KR20050100754A - 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템 - Google Patents
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Abstract
충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수한 알루미늄 폼을 보강부재 대신 적용하여 전방을 통한 전체적인 충격력뿐만 아니라 국부적인 충격력에 대해서도 효과적으로 충격에너지를 흡수할 수 있도록;
차량의 전,후방에서 차폭방향으로 장착되는 범퍼 빔, 상기 범퍼 빔의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 충격흡수부재, 상기 범퍼 빔과 충격흡수부재을 감싸는 범퍼커버, 상기 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 연결부재를 포함하는 차량용 범퍼 시스템에 있어서,
단일 혹은 2개의 범퍼레일로 이루어지는 범퍼 빔의 내부 혹은 외부 공간부에 발포 알루미늄 폼을 삽입하고, 상기 연결부재는 내부 또는 일측에 공간부를 형성하고, 그 공간부에도 상기 발포 알루미늄 폼을 삽입한 상태로, 일단은 상기 범퍼 빔에 체결되고, 타단은 프론트 사이드 맴버의 일측에 체결되는 크래쉬 박스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 차량용 범퍼 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 국부적인 충격력에 대하여 내부에 알루미늄 폼을 적용하여 효과적으로 충격을 흡수할 수 있도록 함으로써, 가벼우며 순간 충격흡수성능이 우수하고, 구조적으로 안정된 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 범퍼 시스템은, 차량의 저속 충돌시 탄성적으로 변형하여 차량의 물리적인 손상을 방지하기 위한 것으로, 다른 자동차나 고정체와의 충돌시, 그 충격을 흡수하여 승차자의 안전을 도모하게 되며, 동시에 차체의 변형을 최소화 할 수 있도록 자동차의 전,후방의 소정 부위에 배치되는 완충장치이다.
이러한 범퍼 시스템은, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 2개의 범퍼레일(101,103)로 구성되어 장착되는 범퍼 빔(105), 상기 범퍼 빔(105)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(107), 그리고 상기 범퍼 빔(105)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼커버(109), 상기 범퍼 빔(105)과 프런트 사이드 멤버(111)를 상호 연결하기 위한 스테이(113)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 범퍼 빔(105)의 2개의 범퍼레일(101,103) 사이에는 보강부재인 레인포스먼트 패널(115)이 용접 고정되어 범퍼 빔(105)의 강성을 보강하도록 구성된다.
따라서 상기한 차량용 범퍼 시스템은 차량의 충돌시에 에너지 업소버(107)가 압축되면서 충돌에너지를 일부 흡수하며, 상기 에너지 업소버(107)에서 흡수되지 못한 나머지 충돌에너지는 그 후방의 범퍼 빔(105)과 스테이(113)를 통하여 차체로 분산되어 흡수된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 차량용 범퍼 시스템의 경우, 범퍼충격시험에서 진자충격시험이나 고정벽 충돌시험과 같이, 충돌에너지가 전방으로부터 전체적으로 분산되어 가해질 때에는 충격력의 흡수가 고르게 이루어져 비교적 안정적이나, 폴 충돌시험(POLE TEST)와 같이, 충돌에너지가 국부적으로 집중되는 경우에는 충격력의 분산이 어려워 파손 정도가 심각하게 된다.
이러한 충돌에너지가 국부적으로 편중되는 경우의 범퍼 성능을 만족하기 위해서는 범퍼 빔과 스테이 등의 두께를 증가시키거나, 레인포스먼트 패널 등의 보강부재를 추가 구성하는 등의 조치를 취하게 되는데, 이는 제조원가 상승 및 중량 증가의 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수한 알루미늄 폼을 보강부재 대신 적용하여 전방을 통한 전체적인 충격력뿐만 아니라 국부적인 충격력에 대해서도 효과적으로 충격에너지를 흡수할 수 있도록 함으로써, 가벼우면서도 순간 충격흡수성능이 우수하고, 구조적으로 안정된 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템은 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 장착되는 범퍼 빔, 상기 범퍼 빔의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 충격흡수부재, 상기 범퍼 빔과 충격흡수부재를 감싸는 범퍼커버, 상기 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 연결부재를 포함하는 차량용 범퍼 시스템에 있어서,
단일 또는 2개의 범퍼레일로 이루어지는 범퍼 빔의 내부 또는 외부 공간부에 발포 알루미늄 폼을 삽입하고, 상기 연결부재는 내부 또는 일측에 공간부를 형성하고, 그 공간부에도 상기 발포 알루미늄 폼을 삽입한 상태로, 일단은 상기 범퍼 빔에 체결되고, 타단은 프론트 사이드 맴버의 일측에 체결되는 크래쉬 박스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 측 단면 구성도 및 그 부분 확대 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 부분 확대 단면도로써, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 구성은 단일 또는 2개의 범퍼레일(1,3)로 구성되는 범퍼 빔(5)이 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되고(본 실시예에서는 전방만을 도시함), 상기 범퍼 빔(5)의 전방에는 전방의 충격력을 흡수하도록 폴리우레탄 소재로 이루어진 에너지 업소버(7)가 배치된다.
그리고 상기 범퍼 빔(5)과 에너지 업소버(7)를 감싸며, 차체의 전후방 외관을 이루는 범퍼커버(9)가 구비되며, 상기 범퍼 빔(5)과 프런트 사이드 멤버(11) 혹은 리어 맴버(본 실시예에서는 미도시)를 상호 연결하기 위한 연결부재(13)를 포함하여 이루어진다.
상기 도 4에서와 같이, 상기 2개의 범퍼레일(1,3)로 이루어지는 범퍼 빔(5)의 경우 그 내부에 중공의 공간부를 형성하며, 그 공간부에는 에너지 흡수성능이 뛰어난 발포 알루미늄 폼(15)이 삽입되어 개재된다.
또한, 도 5에서와 같이, 단일 범퍼 빔(5)의 경우 그 외부 일측에 공간부를 형성하며, 그 공간부에 에너지 흡수성능이 뛰어난 발포 알루미늄 폼(15)이 삽입되어 개재된다.
상기 연결부재(13)는 내부 또는 일측에 공간부를 형성하는 크래쉬 박스(13; 즉, 연결부재를 지칭하며, 이하 크래쉬 박스(13)라고 함, 본 실시예에서는 내부에 공간부를 형성하는 형성의 실시예만 기재함.)로 이루어지며, 상기 크래쉬 박스(13)의 공간부에도 상기 발포 알루미늄 폼(15)을 삽입 개재한 상태로 구성되어 그 전방단은 상기 범퍼 빔(5)에 용접되어 고정되고, 그 후방단은 프론트 사이드 맴버(11; 차체 후방은 리어 맴버)의 일측에 볼트 체결된다.
여기서, 상기 크래쉬 박스(13)는, 상기 도 4에서 도시한 바와 같이, 그 외단면의 둘레를 따라 3개의 노치(17)가 형성되어 충돌에너지가 입력되면, 크래쉬 박스(13)의 길이방향을 따라 변형을 유도하게 된다.
또한, 상기 발포 알루미늄 폼(15)은 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 일정한 형상으로 규격화된 틀에서 가열하여 액상의 발포 알루미늄 폼으로 응고시킨 후, 이를 범퍼 빔(5) 및 연결부재(13)의 장착부 형상대로 재단하여 삽입하거나, 알루미늄 소재 및 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 압축 및 압출과정을 통하여 준비된 고상의 발포전 알루미늄 압출부재를 설정규격으로 절단하여 범퍼 빔(5) 및 연결부재(13)의 장착부 형상의 틀 내에서 열처리를 통하여 발포시켜 이를 그대로 삽입하여 사용할 수 있다.
상기한 발포 알루미늄 폼(15)에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼인 경우, 알루미늄 파우더 및 금속 발포제인 발포 파우더(일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여 가열기에서 증점제(Ca)를 2.0wt% 정도 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 형성할 수 있다.
또한, 고상의 발포 알루미늄 폼인 경우, 알루미늄 파우더 및 발포 파우더(일반적으로 TiH_2를 사용)를 혼합기를 통하여 설정비율(99:1wt%)로 혼합한 후, 압축기(일반적으로 1500TON의 압분 프레스를 사용)를 통하여 압축한 다음, 압출기를 통하여 압출하여 고상의 발포전 알루미늄 압출부재을 준비한다.
그 다음, 상기 고상의 발포전 알루미늄 압출부재를 설정규격으로 절단하여 상기 범퍼 빔(5) 및 연결부재(13)의 장착부 형상의 틀 내에 배치한 상태로 봉쇄하여 열처리 즉, 700℃ 정도의 온도에서 대략 30분 정도 가열하여 발포되면, 냉각과정을 통하여 응고시킨 후, 그 형상 그대로 사용하게 된다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템은 다음과 같은 폴 충돌 해석 결과를 갖는다.
즉, 폴 충돌 해석은 종래 차량용 범퍼 시스템과 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템의 변위량 비교, 하중에 대한 반응비교, 가속도에 대한 반응비교의 3가지 측면에서 해석된다.
먼저, 상기 변위량 비교는 인트루젼(Intrusion) 변위량과 디플렉션(Deflection) 변위량으로 구분되는데, 상기 인트루젼 변위량은 도 6에서 도시한 바와 같이, 충돌시 범퍼커버(9)의 중앙부(S1)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 최대 변형량으로 충돌시험 후 빔이 밀고 들어가 차량의 외부적으로 상관 파트의 변형에 영향을 주는 구간에서의 변형을 말하며, 상기 디플렉션 변위량은 충돌시 범퍼 빔(5)의 중앙부(S2)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 최대 변형량으로 충돌시험 후 빔의 내부적 침입 허용구간에서의 변형을 말한다.
즉, 상기 변위량 비교에 있어서는, 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 범퍼 시스템은 종래 범퍼 시스템에 비하여 인트루젼 변위량은 작고, 디플렉션 변위량은 거의 차이가 없음을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템의 충격흡수성능이 더 우수함을 짐작할 수 있다.
그리고 하중에 대한 반응비교에서는, 도 8에서 도시한 바와 같이, 하중값은 동등한 수준으로 나타나는 반면, 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 범퍼 시스템은 종래 범퍼 시스템에 비하여 시간에 대한 하중 커브(curve)가 빨리 나타나고 있으며, 이는 알루미늄 폼(15)에 의해 충돌에너지 흡수가 신속하게 이루어지는 것으로, 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템의 순간 충격흡수성능이 더 우수함을 알 수 있다.
또한, 가속도에 대한 반응비교에서는, 도 9에서 도시한 바와 같이, 가속도값은 동등한 수준으로 나타나는 반면, 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 범퍼 시스템은 종래 범퍼 시스템에 비하여 시간에 대한 가속도 커브(curve)가 빨리 나타나고 있으며, 이 또한, 상기 하중에 대한 결과와 마찬가지로 알루미늄 폼(15)에 의해 충돌에너지 흡수가 신속하게 이루어지는 것으로, 본 발명의 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템의 충돌에너지 흡수성능이 더 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템에 의하면, 충격력에 대한 에너지 흡수성능이 우수한 알루미늄 폼을 보강부재 대신 적용하여 전방을 통한 전체적인 충격력뿐만 아니라 국부적인 충격력에 대해서도 효과적으로 충격에너지를 흡수할 수 있으며, 특히 순간 충격흡수성능이 우수한 범퍼 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 구조적으로 안정된 알루미늄 폼을 이용하여 안정적인 충격흡수성능을 나타낼 수 있게 되며, 별도의 보강부재를 고정하기 위하여 스폿용접 등의 용접공정을 삭제할 수 있으며, 무엇보다 범퍼 성능을 높이기 위하여 범퍼 빔이나 연결부재인 스테이 등의 두께를 증가시키지 않아도 됨으로, 제조원가 및 중량 면에서 유리한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 차량용 범퍼 시스템의 분리 사시도,
도 2는 종래 기술에 따른 차량용 범퍼 시스템의 측 단면 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 측 단면 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 부분 확대 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 범퍼 시스템의 부분 확대 단면도,
도 6은 본 발명에 대한 범퍼 충돌 시험에서 변위량 비교시의 개념을 설명을 하기 위한 변위량의 개념 설명도,
도 7은 본 발명과 종래 기술의 범퍼 충돌 시험에서, 변위량 비교 그래프,
도 8은 본 발명과 종래 기술의 범퍼 충돌 시험에서, 하중에 대한 반응비교 그래프, 및
도 9는 본 발명과 종래 기술의 범퍼 충돌 시험에서, 가속도에 대한 반응비교 그래프이다.
Claims (4)
- 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 장착되는 범퍼 빔, 상기 범퍼 빔의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 충격흡수부재, 상기 범퍼 빔과 충격흡수부재을 감싸는 범퍼커버, 상기 범퍼 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 연결부재를 포함하는 차량용 범퍼 시스템에 있어서,단일 또는 2개의 범퍼레일로 이루어지는 범퍼 빔의 내부 또는 외부 공간부에 발포 알루미늄 폼을 삽입하고, 상기 연결부재는 내부 또는 일측에 공간부를 형성하고, 그 공간부에도 상기 발포 알루미늄 폼을 삽입한 상태로, 일단은 상기 범퍼 빔에 체결되고, 타단은 프론트 사이드 맴버의 일측에 체결되는 크래쉬 박스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템.
- 청구항 1이 있어서, 상기 크래쉬 박스는그 외단면을 따라 다수개의 노치를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 발포 알루미늄 폼은알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 일정한 형상으로 규격화된 틀에서 가열하여 액상의 발포 알루미늄 폼으로 응고시킨 후, 이를 범퍼 빔 및 연결부재의 장착부 형상대로 재단하여 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 발포 알루미늄 폼은알루미늄 소재 및 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 압축 및 압출과정을 통하여 준비된 고상의 발포전 알루미늄 압출부재를 설정규격으로 절단하여 범퍼 빔 및 연결부재의 장착부 형상의 틀 내에서 열처리를 통하여 발포시켜 이를 그대로 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템.
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| KR1020040025832A KR20050100754A (ko) | 2004-04-14 | 2004-04-14 | 알루미늄 폼을 이용한 차량용 범퍼 시스템 |
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2004
- 2004-04-14 KR KR1020040025832A patent/KR20050100754A/ko not_active Application Discontinuation
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