KR101927051B1 - 시험 지그 및 그 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법 - Google Patents

시험 지그 및 그 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그는 어퍼 트림 및 로어 트림을 포함하는 센터 필러를 고정시키는 시험 지그에 있어서, 베이스, 베이스 상에 어퍼 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 어퍼 트림을 파지하여 센터 필러를 일방향으로 인장 거동시키는 인장유닛 및 베이스 상에 로어 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 로어 트림을 파지하여 센터 필러를 회전 거동시키는 회전유닛을 포함한다.

Description

시험 지그 및 그 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법{A Testing Jig and Crash Test For Center Pillar That Use Said Testing Jig}
본 발명은 시험 지그에 관한 것으로, 완성차의 충돌 시험과 유사한 센터 필러의 충돌 시험을 구현할 수 있는 시험 지그 및 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 개발에 있어서, 측면 충돌에 대한 구조 부재의 성능을 평가하는 것은 필수적이다. 통상, 완성차를 제작하여, 완성차를 이용한 측면 충돌 시험에 의해 구조 부재의 성능을 평가한다. 하지만, 완성차를 제작하는데 소요되는 비용은 고가이며, 많은 시간이 소요되므로 완성차의 성능 평가의 기회는 한정된다. 또한, 측면 충돌 시험에서 구조 부재의 성능에 문제가 발생한 경우, 설계 변경한 완성차를 재제작하여야 하는 등 시험에 대한 비용 및 시간에 대한 소모값이 크므로 자동차 개발이 늦어질 수 밖에 없다. 특히, 근래에는 자동차 개발의 기간이 짧기 때문에 완성차를 대상으로 실시되는 측면 충돌 시험은 매우 비효율적이다.
또한, 자동차 제조사 이외에 부품 제조사 등이 독자적으로 측면 충돌 시험을 행하는 것 또한, 곤란하다. 완성차의 조달 및 구축 등에 제약이 있기 때문이다.
따라서, 측면 충돌에 대한 구조 부재의 성능을 평가하는 방법으로, 실험차가 아닌 단일 구조 부재를 이용하여 충돌 시험을 진행하는 것이 필요하다.
한편, 자동차의 측면 차체는 각종 구조 부재를 포함한다. 도 1을 참조하면, 자동차의 측면 구조 부재는 센터 필러(1), 사이드실(2) 및 루프 레일(3)로 구성된다. 여기서 센터 필러(1)는 기둥을 말하는 것으로, 도어부와 천장의 중간에 있어 차에 강도를 더해 준다.
여기서, 자동차의 측면 충돌에 있어서, 센터 필러(1)의 변형은 탑승자의 상해치를 크게 좌우한다. 따라서 탑승자의 안전은 자동차의 측면 구조 부재 중 센터 필러(1)만에 대한 충돌 시험과 관련이 높으므로, 센터 필러(1)에 대한 충돌 시험을 구현할 수 있는 장치가 요구된다.
한국공개특허공보 KR 2011-0011437A(2011.02.09. 공개)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자동차의 측면 구조 부재의 일부인 센터 필러에 대하여 충돌 시험을 진행할 수 있는 시험 지그 및 그 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그는 어퍼 트림 및 로어 트림을 포함하는 센터 필러를 고정시키는 시험 지그에 있어서, 베이스, 베이스 상에 어퍼 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 어퍼 트림을 파지하여 센터 필러를 일방향으로 인장 거동시키는 인장유닛 및 베이스 상에 로어 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 로어 트림을 파지하여 센터 필러를 회전 거동시키는 회전유닛을 포함한다.
인장유닛은 센터 필러의 인장방향으로 배치되는 직선이동부, 어퍼 트림을 파지하고 직선이동부에 연결되어 직선이동부를 따라 구동되어 센터 필러를 인장시키는 파지수단을 포함할 수 있다.
회전유닛은 로어 트림을 파지하고, 로어 트림을 회전시키는 파지수단, 파지수단에 연결되는 회전축 및 회전축을 회전시키는 구동모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험은 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항의 인장유닛으로 어퍼 트림을 고정하고, 회전유닛으로 로어 트림을 고정하는 단계, 센터 필러에 충격을 가하는 단계 및 센터 필러의 변형 거동을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 간편하면서도 저비용으로 센터 필러에 대한 충돌 시험을 시행할 수 있다.
또한, 완성차에 대한 충돌시험에서 변형되는 센터 필러의 시험값과 동일한 결과값을 도출할 수 있는 센터 필러 충돌 시험을 구현할 수 있다.
또한, 센터 필러의 안전성을 측정하기 위해 하나의 지그로 센터 필러에 대한낙하 충돌 시험, 대차 충돌 시험 및 펜듀럼 시험을 실시할 수 있다.
도 1은 자동차의 차체를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그에 대한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 시험 지그에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법에 대한 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법에 대한 측단면도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그에 대한 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 시험 지그에 대한 분해 사시도이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 시험 지그(100)는 센터 필러(1)의 일단을 인장거동 시킬 수 있는 인장유닛(120)과 센터 필러(1)의 타단을 회전시킬 수 있는 회전유닛(130)을 통해 완성차 충돌 시험에서의 센터 필러(1) 변형과 동일한 결과를 도출하는 센터 필러(1) 충돌 시험을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그(100)는 베이스(110), 인장유닛(120) 및 회전유닛(130)을 포함한다.
베이스(110)는 바닥면에 배치되어, 상부에 배치되는 인장유닛(120) 및 회전유닛(130)을 지지한다. 베이스(110)는 금속일 수 있으며, 일 예로 탄소강을 포함할 수 있다. 단, 베이스(110)는 이에 한정되지 않고, 최소한 센터 필러(1)의 충돌 시험을 구현할 수 있을 정도의 강성을 가진 모든 재질을 포함한다.
또한 베이스(110)는 센터 필러(1)를 지지할 수 있도록 회전유닛(130)의 하부에 배치되어 회전유닛(130)을 지지하는 지지베이스(111)를 더 포함할 수 있다.
인장유닛(120)은 베이스(110) 상에 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)에 대응되는 영역에 배치되어, 어퍼 트림(1a)을 파지하여 센터 필러(1)를 인장시킨다. 완성차에 대한 충돌 시험의 경우 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)부분과 어퍼 트림(1a)에 연결된 부품들은 길이 방향으로 연장되므로, 인장유닛(120)은 완성차에 대한 충돌 시험과 동일한 거동을 모사하게 한다.
인장유닛(120)은 베이스(110) 상에 센터 필러(1)의 인장 방향으로 배치된 직선이동부(121)와 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)을 파지하여 직선이동부(121)를 따라 이동되는 인장 파지수단(122)을 포함한다.
직선이동부(121)는 베이스(110) 상에 센터 필러(1)의 인장 방향으로 배치되어 인장 파지수단(122)의 직선이동을 가이드하며, 일 예로 인장 파지수단(122)의 이동을 가이드하는 가이드 레일을 포함할 수 있다.
직선이동부(121)는 충돌시험 전 센터 필러(1)의 일단을 기준으로 인장방향으로 소정의 길이만큼 연장된다. 이 때, 센터 필러(1)의 인장되는 길이는 통상 충돌시험 전 센터 필러(1) 길이의 30%내외이기 때문에, 직선이동부(121) 길이는 센터 필러(1) 길이의 30% 이하의 범위 내에서 결정된다.
일 예로, 센터 필러(1)의 길이가 약 1.5m라면 직선이동부(121)의 길이는 0.45m 이하의 범위 내에서 결정된다.
직선이동부(121)는 필요한 최소한의 길이 내에서 결정되기 때문에, 시험지그(1)의 인장유닛(120)은 최소한의 크기로 소형화 될 수 있음과 동시에 경량화될 수 있다.
단, 직선이동부(121)는 이에 한정되지 않고, 인장 파지수단(122)을 직선 이동시킬 수 있는 액츄에이터 또는 LM가이드 등의 모든 수단을 포함한다.
인장 파지수단(122)은 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)을 파지한 상태로 직선이동부(121)에 연결되고, 직선이동부(121)를 따라 이동될 수 있다. 인장 파지수단(122)은 일 예로 가이드 레일에 연결되어 직선이동하는 슬라이더(1221a)가 하부에 배치되고 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)이 안착될 수 있는 내부공간을 갖는 이동블럭(1221)과, 이동블럭(1221)과 결합하여 어퍼 트림(1a)을 고정시키는 고정블럭(1222)을 포함할 수 있다. 이 경우, 이동블럭(1221)과 고정블럭(1222)의 동일한 위치에 형성되는 체결공을 포함하는데, 이러한 체결공에 삽입 체결될 다양한 체결 수단(예: 볼트 및 너트)에 의해 견고하게 고정될 수 있다.
단, 인장 파지수단(122)은 이에 한정되지 않고, 어퍼 트림(1a)을 파지하여 직선이동부(121)를 따라 거동되어 센터 필러(1)의 인장을 구현할 수 있는 모든 수단을 포함한다.
회전유닛(130)은 베이스(110) 상에 센터 필러(1)의 로어 트림(1b)에 대응되는 영역에 배치되어, 로어 트림(1b)을 파지하여 센터 필러(1)를 회전 거동시킨다. 완성차에 대한 충돌 시험의 경우 센터 필러(1)의 로어 트림(1b)부분과 로어 트림(1b)에 연결된 부품들은 회전 거동되므로, 인장유닛(120)은 완성차에 대한 충돌 시험과 동일한 회전 거동을 모사하게 한다.
회전유닛(130)은 베이스(110) 상에 배치된 지지블록(131), 지지블록(131)에 고정되는 회전되는 회전축(133) 및 회전축(133)에 연결되어 어퍼 트림(1a)을 파지한 상태로 회전되는 회전 파지수단(134)을 포함할 수 있다.
지지블록(131)은 회전축(133) 및 회전 파지수단(134)을 지지한다. 회전축(133)은 회전 파지수단(134)에 결합되어 센터 필러(1)에 충격이 가해질 때, 외력에 의해 회전 파지수단(134)을 회전시킨다.
회전 파지수단(134)은 회전축(133)에 연결되어, 센터 필러(1)의 로어 트림(1b)을 파지한 상태로 회전된다. 회전 파지수단(134)은 일 예로, 회전축(133)에 연결되어 자전하는 엑츄에이터 및 엑츄에이터에 연결되는 회전 플레이트일 수 있다.
회전 파지수단(134)은 엑츄에이터를 통해 회전 플레이트를 전후 이동시켜 로어 트림(1b)을 파지할 수 있다. 회전 플레이트는 회전축(133)으로부터 회전력을 전달받아 회전됨으로써 센터 필러(1)를 회전거동시킨다.
회전 파지수단(134)은 다른 예로, 전술한 인장 파지수단(122)과 같이 로어 트림(1b)이 안착되는 이동블럭과 이동블럭을 덮어 고정시키는 고정블럭을 통해 로어 트림(1b)을 파지할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법에 대한 측단면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시험 지그를 이용한 센터 필러의 충돌 시험 방법에 대한 측단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 시험 지그(100)를 이용한 충돌 시험 방법에 관한 설명 가운데 본 발명의 실시예에 따른 시험 지그(100)에 대한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시험 지그(100)를 이용한 충돌 시험은 센터 필러(1)로부터 이격된 추(10)를 낙하시켜 센터 필러(1)에 충돌시키는 낙하 충돌 시험을 포함한다.
낙하 충돌 시험은 추(10)의 중력을 통해 센터 필러(1)를 타격하여 센터 필러(1)의 안정성을 측정하는 시험으로, 고정 단계는 센터 필러(1)를 시험 지그(100)에 고정하여 센터 필러(1)를 바닥에 눕혀있게 한다. 상세하게는 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)이 인장유닛(120)을 인장 파지수단(122)에 고정하고, 센터 필러(1)의 로어 트림(1b)을 회전유닛(130)의 회전 파지수단(134)에 고정하여 센터 필러(1)를 바닥에 평행하게 위치시킨다.
타격 단계는 실제 차량 사고시 충돌되는 센터 필러(1)의 위치에 대응되는 영역에 추(10)를 낙하시켜, 센터 필러(1)를 타격한다. 추(10)는 완성차 실험에서의 측면 충돌에 상당하는 충격을 센터 필러(1)에 부여할 수 있도록 무게가 결정된다.
측정 단계는 카메라를 통해 센터 필러(1)의 변형 거동을 관측하고, 가속도 센서 및 변위 센서를 통해 시간과 함께 센터 필러(1) 변형 거등의 가속도 및 변위를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 낙하 충돌 시험을 통해, 간편하고 저렴한 비용으로 완성차에서 센터 필러(1)의 충격흡수 성능과 동일한 결과의 센터 필러(1)의 충격흡수 성능을 측정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시험 지그(100)를 이용한 충돌 시험은 수평 방향(A)으로 이동되는 타격자(20)로 센터 필러(1)에 충격을 가하는 대차 충돌 시험과 원주 방향(B)으로 이동되는 타격자(20)로 센터 필러(1)에 충격을 가하는 펜듀럼 충돌 시험을 포함한다.
대차 충돌 시험과 펜듀럼 충돌 시험에서 상기에 서술된 낙하 충돌 시험과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
대차 충돌 시험 및 펜듀럼 충돌 시험은 지면과 수평한 방향 또는 원주 방향으로 이동되는 타격자(20)로 센터 필러(1)를 타격하여 진행되는 충돌 시험으로 고정 단계, 타격 단계 및 측정 단계를 포함한다.
고정 단계는 터 필러를 시험 지그(100)에 고정하여 센터 필러(1)를 기립시킨다. 상세하게는 센터 필러(1)의 어퍼 트림(1a)이 인장유닛(120)을 인장 파지수단(122)에 고정하고, 센터 필러(1)의 로어 트림(1b)을 회전유닛(130)의 회전 파지수단(134)에 고정하여 센터 필러(1)를 바닥에 수직하게 위치시킨다.
타격 단계는 대차 충돌 시험실제 차량 사고시 충돌되는 센터 필러(1)의 위치에 대응되는 영역에 지면과 수평한 방향 또는 원주 방향으로 이동되는 타격자(20)로 센터 필러(1)를 타격한다. 이때, 타격자(20)는 완성차 실험에서의 측면 충돌에 상당하는 충격 하중을 센터 필러(1)에 가하도록 설정된다.
측정 단계는 카메라를 통해 센터 필러(1)의 변형 거동을 관측하고, 가속도 센서 및 변위 센서를 통해 시간과 함께 센터 필러(1) 변형 거등의 가속도 및 변위를 측정한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 지그, 110: 베이스,
120: 인장유닛, 121: 직선이동부,
122: 인장 파지수단, 130: 회전유닛,
131: 지지블록, 133: 회전축,
134: 회전 파지수단

Claims (4)

  1. 어퍼 트림 및 로어 트림을 포함하는 센터 필러를 고정시키는 시험 지그에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스 상에 상기 어퍼 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 어퍼 트림을 파지하여 센터 필러를 일방향으로 인장 거동시키는 인장유닛; 및
    상기 베이스 상에 상기 로어 트림에 대응되는 영역에 배치되고, 로어 트림을 파지하여 센터 필러를 회전 거동시키는 회전유닛을 포함하며,
    상기 인장유닛은,
    상기 센터 필러의 인장방향으로 배치되는 것으로 가이드 레일을 포함하는 직선이동부, 및 상기 어퍼 트림을 파지하고 상기 직선이동부에 연결되어 직선이동부를 따라 구동됨에 따라 센터 필러를 인장시키는 인장 파지수단을 포함하며,
    상기 인장 파지수단은,
    상기 가이드레일에 연결되어 직선이동하는 슬라이더가 하부에 배치되고 센터 필러의 어퍼 트림이 안착될 수 있는 내부공간을 갖는 이동블럭과, 상기 이동블럭과 결합하여 어퍼 트림을 고정시키는 고정블럭을 포함하며,
    상기 회전유닛은,
    상기 로어 트림을 파지하는 회전 파지수단, 및 상기 회전 파지수단에 각각 연결되어 상기 베이스 상의 지지블록에 회전되는 회전축들을 포함하며,
    상기 회전 파지수단은,
    상기 회전축들로부터 회전력을 전달받아 회전하는 회전 플레이트들과, 상기 회전 플레이트들을 이동시켜 로어 트림을 파지하는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시험 지그.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 기재된 시험 지그로 센터 필러를 고정하는 단계;
    상기 센터 필러에 충격을 가하는 단계; 및
    상기 센터 필러의 변형 거동을 측정하는 단계를 포함하는 충돌 시험 방법.
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