KR20100003983A - 차량용 범퍼빔 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격하중에 직접적으로 반발하는 범퍼빔의 그 내단면에 길이방향을 따라 2중의 보강 격막이 일체로 롤 포밍 성형되어 중량을 최소화하면서도 범퍼빔의 구조적 안정성을 높여 전체적인 강성을 증대시킬 수 있도록 하는 차량용 범퍼빔 유닛을 제공한다.

범퍼빔, 2중 보강 격막, 롤 포밍, 후단 절곡부

Description

차량용 범퍼빔 유닛{A BUMPER BEAM UNIT FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 범퍼빔 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 범퍼빔의 내부에 2중의 보강 격막이 일체로 롤 포밍 성형되어 중량을 최소화하면서도 전체적인 강성을 증대시킬 수 있도록 하는 차량용 범퍼빔 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 범퍼빔 유닛은 차량의 저속 충돌 시, 탄성적으로 변형하여 차체의 물리적 손상을 최소화하며, 다른 차량이나 고정체와의 충돌 시, 그 충격력을 흡수하여 승차자의 안전을 도모할 수 있도록 차량의 전,후방에 설치되는 완충장치이다.

이러한 차량용 범퍼빔 유닛은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되는 범퍼빔(101)과, 상기 범퍼빔(101)과 프런트 사이드 멤버(미도시)를 상호 연결하기 위한 양측 스테이 패널(103) 및 마운팅 브라켓(105)으로 이루어지는 스테이(107)로 구성된다.

따라서 상기한 차량용 범퍼빔 유닛은 차량의 충돌시에 미시된 에너지 업소버가 압축되면서 충돌에너지를 일부 흡수하며, 상기 에너지 업소버에서 흡수되지 못한 나머지 충돌에너지는 그 후방의 범퍼빔(101)과 스테이(107)를 통하여 차체로 분 산되어 흡수된다.

그런데 상기한 범퍼빔(101)과 같은 직선타입의 빔류는 최근에 롤 포밍 성형에 의해 제작되는 추세이며, 특히, 이러한 롤 포밍 성형에 의해 제작된 범퍼빔(101)은 그 구조적 단일성으로 인하여 특정부위의 굽힘 강성을 보강하고자 하는 경우에 범퍼빔(101)의 내부 혹은 외부 단면에 비교적 중량이 많이 나가는 면적형 보강부재를 적용하였다.

그러나 상기와 같이, 범퍼빔(101)의 특정부위 강성을 보강하기 위하여 면적형 보강부재를 적용함에 따라 범퍼빔(101)의 중량을 증가시키게 됨에도 불구하고, 구조적으로 효율적인 강성증대를 유도하기엔 한계가 있다.

즉, 단순한 C형 단면을 갖는 범퍼빔(101)의 경우에는 그 재질의 강도와 단면의 구조적 강성에 의해 충격에 저항하게 되는데, 궁극적으로 재질의 항복응력 이상의 상황에서 단면은 최초 변형을 일으키게 되고, 이때 발생된 저항하중은 해당 범퍼빔의 특성을 결정짓게 된다.

이에, 상기한 범퍼빔(101)의 저항 응력값을 높이기 위해서는 현재 범퍼빔에 적용된 강도 이상의 소재를 적용하거나, 구조적으로 범퍼빔(101)의 단면형상을 유지하여 충돌하중에 반대방향으로 저항하도록 최소 중량의 보강 격막을 설치하는 방법이 있을 것이다.

이러한 견지에서, 도 2와 도 3에서 도시한 범퍼빔(201)은 "日"자형 폐구간(S)의 형상을 갖는 구조로, 내부면 중앙 하부에 폭방향으로 보강 격막(203)을 갖도록 롤 포밍 성형된다.

즉, 상기한 폐구간(S) 형상을 갖는 범퍼빔(201)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 보강 격막(203)의 선단인 일단(P1)이 범퍼빔(201)의 전방 내면(205)에 하향 절곡된 상태로 접촉되며, 타단(P2)은 상기 보강 격막(203)을 이루는 후방 절곡부(B) 외면에 접촉된 상태로 용접(W) 고정되어 형성된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 폐구간(S) 형상을 갖는 범퍼빔(201)은 상기 보강 격막(203)의 선단인 일단(P1)이 상기 범퍼빔(201)의 전방 내면(205)에 접촉된 상태로, 그 구조상 용접이 불가하고, 그 타단(P2)만이 후방 절곡부(B)의 외면에 용접(W)되어 상기 보강 격막(203)의 충격하중에 대한 강성보강 기능이 미흡하며, 더욱이 보강 격막(203)이 한 겹으로만 형성되어 강성보강 기능을 수행하기에는 다소 부족한 구조적 강성을 갖는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같이 구조적으로 범퍼빔의 강성을 향상시키기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 충격하중에 직접적으로 반발하는 범퍼빔의 그 내단면 길이방향을 따라 2중의 보강 격막이 일체로 롤 포밍 성형되도록 하여 중량을 최소화하면서도 범퍼빔의 구조적 안정성을 높여 전체적인 강성을 증대시킬 수 있도록 하는 차량용 범퍼빔 유닛을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 차량용 범퍼빔 유닛은 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되는 범퍼빔과, 상기 범퍼빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하도록 스테이 패널 및 마운팅 브라켓으로 구성되는 양측 스테이를 포함하는 차량용 범퍼빔 유닛에 있어서,

상기 범퍼빔은 그 전방면 상하부에서 각각 후방으로 연장 절곡되어 상호 연결된 후단 절곡부를 형성하는 상,하부 보강 격막을 구성하며, 양단은 상기 후단 절곡부에 각각 용접되어 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상,하부 보강 격막은 상호 접촉되어 형성되는 것으로 할 수 있다.

그리고 상기 범퍼빔은 상기 상,하부 보강 격막과 함께 일체로 롤 포밍 성형되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 의하면, 충격하중에 직접적으로 반발하는 범퍼빔의 그 내단면 길이방향을 따라 2중의 보강 격막이 일체로 롤 포밍 성형함으로써 종래의 면적형 보강부재를 배제하고, 롤 포밍에 의한 경량의 보강 격막을 일체로 적용함에 따른 중량 절감 및 원가 절감 효과가 기대된다.

또한, 2중 보강 격막을 갖는 폐구간 형상의 범퍼빔 양단을 상기 보강 격막의 선단에 일체로 용접 고정함으로써 범퍼빔의 구조적 안정성을 높여 전체적인 강성을 증대시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 단면도이다.

본 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛의 구성은, 기본적으로 도 1에서 도시한 바와 같이, 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되는 범퍼빔(101)과, 상기 범퍼빔(101)과 프런트 사이드 멤버(미도시)를 상호 연결하기 위한 양측 스테이 패널(103) 및 마운팅 브라켓(105)으로 이루어지는 스테이(107)로 구성된다.

도 4와 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 범퍼빔(1)은 그 전방면(7) 상하부에서 각각 후방으로 연장 절곡되어 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격 막(5)을 형성한다.

상기 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5)은 후방에서 상호 연결되는 후단 절곡부(9)를 형성한다.

그리고 상기 범퍼빔(1)의 양단(P1,P2)은 상기 후단 절곡부(9)에 각각 용접되어 고정된다.

여기서, 상기 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5)은 상호 접촉된 상태로 형성되어 2중 보강 격막 구조를 이루게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 범퍼빔(1)은 상호 접촉되는 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5)에 의해 "日"자 형상으로 형성되며, 상부와 하부에 각각 폐구간(S)을 형성하여 직사각형의 단면구조를 갖는다.

이러한 범퍼빔(1)은 롤 포밍에 의해 성형되는데, 상기 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5) 또한, 상기 범퍼빔(1)의 롤 포밍 성형과정 중에 일체로 롤 포밍 성형되어 형성된다.

즉, 상기한 상호 접촉된 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5)에 의해 2개의 폐구간(S)을 갖는 직사각형의 단면으로 이루어지는 범퍼빔(1)은 별도의 보강부재를 적용하지 않아도 된다.

또한, 충격하중이 전달되는 방향에 직접적으로 반발하는 범퍼빔(1)의 폭방향으로 상기 상부 보강 격막(3)과 하부 보강 격막(5)이 일체로 형성됨으로써 중량을 최소화하면서도 범퍼빔(1)의 구조적 안정성을 높여 전체적인 강성을 증대시킨다.

이는 범퍼빔(1)의 중량 증가를 최소화하면서도 충격에 대한 범퍼빔 단면의 조기함몰을 억제하게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 차량용 범퍼빔 유닛은 배리어(BARRIER) 충돌시험을 통하여 다음과 같은 충돌 해석 결과를 가지며, 종래 기술의 차량용 범퍼빔 유닛의 충돌 해석 결과치와 비교를 통하여 그 성능면에서 우수함을 알 수 있다.

즉, 충돌 해석은 시험조건으로 해석 중량을 1,400Kg, 충돌속도를 125ms로 하여 종래 차량용 범퍼빔 유닛과 본 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛의 응력 분포, 변위량 비교의 2가지 측면에서 해석하였다.

먼저, 응력 분포의 경우, 도 6은 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 범퍼빔 유닛의 정면 충돌시의 응력 분포를 나타내고 있다.

즉, 도 6의 종래 기술과 본 발명의 차량용 범퍼빔 유닛에 대한 응력 분포 상, 본 발명의 실시예에 적용되는 범퍼빔이 중앙부를 기점으로 푸른색으로 표시되는 응력이 덜 발생된 영역이 많은 것을 확인할 수 있다.

이는 본 실시예의 범퍼빔(1)이 종래 기술의 범퍼빔(201)에 비하여 그 구조 강성의 증대에 따른 변형량이 적어 상대적으로 응력 집중 현상이 낮기 때문이며, 이는 더 많은 충돌에너지를 흡수할 수 있음을 의미한다.

그리고 상기 변위량 비교는 인트루젼(Intrusion) 변위량과 디플렉션(Deflection) 변위량으로 구분되는데, 상기 인트루젼 변위량은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 충돌 시 범퍼빔(1)의 전면측 중앙부(S1)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 최대 변형량으로 충돌시험 후 빔이 밀고 들어가 차량의 외부적으로 상관 파트의 변형에 영향을 주는 구간에서의 변형을 말한다.

그리고 상기 디플렉션 변위량은 충돌 시, 범퍼빔(1)의 배면측 중앙부(S2)가 측정 포인트가 되며, 여기서부터 충돌방향으로의 최대 변형량으로 충돌시험 후 빔의 내부적 침입 허용구간에서의 변형을 말한다.

결론적으로 두 요소(factor) 모두 변형량으로 표시하고, 실제 충돌 시험시에도 동일한 조건으로 측정하며, 두 요소(factor)가 모두 고강도 재료 혹은 고강성 구조에서는 적게 밀려들어가는 것이 우수한 범퍼빔이라 할 수 있다.

도 8은 종래 기술과 본 발명의 차량용 범퍼빔 유닛의 충돌 시험에서, 각부 변위량의 비교 그래프 및 비교값을 나타내고 있다.

즉, 상기 변위량 비교에 있어서는, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 실시예의 범퍼빔(1)이 종래 기술의 범퍼빔(201)에 비하여 인트루젼 변위량과 디플렉션 변위량이 모두 작게 나타남을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 범퍼빔 유닛의 충격흡수성능이 더 우수함을 짐작할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 범퍼빔 유닛의 분리 사시도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 사시도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛에 적용되는 범퍼빔의 단면도이다.

도 6은 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛의 정면 충돌시의 응력 분포도이다.

도 7은 범퍼빔 유닛의 충돌시험에서 변위량 비교시의 개념을 설명을 하기 위한 변위량의 개념 설명도이다.

도 8은 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 차량용 범퍼빔 유닛의 충돌 시험에서, 각부 변위량의 비교 그래프이다.

Claims (6)

1. 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되는 범퍼빔과, 상기 범퍼빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하도록 스테이 패널 및 마운팅 브라켓으로 구성되는 양측 스테이를 포함하는 차량용 범퍼빔 유닛에 있어서,

   상기 범퍼빔은

   그 전방면 상하부에서 각각 후방으로 연장 절곡되어 상호 연결된 후단 절곡부를 형성하는 상,하부 보강 격막을 구성하며, 양단은 상기 후단 절곡부에 각각 용접되어 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.
2. 제1항에서,

   상기 상,하부 보강 격막은

   상호 접촉되어 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.
3. 제1항에서,

   상기 범퍼빔은

   상기 상,하부 보강 격막과 함께 일체로 롤 포밍 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.
4. 차량의 전,후방에서 차폭방향으로 배치되는 범퍼빔과, 상기 범퍼빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하도록 스테이 패널 및 마운팅 브라켓으로 구성되는 양측 스테이를 포함하는 차량용 범퍼빔 유닛에 있어서,

   상기 범퍼빔은

   내부 중앙부에 보강 격막을 갖는 "日"자 형상의 폐구간을 형상으로 형성되며, 상기 보강 격막은 상,하부 보강 격막이 후방에서 후단 절곡부를 형성하여 상호 접촉되는 2중 보강 격막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.
5. 제4항에서,

   상기 범퍼빔의 양단은

   상기 상,하부 보강 격막의 후단 절곡부에 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.
6. 제1항에 있어서,

   상기 범퍼빔은

   상기 상,하부 보강 격막과 함께 일체로 롤 포밍 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔 유닛.

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