KR20100035274A

KR20100035274A - 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템

Info

Publication number: KR20100035274A
Application number: KR1020080094545A
Authority: KR
Inventors: 김동석; 조영진
Original assignee: 지엠대우오토앤테크놀로지주식회사
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-05

Abstract

본 발명은 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 후방 저속 충돌시 차체에 전달되는 충격 에너지를 크래쉬 박스에서 흡수함으로써 차체의 영구 변형을 막을 수 있고, 수리 비용을 절감할 수 있는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템을 제공하기 위한 것이다.

그 기술적 구성은 차량의 후방에서 차폭 방향의 범퍼 레일로 구성된 임펙트 빔, 상기 임팩트 빔의 전방에 배치되어 충돌 에너지를 흡수하는 에너지 업소버, 상기 임팩트 빔 및 에너지 업소버를 감싸는 범퍼 커버, 상기 임팩트 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스를 포함하여 구성된 차량용 범퍼시스템에 있어서, 상기 크래쉬 박스에는 상기 크래쉬 박스에서 충돌 에너지를 흡수하도록, 상기 충돌 에너지가 가해지는 방향을 따라 강성을 변화시킬 수 있는 비드가 형성된 것을 특징으로 한다.

크래쉬 박스, 임팩트 빔, 리어 범퍼, 충돌 에너지, 흡수능

Description

충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템{CRASH BOX STRUCTURE OF THE BUMPER SYSETM FOR A VEHICLE}

본 발명은 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템에 관한 것으로, 충돌 에너지를 흡수하여 차체로 전달되는 충격력을 최소화시키도록, 크래쉬 박스에 비드를 형성시킨 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 범퍼 시스템은 차량의 저속 충돌시 탄성적으로 변형하여 차량의 물리적인 손상을 최소화하기 위한 것이며, 다른 자동차나 고정체와의 충돌시 그 충격을 흡수하여 탑승자의 안전을 도모하게 되며, 동시에 차체의 변형을 최소화할 수 있도록 자동차의 전, 후방에 배치되는 완충장치이다.

이러한 범퍼 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적으로 차량의 전, 후방에서 차폭 방향으로 2 개의 범퍼 레일(Bumper Rail, 101, 103)로 구성되어 있는 임펙트 빔(Impact Beam, 105), 상기 임팩트 빔(105)의 전방에 배치되어 충격력을 흡수하는 에너지 업소버(Energy Absorber, 107)를 포함한다.

그리고, 상기 임팩트 빔(105)과 에너지 업소버(107)를 감싸는 범퍼 커 버(109), 상기 임팩트 빔(105)과 프런트 사이드 멤버(Front Side Member, 111)를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스(Crash Box, 113)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 범퍼 시스템의 안전성 및 경량화를 위한 개발 과정에서, 충돌시 충격 에너지를 흡수하면서 차체 구조물의 손상을 최소화할 수 있도록 충격 에너지 흡수용 크래쉬 박스(113)를 적용하고 있는 추세이다.

도 2는 종래 기술에 따른 임팩트 빔과 크래쉬 박스를 도시한 부분확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 크래쉬 박스(113)의 각 면은 평면으로 형성되어 있다.

상기와 같은 경우, 후방 저속 충돌시 충돌 에너지의 흡수율이 낮아, 범퍼 시스템을 통하여 차체 구조물로 전달되는 충격 에너지의 양이 상대적으로 커지게 된다.

이와 같은 경우, 차체에 영구변형을 가져올 수 있으며, 이는 수리비 및 보험료 증가의 원인이 되며, 종래 기술을 개선하여 이러한 후방 저속 충돌상황 및 범퍼 시험과 연계함으로써 차량에 가해지는 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있는 크래쉬 박스를 개발하는 것이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량의 후방 저속 오프셋 충돌시, 충돌 에너지를 효과적으로 흡수하기 위해 크래쉬 박스의 변형을 유도하도록 강성을 변화시키는 비드가 추가적으로 형성된 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 크래쉬 박스 전체에 비드를 추가하지 않고, 일부 구간만 비드를 추가형성함으로써 강성량 조절에 따른 변형을 제어할 수 있고, 장애물의 과도한 침범을 막아 트렁크와 같은 부재의 손상을 방지할 수 있는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 동일한 공간상에서 크래쉬 박스의 최대 길이를 확보하기 위해 임팩트 빔의 단면에 라운드를 주어 단면에 비드를 준 것보다 상대적으로 큰 면적을 가질 수 있도록 형성된 자동차용 범퍼 시스템의 크래쉬 박스 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 크래쉬 박스를 2 피스로 설계하여 가공성을 높일 수 있는 자동차용 범퍼 시스템의 크래쉬 박스 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명은 차량의 후방에서 차폭 방향의 범퍼 레일로 구성된 임펙트 빔, 상기 임팩트 빔의 전방에 배치되어 충돌 에너지를 흡수하는 에너지 업소버, 상기 임 팩트 빔 및 에너지 업소버를 감싸는 범퍼 커버, 상기 임팩트 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스를 포함하여 구성된 차량용 범퍼시스템에 있어서, 상기 크래쉬 박스에는 상기 크래쉬 박스에서 충돌 에너지를 흡수하도록, 상기 충돌 에너지가 가해지는 방향을 따라 강성을 변화시킬 수 있는 비드가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 크래쉬 박스는 상기 비드가 형성된 면의 단면적을 증가시키기 위해, 상기 비드가 형성된 면이 라운딩 처리된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 크래쉬 박스는 2 피스로 구성된 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 각각의 피스의 측면에 상기 비드가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 차체 구조물의 영구 변형이 발생하지 않아, 수리를 위한 변형 부위 절단 및 용접 등으로 수리비 및 보험료의 증가폭이 크지 않을 수 있고, 충돌 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있기 때문에 차체 구조물에 발생할 수 있는 2차 손상을 방지할 수 있으며, 운전자에게 부담되는 수리비 증가 및 보험료 증가를 줄임과 동시에 운전자에 대한 안전성을 확보할 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크래쉬 박스(13)는 외부 충격을 흡수할 수 있도록 비드(Bead, 13a)가 형성된다.

즉, 차량의 후방에서 차폭 방향의 범퍼 레일로 구성된 임펙트 빔(15), 상기 임팩트 빔(15)과 프런트 사이드 멤버(11)를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스(13)를 포함하여 구성된 차량용 범퍼시스템에 있어서, 상기 크래쉬 박스(13)에서 충돌 에너지를 흡수하도록, 상기 충돌 에너지가 가해지는 방향을 따라 강성을 변화시킬 수 있는 비드(13a)를 형성시킨 것이다.

즉, 저속으로 후방 측면에서 충격이 발생한 경우, 수직 방향으로 상기 크래쉬 박스(13)가 찌그러짐으로 인하여, 외부 충격력이 차체에까지 전달되지 않도록 비드(13a)가 충격을 흡수할 수 있도록 형성된 것이다.

상기 비드(13a)는 상기 크래쉬 박스(13)가 비드(13a)가 형성된 방향의 수직 방향의 힘에 대하여 더욱 잘 찌그러질 수 있도록 굴곡이 형성되어 있으며, 상기 굴곡이 형성된 비드(13a)에 의해, 크래쉬 박스(13)의 전체적인 길이는 더 길어지게 된다.

따라서, 크래쉬 박스(13)가 수직 방향으로 힘을 받아 찌그러지는 경우, 외부 충격력이 비드(13a)에서 대부분 흡수될 수 있도록 형성되기 때문에, 트렁크 측이나 차량 내부의 탑승자로 충격력이 전달되지 않을 수 있다.

도 4는 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 형상을 비교도시한 도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 크래쉬 박스의 형상은 도 4의 case-1과 같은 직방형 모양의 튜브 구조이다.

본 발명에 따른 크래쉬 박스의 형상은 Case-2 및 Case-3 에 도시된 바와 같이 크래쉬 박스의 측면에 비드를 추가하였고, Case-4 및 Case-6에 도시된 바와 같이 단면에 따른 충격에너지 흡수를 비교하기 위해 측면에 라운드를 주어 단면 형상을 변형한다.

도 5는 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 성능을 비교평가한 그래프이다. 해석 조건은 RCAR 실험 조건과 동일한 조건으로 후방 16kph, 10도, 40%의 오프셋 조건으로 1400kg 장애물을 이용하여 해석을 진행한다.

여기서, (가)는 Type-1 크래쉬 박스의 단면적에 가해지는 힘을 보여주고 있다. 종래 기술에 따른 Case-1의 경우, 초기 피크치는 145kN 정도로 높은데, 이는 크래쉬 박스가 장애물에 충돌시, 초기에 에너지를 흡수하지 못하고 차체에 그 충격을 그대로 전달함으로써 차체의 영구변형을 발생할 가능성이 높다는 것을 의미한다.

또한, Type-1의 크래쉬 박스의 Case-1은 후반부로 갈수록 피크치가 급격히 낮아지는데, 이는 에너지를 효과적으로 흡수하지 못하고 크래쉬 박스가 쉽게 부서 지는 것을 의미한다.

반면, Type-2 크래쉬 박스의 단면적에 가해지는 힘을 보여주고 있다. 본 발명에 따른 Case-2 및 Case-3의 경우, 초기 피크치도 Type-1 크래쉬 박스의 Case-1보다 낮아졌다.

특히, Case-2는 후반부에서도 단면적에 가해지는 힘의 변화가 가장 적게 나타나, 크래쉬 박스의 변형이 비드에 의해 순차적으로 균일하게 일어나는 것을 판단할 수 있다.

하지만, Case-3에서는 비드가 크래쉬 박스의 길이 방향으로 Case-2의 크래쉬 박스보다 상대적으로 길게 형성되어 있어 전체적인 강도가 낮게 되고, 이에 따라 초기 피크는 낮아졌지만 에너지를 효과적으로 흡수하지 못하여 차체에 손상을 줄 수 있다.

한편, (나)는 크래쉬 박스의 측면에 라운드를 주어 크래쉬 박스의 단면형상의 변화를 준 경우의 단면적에 가해지는 힘을 나타낸 그래프를 도시한다. 종래 기술에 따른 Case-4는 초기 피크치가 가장 높게 나왔으며, 충돌 초반에 상당한 에너지를 차체에 전달하여 차체에 심각한 손상을 준다.

반면, Case-6은 초기 피크치와 후반 피크치의 차이가 가장 낮으며, 초기 피크치도 낮아 충돌 전 구간에서 균일한 에너지 흡수를 보이는 것을 판단할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 크래쉬 박스는 전 구간에 걸쳐 균일한 충격 에너지 흡수를 가지고 초기 피크치도 낮은 Case-2와 Case-6을 채용하여 차체에 가해지는 충격 에너지를 최소화시키면서도 균일하게 흡수할 수 있다.

도 6은 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 에너지 흡수량을 비교평가한 그래프이고, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 그래프를 적분한 결과가 크래쉬 박스의 총 에너지 흡수량이다.

여기서, 에너지 흡수율은 적분면적/최대면적(Max Displacement * Max Section Force)으로 표현하기 때문에, F-D 곡선이 사각형에 가까울수록 좋은 성능을 나타내는 것이다.

(가) 및 (나)를 보면, 본 발명에 따른 Case-6 및 Case-2의 크래쉬 박스가 가장 높은 에너지 흡수율을 보이는 것을 알 수 있다.

한편, Case-6과 Case-2는 에너지 흡수량은 거의 동일하지만, Case-6의 크래쉬 박스에 비해 Case-2의 크래쉬 박스가 초기 피크와 변형량이 큰 것을 알 수 있다. 크래쉬 박스의 길이는 차체에 따라 변경되어야 하기 때문에, 길이 단위당 에너지 흡수율이 높은 Case-6의 크래쉬 박스가 더 좋은 결과를 나타내는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템은 후방 저속 충돌상황에서 차체의 영구 변형을 가져올 수 있는 충격 에너지를 효과적으로 흡수하기 위한 크래쉬 박스의 형상을 제안한다.

즉, 크래쉬 박스의 비드는 크래쉬 박스 자체의 강성이 낮아져 쉽게 변형되지 않을만큼의 길이로 형성되어야 하고, 비드로 인해 강성이 낮아지는 것을 방지하기 위해 크래쉬 박스의 단면 형상의 변화를 주어 비드로 인해 낮아진 강성을 높여야 하며, 초기 피크치와 변형량을 제어하여 단위 길이당 에너지 흡수량이 높아야 한다.

따라서, Case-2 및 Case-6의 크래쉬 박스를 본 발명에서 채용하는 것이 바람직하며, 이때의 크래쉬 박스는 가능한 많은 충돌 에너지를 흡수하는 것이 목적이지만 변형량과 충돌 초기의 피크치를 더욱 낮추기 위하여 Case-6의 크래쉬 박스처럼 단면에 라운드를 주는 것이 더욱 바람직하다.

그 이유는 사각형 단면에 비드를 형성하는 것보다, 원통형 단면에 비드를 형성하면 비드의 단면적이 넓어져 비드의 길이가 증가할 수 있기 때문이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 범퍼 시스템의 분해 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 범퍼 시스템 중 임팩트 빔 및 크래쉬 박스의 부분 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템을 도시한 분해사시도.

도 4는 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 형상을 비교도시한 도.

도 5는 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 성능을 비교평가한 그래프.

도 6은 종래 기술에 따른 크래쉬 박스와 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 에너지 흡수량을 비교평가한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

11: 프런트 사이드 멤버 13: 크래쉬 박스

13a: 비드 15: 임팩트 빔

Claims

차량의 후방에서 차폭 방향의 범퍼 레일로 구성된 임펙트 빔, 상기 임팩트 빔의 전방에 배치되어 충돌 에너지를 흡수하는 에너지 업소버, 상기 임팩트 빔 및 에너지 업소버를 감싸는 범퍼 커버, 상기 임팩트 빔과 프런트 사이드 멤버를 상호 연결하기 위한 크래쉬 박스를 포함하여 구성된 차량용 범퍼시스템에 있어서,

상기 크래쉬 박스에는 상기 크래쉬 박스에서 충돌 에너지를 흡수하도록, 상기 충돌 에너지가 가해지는 방향을 따라 강성을 변화시킬 수 있는 비드가 형성된 것을 특징으로 하는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 크래쉬 박스는 상기 비드가 형성된 면의 단면적을 증가시키기 위해, 상기 비드가 형성된 면이 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 크래쉬 박스는 2 피스로 구성된 것을 특징으로 하는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 각각의 피스의 측면에 상기 비드가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 충격 흡수를 위한 자동차용 범퍼 시스템.