KR19990083007A - 자동차 도어 충돌 빔 - Google Patents

Abstract

초고강도강으로 만들어지는 개량된 강화 또는 보강부재, 특히 차량용 보강빔이 개시된다. 도어보강빔은 사다리꼴의 단면형상을 가지며 빔의 중앙부에 걸쳐 연장되는 부가적인 보강체를 선택에 따라 포함할 수 있다. 또다른 실시예에서, 둥근 판외플랜지부가 평평한 판외플랜지부를 대체할 수 있다. 도어보강빔은 모자형태의 단면형상같은 다른 단면형상을 갖는 도어보강빔에 비할 때, 단위질량당 하중지지능력에 크게 향상됨을 보여준다.

Description

자동차 도어 충돌 빔{Automobile door impact beam}

본 발명은 금속패널이나 판을 강화 또는 보강하는데 특히 적합한 고강도강의 신규하고 개량된 강화 또는 보강부개에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자동차 도어보강용의 신규하고 개량된 빔(beam)에 관한 것이다.

오늘날 자동차업계에서, 차량측면도어에 요구되는 최소강도를 규정한 행정규제에 따르는 것이 필요하다. 이러한 규제의 목적은 측면충돌사고시 탑승실로의 압입에 의한 안전위험을 최소화하는 것이다.

이들 조건을 맞추기 위한 여러 형태의 도어 보강빔, 예를들면 관형 강빔, 편상 강 스탬핑 및 여러 형상의 롤성형 고강도강 부분들이 제안되었다. 도어 보강빔을 디자인하는 엔지니어들은 흔히 상호 모순된 여러 요구조건들을 만족시켜야 한다. 예를들면, 고하중(주로 굽힘하중)을 흡수하고, 파손전 상당히 휘고, 충돌하중 흡수중 가능한한 많은 에너지를 흡수하는 빔을 설계하여 도어보강빔의 성능을 최대화하는 것이 요망되는 동시에, 도어보강빔의 질량 및 크기는 최소화하는 것이 요망된다. 크기면에서, 도어유리창을 작동시키는데 사용되는 것과 같은, 도어내 다른 구조물 및/또는 장치와의 간섭을 피하기 위해, 자동차 도어조립체내 도어보강빔의 설치는 보강빔이 상대적으로 작은 단면의 기하학적 형상을 갖는 것이 중요하다. 이같은 크기 및 질량의 고려는 하중능력, 파손전 휨 및 충돌에너지 흡수를 위한 도어보강빔의 요구성능을 달성하는 것을 어렵게 만들수 있다.

공지의 도어빔들은 요구되는 고강도를 제공하나, 통상 다른 단점을 제공한다. 예를들면, 마르텐사이드 강은 한정된 연성을 가져서, 롤성형으로 얻을 수 있는 허용단면형상에 제한을 가한다. 따라서 고강도 마르텐사이트 강으로 구성된 도어보강빔의 경우 과거의 디자인은, 예를들면 모자형상의 단면같은 기하학적 형상을 가져서 굽힘시 휘어지거나 펴짐으로써 측면충돌보호를 제공하는 질량효과를 감소시킨다.

본 발명은 폐쇄단면의 기하학적 형상을 가지며 롤성형되는, 개량된 초고강도강의 빔을 제공한다. 특히, 본 발명은 폐쇄단면의 사다리꼴 기하학적 형상을 가지며 롤성형되는 초고강도강의 빔을 제공한다.

이것은 롤성형된 빔의 대향변부를 서로 유도용접시켜서 폐쇄단면의 기하학적 형상을 형성시킴으로써 달성된다. 여기서 사용되는 용어 "초고강도강" 은 80 KSI(552 MPa) 이상의 항복강도를 갖는 강을 말한다.

다른 특성 및 장점들이 개시 및 청구된 방법과 장치에 내재함이 첨부도면을 참조로하여 이하 상세히 설명될 상세한 설명으로 부터 당업자에게 명백해질 것이다.

제 1 도는 본 발명의 일 실시예에따른 차량 측면도어의 보강부재를 보여주는 자동차의 측면도,

제 2 도는 제 1 도의 선 2 - 2 에서 본 단면도,

제 3 도는 통상사용되는 굽힘하중시험을 받을때의 보강부재 개략도,

제 4 도는 제 2 도의 선 4 - 4 에서 본 보강부재의 단면도,

제 4A 도는 공지 보강부재를 보여주는, 제 4 도와 유사한 단면도,

제 5 도는 보강부재의 또다른 제 1 실시예를 보여주는, 제 4 도와 유사한 단면도,

제 6 도는 보강부재의 또다른 제 2 실시예를 보여주는, 제 4 도와 유사한 단면도.

제 1 도 및 제 2 도에는 각각 내측 및 외측 패널부분(12)으로 형성된 측면도어(11)를 갖는 자동차(10)가 도시되어 있다. 세장형의 보강빔(14)이 도어내에 횡방향으로 위치되어 적당한 단부 브래킷(16, 17)수단에 의해 외측패널(13)의 내측표면근방에 고정되며, 브래킷들은 하중을 각각 도어구조물의 힌지와 래치 부분으로 전달한다. 통상, 약 0.20 인치(약 5.0 mm)의 틈이 외측패널(13)의 내측표면과 보강빔(14) 사이에 제공되되 연고무의 "검드롭(gum drops)"(도시되지 않음)이 틈내에 위치되어서 외측패널(13)은 사람이 이 패널(13)에 단순히 기대는 경우와 같이 외측패널(13)에 비교적 경하중에 의해 변형되지(즉 구겨지지) 않는다. 제 1 도에서 볼 수 있는 것처럼, 보강빔(14)은 차량에 착석한 사람의 허리높이 정도에서 측면도어(11)의 폭을 수평으로 가로질러 연장된다. 그러나, 측면도어(11)내의 보강빔(14)의 다른 방향이 역시 취해질 수 있다.

본 발명은 특정의 단면적 형상에 한정되지 않으나, 바람직한 형상은 사다리꼴이다. 제 4 도에 예시된 것처럼, 보강빔(14)은 약 0.05 인치(약 1.27 mm)에서 약 0.10 인치(약 2.54 cm)의 두께 t 를 가지며, 한쌍의 각이진 웨브부(22, 24), 판외(outboard)플랜지부(26) 및 판내(inboard)플랜지부(28)를 포함한다. 보강빔(14)은 약 1 인치(약 2.5 cm)에서 약 1.6 인치(약 4.1 cm)의 총높이 H 를 갖는다. 판외플랜지부(26)는 약 0.6 인치(약 1.5 cm)에서 약 1.2 인치(약 3.1 cm)의 두께 W 를 가지며, 판내플랜지부 보다 짧으며, 판내플랜지는 약 1 인치(약 2.5 cm)에서 약 1.6 인치(약 4.1 cm)의 두께 W 를 갖는다. 판내플랜지부(28)는 롤성형의 보강빔(14)의 대향단부(30, 32)의 용접부(34)를 용접시켜 형성되며, 용접부(34)는 보강빔(14)의 전길이를 따라 장애없이(uninterrupted) 연장되는 유도용접부가 바람직하다.

차량측면도어에 대한 현재 정부의 강도요구는 특정시험상태에서 차량에 대한 최소충돌저항을 규정한 연방차량 안전기준 제 2, 4 호에 규정되어 있다. 제 3 도는 제 1, 2 도에 예시한 차량도어와 연관된 측면충돌성능을 평가하기 위해 사용되는 빔의 개략도이다. 전술한 것처럼, 보강빔(14)은 도어(11)내에 설치되어서 보강빔(14)의 판외플랜지부(26)는 외측패널(23)의 내측표면에 인접하며 따라서 가상충돌의 초기 편향력을 받는다. 시험과정에서 특정칫수의 강체실린더(36)로 구성된 하중장치 또는 램(ram)은 특정 이동속도에서, 큰화살표로 도시된 것처럼, 내측방향에서 도어패널(13)의 외측표면으로 하중을 가하는데 사용된다. 시험중, 가해진 응력과 변형은 연속 또는 증분으로 기록되고, 데이터로부터 초기, 중간 및 최고 충돌저항이 결정된다. 제 3 도에서 볼 수 있는 것처럼, 시험중 보강빔(14)의 휨은 판외플랜지부(26)를 압축상태에서, 판내플랜지부(28)를 인장상태에, 각이 진 웨브부(22, 24)를 주로 전단상태에 위치시킨다.

실시예로서, AISI 규격 190 SK 고강도강으로 만든 보강빔(14)을 굽힘시험하였으며 약 0.068 인치(약 1.73 mm) 두께 t, 약 0.85 인치(약 2.16 cm)의 W, 약 1.29 인치(약 3.28 cm)의 W₂및 약 1.36 인치(약 3.45 cm)의 H 를 갖는 전장 40 인치의 경우 다음과 같은 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다 :

단위길이당 무게 = 0.98 파운드/푸트(1.46 kg/m)

최대하중 = 2.714 파운드(12,072 N)

하중강하전 휨(deflection before drop in load) = 4.5 인치(11.43 cm)

6" 휨에서의 에너지 = 11,687 인치 - 파운드(1,320 N - m)

7" 휨에서의 에너지 = 13,301 인치 - 파운드(1,503 N - m)

비교를 위해, 동일타입과 두께의 강으로 만들어졌으나, 약 1.40 인치(약 3.56 cm)의 상부폭 W_t, 약 2.65 인치(약 6.73 cm)의 총폭 W_o및 약 1.34 인치(약 3.40 cm)의 높이 H' 를 갖는 모자형상의 단면적의 공지 보강빔은 전장 40 인치(101.6 cm)의 경우 다음과 같은 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다 :

단위길이당 무게 = 1.06 파운드/푸트(1.58 kg/m)

최대하중 = 2.727 파운드(12,130 N)

하중강하전 휨 = 2.75 인치(7.00 cm)

6" 휨에서의 에너지 = 10,305 인치 - 파운드(1,164 N - m)

7" 휨에서의 에너지 = 11,411 인치 - 파운드(1,289 N - m)

제 5 도는 제 1 - 4 도의 보강빔(14)과 실질적으로 같으나, 약 6 인치(약 15.24 cm)에서 약 12 인치(약 30.48 cm)의 길이를 가지며 그 전장의 적어도 중앙부위로 연장되는 또다른 초고강도강의 보강체(40)를 포함하는 보강빔(114)을 보여주는 본 발명의 또다른 제 1 실시예이다. 보강체(140)는 보강빔(114)의 두께 t 의 반이상[즉 약 0.068 인치(약 1.73 cm)의 두께를 갖는 보강빔(114)에 대해 약 0.034 인치(약 0.86 cm)]보다 크지않은 두께를 갖는 것이 바람직하며, 예를들면, 보강빔(114)의 내측표면에 대한 스프링 작용같은 적당한 수단에 의해 보강빔(114)의 판외플랜지부(126)의 휨 개시를 지연시킴으로써, 보강빔(14)과 비교하여 보강빔(114)에 대해 또다른 총돌흡수능력을 부가한다.

제 6 도는 제 1 - 4 도의 보강빔(14)과 크기나 형상은 비슷하나, 보강빔(14)의 평평한 플랜지부(26)대신 둥근 판외플랜지부(226)를 포함하는 보강빔(214)을 보여주는 본 발명의 또다른 제 2 실시예이다. 둥근판외플랜지부(226)는 약 0.30 인치(약 0.76 cm)에서 약 0.6 인치(약 1.52 cm)의 내측 곡률반경 R1 을 갖는 것이 발람직하다.

최적성능을 위해, 평평한 판외플랜부를 갖는 본 발명의 보강빔은 보강빔 두께 t 의 약 14 배 또는 그 이하 정도의 판외플랜지부 폭 W₁을 가져야 한다고 생각된다. 판외플랜지부 폭 W₁은 또한 단면형상이 사각형에 접근할 때 일어나는 굽힘 중 판내플랜지부상의 과도한 인장변형을 피하기 위해 판내플랜지부 폭 W₂의 0.75 배와 같거나 그 이하이어야 한다.

마찬가지로, 최적성능을 위해, 둥근 판외플랜지부를 갖는 본 발명의 보강빔은 보강빔 두께 t 의 약 9 배 또는 그 이하 정도의 내측곡률반경 R₁을 가져야 한다고 생각된다.

본 발명에 따른 도어보강빔은 모자형태의 단면형상 같은 다른 단면형상을 갖는 도어보강빔에 비해 단위질량당 하중지지능력이 크게 향상된다.

상기 상세한 설명은 단지 명료한 이해를 위한 것이며 변형들이 당업자에게 명백하기 때문에 불필요한 제한은 가해지지 않는다.

Claims (8)

1. 초고강도강으로 만들어지며 사다리꼴의 폐쇄단면 형상과 일정 두께를 갖는 세장형 빔으로 구성되되, 상기 폐쇠단면 형상은 판내플랜지부와 판외플랜지부를 포함하고, 판외플랜지부는 빔두께의 14 배와 같거나 그보다 작으며 판내플랜지부 폭의 0.75 배와 같거나 그보다 작은 폭을 갖는 자동차용 도어충돌빔.
2. 제 1 항에 있어서, 빔은 초고강도강의 단일판으로 만들어지며 폐쇄단면형상은 단일판의 대향단부를 상호 용접시켜 형성되는 도어충돌빔.
3. 제 2 항에 있어서, 폐쇄단면형상은 도어충돌빔의 전 길이에 걸쳐 장애없이 연장되도록 유도용접에 의해 단일판의 대향단부를 상호 용접시켜 형성되는 도어충돌빔.
4. 제 1 항에 있어서, 빔이 빔의 폐쇄단면의 내부에 위치되는 부가적인 보강체를 또한 포함하며, 이 보강체는 적어도 판외플랜지부를 따라 배치되고 적어도 빔 길이의 일부에 걸쳐 연장되는 도어충돌빔.
5. 제 4 항에 있어서, 부가적인 보강체가 빔 길이의 중앙부에 걸쳐 연장되는 도어충돌빔.
6. 초고강도 빔으로 만들어지며 사다리꼴의 폐쇄단면 형상과 일정두께를 갖는 세장형 빔으로 구성되되, 상기 폐쇄단면형상은 판내플랜지부와 둥근 판외플랜지부를 포함하고, 둥근 판외플랜지부는 상기 두께의 9 배와 같거나 이보다 작은 내측곡률반경을 갖는 자동차용 도어충돌빔.
7. 제 6 항에 있어서, 빔은 초고강도강의 단일판으로 만들어지며 폐쇄단면형상은 단일판의 대향단부를 상호 용접시켜 형성되는 도어충돌빔.
8. 제 6 항에 있어서, 폐쇄단면 형상은 도어충돌빔의 전 길이에 걸쳐 장애없이 연장되도록 유도용접에 의해 단일판의 대향단부를 상호용접시켜 형성되는 도어충돌빔.