KR20030052111A - 자동차용 범퍼 스테이 구조 - Google Patents

자동차용 범퍼 스테이 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼 스테이 구조에 관한 것으로서, 범퍼 백빔에 접하는 접합 플레이트와 범퍼 스테이의 스테이 플레이트 사이에 충격량 흡수율이 높은 폼(foam) 또는 합성물을 삽입하여, 충격에 의해 범퍼 스테이의 변형시, 폼의 파괴에 의해 충격량을 흡수하는 한편, 접착층의 전단 변형 및 전단 파괴에 의해 보다 높은 충격량을 흡수할 수 있는 자동차용 범퍼 스테이 구조를 제공하고자 한다.

Description

자동차용 범퍼 스테이 구조{Structure of bumper-stay for automobile}
본 발명은 자동차용 범퍼 스테이 구조에 관한 것으로서, 범퍼 백빔에 접하는 접합 플레이트와 범퍼 스테이의 스테이 플레이트 사이에 충격량 흡수율이 높은 폼(foam) 또는 합성물을 삽입하고 이것을 폴리머 등의 접착제로 접합시킨 범퍼 스테이 구조를 제공함으로써, 충격에 의한 범퍼 스테이의 변형시, 폼의 파괴에 의해 충격량을 흡수하는 한편, 접착층의 전단 변형 및 전단 파괴에 의해 보다 높은 충격량을 흡수할 수 있는 자동차용 범퍼 스테이 구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 전방 및 후방에는 범퍼가 제공되어 있어 자동차의 충돌 또는 추돌 사고시, 충격을 흡수하거나 완화시켜 차체 및 운전자 또는 탑승자를 보호하게 된다.
이와 같은 범퍼는, 도 3에 도시된 바와 같이, 범퍼 커버(500)와, 충돌시에 외부 충격을 흡수하는 에너지 업소버(Energy absorber)(400)와, 외부에서 전달되는 충격을 막아 차체를 보호하는 범퍼 백빔(200)과, 차체와 연결되고 상기 범퍼 백빔(200)에 고정되는 범퍼 스테이(100)로 구성되어 있다.
상기 범퍼 스테이(100)는 좌우 각각 한개씩 장착되어 차체의 플로어 사이드 멤버(300)와 연결되어 범퍼 전체를 지지하는 역할을 할 뿐만 아니라, 플로어 사이드 멤버(300)에 길이방향으로 전달되는 충격을 흡수하는 역할을 하게 된다.
이러한 종래의 범퍼 스테이(100)는 스테이 플레이트(110)와 스테이 빔(120)으로 구성되어 있고, 항복 강도 40kg/㎟ 이상의 고장력강으로 되어 있으며, 후방 충돌 또는 추돌사고시, 도 4에 도시한 바와 같이, 스테이 플레이트(110)의 변형을 이용하여 충격 에너지를 흡수하도록 되어 있다.
여기서, 점선이 진한 곳 일수록 많은 변형이 일어난 곳이며, 결국 거의 대부분의 충격에너지는 스테이 플레이트(110)에서 흡수하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이와 같은 범퍼 스테이(100)는 충격을 흡수하거나 완화시키는데 있어서, 그 효과를 충분히 발휘하여 운전자를 포함한 탑승자의 안전을 보호해야 하는 역할이 가장 중요하며, 특히 충격의 흡수성능에 영향을 많이 끼치는 스테이 플레이트의 구조에 대한 연구와 개발의 필요성이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 충돌 또는 추돌 사고시, 충격에 의한 변형이 많이 발생하는 범퍼 백빔에 접하는 접합 플레이트와 범퍼 스테이의 스테이 플레이트 사이에 충격량 흡수율이 높은 폼(foam) 또는 합성물을 삽입하여, 충격에 의해 범퍼 스테이의 변형시, 폼의 파괴에 의해 충격량을 흡수하는 한편, 접착층의 전단 변형 및 전단 파괴에 의해 보다 높은 충격량을 흡수할 수 있는 자동차용 범퍼 스테이 구조를 제공하는데 그 안출의 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 스테이 구조를 나타내는 평면도
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 스테이 구조에서 각 부재의 에너지 흡수율을 보여주는 그래프
도 3은 종래의 자동차용 범퍼 스테이 구조를 나타내는 평면도
도 4는 종래의 자동차용 범퍼 스테이 구조에서 후방 추돌시 범퍼 스테이의 변형상태를 보여주는 개략도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 범퍼 스테이11 : 스테이 플레이트
12 : 스테이 빔20 : 접합 플레이트
30 : 충격흡수부재 40 : 접착수단
200 : 범퍼 백빔300 : 플로어 사이드 멤버
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 범퍼 백빔측과 접하는 스테이 플레이트와, 플로어 사이드 멤버측에 삽입 지지되는 스테이 빔을 포함하는 범퍼 스테이 구조에 있어서, 상기 스테이플레이트는 2장의 스틸 플레이트 사이에 에너지 흡수율이 높은 폼 재질의 충격흡수부재(30)를 삽입 접착시킨 샌드위치 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격흡수부재(30)는 메탈 폼인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격흡수부재(30)은 폴리머 폼인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충격흡수부재(30)는 유리섬유-에폭시 합성물이나 케블라섬유-에폭시 합성물을 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 스틸 플레이트와 충격흡수부재(30)를 접착시키는 수단은 폴리머 접착제인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 스테이 구조를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 스테이 구조에서 각 부재의 에너지 흡수율을 보여주는 그래프이다.
여기서, 도면 부호 200은 범퍼 백빔, 300은 플로어 사이드 멤버를 각각 나타낸다.
상기 범퍼 백빔(200)을 차체의 플로어 사이드 멤버(300)에 연결시키며, 상기 범퍼 백빔(200)에 접하는 스테이 플레이트(11)와, 상기 플로어 사이드 멤버(300)에 고정되는 스테이 빔(12)으로 구성되는 범퍼 스테이(10)에서 상기 스테이 플레이트(11)는 2장의 스틸 플레이트에 의한 샌드위치 구조, 즉 범퍼 백빔(200)측과 접하는 스테이 플레이트(11)의 전면에 접합 플레이트(20)가 조합되는 샌드위치구조로 이루어져 있다.
한편, 상기 스테이 플레이트(11)와 접합 플레이트(20) 사이에는 충격을 충분하게 흡수하거나 완화할 수 있는 일정한 두께의 충격흡수부재(30)가 접착수단(40)에 의해 접합되어 있다.
상기 충격흡수부재(30)는 메탈 폼(metal foam), 폴리머 폼(polymeric foam), 유리섬유-에폭시(epoxy) 합성물, 케블라(kevlar)섬유-에폭시 합성물 등을 선택적으로 사용할 수 있으며, 또는 장섬유(continuous fiber), 단섬유(chopped fiber), 직조(fabric) 등을 사용할 수도 있다.
상기 접착수단(40)은 에폭시 접착제와 같은 폴리머 접착제(polymeric adhesive) 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 접착수단(40)에 의한 접합구조에서는 샌드위치 구조가 발휘하는 기본적인 플레이트 부분의 변형이나 폼 부분의 파괴에 의한 에너지 흡수효과와 더불어 접착층의 전단 변형 및 전단 파괴에 의하여 보다 높은 에너지 흡수를 할 수 있다.
즉, 접합을 하게 되면 단순한 산술적인 에너지 흡수의 증가뿐만 아니라 시너지 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 플레이트에 접착제가 도포되는 영역을 기계적 혹은 화학적으로 표면처리 하게 되면 보다 높은 접착제의 전단강도를 얻을 수 있다.
상기 충격흡수부재(30)의 두께는 차체의 설계에 따라 달라질 수 있으나, 대략 5∼10mm 정도의 두께로 사용하는 것이 바람직하다.
하지만, 위의 두께 범위는 설계자에 따라 더 두껍게 혹은 얇게 조절될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 범퍼 스테이 구조에서 후방 RCAR 유한요소 해석결과에 의한 주요 에너지 흡수부재의 에너지 흡수율을 보여주고 있다.
여기서, 실선은 범퍼 스테이의 에너지 흡수율이고, 점선과 일점쇄선은 플로어 사이드 멤버와 리어 플로어 패널의 에너지 흡수율이다.
위의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 범퍼 스테이의 에너지 흡수율이 일반적으로 높은 에너지 흡수율을 나타내는 플로어 사이드 멤버와 거의 비슷하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 샌드위치 구조의 스테이 플레이트를 포함하는 범퍼 스테이 구조에서는 높은 에너지 흡수효과를 기대할 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이 샌드위치 구조를 포함하는 본 발명의 범퍼 스테이 구조는 충돌 또는 추돌 사고시, 폼 또는 합성물의 파괴에 의해 높은 에너지를 흡수할 수 있는 효과가 있고, 접합 구조를 적용함에 따라 접착층의 전단 변형 및 전단 파괴에 의해 보다 높은 에너지를 흡수할 수 있으며, 더욱이 접착제가 도포되는 플레이트 영역을 표면처리함에 따라 보다 높은 접착제의 전단 강도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 범퍼 백빔측과 접하는 스테이 플레이트와, 플로어 사이드 멤버측에 삽입 지지되는 스테이 빔을 포함하는 범퍼 스테이 구조에 있어서,
    상기 스테이 플레이트는 2장의 스틸 플레이트 사이에 에너지 흡수율이 높은 폼 재질의 충격흡수부재(30)를 삽입 접착시킨 샌드위치 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 스테이 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 충격흡수부재(30)는 메탈 폼인 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 스테이 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 충격흡수부재(30)는 폴리머 폼인 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 스테이 구조.
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