은 림들이 가로 빔에 평행하게 연장함을 표현하는 것이다.
유리하게, 모두 세개의 림들은 동일한 길이를 가지며 횡단면에서 내부가 빈 정삼각형을 형성한다. 이를 통해, 레그 임팩터(leg impactor)가 두 개의 인접 세그먼트들의 분배 림과 접촉할 때까지 분배 림 상에서 미끄러져 내릴 수 있다. 레그 임팩터는 그 후 에너지 흡수 시스템 내측으로 전체 길이에 걸쳐 관통된다.
보강을 위해, 보강 리브들이 세그먼트들 내측에 배열될 수 있다.
바람직하게, 분배 림들은 가로 림에 대해 60도의 각도로 배열된다. 이러한 각도는 양호한 에너지 흡수뿐만 아니라 양호한 미끄러짐을 보장한다.
일 실시예에서, 이들 세그먼트의 깊이는 40 내지 70 ㎜, 바람직하게 50 내지 60 ㎜ 범위이고, 특히 바람직하게 57 ㎜이다. 이러한 깊이는 미끄럼 영역의 길이를 결정하며, 세그먼트의 수평 거리(b)와 함께 레그 임팩터를 수용하기 위한 공간, 또는 별도로 보행자 보호의 경우에 레그 임팩터의 관통 깊이를 구획한다.
바람직하게, 세그먼트들은 30 내지 35 ㎜의 거리(b)로 지지 부분 상에 배열된다. 이는 관통 레그 임팩터에 충분한 공간을 제공한다.
바람직하게, 연질 부분은 범퍼를 향하는 기저 판으로 구성되며, 상기 기저 판으로부터 시작되는 충격 흡수 요소(11)가 경질 부분 쪽으로 연장한다. 이들 충격 흡수 요소는 세그먼트들 사이의 공간 내에 결합된다.
보다 양호한 안정성을 위해, 기저 판 및 충격 흡수 요소들은 일체로 형성되며 하나의 작업 단계로 형성된다.
바람직하게, 충격 흡수 요소들은 세그먼트들 사이의 전체 공간들이 충격 흡수에 이용될 수 있도록 두 개의 세그먼트들 사이의 공간을 채운다.
바람직하게, 횡단면에서 보아 연질 부분 및 경질 부분은 하나의 평탄 측면을 갖는 구조 부분들이며, 여기서 연질 부분의 표면은 범퍼를 향하며 경질 부분의 표면은 가로 빔을 향한다. 따라서, 에너지 흡수 시스템은 차량의 범퍼와 가로 빔 사이의 개조없이 배열될 수 있다.
이들 두 표면들 사이의 공간 및 그에 따른 에너지 흡수 시스템의 수평 깊이는 바람직하게 70 내지 90 ㎜ 범위이며, 바람직한 실시예에서 80 ㎜이다.
에너지 흡수 시스템은 폼으로 인해 연질 부분에서도 가역적(reversible)이다. 가변적 강도는 서로에 대한 두 구조 부분들의 형상을 통해 주어진다. 이러한 두 부분 에너지 흡수 시스템의 체적은 종래의 시스템에 대해 변화되지 않는다. 즉, 추가의 설치 공간이 필요하지 않다.
에너지 흡수 시스템은 보행자 충돌 및 또한 진자 충돌 시험과 관련한 법정 ECE 및 USA 요건들을 동등하게 충족시키며 충돌 상황의 차별화를 위한 추가의 센서들 필요로 하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 기능은 구조 부분들의 형상들을 통해 배타적으로 달성된다. 보행자 보호를 위한 필수 관통 깊이는 전방 구조 부분, 즉 연질 부분을 통해 달성된다.
진자 충돌의 경우에 요구되는 에너지 흡수 또는 강도는 두 개의 구조 부분들, 즉 연질 부분 및 경질 부분의 상호 작용을 통해 보장된다.
두 부분의 에너지 흡수 시스템은 간소한 설치 공정[예를 들어, 힌징(hinging), 클리핑-온(clipping-on), 접착]에 의해 차량에 부속품으로서 설치될 수 있다. 두 개의 구조 부분들은 가해진 힘이 편향되는 방식으로 형상적으로 상호작용하도록 설계된다. 두 개의 구조 부분들의 연결은 접착 테이프에 의한 클리핑-온 또는 부착에 의해 포지티브 록킹(positive-locking) 방식으로 수행될 수 있다.
에너지 흡수를 위한 요건들을 만족시키는 충돌 영역들의 배열은 레그 임팩터에 따라 설계된다. 시험 영역의 각 지점에서, 레그 임팩터는 보행자 보호의 요건을 만족시키도록 연질 성분(연질 부분) 내측으로 전체 깊이를 관통할 수 있다. 진자 충돌의 경우에, 에너지 흡수체의 포함 영역은 충분히 크다. 여기서, 그 과업은 주로, 폼 요소와 상호작용하여 경질 성분으로 형성되는 경질 부분에 의해 수행된다. 경질 부분의 강도는 차량 중량에 의존하며 사출 성형 공정에서 미네랄과 유리 섬유를 첨가하고/하거나 리브에 의해 강화시킴으로써 충돌 요건들에 대한 FEM 계산을 통해 조절될 수 있다.
낮은 차량 중량을 갖는 차량의 경우에, 상부 부분, 즉 연질 부분은 생략될 수 있다.
이들 기능들을 충족시키기 위해, 상기 시스템은 어떠한 센서와 제어 전자 장치를 필요로 하지 않는다.
에너지 흡수는 차량과 무관하며 어떠한 차량에도 실시될 수 있다.
필요한 설치 공간은 바람직하게, X-방향으로 80 ㎜ 내지 100 ㎜ 범위가 되도록 특정된다. 이는 현재의 상황에 따른다.
적합하게 설계된 각도를 갖는 경질 성분의 세그먼트들의 배열로 인해, 레그 임팩터가 이러한 관점에 따라 충분한 깊이로 임의의 지점에서 관통될 수 있게 보장한다. 레그가 경질 성분을 침해할 때, 결과적인 힘들이 분배된다. 레그는 충분한 관통 깊이가 이용될 수 있도록 항상 편향된다. 진자와 같은 커다란 장애와의 충돌 경우에, 에너지는 복수의 세그먼트들에 걸쳐서 분배된다. 여기서, 폼은 변형 방지의 역할을 하며 에너지 흡수를 증가시킨다.
본 발명은 도면들에 의해 이후에 더 상세히 설명된다. 도면들에서,
도 1은 레그 임팩터와의 충돌 이전에 가로 빔 앞에 있는 본 발명에 따른 에너지 흡수 시스템의 횡단면도이며,
도 2는 진자와의 충돌 이전에 가로 빔 앞에 있는 본 발명에 따른 에너지 흡수 시스템의 횡단면도이며,
도 3은 가로 빔 상의 에너지 흡수 시스템을 도시하는 도면이며,
도 4는 도 3의 시스템의 분해도이며,
도 5는 가로 빔과 범퍼 사이의 에너지 흡수 시스템을 통한 단면도이며,
도 6은 도 5의 A-A 선을 따른 단면도이며,
도 7은 레그 임팩터의 관통 깊이가 개략적으로 도시된, 가로 빔과 범퍼 사이의 에너지 흡수 시스템을 통한 단면도이며,
도 8은 진자 충돌을 위한 시험 영역이 도시된, 충돌 이전의 자동차 크로스 빔 앞에 있는 에너지 흡수 시스템의 단면도이다.
도 1은 레그 임팩터(12)와의 충돌 이전에 자동차의 가로 빔(2) 앞에 있는 본 발명에 따른 에너지 흡수 시스템의 단면도를 도시한다. 에너지 흡수 시스템은 차량의 가로 빔(2)과 범퍼(1) 사이에 배열되며 범퍼(1)를 향하는 전방 연질 부분(3)과 가로 빔을 향하는 후방 경질 부분(4)으로 구성된다. 범퍼(1)와 이웃한 연질 부분(3)은 연질 성분을 형성하도록 구성되며, 가로 빔(2)과 이웃한 경질 부분(4)은 경질 성분으로서 구성된다. 연질 부분(3)은 EPP 폼으로 구성되며 경질 부분(4)은 열가소성 재료로 구성된다. 양 구조 부분(3,4)들은 상호 결합된다. 참조 부호 12는 레그 임팩터(12)를 지시한다.
도 2는 진자(13)와의 충돌 이전에 자동차의 가로 빔(2) 앞에 있는 도 1에 따른 에너지 흡수 시스템의 단면도를 도시한다. 에너지 흡수 시스템은 차량의 가로 빔(2)과 범퍼(1) 사이에 배열되며 범퍼(1)를 향하는 전방 연질 부분(3)과 가로 빔을 향하는 후방 경질 부분(4)으로 구성된다.
도 3은 차량의 가로 빔(2)과 범퍼(1) 사이의 에너지 흡수 시스템을 도시하는 도면이며, 도 4는 도 3에 따른 에너지 흡수 시스템의 분해도이다. 연질 부분(3)이 경질 부분(4)과 상호 결합되어 있는 것이 명확히 도시되어 있다.
도 5는 가로 빔(2)과 범퍼(1) 사이의 에너지 흡수 시스템을 통한 단면도를 도시한다. 경질 성분으로서 작용하는 경질 부분(4)은 지지 부분(5)으로 구성되며, 연질 부분(3)을 향하는 경질 부분 상에는 지지 부분(5)으로부터 돌출하는 다수의 개별 세그먼트(6)가 배열된다. 이들 세그먼트(6)는 횡단면이 삼각형이며, 여기서 가로 림(7)이 지지 부분(5) 상에 배열되거나, 본 실시예에서 지지 부분과 동일하다. 가로 림(7)으로부터 시작하는 두 개의 분배 림(8,9)들이 연질 부분(3) 쪽으로 연장한다. 모두 세 개의 림(7,8,9)들은 동일한 길이를 가지며 횡단면에서 정삼각형을 형성한다. 세그먼트(6)들은 내부가 중공형이다. 내측에, 세그먼트(6)는 또한, 보강 리브들을 포함한다. 두 개의 분배 림(8,9)은 가로 림(7)에 대해 60도의 각도로 배열된다. 본 실시예에서, 이들 세그먼트(6)의 깊이는 57 ㎜이다. 세그먼트(6)는 서로로부터 30 ㎜ 내지 35 ㎜의 거리(b)로 지지 부분(5) 상에 배열된다.
전방 구조 부부, 즉 연질 부분(3)은 연질 성분으로서 구성되며 후방 부분, 즉 경질 부분(4)과 상호 결합된다. 연질 부분(3)은 기저 판(10)으로 구성된다. 이러한 기저 판(10)으로부터 시작되는 충격 흡수 요소(11)들은 경질 부분(4) 쪽으로 연장한다. 기저 판(10) 및 충격 흡수 요소(11)들은 하나의 작업 단계로 일체로 형성되며 폼화된다. 충돌-흡수 요소(11)는 두 개의 세그먼트(6)들 사이의 공간을 완전히 채운다. 횡단면에서 보아, 연질 부분(3)과 경질 부분(4)은 평탄 구조 부분(3,4)을 형성하며 연질 부분(3)의 표면은 범퍼(1) 쪽으로 향하며 경질 부분(4)의 표면은 가로 빔(2) 쪽으로 향한다. 이들 두 개의 표면들 사이의 공간은 어느 곳에서나 동일하며 80 ㎜이다.
에너지 흡수 시스템 상에 레그 임팩터(12)의 충돌 중에, 레그 임팩터(12)가 충돌-흡수 요소(11)를 함께 가압하는 기능이 필수적이다. 레그 임팩터(12)가 두 개의 림(8,9)에 영향을 끼칠 때, 레그 임팩터는 지지 부분(5) 쪽으로 편향됨으로써 또한 완충된다. 도면들에 그려진 치수들은 에너지 흡수 시스템의 바람직한 실시예들을 나타낸다.
도 6은 도 5의 A-A 선에 따른 단면도를 도시한다. 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 7은 레그 임팩터(12)의 관통 깊이가 개략적으로 도시된, 가로 빔(2)과 범퍼(1) 사이의 도 5에 따른 에너지 흡수 시스템을 통한 단면도를 도시한다. 레그 임팩터(12)는 분배 림(8,9) 상에서 미끄러져 내리며 단부 위치에서 양 분배 림(8,9)과 접촉한다. 도면은 관통된 레그 임팩터(12)를 단지 개략적으로 도시한다. 레그 임팩터(12)가 충격 흡수 요소(11)와 함께 가압된 것은 도시되지 않았다.
도 8은 진자 충돌을 위한 시험 영역을 갖는, 자동차의 가로 빔 앞에 있는 충돌 이전의 에너지 흡수 시스템의 단면도를 도시한다.

Claims (14)

  1. 자동차의 범퍼(1)와 가로(transverse) 빔(2) 사이에 설치하기 위한 에너지 흡수 시스템(energy absorption system)에 있어서,
    상기 에너지 흡수 시스템은, 상기 범퍼(1)를 바라보고 연질(soft) 성분으로서 작용하는 전방 연질 부분(3)과 상기 가로 빔(2)을 바라보고 경질(hard) 성분으로서 작용하는 후방 경질 부분(4)으로 구성되며, 상기 연질 부분(3) 및 경질 부분(4)은 각각 상기 자동차의 전폭에 걸쳐서 연장하며, 상기 연질 부분(3) 및 경질 부분(4)은 상호 결합되며,
    상기 경질 부분(4)은 지지 부분(5)으로 구성되며, 상기 연질 부분(3)을 바라보는 경질 부분의 측면에, 거리(b)만큼 서로로부터 이격되고 상기 지지 부분(5)으로부터 돌출하는 복수의(multiplicity) 개별(individual) 세그먼트(segment)(6)들이 배열되며, 각각의 세그먼트(6)는 상기 에너지 흡수 시스템의 전체 높이에 걸쳐서 수직으로 연장하며,
    상기 세그먼트(6)들은 횡단면(cross-section)이 삼각형이며, 제 1 가로 림(limb)(7)이 지지 부분(5) 상에 배열되거나, 또는 부분 영역에서 지지 부분(5)과 동일하거나, 또는 지지 부분(5) 상에 배열되고 부분 영역에서 지지 부분(5)과 동일하며, 제 1 가로 림(7)으로부터 시작하는 두 개의 분배 림(8,9)들이 상기 연질 부분(3)을 향해 연장하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연질 부분(3)은 폼(foam)으로 구성되며, 상기 경질 부분(4)은 열 가소성(thermoplastic) 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    세 개의 림(7,8,9) 모두는 동일한 길이를 가지며 횡단면에서 정삼각형을 형성하고 내부가 중공형인 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 세그먼트(6) 내측에는 보강 리브(rib)들이 배열되는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 분배 림(8,9)들이 상기 제 1 가로 림(7)에 대해 60도의 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 세그먼트(6)들의 깊이(a)는 40 내지 70 ㎜ 범위인 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 세그먼트(6)들은 서로로부터 30 내지 35 ㎜의 거리(b)를 두고 지지 부분(5) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 연질 부분(3)은 상기 범퍼를 바라보는 기저 판(base plate)(10)으로 구성되며, 상기 기저 판(10)으로부터 시작하는 충격 흡수(impact-absorbing) 요소(11)들은 상기 경질 부분(4)을 향해 연장하고 상기 세그먼트(6)들 사이의 공간 내에 결합하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기저 판(10) 및 충격 흡수 요소(11)들은 하나의 작업 단계로 폼화되며(foamed) 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 충격 흡수 요소(11)들은 두 개의 세그먼트(6)들 사이의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    횡단면에서 보아, 상기 연질 부분(3) 및 상기 경질 부분(4)은 하나의 측면이 평탄한(flat) 구조 부분들이며, 상기 연질 부분(3)의 표면은 상기 범퍼(1)를 바라보며 상기 경질 부분(4)의 표면은 상기 가로 빔(2)을 바라보는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 두 표면들 사이의 간격은 어느 곳에서나 동일하며 70 내지 90 ㎜ 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는,
    에너지 흡수 시스템.
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