KR20030074656A - 차체 후드용 패널 구조체 - Google Patents

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KR20030074656A
KR20030074656A KR10-2003-7007877A KR20037007877A KR20030074656A KR 20030074656 A KR20030074656 A KR 20030074656A KR 20037007877 A KR20037007877 A KR 20037007877A KR 20030074656 A KR20030074656 A KR 20030074656A
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KR10-2003-7007877A
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후지모토도시오
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

아우터 패널과 인너 패널이 공간을 통해 폐단면인 후드 구조체로서, 인너의 단면 형상이 거의 두부(頭部) 외경에 가까운 파장의 사인 곡선, 사인 n승 곡선, 또는 스플라인 곡선인 파형 후드 구조에 의해, 후드로의 충돌 위치와 상관없이 균일하고 뛰어난 두부 충돌 내성을 실현할 수 있다. 이 파형 후드 구조는 인장 강성, 굴곡 강성 및 비틀림 강성도 우수하다. 따라서, 이 차체 후드용 패널 구조체는 보행자 보호에 있어서의 두부 충격 내성 및 인장 강성 등의 고강성화의 요구를 만족시킨다.

Description

차체 후드용 패널 구조체{PANEL STRUCTURE FOR CAR BODY HOOD}
종래부터 자동차 등의 차체 부재의 패널 구조체에는 아우터 패널[외장 패널, 외판, 이하 간단히 아우터(outer)라고 함]과 인너 패널[내장 패널, 내판, 이하 간단히 인너(inner)라고 함]이 공간을 통한 폐단면 구조를 취하여 조합된 패널 구조체가 사용되고 있다.
이 중, 특히, 자동차의 후드, 루프, 및 도어 등의 패널 구조체 부분에는 아우터와, 이 아우터를 보강하기 위해서 아우터의 차체 하측에 설치된 인너가 기계적, 용접, 수지 등의 접착제 등의 수단에 의해 결합된 패널 구조체가 사용된다.
이러한 차체용 패널 구조체중, 특히 인너, 또는 인너 및 아우터의 쌍방에는 종래부터 사용된 강재와 함께, 또는 강재 대신에 경량화를 위해, AA 또는 JIS 규격(일본 공업 규격)에 의한 3000계, 5000계, 6000계, 7000계 등의 고강도인 고성형성의 알루미늄 합금판(이하, 알루미늄을 간단히 Al이라고 함)이 사용되기 시작했다.
최근, 이 A1 합금제를 포함해서 자동차의 패널 구조체 부분에는 박판화, 경량화된 것에 또한 고강성화가 요구되고, 부재 특성으로서, 굴곡 강성, 비틀림 강성 및 인장 강성(내덴트성)이 높은 것이 요구되고 있다.
종래부터, 차체 후드용 인너에는 패널 각부에 경량화를 위한 트림부를 갖는 빔형 인너와, 폐단면 구조를 전제로 트림부를 갖지 않는 콘형 인너가 있다. 콘형 인너에는 단면 형상이 사다리꼴을 하고 있는 콘이라 칭하는 비교적 큰 볼록부(돌기)가 규칙적인 간격으로 배치되어 있다. 이 인너를 사용한 후드 구조(콘형 후드 구조)는 후드의 강성 설계상, 인장 강성과 굴곡 강성에 관해서는 빔형 인너를 사용한 구조(빔형 후드 구조)와 동등한 반면, 비틀림 강성에 관해서는 빔형 후드 구조에 비해 약 2배로 매우 높고 강성이 뛰어나 최근 주목받고 있다.
한편, 최근 보행자 보호의 관점에서, 후드의 설계 요건으로서 두부 충돌시의 안전성이 요구되는 경향이 있고, 빔형 후드 구조에 관하여 몇 가지 개시(일본 특허 공개 공보 제 95-165120 호, 일본 특허 공개 공보 제 95-285466 호, 일본 특허 공개 공보 제 93-139338 호)가 있다. 또한, EEVC(European Enhanced VeHICle-Safety Committee)에 있어서, 어른 두부와 어린이 두부의 충돌 내성에 관해서 후드가 구비해야 할 조건으로서, 각각 HIC값 1000 이하를 조건으로 하고 있다(EEVC Working Group 17 Report, Improved test Methods to evaluate pedestrian protection afforded by passenger cars, December 1998에 기재).
그러나 종래 기술에 있어서는 이하에 나타내는 여러가지 문제점이 있다.
① (과제 1) 인장 강성의 고강성화
그러나, 이러한 종래의 콘형 및 빔형 인너에서는 상기 박판화 및 경량화와 더불어 고강성화의 요구에 부응할 수 없는 경우가 발생되고 있다.
우선, 도 13a의 패널 구조체의 종단면도와 도 13b의 인너의 평면도에 도시한 바와 같이, 콘형 인너(13)는 인너(13)의 표면에, 콘형상의 볼록부(돌기)(14)를 다수, 규칙적인 간격으로 배치하고 있다. 이 볼록부(14)끼리 사이는 평판부 또는 오목부(16)로 이루어져 있다. 그리고, 참조 부호(21)는 패널 외주부에 설치된 "C"자 형상의 비드로서, 인너의 강성 보강용으로서 범용되고 있다.
그리고, 도 13a에 도시한 바와 같이, 콘형 인너(13)는 일정한 곡률을 갖는 A1 합금제 아우터(12)와, 공간을 통한 폐단면 구조가 되도록 접합되고, 패널 구조체(11)로서 일체화되어 있다. 또한 이 도 13a의 예로서는 인너(13)의 볼록부(14)가 평탄한 정상부(14a)상에는 수지층(15)이 배치되고, 이 수지층(15)을 통해, 인너(13)의 볼록부(14)와 아우터(12)의 이면(12a)이 서로 접합되고, 또한 패널 주연부의 헴(굴곡) 가공에 의한 결합에 의해서, 패널 구조체로서 일체화되어 있다.
한편, 도 14에 빔형 인너의 차체 후드용으로의 적용예를 사시도로 나타낸다. 이 도 14와 같이 빔형 인너(17)는 패널의 평면 방향의 세로, 가로, 경사 방향으로 적절히 교차하여 연장하는 빔(19)으로 구성되고, 빔(19) 사이에는 트림(두께 제거)된 공간부(20)를 갖는 트림 구조를 갖고 있다. 그리고 빔형 인너(17)도, 아우터(18)의 이면과 공간을 통한 폐단면 구조가 되도록 접합되고, 패널 구조체로서 일체화되어 있다.
또한, 패널 구조체는 상기 콘형 인너도 포함하고, 또한 힌지 보강부(21) 및 래치 보강부(22) 등의 보강 부재에 의해서, 국부적으로 보강되어 있다.
이러한 콘형 후드 구조는 종래 범용되고 있는 빔형 후드 구조에 비해, 비틀림 강성에 관해 약 2배의 강성을 갖고 있고, 강성 설계상 우수하다고 할 수 있다. 이것은 콘형 후드 구조의 폐단면 구조가 비틀림 하중에 대하여 강도면에서 우수하다는 점에 기인하고 있고, 또한 굴곡 강성에 관해서도 빔형 후드 구조와 동등한 강성을 갖고 있다. 그렇지만, 인장 강성에 관해서는 완전히 충분하지는 않아서, 추가적인 강성 보강이 필요한 상태이다.
그 결과, 상기 종래의 콘형 인너에서 인장 강성을 높이기 위해서는 패널을 비교적 큰 판두께로 해야만 하여, 경량화를 희생해야 한다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 얇은 두께에 의한 경량화의 이점을 살리기 위해서, 비틀림 강성이 높은 종래의 폐단면 구조의 특성을 전제로 하면서, 인장 강성 등의 고강성화의 요구에 부응할 수 있는 차체 후드용 패널 구조체를 제공하고자 하는 것이다.
② (과제 2) 보행자 보호에 있어서의 두부의 충격내성의 향상
두부의 충격 내성은 일반적으로는 하기의 HIC값(두부 성능 기준)에 의해 평가된다(자동차 기술 핸드북 제 3 분책 시험 평가편 1992년 6월 15일 제 2 판 자동차 기술회 편).
단, a는 두부 중심에 있어서의 3축 합성 가속도(단위는 G), t1, t2는 0<t1<t2가 되는 시각에서 HIC값이 최대가 되는 시간이고, 작용 시간(t2-t1)은 15msec 이하로 정해지고 있다.
EEVC Working Group 17 Report에 있어서, 어른 두부와 어린이 두부의 충돌 내성에 관해 후드가 구비해야 할 조건으로서, 각각 HIC값 1000이하를 조건으로 하고 있다. 이 중에서, 두부 충돌 시험시의 두부 충돌 속도는 40km/시간이고, 어른 두부(중량 4.8kg, 외경 165mm, 충돌각 65°)와 어린이(중량 2.5kg, 외경 130mm, 충돌각 50도)로 설정되어 있다.
두부 충돌시에 있어서, 보행자 두부는 처음에 아우터에 충돌하고, 다음에 변형이 진행하여 인너를 통해 엔진 룸내의 엔진 등의 강체 부품에 반력이 전해져, 두부에는 과대한 충격력이 생긴다. 두부에는 주로 아우터와의 충돌에 의해 생기는 가속도 제 1 파(충돌 개시로부터 거의 5m초까지의 사이에서 발생됨)와, 인너가 강체물과 충돌할 때 생기는 가속도 제 2 파(충돌 개시로부터 거의 5m초 경과 이후에 발생됨)가 작용한다. 가속도 제 1 파의 크기는 주로 아우터의 탄성 강성으로 결정되고, 가속도 제 2 파 크기는 주로 인너의 탄소성 강성(彈塑性剛性)으로 결정된다. 두부의 운동 에너지는 이러한 아우터와 인너의 변형 에너지에 의해 흡수되지만, 두부의 이동 거리가 아우터와 엔진 등의 강체물과의 틈새를 초과하면, 두부는 강체물로부터의 반력을 직접 받게 되고, HIC값의 제한치 1000을 대폭 초과하는 과대한 충격력을 받아, 치명적인 손상을 입게 된다.
③ (과제 2-1) 두부 이동 거리가 작더라도 HIC값 저감 가능할 것
우선, 아우터와 엔진 등의 강체물과의 틈새는 클수록, 두부의 이동 거리를 크게 할 수 있고, HIC값 저감에는 유리하지만, 후드의 설계상 당연히 한계가 있고, 작은 틈새에 의해 두부 이동 거리가 작더라도 HIC값 저감 가능한 후드 구조가 요구되고 있다.
특히, 어른의 두부 충돌에서는 어린이의 두부 충돌에 비해 충돌 조건이 까다롭고, 아우터로부터 강체면으로의 틈새에 관해서, 설계상의 허용 범위를 초과한 과대한 틈새를 설치할 필요가 있어, 문제가 되고 있다(EEVC Working Group 17 Report에 기재).
또한, 어린이 두부와 어른 두부 둘다 충돌할 가능성이 있는, WAD1500(차체 선단의 지면으로부터 후드 충돌 위치까지의 윤곽선의 거리가 1500mm의 라인)의 라인상에 있어서, 충돌 특성이 다른 어린이와 어른의 양자에 관해서 HIC값 1000을 만족하는 것은 지극히 곤란하고, 문제점으로서 상정되고 있다. 특히 대형 세단의 후드로서는 WAD1500의 라인이 아우터와 강체면과의 틈새가 작아지는 엔진 바로 위에 있어, 유효한 대책이 요구되고 있다(EEVC Working Group 17 Report).
④ (과제 2-2) 충돌 부위에 관계없이 HIC값이 균일할 것
두부 충돌 위치에 관해서, 빔형 후드 구조의 경우는 프레임 바로 위의 위치에서, 콘형 후드 구조의 경우는 콘 정점부의 위치에서 HIC값은 커진다. 이것은 이러한 부위에서는 국부 강성이 높고, 강체부와 충돌하더라도 변형이 작고, 강체물로부터 높은 반력을 받기 때문이다. 안전성의 관점에서, 충돌 부위에 관계없이 대체로 균질한 HIC값이 얻어지는 후드 구조가 요구되고 있었다.
⑤ (과제 2-3) 알루미늄재의 적용 가능성
세번째로 해결해야 할 과제로서, 후드의 재료로서 경량화 가능한 알루미늄재를 적용하더라도 두부 충돌 내성이 우수할 것을 들 수 있다. 후드의 경량화에는 흔히 알루미늄재가 사용되지만, 이 경우 철재를 사용하는 경우에 비해, 보행자 보호의 관점에서는 일반적으로는 불리하다고 생각된다. 그것은 알루미늄재의 탄성률과 비중이 쌍방 모두 강재의 대략 3분의 1로, 두부의 운동 에너지를 후드에서 흡수하기 위해서는 패널 구조체로서의 알루미늄제 후드의 막 강성과 중량이 강제 후드에 비해 부족하다는 점에 기인한다.
판재의 굴곡 강성은 ET3(영률 E, 판두께 T라 함)에 비례하고, 막 강성은 ET에 비례한다. 철재(영률 Es, 판두께 Ts, 비중 γs)를 알루미늄재(영률 Ea, 판두께 Ta, 비중 γa)로 치환한 경우에는 통상 굴곡 강성이 동일해지도록 판두께가 결정되고, 이 경우
EaTa3= EsTs3
Ea/Es= 1/3
이고,
Ta/Ts= 31/3= 1.44
가 된다. 알루미늄제 후드와 강제 후드의 막 강성비는
(EaTa)/EsTs= 1.44/3= 0.48
이 되고, 동일하게 중량비는
(Taγa)/(Tsγs)= 1.44/3= 0.48
이 되고, 알루미늄제 후드의 막 강성과 중량은 강제 후드의 0.48배 밖에 되지 않는다. 그 결과, 두부와 후드와의 충돌 문제에서는 두부 이동 거리가 증가하고, 강체물에 충돌하기 쉬워짐과 동시에, 가속도 제 1 파에서의 아우터에 의한 에너지 흡수가 적고, 가속도 제 2 파가 증가하기 때문에, 종래의 후드 구조에서는 HIC값이 증가하고, HIC값의 제한치를 만족시키는 것이 대단히 어려워진다.
물론, Ta를 Ts의 3배로 하면, 막 강성비, 중량비 모두 강제 후드와 동등하게 되지만, 비용이 너무 상승하여, 설계로서는 성립하지 않는다.
이와 같이 후드에 알루미늄재를 적용하고, 이 조건으로 두부 충돌에서의 제약 조건을 만족시키는 것은 매우 곤란하다. 물론, 알루미늄재로 이 조건이 만족되는 후드 구조를 발견한다면, 이 구조를 채용한 강제 후드에서는 HIC값을 더 한층 저하시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 또하나의 목적인 보행자 보호의 관점에서, 후드 구조가 해결해야 할 과제는,
ⓐ 두부 이동 거리가 작더라도 HIC값 저감 가능할 것
ⓑ 후드로의 충돌 부위에 관계없이 HIC값이 대체로 균일해질 것
ⓒ 알루미늄제 후드로도, 충분히 HIC값을 저감할 수 있을 것
등이다.
발명의 요약
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명 차체 후드용 패널 구조체의 청구항 1의 요지는 아우터와 인너가 공간을 통한 폐단면 구조를 취하여 결합된 패널 구조체로서, 인너 전체면에 걸쳐, 또는 인너 전체면에 걸쳐 복수개의 파형 비드가 대략 평행하게 설치되어, 인너의 단면이 파형 형상으로 된 것이다.
상기와 같은 단면이 파형 형상으로 된 인너(이하, 파형 인너라고 함)로 함으로써, 파형 인너를 사용한 차체 후드용 패널 구조체(이하, 파형 후드 구조라고 함)의 아우터 및 인너를 얇게 하더라도, 후드 구조체의 인장 강성을 현격히 높이는 것이 가능하다. 또한 굴곡 강성 및 비틀림 강성에 관해서도 충분한 강성이 얻어지고, 그 결과 외부 하중에 대한 후드의 변형을 억제할 수 있다.
또한 보행자 보호에 관해, 두부와 후드의 충돌에 있어서의 충격 내성을 높일 수 있고, 안전성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라,
ⓐ 두부 이동 거리가 작더라도 HIC값 저감 가능할 것,
ⓑ 후드로의 충돌 부위에 관계없이 HIC값이 대체로 균일해질 것,
ⓒ 알루미늄제 후드로도, 충분히 HIC값을 저감할 수 있을 것
등을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명 패널 구조체는 인너를 상기와 같은 파형 인너로 하는 간단한 구성이고, 종래와 같이 인너의 판두께를 증가시키지 않고 인장 강성 및 굴곡 강성을 높여서, 경량화가 가능하다. 또한 평판형 패널로부터 상기 파형 패널로의 프레스 성형은 용이하고, 인너 자체의 제작이 용이하다.
또한, 본 발명 패널 구조체는 상기와 같이 패널 구조체로서의 강성을 높일 수 있기 때문에, 청구항 4에 기재된 바와 같이, 아우터 및 인너의 소재로서, 경량의 알루미늄 합금을 사용하는 것이 가능해진다.
청구항 1 내지 청구항 11에 기재된 본 발명의 파형 인너 및 이를 사용한 파형 후드 구조에 의해, 후드 경량화의 관점에서, 후드의 인장 강성을 현격히 높일 수 있고, 비틀림 강성과 굴곡 강성에 관해서도 충분한 강성을 갖는 후드 구조를 제공할 수 있다. 또한 보행자 보호의 관점에서, 아우터와 강체물로의 틈새가 작더라도 HIC값 저감 가능하고, 후드로의 충돌 부위에 관계없이 HIC값이 대체로 균일하고, 또한 알루미늄제 후드라도 충분히 HIC값을 저감할 수 있는, 두부 충돌 내성이 뛰어난 후드 구조를 제공할 수 있다. 또한, 아우터를 강판으로 한 청구항 12의 콘형 후드 구조에 의해, 보행자 보호에서의 두부 충돌 내성이 뛰어난 후드 구조를 제공할 수 있다.
또한 이러한 효과를 달성하는 데에 있어서, 청구항 2에 기재된 바와 같이, 상기 파형 형상이 사인 곡선 또는 사인 n승 곡선을 그리는 것이 바람직하다. 사인 n승 곡선이란, Sinn(θ)를 사용한 곡선 그룹으로, θ는 위치를 표현하는 파라미터이며, n은 1 이상의 정수이다. 파형 형상이 사인 곡선 또는 사인 n승 곡선의 파형 인너에 의해, 후드의 정적 강성(靜的 剛性)을 높일 수 있고, 또한 보행자 보호에따른 두부 충돌에서의 두부 가속도를 저하시킬 수 있다.
또한 동일하게 청구항 3에 기재된 바와 같이, 상기 복수개의 파형 비드가 패널 구조체의 길이 방향에 대하여 평행 방향 또는 경사 방향, 패널 구조체의 대략 중심에 대하여 동심원 형상, 또는 이러한 조합인 2중파 형상으로부터 선택되는 배열로 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 복수개의 파형 비드가 패널 구조체의 길이 방향에 대하여 평행 방향 또는 경사 방향, 패널 구조체의 대략 중심에 대하여 동심원 형상, 또는 이들의 조합인 2중파 형상의 배열로 설치되어 있는 파형 인너에 의해, 후드의 정적 강성을 높일 수 있고, 또한 보행자 보호에 있어서의 두부 충돌에서의 두부 가속도를 저하시킬 수 있다.
또한 청구항 5에 기재된 바와 같이, 보행자 보호에 있어서의 두부 충돌에 있어서, 충돌 내성 향상의 관점에서, 사인파를 전제로 한 파형 인너의 파장(p)의 바람직한 범위는 두부 외경(d)을 사용하여
0.7 < p/d < 1.7
이 되고, 이 범위이면 HIC값 저감에 효과가 있다.
또한 청구항 6에 기재된 바와 같이, 보행자 보호에 있어서의 두부 충돌에 있어서, 충돌 내성 향상의 관점에서, 사인파를 전제로 한 파형 인너의 파고(h)의 바람직한 범위는 두부 외경(d)을 사용하여
0.15 < h/d < 0.4
가 되고, 이 범위이면 HIC값 저감에 효과가 있다.
즉, 청구항 5 및 청구항 6에 기재된 파고와 파장이 바람직한 범위에 해당하는 파형 인너에 의해 HIC값이 대폭 저하되고, 두부 충돌 내성이 뛰어난 후드 구조를 제공할 수 있다.
또한 청구항 7에 기재된 바와 같이, 상기 인너 패널에 국부적으로 보강판을 설치함으로써 이 보강 부위에서의 두부 충돌 내성을 높일 수 있고, 아우터와 강체면의 틈새가 작은 부위의 두부 충돌 내성을 국부적으로 향상시킬 수 있는 후드 구조를 제공할 수 있다.
또한 청구항 8에 기재된 아우터와 인너와의 유연한 접합 방법으로, 청구항 9에 기재된 파형 인너의 마루부(ridge)에 국부적인 접착부를 지그재그 형상으로 또는 분산시켜 설치하는 것과 같이, 지극히 유연한 접합부를 설치함으로써, 보행자 보호에서의 두부 충돌시, 아우터와 인너의 덜컹거림 진동을 손상시키지 않고, 그 결과 두부 가속도파가 교란되어 HIC값을 저하시키는 것이 가능해진다.
또한 청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 파형 형상이 스플라인 함수로 정의되는 인너(이하, 스플라인형 인너라고 함)를 사용함으로써, 엔진 룸내가 복잡한 강체 부품의 배치를 고려한 파형 인너의 설계가 가능해져, HIC값을 저감시켜, 두부 충돌 내성의 향상을 꾀할 수 있다.
청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 두부 충돌 에너지를 막 강성과 중량이 큰 강제 아우터에 의해 효율적으로 흡수하고, 두부 가속도 제 1 파를 적정한 크기로 컨트롤하고, 나머지 충돌 에너지를 굴곡 강성이 뛰어난 알루미늄 합금제의 파형 인너 등에 의해 효율적으로 흡수할 수 있고, 그 결과, 두부 충돌 내성이 뛰어나고, 경량이며 또한 경제적인 후드 구조를 제공할 수 있다.
청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 청구항 11과 동일한 이유에 의해, 두부 충돌 내성이 뛰어나고, 경량이며 또한 경제적인 후드 구조를 제공할 수 있다.
본 발명은 보행자 보호에 있어서의 두부(頭部)의 충격내성이 뛰어나고, 또한 굴곡 강성 및 인장 강성 등의 강성이 뛰어난 알루미늄 합금제 또는 강제 등의 금속제의 차체 후드용 패널 구조체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인너의 일 실시예를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1의 인너를 사용한 파형 후드 구조의 A-A선 단면도,
도 3은 도 2의 파형 후드 구조의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 파형 인너의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 11a는 후드 구조체로의 하중 조건을 나타내는 것으로, 굴곡 하중을 나타내는 사시도,
도 11b는 후드 구조체로의 하중 조건을 나타내는 것으로, 비틀림 하중을 나타내는 사시도,
도 12는 스플라인형 인너를 적용한 파형 후드 구조체의 개략적인 단면도로서, 후드 중앙부에서 차폭 방향의 절단면으로 표시하고 있는 도면,
도 13a는 종래의 콘형 후드 구조를 나타내는 것으로, 콘형 후드 구조의 종단면도,
도 13b는 종래의 콘형 후드 구조를 나타내는 것으로, 콘형 인너의 평면도,
도 14는 종래의 빔형 후드 구조를 나타내는 사시도,
도 15는 도 13b의 콘형 인너의 해석 모델도,
도 16은 본 발명에 따른 파형 인너의 두부 충돌 모델의 개략도(측면도),
도 17은 본 발명에 따른 파형 인너의 두부 충돌 모델의 개략도(정면도),
도 18은 본 발명에 따른 파형 인너와 두부 모델의 모델도(사시도),
도 19는 종래의 빔형 인너와 두부 모델의 모델도(사시도),
도 20은 본 발명에 따른 파형 인너의 보강부의 실시예를 나타내는 사시도,
도 21은 본 발명에 따른 파형 인너의 아우터와의 접착 부위의 실시예를 나타내는 사시도,
도 22는 빔형 후드 구조와 파형 후드 구조에서의 두부 가속도 파형을 나타내는 설명도,
도 23은 본 발명 파형 후드 구조에서의 파장이 HIC값에 미치는 영향을 나타내는 설명도,
도 24는 본 발명 파형 후드 구조에서의 파고가 HIC값에 미치는 영향을 나타내는 설명도,
도 25는 어린이의 두부 충돌 위치를 나타내는 파형 후드 구조의 사시도,
도 26은 아우터와 강체면과의 틈새(L)가 HIC값에 미치는 영향을 나타내는 설명도로서, 어른 두부 충돌, 어린이 두부 충돌, 파형 후드 구조, 빔형 후드 구조의 조합에서의 영향을 나타내는 도면,
도 27은 후드 외주부에도 파형 비드를 설치한 파형 인너의 실시예를 나타내는 설명도,
도 28은 엔진 룸내의 강체물의 배치를 고려한 경우의 스플라인형 인너의 사시도,
도 29는 스플라인형 인너의 설명도로서, 엔진 룸내의 강체면 위치, WAD1500에서의 충돌 위치(1 내지 4), 및 WAD1100에서의 충돌 위치(5 내지 8)를 나타내며, 강대면(剛對面) 위치는 아우터로부터 연직 방향으로 70mm 하측에 설치하고 있는 도면,
도 30은 어린이 두부 충돌의 충돌 위치(1)에서의 두부 가속도 파형을 나타내는 도면,
도 31은 어른 두부 충돌의 충돌 위치(1)에서의 두부 가속도 파형을 나타내는 도면,
도 32는 어린이 두부 충돌에서의 해석 결과를 나타내는 도면,
도 33은 어른 두부 충돌에서의 해석 결과를 나타내는 도면,
이하, 본 발명의 파형 후드 구조가 바람직한 실시예에 관해서, 도면을 사용하여 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 파형 후드 구조의 일 실시예를 나타낸다. 도 1은 인너의 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면에서의 단면 형상을 나타낸다. 또한 도 1에는 본 발명의 파형 형상을 알기 쉽도록 메쉬를 넣고 있다.
도 1 및 도 2의 인너(1a)는 알루미늄 합금 및 고장력 강판 등의 경량인 고장력 금속제이며, 주연부(9a, 9b; 9a : 차체 선단측, 9b : 운전석측) 및 주연부(10a, 10b; 차폭측)를 제외한 패널 전면에 걸쳐서 차체 길이 방향을 향하는 복수개의 파형 비드(볼록부)(2a)가 서로 대략 평행하게 형성되어 있다. 또한, 이 대략 평행하다는 것은 직선형의 파형 비드의 상호 관계에만 한정되지 않고, 후술하는 바와 같이 동심원 및 타원 등의 곡선형 파형 비드의 상호 관계도 포함하고 있다.
도 2에서 단면도로 나타낸 바와 같이, 파형 비드(2a)는 아우터의 이면측을 향하여 게시한 단면이 완만한 원호 형상 또는 길이 방향으로 이랑 형상(畝狀)의 볼록부(5)이며, 이와는 반대측으로 우묵하게 들어간 동일하게 단면이 완만한 원호 형상 또는 길이 방향으로 이랑 형상의 오목부(6)에 의해, 차폭 방향으로 사인파 형상으로 연속하는 곡선으로 이루어지는 파형을 구성하고 있다. 그리고, 이러한 도 1, 도 2에서는 직선상의 파형 비드(2a) 7개를 대략 평행하게 또한 서로 독립시켜(간격을 두고) 인너(1a)의 표면에 설치하고 있다.
도 1, 도 2에 나타내는 파형 비드(2a)는 오목부(6)도 포함하여, 그 길이 방향에 걸쳐 대체로 동일한 폭을 갖고 있다. 단, 파형 비드(2a)는 오목부(6)도 포함하여, 반드시 그 길이 방향에 걸쳐 동일한 폭을 가질 필요는 없다. 예컨대, 평면적으로 보아 부분적으로 폭이 좁아지는 잘록한 부분 및 우묵한 부분을 형성하여,차체 충돌시에 인너의 전체 변형의 기점이 되어 충격을 흡수하여 승객을 보호하는 형상으로 해도 바람직하고, 또는 차체 설계에 따라 순차적으로 폭이 좁아지든지, 또는 넓어지는 형상으로 해도 바람직하다.
또한, 이러한 파형 비드(2a) 및 오목부(6)의 단면 형상(폭, 높이 경사면의 경사 각도) 및 수량(개수), 길이 등의 조건은 이러한 형태로 한정되는 것이 아니다. 단, 강성의 발휘와 성형하기 용이함을 고려하면, 상기 파의 높이(h)는 10mm 내지 60mm, 상기 파장(p)은 90mm 내지 300mm의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
예컨대, 오목부도 포함하여, 이들 파형 비드 단면 형상이 크고, 또한 파형 비드의 개수가 많을수록, 또한 패널 전체면에 걸쳐 형성될수록, 인너 또는 패널 구조체의 강성을 높일 수 있다.
따라서, 이러한 파형 비드(2a) 및 오목부(6)의 단면 형상 및 조건은 강성 설계에서 요구되는 인장 강성, 비틀림 강성, 및 굴곡 강성과, 성형이 가능한지 또는 용이한지(성형성)와의 관계로부터 적절히 선택된다.
또한 인너를 더욱 경량화하기 위해, 강성 및 강도에 영향이 없는 범위에서, 파형 비드(2a) 및 오목부(6)의 부분에, 부분적으로 패널을 트리밍한 공간 또는 절결 부분(원, 사각형 등 공간 부분의 형상은 문제삼지 않음)을 설치할 수도 있다.
또한, 예컨대 인너를 테일러 블랭크화함으로써, 인너의 외주연부(외주부)의 판두께를 중앙부의 판두께보다도 두텁게 하고, 패널 또는 패널 구조체의 선단부에 이러한 굴곡 하중에 대하여 패널 또는 패널 구조체의 굴곡 강성을 향상시키는 등,다른 강성 보강 수단과 적절히 조합할 수도 있다.
(인너의 단면 형상)
청구항 2에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 인너의 단면 형상은 사인 곡선 형상의 파형, 또는 사인 n승 파에 의해서 규정되는 것이면 무방하다. 또한, 사인 곡선상에, 또는 사인 n승 곡선상에, 작은 요철을 형성하거나, 작은 파를 중첩하여, 국부 강성을 조정하여도 좋다.
(인너에의 파형 비드 배열)
다음으로 본 발명에 따른 파형 인너의 파형 비드 배열의 실시예를 도 4 내지 도 10에 각각 사시도로 나타낸다. 또한, 이들 인너와 아우터와의 일체화는 기본적으로 도 2에서 설명한 패널 구조체와 동일하게 또는 동일한 요령으로 실시한다. 또한, 도 4 내지 도 10에는 도 1과 동일하게 메쉬를 넣고 있다.
본 발명에 따른 파형 인너를 평면적으로 본 경우, 파형 비드는 후드 길이 방향에 대하여 평행 또는 경사지게, 또는 파형 인너의 대략 중심에 대하여 타원 형상 등도 포함하는 동심원 형상, 그리고 이러한 배열의 조합인 2중파 형상이 되도록, 서로 평행하게 배열되는 것이 바람직하다. 그리고, 이렇게 배치된 파형 비드가 패널 전체면에 걸쳐 인너의 단면 형상을 구성하고 있다. 또한, 이러한 각 배열의 구체적인 규정은 엄밀한 의미에서의 규정이 아니라, 강성 향상 효과를 손상하지 않는 범위에서의 다소의 엇갈림을 허용한다는 점에서 대략(대략 평행, 대략 동심원 형상)의 의미를 가진다.
도 4의 인너(1b)는 패널 전체면에 걸쳐 복수의 파형 비드(2b)가 서로 대략평행하게 동심원 형상으로 형성되어 있다.
도 5의 인너(1c)는 패널 전체면에 걸쳐 복수의 파형 비드(2c, 2d)가 서로 대략 평행하게 타원 형상으로 형성되어 있다.
도 6의 인너(1d)는 패널 전체면에 걸쳐 복수의 파형 비드(2a, 2e)가 서로 종횡으로 직행하는 형상으로, 아우터와 인너와의 접착 면적을 증대시키고 있고, 마찬가지로 도 7의 인너(1e)는 패널 전체면에 걸쳐 복수의 파형 비드(2a : 세로 비드, 2e : 가로 비드)가 서로 종횡으로 직행하는 형상으로, 아우터와 인너와의 접착 면적을 감소시키고 있다.
도 8 및 도 9의 인너(1f, 1g)는 파형 비드(2f, 2g)가 V자 형상(U자 형상도 가능)으로 대략 평행하게 분포되는 형태를 나타내고 있다.
도 10의 인너(1h)는, 도 8 및 도 9의 경사 파형 비드(2f 및 2g)를 서로 교차시킨 형태를 나타내고 있다.
(후드 구조체)
다음으로 이 인너와 아우터를 일체화한 후드 구조체에 관해서 설명한다.
도 2의 후드 구조체는 인너(1a)의 파형 비드(5)의 정부(5a)에 수지층(7)을 배치하고, 이 수지층을 접착제로 하여, 파형 비드(2a)의 평탄한 정상부(5a)와, 완만한 원호형으로 성형된 아우터(4a)의 이면을 서로 접합하고, 공간을 통한 폐단면 구조를 취해 일체화된 상태를 나타내고 있다.
후드 구조체로서의 일체화는, 상기 접착제와 함께, 인너(1a)와 아우터(4)와의 주연부를 아우터(4) 주연부의 헴부(4b)를 헴(굴곡) 가공함으로써 고착하여 실시되고 있다.
또한, 수지층(7)은 수지의 특성이나 종류를 선택함으로써, 제진 및 소음 제거(차음), 충격 완충 효과 등을 갖게 하는 것도 가능하다. 그리고, 이러한 효과를 향상시키기 위해서, 파형 비드(5)의 정상부(5a)뿐만 아니라, 수지층 및 쿠션재 등을 오목부(6)의 상부 등, 인너(1a)와 아우터(4)와의 간극에 충전하도록 할 수도 있다.
다음으로 도 2의 파형 후드 구조의 사시도인 도 3에서는 인너(1a)와 아우터(4)를 일체화한 파형 후드 구조(8)는 상술한 종래의 콘형 후드 구조 및 빔형 후드 구조와 동일하게, 또한 힌지 보강부(21) 및 래치 보강부(22) 등의 보강 부재에 의해서 국부 보강되는 것을 나타내고 있다.
(강성 향상 기구)
다음으로 이 파형 비드(2a)의 존재에 의해서, 또한 인너를 파형으로 함으로써, 패널의 국부적인 굴곡 강성을 높이고, 인너 또는 파형 후드 구조로서의 강성을 높이는 기구를 이하에 설명한다.
우선, 인장 강성이란 아우터 중앙부에서의 집중 하중에 대한 국부 강성이며, 집중 하중은 아우터로부터 인너의 방향으로 아우터면에 수직으로 작용하는 하중이다.
다음으로, 굴곡 강성이란 도 11a에 나타내는 후드 구조체로의 굴곡 하중에 대한 강성으로, 굴곡 하중은 주로 후드 선단부에 수직 방향으로 작용하는 굴곡 하중(Fb)이다. 이 굴곡 하중(Fb)은 후드(1)의 운전석 측단부 A점, B점과 선단부의중앙부 C점의 3점을 지지점으로 하여, 선단부의 양단부 D점, E점에 작용하는 집중 하중이며, 굴곡 강성(Kb)은 이 굴곡 하중(Fb)에 대한 하중점(D점, E점)에서의 변위(Ub)와의 비로 정의되는 값(Kb= Fb/Ub)이다.
또한, 비틀림 강성이란 도 11b에 나타내는 후드 구조체로의 비틀림 하중에 대한 강성이며, 비틀림 하중은 주로 후드 선단부에 수직 방향(하방에서 상방)을 향해서 작용하는 하중(Ft)이다. 이 비틀림 하중(Ft)은 후드(1)의 운전석 측단부 A점, B점과 선단부의 양단부 E점의 3점을 지지점으로 하여, 선단부의 양단부 D점에 작용하는 집중 하중이며, 비틀림 강성(Kt)이란 이 비틀림 하중(Ft)에 대한 하중점(D점)에서의 변위(Ut)와의 비로 정의되는 값(Kt= Ft/Ut)이다.
이러한 강성에 대하여, 우선 인장 강성에 관해서는 파형 인너를 편입한 본 발명의 파형 후드 구조는 콘형 후드 구조에 비하여 파형 인너 중앙부의 요철에 의해 국부 굴곡 강성이 증가함과 동시에, 인너와 아우터와의 접착부 면적이 증가하고, 아우터로부터 인너로의 하중 전달이 광범위하게 분산되기 때문에, 하중점에서의 변위가 억제되고, 그 결과 인장 강성이 증가한다.
또한 굴곡 강성에 관해서는, 파형 후드 구조는 콘형 후드 구조에 비하여 파형 형상에 의해 굴곡 강성 향상에 유효한 단면부 면적이 증가하고, 그 결과 후드의 굴곡 강성이 향상된다.
또한 비틀림 강성에 관해서는, 콘형 후드 구조 및 파형 후드 구조에서 채용하고 있는 폐단면 구조가 비틀림 강성 향상으로 이어지고, 기본적으로는 종래의 빔형 후드 구조에 비하여 대략 2배의 비틀림 강성이 있다. 단, 파형 인너 중앙부의요철은 비틀림 강성을 약간 저하시키는 방향으로 작용하기 때문에, 파형 후드 구조의 비틀림 강성은 콘형 후드 구조의 비틀림 강성에 비하여 동등, 또는 약간 낮은 값이 된다. 그렇지만, 폐단면 구조의 경우, 원래 비틀림 강성이 높고, 약간 저하되었다고 해도, 설계 조건을 충분히 만족시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 파형 후드 구조는 인장 강성과 굴곡 강성에 관하여 콘형 후드 구조를 상회하지만, 비틀림 강성에 관해서는 콘형 후드 구조를 약간 하회하여도, 설계 조건은 충분히 만족하고 있기 때문에, 종합적으로 후드 설계 요구에 대하여 높은 강성을 갖는 후드 구조를 제공할 수 있다.
(보행자 보호에 있어서의 두부 충돌 내성 향상의 메커니즘)
한편, 보행자 보호에 있어서의 두부와 후드와의 충돌에서의 과제 해결에 관해서, 파형 인너는 두부의 운동 에너지를 지극히 양호하게 흡수 가능하여, HIC값을 대폭 내리는 것이 가능하다. 이것은, ⓐ 파형 인너의 파장(p)을 대체로 두부 외경을 기준으로 하여, 그 전후의 값으로 함으로써, 두부 충돌시 두부를 대체로 하나의 파로 지탱하는 구조가 되어, 두부를 부드럽게 받아내는 변형을 발생시키고, 그 결과 HIC값 저감이 도모되어, 가속도 제 2 파가 감소하여 HIC값이 감소하는 것과, ⓑ 두부 충돌시에 아우터와 인너가 덜컹거림 진동을 발생시켜, 두부 가속도 파형을 교란시키고, 그 결과 가속도 제 2 파를 대폭 감소할 수 있어 HIC값이 감소하는 것 등의 이유 때문이다.
또한 청구항 7에 기재된 바와 같이, 엔진 바로 상부에 두부가 충돌하는 경우 등에, 아우터와 강체면과의 틈새가 부족한 경우를 생각할 수 있는데, 이러한 경우에 파형 인너의 해당부에 국부적으로 보강판을 설치하고, 국부 강성을 높임으로써, 충돌 내성이 높아져, 조금의 중량 증가만으로, HIC값을 저감할 수 있다.
또한, 청구항 8 및 청구항 9에 기재된 아우터와 인너와의 유연한 접합 방법을 적용하여, 파형 인너의 마루부에 국부적인 접착부를 지그재그 형상으로, 또는 분산시켜 설치함으로써, 보행자 보호에 있어서의 두부 충돌시에, 아우터와 인너의 덜컹거림 진동을 손상시키지 않고, 그 결과 두부 가속도파가 교란되어, HIC값을 저하시킬 수 있다.
또한, 청구항 10에 기재된 스플라인형 인너를 적용함으로써, 엔진 룸내의 엔진, 배터리, 라디에이터 등의 강한 부품의 배치를 고려하여 보다 현실적인 설계가 가능해진다.
엔진 룸내에는 엔진, 배터리, 라디에이터 등의 견고한 부품이 있고, 파형 인너의 설계에서는 이러한 부품의 배치를 고려한 설계가 필요해진다. 이러한 부품의 배치는 차에 따라 천차 만별이며, 파형 인너의 단면 형상은 단순하고 규칙적인 파형에서, 파장, 파고, 파형이 불규칙하게 변화되는 파형 형상으로 수정할 필요가 생긴다. 이 때문에, 파형의 단면 형상은 주로 스플라인 함수와 같은 임의의 3차원 형상을 나타낼 수 있는 형상 함수로 정의되는 도 12와 같은 형상이어야 한다. 여기에서는 이러한 스플라인 함수의 파형 형상을 갖는 인너를 스플라인형 인너라고 정의하고, 파형 인너의 일 형태로 한다.
이러한 도 12는 후드 길이 방향의 어느 단면에서의 단면 형상으로, 아우터, 스플라인형 인너, 엔진 룸내의 강체면을 나타내고 있다. 우선, 스플라인형 인너와강체면과의 위치 관계는 두부 충돌시에 파의 골부(valley)가 강체면에서 대체로 균등하게 충돌하고, 강체면에서의 반력이 파형 인너 전면에 전해지도록 배려한다. 이 때문에, 아우터와 강체면과의 틈새가 작고 두부와 강체물과의 충돌을 피할 수 없는 부위(B1)에서는 스플라인파의 골부(D1, D2)에서 균등하게 지지되는 단면 형상으로 해야 한다(B2, B3, B4도 동일함). 또한, 틈새가 충분하여 강체물과의 충돌이 발생하지 않는 부위(A1)에서는 파장을 크게 취하여, 파의 골부(D2, D3)에서 균등하게 지지되는 단면 형상으로 해야 한다. 이 부위에서 파장을 짧게 하고, 파의 개수를 복수로 하면, 인너의 차폭 방향의 굴곡 강성이 저하되고, 연직 방향의 변위가 증가하여 두부 충돌 내성이 저하되기 때문에, D2로부터 D3까지를 하나의 파로 하여야 한다(A2도 동일함). 단, HIC값을 낮게 허용할 수 있는 범위에서의 파를 설치하는 것은 문제없다. 또한, C1, C2, C3, C4, C5의 파의 골부에서의 두부 충돌에서는, 처음에 하중이 인너의 마루부에 전해지고, 그 후 인너의 골부를 통해 강체면에 전해지기 때문에, 두부 충돌 내성은 마루부에 충돌했을 때와 대체로 동일해진다. 이와 같이, 스플라인형 인너에서는 차마다 상이한 엔진 룸내의 강체물의 배치에 관계없이, 대체로 일정한 두부 충돌 내성을 실현할 수 있다.
또한, 엔진 룸내의 강체물의 배치는 대단히 복잡하고, 스플라인파의 파고, 파장은 차폭, 및 차 길이 방향으로 유연하게 변화시키기 때문에, 스플라인형 인너의 형상은 복잡한 곡면이 된다.
또한, 틈새가 부족하여 두부 충돌 내성이 부족한 부위에 관해서는 인너에 보강판을 붙이거나, 스플라인형 인너에 국부적으로 요철(이른바 엠보스 가공)을 붙이거나, 또는 작은 파를 후드 길이 방향으로 중첩시킴으로써, 인너의 국부 강성을 증가시킬 수 있고, 두부 충돌 내성이 개선된다.
또한, 청구항 11에 기재된 파형 후드 구조(아우터 패널이 강제, 인너 패널이 알루미늄 합금제)를 적용함으로써, 경량이면서 두부 충돌 내성이 높은 후드 구조를 제공할 수 있고, 특히 높은 두부 충돌 내성이 요구되는 어른 두부 충돌에 있어서 HIC값을 저감할 수 있고, 효력을 발휘한다.
또한, 청구항 12에 기재된 콘형 후드 구조(아우터 패널이 강제, 인너 패널이 알루미늄 합금제)를 적용함으로써, 경량이면서 두부 충돌 내성이 높은 후드 구조를 제공할 수 있고, 특히 높은 두부 충돌 내성이 요구되는 어른 두부 충돌에 있어서 HIC값을 저감할 수 있고, 효력을 발휘한다.
대형 세단 등의 후드에서는 어린이와 어른의 양쪽의 두부 충돌을 만족해야 하고, 여기에서는 경량이면서 경제적인 후드로서는 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 후드 구조가 바람직하다는 것을 분명히 한다. 공지 문헌(Okamoto, concept of hood design for possible reduction in head injury, 14 thESV conference, 1994)에 의하면, 이상적인 두부 가속도 파형으로서, 가속도 제 1 파가 200G 정도이면, HIC값은 1000정도가 된다는 지견이 얻어지고 있다. 해석을 실시한 결과, 어린이 두부 충돌에서 판두께 0.7mm의 강제 아우터에 충돌한 경우가 대체로 이 경우에 상당하고, HIC값은 1000이 된다.
아우터에 필요한 기능은 가속도 제 1 파를 될 수 있는 한 상승시키고, 아우터에 의한 충돌 에너지의 흡수에 의해, 두부의 연직 방향 변위를 될 수 있는 한 작게 하여, 인너와 강체면과의 충돌에 의한 가속도 제 2 파를 작게 억제한다고 할 수 있다(단, 판두께의 상한값은 강제의 경우에 약 0.7mm 정도가 되고, 이 판두께를 초과하면 어린이 두부 충돌시의 가속도 제 1 파만으로 HIC값은 1000을 초과하여 부적당하게 됨). 아우터에 의한 에너지 흡수를 향상시키기 위해서는, 아우터의 중량과 막 강성이 필요하게 되고, 경제성을 고려하면 재질은 강철이 바람직하게 된다. 강철과 등가인 굴곡 강성을 가정한 경우, 경량화가 가능한 알루미늄 합금은 경량인 것이 역으로 단점이 되어 아우터재로서는 부적당해진다.
한편, 인너에 필요한 기능은 두부와 아우터와의 충돌로 소비된 충돌 에너지의 잔류 충돌 에너지를 흡수하고, 엔진 등의 강체면에서의 반력에 기인하는 가속도 제 2 파를 작게 억제하는 데 있다. 파형 후드 구조를 전제로 하면, 두부가 강체면과 접할 때까지 변형하면, HIC값은 1000을 크게 초과하기 때문에, 인너에 요구되는 기능은 인너의 굴곡 변형에 의해 잔류 충돌 에너지를 소정의 틈새내에서 충분히 흡수하는 것이다. 이 경우, 경량으로 높은 굴곡 강성이 얻어지는 알루미늄 합금이 재료로서 바람직하다. 이러한 이유에 의해, 어린이와 어른 모두의 두부 충돌을 만족해야 하는 대형 세단 등의 후드로서는 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 파형 후드 구조가 경량이면서 경제적인 후드가 된다.
(적용 금속)
다음으로, 본 발명에서 패널에 사용하는 금속은 통상 범용되는 A1 합금판이나 고장력 강판 등이 적절히 채용된다. 단, 수지에 관해서는 재료 강도 등의 특성면에서 보았을 때, 본 발명에서 목적으로 하는 강성을 갖게 하기 위해서는 두께가극단적으로 두터워지기 때문에 비현실적이어서 본 발명 패널에는 적용되지 않는다.
또한, 차체를 더욱 경량화시키기 위해서는 A1 합금을 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명 파형 후드 구조이면, 고장력 강판을 사용하지 않아도, 또는 특별히 고강도의 A1 합금을 사용하지 않아도, 충분히 고강성화할 수가 있다.
이러한 점에서, 본 발명의 차체용 인너 또는 아우터에 사용하는 A1 합금 자체로서는, 통상 이러한 종류의 패널 용도에 범용되는 AA 또는 JIS 규격에 따른 3000계, 5000계, 6000계, 7000계 등의 내력이 비교적 높은 범용(규격) A1 합금판으로부터 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 A1 합금판은 압연 가공 등의 통상의 방법에 의해 제조되고, 적절히 조질(調質) 처리되어 사용된다.
(과제 1의 고강성화의 실시예)
다음으로 본 발명 패널 구조체의 FEM 해석을 실시하고, 본 발명 파형 후드 구조의 굴곡 강성, 비틀림 강성, 인장 강성을 종래의 콘형 후드 구조와 비교했다.
해석 결과를 표 1에 나타낸다. 발명예 1 내지 발명예 8은 각각 도 1, 도 4 내지 도 10의 각 실시예에 대응한다. 또한 표 중의 굴곡 강성비, 비틀림 강성비, 인장 강성비의 수치는 콘형 후드 구조(비교예 9)의 각 강성을 기준으로, 이들을 1로 한 경우의 비로 나타내고 있다.
해석 모델은 통상의 세단의 후드를 상정하고, A1 합금제의 아우터와 인너만으로 구성되고, 후드 길이 방향 곡률 3100mm, 폭 방향 곡률 4300mm의 2중 곡률을 갖는 2중판 구조의 간이 모델로 했다. 아우터 판두께는 1.0mm, 인너 판두께는 0.8mm로 했다.
또한, 본 발명 파형 인너의 단면 형상은 사인 형상으로 하고, 파장 174mm, 파고 25mm로 하고, 콘형 인너의 콘 하나의 단면 형상은 하부 외경이 140mm, 상부 외경 20mm로 하고, 높이 25mm의 콘을 33개, 170mm 간격으로 도 15의 사시도에 도시한 바와 같이 균등하게 배치했다.
발명예 1(도 1의 세로형 파형 비드)에서는 인장 강성이 대폭 향상하고, 굴곡 강성도 10% 증가했다. 비틀림 강성은 콘형 인너와 동등하고, 종합적으로 봤을 때 강성이 대폭 향상되었다는 것을 알 수 있다.
발명예 2(도 4의 동심원형 파형 비드)에서는 발명예 1과 동일하게 인장 강성과 굴곡 강성이 증가했지만, 비틀림 강성은 5% 저하되었다. 단, 이미 상술한 바와 같이, 콘형 후드 구조의 비틀림 강성은 원래 종래의 빔형 후드 구조의 대략 2배이기 때문에, 이 발명예의 비틀기 강성은 설계 조건을 충분히 만족하고, 그 결과 종합적으로 보았을 때 강성이 대폭 향상되었다는 것을 알 수 있다.
발명예 3(도 5의 타원형 파형 비드)에서는 발명예 2와 대체로 동일하고, 종합적으로 보았을 때, 강성이 대폭 향상되었다는 것을 알 수 있다.
발명예 4(도 6의 종횡의 2중 파형 비드)에서는 아우터와 인너와의 접착부 면적을 증가시키고 있다. 이 때문에, 굴곡 강성과 비틀림 강성이 약간 저하되지만, 인장 강성이 증가한다는 것을 알 수 있다.
발명예 5(도 7의 종횡의 2중 파형 비드)에서는 아우터와 인너와의 접착부 면적을 감소시키고 있다. 이 때문에, 굴곡 강성과 인장 강성이 증가한다는 것을 알 수 있다.
발명예 6(도 8의 역 V자형 파형 비드) 및 발명예 7(도 9의 V자형 파형 비드)에서는 굴곡 강성과 인장 강성이 20% 증가하며, 종합적으로 보았을 때 강성이 대폭 향상되었다는 것을 알 수 있다.
발명예 8(도 10의 경사진 2중 파형 비드)에서는 인장 강성이 10% 증가하며, 종합적으로 보았을 때 강성이 향상되었다는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 본 발명 파형 후드 구조의 인장 강성과 굴곡 강성은 대폭 향상하고, 그 결과 인너 또는 아우터의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여 경량화를 꾀할 수 있다.
적용 번호 인너 패널 형상 후드 구조체의 강성
파형 비드의 배열 비드 단면 굴곡강성비 비틀림강성비 인장강성비
파장(mm) 파고(mm)
1 도 1(세로형) 174 25 1.1 1.0 1.4
발 2 도 4(동심원형) 174 25 1.1 0.95 1.2
명 3 도 5(타원형) 174 25 1.1 1.0 1.1
예 4 도 6(2중파) 174 25 0.9 0.7 1.1
5 도 7(2중파) 174 25 1.1 0.9 1.1
6 도 8(역 V자형) 174 25 1.2 0.95 1.2
7 도 9(V자형) 174 25 1.2 0.8 1.2
8 도 10(2중파) 174 25 1.0 0.75 1.1
비교예 9 도 13(콘 형)하부 외경 140mmψ상부 외경 20mmψ높이 25mm 1.0 1.0 1.0
이러한 결과로부터, 본 발명의 파형 후드 구조의 인장 강성과 굴곡 강성은 대폭 향상하고, 그 결과 본 발명에 의해 인너 또는 아우터의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여 경량화를 꾀할 수 있다.
(과제 2의 두부 충돌 내성 향상의 실시예)
보행자 보호에 있어서의 두부 충돌 내성 향상에 관해서, 간이 해석 모델을 실시하여 파형 후드 구조의 효과를 조사했다. 파형 단면은 사인파 형상으로 하고, 파의 분포는 후드 길이 방향에 평행한 경우에 관해서 조사했다.
해석 모델은 하기와 같이 설정했다. 본 발명 파형 인너의, 보행자 두부 충돌 모델의 개략적인 측면도를 도 16에, 정면도를 도 17에 각각 나타낸다. 상기 도 16, 도 17의 두부 충돌 모델의 사시도를 도 18에 나타낸다.
상기 도 16, 도 17에 있어서, 참조 부호(1)는 파형 인너이며, 참조 부호(4)는 아우터이며, 참조 부호(23)는 보행자의 두부이며, 참조 부호(24)는 강체면이며, 참조 부호(30)는 수지 등의 접착제이다. 또한, 각 치수는 두부 외경(d), 충돌 속도(v), 충돌각(α), 아우터와 강체면과의 충돌 방향의 간격(L), 접착제의 두께(c), 파형 인너의 파고(h), 파형 인너의 파장(p)을 나타낸다.
한편, 비교예로서의 빔형 인너 모델을 보행자의 두부 모델과 동시에 도 19에 나타낸다. 또한, 후술하는 바와 같이 HIC값 저감을 겨냥하여 파형 인너로의 국부적인 보강판을 설치한 모델을 도 20에, 파형 인너로의 접착부의 배치예를 도 21에 나타낸다.
또한, 상기 도 16, 도 20, 도 21에 있어서의 보행자의 두부 모델의 해석 조건을 하기 표 2에 나타낸다. 또한, 동일하게 해석 모델 형상을 하기 표 3에 나타낸다.
항목 어른 어린이
중량(W) 4.8Kg 2.5Kg
두부 외경(d) 165mm 130mm
충돌각(α) 65° 50°
충돌 속도(v) 40Km/h 40Km/h
피부 두께(ts) 7.5mm 7.5mm
피부의 탄성률(Es) 2Kg/mm2 3Kg/mm2
항 목 단위 파형 후드 구조 빔형 후드 구조
두부 모델 어린이 1.27배 어른 어린이 어른
두부 외경(d) mm 130 165 165 130 165
파고(h) mm 25 32 32
파장(p) mm 165 210 165
아우터와 인너와의 틈새 mm 29 29 29 29 29
접착부 두께(c) mm 4 4 4 4 4
아우터 판두께 mm 1.0 1.27 1.0 1.0 1.0
인너 판두께 mm 0.8 1.02 0.9 0.8 0.9
인너 보강 판두께 mm 0.5 0.64 0.45
h/d 0.19 0.19 0.19
p/d 1.27 1.27 1.0
해석 모델에서는 이하의 항목을 고려했다.
ⓐ 두부 충돌 모델은 실물을 상정한 상세 모델화가 곤란하기 때문, 두부를 구형의 두부 모델로 하고, 차체부를 후드 구조체와 강체면으로 구성되는 간이 모델로 했다.
ⓑ 강체면은 엔진 룸내에서 모델화가 곤란한 엔진 등의 강체물을 모의하고 있고, 아우터에 평행한 곡면에서 충돌 방향으로 틈새(L)를 갖고 있다. 펜더(fender), 윈드실드, 서스펜션 등의 차체부는 모델화하지 않았다.
ⓒ 후드 모델은 통상의 세단으로 인너는 5000계 알루미늄재, 아우터는 6000계 알루미늄재이고, 후드 길이 방향 곡률 3100mm, 폭 방향 곡률 4300mm의 2중 곡률을 갖는 2중판 구조의 간이 모델이고, 탄소성체로서 모델화했다.
ⓓ 아우터와 인너의 접착부는 모델화되어 있지 않고, 접착부의 두께(c)는 간극을 허용하는 모델화로 되어 있다. 도 18, 도 19중의 흑색 삼각형의 3점이 지지부이며, 그 밖의 부위는 구속되어 있지 않고, 두부 충돌시에 후드 구조체는 크게 변형되고, 충돌부가 강체면에 충돌한다.
ⓔ 두부 모델은 EEVC/WG10에 나타낸 어린이와 어른의 두부 모델을 적용하고, 두부 외주가 균일한 두께의 피부로 덮인 강성 구체로서 간이적으로 모델화하고 있다. 또한, 피부는 탄성체로 하고, 그 탄성률은 EEVC/WGl0에서 요구하는 낙하 시험 상태에 있어서 가속도 응답이 소정의 범위에 있도록 결정했다. 물성치를 표 2에 나타낸다.
ⓕ 파형 인너의 파고, 파장, 판두께 등은 HIC값 저감의 관점에서 상세하게 검토하여 결정했다. 우선, 파형 후드 구조의 여러 치수는 운동 에너지가 작고, 충돌 조건이 간편한 어린이 두부에 착안하여 여러가지 검토한 결과, 표중의 값으로 했다.
또한, 충돌 문제에 있어서 다음과 같은 상사칙(相似則)이 성립한다. 즉, 유사형인 2개의 구조체의 사이에는 양자의 충돌 속도가 동일하고, 양자의 구조체의 탄성률, 항복 응력, 비중 등의 물성치가 동일한 경우에는 그들 구조체의 특정 부위에 생기는 가속도 응답은 스케일비에 역비례하고, 큰 쪽의 구조체의 가속도는 작아진다는 것이다.
어린이의 해석 모델을 어른의 해석 모델에 전개할 때, 양자에서 충돌각이 상이하지만, 충돌 속도는 동일하고, 이 상사칙을 적용 가능하게 하면, 파형 후드 구조의 형상 치수를 두부 외경비 배(倍)(스케일비는 1.27배)로 하고, 어른 두부 충돌 모델에서의 파형 후드 구조로 하면, 두부 가속도는 0.79배로 저하하여 HIC값은 저하될 것이다. 그렇지만 틈새는 양자 사이에서 일정하고, 상사칙을 그대로 적용할 수 없고, 반대로 HIC값은 증가하는 경향을 나타낸다. 이 때문에, 여기에서는 나머지 파라미터에 관하여 몇 가지 수치 해석을 실시하고, 어른 두부 충돌에서의 형상을 설정했다.
우선, 파고는 스케일비 배로 했다. 다음으로 파장, 아우터 판두께는 어린이 두부 충돌에서의 치수를 그대로 사용하고, 인너 판두께는 약간 증가시켰다. 표 3에 어른 두부 충돌에서의 치수 일람을 나타낸다. 파장을 동일하게 한 것은 후드를 설계하는 경우, WAD1500 보다 전방에서는 어린이 두부 충돌이, 그것보다 후방에서는 어른 두부 충돌이 문제가 되고, WAD1500의 경계 영역에서 일정한 파장을 설정할 수 있으면, 형상적인 불연속을 피할 수 있어서, 설계상 형편이 좋기 때문이다.
ⓖ 빔형 후드 구조는 파형 후드 구조를 베이스로 인너 구조만을 빔형으로 하고 있다. 프레임부의 단면 형상은 기존의 설계예를 참고로 대체로 사다리꼴로 하고 있다.
① 실시예 1; 빔형 후드 구조와 파형 후드 구조와의 비교
도 22는 빔형 후드 구조에서의 두부 충돌 해석 결과와, 파형 후드 구조에서의 두부 충돌 해석 결과를 나타낸다. 두부 모델은 어른 두부이고, 아우터로부터강체면까지의 충돌 방향의 틈새(L)는 84mm, 충돌 위치는 도 18, 도 19에 나타낸 후드 중앙으로 했다. 도 22에서, 빔형 후드 구조의 경우는 HIC값이 2059이지만, 파형 후드 구조의 경우에는 가속도 제 2 파가 대폭 저하되고, 그 결과 HIC값이 940으로 대폭 저하되었다는 것을 알 수 있다. 파형 인너의 사인 형상은 두부 충돌시의 충격 흡수에 적합한 형상이고, 두부 충돌시의 아우터와 인너의 덜컹거림 진동에 의해, 두부 가속도 파형이 교란되고, 피크값이 저하되어 HIC값이 대폭 저하되었다.
② 실시예 2; 파형 인너와 아우터와의 접착 방법
아우터와 인너는 해석 모델상, 접착부에 4mm의 간극이 있는 모델로 되어 있지만, 현실에는 후드의 적절한 인장 강성을 얻기 위해서, 최소한의 접착부가 필요하다. 별도 검토한 결과, 덜컹거림 진동을 저해하지 않기 위해서는 접촉 단면 형상이 비교적 국부적인 면적이고, 극히 유연한 스펀지 형상의 접착재를 사용하고, 도 21에 도시한 바와 같이 파형 인너의 마루부에 지그재그 형상으로, 또는 분산되어 배치된 구조가 바람직하다는 것이 확인되었다. 접착부의 단면적이 증가하고, 또는 접착재의 강성이 증가하면, 아우터와 인너는 일체로 되어 진동하기 쉬워지고, 덜컹거림 진동이 없어져, 그 결과 가속도 제 2 파가 증가하여, HIC값은 증가하는 경향이 확인되었다.
③ 실시예 3; 파장(p)과 파고(h)의 바람직한 범위
파형 인너의 파장과 파고가 HIC값에 미치는 영향을 조사했다. 아우터 판두께는 1mm, 인너 판두께는 0.8mm으로, 통상 고려되는 값을 설정하고 있다. 어린이의 두부 충돌에서의 해석 결과에 관해서, 도 23은 파장이 HIC값에 미치는 영향을나타내고, 도 24는 파고가 HIC값에 미치는 영향을 나타낸다. 도 23에서 HIC값 저감에 효과가 있는 파장(p)의 바람직한 범위는 두부 외경(d)을 사용하여
0.7 < p/d < 1.7
이 되고, 도 24에서 파고(h)의 바람직한 범위는 동일하게 두부 외경(d)을 사용하여
0.15 < h/d < 0.4
가 된다.
우선, 파장(p)이 이 범위보다 작은 경우에는 파형 인너의 후드 길이 방향의 굴곡 강성이 높아지지만, 후드의 폭방향의 굴곡 강성이 저하되고, 두부 충돌시의 인너의 강성은 저하되고, HIC값은 증가한다. 또한, 파장(p)이 이 범위보다 큰 경우에는 후드의 폭방향의 굴곡 강성이 높아지지만, 후드 길이 방향의 굴곡 강성이 저하되고, 두부 충돌시의 인너의 강성은 저하되고, HIC값은 증가한다. 이와 같이, 파장(p)에는 바람직한 범위가 존재하고, 그 범위는 대체로 두부 외경을 기준으로 그 전후의 값이 바람직하다. 이것은 두부 충돌시에 두부를 대체로 하나의 파로 지탱하는 구조가 두부를 부드럽게 받아내는 변형을 발생시키고, 그 결과 HIC값의 저감을 꾀할 수 있기 때문이다.
다음으로, 파고(h)에 관해서는, 파고(h)가 이 범위보다 작은 경우에는 파형 인너의 국부 굴곡 강성이 부족하고, 두부 충돌 에너지를 흡수할 수 없고, 두부는 강체면에 충돌하여 HIC값은 증가한다. 파고(h)가 이 범위보다 큰 경우에는 파형 인너의 국부 굴곡 강성이 과대해지고, 후드의 강성이 지나치게 높기 때문에 HIC값은 증가한다. 이와 같이, 파고(h)에도 바람직한 범위가 존재하고, 파형 인너의 단면 형상은 상기의 바람직한 범위로 설계하는 것이 바람직하다.
또한, 틈새가 일정한 경우, 어른 두부 충돌에서의 HIC값은 어린이 두부 충돌에서의 HIC값에 비하여 증가하지만, 이 경우의 파장, 파고의 바람직한 범위는 어린이 두부 충돌의 경우와 대체로 동일하다고 생각된다.
④ 실시예 4; 두부 충돌 위치의 영향
어린이의 두부 충돌의 경우에, 아우터와 강체면과의 틈새(L)가 75mm인 경우에 관해서, 두부 충돌 위치를 도 25에, 이들 충돌 위치에서의 HIC값을 표 4에 나타낸다. 이 표에서, 두부 충돌 위치가 변하더라도 HIC값이 대체로 일정하다는 것을 알 수 있다. 이 충돌 부위에 관한 HIC값의 균일성은 파형 후드 구조가 가지고 있는 대단히 유용한 특징이다.
틈새(L)가 75mm인 경우의 어린이 두부의 HIC값에 대한 충돌 위치의 영향(EFFECTS DUE TO IMPACT POINT FOR HIC_VALUE CHILD_HEAD, CLEARANCE_L= 75mm)
위치 HIC 위치 HIC 위치 HIC
1 820 9 890 16 964
2 947 10 1106 17 968
3 757 11 978 18 985
4 903 12 1105 19 1013
5 820 13 892 20 1043
6 882 14 984 21 1016
7 799 15 1011 22 1036
8 926
⑤ 실시예 5; HIC값과 틈새(L)와의 관계
HIC값과 틈새(L)와의 관계를 도 26에 나타낸다. 검토 대상은 빔형 후드 구조, 파형 후드 구조, 인너 중앙부를 판두께 보강한 파형 후드 구조의 3종류이며, 어린이 두부 충돌과 어른 두부 충돌의 경우에 관해서 나타낸다.
이러한 해석 결과에서,
ⓐ 파형 후드 구조는 빔형 후드 구조에 비하여 HIC값이 대폭 저하되었다.
ⓑ 인너 중앙부를 판두께 보강함으로써, 파형 후드 구조의 HIC값은 약간 저하되고, 틈새(L)를 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다. 인너 중량의 국부적인 증가에 의해, 틈새(L)를 줄일 수 있기 때문에, 설계상 매우 유용하다는 것을 알 수 있다.
ⓒ 어른의 두부 충돌로, 강제의 빔형 후드 구조에서의 실험치의 회귀식은 하기와 같이 된다[마츠이(松井), 이시카와(石川) 편저, 승용차 전면 창문 유리 및 그 주변부의 충격 특성과 두부 장해값, 자동차 연구, 2000년 4월, 제 22권 제 4호]. 이것을 도 26에 나타낸다.
단, YHIC: HIC값, X : 두부 동적 변형량(mm)
실험값의 회귀식의 경우는 아우터와 강체면과의 틈새(L)가 불명확하고, 두부의 충돌 방향의 동적 변형량을 인수(引數)로 하고, 아우터와 강체면과의 틈새(L)를 횡축으로 취하고 있는 해석 결과와 직접 비교할 수 없지만, 양자의 경향은 대체로일치하고 있다. 또한, 실험 결과로부터 얻어지는 HIC값 1000을 만족하기 위한 최소 틈새는 82.2mm이고, 해석 결과로부터 얻어지는 83mm와 거의 동일한 값이 되며, 언뜻보면 파형 후드 구조의 장점은 없어 보인다. 그렇지만, 해석상 파형 후드 구조의 HIC값 저감 효과는 빔형 후드 구조에 비하여 현저하고, 여기에서 얻어지는 간이 모델의 HIC값은 간이화로 인해 과대하게 산출되어 있고, 파형 후드 구조의 틈새(L)의 최소값은 실험값에서는 더 작아진다고 생각된다. 여기에서는, 경제상의 이유로 파형 인너 구조의 실험을 실시하지 않았고, 이 점에 관해서는 금후 확인될 것이라고 생각한다.
⑥ 실시예 6; 후드 외주부에서의 HIC값 저감
보행자 보호에 있어서의 두부 충돌 내성은 후드의 외주부에서 펜더, 윈드실드 프레임 하부 등의 강성이 높은 부위의 영향을 받아, 이러한 부위에 두부가 충돌한 경우에, HIC값은 높은 값이 된다는 것이 알려져 있다. 종래의 설계예에서는 후드 외주부에 설치하는 비드의 단면 형상은 사다리꼴 단면에 가까운 경우가 많지만, 이 단면 형상에서는 HIC값이 높아지기 때문에, 이에 대한 대책으로서, 사인파, 또는 사인파에 가까운 단면 형상의 파형 비드를 인너의 외주부에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 비드에 의해, 이러한 부위에서의 HIC값을 낮추는 것이 가능해진다.
도 27에 실시예를 나타낸다. 이들 외주부에서의 파장, 파고, 단면 형상은 후드의 굴곡 강성, 비틀림 강성 등을 고려하면서 결정되지만, 파장과 파고는 후드 전체면으로 일률적일 필요는 없고, 후드 각부에서의 설계 요건을 고려하여, 가장바람직한 파장과 파고가 적절하게 결정되어야 한다. 특히, 후드 외주부에서는 펜더, 윈드실드 프레임 하부 등의 강성 높은 부위의 영향을 받기 때문에, 파장을 반파장으로 하는 등의 방법에 의해, 아우터와 인너와의 틈새가 확보되어 HIC값이 저감된다.
⑦ 실시예 7; 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제인 스플라인형 인너인 파형 후드 구조의 경우
청구항 10에 기재된 스플라인형 인너를 사용하고, 청구항 11에 기재된 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제인 파형 후드 구조의 실시예를 나타낸다. 도 28은 인너 형상, 도 29는 인너와 강체면과의 위치 관계 및 두부 충돌 위치를 나타낸다.
이 모델에서는 엔진, 배터리 등의 강체물의 상면을 아우터에 평행한 몇 개의 강체면에서 간이적으로 모델화했다. 아우터로부터 강대면(剛對面)까지의 연직 방향 틈새는, 간편하게 70mm의 균일한 값을 설정했다. 아우터는 SS330 상당의 강판(판두께 0.7mm), 인너는 알루미늄 5000계 합금(판두께 1.2mm)으로 구성했다. 어른 두부의 충돌 위치는 WAD1500의 라인상(충돌 위치는 1 내지 4)으로, 어린이 두부의 충돌 위치는 WAD1500의 라인상(충돌 위치는 1 내지 4)과 WAD1100의 라인상(충돌 위치는 5 내지 8)으로 했다. 어린이 두부 충돌(충돌 위치 1)의 두부 가속도 파형을 도 30에, 어른 두부 충돌(충돌 위치 1)의 두부 가속도 파형을 도 31에, 해석 결과의 일람을 표 4에 나타낸다.
이러한 해석 결과에 따라, 이하의 사실이 판명되었다.
ⓐ 충돌 위치 4를 제외하고, HIC값 1000의 조건이 어른과 어린이의 쌍방에서 거의 만족되었고, 양호한 결과가 얻어졌다.
ⓑ 어린이의 경우는 가속도 제 1 파가 거의 200G로, 이상적인 두부 가속도 파형으로 되어 있다. 대부분의 운동 에너지가 아우터로 흡수되었고, 가속도 제 2 파는 HIC값 산출에 영향을 미치지 않는다. 이것은 도 30에 나타낸 HIC값 산출을 위한 시간 범위(t1, t2)가 가속도 제 1 파만을 대상 범위로 하고 있다는 점에서 확인된다.
ⓒ 어른의 경우는 충돌 위치 4를 제외하고, 대체로 HIC값 1000이 만족되었다. 충돌 위치 1, 2에서 HIC값 1000을 약간 상회하고 있지만, 이 정도라면 인너 형상, 판두께 등의 상세 검토에 의해 충분히 대응할 수 있다.
ⓓ 후드 각부에서의 HIC값이 적정하게 억제되고 있고, 스플라인형 인너에 의한 엔진 룸내가 복잡하게 배치된 강체물과의 충돌을 고려한 설계의 효과가 확인되었다.
어른 두부의 경우, 두부 충돌 에너지는 어린이 두부 충돌의 1.92배로, 상술한 상사칙을 적용하면, 가속도 제 1 파가 200G가 되는 강제 아우터의 판두께는 0.7mm의 1.27배로 0.9mm가 된다. 그렇지만, 이 판두께로서는 어린이의 두부 충돌이 HIC값 1000을 넘게 되어 부적절해진다. 이 때문에, 강제 아우터의 판두께 상한값은 어른과 어린이의 쌍방을 고려하면 0.7mm가 된다. 이 경우, 표 4에서 어른 두부의 가속도 제 1 파는 120G 내지 150G이며, 아우터에 의한 충돌 에너지 흡수는 충분하지 않고, 잔류 운동 에너지는 가속도 제 2 파에서 흡수해야 한다. 사전의 수치 해석으로부터, 알루미늄 합금제 인너의 필요판 두께는 1.2mm이며, 상기 해석 모델에서는 이 값이 사용되고 있다.
여기에서의 해석 결과로부터, 충돌 위치 4를 제외하고, 대체로 HIC값 1000이 만족되고 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 아우터를 알루미늄 합금으로 하는 경우에는 아우터 질량을 강판과 동일하게 할 필요가 있고, 이 경우 아우터 판두께는 2.1mm가 되지만, 코스트가 높아서 알루미늄화의 메리트는 없다고 할 수 있다.
또한, 인너를 강판으로 하는 경우의 강판 두께는 알루미늄 합금의 판두께 1.2mm와 동일한 굴곡 강성을 갖는 것을 조건으로 요구한다. 1.2mm를 상술한 동일한 굴곡 강성을 전제로 한 알루미늄 합금과 강판과의 판두께비 1.44로 나누어, 0.83mm가 강판의 판두께가 된다. 이 경우, 강제 인너의 중량은 알루미늄 합금 인너의 약 2배가 되고, 경량화의 관점에서 문제라고 할 수 있다.
이와 같이 어린이와 어른 양쪽의 두부 충돌을 만족해야 하는 대형 세단 등의 후드에서는 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 파형 후드 구조가 경량이면서 저코스트의 후드가 될 수 있다는 것을 나타냈다.
대형 세단과 달리, 중형차 또는 소형차의 후드에서 어린이 두부 충돌만이 문제가 되는 경우에, 아우터와 강체면과의 틈새를 충분히 크게 취할 수 있는 경우는, 전체 알루미늄의 파형 후드 구조를 적용할 수 있다. 그렇지만, 아우터와 강체면과의 틈새를 충분히 취할 수 없는 경우는 상기의 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 파형 후드 구조의 적용이 효과적이다.
또한, 아우터를 강제, 인너를 알루미늄제의 콘형 인너로 한 경우에 관해서는 파형 인너의 경우만큼은 아니지만, HIC값 저감에 일정한 효과가 있다.
두부 충돌 부위 WAD1500의 라인상 WAD1100의 라인상
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
어른두부 HIC값 1053 1061 923 1435 - - - -
가속도 제 1 파(G) 152 140 120 120 - - - -
가속도 제 2 파(G) 120 115 112 150 - - - -
어린이두부 HIC값 970 908 907 1215 989 1056 956 770
가속도 제 1 파(G) 200 189 180 181 212 183 200 140
가속도 제 2 파(G) * * * 133 165 100 117 80
*는 제 2 파가 HIC값 산출에 기여하지 않는 경우
⑧ 실시예 8; 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 콘형 인너인 콘형 후드 구조의 경우
본 실시예 8은 청구항 12에 기재된 아우터가 강제, 인너가 알루미늄 합금제의 콘형 후드 구조의 실시예이다. 즉, 이 콘형 인너에 관해서 실시예 7과 동일한 해석을 실시했다. 두부 충돌 위치는 후드 중앙부에서의 콘 정점부, 및 콘 정점의 중간 위치(콘 정점 사이)의 2가지 경우에 관하여 검토했다. 어린이 두부 충돌에서의 해석 결과를 도 32에, 어른 두부 충돌에서의 해석 결과를 도 33에 나타낸다. 이러한 도면으로부터, 콘 정점 사이에서의 HIC값은 콘 정점에서의 HIC값 보다 큰 값이 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 콘 정점 사이에 두부가 충돌한 경우에는 콘의 변형에 의한 충돌 에너지의 흡수가 대폭 감소되고, 두부는 아우터에 충돌한 후 그대로 강체에 충돌하기 때문이다. 또한, 어른의 두부 충돌에서의 HIC값은 어린이의 두부 충돌에서의 HIC값보다 큰 값이 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 파형 후드 구조와 동일한 경향이다. 또한, 아우터를 알루미늄 합금제에서 강제로 함으로써, HIC값이 대폭 저하되는 것이 확인된다. 이 결과, 콘형 후드 구조의 경우에 관해서도, 파형 후드 구조의 경우와 마찬가지로 아우터를 강판으로 함으로써, HIC값 저감에 효과가 있는 것이 확인되었다.
본 발명은 자동차 차체의 후드에 사용되는 패널 구조체에 관한 것이다.

Claims (12)

  1. 아우터 패널과 인너 패널이 공간을 통한 폐단면 구조를 취하여 결합된 패널 구조체에 있어서,
    인너 패널 전체면에 걸쳐 복수개의 파형 비드가 대략 평행하게 설치되고, 인너 패널의 단면이 파형 형상으로 된 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 형상이 사인 곡선 또는 사인 n승 곡선인 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 파형 비드가 패널 구조체의 길이 방향에 대하여 평행 방향 또는 경사 방향, 또는 패널 구조체의 대략 중심에 대하여 동심원 형상, 이들의 조합인 2중파 형상으로부터 선택되는 배열로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 아우터 패널과 인너 패널중 어느 하나가 알루미늄 합금제, 또는 강제등의 금속인 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너 패널의 단면 파형 형상이, 파형의 파장을 p, 보행자의 두부 외경을 d라고 했을 때, 0.7<p/d<1.7을 만족하는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너 패널의 단면 파형 형상이, 파고를 h, 보행자의 두부 외경을 d라 했을 때, 0.15<h/d<0.3을 만족하는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너 패널의 일부에 보강판을 설치한 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너 패널의 파형 비드 부분에 있어서, 인너 패널과 아우터 패널이 유연하게 결합되어 접합하는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인너 패널의 파형 비드 부분에 있어서의 아우터 패널과의 유연한 접합부가 지그재그 형상으로 배열되는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파형 형상이 스플라인 함수로 정의되는 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    아우터 패널이 강제이고, 인너 패널이 알루미늄 합금제의 파형 인너인 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    아우터 패널이 강제이고, 인너 패널이 알루미늄 합금제의 콘형 인너 패널인 것을 특징으로 하는
    차체 후드용 패널 구조체.
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