KR20040022547A - 자동차용 프런트 범퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼에 관한 것으로, 차체의 사이드 프레임에 금속제 범퍼 빔을 범퍼 스테이로 고정하고, 차체에 범퍼커버의 양단을 결합하여서 상기 범퍼 빔과 프런트 범퍼커버의 사이에 에너지 압소버를 배치한 것으로 이루어지는 자동차용 범퍼에 있어서, 상기 에너지 압소버를 내부가 비어 있는 중공의 구조로 함과 아울러, 단위 I형 단면 구조물이 그 길이 방향으로 독립적으로 연결된 형태를 구비함으로써, 보행자와의 충돌시 보행자 보호 법규에 정해진 굽힘각도, 감속도 및 전단변위 등을 모두 만족시킬 수 있도록 한 자동차용 범퍼이다.

Description

자동차용 프런트 범퍼{Front bumper for automobile}

본 발명은 자동차용 범퍼에 관한 것으로, 특히 자동차 프런트 범퍼에 구비되는 에너지 압소버의 구조를 개선시켜 보행자와의 충돌시 보행자 법규에 정해진 항목에 대한 조건을 모두 만족시킬 수 있도록 한 자동차용 범퍼에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 동력을 발생시키는 엔진을 비롯하여 자동차의 외형을 구성하는 차체와 상기 차체에 장착되어 엔진에서 발생되는 동력을 이용하여 주행 및 정지를 가능하게 하는 샤시 등으로 이루어지며, 이중 차체는 다수의 패널이 용접이나 볼트 등의 결합을 통해 차량 전체의 외형을 이루고 있다.

상기 구성에서, 차체에는 엔진과 변속기를 비롯하여 차량 운행에 필요한 각종 구성부품이 장착되어 있으며 사고로 인한 충돌 및 전복시에는 외부충격으로부터 차량내의 탑승자를 보호할 수 있을 정도의 충분한 강성을 구비해야 하며, 이와 함께 충격을 단계적으로 흡수하여 승객에게 전달되는 힘을 최소화함으로써 상해 정도를 줄일 수 있도록 충격을 흡수할 수 있도록 구성되어 있다.

특히, 차량의 전방과 후방에 부착되어 있는 프런트 범퍼와 리어 범퍼는 차량의 전방충돌 및 후방추돌 사고시에 발생되는 충격을 흡수하여 차체로 전달되는 충격이 최소화되도록 하여 탑승승객을 보호하는 것과 동시에 엔진을 비롯한 차량 각부의 차체를 보호하는 역할을 한다.

한편, 현재까지 양산차량에 장착되어 있는 프런트 범퍼의 경우에는 차량대 차량의 충돌시에 자기차량을 보호하기 위한 목적으로 강성이 우수한 범퍼 시스템이 부착되어 있다. 즉 현재의 대부분의 범퍼 시스템에 있어서는 보행자 보호 법규를 대비하여 충분한 설계가 되어 있지 않는 실정이며, 특히 보행자를 보호하기 위한 법규가 더욱 강화되고 있는 지역(유럽 등)에서는 이러한 보행자 보호 법규를 만족시킬 수 있는 범퍼 시스템을 구비해야 할 필요성이 더욱 대두되고 있는 실정이다.

도 1a 와 도 1b 는 종래기술에 따른 차량의 프런트 범퍼의 구조를 도시한 사시도로서, 도 1a 는 프런트 범퍼커버(점선으로 도시함; 도 1b 의 11)를 제외한 나머지 구성부재들의 조립체(이하 `범퍼 조립체'라 함)이고, 도 1b 는 프런트 범퍼커버(11)와 상기 범퍼 조립체(10)를 분리시킨 상태의 사시도이다.

차량용 범퍼는 그 사용 재질에 따라 강판재 범퍼와 플라스틱재 범퍼로 대별된다. 상기 예시한 상기 범퍼는 플라스틱재 범퍼로서, 범퍼 조립체(10)는 도시된 바와 같이 차체의 사이드 프레임에 금속재 범퍼 백빔(15)을 범퍼 스테이(17)로 고정하고, 차체에 범퍼커버(11)의 양단을 결합하여서 상기 범퍼 백빔(15)과 프런트 범퍼커버(11)의 사이에 에너지 압소버(13)를 배치한 것으로 이루어진다.

따라서 상기한 강판재 범퍼는 범퍼본체의 강성에 의하여 충돌 에너지를 흡수하고, 상기 종래의 플라스틱재 범퍼는 주로 에너지 압소버(13)가 가진 재질의 특성에 의하여 충돌 에너지를 흡수하는 것이다. 특히 상기 종래의 에너지 압소버(13)로 사용되는 재질의 하나는 PP(Polypropylene) 폼(Form)이며, 이 재질은 탄성계수가 낮아 소프트한 특성을 가지므로 범퍼에 적용 시 감속도는 감소시킬 수 있으나 굽힘각도면에서는 오히려 더 증가하여 나쁜 결과를 초래하는 단점이 있다.

상기한 종래의 범퍼는 차량 대 차량의 충격 흡수를 주된 기능으로 함으로서 차량 충돌 시 탑승자의 충돌 에너지는 양호하지만 보행자의 충돌 에너지 흡수는 취약한 실정이다. 특히 범퍼는 지면으로부터 일정 높이 설치되므로 보행자와의 충돌시 보행자 무릎부위가 범퍼의 중심에 닿기 때문에 보행자 다리 무릎부위를 중심기점으로 그 상부와 하부가 꺾여지는 무릎 굽힘각도가 크게 형성되는 문제점이 있다. 즉, 도 2 에 도시한 바와 같이, 프런트 범퍼커버(11)의 전면부의 위치(a)와 프런트 범퍼커버(11)의 저부의 위치(b) 간의 간격(d)이 일정 크기 이상으로 유지되고 있으므로 보행자와의 충돌시 이러한 간격차(d)로 인해 굽힘각도가 크게 발생하게 되는 것이다.

일반적으로 보행자 보호 법규의 대상 항목으로는 범퍼에 충돌하는 임펙터(Impactor : 실험용 보행자 다리)의 굽힘각도, 전단변위, 감속도 등이 있는데, 이러한 항목에 대한 규격치의 설정은 범퍼와 상기 임펙터를 실제 충돌시키는 로어 레그폼 테스트(Lower Legform Test)에 의해 결정된다.

상기한 실험에 의해, 유럽 보행자 보호 법규 등에서 규정하고 있는 규격은 감속도 200g 이하, 굽힘각도 21도 이하, 전단변위 6mm 이하로 설정되어 있으며, 이러한 규격범위를 만족시킬 수 없는 경우 법규상의 문제로 인해 국내 자동차의 해외시장 판매에 결정적인 타격을 받게 될 우려가 있다.

따라서 상기한 항목에 규정된 규격치 내에 들도록 하기 위해 범퍼의 하단부를 보강하여 범퍼 하단부를 범퍼 전방으로 가져옴과 동시에 그 후방에 보강제를 설치하거나 범퍼커버 자체의 강성을 보강하는 방법들이 제안되고 있다.

도 3 은 상기 범퍼의 하단부를 전방으로 돌출시킨 예를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이 범퍼 하단부(14')를 전방으로 돌출시켜 범퍼 하단부(14')의 전면부(b' 위치)와 범퍼커버의 전면부(a' 위치) 간의 간격(d')을 아주 작게 되도록 함으로써 충돌시 발생되는 굽힘각도를 줄이도록 하고 있다.

그러나 상기한 종래의 방법은 범퍼 하단의 보강재 설치하기 위해서는 별도의 추가 공수가 필요하며 범퍼 전체의 중량 증가를 초래하는 문제가 발생한다. 아울러 범퍼커버의 하단을 전방으로 이동하는 것도 한정된 패키지 공간과 스타일링상의 제약 등으로 실제 적용하는 데에는 무리가 따르는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프런트 범퍼커버 하부에 별도의 보강재를 사용하지 않고 프런트 범퍼커버와 범퍼 백빔과의 사이에 위치한 에너지 압소버를 그 재질과 구조적 특성을 개선시켜 프런트 범퍼의 감속도 및 굽힘각도를 개선시킬 수 있는 자동차용 프런트 범퍼를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1a 와 도 1b 는 종래기술에 따른 차량용 프런트 범퍼의 구조를 도시한 사시도이고,

도 2 는 상기 범퍼의 결착구조를 도시하기 위한 단면도,

도 3 은 상기 종래 범퍼의 하단부를 전방으로 이동시킨 예를 도시한 단면도,

도 4a 는 본 발명에 따른 프런트 범퍼의 사시도로서, 전면의 프런트 범퍼커버를 제외한 나머지 부분의 사시도,

도 4b 는 상기 도 4a 의 분리 사시도,

도 4c 는 본 발명에 따른 에너지 압소버의 정면도,

도 4d 는 본 발명에 따른 압소버의 배면측을 도시한 사시도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

13,31 : 에너지 압소버 11 : 프런트 범퍼커버

15,33 : 프런트 범퍼 백빔 17, 35 : 범퍼 스테이(stay)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 프런트 범퍼는, 차체의 사이드 프레임에 금속제 범퍼 백빔을 범퍼 스테이로 고정하고, 차체에 범퍼커버의 양단을 결합하여서 상기 범퍼 백빔과 프런트 범퍼커버의 사이에 에너지 압소버를 배치한 것으로 이루어지는 자동차용 범퍼에 있어서, 상기 에너지 압소버를 그 내부가 비어 있는 중공의 PC/PBT 재로 성형하여 보행자와 프런트 범퍼와의 충돌시 발생되는 감속도를 줄일 수 있도록 하고, 단위 I형 단면구조물이 그 길이 방향으로 연결, 설치된 구조로 형성함으로써 충돌로 인한 보행자의 다리 굽힘각도를 줄일 수 있도록 한다.

본 발명의 상기 단위 I형 단면구조물은 일정 간격 이격된 상태의 단속적인연결상태로 설치되도록 하여 외부의 충격 전달시 인접한 구조물에 영향을 주지 않고 독립적으로 작용되도록 하여 변형이 용이하도록 함으로써 감속도를 줄일 수 있도록 한다.

아울러, 상기 단위 I형 단면구조물상의 I형 단면 상,하 측에 요철형의 포밍을 형성하여 충격방향의 힘에 대해 어느 정도의 저항력이 구비되도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 범퍼의 적합한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 는 본 발명에 따른 프런트 범퍼의 사시도로서, 전면의 프런트 범퍼커버를 제외한 나머지 부분의 사시도이고,

도 4b 는 상기 도 4a 의 분리 사시도이며,

도 4c 는 본 발명의 에너지 압소버의 정면도,

도 4d 는 본 발명에 따른 에너지 압소버의 배면측을 도시한 사시도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 에너지 압소버(31)는 에너지 압소버(31) 자체의 재질과 구조적 특성을 조합하여 종래의 범퍼구조에 있어서의 감속도와 굽힘각도를 개선시키도록 한 것이다. 참고로, 프런트 범퍼 구조에 있어서, 임펙터와의 충돌로 인한 범퍼의 감속도와 굽힘각도를 개선시킬 경우 전단변위는 자동으로 개선되게 된다.

일반적으로 높은 탄성계수를 가진 단단한 재질의 에너지 압소버를 사용할 경우 높은 감속도(또는 가속도)를 발생시킨다. 즉, 높은 감속도를 발생시킨다는 것은 임펙터가 상대적으로 보다 큰 충격을 받는 것을 의미하는 것이다. 또한 감속도는변형공간과 밀접하게 관련되어 있으므로 감속도를 낮추기 위해서는 범퍼의 구조가 쉽게 변형할 수 있는 구조일 필요가 있다.

반면에, 단단한 재질의 에너지 압소버는 임펙터의 하부부위를 보다 빨리 되 튕겨 낼 수 있으므로 굽힘각도를 감소시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서는 에너지 압소버(31)를 종래의 내부가 꽉워진 솔리드(Solid) 형태의 PP 폼을 사용하지 않고 상기 PP 폼보다 탄성계수가 더 높고 내부가 비어 있는 PC/PBT(Polycarbonate/Polybutylene Terephtalate)를 사용한다. 상기 PC/PBT 재는 종래의 PP 폼재보다 더 단단하므로 임팩터와의 전면 충돌시 형성되는 범퍼의 굽힘각도를 감소시킬 수 있으나, 감속도는 오히려 더 증가하게 되므로 오히려 종래보다 더 나쁜 결과를 초래할 수가 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 에너지 압소버(31)의 재질을 상기 PC/PBT 재로 하되, 그 구조를 내부가 비어 있고, 연속되지 않은 단위 I형 단면구조물(31a)이 연결된 구조로 형성하고 있다. 이때 상기 단위 I형 단면구조물(31a)을 에너지 압소버의 길이 방향으로 연속하여 결착시키지 않고 일정 간격으로 단절시킨 구조로 형성한다. 이는 임팩터와의 충돌시 전달되는 충격력이 인접한 다른 단위 I형 단면구조물(31a)에 영향을 주지 않고 독립적으로 작용되게 하여 에너지 압소버(31)의 변형이 가능한 쉽게 발생되도록 하기 위함이다.

한편, 상기 에너지 압소버(31)의 변형이 너무 쉽게 발생하게 될 경우 감속도는 줄일 수 있으나 단단한 재질의 적용으로 개선이 기대되는 굽힘각도의 저하를 초래할 수 있으므로 본 발명에서는 상기 단위 단면구조물(31a)의 형상을 단면계수가가장 높은 I 형 단면을 취하고 있다. 그리고 I형 단면구조물의 상,하측 부위에 요철형의 포밍(Forming)(31b)을 형성하여 충격방향의 힘에 대한 저항이 보다 오래 지속될 수 있도록 하고 있다.

따라서 본 발명의 기술에 따른 자동차용 범퍼는 그 내부에 구비되는 에너지 압소버의 형태를 내부가 비어 있는 중공의 구조로 함과 동시에, 단위 I형 단면 구조물이 범퍼의 길이 방향으로 연속이 아닌 단절된 구조로 연결 설치되도록 하여 변형이 용이하게 일어나도록 함으로써 프런트 범퍼커버와 임팩터와의 충돌시 발생되는 감속도를 줄일 수 있도록 하고 있다.

이와 함께, 본 발명의 에너지 압소버는 종래의 피피폼재보다 탄성계수가 높은 PCT/PBT 재를 적용함과 아울러, 충격이 가해지는 전면부의 형상을 단면계수가 높은 I 형의 단면형상으로 함과 동시에 상기 I형 단면에 요철형태의 포밍을 부가하여 적절한 크기의 강성을 가지도록 함으로써 굽힘각도를 줄이는 효과를 얻을 있도록 하고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 범퍼는 그 내부에 구비되는 에너지 압소버를 내부가 비어 있는 중공의 구조로 함과 아울러, 단위 I형 단면 구조물이 그 길이 방향으로 독립적으로 연결된 형태를 구비함으로써, 보행자와의 충돌시 보행자 보호 법규에 정해진 굽힘각도, 감속도 및 전단변위 등을 모두 만족시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 차체의 사이드 프레임에 금속제 범퍼 백빔을 범퍼 스테이로 고정하고, 차체에 범퍼커버의 양단을 결합하여서 상기 범퍼 백빔과 프런트 범퍼커버의 사이에 에너지 압소버를 배치한 것으로 이루어지는 자동차용 범퍼에 있어서,

   상기 에너지 압소버는 보행자와 프런트 범퍼와의 충돌시 발생되는 감속도를 줄일 수 있도록 그 내부가 비어 있는 중공의 PC/PBT 재로 성형되고, 충돌로 인한 보행자의 다리 굽힘 각도를 줄일 수 있도록 하기 위해 단위 I형 단면구조물이 그 길이 방향으로 연결된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 I형 단면구조물은 일정 간격 이격된 상태의 단속적인 연결상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 I형 단면구조물상의 I형 단면 상,하 측에 요철형의 포밍이 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼.