KR20110065517A - 철도차량과 같은 궤도차량의 전단에 결합하기 위한 차량 전단 모듈 - Google Patents

철도차량과 같은 궤도차량의 전단에 결합하기 위한 차량 전단 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 궤도차량, 궤도차량, 특히 철도차량의 전단(front-end)에 결합하기 위한 차량 전단 구조(100)를 갖는 차량 전단 모듈에 관한 것이다. 상기 차량 전단 구조(100)는 섬유 복합재(fiber composite) 또는 섬유 복합재 샌드위치(fiber composite sandwich) 재질로 형성된 구조적 요소(structural elements)로 전체적으로 구성되고, 상기 차량 전단 구조(100)를 형성하는 상기 구조적 요소는 서로 직접적으로 연결되어 실질적으로 변형 저항(deformation-resistant), 및 차량의 운전자 운전석을 수용하도록 설계된 자기 지지 전단 구조(self-supporting front-end structure)를 형성하는 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)를 포함하며, 상기 차량 전단 구조(100)를 형성하는 상기 구조적 요소는 상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)에 연결되는 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')를 포함하되, 궤도 차량의 충돌시 충격력(impact force)의 전달에 의해 발생되어 상기 구조(100)로 안내되는 충격 에너지(impact energy)의 적어도 일부가 적어도 부분적인 비가역 변형(irreversible deformation) 또는 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')의 적어도 부분적인 파괴(partial destruction)에 의해 분산되도록 구성된다.

Description

철도차량과 같은 궤도차량의 전단에 결합하기 위한 차량 전단 모듈{Vehicle front-end module for mounting to the front end of a rail-borne vehicle, in particular a railway vehicle}
본 발명은 레일 차량의 전단(front-end)에 결합하기 위한 프레임을 갖는 차량 전단 모듈에 관한 것으로서, 상기 프레임은 전체적으로 섬유 강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)으로 형성된 구조적 요소로 구성된다.
본 발명은 레일 차량의 전단(front-end)에 결합하기 위한 프레임을 갖는 차량 전단 모듈에 관한 것으로서, 상기 프레임은 전체적으로 섬유 강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)으로 형성된 구조적 요소로 구성된다.
레일 차량의 차량 캐빈(cabin)을 위한 프레임은 GB 2 411 630 A 에 개시되어 있으며, 상기 프레임은 차량 캐빈의 측면부(side portions) 뿐만 아니라, 정면을 정의하는 프레임 요소, 베이스 및 루프부(roof portions) 를 포함한다. 종래 프레임은 프레임 부재에 분포된 복수개의 항복 영역(yielding regions)에 제공된다. 충돌이 발생시, 예를 들어 종래 차량 전단 모듈이 구비된 레일 차량이 다른 레일 차량 또는 다른 방식의 장애물과 충돌된다면, 상기 항복 영역이 항복되면서 상기 프레임은 충돌되는 장애물의 형상에 대응될 수 있으며, 충돌에 의해서 상기 프레임으로 안내된 충격 에너지는 적어도 부분적으로 분산될 수 있다.
한편, 레일 차량용 캐빈은 EP 0 533 582 A1에 개시되어 있으며, 상기 캐빈은 레일 차량의 전단에 부착되지 않고 수평 플랫폼(horizontal platform)에 장착된다. 종래 캐빈은 중량의 이유로 전체적으로 섬유 강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)으로 형성되기 때문에, 충돌에서 발생하는 에너지를 흡수하기 위해 캐빈 자체에 충격 흡수장치(shock absorber)를 제공하는 것은 배제되어 왔다. 대신에, 상기와 같은 충격 흡수장치는 상기 캐빈이 장착되는 언더캐리지(undercarriage), 플랫폼 각각에 일체화되어 왔다.
DE 196 49 526 A1 에는 레일 차량의 전단에 장착되기 위해 구성된 차량 전단 모듈이 개시되어 있다. 여기서 차량 전단 모듈의 벽(walls) 및 루프(roof)는 중량의 이유로 복합재 재질(composite material)로 이루어지고, 레일 차량의 언더캐리지 및 차량 몸체에 분리 가능하게 연결된다. EP 0533582에 개시된 캐빈과 같이, 이러한 종래 전단 모듈은 충격 흡수장치 없이 구성된다.
충격 흡수장치는 소위 충돌 구조(crash structures)로서, 예를 들어, 장애물에 차량 충돌시 미리 결정된 방식으로 적어도 일부를 변형하는 요소라 할 수 있다. 따라서 충격 에너지는 승객에 가해지는 가속도 및 힘을 저감시키기 위해 선택적으로 변형 에너지(deformation energy)로 변환된다.
구겨지는 크럼플 영역(crumple zone) 방식으로 충격 흡수장치를 제공하는 것은 차량 기술 분야, 특히 승용차(passenger car)의 정면 영역에 알려져 있다. 차량 산업이 충돌 구조를 수십 년간 최적화하려고 하는데 반해, 레일 차량 기술(기관차 및 레일 차량)의 차량 몸체는 현재까지 충돌 동안 변형 반응(deformation behavior)을 개선하기 위한 충분한 고려 없이 일반적으로 제조되었다.
레일 차량의 전단에 배치되는 사이드 버퍼 요소(side buffer element) 또는 충돌 박스(crash boxes)가 충격 흡수장치와 같이 제공되는 것이 일반적인 반면, 충돌 발생시 충격 에너지의 적어도 일부는 이들 요소에 흡수(absorbing) 또는 분산(dissipating)된다. 충격 흡수장치에 의해 구현(attainable) 될 수 있는 에너지 흡수는 대체로 높은 충격 속도에서 차량 몸체를 손상으로부터 효과적으로 보호하는데 충분하지 못하다. 특히, 상기 사이드 버퍼 요소 또는 충돌 박스의 에너지 흡수 능력(energy-absorbing capacity)이 소진(exhausted)된 후 위험으로부터 효과적으로 보호하는데 충분하지 못하고, 승객 객실의 영역에서 운전자의 운전석 및/또는 차체 구조의 극심한 변형(extreme deformation)이 발생될 수 있으며, 기차 인원과 승객을 위한 충분한 생존 공간(survival space)이 더 이상 보장되기 어렵다.
따라서, 본 발명은 레일 차량의 전단에 장착되도록 구성된 차량 전단 모듈을 최적화하는 것을 기초로 하며, 충돌시 운전자를 위한 생존 공간을 확보하기 위한 차량 구조에 가해지는 최대 가속도 및 힘을 제한하기 위한 차량 전단 모듈 구조에 의해, 충돌시 상기 차량 전단에 가해지는 충격 에너지는 최대한 최대로 분산될 수 있다.
상기 목적은 청구항 제1항에 의해 해결될 수 있다. 본 발명의 차량 전단 모듈의 다른 특징은 종속항들에서 언급된다.
따라서, 레일 차량의 충돌 반응을 개선하기 위해, 본 발명은 본질적으로 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 구조적 요소(structural elements)에 의해 전체적으로 차량 전단 모듈이 구성된다. 특히, 이에 따라 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소는 후술할 "제2구조적 요소"와 같이 에너지를 흡수하는 구조적 요소 뿐만 아니라 후술할 "제1구조적 요소"와 같이 에너지를 흡수하지 않는 구조적 요소를 포함한다. 실질적인 변형 저항(deformation-resistant) 및 자기 지지(self-supporting) 차량의 구조를 제공하는 모든 구조적 요소는, 예를 들어 제1구조적 요소와 같이, 비 에너지 흡수 구조 요소(non-energy-absorbing structural elements)를 구성한다. 이와 같이 실질적으로 견고하면서 자기 지지를 하는 구조는 상기 레일 차량의 운전석을 제공한다. 상기 운전석은 변형에 저항력을 갖는 전단 구조에 의해 둘러 쌓이기(surrounded) 때문에, 운전석은 충돌시 현저하게(significantly) 변형되지 않으며, 차량 전단 모듈에서 승무원의 생존 공간이 확보(remains)될 수 있다.
한편, 예를 들어 상기 제2구조적 요소와 같은 에너지 흡수 구조적 요소는, 충돌 동안 전달된 에너지 흡수에 의해, 차량 전단 모듈에 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수(absorb) 또는 분산(dissipate)하기 위해 기능적으로(functionally) 제공되고, 상기 제1구조적 요소를 포함하는 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조는 영향을 받지 않는다. 바람직하게 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소를 포함하는 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조에 장착된다. 특히, 상기 제2구조적 요소는 자기 지지 구조에 수용되며, 자기 지지 구조와 함께 일체(one unit)를 이룬다.
특히, 본 발명에서는 상기 구조적 요소(제1 및 제2구조적 요소)가 전체적으로 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 재료결합(material fit)으로 제1구조적 요소에 제2구조적 요소를 연결하는 것을 고려할 수 있으며, 예를 들어 접착제로 접착될 수 있다. 따라서, 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소로 구성된 자기 지지 차량 전단 모듈 구조에 일체화될 수 있고, 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소에 분리 가능하게(detachably) 또는 분리될 수 없게(non-detachably) 수용되며, 예를 들어, 제1구조적 요소에 의해 제공되는 지지 기능(supporting function) 및 제2구조적 요소에 의해 제공되는 에너지 흡수 기능(energy-absorbing function)과 같은 이중 기능(dual function)을 갖는 일체로 형성된다.
전술한 바와 같이, 상기 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소는 완전히(completely) 섬유 강화 플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 차량 전단 모듈 구조의 개별적인 영역(individual areas)을 위한 다른 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 구조의 사용에 의해, 차량 전단 모듈 구조로 안내된 충돌시 발생하는 충격 에너지가 선택적으로(selectively) 분산(dissipated)(예를 들어 흡수(absorbed))되는 것이 고려될 수 있다.
상기 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소(structural components)가 거의 대부분 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 차량 전단 모듈 구조의 중량(weight)은 금속 구조(metal construction)의 차량 전단 구조보다 현저하게 감소될 수 있다. 사실상, 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 상기 구조적 요소는 특별한 강도(specific rigidity)를 특징으로 하기 때문에, 제1 구조적 요소를 포함하여 실질적으로 변형 저항 및 자기 지지를 하는 차량 전단 구조는 충돌시 자체적으로 파괴(collapse)되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제어불능(uncontrollably) 변형에 의해 운전자의 운전석에서 운전자를 위해 확보될 수 있는 생존 공간이 보장될 수 있다.
충돌시 발생하여 차량 전단 모듈로 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 제2구조적 요소 역시 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 금속으로 형성된 종래 변형튜브(deformation tubes)에 비해 실질적으로 중량 대비 높은 비율의 에너지 흡수가 이루어질 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 제2구조적 구성요소를 제공하며, 활성화(activation)시 제2구조적 구성요소의 섬유 강화 플라스틱의 비연성(non-ductile) 파괴에 의해, 상기 충격 에너지의 적어도 일부가 제2구조적 구성요소로 안내된다.
상기 제1구조적 요소에 의해 형성된 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조(self-supporting structure)가 변형에 실질적으로 저항하도록 구성되기 때문에, 차량 전단 모듈의 충돌시 자기 지지 전단 구조(self-supporting front-end structure)에 수용된 운전자 운전석에 생존 공간이 확보된다. 바람직하게 충돌 발생시 상기 제1구조적 요소는 서로 연결되도록 구성될 수 있으며, 상기 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 차량 전단 모듈에 안내된 충격 에너지의 적어도 일부는 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조(car body structure)로 전달된다. 그 후, 상기 충격 에너지는 레일 차량의 차체 구조의 충격 흡수장치(shock absorber)에 의해 최종적으로 흡수될 수 있다.
제2 구조 요소의 구조적으로 정량화된(structurally-dimensioned)된 최대 에너지 흡수량이 고속 충돌에 의해서 한계를 도과하는 경우, 상기 제1구조적 요소는 구조적으로 구성되어 제어 가능한 범위에서 변형되며, 따라서 차량 전단 모듈 구조의 (제어되지 않는) 파괴 없이 에너지 흡수가 이루어진다.
실질적으로 변형 저항 및 자기 지지 차량 전단 모듈을 형성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1구조적 요소는 차량 전단 모듈 구조의 측면에 각각 배치된 2개의 A필라(A pillars) 뿐만 아니라 2개의 A필라의 상부 영역에 각각 연결된 루프 구조(roof structure)를 포함하며, 단단히(firmly) 연결된 상기 2개의 A필라 및 루프 구조는 충돌 발생시 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 차량 전단 모듈에 안내된 충격 에너지의 일부를 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조로 전달하기 위해 구성된다. 더욱이 상기 제1구조적 요소는 2개의 A필라의 하부 영역에 각각 고정적으로 연결되는 크로스피스(crosspieces)를 포함할 수 있으며, 레일 차량의 차체 구조에 충격력을 전달하기 위해 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 레일 차량의 차체 구조에 2개의 A필라로부터 충격력을 전달하도록 크로스피스(crosspieces)를 제공하는 실시예와는 다르게, 상기 각 A필라는 예를 들어 휘어지게(curved) 구성될 수 있으며, 이에 따라 하부 구조적 요소(lower structural element)는 상기 A필라의 단부 상부 단부 영역에 고정적으로 연결될 수 있으며, 충돌 발생시 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 A필라로 안내된 충격 에너지의 일부를 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조로 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 크로스피스(crosspieces) 및 A필라 각각은 충돌 및 갑작스런 변형 시 극심한 힘(extreme forces)을 받기 때문에, 예를 들어, 이들 구조적 요소의 파괴는 특별히 방지되어야 하기 때문에, 바람직하게 이들 구조적 요소는 코어 재질(core material)를 수용하는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 중공 프로파일로 구성될 수 있고, 특히, 선택적으로 강성을 증가시키기 위한 발포체 코어(foam core)가 사용될 수 있다.
한편, 상기 루프 구조는 섬유 강화 플라스틱으로 샌드위치 구조(sandwich construction)와 같은 제조를 위해 바람직하다. 물론 다른 방안 또한 고려될 수 있다.
상기 2개의 A필라를 서로 구조적으로 연결하고, 제1구조적 요소로 형성된 프레임 구조(frame structure)의 강성(rigidity)을 증가시키기 위하여, 상기 제1구조적 요소는 각 A필라의 각 하부 영역에서 2개의 A필라와 함께 구조적으로 연결되기 위한 적어도 하나의 레일링 요소(railing element)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1구조적 요소는 섬유 강화 플라스틱으로 형성되고, 상기 레일링 요소에 연결되는 변형 저항 단부 벽(deformation-resistant end wall)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 변형 저항 단부 벽은 차량 전단 모듈 구조의 단부 면을 형성하는 레일링 요소를 포함하고, 이에 따라 침입으로부터 자기 지지 프레임 구조(self-supporting frame structure)에 수용된 차량의 운전자 운전석을 보호할 수 있다. 따라서, 충돌 정면 벽(collision front wall)은 차량 전단 모듈 구조의 연결 사이드 단부 면(coupling-side end face)의 적어도 하나의 영역(section)을 형성하도록 제공될 수 있으며, 상기 레일링 요소 및/또는 단부 벽은 대상물 침투의 방지에서 중요한 구조적 부재(important structural member)를 구성한다. 이는 충돌 발생시 차량 운전자의 운전석에 대응하는 자기 지지 프레임 구조에 형성된 공간으로 요소들이 관통하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 물론, 다른 휨 크로스부재 구조(flexural crossmember structures) 또한 충돌 정면 벽(collision front wall)을 형성하는데 적합하다.
바람직하게 상기 충돌 정면 벽을 형성하는 단부 벽은 다른 섬유 강화 플라스틱/섬유 강화 플라스틱 샌드위치 구성요소로 형성될 수 있으며, 특히, 유리(glass), 아라미드(aramid), 다이니마(Dyneema) 및/또는 탄소 섬유(carbon fiber)의 강화 재질로 형성될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 섬유 강화 샌드위치 구조가 고려될 수 있다. 상기 구조적 배치 및 "단부 벽" 구조적 구성요소의 구조로 인해, 상기 단부 벽은 레일링 요소와 함께 차량 전단 모듈의 전체 자기 지지 구조를 안정(stabilize)시키기 위한 결정적인 구조적 연결 요소를 구성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 예를 들어 제1구조적 요소에 의해 형성된 레일 차량 전단 모듈의 (단단한) 프레임 구조에 일체화된 에너지 흡수 구조와 같이 제2구조적 요소을 특징적으로 포함한다. 바람직하게 본 발명에 따른 차량 전단 모듈은 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소를 포함하는 제2구조적 요소를 제공하며, 제1에너지 흡수 요소는 임계 충격력(critical impact force)을 초과하는 힘에 대응하도록 구성되며, 제1구조적 구성요소의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴(non-ductile destruction)에 의해 제1구조적 구성요소로 안내된 충격력이 전달되는 동안 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수한다. 상기 섬유 강화 플라스틱에 의해 에너지가 흡수될 시 에너지 흡수 요소의 비연성 파괴에 의해, 에너지 흡수는 전달된 충격 에너지가 취성 파괴 에너지(brittle fracture energy)로 변환됨에 따라 이루어지고, 상기 에너지 흡수 요소의 섬유 강화 플라스틱의 적어도 일부는 마모(frays)되거나 분쇄(pulverized)되고, 이에 따라 상기 에너지 흡수 요소가 파괴된다.
이러한 마모 및 분쇄 기술은 에너지 흡수와 관련하여 높은 하중 계수(load factor)를 가지며, 예를 들어 금속의 압축(compression) 또는 변형(deformation) 튜브(확장 또는 축소튜브)가 흡수할 수 있는 것에 비해, 명백히 중량 대비 및 구조적으로 공간 대비 상당히 많은 양의 에너지가 흡수될 수 있다.
상기 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 제1에너지 흡수 요소의 실현을 위한 다양한 방안에 고려될 수 있다. 특히, 예를 들어 에너지 흡수 요소와 같은 허니콤 구조(honeycomb structure)에서 코어 재질(core material)과 같이 형성된 섬유 복합재 샌드위치 구조를 사용하기 위해 고려될 수 있다. 균일한 기하학적 단면(uniform geometrical cross-section)을 갖는 이상적으로(ideally) 동질적인(homogeneous) 허니콤 구조의 방식은, 에너지 흡수시 높은 하중(load) 및 압축률(compression rate)을 동시에 갖는 낮은 변형힘 진폭(amplitudes)에서 재질의 변형을 제공한다. 특히, 이러한 에너지 흡수 요소의 방식은 활성화(activation)시 미리 결정 가능한 순서에 따라 흡수될 수 있도록 에너지의 분산(dissipating)을 보장할 수 있다. 물론, 제1에너지 흡수 요소의 다른 실시예 또한 고려될 수 있다.
바람직하게 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소는 레일링 요소의 전단에 배치되고, 에너지 흡수시 발생하는 변형힘은 레일링 요소로 안내될 수 있다. 이 과정에서, 상기 제1에너지 흡수 요소는 차량 외형(contour) 및 이용 가능한 각 구조 공간(construction space)에 각각 적용될 수 있다.
그 대신, 허니콤 구조를 갖는 섬유 복합재 샌드위치를 제공하기 위한 제1에너지 흡수 요소가 고려될 수 있다. 그 대신, 섬유 복합재 튜브 번들(fiber composite tube bundle)로 형성된 제1에너지 흡수 요소의 코어를 형성하는 것 또한 가능하며, 이에 따라 상기 튜브 번들의 튜브의 중앙축은 차량의 길이 방향을 따라 확장된다.
추가적으로 상기 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소를 위해, 상기 제2구조적 요소가 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제2에너지 흡수 요소를 제공하는 것이 바람직하며, 이 구조에서는 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소가 동일하게 배열될 수 있다. 그러나, 상기 적어도 하나의 제2에너지 흡수 요소는 차량 전단 모듈을 마주하는 A필라의 표면에 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2에너지 흡수 요소의 특별한 배열은 다른 충돌 시나리오를 허용할 수 있고, 특히, 상기 적어도 하나의 제2에너지 흡수 요소는 상대적으로 큰 충돌시 발생하는 충격력을 허용하는 A필라의 일부와 같이 제공되며, 상기 레일 차량 전단 모듈로 안내된다.
한편, 상기 레일 차량 전단 모듈의 하부 영역을 보호하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예는 레일 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조(self-supporting structure)를 형성하는 제1구조적 요소에 연결된 언더캐리지 구조(undercarriage structure)를 특별히 형성하기 위해 제공되어, 상기 차량 전단 모듈의 베이스를 형성한다.
상기 언더캐리지 구조는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 상면 요소(upper surface element), 및 상기 상면 요소로부터 이격되게 배치되며 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 하면 요소(lower surface element)를 포함할 수 있으며, 상기 상부 및 하면 요소를 함께 단단히(firmly) 연결하기 위한 섬유 강화 플라스틱 스트럿(struts) 또는 리브(ribs)가 더 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 언더캐리지 구조에는 추가적인 에너지 흡수 구조적 요소(예를 들어 제2구조적 요소)가 일체로 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제2구조적 요소는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제3에너지 흡수 요소를 포함할 수 있으며, 상기 제3에너지 흡수 요소는 차량 전단 모듈의 언더캐리지 구조의 내부에 수용되며, 임계 충격력(critical impact force)을 초과하는 힘에 대응하도록 구성되고, 제3구조적 구성요소로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 충격에너지의 적어도 일부는 제3에너지 흡수 요소의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴(non-ductile destruction)에 의해 흡수된다.
중앙 버퍼 커플링(central buffer coupling)은 차량 전단 모듈에 제공될 시, 베어링 블록을 통해 차량 전단 모듈의 언더캐리지 구조에 연결된다. 상기 제2구조적 요소는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제4에너지 흡수 요소를 더 포함하는 것이 바람직하며, 추가적으로 적어도 하나의 제3에너지 흡수 요소를 포함할 수 있으며, 상기 제4에너지 흡수 요소는 언더캐리지 구조의 충격 방향을 따라 베어링 블록의 후방에 배치되고, 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하기 위해 구성되며, 상기 제4에너지 흡수 요소로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부는 제4에너지 흡수 요소의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴에 의해 흡수된다.
상기 제3 및 제4에너지 흡수 요소는 그들의 구조 및 기능에 대해 동일하거나 적어도 일부가 유사하게 구성될 수 있다.
상기 제3/제4에너지 흡수 요소의 바람직한 실시예는 제3/제4에너지 흡수 요소가 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 가이드튜브를 포함할 수 있다. 예를 들어 플런저(plunger)와 같이 형성된 압력튜브(pressure tube) 뿐만 아니라 실린더 형상의 에너지 흡수 구성요소를 포함할 수 있으며, 상기 압력튜브는 제3/제4에너지 흡수 요소로 안내되는 임계 충격력의 초과시 가이드튜브와 상호 작용(interacts)하고, 상기 압력튜브 및 가이드튜브는 제3/제4에너지 흡수 요소로 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부가 동시에(simultaneously) 흡수되는 동안 서로를 향해 이동한다. 따라서, 실질적인 에너지 흡수는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 에너지 흡수 연결부분을 포함하는 가이드튜브에서 이루어지고, 상기 가이드튜브는 적어도 일부가 가이드튜브에 대한 플런저와 같이 구성된 압력튜브의 이동시 비연성 방식(non-ductile manner)으로 마모(frays) 및 분쇄(pulverizes)된다.
상기 제2구조적 요소와 관련된 다른 에너지 흡수 요소(제1 및 제2에너지 흡수 요소)와 같이, 안내된 충격 에너지의 적어도 일부는, 일 예로 금속 구조의 변형튜브에서와 같이 소성 변형에 의해서 흡수되는 것이 아니라, 오히려 개별적인 요소들로 부분적으로 분산되는 가이드 튜브의 흡수 영역에서 흡수된다. 즉, 제3/제4에너지 흡수 요소의 대응 시, 상기 에너지 흡수 요소로 안내된 충격 에너지는 에너지 흡수 연결부분을 마모 및 분쇄하기 위해 사용되고 이에 따라 적어도 일부가 분산된다. 일반적인 (금속의) 소성 변형과 비교하면 구성요소의 마모(fraying) 및 분쇄(pulverizing)에 때문에 상당히 많은 에너지가 요구되고, 상기 제3/제4에너지 흡수 요소는 높은 충격 에너지를 분산하기 위해 특히 적합하다.
한편, 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 요소의 중량 대비 에너지 흡수 능력(weight-specific energy-absorbing capacity)은 금속(예를 들어 변형튜브)으로 형성된 종래 에너지 흡수 요소에 비해 경량 구조(lightweight construction)를 특징으로 하고, 차량 전단 모듈의 전체 중량은 현저하게 감소될 수 있다.
본 발명에서 "섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 연결부분의 마모(fraying of the energy-absorbing section made of fiber-reinforced plastic)"란 기재는 에너지 흡수 연결부분을 형성하는 섬유 강화 플라스틱의 섬유 구조의 (의도적으로 감소된) 파괴(breakdown)와 같이 이해될 수 있다. 특히, 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 연결부분의 마모는 에너지 흡수 연결부분에서 발생하는 (취성) 파괴에만 비유되지 않는다. 오히려, 상기 마모는 에너지 흡수 연결부분의 섬유 강화 플라스틱을 가능한 가장 작은 개별적 부분(조각)으로 파괴한다. 이에 따라, 섬유 복합재 재질의 전체적인 에너지 흡수 능력이 소진(exhausted)되고, 에너지 흡수 요소를 형성하는 섬유 강화 플라스틱의 전체적인 양은 이상적으로 분쇄된다.
상기 제3/제4에너지 흡수 요소의 바람직한 실시예에서, 상기 압력튜브는 전술한 바와 같이 플런저와 같이 형성되고, 압력튜브를 마주하는 가이드튜브의 적어도 연결부분(section)은 실린더와 같이 형성된다. 여기서, 상기 에너지 흡수 요소의 반응시 플런저와 같이 형성된 압력튜브는 가이드튜브에 연결되고, 플런저(압력튜브)는 실린더(가이드튜브)로 진입되며, 이에 따라 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 연결부분의 비연성 마모가 초래된다.
특히, 상기 가이드튜브를 마주하는 압력튜브의 연결부분은 텔레스코픽방식(telescopically)으로 압력튜브를 마주하는 가이드튜브의 연결부분에 수용되고, 가이드튜브를 마주하는 압력튜브 연결부의 전단은 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분의 스토퍼에 대항하여 충돌된다. 이러한 텔레스코픽 구조는 전단력(transverse forces)이 발생될 경우에 작용(functioning) 및 변형 반응 뿐만 아니라, 활성화된 에너지 흡수 요소에 압력튜브 및 가이드튜브의 사이에서 발생하는 상대적인 이동의 안내를 보장한다.
상기 제3/제4에너지 흡수 요소의 활성화시 충격 에너지가 오직 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분(fiber-reinforced plastic energy-absorbing section)에 의해 흡수될 수 있도록, 상기 가이드튜브를 마주하는 압력튜브의 연결부분(section)의 전단은 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분보다 높은 강성을 가진다. 즉, 상기 (제3/제4)에너지 흡수 요소의 활성화시 발생하는 상기 가이드튜브에 대한 압력튜브의 이동은 오직 에너지 흡수 연결부분의 파괴를 초래할 뿐이고, 에너지 흡수 요소의 다른 구성요소는 파괴되지 않는다. 이는 미리 결정 가능한 순서에 따라 에너지 흡수가 이루어질 수 있게 한다.
상기 제3/제4에너지 흡수 요소의 실시예에서, 상기 압력튜브는 가이드튜브를 마주하는 전단에서 개방된 중공 몸체(open hollow body)와 같이 구성된다. 따라서, 가이드튜브에 대한 압력튜브의 이동시 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 연결부분의 일부는 중공 몸체의 내측에 적어도 일부가 수용될 수 있다.
이와 같이, 상기 제3/제4에너지 흡수 요소를 포함하는 본 실시예는 완전히 캡슐화된 외부 해결책(external solution)을 제공하며, 특히, 에너지 흡수 요소의 작용 시, 에너지 흡수 연결부분의 일부나 섬유 요소와 같은 어떤 조각도 흩어지거나 운전석을 통과하도록 하지 않을 수 있으며, 가능한 사람에게 상처를 주거나 다치게 하거나 차량 전단 모듈의 다른 요소들까지 훼손하지 않도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제3/제4에너지 흡수 요소의 바람직한 실시예에 의해 에너지 흡수 요소의 활성화시 에너지의 흡수가 이루어지며, 미리 결정된 순서에 따라 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분의 비연성 마모가 발생된다. 가이드튜브에 대한 압력튜브의 이동시 비연성 방식으로 마모되는 상기 에너지 흡수 연결부분의 길이는 압력튜브 및 가이드튜브의 사이에서 상대적인 이동으로부터 발생(ensuing)되는 거리에 의존한다.
바람직하게 본 발명의 레일 차량 전단 모듈은 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 언더라이드(underride) 또는 레일 가드(guard)를 더 제공한다. 상기 언더라이드 가드는 레일 차량 전단 모듈의 언더캐리지 구조(undercarriage structure)의 저면에 부착되고, 제어된 변형(controlled deformation)에 의해 상기 언더라이드 가드로 안내되는 임계 충격력의 초과시 충격력의 전달 동안 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부가 분산되도록 구성된다.
그 대신, 상기 언더라이드 가드는 가이드 레일을 통해 언더캐리지 구조의 저면에 연결될 수 있고, 상기 언더라이드 가드는 언더라이드 가드로 안내되는 임계 충격력의 초과시 언더캐리지 구조에 대한 차량의 길이 방향으로 이동할 수 있으며, 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 에너지 흡수 요소는 배치 및 설계되어 더 제공되고, 언더라이드 가드가 언더캐리지 구조에 대해 상대적으로 이동할 때, 상기 에너지 흡수 요소의 섬유 강화 플라스틱은 비연성적으로 파괴(non-ductilely destroyed)됨과 동시에, 충격력의 전달시 언더라이드 가드로 전달된 충격 에너지의 적어도 일부의 흡수가 진행된다.
내충격성(crashworthy)의 차량 전단 모듈을 생산하기 위해, 에너지 흡수 기능을 갖는 와이드스크린을 제공하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 내부 및 외부 투명한 표면 요소를 포함하는 와이드스크린을 고려할 수 있으며, 여기서 이들 표면 요소는 각각 개별적으로 분리되어 배치될 수 있고, 내부 및 외부 투명한 표면 요소의 사이에 형성될 수 있다. 상기 내부 및 외부 투명한 표면 요소의 사이는 외부 및 내부 표면 요소의 사이에서, 예를 들어 투명한 에너지 흡수 발포체(transparent energy-absorbing foam)로 형성될 수 있는 연결 요소에 의해 채워질 수 있다. 상기 연결 요소가 표면 요소의 간극 모서리 영역에 제공되는 것 또한 고려될 수 있다. 이러한 경우, 상기 모서리 영역(edge section)은 투명한 에너지 흡수 발포체(foam)로 최소한 채워질 수 있다.
물론, 멀티 레이어 구조(multi-layer construction)가 되는 와이드스크린(windscreen) 에너지 흡수 방식 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 소정의 거리에서 연결 요소들에 고정된 복수개의 겹쳐진(superposed) 표면 요소(surface elements)의 배열이 고려될 수 있다.
따라서, 레일 차량의 충돌 반응을 개선하기 위해, 본 발명은 본질적으로 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 구조적 요소(structural elements)에 의해 전체적으로 차량 전단 모듈이 구성된다. 특히, 이에 따라 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소는 후술할 "제2구조적 요소"와 같이 에너지를 흡수하는 구조적 요소 뿐만 아니라 후술할 "제1구조적 요소"와 같이 에너지를 흡수하지 않는 구조적 요소를 포함한다. 실질적인 변형 저항(deformation-resistant) 및 자기 지지(self-supporting) 차량의 구조를 제공하는 모든 구조적 요소는, 예를 들어 제1구조적 요소와 같이, 비 에너지 흡수 구조 요소(non-energy-absorbing structural elements)를 구성한다. 이와 같이 실질적으로 견고하면서 자기 지지를 하는 구조는 상기 레일 차량의 운전석을 제공한다. 상기 운전석은 변형에 저항력을 갖는 전단 구조에 의해 둘러 쌓이기(surrounded) 때문에, 운전석은 충돌시 현저하게(significantly) 변형되지 않으며, 차량 전단 모듈에서 승무원의 생존 공간이 확보(remains)될 수 있다.
한편, 예를 들어 상기 제2구조적 요소와 같은 에너지 흡수 구조적 요소는, 충돌 동안 전달된 에너지 흡수에 의해, 차량 전단 모듈에 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수(absorb) 또는 분산(dissipate)하기 위해 기능적으로(functionally) 제공되고, 상기 제1구조적 요소를 포함하는 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조는 영향을 받지 않는다. 바람직하게 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소를 포함하는 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조에 장착된다. 특히, 상기 제2구조적 요소는 자기 지지 구조에 수용되며, 자기 지지 구조와 함께 일체(one unit)를 이룬다.
특히, 본 발명에서는 상기 구조적 요소(제1 및 제2구조적 요소)가 전체적으로 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 재료결합(material fit)으로 제1구조적 요소에 제2구조적 요소를 연결하는 것을 고려할 수 있으며, 예를 들어 접착제로 접착될 수 있다. 따라서, 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소로 구성된 자기 지지 차량 전단 모듈 구조에 일체화될 수 있고, 상기 제2구조적 요소는 제1구조적 요소에 분리 가능하게(detachably) 또는 분리될 수 없게(non-detachably) 수용되며, 예를 들어, 제1구조적 요소에 의해 제공되는 지지 기능(supporting function) 및 제2구조적 요소에 의해 제공되는 에너지 흡수 기능(energy-absorbing function)과 같은 이중 기능(dual function)을 갖는 일체로 형성된다.
전술한 바와 같이, 상기 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소는 완전히(completely) 섬유 강화 플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 차량 전단 모듈 구조의 개별적인 영역(individual areas)을 위한 다른 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 구조의 사용에 의해, 차량 전단 모듈 구조로 안내된 충돌시 발생하는 충격 에너지가 선택적으로(selectively) 분산(dissipated)(예를 들어 흡수(absorbed))되는 것이 고려될 수 있다.
상기 차량 전단 모듈 구조를 형성하는 구조적 요소(structural components)가 거의 대부분 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 차량 전단 모듈 구조의 중량(weight)은 금속 구조(metal construction)의 차량 전단 구조보다 현저하게 감소될 수 있다. 사실상, 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 상기 구조적 요소는 특별한 강도(specific rigidity)를 특징으로 하기 때문에, 제1 구조적 요소를 포함하여 실질적으로 변형 저항 및 자기 지지를 하는 차량 전단 구조는 충돌시 자체적으로 파괴(collapse)되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제어불능(uncontrollably) 변형에 의해 운전자의 운전석에서 운전자를 위해 확보될 수 있는 생존 공간이 보장될 수 있다.
충돌시 발생하여 차량 전단 모듈로 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 제2구조적 요소 역시 섬유 강화 플라스틱으로 형성되기 때문에, 금속으로 형성된 종래 변형튜브(deformation tubes)에 비해 실질적으로 중량 대비 높은 비율의 에너지 흡수가 이루어질 수 있다. 이 때문에, 본 발명은 제2구조적 구성요소를 제공하며, 활성화(activation)시 제2구조적 구성요소의 섬유 강화 플라스틱의 비연성(non-ductile) 파괴에 의해, 상기 충격 에너지의 적어도 일부가 제2구조적 구성요소로 안내된다.
상기 제1구조적 요소에 의해 형성된 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조(self-supporting structure)가 변형에 실질적으로 저항하도록 구성되기 때문에, 차량 전단 모듈의 충돌시 자기 지지 전단 구조(self-supporting front-end structure)에 수용된 운전자 운전석에 생존 공간이 확보된다. 바람직하게 충돌 발생시 상기 제1구조적 요소는 서로 연결되도록 구성될 수 있으며, 상기 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 차량 전단 모듈에 안내된 충격 에너지의 적어도 일부는 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조(car body structure)로 전달된다. 그 후, 상기 충격 에너지는 레일 차량의 차체 구조의 충격 흡수장치(shock absorber)에 의해 최종적으로 흡수될 수 있다.
제2 구조 요소의 구조적으로 정량화된(structurally-dimensioned)된 최대 에너지 흡수량이 고속 충돌에 의해서 한계를 도과하는 경우, 상기 제1구조적 요소는 구조적으로 구성되어 제어 가능한 범위에서 변형되며, 따라서 차량 전단 모듈 구조의 (제어되지 않는) 파괴 없이 에너지 흡수가 이루어진다.
실질적으로 변형 저항 및 자기 지지 차량 전단 모듈을 형성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1구조적 요소는 차량 전단 모듈 구조의 측면에 각각 배치된 2개의 A필라(A pillars) 뿐만 아니라 2개의 A필라의 상부 영역에 각각 연결된 루프 구조(roof structure)를 포함하며, 단단히(firmly) 연결된 상기 2개의 A필라 및 루프 구조는 충돌 발생시 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 차량 전단 모듈에 안내된 충격 에너지의 일부를 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조로 전달하기 위해 구성된다. 더욱이 상기 제1구조적 요소는 2개의 A필라의 하부 영역에 각각 고정적으로 연결되는 크로스피스(crosspieces)를 포함할 수 있으며, 레일 차량의 차체 구조에 충격력을 전달하기 위해 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 레일 차량의 차체 구조에 2개의 A필라로부터 충격력을 전달하도록 크로스피스(crosspieces)를 제공하는 실시예와는 다르게, 상기 각 A필라는 예를 들어 휘어지게(curved) 구성될 수 있으며, 이에 따라 하부 구조적 요소(lower structural element)는 상기 A필라의 단부 상부 단부 영역에 고정적으로 연결될 수 있으며, 충돌 발생시 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한 A필라로 안내된 충격 에너지의 일부를 차량 전단 모듈에 연결된 레일 차량의 차체 구조로 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 크로스피스(crosspieces) 및 A필라 각각은 충돌 및 갑작스런 변형 시 극심한 힘(extreme forces)을 받기 때문에, 예를 들어, 이들 구조적 요소의 파괴는 특별히 방지되어야 하기 때문에, 바람직하게 이들 구조적 요소는 코어 재질(core material)를 수용하는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 중공 프로파일로 구성될 수 있고, 특히, 선택적으로 강성을 증가시키기 위한 발포체 코어(foam core)가 사용될 수 있다.
한편, 상기 루프 구조는 섬유 강화 플라스틱으로 샌드위치 구조(sandwich construction)와 같은 제조를 위해 바람직하다. 물론 다른 방안 또한 고려될 수 있다.
상기 2개의 A필라를 서로 구조적으로 연결하고, 제1구조적 요소로 형성된 프레임 구조(frame structure)의 강성(rigidity)을 증가시키기 위하여, 상기 제1구조적 요소는 각 A필라의 각 하부 영역에서 2개의 A필라와 함께 구조적으로 연결되기 위한 적어도 하나의 레일링 요소(railing element)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1구조적 요소는 섬유 강화 플라스틱으로 형성되고, 상기 레일링 요소에 연결되는 변형 저항 단부 벽(deformation-resistant end wall)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 변형 저항 단부 벽은 차량 전단 모듈 구조의 단부 면을 형성하는 레일링 요소를 포함하고, 이에 따라 침입으로부터 자기 지지 프레임 구조(self-supporting frame structure)에 수용된 차량의 운전자 운전석을 보호할 수 있다. 따라서, 충돌 정면 벽(collision front wall)은 차량 전단 모듈 구조의 연결 사이드 단부 면(coupling-side end face)의 적어도 하나의 영역(section)을 형성하도록 제공될 수 있으며, 상기 레일링 요소 및/또는 단부 벽은 대상물 침투의 방지에서 중요한 구조적 부재(important structural member)를 구성한다. 이는 충돌 발생시 차량 운전자의 운전석에 대응하는 자기 지지 프레임 구조에 형성된 공간으로 요소들이 관통하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 물론, 다른 휨 크로스부재 구조(flexural crossmember structures) 또한 충돌 정면 벽(collision front wall)을 형성하는데 적합하다.
바람직하게 상기 충돌 정면 벽을 형성하는 단부 벽은 다른 섬유 강화 플라스틱/섬유 강화 플라스틱 샌드위치 구성요소로 형성될 수 있으며, 특히, 유리(glass), 아라미드(aramid), 다이니마(Dyneema) 및/또는 탄소 섬유(carbon fiber)의 강화 재질로 형성될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 섬유 강화 샌드위치 구조가 고려될 수 있다. 상기 구조적 배치 및 "단부 벽" 구조적 구성요소의 구조로 인해, 상기 단부 벽은 레일링 요소와 함께 차량 전단 모듈의 전체 자기 지지 구조를 안정(stabilize)시키기 위한 결정적인 구조적 연결 요소를 구성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 예를 들어 제1구조적 요소에 의해 형성된 레일 차량 전단 모듈의 (단단한) 프레임 구조에 일체화된 에너지 흡수 구조와 같이 제2구조적 요소을 특징적으로 포함한다. 바람직하게 본 발명에 따른 차량 전단 모듈은 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소를 포함하는 제2구조적 요소를 제공하며, 제1에너지 흡수 요소는 임계 충격력(critical impact force)을 초과하는 힘에 대응하도록 구성되며, 제1구조적 구성요소의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴(non-ductile destruction)에 의해 제1구조적 구성요소로 안내된 충격력이 전달되는 동안 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수한다. 상기 섬유 강화 플라스틱에 의해 에너지가 흡수될 시 에너지 흡수 요소의 비연성 파괴에 의해, 에너지 흡수는 전달된 충격 에너지가 취성 파괴 에너지(brittle fracture energy)로 변환됨에 따라 이루어지고, 상기 에너지 흡수 요소의 섬유 강화 플라스틱의 적어도 일부는 마모(frays)되거나 분쇄(pulverized)되고, 이에 따라 상기 에너지 흡수 요소가 파괴된다.
이러한 마모 및 분쇄 기술은 에너지 흡수와 관련하여 높은 하중 계수(load factor)를 가지며, 예를 들어 금속의 압축(compression) 또는 변형(deformation) 튜브(확장 또는 축소튜브)가 흡수할 수 있는 것에 비해, 명백히 중량 대비 및 구조적으로 공간 대비 상당히 많은 양의 에너지가 흡수될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 레일 차량 전단 모듈의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 전단 모듈의 차량 전단 모듈 구조의 제1실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도1의 차량 전단 모듈 구조를 도시한 측면도이다.
도 3은 외부 구조가 적용된 도 1의 구조를 갖는 제1실시예에 따른 차량 전단 모듈 구조를 도시한 측면도이다.
도 4는 하부 부위에 사이드 스트럿(side strut)이 부착되고 상부 부위에 루프 구조가 부착된 A필라를 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 사이드 스트럿을 도시한 사시도이다.
도 6은 도1의 차량 전단 모듈에 적용된 루프 구조(roof structure)를 도시한 사시도이다.
도 7은 제1에너지 흡수 요소가 부착된 도 1의 차량 전단 모듈에 적용된 레일링 요소를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 1의 차량 전단 모듈에 적용된 언더캐리지(undercarriage) 구조를 도시한 부분 절단 사시도이다.
도 9는 도 8의 언더캐리지 구조의 구성요소를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 8의 언더캐리지 구조에 적용된 제3에너지 흡수 요소를 도시한 절단 측면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 제3에너지 흡수 요소를 도시한 분해도이다.
도 12는 도 10의 제3에너지 흡수 요소를 상세하게 도시한 도면이다.
도 13은 도 8의 언더캐리지 구조에 적용된 제4에너지 흡수 요소를 도시한 부분 절단 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 제4에너지 흡수 요소를 도시한 분해도이다.
도 15는 제4에너지 흡수 요소의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 도 8의 차량 전단 모듈 구조에 적용된 언더캐리지 가드(underride guard)의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 17은 언더캐리지 가드의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 18은 언더캐리지 가드의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 19는 차량 전단 모듈 구조의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 차량 전단 모듈에 사용될 수 있는 차량 전단 모듈 구조(100)의 제1실시예를 설명하기로 한다.
구체적으로, 도 1은 차량 전단 모듈 구조(100)의 제1실시예의 사시도를 도시한다. 도 2는 도 1의 차량 전단 모듈 구조(100)의 측면도를 도시한다. 도 3은 외부 구조(external design)(102)가 적용된 도 1 또는 도 2의 차량 전단 모듈 구조(100)의 제1실시예에 따른 차량 전단 모듈의 측면도를 도시한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 도시된 상기 차량 전단 모듈 구조(100)는 레일 차량(명확하게 도시되지 않음)의 전단에 결합되기 위해 구성된다. 도 4 내지 도 18을 참조하면, 상기 차량 전단 모듈 구조(100)는 전체적으로 후술할 구조적 요소(structural elements)로 형성된다. 상기 차량 전단 모듈 구조(100)로 이루어진 구조적 요소는 전체적으로 섬유 강화 플라스틱(fiber-reinforced plastic)으로 형성되며, 일체화된(integrated) 또는 혼합된 구조물로 다르게 형성될 수도 있다. 간단한 구조를 갖는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질 구조의 견고함(sturdiness) 및 제조(manufacturing)에 관련된 이점을 고려하여 레일 차량 전단 모듈이 가능한 최대로 일체화된 구조가 되도록 제공될 수 있다.
섬유 강화 플라스틱은 폴리머 매트릭스 시스템(polymer matrix systems)에 포함된 강화 섬유로 형성된다. 상기 매트릭스는 미리 결정된 위치에서 상기 섬유를 포함하지만, 상기 섬유 사이에 하중을 전달하고, 외부 영향(external influences)으로부터 상기 섬유를 보호하며, 상기 보강 섬유는 하중을 수용하는(load-bearing) 기계적 특성을 부여한다. 유리(glass), 아라미드(aramid) 및 탄소(carbon) 섬유들은 특히 강화 섬유로써 적합하다. 왜냐하면 그들의 연성(ductility)에 의해 아라미드 섬유만이 오직 상대적으로 낮은 강도(low rigidity)를 가지기 때문에, 유리 및 탄소 섬유들은 차량 전단 모듈 구조(100)를 위한 각 에너지 흡수 요소의 구조에 적합하다. 반면, 아라미드 섬유는 예를 들어 충돌시 구조물로부터 차량 전단 모듈의 자기 지지 구조(self-supporting structure) 내에서 차량 운전자의 운전석(101)을 보호하기 위한 변형 저항력을 갖는 단부 벽(15)을 구성하는데 적합하다.
바람직하게 상기 차량 전단 모듈 구조(100)의 각각의 구조적 요소의 구조는 특정 섬유 구조(fiber architecture)에 의해 구현된다. 각각의 특정 레이어(layer) 구조는 요구되는 하중 조건(load condition)에 적용되는 구조적 요소의 특성을 유지하기 위해 적용된다. 특히, 탄소 섬유 강화 플라스틱의 사용은 변형 저항(deformation-resist)을 형성하는 구조적 요소를 위한 재질과 같이 적용되며, 차량 전단 모듈(100)의 자기 지지 구조는 매우 높은 강도를 갖는 재질과 같이 된다. 상기 매트릭스 시스템(matrix systems)을 포함하는 재질 및 제조 방법을 위한 레이어(layer)/샌드위치 구조(sandwich construction)의 구체화에 의해, 예를 들어, 전단력 및 토크(transverse forces and torque)와 같이, 상기 차량의 길이 방향에 대응되는 큰 충격력의 길이 방향을 따른 하중이 흡수될 뿐만 아니라, 작동하는 동안 및 충돌시 상기 공간을 유발하는 다른 하중도 모두 흡수된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 차량 전단 모둘 구조(100)은 전체적으로 섬유 강화 플라스틱의 구조적 요소로부터 형성된 것이 특징이며, 차량 전단 모듈 구조(100)를 형성하는 구조적 요소는 에너지를 흡수하는 구조적 요소("제2구조적 요소")뿐만 아니라 에너지를 흡수하지 않는 구조적 요소("제1구조적 요소") 를 모두 포함한다. 상기 제1구조적 요소는 함께 직접적으로 연결되도록 구성되어 실질적으로 변형 저항을 형성하고, 자기 지지 전단 구조는 차량 운전자의 운전석(101)을 수용한다.
도면에는 차량 전단 모듈 구조(100)의 일 실시예가 개시된다. 특히, 2개의 A필라(10,10')는 차량 전단 모듈 구조(100)의 측면에서 제1구조적 요소의 일부와 같이 배치되며, 실질적으로 변형 저항이 형성된다. 루프 구조(11)와 같은 차량 전단 모듈 구조(100)의 자기 지지 구조는 2개의 A필라(10,10')의 각 상부 영역에 고정적으로 연결된다. 예를 들어 도 1에 따른 차량 전단 모듈 구조(100)의 실시예에서는 사이드 스트럿(12,12')이 2개의 A필라(10,10')의 각 하부 영역에 고정적으로 연결되고, 상기 제1구조적 요소의 다른 일부인 레일 차량(명확하게 도시되지 않음)의 차체 구조(car body structure)에 충격력을 전달한다.
도 4는 사이드 스트럿(12) 및 루프 구조(11)에 연결된 A필라(10)의 측면도를 도시하고, A필라(10), 사이드 스트럿(12) 및 루프 구조(11)의 조합은 도 1에 도시된 차량 전단 모듈 구조의 실시예에 사용된다.
도 5는 사이드 스트럿(12)의 사시도를 도시한다.
더욱이, 차량 전단 모듈 구조(100)를 자기 지지하는 변형 저항을 형성하는 상기 제1구조적 요소를 위해, 도시된 차량 전단 모듈 구조(100)의 실시예는 먼저 언급된 변형 저항력을 갖는 단부 벽(deformation-resistant end wall)(15) 뿐만 아니라 레일링 요소(railing element)(14)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 도 1의 실시예에서 사용된 루프 구조(11)를 도시한다.
상기 제1구조적 요소 이외에도, 본 발명에 따른 차량 전단 모듈 구조(100)는 예를 들어, 에너지 흡수 구조적 요소와 같은 전술한 제2구조적 요소를 포함한다. 상기 제2구조적 요소는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소(20,20')에 있다. 이에 따라, 도 1에 도시된 레일링 요소(14)의 전단에 배치되기 위한 적어도 하나의 에너지 흡수 요소, 및 도 7에서 도시된 정확히 2개의 제1에너지 흡수 요소(20,20')가 제공된다.
상기 레일링 요소(14)의 전단에 배열되는 제1 에너지 흡수 요소(20,20')는 섬유 복합재(fiber composite)/섬유 복합재 샌드위치 재질(fiber composite sandwich material)로 형성되고, 임계 충격력(critical impact force)을 초과하는 힘에 대응하도록 구성되며, 상기 제1에너지 흡수 요소(20,20')의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴(non-ductile destruction)에 의해 상기 제1에너지 흡수 요소(20,20')로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부가 흡수된다.
한편, 상기 제2구조적 요소는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 제2에너지 흡수 요소(21,21')를 포함하며, 차량 전단 모듈(100)의 지지 구조(supporting structure)의 2개의 A필라(10,10')에 결합된다. 도 1에 도시된 차량 전단 모듈 구조의 실시예에서, 제2에너지 흡수 요소(21,21')는 각각 차량 전단 모듈 구조(100)의 전단에 위치하는 A필라(10,10')의 표면에 배열된다. 상기 제1에너지 흡수 요소(20,20') 및 상기 제2에너지 흡수 요소(21,21')는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성되고, 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하도록 구성되고, 상기 제2에너지 흡수 요소(21,21')의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴에 의해 상기 제2에너지 흡수 요소(21,21')로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부가 흡수된다.
상기 제1 및 제2에너지 흡수 요소(20,20',21,21')은 고정적으로 부착(fixedly attached)되며, 바람직하게 재료결합(material fit)으로 결합될 수 있고, 특히, 예를 들어 레일링 요소(14) 및 A필라(10,10')와 같은 제1구조적 요소에 대응하여 접착제로 접착될 수 있다.
상기 사이드 스트럿(12,12'), A필라(10,10') 및 루프 구조(11)은 함께 고정적으로 연결되어 자기 지지를 형성하고, 변형 저항력을 갖는 전단 구조는 내충격성(crashworthy) 뿐만 아니라 작동중 안정성(operationally secure)을 갖도록 구성되며, 제어 가능하게 분산(dissipate)되고, 상기 운전자의 운전석 및 차량 전단 모듈에 부착된 레일 차량의 차체 구조에 작용하는 가속도(accelerations) 및 힘을 제한하기 위하여, 충돌시 상기 차량 전단 모듈 구조(100)로 안내되는 상기 충격 에너지의 일부는 변형 저항 차량 전단 모듈 구조(100)를 통한 상기 제2구조적 요소에 의해 먼저 흡수되지 못한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 사이드 스트럿(12,12') 및 A필라(10,10')는 지지 재질(supporting material)로 이루어진 섬유 강화 플라스틱 중공 프로파일을 포함하며, 예를 들어, 발포체(foam)는 상기 사이드 스트럿(12,12') 및 A필라(10,10')의 강도를 각각 증가시키기 위해 채워진다. 한편, 섬유 강화 플라스틱 재질의 샌드위치 구조에서는 상기 루프 구조(11)를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 레일링 요소(14)는 본질적으로 2개의 A필라(10,10')에 연결하기 위해 제공되며, 상기 레일링 요소(14)는 2개의 A필라(10,10')의 하부 영역에 각각 연결된다. 충돌시 침입(intrusion)으로부터 자기 지지 구조(self-supporting structure)에 수용된 차량 운전자의 운적석(101)을 보호하기 위하여, 전술한 변형 저항 단부 벽(15)은 레일링 요소(14)에 연결되어 차량 전단 모듈 구조(100)의 단부 면(end face)을 형성한다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 도 1의 차량 전단 모듈 구조(100)에 제공된 언더캐리지 구조(16)를 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 언더캐리지 구조(16)는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성되며, 차량 전단 모듈 구조(100)의 제1구조적 요소에 연결되어 운전자의 운전석(101)의 바닥(floor) 및 차량 전단 모듈 구조(100)의 베이스를 각각 형성한다.
특히, 도 8에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 상기 언더캐리지 구조(16)는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 상면 요소(16a), 및 마찬가지로 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성되며 상기 상면 요소(16a)로부터 이격되게 배치되는 하면 요소(16b)를 포함하고, 상기 표면 요소(16a,16b)는 다른 하나로부터 이격되게 배치된다. 섬유 강화 플라스틱 스트럿(16c)는 상부 및 하면 요소(16a, 16b) 가 서로 고정적으로 연결될 수 있도록 추가적으로 제공된다.
본 발명의 차량 전단 모듈 구조(100)의 실시예에서 2개의 제3에너지 흡수 요소(22,22')는 언더캐리지 구조(16)의 내부에 수용되고, 이들 제3에너지 흡수 요소(22,22')는 각각 충돌 버퍼(crash buffer)를 구성한다.
한편, 도 1의 차량 전단 모듈 구조(100)의 실시예는, 중앙 버퍼 커플링(30) 뿐만 아니라, 본질적으로 제4에너지 흡수 요소(23)로 구성된 통합된 에너지 흡수 요소를 갖는 충돌 커플링(crash-coupling), 및 베어링 블록(31)을 포함한다. 도 9에서 도시된 바와 같이, 상기 제4에너지 흡수 요소(23)는 충격 방향을 따라 베어링 블록(31)의 후방 언더캐리지 구조(16)의 내부에 배열되고, 중앙 버퍼 커플링(30)을 통해 언더캐리지 구조(16)로 안내되는 충격 에너지의 적어도 일부가 역행 불가능하게(irreversibly) 흡수되기 위해 제공된다.
이하에서는 도 10 내지 도 12를 참조하여 제3에너지 흡수 요소(충돌 버퍼)의 실시예의 구조 및 기능에 대해 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11으로부터 확인할 수 있듯이, 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')는 본질적으로 가이드튜브(60) 및 압력튜브(62)로 구성된다. 구체적으로, 상기 압력튜브(62)는 플런저와 같이 형성(plunger-configured)되고, 상기 압력튜브(62)를 마주하는 상기 가이드튜브(60)의 적어도 연결부분은 실린더(cylinder)와 같이 형성된다. 가이드튜브(62)를 마주하며 플런저와 같이 형성된 압력튜브(60)의 연결부분(section)은 실린더와 같이 형성된 가이드튜브(60)의 연결부분(section)의 내부에 텔레스코픽방식(telescopically)으로 수용된다.
상기 가이드튜브(60)는 섬유 강화 플라스틱으로 일체형(one-piece)으로 형성된다. 특히, 상기 가이드튜브(60)는 에너지 흡수 연결부분(energy-absorbing section)(61) 및 에너지 흡수 연결부분에 연결되는 가이드 연결부분(guide section)를 포함한다.
특히, 도 12에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 베벨(bevel)은 에너지 흡수 연결부분(61)와, 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62) 충돌에 대항하는 스토퍼(stop)(63)를 형성하는 가이드 연결부분의 사이에서의 변형을 제공한다. 구체적으로, 상기 가이드튜브(60)은 상기 스토퍼(63)를 형성하도록 내부에 배치되는 돌기(projection)를 포함하는 섬유 강화 플라스틱 관형 몸체(tubular body)와 같이 구성된다. 한편, 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62)는 내부 챔버(66)(도 12 참조)를 포함하는 관형 몸체와 같이 구성된다.
물론, 본 발명에서는 가이드튜브(60) 및 압력튜브(62)가 원형 단면 형상으로 형성된 예를 들어 도시하고 있지만, 가이드튜브 및 압력튜브가 예를 들어, 타원형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 오각형 단면 형상과 같은 다른 단면 형상을 가질 수도 있다.
도 12에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 원칙적으로 가이드튜브(60)를 마주하도록 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62)의 연결부분(section) 의 전단에 직접적인 충돌(directly strike)에 대항하기 위한 에너지 흡수 연결부분(61)의 스토퍼(63)를 형성하는 것도 고려될 수 있다. 한편, 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62)의 전단에 원뿔링(conical ring)(64)을 제공하는 것도 고려될 수 있으며, 상기 원뿔링(64)은 상기 가이드튜브(60)(도 10 및 도 11 참조)의 스토퍼(63)에 충돌된다. 따라서, 상기 원뿔링(64)은 압력튜브(62)의 전단에 고정적으로 연결될 수 있다.
상기 가이드튜브(60)의 가이드 연결부분은 도 10 및 도 11에 도시된 실시예의 가이드튜브와 같이 구성되며, 상기 가이드튜브(60)의 가이드 연결부분의 내경은 플런저와 같이 콘 형상으로 형성된 압력튜브(62)의 외경보다 크다. 이렇게 함으로써, 가이드튜브(60)를 마주하는 압력튜브(62)의 연결부분(section)은 가이드튜브(6)의 내부에 텔레스코픽 방식으로 수용될 수 있다.
특히, 도 10에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 전체적으로 관형 가이드 튜브(60)는 압력튜브(62)(도 12 참조)의 외경보다 작은 에너지 흡수 연결부분(61)의 내부에서 내경을 갖는다. 상기 베벨(63)은 가이드 연결부분 및 에너지 흡수 연결부분(61)의 사이에서의 변형을 제공하고, 결국 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62)의 충돌에 대항하는 스토퍼를 제공한다. 상기 압력튜브(62)를 위한 트리거 영역(trigger area)과 같은 변화 연결부분(transition section)의 구조적 형상(structural design)은 섬유 복합재 에너지 흡수 요소(압력튜브(62))의 초기 힘의 최고점(initial force peaks) 및 힘-변형(force-deformation) 반응에 결정적으로 영향을 미친다.
도 10 및 도 11에 대표적으로 도시된 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')는 한편으로는, 상기 충격력이 에너지 흡수 요소(22,22')로 안내되도록 구성되며, 특히, 가이드튜브(60)로부터 이격되도록 마주하는 압력튜브(62)의 전단에 안내된 플런저와 같이 형성된 압력튜브(62)로 안내되도록 구성된다. 이 때문에, 가이드튜브(60)로부터 이격되도록 마주하는 압력튜브(62)의 전단에 클라이밍 가드(climbing guard)(65)를 설치하는 것을 고려할 수 있다.
상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')의 활성화(activation)를 위한 임계 충격력(critical impact force)은 특히, 변화 영역(트리거 영역, 스토퍼(63))에서 재질 특성 및 구조적 형상에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')의 활성화를 위한 임계 충격력은 에너지 흡수 연결부분(61)의 재질 특성 및 구조적 형상에 의해 결정될 수 있다. 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')의 활성화시, 에너지 흡수 연결부분(61)의 내부 벽의 섬유 복합재 재질은 가이드튜브(60)에 대한 에너지 흡수 연결부분(61)의 이동 방향을 따라 압력튜브(62)에 의해 비연성적으로(non- ductilely) 마모(frayed)된다.
상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 이동 방향을 따라 압력튜브(62)가 오직 에너지 흡수 연결부분(61)의 내부 벽을 형성하는 에너지 흡수 연결부분(61)의 재질의 비연성 마모(non-ductile fraying)를 초래하는 과정은 필수적이다. 에너지가 흡수되는 동안, 상기 압력튜브(62)가 상기 가이드튜브(60)의 내부로 더욱 이동(pushes)함에 따라, 에너지 흡수 연결부분(61)의 내부 영역이 연마(abrading)된다. 상기 연마(abrading)는 에너지 흡수 연결부분(61)의 재질의 마모(fraying)의 원인이 되고, 이에 따라 에너지 흡수 연결부분(61)의 외부 벽은 영향을 받지 않고 유지된다. 에너지 흡수 연결부분(61)의 외부 벽은 상기 가이드튜브(60)에 대한 압력튜브(62)의 이동을 가이드하기 위한 가이드 표면(guide surface)과 같이 제공된다.
따라서, 에너지 흡수 연결부분(61)의 섬유 복합재 재질이기는 하지만, 예시되어 있지 않지만, 상기 제3에너지 흡수 요소(22)의 활성화시 압력튜브(62)의 재질은 마모될 수 있으며, 압력튜브(62)의 전단은 상기 에너지 흡수 연결부분(61)보다 높은 강도(rigidity)를 갖는다.
특히, 도 12에 도시된 바에서 알 수 있듯이, 플런저와 같이 구현된 압력튜브(62)는 가이드튜브(60)를 마주하는 전단에서 개방된 중공 몸체(open hollow body)와 같이 구성되며, 상기 중공 바디는 내부 챔퍼(inner chamfer)(66)를 포함한다. 상기 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분(61)의 일부분(fractions)은 가이드튜브(60)에 대한 압력튜브(62)의 이동시 중공 몸체의 내측에 수용된다. 이와 같은 구조는 에너지 흡수 연결부분(61)의 마모시 섬유 강화 플라스틱 재질의 일부분이 외측으로 배출(exit)될 수 없게 하는 이점을 갖는다.
이하에서는 도 13 내지 도 15를 참조하여 차량 전단 모듈 구조(100)의 언더캐리지 구조(16)에 제공되는 바와 같이 제4에너지 흡수 요소(23)의 가능한 실시예를 설명하기로 한다.
특히, 상기 제4에너지 흡수 요소(23)는 충돌시 중앙 버퍼 커플링(30)을 통해 언더캐리지 구조(16)로 안내되는 충격력의 흡수를 위해 제공된다. 이 때문에, 상기 제4에너지 흡수 요소(23)는 중앙 버퍼 커플링(30)에 의한 수평 및 수직 회전 결합부(horizontal and vertical swivel mounting)에서 충격 방향을 따라 베어링블록(31)의 후방에 배치된다.
상기 제4에너지 흡수 요소(23)는 압력튜브(62) 뿐만 아니라, 바람직하게 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 가이드튜브(60), 충돌튜브(crash tube)(61)를 포함한다. 구체적으로, 도 13에 도시된 실시예에서, 상기 충돌튜브(61)은 중앙 버퍼 커플링을 마주하는 가이드튜브(60)의 연결부분(section)에 텔레스코픽 방식으로 수용되고, 상기 압력튜브(62)는 반대쪽에 위치한 연결부분(section)에 텔레스코픽 방식으로 수용된다. 테이퍼링(tapering)(64)는 충돌튜브(61) 및 압력튜브(62)의 사이에 배치되며, 예를 들어 원뿔링(conical ring) 형상을 갖는다. 충돌 발생시, 상기 커플링(30)의 연결 요소는 베어링블록(31)로부터 이격되게 분리(break)된다. 상기 가이드튜브(60)로 안내된 커플링은 배플 플레이트(32)에 대항하여 가압된다. 상기 배플 플레이트(32)는 가이드튜브(60)에 대한 충돌튜브(61)의 이동 방향을 따라 압력튜브(62)로 충격력을 안내한다. 이렇게 함으로써, 상기 압력튜브(62)는 테이퍼링(64)을 통해 충돌튜브(61)에 대항하여 가압된다. 정의된 변형력(defined deformation force)에 도달할 시, 상기 테이퍼링(64) 및 압력튜브(62)는 충돌튜브(61)을 통해 가압(forced)된 후, 비연성적으로(non- ductilely) 마모되고, 이에 따라 충격력의 전달에서 발생되는 충격 에너지의 적어도 일부분이 흡수된다. 상기 충돌튜브(61)의 변형된(deformed) 또는 마모된(frayed) 재질은 이 때문에 압력튜브(62)에 잔류(remains)된다.
도 10 및 도 11을 참조하면 전술한 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')의 경우, 섬유 강화 플라스틱으로 형성될 수 있는 제4에너지 흡수 요소(23)의 모든 구성요소를 위해 적용된다. 필요에 따라서는 상기 테이퍼링(64)이 금속 구조일 수도 있다.
도 15는 제4에너지 흡수 요소(23)의 다른 실시예를 도시한다. 도 13 및 도 14의 에너지 흡수 요소(23)의 경우, 및 도 15에 도시된 실시예 역시 지지 또는 압력 튜브(62), 테이퍼링(64), 가이드튜브(60) 및 충돌튜브(61)로 구성될 수 있으며, 이러한 경우에도, 상기 충돌튜브(61)은 중앙 버퍼 커플링(30)을 마주하는 가이드튜브(60)의 연결부분(section)에 제공된다. 충돌시, 상기 커플링(30)은 베어링 블록(31)으로부터 분리될 수 있으며, 상기 베플 플레이트(32)에 대항하여 가압될 수 있다. 상기 베플 플레이트(32)는 충돌튜브(61)로 충격력을 안내하고, 상기 충돌튜브(61)은 테이퍼링(64)으로 가압된다.
변형력 레벨(deformation force level)에 도달할 시, 상기 충돌튜브(61)은 테이퍼링(64)를 통해 가이드튜브(60)(도 12 참조))의 일부일 수 있는 압력튜브(62)로 가압된다. 상기 에너지의 흡수는 다시 충돌튜브(61)의 테이퍼링을 통해 이루어진다. 충돌튜브(61)의 변형된 또는 마모된 재질은 압력튜브(62)에 잔류된다.
도 16은 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 언더캐리지 가드(24)의 사시도를 도시한다. 상기 언더캐리지 가드(24)는 도 1에 도시된 차량 전단 모듈 구조(100)의 언더캐리지 구조(16)의 저면에 고정되고, 충격력의 전달시 발생하는 충격 에너지의 적어도 일부를 제어된 변형(controlled deformation)에 의해 흡수하기 위해 구성되며, 임계 충격력의 초과시 언더캐리지 가드(24)로 안내된다.
도 17 및 도 18은 언더캐리지 가드(24)의 다른 실시예를 도시한다.
특히, 다른 각 실시예의 언더캐리지 가드(24)는 레일 시스템(17)에 의해 언더캐리지 구조(16)에 연결된다.
도 17에 도시된 실시예에서, 상기 언더캐리지 가드(24)는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성되고, 복수개의 에너지 흡수 요소(25, 25', 26, 26') (정면 영역에 2개, 및 후면 영역에 2개)를 포함한다. 상기 에너지 흡수 요소(25,25')는 다양한 변형힘 레벨(deformation force levels)에서 정면 영역의 충돌 에너지를 먼저 흡수하고, 그 후 상기 언더캐리지 가드(24)는 제2에너지 흡수 요소(26,26')에 레일(17) 내부로 가압된다.
도 18에 도시된 언더캐리지 가드(24)의 실시예에서, 충돌시 상기 언더캐리지 가드(24)는 가이드 레일(17)을 따라 충돌요소(25,25')에 가압된다.
도 19는 차량 전단 모듈 구조(100)의 다른 실시예의 일부를 도시한다. 특히, 이 실시예의 특징은 A필라(10)에 있으며, 도 19에는 명료함 향상(sake of clarity)을 위해 2개의 A필라 중 오직 하나만 도시된다. 도 19에 도시된 실시예의 A필라(10)는 전체적으로 휘어진(curved) 구조를 가지며, A필라(10)로 안내된 힘은 어떠한 추가적인 사이드 스트럿 없이 언더캐리지(16)로 직접적으로 전달될 수 있다. 이와 같은 특별한 변형은 충돌시 A필라(10)의 가역 압축(reversible compression)을 가능하게 한다.
상기 충돌버퍼(22,22')는 말굽 형상(horseshoe-shaped)의 언더캐리지(16)에 일체(integrated)로 제공될 수 있으며, 상기 커플링 연결(coupling connection)은 일체화된 지지튜브(23)에 의해 이루어진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예에 의해 한정되지 않으며, 개시된 바와 같은 모든 특징의 포괄적인 검토로부터 구현될 수 있다.
10, 10' : A 필라
11 : 루프 구조(루프 B3)
12, 12' : 사이드 스트럿(사이드 스트럿 B1)
14 : 레일링 요소(레일링 B4)
15 : 단부벽(단부벽 B5)
16 : 언더캐리지 구조(하부 구조 B6)
16a : 언더캐리지 구조의 상면 요소
16b : 언더캐리지 구조의 하면 요소
16c : 언더캐리지 구조 스트럿
17 : 언더라이드 가드의 가이드 레일/레일 가드
20, 20' : 제1에너지 흡수 요소(에너지흡수 요소 B10)
21, 21' : 제2에너지 흡수 요소(에너지흡수 요소 B9)
22, 22' : 제3 에너지 흡수 요소(충돌 버퍼 B7)
23 : 제4에너지 흡수 요소(충돌 커플링 B8)
24 : 레일 가드(레일 가드 B11)
25, 25' : 제5에너지 흡수 요소(레일 가드의 일부)
26, 26' : 제6에너지 흡수 요소(레일 가드의 일부)
30 : 중앙 버퍼 커플링
31 : 베어링 블록
32 : 베플 플레이트
60 : 가이드튜브
61 : 에너지 흡수 연결부분/충돌튜브
62 : 지지튜브
63 : 베벨/스토퍼
64 : 테이퍼링/원뿔형링
65 : 클라이밍 가드
66 : 내부 챔퍼
100 : 차량 전단 모듈/차량 전단 모듈 구조
101 : 차량 운전자 운전석
102 : 외부 피복

Claims (39)

  1. 철도차량과 같은 궤도차량의 전단(front-end)에 결합하기 위한 차량 전단 구조(100)를 갖는 차량 전단 모듈에 있어서,
    상기 차량 전단 구조(100)는 섬유 복합재(fiber composite) 또는 섬유 복합재 샌드위치(fiber composite sandwich) 재질로 형성된 구조적 요소(structural elements)로 전체적으로 구성되고, 상기 차량 전단 구조(100)를 형성하는 상기 구조적 요소는 서로 직접적으로 연결되어 실질적으로 변형 저항(deformation-resistant), 및 차량의 운전자 운전석을 수용하도록 설계된 자기 지지 전단 구조(self-supporting front-end structure)를 형성하는 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)를 포함하며, 상기 차량 전단 구조(100)를 형성하는 상기 구조적 요소는 상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)에 연결되는 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')를 포함하되, 궤도 차량의 충돌시 충격력(impact force)의 전달에 의해 발생되어 상기 구조(100)로 안내되는 충격 에너지(impact energy)의 적어도 일부가 적어도 부분적인 비가역 변형(irreversible deformation) 또는 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')의 적어도 부분적인 파괴(partial destruction)에 의해 분산되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는 서로 연결되도록 구성되어, 충돌시 상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')에 의해 먼저 흡수되지 못한 상기 차량 전단 모듈로 전달된 상기 충격 에너지의 적어도 일부는 상기 차량 전단 모듈에 연결된 상기 철도 차량의 차체 구조(car body structure)로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')는 소정의 임계 충격력(critical impact force)을 초과하는 힘에 대응하고, 상기 충격력 전달 시 발생하여 상기 제1 구조적 요소로 안내되어 취성 파괴 에너지로 전환 및 분산되는 상기 충격 에너지의 적어도 일부를 비가역적(irreversibly) 및 파괴적(destructively)으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 전단 구조(100)는 바람직하게 이동 방향을 마주하는 상기 레일 차량의 경계(interface)에 분리 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  5. 제1 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 변형 저항(deformation-resistant) 및 자기 지지 프레임 구조를 형성하기 위해서, 상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는 상기 전단 모듈 구조(100)의 양쪽에 배치되는 A필라(10,10') 뿐만 아니라 상기 2개의 A필라(10,10')의 상부 영역에 각각 고정적(fixedly)으로 연결되는 루프 구조(11)를 포함하되, 상기 A필라(10,10') 및 상기 A필라(10, 10')에 고정적으로 연결되는 상기 루프 구조(11)는, 충돌시 상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')에 의해 먼저 흡수되지 못하고 상기 차량 전단 모듈로 안내되는 상기 충격 에너지의 일부를 상기 차량 전단 모듈(100)에 연결된 상기 레일 차량의 차체 구조(car body structure)로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 차량 전단 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는, 상기 2개의 A필라(10,10')의 하부 영역에 각각 고정적으로 연결되며, 충돌시 상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')에 의해 먼저 흡수되지 못한 상기 충격 에너지의 일부를 상기 레일 차량의 상기 차체 구조로 전달하기 위해 제공되는 사이드 스트럿(12,12')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 A필라(10,10')는 각각 휘어지게(curved) 형성되고, 상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는 상기 A필라(10,10')의 상부 단부 영역에 고정적으로 연결되는 언더캐리지 구조(16)를 더 포함하되, 충돌시 상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')에 의해 먼저 흡수되지 못하고 상기 A필라(10,10')로 안내된 상기 충격 에너지의 일부를 상기 레일 차량의 상기 차체 구조로 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포제(foam)와 같은 지지 재질(supporting material)로 이루어진 강화 섬유 플라스틱 중공 프로파일로 형성된 상기 사이드 스트럿(12,12') 및/또는 상기 A필라(10,10')는 바람직하게 상기 사이드 스트럿(12,12')의 강도(rigidity)를 증가시키기 위해 상기 A필라(10,10')에 각각 수용된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 루프 구조(11)는 섬유 강화 플라스틱으로 샌드위치 구조(sandwich construction)로 제작된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는 상기 2개의 A필라(10,10')의 구조적 연결을 구현하기 위해 상기 2개의 A필라(10,10')의 각 하부 영역에 함께 연결되는 레일링 요소(railing element)(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는, 상기 레일링 요소(14)에 연결되며, 충돌시 침입으로부터 상기 자기 지지 프레임 구조에 수용된 상기 차량 운전자 운전석을 보호하기 위하여 상기 프레임(100)의 단부 면(end face)을 형성하는 변형 저항 단부 벽(deformation-resistant end wall)(15)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단부 벽(15)은 다른 섬유 복합재 구성요소로 형성되며, 특히, 유리 섬유 강화(glass-fiber reinforced), 아라미드(aramid), 다이니마(Dyneema) 및/또는 탄소 섬유 강화 구성요소(carbon fiber-enhanced components)로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')는 섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소(20,20')를 포함하되, 상기 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소(20,20')는 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하기 위해 구성되며, 상기 제1 에너지 흡수 요소(20,20')의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴(non-ductile destruction)에 의해 상기 제1에너지 흡수 요소(20,20')로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 상기 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수하고, 상기 적어도 하나의 제1에너지 흡수 요소(20,20')는 상기 레일링 요소(14)의 전단에 배치된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 에너지 흡수 요소(21,21')를 포함하되, 상기 적어도 하나의 에너지 흡수 요소(21,21')는 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하기 위해 구성되며, 상기 제2에너지 흡수 요소(21,21')의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴에 의해 상기 제2에너지 흡수 요소(21,21')로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 상기 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수하고, 상기 적어도 하나의 제2에너지 흡수 요소(21,21')는 상기 차량 전단 모듈의 전단을 마주하는 A필라(10,10')의 표면 양쪽에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 에너지 흡수 요소(20, 20'; 21, 21')는 바람직하게 재료결합(material fit)으로 상기 제1구조적 요소(10, 10', 14)에 고정적으로 연결되고, 특히, 접착제로 접착된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 복합재/ 섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 상기 언더캐리지 구조(16)는 상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)의 적어도 하나의 일부에 연결되며, 상기 차량 운전자 운적석(101)의 베이스를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 언더캐리지 구조(16)는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 상면 요소(upper surface element)(16a), 섬유 강화 플라스틱으로 형성되며 상기 상면 요소(16a)로부터 이격되게 배치되는 하면 요소(lower surface element)(16b), 뿐만 아니라 섬유 강화 플라스틱으로 형성되며 상기 상부 및 하면 요소(16a, 16b)를 서로 고정적으로 연결하는 스트럿(16c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')는 적어도 하나의 제3에너지 흡수 요소(22,22')를 포함하되, 상기 적어도 하나의 제3에너지 흡수 요소(22,22')는 상기 언더캐리지 구조(16)에 수용되고, 미리 결정 가능한 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하기 위해 구성되며, 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')의 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴에 의해 상기 제3에너지 흡수 요소(22,22')로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 상기 충격 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 버퍼 커플링(30)은 베어링 블록(31)을 통해 상기 언더캐리지 구조(16)에 연결(articulated)되도록 제공되며, 상기 제2구조적 요소(20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 24, 24')는 적어도 하나의 제4에너지 흡수 요소(23)를 포함하되, 상기 적어도 하나의 제4에너지 흡수 요소(23)는 상기 언더캐리지 구조(16)의 충격 방향을 따라 상기 베어링 블록(31)의 후방에 배열되고, 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하기 위해 구성되며, 상기 제4에너지 흡수 요소로 안내되는 충격력의 전달시 발생하는 상기 충격 에너지의 적어도 일부는 상기 제4에너지 흡수 요소(23)의 상기 섬유 구조의 적어도 일부의 비연성 파괴에 의해 흡수되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 제3 및/또는 제4 에너지 흡수 요소(22, 22'; 23)는 각각 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 가이드튜브(60), 플런저(plunger) 또는 램(ram)과 같이 형성되며 상기 가이드튜브(60)와 상호 작용(interacts)하는 압력튜브(62)를 포함하되, 임계 충격력의 초과시 상기 에너지 흡수 요소(22, 22'; 23)로 안내되고, 상기 압력튜브(62) 및 상기 가이드튜브(60)는 상기 에너지 흡수 요소(22, 22'; 23)로 안내된 상기 충격 에너지의 적어도 일부가 동시에(simultaneously) 흡수되는 동안 서로를 향해 이동하고, 상기 가이드튜브(60)는 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 적어도 하나의 에너지 흡수 연결부분(energy-absorbing section)(61)을 포함하되, 상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 적어도 일부는 상기 가이드튜브(60)에 대한 상기 압력튜브(62)의 이동시 비연성 방식(non-ductile manner)으로 마모(frays)되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 압력튜브(62)는 상기 가이드튜브(60)을 마주하는 전단에서 개방된 중공 몸체(hollow body open)와 같이 구성되며, 상기 섬유 강화 플라스틱 에너지 흡수 연결부분(61)의 일부(fractions)는 상기 가이드튜브(60)에 대한 상기 압력튜브(62)의 이동시 상기 압력튜브(62)의 내측에 적어도 일부가 수용될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60)에 대한 상기 압력튜브(62)의 이동시 상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 상기 비연성 마모 길이(non-ductile frayed length)는 상기 압력튜브(62) 및 상기 가이드튜브(60)의 사이에서 상대적인 이동으로부터 발생(ensuing)되는 거리에 의존하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60)를 마주하며 플런저(plunger) 또는 램(ram)과 같이 형성된 상기 압력튜브(62)의 연결부분(section)은 상기 가이드튜브(60)에 의해 텔레스코픽방식(telescopically)으로 수용되고, 상기 가이드튜브(60)의 전단을 마주하는 상기 압력튜브(62)의 연결부분(section)은 상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 스토퍼(63)에 대항하여 충돌(strikes)되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 압력튜브(62)의 전단은 적어도 상기 에너지 흡수 연결부분(61)보다 높은 강도(rigidity)를 갖는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서,
    상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 스토퍼(63)에 대항하여 충돌되는 상기 압력튜브(62)의 전단에 원뿔링(conical ring)(64)이 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60)는 상기 압력튜브(62)의 외경보다 큰 내경을 가지고, 상기 가이드튜브(60)을 마주하는 상기 압력튜브(62)의 연결부분(section)은 상기 가이드튜브(60)에 의해 텔레스코픽방식으로 수용 가능한 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60) 및 상기 에너지 흡수 연결부분(61)은 전체적으로(integrally) 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  28. 제26항에 있어서,
    섬유 강화 플라스틱으로 형성된 상기 에너지 흡수 연결부분(61)은 상기 가이드튜브(60)의 내측에 배치되고, 상기 압력튜브(62)의 전단은 상기 압력튜브(62)로부터 이격되도록 마주하는 상기 에너지 흡수 연결부분(61)의 전단에 대항하여 충돌하는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60)에 대한 상기 압력튜브(62)의 이동을 가이드하기 위해 적어도 하나의 가이드 표면(guide surface)이 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드튜브(60)는 완전히 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  31. 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드튜브(62)는 바람직하게 완전히 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  32. 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 흡수 요소(22, 22'; 33)의 반응 작용(response behavior) 및/또는 상기 에너지 흡수 요소(22, 22'; 33)에 의해 흡수될 수 있는 상기 총 충격력(total impact energy)의 양은,
    상기 스토퍼(63)의 구조적 형상(structural design) 뿐만 아니라 상기 벽 두께(wall thickness)의 적절한 선택(appropriate selection) 및/또는 상기 에너지 흡수 연결부분의 강도(rigidity)에 의해 미리 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  33. 제16항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 언더라이드 가드(underride guard) 또는 레일 가드(rail guard)(24)가, 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드는 상기 언더캐리지 구조(16)의 저면에 부착되고, 충격력 전달시 발생하는 상기 충격 에너지의 적어도 일부의 제어된 변형(controlled deformation)에 의해 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드(24)로 안내되는 임계 충격력을 초과하는 힘에 대응하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  34. 제16항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유 복합재/섬유 복합재 샌드위치 재질로 형성된 언더라이드 가드(underride guard) 또는 레일 가드(rail guard)(24)가 제공되되, 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드는 적어도 하나의 가이드레일(17)을 통해 상기 언더캐리지 구조(16)의 저면에 연결되고, 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드(24)는 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드(24)로 안내된 임계 충격력의 초과시 상기 언더캐리지 구조(16)의 대한 상기 차량의 길이 방향을 따라 이동할 수 있으며(displaceable), 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 에너지 흡수 요소(25, 25', 26)가 더 제공되되, 상기 에너지 흡수 요소(25, 25', 26)는, 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드(24)가 상기 언더캐리지 구조(16)에 대해 상대적으로 이동할 때, 상기 에너지 흡수 요소(25, 25', 26)의 섬유 강화 플라스틱은 비연성적으로 파괴(non-ductilely destroyed)됨과 동시에, 충격력의 전달시 상기 언더라이드 가드 또는 상기 레일 가드(24)로 전달된 상기 충격 에너지의 적어도 일부의 흡수가 진행되도록 배치 및 설계되어 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1구조적 요소(10, 10', 11, 12, 12', 14, 15, 16)는 바람직하게 재료결합(material fit)으로 함께 연결되고, 특히, 접착제로 접착된 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 전단 모듈(100)의 자기 지지 구조에 적어도 일부가 연결되는 와이드스크린이 제공되되, 상기 와이드스크린은 적어도 하나의 내부 투명한 표면(inner transparent surface) 및 적어도 하나의 외부 투명한 표면(outer transparent surface)을 포함하며, 상기 내부 및 외부 투명한 표면은 서로 이격되게 배치되며 간극(gap)을 형성하고, 투명한 에너지 흡수 요소는, 특히 투명한 에너지 흡수 발포체(transparent energy-absorbing foam)는 상기 간극에 제공되며, 덜 투명한 에너지 흡수 요소(less transparent energy-absorbing element)는, 특히 투명한 에너지 흡수 발포체는 상기 간극에서 적어도 하나의 외부 표면 요소 및 적어도 하나의 내부 표면 요소의 모서리 영역(edge section)에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 외부 투명한 표면 요소 및/또는 상기 적어도 하나의 내부 투명한 표면요소는 복수개의 간극 형성에 의해 서로 이격되는 복수개의 투명한 표면 요소를 포함하고, 하나의 연결 요소(connecting element), 특히 투명한 에너지 흡수 발포체는 적어도 하나의 모서리 영역에서 복수개의 간극에 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 전단 모듈.
  38. 궤도 차량, 특히 레일 차량에서 제1항 내지 제37항 중 적어도 어느 한 항에 따른 차량 전단 모듈의 이용.
  39. 전단에 제1항 내지 제37항 중 적어도 어느 한 항에 따른 차량 전단 모듈을 포함하는 궤도 차량, 특히 레일 차량.
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