KR101947044B1 - 향상된 충돌 보호를 위한 차량의 전면 바디 구조 - Google Patents
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Abstract
향상된 충돌 보호를 위한 차량의 전면 바디 구조는, 상기 차량의 바디를 따라 횡으로(transversely) 연장되는 전면 범퍼 빔; 상기 차량의 바디를 따라 종으로(longitudinally) 연장되는 한 쌍의 종 사이드 멤버들; 상기 전면 범퍼 빔에 부착되고 상기 전면 범퍼 빔의 단부 부분을 실질적으로 둘러싸는 전면 범퍼 팁 인클로져(front bumper tip enclosure); 및 상기 종 사이드 멤버들에 대하여 각도로 연장되는 사이드 멤버 앵글 타이(angle tie)을 포함하고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 전면 단부는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져에 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 후면 단부는 상기 종 사이드 멤버들 중 하나에 부착된다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 충격 무게를 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 부착되는 상기 종 사이드 멤버들 중 하나로 각도 경로를 따라 전사(transfer)하여 상기 차량의 바디 상에 충격 무게의 방향을 종 방향으로 변경시킨다.
Description
본 발명은 일반적으로 차량 안전에 관한 것이고, 보다 상세하게는 향상된 충돌 보호를 위한 차량 전면 바디 구조에 관한 것이다.
차량의 전면 바디 구조는 전면 충돌 시에 탑승자를 보호하기 위하여 중요하다. 차량 전면 바디의 무결성은 충돌 테스트를 이용하여 평가될 수 있고, 이는 종종 다양한 모드들의 교통수단에 대한 안전 설계를 보증하기 위하여 수행되는 파괴 테스트의 형태를 수반한다. 차량의 내충돌성에 대한 서로 다른 양상들을 평가하기 위하여 - 국립 고속도로 교통 안전 행정처(NHTSA)를 포함하는 기관들에 의해 미합중국에서 관리되는 - 서로 다른 타입들의 충돌 테스트가 있다 가장 전통적인 충돌 테스트는 "전방-충격 충돌 테스트"로 알려져 있고, 여기서 차량은 콘크리트 벽과 같은 장벽(barrier)에 대해 정면으로 차량이 충격되도록 운전된다. 도 1은 예시적인 전방-충격 충돌 테스트를 도시하는데, 여기서 충격의 각도는 차량(100)이 진행하는 방향과 정반대이다. 이 경우에, 상기 장벽(110)과 충돌하여 생성되는 하중(load)은 상기 차량(100)의 전체 전면 단부를 통해 경험할 수 있다.
반면에, "오버랩 충돌 테스트"에서는 단지 상기 차량의 전면 단부의 일부만이 장벽을 충격한다. 이러한 충격 하중은 전면-충격 테스트에서와 근사적으로 동일하게 유지되지만, 상기 차량의 더 작은 부분(fraction)이 상기 하중을 흡수하도록 요구된다. 이러한 관점에서, IIHS는 스몰 오버랩 충격(SOI) 테스트를 개발하였고, 여기서, 상기 전면 차량 너비는 도 2에서 도시되는 바와 같이, 운전자-측을 통해 단단한 장벽(110)을 타격한다.
오프셋 충돌 시에 차량 탑승객들을 보호하는 데에 특유한 어려움들이 발생한다. 예를 들어, 상기 차량 프레임의 각각의 측면 상에 위치한 길이방향의 사이드멤버들은 전면-단부 충격의 운동 에너지를 완전히 흡수할 수 없고, 이러한 충돌은 차량 충격에 의한 운전석 침투(cockpit intrusion)를 유발한다. 불행하게도, 이러한 최근의 단일바디로 된 길이방향의 사이드멤버들은 25% 오버랩 충격 영역의 내에 위치한다. 따라서, 상기 사이드멤버들은 이러한 충돌 사고들에서 운동 에너지를 완전히 흡수할 수 없다.
본 발명은 오프셋 충돌 동안에 상기 길이방향의 사이드멤버들과 상기 전면 범퍼에서 에너지 흡수 잠재력을 향상시켜 충돌 보호를 향상시키는 차량의 전면 바디 구조를 제공한다. 본 발명에서 개시되는 상기 차량 전면 바디 구조는 전면 범퍼 빔의 단부 부분을 실질적으로 둘러싸는 상기 전면 범퍼 빔에 부착되는 전면 범퍼 팁 인클로져(front bumper tip enclosure)와 상기 차량의 상기 길이방향의 사이드멤버들에 대하여 일정 각도로 연장되는 사이드멤버 앵글 타이(sidemember angle time)를 포함한다. 기존 바디 구조에서 개량되거나 또는 조립 시에 기존 차량 전면 바디 구조와 함께 설치될 수 있는, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이는 상기 충격 장벽 접촉 영역으로부터 상기 차량의 길이방향의 사이드멤버의 내측으로 횡방향으로 향하는 에너지 경로를 제공한다. 상기 차량 운동 에너지는 우선적으로 상기 전면 범퍼와 전면 범퍼 팁 인클로져로부터 상기 사이드멤버 앵글 타이로, 이후에 상기 사이드멤버 앵글 타이로부터 하나의 길이방향의 사이드멤버로 전달된다. 따라서 상기 사이드멤버가 길이방향으로 구겨짐(crush)에 따라, 상기 스몰-오버랩 충돌 충격으로부터 발생하는 에너지는 상기 전면 휠들보다는 오히려 상기 사이드멤버에 의해 흡수되고, 상기 차량 내의 탑승객을 보호하기 위하여 운전석 침투를 궁극적으로 최소화한다.
본 발명의 실시예에 따른 향상된 충돌 보호를 위한 차량의 전면 바디 구조는, 상기 차량의 바디를 따라 횡으로(transversely) 연장되는 전면 범퍼 빔; 상기 차량의 바디를 따라 길이 방향으로(longitudinally) 연장되는 한 쌍의 길이방향 사이드 멤버들; 상기 전면 범퍼 빔에 부착되고 상기 전면 범퍼 빔의 단부 부분을 실질적으로 둘러싸는 전면 범퍼 팁 인클로져(front bumper tip enclosure); 및 상기 길이방향 사이드 멤버들에 대하여 각도를 가지고 연장되는 사이드 멤버 앵글 타이(angle tie);를 포함하고, 상기 길이 방향 사이드 멤버들 각각은 그 전면 단부가 상기 전면 범퍼 빔에 수직으로 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 전면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 및 상기 전면 범퍼 빔에 의해 형성되는 가상 영역의 외측 위치에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져에 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 부착되며, 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 충격 하중을 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 부착된 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나로 각도 경로를 따라 전달하여 상기 차량의 바디 상에 충격 하중의 방향을 길이 방향으로 변경시킬 수 있다.
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 외측 표면에 부착될 수 있다. 또는, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 후면 단부는 상기 차량의 휠 인벨롭(wheel envelope)의 내측 위치에서 상기 길이방향 사이드 멤버들의 하나에 부착될 수 있다.
반면에, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 전면 단부는 상기 전면 범퍼 빔의 외측 팁에서 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나를 향해 연장될 수 있다. 또는, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 전면 단부는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 후면에 길이 방향으로 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 외측 표면에 측면에서 부착될 수 있다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 빔의 외측 팁에서 상기 전면 범퍼 빔과 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나 사이의 적어도 부착 지점으로 연장될 수 있다.
충돌 동안에, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 대하여 상기 전면 범퍼 빔의 단부 부분의 접힘(folding)을 연장시킬 수 있다. 이와 유사하게, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 차량의 바디 상에 상기 충격 하중을 흡수하기 위해 구겨지도록 되어 있을 수 있다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 구겨짐은 상기 충격 하중을 상기 사이드 멤버 앵글 타이로 전달할 수 있다. 또한, 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 연결된 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 좌굴을 연장시킬 수 있다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분의 상부 부분을 덮는 상부 피스와, 상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분의 하부 부분을 덮는 하부 피스를 포함하고, 상기 상부 피스와 상기 하부 피스는 하나 이상의 부착 지점들에서 상호 간에 부착될 수 있다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 상기 상부 피스와 상기 하부 피스 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나와 상기 사이드 멤버 앵글 타이 중 적어도 하나에 부착시키는 측면 부착 멤버를 더 포함할 수 있다. 상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 상기 상부 피스, 상기 하부 피스, 및 상기 측면 부착 멤버에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있다.
추가적으로, 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 내측을 향하는 내부 피스와, 상기 차량의 외측을 향하는 외부 피스를 포함하고, 상기 내부 피스와 상기 외부 피스는 하나 이상의 부착 지점들에서 상호 간에 부착될 수 있다. 속이 빈 통로(hollow passageway)가 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 상기 외부 피스 내에 형성될 수 있다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 외부 피스 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나와 상기 전면 범퍼 팁 인클로져 중 적어도 하나에 부착시키고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 전면 단부에 배치되는 전면 부착 멤버를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 상기 외부 피스 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 부착시키고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 하부 단부에 배치되는 후면 부착 멤버를 더 포함할 수 있다.
상기 사이드 멤버 앵글 타이가 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 대하여 연장되는 각도는 15도에서 30도 사이일 수 있다.
반면에, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 각각 균일한 두께로 형성될 수 있다. 또는, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 철제(steel)로 형성될 수 있다.
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 중앙 부분은 U자 형태이고, 상기 U자 형태 부분의 마주보는 측면들 옆에는 평평한 부분들이 위치할 수 있다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 운전자-측에 위치될 수 있다. 이와 달리, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 각각 한 쌍의 전면 범퍼 팁 인클로져들과 한 쌍의 사이드 멤버 앵글 타이들 중 하나이고, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져들 중 하나와 상기 사이드 멤버 앵글 타이 중 하나는 차량의 운전자-측 상에 위치되며, 다른 전면 범퍼 팁 인클로져와 다른 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 승객-측 상에 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전면 범퍼 빔과 이후의 상기 길이방향 사이드 멤버들에서의 증가된 에너지 흡수에 기인하여 감소된 운전석 침투를 보여준다.
길이방향 사이드 멤버들로 길이 방향으로 전달된 증가된 에너지는 감소된 운전석 침투를 초래하였고, 탑승객 영역의 구조적 보호를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부한 도면과 연관하여 후속하는 명세서를 참조로 더 잘 이해될 수 있고, 여기서 유사한 도면 부호들은 동일하게 또는 기능적으로 유사한 구성요소들을 나타낸다:
도 1 및 도 2는 예시적인 충돌 테스트를 도시한다.
도 3은 차량의 간략화된 기존 전면 바디 구조를 도시한다.
도 4는 기존 차량 전면 바디 구조의 하향식(top-down) 도면, 특히, 전면 범퍼 빔과 하나의 길이방향 사이드멤버간의 부착 지점을 도시한다.
도 5는 오프셋 충돌 사고에서 상기 기존 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 시퀀스를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 하향식 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 3차원 도면을 도시한다.
도 8은 오프셋 충돌 시에 본 발명의 실시예들에 따른 상기 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 순서를 도시한다.
도 9 및 도 10은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이의 예시적인 분해도를 도시한다.
도 11-14는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 다양한 예시 도면들을 도시한다.
도 15-19는 상기 사이드멤버 앵글 타이의 다양한 예시 도면들을 도시한다.
도 20은 오프셋 충격 장벽과 다른 차량 전면 바디 요소들과의 관계에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이의 예시적인 도면을 도시한다.
도 21-23은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이 조립체에 대한 부착 지점들을 도시하는 부가적인 예시적 3차원 도면들을 도시한다.
앞에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어진 것은 아니고, 본 발명의 기본적인 원리들을 도시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 단순화된 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 수치들, 방향들, 위치들, 및 형상들을 포함하는 본 발명의 설계 특징들은 특정한 의도된 어플리케이션 및 사용 환경에 의해 부분적으로 결정될 것이다.
도 1 및 도 2는 예시적인 충돌 테스트를 도시한다.
도 3은 차량의 간략화된 기존 전면 바디 구조를 도시한다.
도 4는 기존 차량 전면 바디 구조의 하향식(top-down) 도면, 특히, 전면 범퍼 빔과 하나의 길이방향 사이드멤버간의 부착 지점을 도시한다.
도 5는 오프셋 충돌 사고에서 상기 기존 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 시퀀스를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 하향식 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 3차원 도면을 도시한다.
도 8은 오프셋 충돌 시에 본 발명의 실시예들에 따른 상기 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 순서를 도시한다.
도 9 및 도 10은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이의 예시적인 분해도를 도시한다.
도 11-14는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 다양한 예시 도면들을 도시한다.
도 15-19는 상기 사이드멤버 앵글 타이의 다양한 예시 도면들을 도시한다.
도 20은 오프셋 충격 장벽과 다른 차량 전면 바디 요소들과의 관계에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이의 예시적인 도면을 도시한다.
도 21-23은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드멤버 앵글 타이 조립체에 대한 부착 지점들을 도시하는 부가적인 예시적 3차원 도면들을 도시한다.
앞에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어진 것은 아니고, 본 발명의 기본적인 원리들을 도시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 단순화된 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 수치들, 방향들, 위치들, 및 형상들을 포함하는 본 발명의 설계 특징들은 특정한 의도된 어플리케이션 및 사용 환경에 의해 부분적으로 결정될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예만을 기술할 목적을 위한 것이고 본 발명을 한정하기 위하여 의도되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥에서 분명하게 달리 나타내지 않는 한, 또한 복수 형태들을 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 "포함하다" 및/또는 "포함하는"의 용어들은 기술된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성 요소들, 및/또는 성분의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 성분들, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "및/또는" 이라는 용어는 열거한 연관 항목 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함한다. "결합된"이라는 용어는 두 개의 요소들 사이의 물리적 관계를 표시하고, 여기서 상기 요소들은 상호 간에 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 중간 요소들을 통해 간접적으로 연결된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "차량(vehicle)" 또는 "차량의(vehicular)"또는 다른 유사한 용어는 모터 차량들, 일반적으로 스포츠 유틸리티 차량들(SUV)을 포함하는 자가용들(passenger automobiles), 버스들, 트럭들, 다양한 상업 차량들, 다양한 보트들 및 배들을 포함하는 선박, 비행기 등을 포함하고, 그리고 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 수소-동력 차량들과 기타 대체 연료(예를 들어, 석유가 이외의 원료로부터 얻어진 연료) 차량들을 포함하는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 전기 자동차(EV)는 자신의 이동 능력들의 적어도 부분으로서, 충전 가능한 에너지 저장 장치(예를 들어, 하나 이상의 재충전 가능한 전기 화학적 셀 또는 다른 유형의 배터리)로부터 유도되는 전기 동력을 포함하는 차량이다. EV는 자동차에 한정되는 것이 아니고 모터 사이클들, 카트들, 스쿠터들 등을 포함할 수 있다. 또한, 하이브리드 자동차는 두 개 이상의 동력원, 일례로 가솔린-기반 동력 및 전기-기반 동력을 갖는 차량이다(예를 들어, 하이브리드 전기 자동차(HEV)).
도 3은 참조하면, 차량 전면 바디 구조는 전형적으로 전면에서 전면 범퍼 빔(210)에 수직하게 부착되고 후면에서 대시보드-유형의 구조에 수직하게 부착되는 두 개의 길이방향 사이드멤버들(220)를 포함한다. 상기 전면 범퍼 빔(210)은 상기 차량(100)의 바디를 따라 횡방향으로(transversely) 연장되고, 한 쌍의 길이방향 사이드멤버들은 상기 차량의 바디를 따라 길이 방향으로(longitudinally) 연장되고, 상기 길이방향 사이드멤버들(220)의 각각은 그 전면 단부에서 상기 전면 범퍼 빔(210)에 수직으로 부착된다. 각각의 사이드멤버(220)의 외측(즉, 상기 차량의 외부방향을 마주보는 측) 상의 부가적인 구조는 진동(jounce)과 반동 하중들에 대한 서스펜션 마운팅 힘을 제공한다. 상기 다중-피스로 되고, 도장 판금되며, 용접된 사이드멤버들(220)은 일반적으로 상호 간에 평행하게 위치되고 상기 차량의 전/후 방향으로 길이방향으로 연장되어 파워트레인을 상기 한 쌍의 사이드멤버(220) 내에 배치되도록 한다. 상기 길이방향 사이드멤버들(220)과 전면 범퍼 빔(210)은 전면 충격과 대부분의 오프셋 충격에 대한 주요 "크러쉬 존"이다. 그러나, 도 3에 도시되는 바와 같이, 이들은 차량 너비의 중앙 50% 이내에 집중된다.
도 4는 기존 차량 전면 바디 구조의 하향식(top-down) 도면, 특히, 상기 전면 범퍼 빔(210)과 하나의 길이방향 사이드멤버(220) 간의 부착 지점을 제공하고, 도 5는 오프셋 충돌 사고에서 상기 기존 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 순서를 도시한다. 기존 전면 바디 구조에서, 상기 전면 범퍼 빔(210)과 하나의 길이방향 사이드멤버(220)는 상기 중앙 50% 충격 크러쉬 존 내에 실질적으로 배치된다. 결과로서, 상기 길이방향 사이드멤버(220)의 외측 가장자리를 넘어서 연장되는 - 전면 범퍼 빔 팁으로 본 명세서에서 달리 지칭되는 - 상기 전면 범퍼 빔(210)의 단부는 도 2에서 도시된 바와 같이, 오프셋 충돌 사고 시에 취약하고, 충격 하중에 대응하여 조기에 접혀지는 경향이 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 오프셋 충돌이 발생한 후 10ms에, (상기 길이방향 사이드멤버(220)의 가장자리에서) 상기 전면 범퍼 빔(210)의 팁은 상기 사이드멤버(220)에 대해 구겨지고 접혀서, 상기 사이드멤버(220)에 의한 에너지 흡수를 최소화한다. 그리고 나서, 20ms 이후에, 상기 범퍼 빔(210)의 상기 단부는 완전히 접혀, 궁극적으로 최소한의 구겨짐에 대하여 상기 길이방향 사이드멤버(220)를 좌굴(buckling)시킨다. 이러한 결과는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)의 운동 에너지 흡수 잠재력을 최대화하는 것에 실패했고 따라서 과도한 운전석 침투가 발생한다.
반면에, 본 발명의 실시예들에 따른 차량 저면 바디 구조에서, 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에서의 에너지 분산을 위한 경로를 생성하여 오프셋 충돌 사고 시에 상기 전면 범퍼 빔(210), 상기 길이방향 사이드 멤버들(220) 및 전체 차량의 구조적 무결성을 강화하기 위한 메커니즘들을 제공한다. 특히, 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 하향식 도면을 도시하고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 차량 전면 바디 구조의 3차원 도면을 도시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 빔(210)과 하나의 길이방향 사이드 멤버(220)는 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)에 의해 강화된다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 조립체는 차량의 최초 조립 시에 설치될 수 있거나 또는 기존 구조를 변형함으로써 기존 차량에 새로 장착될 수 있다. 또는, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 조립체는 상기 차량(100)의 운전자-측에만 위치될 수 있거나, 또는 한 쌍의 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 조립체가 상기 운전자-측과 상기 승객-측에 각각 설치될 수 있다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)가 상기 전면 범퍼 빔(210)에 부착될 수 있고 상기 전면 범퍼 빔(210)의 단부 부분, 즉 상기 전면 범퍼 빔 팁을 실질적으로 둘러쌀 수 있는데, 상기 전면 범퍼 빔 팁은 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 외측 가장자리보다 더 외측으로 연장된다. 반면에, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)에 대하여 각이 지게 연장될 수 있다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 전면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)과 상기 전면 범퍼 빔(210)에 의해 형성되는 가상 영역의 외부에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)에 부착될 수 있고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220) 중 하나에 부착될 수 있다.
상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 근사적으로 가장 외측의 전면 범퍼 빔 위치에서 외측의 사이드 멤버 위치로 후측으로 연장되는 각이 진 지지 구조체이다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 후면 단부는 상기 차량 동력 장치 마운팅에 연결하지 않고 휠 인벨롭(wheel envelope)의 내측 위치(즉, 상기 차량의 내부를 향하는)에서 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 외측면에 부착될 수 있다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 전면 단부는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 외측 팁에서 상기 길이방향 사이드 멤버(220)를 향해 연장될 수 있다. 상기 차량 전면 바디 구조 내에 부착되는 것에 관하여, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 전면 단부는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 후면에 길이방향으로 부착될 수 있고 (즉, 상기 부착된 요소들은 길이방향으로 쌓이고), 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)의 외측면에 측방향으로 부착될 수 있다 (즉, 상기 부착된 요소들은 측방향으로 쌓인다)
또한, 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)과 달리, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 전형적인 차량 구조의 중앙 50% 충격 크러쉬 존 외부에 실질적으로 위치될 수 있고 따라서 작은 오프셋 충격을 지지할 수 있다. 따라서, 오프셋 충격 동안에, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 구조들은 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)에 에너지 분산을 위한 하중 경로를 생성하기 위해 동작할 수 있다. 중요하게는, 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)에 대한 증가된 에너지 변위 (displacement)는 상기 휠과 궁극적으로는 상기 휠 후방의 객실을 향하는 힘의 크기를 완화시키고, 궁극적으로는 상기 탑승객 영역으로의 침투량을 감소시킨다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 상기 전면 범퍼 빔(210)과 길이방향 사이드 멤버(220)의 내측 연결 지점으로부터 충격을 받는 외측 지점까지의 강성을 제공할 수 있고, 이에 의하여 상기 사이드 멤버 팁에 대한 상기 전면 범퍼 구조의 외측 팁의 접힘을 효과적으로 연장시킬 수 있다. 부가적으로, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 충격 동안에 상기 차량의 운동 에너지의 일부를 흡수하고 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)로 에너지를 유도하기 위하여 구겨지도록 구성된다.
한편, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 충격 하중을 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 각이 진 경로로 제공한다. 즉, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 부착되는 상기 길이방향 사이드 멤버들(220) 중 하나로 각이 진 경로를 따라 상기 충격 하중을 전달함으로써 상기 차체에 가해지는 상기 충격 하중의 방향을 길이방향으로 변경시킨다. 또한, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 전체 시스템이 붕괴되기 전에 상기 사이드 멤버(220)의 전면에서의 좌굴을 연장시킬 수 있다.
상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 충돌 동안에 상기 충격 하중을 최적으로 전달하기 위하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 외측 수직 벽은 - 도 2의 상기 오프셋 충돌을 참조하여 - IHHS 장벽과 정렬되어 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 축 방향으로 하중이 가해지도록 한다. 또한, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 휠 인벨롭 패키지 공간을 유지하는 반면에 상기 길이방향 사이드 멤버(220)로 하중 경로를 최대화하기 위해, 상기 IHHS 장벽으로부터 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 대하여 최적으로 경사지도록 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시되는 기존 차량 전면 바디 구조와 비교하여, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 조립체는 상기 전면 범퍼(210)와 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 변형 모드들을 변경시키고 상기 운전석으로의 침투를 감소시킨다. 이러한 관점에서, 도 8은 오프셋 충돌 시에 본 발명의 실시예들에 따른 상기 차량 전면 바디 구조의 변형에 대한 시간 순서를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 오프셋 충돌이 발생한 후 10ms에, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 구겨지지만 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 대해 주로 수직으로 배향되어 유지될 수 있다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 구겨짐은 충격에 기인하는 상기 차량의 운동 에너지의 일부를 흡수하도록 동작하고 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)로 에너지를 유도하도록 동작한다. 또한, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 단단하게 형성되어 상기 사이드 멤버(220)에 대해 상기 전면 범퍼 빔(210)의 외측 팁의 접힘을 효과적으로 연장할 수 있다. 또한, 상기 사이드 멤버(220)로의 침투가 전파되는 동안에 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상대적으로 직선을 유지할 수 있다.
그리고 나서, 20ms 이후에, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 대해 경사진 경로로 상기 충격 하중을 제공하고 전체 시스템이 붕괴될 때까지 상기 사이드 멤버의 전면에서 좌굴을 연장시킨다. 일단 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)가 구겨지기 시작하면, 상기 차량의 중심 부근에서 전면 충돌 동안 사이드멤버의 거동과 유사하게 상기 사이드 멤버 후측의 좌굴과 결합한 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)와 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 구겨짐이 유도된다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 초기 장치 제조자(OEM) 요구사항들에 따라, 차량의 특정 구조로 조정될 수 있는 다양한 두께를 갖는 7개의 고강도 철제(HSS) 요소들을 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 도 9 및 도 10은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 예시적인 분해도를 도시한다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230) 및 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 각각 복수의 요소들로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 요소는 부분적으로 또는 전체적으로 철제로 만들어진다. 또한, 각각의 요소는 균일한 등급과 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 각각의 균일한 두께로 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 상부 피스(232), 하부 피스(234), 및 측면 부착 멤버(236)를 포함할 수 있다. 상기 상부 피스(232)는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 단부 부분(팁)의 상부 부분을 커버할 수 있고, 상기 하부 피스(234)는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 상기 단부 부분의 하부 부분을 커버할 수 있다. 상기 상부 피스(232)와 하부 피스(234) 각각은 오프셋 충격 이후에, 상기 전면 범퍼 빔(210)의 상부 부분과 하부 부분의 접힘을 연장시킬 수 있다. 조립될 때, 아래에서 좀 더 구체적으로 기술되는 바와 같이, 상기 상부 피스(232)와 상기 하부 피스(234)는 하나 이상의 부착 지점들에 상호 부착될 수 있다.
반면에, 상기 측면 부착 멤버(236)는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)를 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 고정되게 부착되어 사이드 멤버(220)를 보강할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 측면 부착 멤버(236)는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 상부 피스(232)와 상기 하부 피스(234) 중 적어도 하나 이상을 상기 길이방향 사이드 멤버(220)와 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240) 중 적어도 하나 이상에 부착시킬 수 있다. 조립될 때, 도 11-14에 좀 더 구체적으로 도시되는 바와 같이, 상기 전면 범퍼 빔(210)의 상기 단부 부분 (팁)은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 상부 피스(232), 상기 하부 피스(234) 및 상기 측면 부착 멤버(236)에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있다. 따라서, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 대하여 상기 전면 범퍼 팁의 조기 접힘(premature folding)을 방지할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 내부 피스(242), 외부 피스(244), 전면 부착 멤버(246), 및 후면 부착 멤버(248)를 포함할 수 있다 상기 내부 피스(242)는 상기 차량(100)의 내측을 향할 수 있고, 상기 외부 피스(244)는 상기 차량(100)의 외측을 향할 수 있다. 상기 내부 및 외부 피스(242, 244)는 함께 축방향 구겨짐을 제공할 수 있고 이에 부착된 길이방향 사이드 멤버(220)에 충격 하중을 전달할 수 있다. 조립될 때, 아래에서 좀 더 구체적으로 기술되는 바와 같이, 상기 내부 피스(242) 및 상기 외부 피스(244)는 하나 이상의 부착 지점들에서 상호간에 부착될 수 있다. 또한, 상기 내부 피스(242) 및 외부 피스(244)는 속이 빈 통로가 이들의 내부에 형성되도록 형상화될 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 피스(242) 및 외부 피스(244)는 "모자와 같은" 형상으로 형성될 수 있고, 즉, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 내부 피스 (242) 및/또는 외부 피스(244)의 중앙 부분이 U자 형상일 수 있고, 여기서 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 U자 형상 부분의 서로 마주보는 측면들의 옆에는 평평한 부분들이 위치한다.
반면에, 상기 전면 부착 멤버(246)는 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 전면 단부에 배치될 수 있고 상기 내부 피스(242)와 상기 외부 피스(244) 중 적어도 하나를 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 상기 길이방향 사이드 멤버(220) 중 적어도 하나에 부착시킬 수 있다. 이러한 관점에서, 상기 전면 부착 멤버(246)는 도 15-19에서 좀 더 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)가 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)에 길이 방향으로 부착되고 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)가 상기 길이방향 사이드 멤버에 측면으로 부착될 수 있도록, 구부러질 수 있다. 따라서, 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 대한 상기 전면 범퍼의 접힘을 감소시키기 위해 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 상부 피스(232)와 하부 피스(234)를 보강하는 것에 부가하여, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)와 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230) 간의 연결 지점에서 좌굴을 방지하기 위하여 상기 전면 부착 멤버(246)는 상기 내부 피스(242)와 외부 피스(244)를 보강할 수 있다. 부가적으로, 상기 후면 부착 멤버(248)는 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 후면 단부에 배치될 수 있고 상기 내부 피스(242)와 상기 외부 피스(244) 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 부착시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 상기 후면 부착 멤버(248)는 상기 길이방향 사이드 멤버(220)로 충격 하중을 길이방향으로 분산시킬 수 있다.
상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)를 포함하는 개별적인 요소(들)는 그 형상, 사이즈, 재료, 기능, 배열, 배치 등의 관점에서 가변될 수 있다고 이해되어야 한다. 즉, 도 9 및 도 10에서 도시된 요소들의 형상은 단지 설명을 위한 목적으로 도시된 것이고 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)를 도시된 형상으로 한정하는 것으로 다루어져야 하는 것은 아니다. 오히려, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 본 청구항들의 범위 내에서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 임의의 적절한 방식으로 변경될 수 있다.
도 11-14는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 예시적인 도면을 도시한다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 하향식 도면은 단면 라인들 A 및 B와 함께 도 11에 도시된다. 상기 단면 라인들 A 및 B에 대응하는 도면들은 각각 도 13 및 14에 각각 제공된다.
도 12는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 후면을 도시하는 것으로, 상기 전면 범퍼 빔(210)과 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상부 피스(232) 및 하부 피스(234)의 뒤에 배치될 수 있는 상기 측면 부착 멤버(236)를 보여주고 있다. 상기 측면 부착 멤버(236)에는 아래에서 좀 더 구체적으로 제시되는 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)를 상기 차량 전면 바디의 다른 요소들에 부착하기 위하여 다양한 부착 지점들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 부착 지점(F)은 상기 측면 부착 멤버(236)(및 결과적으로 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230))를 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)에 부착하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 지점들(F)에서 부착은 볼트들, 용접, 접착제들 등과 같이, 하나의 차량 전면 바디 구조 요소를 다른 요소에 부착하기 위한 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 적절한 수단을 통해 달성될 수 있다. 그러나, 예시적인 목적들을 위하여 도 12에 도시되는 상기 지점들(F)에서 부착은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)를 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)에 부착하도록 기계적으로 고정될 수 있는 볼트들을 수용하도록 구성된다.
도 13은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 라인 A를 따라 예시적인 단면도를 도시하고, 도 14는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 라인 B를 따라 예시적인 단면도를 도시한다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 상기 상부 피스(232), 하부 피스(234), 및 측면 부가 멤버(236)을 포함하는 세 개의-컴포넌트 조립체일 수 있다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 세 개의-컴포넌트 조립체는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 상기 외측 단부 부분(팁)을 둘러쌀 수 있고 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 상기 전면 팁에 대해 내측으로 진행할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 상부 피스(232)는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 상부 부분을 커버할 수 있고, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 상기 하부 피스(234)는 상기 전면 범퍼 빔(210)의 하부 부분을 커버할 수 있다. 상기 전면 범퍼 빔(210)은 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 차량(100)의 구조에 따라 상부 및 하부 부분들로 분리되는 구조일 수 있거나 또는 이러한 분리 구조가 아닐 수 있다. 또한, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)는 상기 측면 부착 멤버(236)를 통해 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 부착될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 상부 피스(232)와 상기 하부 피스(234)는 상기 측면 부착 멤버(236)를 통해 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 부착될 수 있다. 이와 같이, 상기 측면 부착 멤버(236)는 조립될 때, 상기 상부 피스 또는 하부 피스들(232, 234)과 상기 길이방향 사이드 멤버(220) 사이에 샌드위치될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 요소를 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 다른 요소(들) 또는 상기 차량 전면 바디의 다른 요소에 부착시키기 위하여 다양한 부착 지점들이 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230) 전체에 제공될 수 있다. 이러한 부착 기법은 볼트들, 용접, 접착제들 등과 같이, 하나의 차량 전면 바디 구조 요소를 다른 요소에 부착시키기 위하여 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 적절한 수단을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 부착 지점들의 배치는 임의의 적절할 방식으로 변경될 수 있고, 그러하기에, 도 14와 같이, 상기 배치 지점들(A-E)의 배치는 청구된 발명의 범위를 한정하는 것으로 취급되어야 하는 것은 아니다.
도 14에 도시된 예시적인 부착 지점들(A-E)은 상기 차량 전면 바디 구조 내에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)를 고정시키기 위한 하나의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 부착 지점(A)은 상기 상부 피스(232)와 하부 피스(234)가 중첩되는 지점에서 상기 상부 피스(232)를 상기 하부 피스(234)와 결합하기 위한 용접 지점일 수 있다. 하나의 예시에서, 부착 지점(A)(또는 다른 부착 지점들)에서의 용접은 저항 지점 용접(RSW: resistive spot welding) 또는 CO2 용접으로 알려진 가스 금속 아크 용접(GMAW: gas metal arc welding)과 관련될 수 있다. 부착 지점(B)에서, 상기 상부 피스(232), 하부 피스(234), 및 측면 부착 멤버(236)는 상기 요소들의 전부가 중첩되는 지점에서 상호 간에 용접될 수 있다. 부착 지점들(C)에서, 상기 하부 피스(234)는 상기 하부 피스(234)의 하부 주변을 따라 상기 측면 부착 멤버(236)에 복수의 지점들에서 용접될 수 있다. 부착 지점들(D)에서, 상기 상부 피스(232)는 상기 상부 피스(234)의 상부 주변을 따라 상기 측면 부착 멤버(236)에 복수의 지점들에서 용접될 수 있다. 부착 지점들(E)에서, 상기 상부 피스(232)와 하부 피스(234)는 상기 전면 범퍼 빔(100)에 복수의 지점들에서 용접될 수 있다.
도 15-19는 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 다양한 예시적인 도면을 도시한다. 단면 라인들 C, D 및 E와 함께 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 하향식 도면이 도 15에 도시된다. 상기 단면 라인들 C, D 및 E에 대응하는 도면들이 각각 도 17, 도 18 및 도 19에 제공된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 외부 부분(242), 내부 부분(244), 전면 부착 멤버(246), 및 후면 부착 멤버(248)를 포함하는, 네 개의-컴포넌트 조립체일 수 있다. 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 상기 네 개의-컴포넌트 조립체는 상기 전면 부착 멤버(246)를 통해 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)의 후면에서 길이 방향으로 부착될 수 있고, 상기 전면 부착 멤버(246)와 후면 부착 멤버(248)를 통해, 상기 길이 방향 사이드 멤버(220)에 측면에서 부착될 수 있다.
도 16은 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 예시적인 3차원 도면을 도시한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 요소를 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 다른 요소(들) 또는 상기 차량 전면 바디 내의 다른 요소에 부착시키도록 다양한 부착 지점들이 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240) 전체에 제공될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 상기 부착 기법은 볼트들, 용접, 접착제들 등과 같이, 하나의 차량 전면 바디 구조 요소를 다른 요소에 부착시키기 위하여 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 임의의 적절한 수단을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 부착 지점들의 배치는 임의의 적절한 방식으로 변경될 수 있고, 그러하기 때문에 도 16에 도시된 상기 부착 지점들의 배치(G-L)는 청구된 발명의 범위를 한정하는 것으로 취급되어야 하는 것은 아니다.
도 16에 도시된 예시적인 부착 지점들(G-L)은 상기 차량 전면 바디 구조 내에서의 사이드 멤버 앵글 타이(240)를 고정시키기 위한 하나의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 부착 지점들(G)은 상기 내부 및 외부 부분(242, 244)을 상기 전면 부착 멤버(246)에 결합시키기 위한 용접 지점들일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 부착 지점들(G)(또는 다른 부착 지점들)은 RSW 또는 CO2 용접으로 알려진 GMAW에 관련될 수 있다. 부착 지점들(H)에서, 상기 내부 부분들(242)과 상기 외부 부분(244)은 이들의 중앙 부분에서 이들의 상부 및 하부 주변을 따라 상호 간에 복수의 지점들에서 용접될 수 있다. 부착 지점들(I)에서, 상기 내부 및 외부 부분(242, 244)은 복수의 지점들에서 상기 후면 부착 멤버(248)에 용접될 수 있다. 부착 지점들(J)에서, 상기 내부 부분(242)은 복수의 지점들에서 상기 전면 부착 멤버(246)에 용접될 수 있다. 부착 지점들(K)에서, 상기 외부 부분(244)은 복수의 지점들에서 상기 후면 부착 멤버(248)에 용접될 수 있다.
부착 지점들(L1-L8)에서, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 차량 전면 바디 구조에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이 부착 지점들(L1-L8)은 (청구된 실시예들이 이에 한정되는 것은 아님에도 불구하고) 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)를 다른 요소에 고정시키기 위하여 볼트들을 수용하는 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240) 내의 개구부(opening)들이다. 부착 지점들(L1, L2)는 상기 부착 멤버들(246)(및 결과적으로, 전체 사이드 멤버 앵글 타이(240))을 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)에 길이 방향으로 연결시키기 위해 사용될 수 있다.
반면에, (도면에서 가려진) 부착 지점들(L3, L4)는 상기 전면 부착 멤버들(246)(및, 결과적으로 상기 전체 사이드 멤버 앵글 타이(240))를 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 측면에서 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 상기 전면 부착 멤버(246)는 L자 유사 형상을 가지기 때문에, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)가 인접한 요소들에 길이 방향으로 그리고 측면에서 부착되는 것을 가능하게 하여, 상기 전면 범퍼 빔(210)의 팁을 보강하고 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 조기 좌굴을 방지한다. 후면 부착 지점들(L5-L8)은 상기 후면 부착 멤버(248)(및, 결과적으로 상기 전체 사이드 멤버 앵글 타이(240))를 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 외측 표면에 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 라인들을 따라, 도 21-23은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240) 조립체 상의 부착 지점들을 도시하는 추가적인 3차원 예시적 도면을 도시한다.
도 17은 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 라인 C를 따른 예시적인 단면도를 도시하고, 도 18은 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 라인 D를 따른 예시적인 단면도를 도시하고, 그리고 도 19는 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 라인 E를 따른 예시적인 단면도를 도시한다. 도 17-19와 같이, 상기 외부 부분(242)과 상기 내부 부분(244)이 모자와 같은 형상으로 형성될 수 있고, 즉, 그의 양 측면들의 옆에는 평평한 부분들이 위치하는 중앙의 U자 형상 부분을 갖는 다소 모자의 형상을 닮을 수 있다. 상기 전면 부착 멤버(246)의 일부는 유사하게 형성될 수 있다. 결과로서, 도 17-19에 도시된 바와 같이, 상기 외부 부분(242)과 내부 부분(244)은, 그들이 조립될 때, 그들을 통해 속이 빈 통로를 형성할 수 있다. 상기 외부 부분(242)과 내부 부분(244)을 통하는 상기 통로의 치수들을 정의하는 도 18에 도시된 변수들 'W' 및 'L' 은 상기 차량 및/또는 설계자의 선호도에 따라 가변될 수 있다. 하나의 예시에서, 'W' 및 'L' 는 30 mm 내지 50 mm의 범위 이내일 수 있다. 또한, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 내부 부분(244)의 형상은 상기 내부 부분(244)의 후면 단부에서 모자와 같은 형상에서 평평한 판으로 변경될 수 있고, 상기 후면 부착 멤버(248)가 상기 내부 부분(244)에 대해 평평하게 배치될 수 있도록 하여, 상기 길이방향 사이드 멤버(220)와 상기 사이드 멤버 타이(240)가 충돌 동안에 함께 구겨지는 것을 가능하게 하는 이중-벽 전단 판(double-walled shear plate)을 효과적으로 생성한다. 특히, 부착 지점들(G, K)는 도 17 및 19에 각각 도시되고, 도 16에서 도시되는 상기 부착 지점들에 대응한다. 이제 도 20을 참조하면, 도 20은 오프셋 충격 장벽과 다른 차량 전면 바디 요소들과의 관계에서, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져(230)와 사이드 멤버 앵글 타이(240)의 예시적인 도면을 도시하는데, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)가 상기 길이방향 사이드 멤버(220)와, 상기 차량(100)에 충격 하중을 전달하는 상기 오프셋 충격 장벽의 가상의 대각선에 대하여 θ의 각도로 연장된다. 상기 각도(θ)는 차량 및/또는 설계자의 선호도에 따라 가변될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 각도(θ)는 15도 내지 30도의 범위 이내일 수 있다. 특히, 상기 각도(θ)를 증가시키는 것은 운전석 침투뿐만 아니라, 결국 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 전면의 좌굴을 증가시킬 수 있다. 반대로, 상기 각도(θ)를 감소시키는 것은 상기 사이드 멤버 각도 타이(240)의 포지티브 결합을 감소시킬 수 있고, 이는 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 에너지 변위를 감소시키고 조종석 침투를 증가시킬 수 있다. 따라서, 주어진 차량에 대하여 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)가 상기 길이방향 사이드 멤버들(220)에 대하여 연장되는 최적 각도(θ)를 계산하는 것이 필요하다.
도 20에 더욱 도시된 바와 같이, 타이어 모션 인벨롭(envelope)(즉, 휠 인벨롭) 패키지 공간을 유지하면서 상기 길이방향 사이드 멤버(220)에 충격 하중을 전달하기 위하여, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)는 상기 타이어 모션 인벨롭의 내측 위치에서 상기 길이방향 사이드 멤버(220)의 외측 표면에 부착될 수 있다. 또한, 상기 사이드 멤버 앵글 타이(240)와 길이방향 사이드 멤버(220)의 연결 길이(S)는 상기 차량 및/또는 설계자의 선호도에 따라 가변될 수 있다. 하나의 예시에서, 도 19에 도시되는 이중-벽 전단 판으로 본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 상기 길이 'S'는 150 mm 내지 190 mm의 범위 이내일 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따라 내부에 설치된 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체를 갖는 차량들은 상대적으로 낮은 가격으로 상기 차량 자신에 최소한의 질량을 부가하는 반면에, 향상된 전면 충격 보호를 나타내고 도 2에서 도시된 바와 같은 스몰 오버랩 충격(SOI: Small Overlap Impact) 테스트에서 IIHS 등급들을 향상시킨다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체는 기존 차량의 조립 시에 설치되거나 또는 기존 구조에 약간의 변형을 가하여 기존 차량에 새로 장착될 수 있다. 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체는 매우 다양한 차량 구조에 용이하게 최적화될 수 있다. 부가적으로, 상기 차량 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체는 상기 차량의 운전자-측에만 위치되거나, 또는 상기 차량의 상기 운전자-측과 승객-측 각각에 모두 설치될 수 있다.
테스트 결과에 의하면, 기존 차량들과 비교하여, 차량 내부에 설치되는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체를 갖는 차량들이 상기 전면 범퍼 빔과 이후의 상기 길이방향 사이드 멤버들에서의 증가된 에너지 흡수에 기인하여 평균 18-46%만큼 감소된 운전석 침투를 보여준다는 것이 밝혀졌다.
테스트 결과에 의하면, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이 조립체는 오프셋 충격 사고 동안에 (적어도 -16% 만큼) 상기 바디 측으로부터 이격되고 (적어도 54%만큼) 상기 전면 범퍼 빔과 (적어도 123%만큼) 상기 길이방향사이드 멤버를 향하도록 에너지를 재분배시킨다는 것이 또한 밝혀졌다. 상기 길이방향 사이드 멤버들로 길이 방향으로 전달된 상기 증가된 에너지는 감소된 운전석 침투를 초래하였고, 향상된 탑승객 영역의 구조적 보호를 위하여 하부 힌지 필라, 로커 패널, 및 상부 힌지 필라에서 가장 특히 감소되었다.
향상된 충격 보호를 초래하는 차량의 전면 바디 구조를 제공하는 예시적인 실시예들이 도시되었고 기술되었던 반면에, 다양한 다른 적용예들 및 변형들이 본 명세서에서 개시된 실시예들의 사상과 범위 내에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이를 포함하는 본 명세서에서 기술되는 특수한 요소(들)(예를 들어, 도 9 및 도 10), 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이를 이들의 일부 다른 요소(들) 또는 상기 차량 구조의 일부 다른 요소(들)에 부착시키는 본 명세서에서 기술되는 특수한 부착 지점들(예를 들어, 도 14, 18 및 21-23), 및 이들의 임의의 양상뿐만 아니라, 본 명세서에서 기술되는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 사이드 멤버 앵글 타이의 특수한 각도들과 치수들(예를 들어, 도 20)은 상기 실시예들의 이해를 위하여 그리고 이들의 도시를 위한 목적으로 단지 제공된다. 따라서, 상기 개시된 실시예들은 본 청구항들의 범위에 따라 임의의 방식으로 변형될 수 있다.
위의 설명은 본 발명의 실시예들에 대해 기재되어 있다. 그러나, 개시된 실시예에 대해 다른 변화들(variations)과 변형들 (modifications)이 이들의 장점의 일부 또는 전부를 달성하면서 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 이러한 개시는 단지 예시의 방법으로 그리고 본 명세서에서의 실시예들의 범위를 한정하지 않도록 다루어져야 한다. 따라서, 본 명세서의 진정한 사상과 범위 내에서 이루어진 바와 같은 모든 이러한 변화들 및 변형들을 커버하는 것이 첨부된 청구항들의 목표이다.
Claims (23)
- 향상된 충돌 보호를 위한 차량의 전면 바디 구조에 있어서,
상기 차량의 바디를 따라 횡으로(transversely) 연장되는 전면 범퍼 빔;
상기 차량의 바디를 따라 길이 방향으로(longitudinally) 연장되는 한 쌍의 길이방향 사이드 멤버들;
상기 전면 범퍼 빔에 부착되고 상기 전면 범퍼 빔의 단부 부분을 실질적으로 둘러싸는 전면 범퍼 팁 인클로져(front bumper tip enclosure); 및
상기 길이방향 사이드 멤버들에 대하여 각도를 가지고 연장되는 사이드 멤버 앵글 타이(angle tie);
를 포함하고,
상기 길이 방향 사이드 멤버들 각각은 그 전면 단부가 상기 전면 범퍼 빔에 수직으로 부착되고,
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 전면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 및 상기 전면 범퍼 빔에 의해 형성되는 가상 영역의 외측 위치에서 상기 전면 범퍼 팁 인클로져에 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 고정적으로 부착되며,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 충격 하중을 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 부착된 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나로 각도 경로를 따라 전달하여 상기 차량의 바디 상에 충격 하중의 방향을 길이 방향으로 변경시키고,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분의 상부 부분을 덮는 상부 피스와, 상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분의 하부 부분을 덮는 하부 피스를 포함하고, 상기 상부 피스와 상기 하부 피스는 하나 이상의 부착 지점들에서 상호 간에 부착되며,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 상기 상부 피스와 상기 하부 피스를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나와 상기 사이드 멤버 앵글 타이에 부착시키는 측면 부착 멤버를 더 포함하고,
상기 전면 범퍼 빔의 상기 단부 부분은 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 상기 상부 피스, 상기 하부 피스, 및 상기 측면 부착 멤버에 의해 실질적으로 둘러싸이는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 외측 표면에 부착되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 후면 단부는 상기 차량의 휠 인벨롭(wheel envelope)의 내측 위치에서 상기 길이방향 사이드 멤버들의 하나에 부착되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 전면 단부는 상기 전면 범퍼 빔의 외측 팁에서 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나를 향해 연장되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 전면 단부는 상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 후면에 길이 방향으로 부착되고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 후면 단부는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 외측 표면에 측면에서 부착되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 전면 범퍼 빔의 외측 팁에서 상기 전면 범퍼 빔과 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나 사이의 적어도 부착 지점으로 연장되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 대하여 상기 전면 범퍼 빔의 단부 부분의 접힘(folding)을 연장시키는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져는 상기 차량의 바디 상에 상기 충격 하중을 흡수하기 위해 구겨지도록 되어 있는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져의 구겨짐은 상기 충격 하중을 상기 사이드 멤버 앵글 타이로 전달하는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이가 연결된 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나의 좌굴을 연장시키는 차량의 전면 바디 구조. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 내측을 향하는 내부 피스와, 상기 차량의 외측을 향하는 외부 피스를 포함하고,
상기 내부 피스와 상기 외부 피스는 하나 이상의 부착 지점들에서 상호 간에 부착되는 차량의 전면 바디 구조. - 제14 항에 있어서,
속이 빈 통로(hollow passageway)가 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 상기 외부 피스 내에 형성되는 차량의 전면 바디 구조. - 제14 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 외부 피스 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나와 상기 전면 범퍼 팁 인클로져 중 적어도 하나에 부착시키고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 전면 단부에 배치되는 전면 부착 멤버를 더 포함하는 차량의 전면 바디 구조. - 제14 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 상기 내부 피스와 상기 외부 피스 중 적어도 하나를 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 부착시키고, 상기 사이드 멤버 앵글 타이의 하부 단부에 배치되는 후면 부착 멤버를 더 포함하는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이가 상기 길이방향 사이드 멤버들 중 하나에 대하여 연장되는 각도는 15도에서 30도 사이인 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 각각 균일한 두께로 형성되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 철제(steel)로 형성되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 사이드 멤버 앵글 타이의 중앙 부분은 U자 형태이고, 상기 U자 형태 부분의 마주보는 측면들 옆에는 평평한 부분들이 위치하는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 운전자-측에 위치되는 차량의 전면 바디 구조. - 제1 항에 있어서,
상기 전면 범퍼 팁 인클로져와 상기 사이드 멤버 앵글 타이는 각각 한 쌍의 전면 범퍼 팁 인클로져들과 한 쌍의 사이드 멤버 앵글 타이들 중 하나이고, 상기 전면 범퍼 팁 인클로져들 중 하나와 상기 사이드 멤버 앵글 타이 중 하나는 차량의 운전자-측 상에 위치되며, 다른 전면 범퍼 팁 인클로져와 다른 사이드 멤버 앵글 타이는 상기 차량의 승객-측 상에 위치되는 차량의 전면 바디 구조.
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