KR20040097174A - 범퍼 장치 - Google Patents

Abstract

범퍼 보강재와 차체 측의 사이드 멤버 사이에 배치되는 범퍼 스테이의 전후 벽을 연결하는 복수의 리브(측벽) 중에서 내측이 리브 안쪽으로 밀려들어가는 것을 방지한다. 범퍼 보강재(2)와 사이드 멤버(3) 사이에 배치되는 범퍼 스테이(4)의 전방 벽부(5)와 후방 벽부(6)를 복수의 리브(7, 8, 9, 10)로 연결한다. 내외 측 리브(7, 8)는 전방 쪽으로 넓어지고, 내측 리브(7)는 내측으로 연장되는 돌출부(11)를 갖는다. 전방 벽부(5)의 폭 치수(ℓ₁)를 후방 벽부(6)의 폭 치수(ℓ₂)보다 크게 한다.

Description

범퍼 장치 {BUMPER DEVICE}

차량의 충돌 시, 범퍼 보강재(reinforcement)로부터 차체에 전달되는 충격에너지를 가능한 한 완화하여, 탑승자에게 미치는 악영향을 억제하기 위해서 범퍼 장치가 이용된다.

범퍼 장치는 차량의 폭 방향으로 연장되는 범퍼 보강재와 차체 측 사이드 멤버(사이드 프레임이라고도 함) 사이에 범퍼 스테이를 배치하고, 주로 범퍼 보강재의 소성 변형에 의해 충격에너지를 흡수하는 유형과, 범퍼 스테이 대신 크래시 박스(crash box)를 배치하여, 주로 크래시 박스의 소성 변형에 의해 충격에너지를 흡수하는 유형이 있다.

전자의 유형의 범퍼 장치는 일본국 특개2001-294106호 공보에 개시되어 있다. 이 예는 범퍼 보강재의 후면 벽을 따르면서 이것에 고정되는 전면 벽과, 사이드 멤버의 선단부에 장착되는 후면 벽과, 전면 벽과 후면 벽을 연결하는 최소한 2개의 측벽을 가지는 범퍼 스테이를 이용하고 있다.

이 공지된 범퍼 스테이는 전면 벽과 후면 벽에서 폐쇄중공부를 만드는 것, 전면 벽을 비연속으로 하여 전방으로 개방되는 개방중공부를 형성하는 것, 측벽을중공 상태로 하는 것, 또는 측벽을 후면 벽에 대하여 기울기 각도를 가지고 배치하는 것을 교시한다.

범퍼 스테이의 측벽 쌍은 차량의 중심 측에 위치하는 내측의 측벽을 외측의 측벽보다 길게 하고, 전면 벽을 범퍼 보강재의 후면에 일치시키고 있다.

이러한 범퍼 스테이를 가지는 범퍼 장치의 범퍼 보강재에 차량의 충돌에 의한 충격력(하중)이 작용하면, 범퍼 보강재의 소성 변형 전에, 범퍼 스테이가 긴 쪽, 즉 내측의 측벽이 내측 쪽으로 기울어지도록 변형되고, 충격력을 나머지의 측벽에서 받게 된다. 이로 인하여, 범퍼 스테이의 붕괴가 먼저 생기고, 이어서 범퍼 보강재의 소성 변형에 의한 충격에너지의 흡수가 시작된다.

전술한 것과 같은 범퍼 스테이의 붕괴는 충격에너지에 의한 사이드 멤버의 파손 원인이 되고, 또한 범퍼 보강재가 지지 기능을 상실하여, 예기하지 않은 소성 변형을 범퍼 보강재에 만들어, 충격에너지의 흡수 효율을 저하시킨다.

그러므로, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해소시키는 것을 해결 과제로 한다.

본 발명은 개량된 범퍼 스테이(stay)를 가지는 범퍼 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일례의 범퍼 장치의 단면도이다.

도 2는 강판으로 제조된 범퍼 스테이를 나타내는 단면도이다.

도 3은 오프셋 충격력을 받았을 때의 범퍼 보강재와 범퍼 스테이의 초기 상태를 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 3에 의한 상태가 진행된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 5는 범퍼 스테이의 내측 리브를 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 6은 스트로크 하중의 관계를 나타내는 선도이다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여, 전후 벽부를 연결하는 내외 리브(rib)를 전방으로 단부가 넓어지는 기울기 각도(바람직하게는 10∼45°)를 부여하여 배치하고, 내측 리브와 전방 벽부의 연결부에 내측으로 돌출되는 돌출부를 형성하는 기술 수단을 채용한다.

이 기술 수단의 채용은 범퍼 보강재에 충격력(하중)이 작용하면, 내측 리브의 돌출부가 내측 그리고 약간 후방향으로 변위되지만, 이 변위는 내측 리브의 나머지 부분을 후방 벽부에 대하여 직교시키도록 변위된다.

이 변위는 충격력을 내측 리브가 다른 리브와 거의 균등하게 받아내는 것이 되기 때문에, 범퍼 보강재를 범퍼 스테이가 올바르게 지지하여, 범퍼 보강재의 소성 변형에 의한 충격에너지의 양호한 흡수를 가능하게 한다.

전방 벽부의 차폭 방향의 폭 치수는 후방 벽부의 폭 치수보다 커서, 범퍼 보강재의 붕괴 범위를 넓게 취할 수 있어, 붕괴 하중을 향상시킬 수 있다. 이러한 점에서, 소성 변형의 초기 하중을 낮출 수 있다, 바꿔 말하면, 범퍼 보강재의 두께 감소, 경량화를 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 차량의 폭 방향으로 연장하는 범퍼 보강재와 차체 측 사이드 멤버에 고정되는 범퍼 스테이를 가지는 범퍼 장치에 있어서, 범퍼 스테이가 범퍼 보강재에 고정되는 전방 벽부와, 차체 측 사이드 멤버에 고정되는 후방 벽부와, 양 벽부를 결합하는 복수의 리브를 가지고, 내외 측 리브는 전방으로 갈수록 끝이 점점 넓어지는 기울기 각도를 가지고, 내측 리브는 내측으로 돌출되는 돌출부를 가지고, 전방 벽부의 폭 방향의 치수는 후방 벽부의 폭 방향의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 범퍼 장치가 제공된다.

범퍼 장치(1)는 차량의 폭 방향으로 연장되는 범퍼 보강재(2), 차체 측 사이드 멤버(3)와 범퍼 보강재(2) 사이에 배치되는 범퍼 스테이(4)를 갖는다.

범퍼 보강재(2)는 알루미늄합금재의 압출 형상재로 이루어지고, 그 단면 형상은 예를 들면, 한자의 날일(日), 눈목(目), 밭전(田), 또는 입구(口) 글자형의 공지된 것일 수 있고, 또 사이드 멤버(3)는 강판의 프레스 성형에 의해 만들어지는 공지된 형상일 수도 있다.

범퍼 스테이(4)는 알루미늄합금재의 압출 형상재로 이루어지고, 범퍼 보강재(2)의 후면 벽을 따라 고정되는 전방 벽부(5), 사이드 멤버(3)의 선단에 고정되는 후방 벽부(6), 양 벽부(5, 6)를 연결하는 내외 측 리브(7, 8), 중간 리브(9, 10)로 이루어진다.

전방 벽부(5)의 차폭 방향의 치수(ℓ₁)는 후방 벽부(6)의 차폭 방향의 치수(ℓ₂)보다 크게 한다. 범퍼 보강재(2)의 차폭 방향의 치수, 즉 붕괴 범위(ℓ₁)를 크게 하는 것은 붕괴 하중의 증가, 즉 범퍼 보강재(2)를 얇고 가볍게 할 수 있도록 한다.

내외 측 리브(7, 8)의 후방 벽부(6)에 대한 기울기 각도(θ₁)를 10∼45°로 하고, 내외 측 리브(7, 8)를 전방 쪽이 넓어지게 한다. 중간 리브(9, 10)는 후방 벽부(6)에 대하여 직교한다.

내측 리브(7)와 전방 벽부(5)의 연결부에 내측으로 돌출되는 돌출부(11)를 설치한다. 돌출부(11)의 돌출각도(θ₂)는 바람직하게는 55∼90°의 범위로 하고, 보다 바람직하게는 75°로 한다. 돌출부(11)의 저부는 R1∼2㎜의 원호면으로 한다. 리브(7, 8, 9, 10)는 예를 들면, 2∼3.8㎜의 두께로 할 수 있다.

돌출부(11)와 내측 리브(7)는 원호면으로 연결한다. 원호면은 예를 들면 R20㎜의 원호면으로 한다.

도 2에 한 장의 강판을 프레스 성형하여 만든 범퍼 스테이(12)를 나타낸다. 전방 벽부(5-1, 5-2, 5-3)는 이격된 3개의 벽부로 이루어지고, 후방 벽부(6-1, 6-2)는 이격된 2개의 벽부로 이루어지며, 리브(7, 8, 9, 10)는 도 1의 예와 동일한 형상 및 기울기로 하고 있다.

내측 리브(7)와 전방 벽부(5-1)의 연결부에는 R의 원호면으로 이어지는 내측에 돌출되는 돌출부(11)를 가지고 있다. 전방 벽부(5-1, 5-2, 5-3)의 폭 치수(11)는 후방 벽부(6-1, 6-2)의 폭 치수(12)보다 크고, 내외 측 리브(7, 8)의 기울기 각도(θ₁)는 10∼45°로 하고, 돌출부(11)의 돌출각도(θ₂)는 45∼120°, 바람직하게는 55∼90°로 한다.

도 3과 도 4에, 충돌에 의한 충격력(F)이 범퍼 보강재에 작용했을 때의 범퍼보강재(2)의 소성 변형과 범퍼 스테이(4)의 내측 리브(7)의 변위의 상태를 나타낸다.

충격력(F)을 넓은 붕괴 범위(ℓ₁)에서 받고, 범퍼 보강재(2)는 차량 폭 방향의 넓은 범위에서 소성 변형된다. 내측 리브(7)의 내측으로의 기울기에 의해 종래보다 작은, 좌우의 범퍼 스테이(4)의 내측 리브(7) 사이의 치수는 범퍼 보강재(2)의 후방으로의 스트로크를 작게 억제할 수 있다.

도 3과 도 4에 나타내는 예는, 이른바 오프셋 충돌이라고 하는 것으로, 강체(剛體) 배리어(12)에 범퍼 장치를 저속(시속 8㎞/h를 상정)으로 충돌시킨 것이다.

충돌 초기에서, 내측 리브(7)의 돌출부(11)가 내측 리브(7)의 좌굴 기점을 규제하도록 내측으로 변위된다(도 5에 나타내는 A 방향).

이윽고, 내측 리브(7)는 좌굴 방향이 중간 리브(9) 측(단면 내측)으로 규제되어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 내측 리브(7)가 도 5에 나타내는 B 방향으로 변위된다. 이것은 4개의 리브(7, 8, 9, 102)에 균등하게 분포된 하중을 입력시키고, 등분의 좌굴에 의한 충격에너지의 흡수를 가능하게 한다.

도 5를 참조하여, 오프셋 충격력(F)이 범퍼 보강재(2)를 통하여 범퍼 스테이(4)에 작용했을 때의 돌출부(11)의 작용을 보다 자세히 나타낸다.

내측 리브(7)에 작용하는 충격력(F)의 분력(f₁)은 중간 리브(9)에 작용하는 분력(f₂)이 중간 리브(9)를 좌굴시키는 축심방향으로 작용하는 데 대하여, 내측 리브(7)에 대하여 경사 방향으로부터 입력되고, 돌출부(11)를 화살표 A방향으로 변위시킨다. 이 돌출부(11)의 움직임은, 이윽고 내측 리브(7)의 나머지 부분을 화살표 B방향으로 변위시키고, 내측 리브(7)를 직립에 가까운 형상으로 하여, 중간 리브(9)와 내측 리브(7)를 대략 평행 관계로 하고, 분력(f₁)을 내측 리브의 축선 방향으로, 즉 좌굴 하중으로서 받을 수 있도록 한다.

이에 따라, f₁, f₂, … 가 대략 균등하게 되어 각 리브에 작용하고, 범퍼 보강재(2)가 폭넓은 소성 변형을 지지한다.

도 1에 나타내는 형상의 범퍼 스테이(4)를 7003S-T5의 알루미늄합금재의 압출 형상재에 의해 구성했다. 판 두께는 평균 2.5㎜, 단, 내측 리브(7)의 판 두께를 2.8㎜로 하고, ℓ₁을 200㎜, ℓ₂를 70㎜, R을 20㎜, θ₁을 25°, θ₂를 75°로 했다.

비교예로서, ℓ₁=ℓ₂=70㎜, 전후방 벽부에 대하여 직교하는 2개의 리브를 가지고, 7003S-T5의 알루미늄합금재, 판 두께 평균 2.5㎜의 압출 형상재에 의해 범퍼 스테이를 제작했다.

범퍼 보강재와 사이드 멤버는 동일한 것을 이용하고, 동일한 조건의 오프셋 충격력 테스트를 했다.

그 결과를 도 6에 나타낸다. 본 발명의 예는 스트로크에서 20%가 감소하고, 하중에서 1.27배의 증가가 확인되었다. 또한, 본 발명의 예의 범퍼 보강재의 붕괴 범위가 증대되어 있는 것도 확인할 수 있었다.

도 1에 나타내는 형상이지만, 돌출부(11)가 없는 것에 관해서도 전술한 바와동일한 조건에서 충격력 테스트를 했다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 차체 내력(body resistance)을 초과하여, 차체의 손상이 확인되고, 돌출부의 유효성이 확인되었다.

Claims (6)

1. 차량의 폭 방향으로 연장되는 범퍼 보강재와 차체 측 사이드 멤버에 고정되는 범퍼 스테이(stay)를 가지는 범퍼 장치에 있어서,

   상기 범퍼 스테이는 범퍼 보강재에 고정되는 전방 벽부, 차체 측 사이드 멤버에 고정되는 후방 벽부, 양 벽부를 결합하는 복수의 리브를 포함하고,

   내외 측의 상기 리브는 전방 쪽으로 점점 넓어지는 기울기 각도를 가지고, 내측 리브는 내측으로 돌출되는 돌출부를 가지며, 상기 전방 벽부의 폭 방향의 치수는 상기 후방 벽부의 폭 방향의 치수보다 큰

   것을 특징으로 하는 범퍼 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 내측 리브의 범퍼 보강재 측에 1개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 범퍼 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 돌출부의 돌출각도(θ₂)는 45∼120°의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 범퍼 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 범퍼 스테이는 한 장의 강판의 프레스 성형품이며, 각각의 상기 리브 사이의 중공부가 전방 또는 후방으로 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 범퍼 장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 범퍼 스테이는 알루미늄합금재의 압출 형상재로 이루어지고, 상기 전후방 벽부 사이에 3개의 폐쇄된 중공부가 리브에 의해 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 범퍼 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 외측 리브의 길이가 상기 내측 리브의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 범퍼 장치.