KR20030048091A - 차량용 범퍼 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에는 에너지 흡수 소자와 이 에너지 흡수 소자를 기초로 한 차량용 범퍼 시스템이 설명된다. 에너지 흡수 소자는 종방향(x방향)으로 시트(7, 8)를 절첩할 수 있는 소정의 버클링점(11)을 다수개 갖는 적어도 2개의 대향 배열된 금속 시트(7, 8)를 포함하고 대향 금속 시트(7, 8)를 상호 연결하는 연결 리브(9)를 포함한다.

Description

차량용 범퍼 시스템 {BUMPER SYSTEM FOR VEHICLES}
특히 차량 범퍼 영역 내에 사용되는 에너지 전송 및 변환 시스템은 공지되어 있고 잘 사용되고 있다. 에너지 흡수 소자로 인해 손상없이 경미한 사고를 견디는 범퍼 시스템이 널리 보급되어 있다. 차량 보험회사와 유리한 보험금 등급을 달성하기 위해, 충돌 속도 10 km/h를 상당히 초과하여 견딜 수 있는 충격 흡수 시스템이 많은 차량 제조업자에 의해 판매되고 있다(미국에서는 8 km/h까지의 충돌 속도에서 손상되지 않는 범퍼 시스템이 일반적으로 사용된다). 시스템에 도입된 에너지가 예컨대 15 km/h 속도에서의 AZT 충돌에서와 같이 더욱 커지면, 에너지는 특별한 에너지 흡수 소자에 의해 흡수된다.
일반적으로, 전술한 공지 시스템용으로 사용 가능한 장착 공간은 매우 작다. 손상 사고시 변환될 높은 운동 에너지는 시스템의 높은 효율, 즉 가능한 이상적인힘-변형 특성을 갖는 에너지 흡수 장치를 요구한다. 이러한 이상적인 특성은 초기에 힘의 심한 상승 이후에 에너지 흡수가 때맞추어 진행되는 동안 일정한 힘을 갖는 수평 평탄역이 발생한다는 사실로 유명하다. 여기서 흡수된 에너지는 힘-변위 곡선 아래 영역으로 한정되고 이 영역은 가능한 커야 한다.
에너지 흡수시, 소위 가역 시스템과 비가역 시스템간에 차이가 있을 수 있다. 전술된 가역 시스템의 예는 유압 댐퍼(가스 충전 스프링)에 의한 것들이다. 이들 시스템은 매우 효율적이며 에너지를 효과적으로 변환한다. 유압 댐핑 시스템의 단점은 복잡하고 제조 비용이 매우 비싸다는 것으로 이들 시스템은 널리 보급되지 못했다.
비가역 시스템의 예는 에너지 흡수용 소성 변형 스틸 또는 알루미늄 성분을 갖는 스틸 또는 알루미늄으로 제조된 지지 시스템이다. 변환될 에너지가 상대적으로 낮은 경우에, 준가역 시스템이 적용될 수 있다[에너지 흡수(EA) 포움 또는 알루미늄 포움으로 제조된 포움 블록]. 흡수될 에너지가 매우 크다면, 일반적으로 변형 가능한 시트 금속 프로파일이 사용된다.
이론적인 에너지 변환과 달리, 흡수 시스템은 다른 요구 조건들을 만족시켜야 한다. 기후 및 날씨 요인으로부터의 독립, 에너지 변환의 높은 재현성, 시스템 교환시 각각의 지속성 또는 장착시 오차 보상이 또한 중요한 요구 프로파일이다.
본 발명은 에너지 흡수 소자 및 예컨대 자동차 사고의 경우에 발생된 운동 에너지를 전송 및 흡수하도록 작용하는 에너지 흡수 소자에 근거한 차량용 범퍼 시스템에 관한 것이다. 에너지 흡수 소자는 특히 차량 범퍼 시스템에 적절하지만, 유사한 요구 프로파일로 다른 차량 구조의 부분 및 다른 안전 소자로서 동등하게 작용할 수 있다.
도1은 범퍼 시스템의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 에너지 흡수 소자를 관통한 단면도이다.
도3의 a와 b는 리브와 금속 시트의 연결의 다른 형태를 도시한 도이다.
도4의 a와 b는 간단한 에너지 흡수 소자의 변형 동작을 도시한 도이다.
도5는 간단한 에너지 흡수 소자(2)의 힘-변형 특성(유한 소자 계산 결과)을 도시한 도이다.
본 발명이 기초로 하는 목적은 재료의 소성 변형에 의해 가능한 최소한의 공간 내에서 차량 질량을 이동시키는 것으로부터 운동 에너지를 (거의 대부분 열로)변환시키는 에너지 전송 및 흡수 시스템을 개발하는 것이다. 이 시스템은 특히 차량에 설치될 때 취급하기 쉬워야 하며 3개의 공간 방향 모두로 위치 설정(오차 보상) 가능해야 된다. 또한, 전체 사용 기간에 걸쳐 절대적으로 재현 가능한 특성을 나타내야 하고, 저렴하게 제조 가능해야 하며 경량이어야 한다.
이론적인 에너지 변환과 달리, 시스템은 손상 사고로 인해 외측으로부터 작용하는 힘을 인접하는 구조물로 분사시키고 차량의 본체 및 프레임 구조물을 안정화시킬 수 있도록 되어 있다.
용이한 제조성, 경량화 및 에너지 흡수 특성에 대한 전술한 조건을 만족하는 에너지 흡수 소자가 발견되었다. 특히, 트랜스버스 비임과 에너지 흡수 소자의 특정 배열 및 후자의 특정 형성으로 인해 미리 정해진 변형 간격에 걸쳐 매우 높은 효율로 공급된 에너지를 흡수할 수 있는 범퍼 시스템이 발견되었다. 특히, 트랜스버스 비임에 대한 에너지 흡수 소자의 측면 배열로 인해, 이 시스템은 에너지 흡수 장치가 트랜스버스 비임 뒤에 배열된 종래의 시스템보다 에너지 변환을 위해 더 큰 간격을 제공한다.
본 발명의 대상은 종방향(x방향)으로 시트가 절첩되는 것을 가능하게 하는 소정의 버클링점을 다수개 갖는 적어도 2개의 대향 배열된 금속 시트와, 대향 금속 시트를 상호 연결하고 특히 열가소성 또는 열경화성 플라스틱으로 만들어진 연결 리브를 포함하는 에너지 흡수 소자이다.
리브는 바람직하게는 열가소성 플라스틱, 특히 폴리아미드, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 구성되며, 사출 성형에 의해 부착되어 미리 형성된 금속 시트를 상호 연결한다.
리브가 분리된 고정점, 특히 너브, 구멍 또는 둘레에 성형된 형상에 의해 금속 시트의 에지에서 시트에 연결된 에너지 흡수 소자의 특별 설계가 제공된다.
그로 인해 에너지 흡수 방향에 대해 횡방향으로 에너지 흡수 소자의 기계적 안정성이 증가된다.
금속 시트의 버클링점은 특히 바람직하게는 금속 시트의 파상, 사다리꼴 또는 톱니 형상으로 형성된다.
리브가 금속 시트의 대향 버클링점을 상호 연결한다는 사실에 의해 에너지 흡수 소자의 횡방향 안정성이 양호한 형태로 증가될 수 있다.
리브가 금속 시트 내의 대향 함몰부 또는 상승부를 각각 상호 연결하는 에너지 흡수 소자가 제공된다. 이 경우, 금속 시트는 하나의 시트 상의 함몰부가 다른 시트 상의 함몰부와 대향하도록 서로에 대해 위치 설정된다.
에너지 흡수 소자의 다른 양호한 변형예는 리브가 금속 시트와의 연결점에 추가적인 플랜지 웨브를 갖는다는 특징이 있다.
다른 양호한 실시예에서, 장착을 단순화하기 위해 에너지 흡수 소자는 에너지 흡수 소자의 일단부에서 기부 플레이트에 연결된다. 기부 플레이트는 예컨대 x방향에 대해 횡방향으로 배열되고 차량 부품 상에 장착하기 위한 보어를 갖는다.
본 발명의 다른 대상은 본 발명에 따른 적어도 하나의 에너지 흡수 소자를 갖는 차량용 범퍼 시스템이다.
적어도 하나의 트랜스버스 비임 및 트랜스버스 비임의 2개의 단부에 각각 부착된 적어도 하나의 에너지 흡수 소자를 포함하는 차량용 범퍼 시스템이 제공된다.
범퍼 시스템의 양호한 설계에서, 트랜스버스 비임은 에너지 흡수 소자에 측방향으로 착탈식으로 체결된다.
에너지 흡수 소자의 체결은 플랜지 연결에 의해 특히 효과적이며, 트랜스버스 비임 상의 플랜지는 주 지향 방향이 x방향, 즉 에너지 흡수 장치의 힘 흡수 방향인 긴 구멍을 갖는다.
에너지 흡수 소자는 종방향(x방향)으로 시트가 절첩되는 것을 가능하게 하는 소정의 버클링점을 다수개 갖는 2개의 대향 배열된 금속 시트를 포함한다. 금속 시트는 전술된 바와 같이 파상, 사다리꼴 또는 톱니 형상으로 형성될 수 있다.
특히 열가소성 또는 열경화성 플라스틱으로 만들어진 연결 리브가 서로 대향하는 금속 시트 사이의 연결을 형성한다. 금속 시트에 리브 연결된 플라스틱 연결은 예컨대, 포지티브 연결(positive connection)로서 실현된다. 이 경우, 리브가 분리된 고정점, 특히 너브, 구멍(관통 성형된 형상) 또는 둘레에 성형된 형상에 의해 금속 시트의 에지에서 시트에 연결된다.
리브의 배열은 특히 각각의 리브가 금속 시트 내의 대향 함몰부 또는 상승부를 각각 연결한다는 특징이 있다. 에너지 흡수 소자의 추가적인 지지 및 안정화를 위해, 플라스틱 리브는 추가적인 플랜지 웨브를 구비할 수 있다. 이 웨브는 금속 시트와 플라스틱 리브 사이에 마찰 연결을 형성한다.
에너지 흡수 소자의 서로 대향하는 시트는 기부 플레이트에 체결(용접)될 수 있다. 기부 플레이트는 그 뒤에 위치된 구조체(예컨대 차량에서 종방향 비임)에에너지 흡수 소자를 결합시키도록 작용한다.
범퍼 시스템의 2개의 주요 부품, 즉 에너지 흡수 장치 및 트랜스버스 비임은 바람직하게는 연결이 반복적으로 분리되고 다시 성립될 수 있는 식으로 마찰식으로 그리고/또는 포지티브하게 상호 연결된다. 이 특별한 연결 형태는 트랜스버스 비임 상의 플랜지 내의 긴 구멍과 스크루에 의해 실현되어, x방향으로 트랜스버스 비임을 치수 조정하는 것을 허용한다. y방향 및 z방향으로의 조정성은 예컨대 에너지 흡수 소자의 기부 플레이트 내의 큰 보어에 의해 달성된다.
트랜스버스 비임과 에너지 흡수 소자의 신규한 배열에 의해, 이 시스템은 추가적인 소자없이 3공간 방향 모두로 차량 상에 위치될 수 있고 따라서 매우 저렴한 시스템이 된다.
개발된 에너지 전송 및 흡수 시스템에 의해 종래 기술에 비한 현저한 효과가 달성될 수 있다.
에너지 흡수 효율은 특정한 방법으로 버클링 공정을 좌우하는 능력에 의해 매우 높아진다. 예컨대 형성되는 절첩의 수와 크기가 제어 및 좌우하기가 매우 어려운 금속 크래쉬 박스(crash box)가 존재하는 반면, 본 발명에 따른 에너지 흡수 소자의 구조는 정확한 절첩 수가 한정되는 것을 가능하게 한다. 이러한 이유로, 에너지 흡수 또는 힘-변형 특성은 양호한 재현성을 갖는다. 파상 구조를 누진적으로 함으로써, 종래의 요소에 의해 불가능했지만 힘-변형 특성이 또한 점진 및/또는 체감될 수 있다. 금속 시트로의 연결로 인해, 플라스틱은 금속의 변형 형태를 따르게 한다. 에너지 흡수 소자의 제조 및 시트와 플라스틱 사이의 연결은 플라스틱사출 성형 공정에 의해 저렴하고 간단하게 실현된다. 개별 부품의 추가적인 장착이 불필요해진다. 사출 성형 공정 동안 다른 구성 성분이 또한 범퍼 시스템에 합체된다. 바로 부근에 추가된 부품은 치수적으로 정밀하게 위치 설정되거나 체결된다.
플라스틱-금속 연결(또는 하이브리드 기술로 인용됨)은 예컨대 금속 구조가 플라스틱 사출 주형 내에 위치되고 용융된 플라스틱이 폐쇄된 주형 내로 사출되는 식으로 실현된다. 시트 소자는 도색, 인산염 처리, 아연도금 처리 등에 의해 부식으로부터 보호될 수 있다. 특히, PA 6, PA 66, PBT 또는 PA 6 GF, PA 66 GF, PBT GF 등과 같은 열가소성 플라스틱이나 열경화성 수지와 같은 다른 플라스틱이 특히 적절한 플라스틱이다. 플라스틱 사출 성형 공정에 의한 시스템의 제조로 인해, 제품의 높은 재현성이 달성된다.
에너지 흡수 소자와 트랜스버스 비임의 연결은 x방향으로 시스템의 조정성을 허용하고, 에너지 흡수 소자의 기부 플레이트에 의해 y 및 z방향 조정성도 허용한다. 3개의 공간 방향 모두로의 변형 가능한 위치 설정은 종래의 시스템 내에서는 추가적인 소자에 의해서만 가능하다.
장착 공간은 오늘날의 승용차에서 매우 한정적이어서, 종방향 비임 플랜지와 트랜스버스 비임 사이의 공간은 종래의 시스템 내에 에너지 흡수 시스템용으로 사용될 수 있다. 트랜스버스 비임의 깊이(x 길이)가 에너지 변환을 위해 사용될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 에너지 흡수 소자의 특별한 측면 배열은 에너지 변환을 위한 추가적인 간격을 형성한다.
본 발명은 도면을 참조하여, 발명을 한정하기 위해 구성된 것이 아닌 예들에 의해 이하에 더욱 상세히 설명된다.
예1
도1은 범퍼 시스템의 사시도이다. 범퍼 시스템은 트랜스버스 비임(1) 및 트랜스버스 비임(1)의 단부들에 부착된 2개의 에너지 흡수 소자(2, 2')를 포함한다. 각각의 에너지 흡수 소자(2, 2')는 다수의 소정 절곡점(11)을 구비한 대향 배열된 2개의 금속 시트(7, 8)를 포함한다. 금속 시트(7, 8)는 톱니 형상으로 형성된다. 전술된 절곡점(11)은 에너지 흡수 소자(2, 2')의 구조가 소정의 임계 하중을 초과한 후 종방향(x방향)으로 매우 한정된 방식으로 절첩되는 것을 가능하게 한다. 긴 구멍(4)을 갖는 플랜지(3)가 트랜스버스 비임(1)의 2개의 단부에 위치된다. 2개의 에너지 흡수 소자(2, 2')는 트랜스버스 비임(1)이 완벽하게 x방향으로 위치 설정될 수 있도록 각각 스크루 장착된다. 따라서 차량의 종방향으로의 치수 오차는 추가적인 간격 플레이트 없이 보상될 수 있다.
예2
도2는 에너지 흡수 소자(2)를 관통한 종방향 단면도이다. 연결 리브(9)는 열가소성 플라스틱[유리 섬유 강화 폴리아미드(6)]으로 구성되며 서로 대향하는 금속 시트(7, 8) 사이에 연결을 형성한다. 금속 시트(7, 8)에 대한 플라스틱 리브(9)의 연결은 포지티브 연결로서 실현된다. 이 경우, 리브(9)는 특히 금속 시트(7, 8) 내의 분리된 고정점(10)에서 시트(7, 8)에 연결된다. 금속 시트는 원하는 고정점(10)에 구멍(16)을 갖는다. 전체 에너지 흡수 장치(2, 2')가 플라스틱 사출 성형 공정에 의해 1 작업으로 제조되기 때문에, 용융된 플라스틱이 금속 시트(7, 8)의 구멍(16)을 통과해서 관통하여 플라스틱 리브(9)와 금속 시트(7, 8) 사이에 버튼 또는 리벳형 연결을 형성할 수 있다. 에너지 흡수 소자(2)의 서로 대향하는 시트(7, 8)는 용접에 의해 기부 플레이트(6)에 체결된다. 기부 플레이트(6)는 체결 보어(4)를 구비하며 그 뒤에 위치된 구조체(차량에서 예컨대 종방향 비임)에 에너지 흡수 소자(2)를 결합시키도록 작용한다.
금속 시트(7, 8)에 플라스틱 리브(9)를 연결하는 다른 방법이 도3의 a에 도시되어 있다. 여기에 도시된 금속 프로파일(7)의 상부 에지에 시트(7) 상에 원형 단면으로 둘레에 성형된 형상(14)이 위치하는 반면, 용융된 플라스틱에 의해 충전된 관통 성형된 형상이 시트의 하부 플로어에 위치된다. 이 관통 성형된 형상(10)은 리벳 결합과 비교될 수 있다. 도3의 b의 하부도는 금속 시트(7, 8) 상에 플라스틱 리브(9)를 지지할 수 있는, 소위 플랜지 웨브(15)라고 불리는 수단을 도시하고 있다.
도4의 a와 b는 큰 종방향 힘을 받은 에너지 흡수 장치(2)의 기본적인 작동을 도시하고 있다. 에너지 흡수 장치(2)는 파상 구조에 의해 미리 설정된 방식으로 절첩되고 매우 단순한 기하학적 구조에 의해 거의 이상적인 방식으로 도입된 에너지를 흡수한다. 연관된 힘-변위 곡선이 도5에 도시되어 있다. 힘은 매우 짧은 시간 동안에 최대값에 도달한다. 에너지 흡수 장치의 변형 중에, 평균 힘 프로파일은 거의 일정하게 된다. 이 힘-변형 특성은 이상적인 에너지 흡수 장치 특성과 매우 유사하다.

Claims (12)

  1. 종방향(x방향)으로 시트가 절첩되는 것을 가능하게 하는 소정의 버클링점(11)을 다수개 갖는 적어도 2개의 대향 배열된 금속 시트(7, 8)와, 대향 금속 시트(7, 8)와 상호 연결하고 특히 열가소성 또는 열경화성 플라스틱으로 만들어진 연결 리브(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리브(9)는 열가소성 플라스틱, 특히 폴리아미드, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리브(9)는 분리된 고정점(10), 특히 너브, 구멍(16) 또는 둘레에 성형된 형상(14)에 의해 금속 시트(7, 8)의 에지에서 시트(7, 8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버클링점(11)은 상기 금속 시트(7, 8)의 파상, 사다리꼴 또는 톱니 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브(9)는 금속 시트의 대향 버클링점(11)을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리브(9)는 금속 시트(7, 8) 내의 대향 함몰부(12) 또는 상승부(13)를 각각 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리브(9)가 금속 시트(7, 8)와의 연결점에 추가적인 플랜지 웨브(14)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 흡수 소자(2)의 일단부에 기부 플레이트(6)가 배열되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 소자.
  9. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 따른 적어도 하나의 에너지 흡수 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 범퍼 시스템은 적어도 하나의 트랜스버스 비임(1) 및 트랜스버스 비임(1)의 2개의 단부에 각각 부착된 적어도 하나의 에너지 흡수 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 트랜스버스 비임(1)은 에너지 흡수 소자(2, 2')에 측방향으로 착탈 가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 에너지 흡수 소자(2, 2')의 체결은 플랜지 연결에 의해 특히 효과적이며, 트랜스버스 비임(1) 상의 플랜지는 주 지향 방향이 x방향인 긴 구멍(4)을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼 시스템.
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