KR20100138096A - 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행자 다리가 범퍼에 닿는 충돌 사고시, 보행자 다리가 굽혀지는 것을 방지할 수 있는 로워 스티프너를 범퍼레일에 직접 연결함으로써, 보행자 다리에 대한 스티프너 지지 강성을 효과적으로 확보할 수 있도록 한 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 보행자의 다리가 범퍼 등에 충돌하는 사고시, 보행자 다리가 굽혀지는 것을 방지할 수 있는 로워 스티프너를 범퍼레일 하단부에 직접 조립함으로써, 로워 스티프너에 대한 지지 강성을 용이하게 확보하여, 보행자 다리가 충격에 의하여 굽혀지지 않게 해주는 본연의 기능을 완전하게 발휘할 수 있도록 한 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치를 제공하고자 한 것이다.

범퍼레일, 로워 스티프너, 보행자, 다리, 프론트 엔드 모듈, 지지 강성

Description

보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치{Bumper device for vehicle}

본 발명은 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보행자 다리가 범퍼에 닿는 충돌 사고시, 보행자 다리가 굽혀지는 것을 방지할 수 있는 로워 스티프너를 범퍼레일에 직접 연결함으로써, 보행자 다리에 대한 스티프너 지지 강성을 효과적으로 확보할 수 있도록 한 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치에 관한 것이다.

차량의 전단부 샤시 구조를 보면, 엔진룸의 앞쪽에 프론트 엔드 모듈(FEM: FRONT END MODULE)이 조립되고, 이 프론트 엔드 모듈의 앞쪽에는 범퍼레일이 일체로 조립된다.

상기 프론트 엔드 모듈은 프론트 프레임 캐리어(FRONT-FRAME CARRIER)와, 라디에이터, 컨덴서를 비롯한 열교환기, 팬 쉬라우드(FAN & SHROUD), 헤드 램프, 범퍼 등을 하나의 단위로 통합시킬 수 있는 모듈화 부품으로서, 기존 차체 구조물보다 더 가볍고 효율적인 통합 디자인이 가능하고, 생산 조립 공정의 간결화 등의 잇 점을 제공할 수 있다.

종래에는 보행자 충돌 안전을 위한 부품인 로워 스티프너(Lower Stiffener)가 프론트 엔드 모듈의 프론트 프레임 캐리어 또는 라디에이터 서포트 로워 멤버에 장착되어 있으며, 이 로워 스티프너는 보행자 다리가 범퍼에 닿는 충돌 사고시, 보행자 다리가 굽혀지는 것을 방지하는 역할을 한다.

여기서, 종래의 로워 스티프너 장착 구조를 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 8은 종래의 로워 스티프너 장착 구조를 보여주는 사시도이다.

프론트 엔드 모듈(40)의 프론트 프레임 캐리어(42)의 하단에 폴리프로필렌(PP)재질로 성형된 로워 스티프너(20)가 볼트로 조립되는 바, 이 로워 스티프너(20)는 차량의 전후방향을 따라 수평을 이루고, 프론트 프레임 캐리어(42)와는 수직을 이루는 상태가 된다.

이때, 상기 로워 스티프너(20) 위쪽에는 범퍼레일(10)이 배열되며, 이 범퍼레일(10)은 프론트 프레임 캐리어(42)의 양측 전면에는 일체로 조립된다.

실질적으로는, 상기 범퍼레일(10)의 양쪽 후면으로부터 돌출되게 조립된 크래시박스(12: crash box)가 프론트 프레임 캐리어(42)의 양측 전면에 일체로 조립된다.

이렇게 상기 프론트 프레임 캐리어(42)에 범퍼레일(10)과 로워 스티프너(20)가 장착된 상태를 보면, 위쪽의 범퍼레일(10)과 아래쪽의 로워 스티프너(20)의 각 전단끝은 상하방향을 따라 동일선상에 위치하게 된다.

따라서, 범퍼 즉, 범퍼커버에 보행자의 다리(예를 들어, 무릎 부분)가 최초 충돌하는 순간, 범퍼커버 뒤쪽의 압소버 및 범퍼레일에서 그 충격을 흡수하는 동시에 로워 스티프너에서 다리의 아래쪽(종아리 내지 정강이 부분)을 받쳐주게 되어, 범퍼에 부딪치는 다리의 굽힘 내지 꺽임이 방지된다.

보다 상세하게는, 로워 스티프너가 없는 상태라면, 보행자의 무릎 부분이 범퍼에 닿는 충돌 순간, 무릎이 한쪽 방향으로 심하게 굽혀지게 되어 상해치가 증가하게 되지만, 반면 무릎 부분이 범퍼에 닿는 충돌 순간, 로워 스티프너가 보행자의 무릎 아래쪽 부분을 받쳐주며 반동을 제공하기 때문에 무릎 부분 한쪽으로 굽혀지는 것을 방지하여 상해치를 크게 줄일 수 있다.

그러나, 종래의 로워 스티프너 장착 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

로워 스티프너를 프론트 엔드 모듈에 장착하기 위해서는 로워 스티프너의 자체 강성 뿐만 아니라, 프론트 엔드 모듈 자체의 지지 강성도 필요하므로, 주로 스틸 재질의 프론트 엔드 모듈에 로워 스티프너를 장착하는 것이 바람직하지만, 최근 들어 원가절감 및 경량화 등의 이점을 실현하고자 스틸 단독 재질이 아닌 스틸과 알루미늄 또는 스틸과 복합소재가 혼재된 하이브리드 소재로 프론트 엔드 모듈이 만들어짐에 따라, 종래 타입의 로워 스티프너에 대한 지지 강성 확보가 쉽지 않은 단점이 있었다.

또한, 종래의 로워 스티프너에 대한 충돌 시험을 나타내는 첨부한 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 프론트 엔드 모듈(40)이 로워 스티프너(20)를 견고하게 지지해주지 못함에 따라, 보행자 다리의 충돌시 로워 스티프너(20)가 뒤로 밀리는 현상이 발생하게 되고, 결국 뒤로 밀리는 로워 스티프너가 보행자의 다리를 제대로 받쳐주지 못하여 상해치가 증가하는 문제점이 있었다.

즉, 도 10의 실험 결과 그래프에서 보는 바와 같이, 로워 스티프너가 보행자의 무릎 아래쪽 부위를 받쳐주며 반동을 제공하는 경우에는 무릎 부위의 굽힘 정도가 완화되지만, 반면에 로워 스티프너가 뒤로 밀리는 경우에는 보행자의 무릎 부분에 대한 굽힘 정도가 증폭되어 상해치가 급증하는 문제점이 있었다.

이러한 점을 감안하여, 첨부한 도 11에 도시된 바와 같이 로워 스티프너(20)의 뒤쪽에 보강부재의 일종인 별도의 서포트 프레임(70)을 추가로 장착하여, 로워 스티프너(20)가 뒤로 밀리는 현상을 방지할 수 있지만, 이 경우에는 프론트 엔드 모듈(40)에 서포트 프레임(70)을 별도로 삽입 장착함에 따른 원가 상승 및 중량 증가, 그리고 조립 공정의 불규칙화 및 작업성 저하를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 보행자의 다리가 범퍼 등에 충돌하는 사고시, 보행자 다리가 굽혀지는 것을 방지할 수 있는 로워 스티프너를 범퍼레일 하단부에 직접 조립함으로써, 로워 스티프너에 대한 지지 강성을 용이하게 확보하여, 보행자 다리가 충격에 의하여 굽혀지지 않게 해주는 본연의 기능을 완전하게 발휘할 수 있도록 한 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 범퍼레일의 후면에 로워 스티프너를 직접 장착하되, 지지브라켓을 매개로 직접 장착시킨 것을 특징으로 하는 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치를 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 범퍼레일의 후면에 지지브라켓의 상단부가 용접되고, 상기 로워 스티프너의 후단에서 수직방향으로 연장된 장착단에 지지브라켓의 하단부가 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 범퍼레일의 하단에는 보강브라켓이 일체로 부착되어, 그 뒤쪽에 위치하는 지지브라켓과 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 로워 스티프너는 GMT 소재로 성형된 것임을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 범퍼 부위에 보행자 다리가 부딪치는 사고시, 보행자 다리의 굽힘 내지 꺽임을 방지해주는 로워 스티프너를 범퍼레일에 직접 연결함으로써, 로워 스티프너의 지지 강성을 효율적으로 확보하는 동시에 범퍼 어셈블리 모듈화를 통해 작업 공수를 줄일 수 있고, 충격시 프론트 엔드 모듈 등 주변 부품의 손 상을 저감시킬 수 있다.

즉, 범퍼레일에 직접 로워 스티프너를 견고하게 조립함으로써, 종래에 프론트 엔드 모듈에 장착된 로워 스티프너가 충돌시 뒤로 밀리는 현상과 달리, 다리의 굽힘을 방지해주는 로워 스티프너 본연의 기능을 완전하게 발휘시킬 수 있다.

또한, 로워 스티프너 소재로 GMT를 사용함으로써, 중량 절감을 도모할 수 있고, 보행자 충격시 하지가 굽힘 내지 꺾이지 않게 받쳐주는 강성을 보다 견고하게 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치의 주된 구성인 범퍼레일과 로워 스티프너간의 결합상태를 세부적으로 보여주는 도면이다.

본 발명은 차량의 전방 범퍼 부위에 보행자의 다리가 부딪치는 충격으로 발생되는 다리 상해 요소중 감속도와 굽힘각을 개선하여 보행자의 하지에 대한 상해치를 저감시킬 수 있도록 로워 스티프너에 대한 장착 구조를 새롭게 개선시킨 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 본 발명은 범퍼레일(10)의 후면에 로워 스티프너(20)를 지지브라 켓(30)을 매개로 직접 장착시킨 점에 특징이 있다.

주지된 바와 같이, 범퍼 커버(14)의 뒤쪽에는 충격 흡수부재인 압소버(16)가 내장되고, 압소버의 뒤쪽에는 일종의 백빔인 범퍼레일(10)이 배치되어 있으며, 범퍼레일(10)의 뒤쪽에는 프론트 엔드 모듈(40)의 프론트 프레임 캐리어(42)가 배열되어 있다.

또한, 상기 범퍼레일(10)의 후면에서 그 양단부에는 충격흡수를 위한 크래시 박스(crash box: 12)가 일체로 연장되어 있고, 이 크래시 박스(12)의 후단부는 프론트 프레임 캐리어(42)에 일체로 조립된다.

종래에는 로워 스티프너(20)를 프론트 엔드 모듈(40)의 프론트 프레임 캐리어(42)에 결합시켰는 바, 로워 스티프너(20)에 대한 프론트 프레임 캐리어(42)의 지지강성 저하로 인하여, 충돌시 로워 스티프너(20)가 뒤로 밀리는 현상이 발생되고, 결국 보행자 다리에 대한 굽힘각이 증가하여 오히려 상해치가 늘어나는 문제점이 있었다.

이러한 점을 감안하여, 본 발명에서는 범퍼레일(10)의 후면에 로워 스티프너(20)를 직접 장착하되, 지지브라켓(30)을 매개로 견고한 지지강성을 갖도록 장착시키게 된다.

상기 지지브라켓(30)은 상하로 길다란 직사각형 형상으로서, 도 7a에 도시된 바와 같이 그 하단에는 볼트 체결구(32)가 형성되고, 양측단부에는 볼트 체결단(34)이 일체로 돌출 형성된다.

이에, 상기 범퍼레일(10)의 후면에서 각 크래시 박스(12) 안쪽 위치에 상기 지지브라켓(30)의 상단 전면이 겹쳐져서 용접되고, 상기 로워 스티프너(20)의 후단에서 수직방향으로 연장된 장착단(22) 후면에 상기 지지브라켓(30)의 볼트 체결구(32)를 갖는 하단 전면이 겹쳐져서 볼트로 결합된다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 도 7b에 도시된 바와 같은 보강브라켓(50)을 더 구비하여 범퍼레일(10)과 지지브라켓(30)을 더 연결시켜 줌으로써, 지지브라켓(30)이 로워 스티프너(20)를 지지하는 강성을 보다 견고하게 제공할 수 있도록 한다.

즉, 상기 범퍼레일(10)의 하단에 보강브라켓(50)의 상단을 용접 등의 방법으로 일체로 연결하고, 보강브라켓(50)의 하단 양측에 형성된 볼트 체결구(52)와 바로 뒤에 위치되는 지지브라켓(30)의 볼트 체결단(34)을 볼트로 체결함으로써, 지지브라켓(30)과 범퍼레일(10)간의 결합력을 보다 증대시키는 동시에 로워 스티프너(20)에 대한 지지브라켓(30)의 지지강성을 보다 견고하게 제공할 수 있다.

한편, 상기 로워 스티프너(20)는 GMT 소재로 성형 제작된 것을 사용하는 바, GMT(Glass Mat Thermoplastics)소재는 유리섬유매트 강화 폴리프로필렌으로서, 가벼우면서도 고강도 및 고강성의 특성을 갖기 때문에 중량 절감을 도모할 수 있고, 보행자 충격시 하지가 굽힘 내지 꺾이지 않게 받쳐주는 강성을 보다 견고하게 확보할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 차량용 범퍼 장치에 대한 작동을 시험예를 통해 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장 치와 다리모형간의 충돌 시험을 설명하는 측단면도,

시험에서 사용하는 다리 모형(60)은 감속도와 굽힘각을 측정하기 위하여 제작된 것으로서, 감속도는 보행자가 받는 하중을 의미하고, 굽힘각은 무릎의 꺾임각을 의미한다.

본 발명에 따른 GMT 재질의 로워 스티프너(20)를 적용한 경우, 범퍼 부위에 다리 모형이 타격될 때, 초기 가속도를 범퍼와 스티프너가 동시에 분산시켜 보행자가 받는 하중을 저감시키게 되고, 다리모형(60)의 종아리 모델 부위에 대하여 범퍼레일(10)에 직결된 로워 스티프너(20)가 받쳐주며 반동을 제공하게 되므로, 다리가 차량 하부로 밀려들어와 무릎이 꺾이는 것을 방지하여 굽힘각을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다.

반면에, 종래와 같이 프론트 엔드 모듈(40)에 로워 스티프너(20)가 결합된 경우에는 첨부한 도 9a에서 보는 바와 같이 다리모형(60)의 충돌시 로워 스티프너(20)가 뒤로 밀리는 현상이 발생되어, 프론트 엔드 모듈(40)의 파손과 더불어 보행자 다리에 대한 굽힘각이 증가함을 알 수 있었다.

이러한 시험예에 대한 결과는 아래의 표 1에 기재된 바와 같다.

위의 표 1에 기재된 바와 같이, 목표로 하는 감속도와 굽힘각 대비, 프론트 엔드 모듈에 로워 스티프너가 결합된 종래의 경우에는 목표 감속도 및 굽힘각을 초과하여 보행자 보호 법규를 만족하지 못하였지만, 범퍼레일에 로워 스티프너가 직결된 본 발명의 경우에는 목표 감속도 및 굽힘각 이내 수준을 유지하여 보행자 보호 법규를 충분히 만족함을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 GMT 재질의 로워 스티프너를 범퍼레일에 직접 연결함으로써, 로워 스티프너의 지지 강성을 효율적으로 확보하는 동시에 중량 절감을 도모할 수 있고, 보행자 충격시 다리에 대한 완충을 제공하면서 굽힘 내지 꺾임 현상을 용이하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치를 나타내는 사시도,

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치로서, 범퍼레일과 로워 스티프너간의 결합상태를 보여주는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치로서, 범퍼레일과 로워 스티프너간의 결합상태를 보여주는 단면도,

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치와 다리 모형의 충돌 시험을 설명하는 측단면도,

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 차량용 범퍼 장치에 적용되는 지지브라켓과 보강브라켓의 구조를 보여주는 사시도,

도 8은 종래의 로워 스티프너 장착 구조를 보여주는 사시도,

도 9는 종래의 로워 스티프너에 대한 충돌 시험 및 그 문제점을 설명하는 측면도,

도 10은 종래의 로워 스티프너에 대한 충돌 시험 결과를 나타내는 그래프,

도 11은 종래의 로워 스티프너에 서포트 프레임이 추가 장착된 예를 설명하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 범퍼레일 12 : 크래시 박스

20 : 로워 스티프너 22 : 장착단

30 : 지지브라켓 32 : 체결구

34 : 체결단 40 : 프론트 엔드 모듈

42 : 프론트 프레임 캐리어 50 : 보강브라켓

52 : 체결구 60 : 다리 모형

Claims (4)

1. 범퍼레일의 후면에 로워 스티프너를 직접 장착하되, 지지브라켓을 매개로 직접 장착시킨 것을 특징으로 하는 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 범퍼레일의 후면에 지지브라켓의 상단부가 용접되고, 상기 로워 스티프너의 후단에서 수직방향으로 연장된 장착단에 지지브라켓의 하단부가 결합되는 것을 특징으로 하는 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 범퍼레일의 하단에는 보강브라켓이 일체로 부착되어, 그 뒤쪽에 위치하는 지지브라켓과 결합되는 것을 특징으로 하는 보행자 보호를 위한 차량용 범퍼 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 로워 스티프너는 GMT 소재로 성형된 것임을 특징으로 하는 보행자 보호 를 위한 차량용 범퍼 장치.

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