KR102197807B1 - 차량 범퍼 - Google Patents

Abstract

차량 범퍼용 빔은 폐쇄된 관상체로서 연속 웨브의 소재로 형성된다. 상기 관상체는 내부벽 및 외부벽에 의해 연결된 상부벽 및 하부벽을 갖는다. 지지체가 내부벽과 외부벽 사이에 연장되어 있고, 보강재가 지지체와 하부벽 사이의 적어도 일부의 외부벽 상에 놓여져 있어서 이중벽 구조를 제공한다.

Description

차량 범퍼{VEHICLE BUMPER}

(관련출원 상호 참조)

본 출원은 2013년 10월 4일에 출원한 발명의 명칭이 "차량 범퍼"인 미국 특허출원 번호 14/046,616의 우선권을 주장하고, 그 전체 내용을 참조로서 여기에 원용한다.

본 발명은 차량 범퍼로서 사용되는 빔에 관한 것이다.

범퍼는 가벼운 충격의 영향으로부터 차량의 정면 및 후면을 보호하고, 또한 가벼운 충격시 차량 구조체로 하중을 이동시키기 위해 차량에 사용된다. 범퍼는 차량으로부터 돌출되어 있고, 차량과 다른 구조체의 최초 접촉점을 제공한다.

범퍼는 차량의 섀시에 고정된 간단한 빔으로부터 정교한 충격 흡수 시스템의 필수적인 부분으로 발전되어 왔다. 충격 흡수 시스템은 차량의 에너지 흡수 구조체로 하중을 이동시켜서, 차량 탑승자에 대한 충격의 영향을 경감시킬 뿐만 아니라, 차량 주차 조작시 및 이것과 유사한 상황시 발생할 수 있는 저속 충력시의 손상을 최소화시키는 기능을 한다. 현재의 차량에 제공되는 범퍼가 반드시 충족시켜야 하는 특정 테스트 기준이 규정되어져 있다. 동시에, 상업상 현실은 범퍼의 제조비용 및 중량을 최소화하는 것이 요구된다.

Goto의 미국 특허 제6,217,089호는 구조체의 전면으로부터 후면으로 연속하는 중심 웨브를 구비한 관상 구조체로 형성된 롤인 범퍼가 개시되어 있다. 범퍼빔의 외향면을 향하여 차량으로부터 연장되는 한 쌍의 웨브를 갖는 유사한 구조체가 미국 출원 2008/0284184 및 미국 출원 2008/0093867에 개시되어 있다.

이들 방법에 의하면 단일 블랭크로 경제적으로 제조할 수는 있지만, 그 구성에 사용되는 재료의 두께를 실질적으로 증가시키지 않고서는 적용 기준에 의한 부여된 충격을 견딜 수 없는 것을 발견했다. 이러한 두께의 증가는 구조체의 비용뿐만 아니라 중량도 증가시킨다.

Goto의 미국 특허 제6,726,261호는 차량의 중심 영역의 빔의 전방으로 돌출되도록 관상 빔에 추가 구성요소를 고정한 국부 보강재를 개시한다. 이러한 구성은 제조시 추가 처리 스텝이 요구되므로 이러한 구조체의 고유 비용이 추가된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점을 제거 또는 경감시킨 차량 범퍼용 빔을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 차량 범퍼용 빔이 제공된다. 상기 빔은 금속의 연속 웨브로 형성된 가늘고 긴 폐쇄된 관상체를 포함한다. 상기 관상체는 서로 이간된 한 쌍의 제 1 벽, 및 상기 한 쌍의 제 1 벽 사이에서 연장되어 있고 서로 이간된 한 쌍의 제 2 벽을 갖는다. 한 쌍의 제 1 벽에 개재된 한 쌍의 제 2 벽 사이에는 지지체가 연장되어 있고, 지지체와 한 쌍의 제 1 벽 중 하나 사이에는 보강재가 연장되어 있다. 보강재는 한 쌍의 제 2 벽 중 하나에 인접하여 위치하지만 이간되어 있다. 따라서, 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나의 적어도 일부에 걸쳐서 이중벽 구조체가 제공된다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로서 설명한다.
도 1은 범퍼빔을 전면 및 후면에서 나타내는 차량의 측면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 차량에 사용된 범퍼빔의 투시도이다.
도 3은 도 2의 빔의 확대 투시도이다
도 4는 도 3에 나타낸 빔의 단면도이다.
도 5A는 범퍼빔을 형성하기 위한 개시 조건을 도시하는 단면도이다.
도 5B는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5A와 유사한 도면이다.
도 5C는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5B와 유사한 도면이다.
도 5D는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5C와 유사한 도면이다.
도 5E는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5D와 유사한 도면이다.
도 5F는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5E와 유사한 도면이다.
도 5G는 형성 처리에 있어서의 후속 단계를 나타내는 도 5F와 유사한 도면이다.
도 6A 및 6B는 종래기술의 빔에 행한 표준화 테스트의 결과의 회화 표시이다.
도 7A 및 7B는 도 6A 및 6B에서의 것과 동일한 테스트를 행한 도 2~4의 빔의 회화 표시이다.
도 8은 도 6A 및 6B, 및 도 7A 및 7B의 빔에 대한 하중 휨 곡선을 나타내는 도해적 표시이다.
도 9는 다른 실시형태의 빔의 도 3과 유사한 도면이다.
도 10은 도 9의 빔의 단면도이다
도 11은 또 다른 실시형태의 빔의 단면도이다.

따라서, 도 1을 참조하면, 차량(V)은 차량(V)의 전면 및 후면 구조체에 일체화된 범퍼 어셈블리(10)를 갖는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 범퍼 어셈블리(10)는 차량(V)에 걸쳐 횡방향으로 연장되고 페데스탈(14)을 통해서 차량의 하중 지지 구조체에 고정되는 범퍼빔(12)을 포함한다. 범퍼빔(12)은 통상적으로 패널(P)을 커버함으로써 차량(V)의 외부 엔벨로프(envelope)에 일체화된다. 또한, 빔(12)은 차량(V)의 필요 엔벨로프에 일치하도록 그 종축을 따라 만곡되어 있음을 도 2로부터 알 수 있다.

빔(12)의 구조는 도 3 및 도 4에 가장 잘 나타내어져 있다. 빔(12)은 횡방향 자유변(18, 20)을 갖는 금속의 단일 웨브(16)로 형성된다. 도 5에 대해서 이하에 더욱 상세히 후술하는 바와 같이, 웨브(16)는 빔의 필요 구조를 점차적으로 형성하는 일련의 롤 형성 스테이션을 거침으로써 빔(12)의 형태로 롤링된다. 이렇게 제조된 빔은 미확정 길이의 것이어서, 종래의 후성형 기술을 이용하여 소망한 길이로 절단하고 최종의 곡률로 형성될 수 있다.

빔(12)은 수직축에 대해 이격된 상부벽(22)과 하부벽(24)을 갖는다. 여기서 사용되는 바와 같은 상부, 하부, 내부 및 외부에 대한 언급은 차량(V)에 설치되었을 경우 빔의 배향을 가리키는 것으로 이해될 수 있다. 상부벽(22)과 하부벽(24)은 외부벽(26)과 내부벽(28)에 의해 서로 연결된다. 지지체(30)는 상부벽(22)과 하부벽(24) 사이의 대략 중간에 외부벽(26)으로부터 내부벽(28)으로 연장된다. 보강재(32)는 외부벽(26)과의 교차점에 인접하여 있는 지지체(30)로부터 하부벽(24)으로 연장되어 있다. 보강재의 원위 말단은 하부벽(24)에 중첩되는 플랜지(34)를 형성하도록 횡방향으로 폴딩된다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 상부벽(22), 하부벽(24), 외부벽(26), 내부벽(28), 지지체(30), 및 보강재(32)는 모두 웨브(16)로부터 폴딩되고, 둥근 폴딩선에 의해 그들의 접합점에서 서로 연결된다. 내부벽(28)의 하부(28a)는 자유변(18)으로부터 연장되는 웨브(16)의 가장자리부에 의해 형성된다. 내부벽(28)의 상부(28b)는 웨브(16)의 중간부에 의해 규정되고, 자유변(18)은 지지체(30)에 인접한 상부(28b)에 용접되어 일체식 내부벽(28)을 제공한다.

외부벽(26)의 저부(36)는 코루게이트 가공되어 한 쌍의 트로프(38, 40)를 제공한다. 각각의 트로프는 외부벽(26)의 면과 평행하게 연장되는 베이스(42)(도 4)를 갖는다.

보강재(32)는 마찬가지로 코루게이트 가공되어 채널(44), 및 랜드(48)에 의해 채널(44)로부터 분리된 오프셋(46)을 제공한다. 오프셋(46)은 하부벽(24)에 적층되는 플랜지(34)에서 종료된다.

보강재(32)는 지지체(30)와 보강재(32)의 교차점에 인접한 트로프(38)의 베이스 상의 용접(50)에 의해 외부벽(26)에 고정된다. 플랜지(34)는 52에서 표시되는 바와 같이 마찬가지로 하부벽(24)에 용접되어, 빔(12)의 단일 구조를 제공한다. 또한, 대부분의 경우에 요구되지는 않지만, 필요에 따라서 용접은 보광재와 트로프(40)의 접합점에 제공될 수도 있다.

용접(50, 52)은 스팟 또는 플러그 용접 등에 의해 주기적 용접으로서 또는 레이저 용접에 의해 연속 시임 용접(continuous seam weld)으로서 제공될 수 있고, 또는 유사한 기술 또는 기타 접합 기술이 일체 구조를 형성하기 위해 이용될 수 있다.

이렇게 하여 웨브(16)는 폐쇄된 관상 빔으로 형성되고, 보강재(32)는 외부벽(26)의 전장을 따라 2중 벽 구조를 형성하여, 적용되는 차량 기준에 요구되는 바와 같은 빔(12)의 중심에 가해진 포인트 충격을 견디는 것이 가능해진다.

근본적으로 평면인 웨브(16)는 별개의 블랭크 또는 연속 스트립의 재료에 적당한 기술 조작을 통해 도 3 및 도 4에 도시한 빔의 구성으로 형성될 수 있다. 이용가능한 기술은 브레이크 프레스를 이용한 연속 폴딩 조작, 또는 도 5에 도시한 일련의 롤링 스테이션을 이용하여 연속 롤 형성 조작을 포함한다. 도 5에 나타낸 상기 스테이션은 형성시 주요 단계를 나타내고, 사실상 스테이션 간의 이행은 수개의 중간 롤링 스테이션을 거침으로써 행해질 수 있다는 것이 이해될 수 있다.

우선, 자유변(18, 20)을 갖는 평면상 웨브(16)는 시트 재료의 롤 또는 유사한 스톡으로부터 초기 롤링 스테이션으로 도입된다. 스텝 B에 나타낸 웨브(16)의 초기 변형시, 웨브(16)의 프리엣지(20)에 인접한 부분이 웨브(16)의 면으로부터 변위되어 보강재(32)의 형성을 초기화하고, 트로프(38, 40)의 형성이 웨브(16)의 중간부에서 개시된다.

더욱 단계를 거쳐서, 도 5C에 도시한 바와 같이 코루겐이션과 플랜지(34)가 형성된 보강재(32)를 가진 웨브(16)의 면으로부터 직각으로 돌출하여 있는 지지체(30)를 생성한다.

도 5D에 나타낸 스테이션에서는 트로프(38, 40), 채널(44) 및 오프셋(46)을 규정하는 코루게이션이 웨브의 중심부에서 보강재(32)에 대해 전체 깊이로 전개된다.

그 다음, 폴딩 스테이션은 웨브를 스텝(E) 및 (F)에 나타낸 바와 같이 폴딩하여 상부벽(22)과 내부벽(28) 사이에 폴딩선을 규정한다. 마찬가지로, 웨브는 반대쪽 프리엣지에서 폴딩되어 하부벽(24)과 내부벽(28) 사이의 폴딩선을 규정한다.

보강재(32)가 외부벽(26)의 하부(36)에 인접할 때까지 폴딩을 계속한다. 이것은 스텝 (F)에 나타내어져 있다. 용접부(50, 52)는 하부(36)가 보강재(32)에 연결되도록 트로프(38, 40)의 베이스에 위치된다. 용접의 종료시, 하부벽(24)은 플랜지(34)와 접촉하고, 내부벽(28)의 하부와 상부(28(b))가 접촉하도록 폴딩된다. 그 다음, 플랜지(34)가 하부벽(34)과 내벽(28)의 2개의 부분에 연결되도록 용접이 행해졌다.

도 5에 도시한 스텝은 부정형 길이의 빔을 제조한 다음 소망한 길이로 절단할 수 있도록 연속적 기반으로 행해진다. 블랭크에 대해 폴딩 조작이 행해지는 경우, 트리밍이 필요로 될 수 있지만, 빔을 필요한 길이로 할 수 있다.

빔(12)은 종래의 후형성 기술을 이용하여 차량에 필요로 되는 전반적인 구성을 따르도록 성형된 후, 페데스탈(14)에 고정될 수 있다.

보강재(32)를 제공함으로써 테스트 상황에서 빔(12)의 성능이 현저하게 증가하게 되어, 빔을 더욱 얇게 형성할 수 있게 되므로, 더욱 경량의 재료로 형성하는 것이 가능해진다. 통상의 적용에 있어서는, 중형차에 사용될 때에는 웨브(16)의 두께는 1200~1500MPa 등급의 강을 이용하여 대략 1.0~1.5mm이었다.

빔(12)의 개선된 성능은 도 6A와 도 6B 및 도 7A와 도 7B를 참작하여 평가될 수 있다. 이들은 빔에 빔의 중간점에 집중된 포인트 충격을 가하는 표준 배리어 테스트를 행한 범퍼 빔의 결과를 도시한다. 보강재 없이 형성된 종래기술의 범퍼를 도시하는 도 6에서 볼 수 있듯이, 충격에 의해 그 중간점에서 빔이 폴딩되어 빔 중심부의 현저한 수직 변위가 일어난다. 그와 대조적으로, 상기한 바와 같이 보강재를 사용하는 도 7A 및 도 7B에 나타낸 빔은 동일한 테스트 조건 하에서 폴딩되지 않고 작은 영구 변형이 보여지고, 약간의 빔의 수직 변위가 보여진다. 도 6A와 도 6B 및 도 7A와 도 7B의 결과 간의 비교를 도 8에 그래프로 나타내고, 이것으로부터 도 6A와 도 6B에 나타낸 종래기술은 대략 30KN에서 탄성 한계를 나타내고, 그 하중에서 빔의 현저한 변위가 나타나는 것을 알 수 있다. 그와 대조적으로, 도 7A와 도 7B에 도시한 빔은 30KN 이상의 연속적인 상당한 탄성 변형 및 하중의 제거시 현전한 회복력을 나타낸다.

그러므로, 외부벽에 인접하여 보강재(32)를 제공함으로써 범퍼 빔(12)의 물리적 특징이 개선됨과 아울러, 단일 웨브로 경제적인 제작이 가능한 것을 알 수 있다.

도 9 및 도 10에 다른 실시형태를 나타내고, 여기서 명료성을 위해서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면부호에 접두사 '1'을 붙여 사용한다. 도 9 및 도 10의 실시형태에 있어서, 빔(112)에는 외부벽(126)의 하부(136)와 병치된 보강재(132)가 형성되어 있다. 그러나, 도 9 및 도 10의 실시형태에 있어서, 플랜지(134)는 하부(136)의 원위 가장자리에 형성되고, 보디의 외부의 하부벽(124)에 적층된다. 플랜지(134)는 내부벽(128)에 프리엣지(118)를 용접하는 방법과 동일한 방법으로 하부벽(124)에 용접된다. 물론, 웨브(16)로부터 빔(112)의 롤링 단계는 변경된 구성에 적합하도록 변경될 수 있다.

도 11에 다른 실시형태를 나타내고, 여기서 동일한 구성 요소에 대해서는 명료성을 위해 동일한 도면부호에 접두사 '2'를 붙여 표시한다. 도 11의 실시형태에 있어서는, 지지체(230)는 내부벽(228)으로부터 연장되는 한 쌍의 수렴 벽(230(a), 230(b))에 의해 제공된다. 상기 벽(230(a), 230(b))은 만곡부(230(c))에 상호 연결되어 있고, 만곡부(230(c))로부터 보강재(232)가 하부벽(224)으로 연장되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 프리엣지(218)는 만곡부(230(c))와 중첩하도록 위치되고, 용접에 의해 프리엣지(218), 보강재(232) 및 만곡부(230(c))를 고정한다. 재차, 빔(212)은 단일 웨브 재료로 형성되고, 외부벽(226)의 하부(236)에 인접하여 외부벽(226)의 하부(236)를 따라 연장하는 보강재를 제공하도록 폴딩되는 것을 알 수 있다.

Claims (14)

1. 금속의 연속 웨브로 형성된 가늘고 긴 폐쇄된 관상체로서, 서로 이간된 한 쌍의 제 1 벽, 및 상기 한 쌍의 제 1 벽 사이에서 연장되어 있고 서로 이간된 한 쌍의 제 2 벽을 갖는 관상체, 한 쌍의 제 1 벽 중간에 있는 상기 한 쌍의 제 2 벽 사이에서 연장되어 있는 지지체, 및 상기 지지체와 상기 한 쌍의 제 1 벽 중 하나 사이에서 연장되어 있고, 또한 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나에 인접하여 위치하지만 이간되어 있음으로써, 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나의 적어도 일부에 걸쳐서 이중벽 구조가 제공되는 보강재를 포함하는 차량 범퍼용 빔.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보강재는 상기 지지체와 상기 한 쌍의 제 1 벽 중 하나 사이의 위치에서 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나와 인접하도록 구성된 차량 범퍼용 빔.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 보강재 및 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나의 일부 중 적어도 하나는 코루게이트 가공되어 그들 사이에 변동 공간을 제공하는 차량 범퍼용 빔.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 보강재 및 상기 한 쌍의 제 2 벽의 일부는 각각 코루게이트 가공된 차량 범퍼용 빔.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨브의 횡방향 엣지는 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나와 상기 한 쌍의 제 1 벽 중 하나의 교차점을 규정하도록 폴딩되는 차량 범퍼용 빔.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 횡방향 엣지는 상기 한 쌍의 제 1 벽 중 하나에 고정되는 차량 범퍼용 빔.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨브의 횡방향 엣지는 상기 지지체와 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 다른 하나의 교차점에 인접하여 종료되는 차량 범퍼용 빔.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 웨브의 상기 횡방향 엣지는 상기 웨브의 중앙부에 중첩되어 고정되어, 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 다른 하나를 규정하는 차량 범퍼용 빔.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 보강재와 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나는 인접하는 위치에서 서로에 고정되는 차량 범퍼용 빔.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재와 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나는 상기 지지체에 인접하여 서로에 고정되는 차량 범퍼용 빔.
11. 금속의 웨브로 범퍼용 빔을 형성하는 방법으로서,
    금속의 연속 웨브로 형성된 가늘고 긴 폐쇄된 관상체로서, 서로 이간된 한 쌍의 제 1 벽, 및 상기 한 쌍의 제 1 벽 사이에서 연장되어 있고 서로 이간된 한 쌍의 제 2 벽을 갖는 관상체, 한 쌍의 제 1 벽 중간에 있는 상기 한 쌍의 제 2 벽 사이에서 연장되어 있는 지지체, 및 상기 지지체와 상기 한 쌍의 제 1 벽 중 하나 사이에서 연장되어 있고, 또한 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나에 인접하여 위치하지만 이간되어 있음으로써, 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나의 적어도 일부에 걸쳐서 이중벽 구조가 제공되는 보강재를 제공하도록 상기 웨브가 일련의 롤 형성 스테이션을 거치는 것을 포함하는 범퍼용 빔의 형성방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보강재와 상기 한 쌍의 제 2 벽 중 하나는 상기 관상체를 폐쇄하기 전에 서로에 고정되는 범퍼용 빔의 형성방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 관상체의 폐쇄시, 상기 웨브의 횡방향 엣지는 상기 웨브의 중간부와 병치되어 고정되는 범퍼용 빔의 형성방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 관상체의 형성에 이어서 상기 빔을 길이로 절단하여 최종 형상으로 형성하는 범퍼용 빔의 형성방법.
    

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