KR102342883B1 - 일체형 도어 임팩트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 도어 임팩트 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 도어 패널의 내부에 횡방향으로 고정되는 차량용 도어 임팩트 빔에 있어서, 사각 파이프 형태로 구성되는 빔부; 상기 빔부의 전방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 프론트 브라켓부; 및 상기 빔부의 후방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 리어 브라켓부;를 포함하며, 상기 빔부와 상기 프론트 브라켓부와 상기 리어 브라켓부는 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 도어 임팩트 빔 관한 것이다.

Description

일체형 도어 임팩트 빔{Integrated Door Impact Beam}

본 발명은 일체형 도어 임팩트 빔에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 도어 빔과 브라켓 일체형 구조를 갖는 도어 임팩트 빔에 관한 것이다.

일반적으로 도어 내측패널에는 차량 측면 충돌시 충격량을 흡수하여 탑승자 상해치를 최소화하기 위한 임팩트빔이 차체길이방향으로 설치된다.

도어 임팩트빔에서, 설치상 중공의 파이프 형상을 하는 빔은 브라켓을 매개로 그 양단이 도어 내측패널에 고정된다. 이때 빔과 브라켓은 각각 별도로 각각 제조 제조되므로, 임팩트빔의 도어 내측패널에의 설치는 파이프로 제조된 빔의 양단에 브라켓을 용접한 후 브라켓을 도어내측패널의 전후방 양단측에 용접함으로써 완료된다.

공지의 빔 제조공정을 간략히 살펴보면, 공정은 1.6∼3.5t의 압연강판을 롤포밍에 의해 강관으로 성형 및 용접하는 조관공정, 제조된 강관을 제품규격에 맞도록 일정길이로 절단하는 절단공정, 강성 보강을 위해 절단된 강관을 열처리하는 열처리 공정으로 이루어진다. 그리고 이러한 빔에 별도의 판재를 성형하여 제작된 브라켓을 용접함으로써 임팩트빔이 제조되는 것이다.

그러나 위와 같은 종래의 도어 임팩트빔 제조방법은, 빔과 브라켓을 각각 별도로 제작하여 용접하여야 하므로 부품수 및 조립공정을 증가시켜 제조비용을 상승시킨다는 문제점이 있다. 특히 조관과정에서의 레이저용접은 정확성이 요구될 뿐만 아니라 원가가 비싸, 도어 임팩트빔의 제조비용을 상승시킨다는 문제가 있다

이러한 차량용 도어 임팩트빔은 차량의 도어에 설치되어 외부로부터 차량의 도어에 가해지는 충격을 흡수하여 탑승한 승객 또는 적재된 화물을 보호하기 위한 안전장치이다.

임팩트빔은 통상적으로 강(steel) 재질로 제조되며, 임팩트빔의 강도가 높아야 외부로부터 가해지는 충격에 쉽게 변형되지 않고 충격을 흡수하기에 유리하다. 그러나, 임팩트빔의 강도가 높아질수록 취성도 높아지기 때문에, 강도가 높은 임팩트빔은 충격에 깨질 가능성이 높아진다. 취성은 연신율에 반비례하므로, 임팩트빔의 강도가 높으면 연신율은 낮을 수 밖에 없다.

종래의 임팩트빔은 단일강관을 사용함에 따라 강성확보를 위해서는 전체적으로 두께의 증대가 발생하여 중량이차량용 도어 임팩트빔은 차량의 도어에 설치되어 외부로부터 차량의 도어에 가해지는 충격을 흡수하여 탑승한 승객 또는 적재된 화물을 보호하기 위한 안전장치이다.

임팩트빔은 통상적으로 강(steel) 재질로 제조되며, 임팩트빔의 강도가 높아야 외부로부터 가해지는 충격에 쉽게 변형되지 않고 충격을 흡수하기에 유리하다. 그러나, 임팩트빔의 강도가 높아질수록 취성도 높아지기 때문에, 강도가 높은 임팩트빔은 충격에 깨질 가능성이 높아진다. 취성은 연신율에 반비례하므로, 임팩트빔의 강도가 높으면 연신율은 낮을 수 밖에 없다.

종래의 임팩트빔은 단일강관을 사용함에 따라 강성확보를 위해서는 전체적으로 두께의 증대가 발생하여 중량이크게 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 부품은 강도가 매우 높은 재질을 사용함에 따라 어느 정도의 변형 발생 시 파단이 발생할 위험성이 매우 높은 문제점이 있었다.

도 1은 종래 도어 임팩트 빔의 사시도를 도시한 것이다. 도 2a는 종래 도어 임팩트 빔의 분해 사시도, 도 2b은 용접부위를 나타낸 종래 도어 임팩트 빔의 사시도를 도시한 것이다.

도 1, 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래 도어 임팩트 빔(10)은 도어빔(11)과, 프론트 보강 브라켓(12), 리어 보강 브라켓(13), 2개의 빔 브라켓(14), 아우터 보강(15) 브라켓 총 6개의 부재로 구성되며, 도어빔(11)에 대하여, 프론트 보강 브라켓(12), 리어 보강 브라켓(13), 2개의 빔 브라켓(14), 아우터 보강 브라켓(15)이 용접되어 결합되게 된다.

도 3a는 도어 임팩트 빔이 결합된 도어 내측 패널 사진, 도 3b는 충돌 파단 형상 사진을 나타낸 것이다.

종래 도어 임팩트 빔(10)은 모든 복수의 브라켓 들이 도어빔에 용접되게 됨으로써(총 17개소, 아크 용접 9개소, 스폿 용접 8개소), 접합공정에 따른 중량이 증가되며, 도어 임팩트 빔에서 이음이 발생되며 충돌시 파이프의 파단이 발생되게 되는 문제점이 존재한다.

대한민국 등록특허 10-0676846호 대한민국 공개특허 10-2013-0068119 대한민국 공개특허 10-2011-0035695 대한민국 등록특허 10-1936477

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 일체형 구조 적용을 통한 용접수 최소화 및 중량절감이 가능하며, 최적 구조 형상 도출을 통한 구조, 충돌성능이 개선된, 일체형 도어 임팩트 빔을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, 차량용 도어 패널의 내부에 횡방향으로 고정되는 차량용 도어 임팩트 빔에 있어서, 사각 파이프 형태로 구성되는 빔부; 상기 빔부의 전방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 프론트 브라켓부; 및 상기 빔부의 후방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 리어 브라켓부;를 포함하며, 상기 빔부와 상기 프론트 브라켓부와 상기 리어 브라켓부는 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 도어 임팩트 빔으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 빔부는 사각형 단면을 가지며, 두께는 1.5 ~ 1.7t인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 프론트 브라켓부는, 상기 도어 패널에 접합되는 면과 대향되는 면에 길이방향을 따라 서로의 이격 간격이 전방측으로 점진적으로 커지는 복수의 프론트 오목비드를 갖고, 상기 리어 브라켓부는, 상기 도어 패널에 접합되는 면과 대향되는 면에 길이방향을 따라 형성되는 리어 오목비드와, 상기 대향되는 면의 양측 각각에 형성되는 복수의 리어 횡방향 볼록비드를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

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또한 평판 모재에 대하여 1차 프레스 성형을 통해 ∪자형 횡단면을 갖고 전방에 1차 성형 프론트 브라켓부, 후방에 1차 성형 리어 브라켓부를 성형 하고, 양단을 절곡하여 용접하여 사각 단면의 빔부를 성형 한 후, 2차 프레스 공정을 통해 비드가 형성된 프론트 브라켓부와 리어 브라켓부를 형성시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔에 따르면, 일체형 구조 적용을 통한 용접수 최소화 및 중량절감이 가능하며, 최적 구조 형상 도출을 통한 구조, 충돌성능이 개선되는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 도어 임팩트 빔의 사시도,
도 2a는 종래 도어 임팩트 빔의 분해 사시도,
도 2b은 용접부위를 나타낸 종래 도어 임팩트 빔의 사시도,
도 3a는 도어 임팩트 빔이 결합된 도어 내측 패널 사진,
도 3b는 충돌 파단 형상 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔의 사시도,
도 5a는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 동일 두께/재질/지름에 대한 원형, 사각형, 육각형에 대한 강성, 중량 실험데이터
도 5b는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 동일 중량/재질/지름에 대한 원형, 사각형, 육각형에 대한 강성, 중량 실험데이터
도 5c는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 사각단면에서 최적 두께 실험 데이터
도 6은 본 발명의 실험예에서, 단일 제품에 대한 충돌성능 해석에 따른 실험데이터,
도 7은 본 발명의 실험예에 에서 도어 내측 패널에 결합된 제품에 대한 충돌성능 해석에 따른 실험데이터를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔의 구성, 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔의 사시도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔(100)은 차량용 도어 내측 패널(1)의 내부에 횡방향으로 고정되는 것으로, 사각 파이프 형태로 구성되는 빔부(20)와, 이러한 빔부(20)의 전방 끝단에 일체로 연결되며 차량용 도어 패널(1) 내측면에 결합되는 프론트 브라켓부(30)와, 빔부(20)의 후방 끝단에 일체로 연결되며 차량용 도어 패널(1) 내측면에 결합되는 리어 브라켓부(40)를 포함하며, 빔부(20)와 프론트 브라켓부(30)와 리어 브라켓부(40)는 일체형 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 일체형 도어 임팩트 빔(100)에 따르면, 일체형 구조 적용을 통한 용접수 최소화 및 중량절감이 가능하며, 최적 구조 형상 도출을 통한 구조, 충돌성능이 개선되는 효과를 갖는다.

일체로 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔(100)은 스틸재질로 구성된다.

그리고 빔부(20)는 사각형 단면을 가지며, 두께는 1.5 ~ 1.7t로 구성된다.

또한 프론트 브라켓부(30)와 리어 브라켓부(40)에는 복수의 비드가 형성되어 진다.

구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 프론트 브라켓부(30)에는 다수의 프론트 오목비드(31)가 형성된다. 프론트 오목비드(31)는 도어 내측 패널(1)에 접합되는 면과 대향되는 면에 길이방향을 따라 서로의 이격 간격이 전방측으로 점진적으로 커지도록 형성된다.

또한 리어 브라켓부(40)에 형성되는 비드는 리어 오목비드(41)와 리어 횡방향 볼록비드(42)로 구성될 수 있다. 이러한 리어 비드(41, 42)는 도어 내측 패널(1)에 접합되는 면과 대향되는 면에 형성되며, 리어 오목비드(41)는 길이방향을 따라 2개가 형성되며, 리어 횡방향 볼록비드(42)는 대향되는 면의 양측 각각에 3개씩 형성될 수 있다.

이러한 일체형 도어 임팩트 빔(100)의 성형은 기본적으로 프레스 공정과 절곡공정을 통해 제조될 수 있다.

먼저 평판 모재에 대하여 1차 프레스 성형을 통해, 빔부 측에 ㄷ 자형 횡단면을 갖게 하고, 전방에 1차 성형 프론트 브라켓부, 후방에 1차 성형 리어 브라켓부가 성형되도록 한다.

그리고 빔부를 성형할 ㄷ 자형 단면에서 개방된 양단 끝단 각각을 길이방향을 따라 절곡하고 서로 용접하여 사각 단면을 갖는 빔부(20)를 성형하게 된다.

그리고 2차 프레스 공정을 통해 비드가 형성된 프론트 브라켓부(30)와 리어 브라켓부(40)를 형성시키게 된다.

이하에서는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석결과와, 충동설능 해석결과에 대해 설명하도록 한다.

도 5a는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 동일 두께/재질/지름에 대한 원형, 사각형, 육각형에 대한 강성, 중량 실험데이터, 도 5b는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 동일 중량/재질/지름에 대한 원형, 사각형, 육각형에 대한 강성, 중량 실험데이터, 도 5c는 본 발명의 실험예에 따른 구조성능해석에서 사각단면에서 최적 두께 실험 데이터를 도시한 것이다.

도 5a, 내 도 5c에 도시된 바와 같이, 원형, 사각형, 육각형 파이프에 대하여 3점 굽힘 해석을 진행하였음을 알 수 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 동일 두께, 재질, 지름에 대하여 사각형 파이프의 강성이 가장 높음을 알 수 있다(종래 원형 대비 95%상승).

그리고 도 5b에 도시된 바와 같이, 동일 중량/재질/지름에 대하여, 사각형 파이프가 가장 얇은 두께를 가지며, 거의 동등한 중향에서도 강성이 가장 높음을 알 수 있다(종래 원형 대비 43%상승).

또한 도 5c에 도시된 바와 같이, 사각형 파이프에 대하여 동일재질에 대하여 목적화하는 중량에 대해 1.6t의 두께로 최적화될 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 도 6은 본 발명의 실험예에서, 단일 제품에 대한 충돌성능 해석에 따른 실험데이터를 도시한 것이다. 단품 충돌성능해석에서 강성해석조건은 전체 도어빔 기준 6.5:3.5지점, 부재 직경은 254mm(Y축 방향 프레스)이다. 또한 충돌해석조건은 전체 도어빔 기준 6.5:3.5지점 부재속도 21.5km/h(Y축방향 프레스), 타겟에너지는 2,060J이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 브라켓과 일체형이며 사각단면의 빔부를 갖는 도어 임팩트 빔에서 더 얇은 두께와, 중량이 감소되었어도 더 높은 에어지와 강성을 갖게 됨을 알 수 있으며, 비드가 형성된 도어 임팩트 빔에서 더욱 큰 에너지와 강성을 가짐을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 실험예에 에서 도어 내측 패널에 결합된 제품에 대한 충돌성능 해석에 따른 실험데이터를 도시한 것이다. 충돌해석조건은 구속조건은 JIG 구송이고, 부재 중량은 592.5Kg(부재 직경:254mm)이고, 낙하속도는 32 km/h(부재 높이 140mm)이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 종래 도어 임팩트빔이 결합된 구조와 대비하였을 때, 중량이 1%정도 저감되었음에도, 더 적은 변위와 더 많은 에너지를 갖게 됨을 알 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:도어 내측 패널
10:종래 도어 임팩트빔
11:도어빔
12:프론트 보강브라켓
13:리어 보강브라켓
14:빔 브라켓
15:아우터 보강브라켓
20:빔부
30:프론트 브라켓부
31:프론트 오목비드
40:리어 브라켓부
41:리어 오목비드
42:리어 횡방향 볼록비드
100:일체형 도어 임팩트빔

Claims (5)

1. 차량용 도어 패널의 내부에 횡방향으로 고정되는 차량용 도어 임팩트 빔에 있어서,
   사각 파이프 형태로 구성되는 빔부;
   상기 빔부의 전방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 프론트 브라켓부; 및
   상기 빔부의 후방 끝단에 일체로 연결되며 상기 차량용 도어 패널 내측면에 결합되는 리어 브라켓부;를 포함하며, 상기 빔부와 상기 프론트 브라켓부와 상기 리어 브라켓부는 일체형 구조를 가지며,
   상기 도어 임팩트 빔은 스틸재질로 구성되며, 상기 빔부는 사각형 단면을 가지며, 두께는 1.5 ~ 1.7t이고,
   상기 프론트 브라켓부는, 상기 도어 패널에 접합되는 면과 대향되는 면에 길이방향을 따라 서로의 이격 간격이 전방측으로 점진적으로 커지는 복수의 프론트 오목비드를 갖고,
   상기 리어 브라켓부는, 상기 도어 패널에 접합되는 면과 대향되는 면에 길이방향을 따라 형성되는 리어 오목비드와, 상기 대향되는 면의 양측 각각에 형성되는 복수의 리어 횡방향 볼록비드를 갖고,
   평판 모재에 대하여 1차 프레스 성형을 통해, 빔부 측에 ㄷ 자형 횡단면을 갖게 하고, 전방에 1차 성형 프론트 브라켓부, 후방에 1차 성형 리어 브라켓부가 성형되도록 하고, 빔부를 성형할 ㄷ 자형 단면에서 개방된 양단 끝단 각각을 길이방향을 따라 절곡하고 서로 용접하여 사각 단면을 갖는 빔부를 성형하고, 2차 프레스 공정을 통해 비드가 형성된 프론트 브라켓부와 리어 브라켓부를 형성시키는 것을 특징으로 하는 일체형 도어 임팩트 빔.
   
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