KR20130049338A - 경량 및 충격완화 성능 향상을 위한 경사리브를 구비한 크래쉬박스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경량화에 의한 연비 향상 및 충격 흡수 성능이 향상된 차량의 범퍼빔에 장착되는 크래쉬박스에 관한 것으로,
상기 크래쉬박스는, 평면 단면이 직사각형을 이루는 단일박스층(111)이 가로리브(115)를 가지도록 적층 형성되며, 상기 크래쉬박스의 범버빔(14)과 결합되는 측의 단일박스층(111)의 폭이 넓고, 차체프레임에 결합되는 면의 단일박스층(111)의 폭이 좁도록 형성되어 전체 단면이 사다리꼴 형상으로 구성되어,
충돌시, 부분들이 순차적으로 파괴되는 것에 의채 충격 흡수 성능을 향상시키는 효과를 제공하고, GMT 소재로 제작되는 경우에도 스틸 크래쉬박스와 대등하거나 향상된 충격 흡수 성능을 가질 뿐 아니라 경량화에 의해 연비를 절감시키는 효과를 제공한다.

Description

경량 및 충격완화 성능 향상을 위한 경사리브를 구비한 크래쉬박스{CRASH BOX HAVING LOW WEIGHT AND IMPROVED IMPACT ABSORBTION ABILITY}

본 발명은 차량의 범퍼빔에 장착되는 크래쉬박스에 관한 것으로서, 경량화에 의한 연비 향상 및 충격 흡수 성능이 향상된 크래쉬박스에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 앞뒤에는 충돌 또는 추돌 사고시 자체에 가해지는 충격 에너지를 흡수하여 탑승자의 안전을 도모할 수 있도록 범퍼가 설치된다.

도 1은 종래기술의 차량용 범퍼(10)의 분해사시도이다.

도 1과 종래기술의 범퍼(10)는 차체에 볼트 결합되는 범퍼 스테이의 끝부분에 용접되어 결합되는 범퍼빔(14)과, 상기 범퍼빔(14)의 외측면에 부착되어 차체에 가해지는 충격에너지를 흡수하는 업소버(15)와, 상기 업소버(15)가 감싸지도록 차체에 설치되어 차량의 외측에 노출되는 범퍼 커버(16) 등으로 구성된다.

한편, 상기 범퍼(10)와 차체 프레임 사이에는 저속 충돌시 충격을 흡수하여 차량의 손상을 최소화할 수 있도록 차체프레임에 결합되는 사이드멤버(12)의전면에 고정되는 크래쉬박스(20)가 설치된다.

상기 종래기술의 크래쉬박스(20)는 도 2에서와 같이 측면에 산(21)과 골(22)이 형성되고 내부가 빈 주름관 형상으로 성형되어 추돌시 주름이 오므려지면서 충격을 흡수하는 등의 구조를 가지게 된다.

상기와 같은 종래 차량용 크래쉬박스 구성은 속이 빈 주름관 형상으로 형성되기 때문에 충돌시 충돌 에너지가 한번에 흡수되어 뭉개지거나 큰 반발력을 일으켜서 차량이 손상되기 쉬운 문제점이 있었다.

즉, 크래쉬박스에서 충격을 흡수하는 과정에서 충격 완충효과가 미약하여 사이드멤버의 함몰 또는 확관 등의 변형이 발생되어 차체 전체의 내구성 및 탑승객의 안전성 역시 취약해지는 폐단이 있었다.

이에 따라 충격 완충 효과를 상승시키고, 차체 전체의 내구성 및 탑승객의 안전성을 향상시키기 위한 구조를 가지는 크래쉬박스가 제안되었으며, 도 3은 새로인 제안된 크래쉬박스 중 강철부재를 이용하여 제작된 스틸 크래쉬박스(30)를 나타내는 도면이다.

그러나 상술한 도 3의 스틸 크래쉬박스(30)는 유럽/내수 RCAR 성능 및 북미의 IIHS 성능을 만족시키면서도 충돌에너지 흡수 성능 및 변형 방지 성능을 개선시켰으나, 자체 중량이 무거워 차량의 연비 감소를 초래하는 문제점을 가진다.

따라서 본원 발명은 충격 흡수성능에 있어서 충돌시 충돌되는 전면과 측면부로부터 순차적인 파손이 일어나도록 하여 유럽/내수 RCAR 측면충돌 성능 및 북미의 IIHS 정면충돌(Full Barrier) 성능을 만족시키는 경량 및 충격완화 성능 향상을 위한 경사리브를 구비한 크래쉬박스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명은 또한, 경량화를 이루어 상술한 종래기술의 스틸 크래쉬박스(30)가 가지는 연비 감소의 문제를 해결할 수 있도록 하는 크래쉬박스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 크래쉬박스는, 평면 단면이 직사각형을 이루는 단일박스층(111)이 가로리브(115)를 가지도록 적층 형성되며, 상기 크래쉬박스의 범버빔(14)과 결합되는 측의 단일박스층(111)의 폭이 넓고, 차체프레임에 결합되는 면의 단일박스층(111)의 폭이 좁도록 형성되어 전체 단면이 사다리꼴 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 크래쉬박스는, 또한, 중심부를 중앙박스층(111A)이 적층되어 형성되는 중앙박스부(110)로, 중앙박스부(110)의 양측부 각각은 측면박스층(121)이 적층되어 형성되는 측면박스부(120)로 분할하는 하나 이상의 경사리브(130);를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 경사리브(130)는 중앙박스부(110)와 상기 측면박스부(120)의 경계면을 차량의 길이 방향을 따르는 기준선(L)에 대하여 8°~ 11°의 경사를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경사리브(130)는 상기 크래쉬박스의 범퍼빔(14)과 결합되는 측의 경사리브(130) 사이의 폭이 넓고, 차체프레임에 결합되는 측의 경사리브(130) 사이의 폭이 좁게 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 측면박스부(120) 중 하나 이상은 격자상으로 측면박스층(121)을 컨트롤박스층(141)으로 분할하는 다수의 컨트롤리브(140)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤리브(140) 중 상기 차량의 길이 방향으로 형성되는 컨트롤리브(140)는 상기 경사리브(130)와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 크래쉬박스의 차량의 양 측방향에 각각 위치하는 측면은 박스층이 적층되는 경계면이 요입되어 형성되는 요철면(113)으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본원 발명의 크래쉬박스(100, 100A, 100B) GMT 재질로 제작되는 것에 의해 강철부재로 제작되는 스틸 크래쉬박스에 비해 경량화를 이룰 수 있어 연비 절감면에서 종래의 스틸 크래쉬 박스와 비교하여 향상된 효과를 가진다.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 크래쉬박스(100, 100A, 100B)들은 수평단면이 사다리꼴로 형성되고 사다리꼴 형상으로 폭일 넓은 면이 범버빔(14)을 향해 장착되어, 차량의 정면 또는 측면 충돌시 폭을 넓은 양측면부터 순차적으로 파괴되거나, 경사리브(130)를 따라 측면박스부(120)부터 순차적으로 파괴되거나, 측면박스부(120) 내부의 컨트롤박스층(141)들이 순차적으로 파괴되는 것에 의해 차량의 충돌 시의 충격 흡수 성능을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

또한 본 발명의 크래쉬박스(100, 100A, 100B)는 GMT 재질로 제작되는 것에 의해 경량화를 이루어 차량의 연비를 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1은 종래기술의 자바래형 크래쉬박스(20)가 장착된 범퍼(10)의 분해사시도,
도 2는 도 1의 자바래형 크래쉬박스(20)의 사시도,
도 3은 스틸크래쉬박스(30)가 장착된 범퍼의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 단일박스층 크래쉬박스(100)의 사시도,
도 5는 도 4의 단일박스층 크래쉬박스(100)의 평면도,
도 6은 도 4의 단일박스층 크래쉬박스(100)가 장착된 범퍼의 사시도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 리브형 크래쉬박스(100A)의 사시도,
도 8은 도 7의 리브형 크래쉬박스(100A)의 평면도,
도 9는 도 7의 리브형 크래쉬박스(100A)가 장착된 범퍼의 사시도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)의 사시도,
도 11은 도 10의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)의 평면도,
도 12는 도 10의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)가 장착된 범퍼의 사시도,
도 13은 스틸크래쉬 박스의 사양과, IIHS 정면충돌시험 및 RCAR 측면충돌 시험의 요구사양 및 스틸크래쉬 박스가 장착된 범퍼에 의한 충돌시험 결과를 나타내는 도면,
도 14는 도 11 내지 도 12의 컨트롤리브형 스틸크래쉬박스(콤포지트크래쉬박스)(100B)의 사양과, IIHS 정면충돌시험 및 RCAR 측면충돌 시험의 요구사양 및 컨트롤리브형 크래쉬박스(100)가 장착된 범퍼에 의한 충돌시험 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 본원 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.

이하, 본원 발명의 실시예의 설명에서 단일박스층 크래쉬박스(100), 리브형 크래쉬박스(100A), 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)를 통칭하는 경우 크래쉬박스 또는 크래쉬박스(100, 100A, 100B)로 하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 단일박스층 크래쉬박스(100)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 단일박스층 크래쉬박스(100)의 평면도이며, 도 6은 도 4의 단일박스층 크래쉬박스(100)가 장착된 범퍼의 사시도이다.

도 4 내지 도 6과 같이, 상기 단일박스층 크래쉬박스(100)는 다수의 단일박스층(111)이 차량의 길이 방향으로 적층형성되어 가로리브(115)를 가지도록 형성된다.

이때, 단일박스층 크래쉬박스(100)의 범퍼빔(14, 도 1 참조)에 부착되는 면의 폭은 넓고, 차체프레임에 결합된 사이드멤버(12)에 부착되는 면은 좁게 형성되어 차량의 길이 방향을 따라 수평방향으로 절단한 단면이 도 5와 사디리꼴 형상을 가진다.

또한, 도 4 및 도 5와 같이 차량의 양측방향을 향하는 양측면에는 가로리브(115)가 형성되는 위치가 요입되고 단일박스층(111)의 중심부의 위치의 측면은 돌출되는 것에 의해 반복되는 요철을 가지는 요철면(113)을 가진다. 이렇게 구성된 요철면(113)은 자바라와 같은 기능을 수행하여 충돌 시 접혀지면서 충격을 흡수하게 된다.

그리고 도면에는 미 도시되어 있으나, 상기 단일박스층(111)의 중공부들에는 허니컴 구조가 충진되어 충격흡수 성능 및 강도가 높여진 후 도 6과 같이 범퍼빔(14)에 장착된다.

상술한 구성을 가지는 단일박스층 크래쉬박스(100)는 차량의 범퍼에 적용되는 경우 차량의 정면충돌과 측면충돌 시에 범퍼빔(14) 측의 넓은 폭을 가지는 측면이 요철면(113)의 골에 의해 접혀지면서 먼저 파괴되고 이 후 측면부가 흡수할 수 있는 임계 충격력 이상이 작용하는 경우 중심부가 파괴되는 것에 의해 차량에 작용하는 충격력을 순차적으로 흡수하는 것에 의해 일반적으로 단면이 직사각형 구조를 가지는 크래쉬박스에 비하여 충격 흡수 효율이 현저히 향상된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 리브형 크래쉬박스(100A)의 사시도이고, 도 8은 도 7의 리브형 크래쉬박스(100A)의 평면도이며, 도 9는 도 7의 리브형 크래쉬박스(100A)가 장착된 범퍼의 사시도이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 리브형 크래쉬박스(100A)는 중심부를 중앙박스층(111A)이 적층되어 형성되는 중앙박스부(110)로 분할하고, 중앙박스부(110)의 양측부 각각은 측면박스층(121)이 적층되어 형성되는 측면박스부(120)로 분할하는 하나 이상의 경사리브(130)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 경사리브(130)는 기준선(L)을 기준으로 하여 약 8°~11°의 경사각을 가지도록 형성되며, 이는 RCAR 측면충돌 시험의 충돌각에 대응된다.

이때 상기 경사리브(130)가 리브형 크래쉬박스(100A)의 양측에 형성되는 경우에는 도 7 및 도 8과 같이, 범퍼빔(14)에 부착되는 위치의 중앙박스부(110)의 폭이 넓고, 사이드 멤버(12, 도 1 참조)에 부착되는 위치의 중앙박스부(110)의 폭이 좁도록 하는 경사를 가지도록 형성된다.

상술한 구조를 가지는 리브형 크래쉬박스(100A)는 도 9와 같이 범퍼의 양측에 장착되어 차량의 정면 충돌시에는 차량의 길이방향 중심측에 위하는 내측의 측면박스부(120)가 각각 먼저 파괴된 후, 이 후 차량의 양측부에 위치하는 측면박스부(120)가 파괴된 후, 중앙박스부(110)가 순차적으로 파괴되는 것에 의해 차량에 가해지는 충격을 효율적으로 흡수하게 된다.

상술한 구조를 가지는 리브형 크래쉬박스(100A)는 또한 차량의 측면 충돌시에는 충돌되는 측면 위치에 장착된 리브형 크래쉬박스(100A)의 측면박스부(120)가 경사리브(130)를 따라 먼저 파괴된 후 한 쌍의 리브형 크래쉬박스(100A)의 사이에 위치되는 내측의 측면박스부(120)가 파괴되고, 다시 중앙박스부(110)가 순차적으로 파괴되는 것에 의해 차량에 가해지는 측면 충격 또한 효율적으로 흡수하게 된다.

상술한 바와 같이 상기 경사리브(130)들은 차량의 충돌 시 크래쉬박스들의 부분별 순차적 파괴를 유도하는 기능을 수행한다.

도면에는 도시되지 않았으나, 상기 경사리브(130)가 하나만 형성되는 경우 상기 리브형 크래쉬박스(100A) 좌측 박스부와 우측박스부로 분할 구성된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)의 사시도이고, 도 11은 도 10의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)의 평면도이며, 도 12는 도 10의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)가 장착된 범퍼의 사시도이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)는 리브형 크래쉬박스(100A)의 구조에 더하여, 측면박스부(120)를 형성하는 각각의 측면박스층(121)을 차량의 길이방향과 측방향으로 측면박스층(121)의 영역을 격자상으로 분할하는 컨트롤리브(140)들에 의해 파괴 영역이 구획되는 컨트롤박스층(141)들에 의해 적층 형성되는 컨트롤박스부(150)를 더 포함하여 구성된다.

도 10 내지 도12의 구성에서 상기 컨트롤박스부(150)는 범퍼빔(14)에 장착된 한 쌍의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)의 사이 영역을 향하여 형성되는 측면박스부(120)가 컨트롤박스부(150)로 형성되는 것으로 도시하였으나,크래쉬박스의 양측부 영역 모두 컨트롤박스부(150)로 구성될 수도 있다.

상술한 구조를 가지는 도 10 내지 도 12의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)는 컨트롤리브(140)들에 의해 분할 형성된 다수의 영역으로 분할된 컨트롤박스층(141)들이 각각의 컨트롤리브(140)들에 의해 컨트롤박스층(141)의 개수에 비례하는 횟수로 순차적으로 파괴되는 것에 의해 차량의 충격을 더욱 효율적으로 흡수하게 된다.

상술한 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)에 성능 시험은 본 발명의 크래쉬박스가 GMT로 제작되는 경우 종래기술의 스틸 크래쉬박스와 대등하거나 향상된 충격 흡수 성능을 가지며, 도 13 및 도 14의 비교에 의해 이러한 사실은 자명해진다.

도 13은 스틸 크래쉬 박스의 사양과, IIHS 정면 충돌시험 및 RCAR 측면 충돌시험의 요구사양 및 스틸크래쉬 박스가 장착된 범퍼에 의한 충돌시험 결과를 나타내는 도면이고, 도 14는 도 11 내지 도 12의 컨트롤리브형 스틸크래쉬박스(콤포지트크래쉬박스)(100B)의 사양과, IIHS 정면 충돌시험 및 RCAR 측면충돌 시험의 요구사양 및 컨트롤리브형 크래쉬박스(100)가 장착된 범퍼에 의한 충돌시험 결과를 나타내는 도면이다.

이때 차량 중량은 차체 1530kg과 하중물 78kg, 속도는 IIHS FULL BARRIER 충돌시험은 10KPH로, RCAR 측면충돌 시험은 15KPH로 하여 수행하였다.

실험에 사용된 스틸 크래쉬박스(30)는 도 13 (a)에서와 같이 차량의 배면 범퍼(RR GMT BEAM)에 장착되는 범퍼빔 어셈블리로서, 중량(Weight)은 7.44kg 인 것을 사용하여 실험을 수행하였다. 이때 빔의 하중은 4.54k이고 크래쉬박스의 하중은 2.9kg 이었다. 목표 성능은 한화엘엔씨의 HIMT 빔과 SPFC 590 크러쉬 박스의 성능을 충족하는 것으로 하였다.

그리고 실험에 사용된 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)에 대한 실험은 도 14 (a)에서와 같이 차량의 배면 범퍼(RR GMT BEAM)에 장착되는 범퍼 어셈블리로서, 4.5kg의 빔과 2.3kg의 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)로 구성된 중량 6.84kg 빔어셈블리를 사용하여 수행되었다. 그리고 목표 성능은 였다. 그리고 한화엘엔씨의 HIMT 빔과 GMT RD 40 크러쉬 박스의 성능을 충족하는 것으로 하였다.

도 13 (b)는 스틸 크래쉬박스를 이용한 IIHS FULL BARRIER 충돌시험과 RCAR 충돌시험의 사양 및 분석결과를 나타내는 것으로서, IIHS FULL BARRIER 충돌시험 결과 침입(intrusion) 110mm, 변형(deflection), 70.2, 최대 충격력(Max. Force)은 87KN으로 나타났다.

그리고 RCAR 측면충돌 시험결과는 침입(intrusion) 105mm, 변형(deflection)은 없었으며, 최대 충격력(Max. Force)은 69.9KN으로 나타났다.

도 13 (b)의 표에서 SEPC(mm) 열들 각각은 침입(intrusion), 변형(deflection), 최대 충격력(Max. Force)의 요구 사양을 나타낸다.

다음으로 도 14 (b)는 GMT 소재로 제작된 콤포지트형 컨트롤리브형 크래쉬박스(100B)를 이용한 IIHS FULL BARRIER 충돌시험과 RCAR 충돌시험의 사양 및 분석결과를 나타내는 것으로서, IIHS FULL BARRIER 충돌시험 결과 침입(intrusion) 110mm, 변형(deflection), 70.7, 최대 충격력(Max. Force)은 80KN으로 나타났다.

그리고 RCAR 측면충돌 시험결과는 침입(intrusion) 94mm, 변형(deflection)은 없었으며, 최대 충격력(Max. Force)은 65KN으로 나타났다.

도 14 (b)의 표에서 SEPC(mm) 열들 각각은 침입(intrusion), 변형(deflection), 최대 충격력(Max. Force)의 요구 사양을 나타낸다.

상술한 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 크래쉬박스는 GMT 소재를 이용한 콤포지트형(composite) 형으로 제작되는 경우에도 종래기술의 스틸크래쉬박스와 대응하거나 향사된 충격 흡수 성능을 가진다.

상술한 본 발명의 크래쉬박스들은 GMT 프레스 성형에 의해 제작될 수 있다.

100: 단일박스층 크래쉬박스, 100A: 리브형 크래쉬박스
100B: 컨트롤리브형 크래쉬박스
110: 중앙박스부, 111: 단일박스층, 111A: 중심박스층, 113: 요철면
115: 가로리브, 120: 측면박스부, 121: 측면박스층, 130: 경사리브
140: 컨트롤리브, 141: 컨트롤 박스층, 150: 컨르롤박스부

Claims (8)

1. 차량의 범퍼에 장착되는 크래쉬박스에 있어서,
   평면 단면이 직사각형을 이루는 단일박스층(111)이 적층 형성되며, 상기 크래쉬박스의 범버빔(14)과 결합되는 측의 단일박스층(111)의 폭이 넓고, 차체프레임에 결합되는 면의 단일박스층(111)의 폭이 좁도록 형성되어 전체 단면이 사다리꼴 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
2. 청구항 1에 있어서,
   중심부를 중앙박스층(111A)이 적층되어 형성되는 중앙박스부(110)로 분할하고,
   중앙박스부(110)의 양측부 각각은 측면박스층(121)이 적층되어 형성되는 측면박스부(120)로 분할하는 하나 이상의 경사리브(130);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 경사리브(130)는,
   상기 중앙박스부(110)와 상기 측면박스부(120)의 경계면을 차량의 길이 방향을 따르는 기준선(L)에 대하여 8°~ 11°의 경사를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 경사리브(130)는,
   범퍼빔(14)과 결합되는 측의 경사리브(130) 사이의 폭이 넓고, 차체프레임에 결합되는 측의 경사리브(130) 사이의 폭이 좁도록 형성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 측면박스부(120) 중 하나 이상은 격자상으로 측면박스층(121)을 컨트롤박스층(141)으로 분할하는 다수의 컨트롤리브(140)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 컨트롤리브(140) 중 상기 차량의 길이 방향으로 형성되는 컨트롤리브(140)는 상기 경사리브(130)와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 크래쉬박스의 차량의 양 측방향에 각각 위치하는 측면은 박스층이 적층되는 경계면이 요입되어 형성되는 요철면(113)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   GMT 재질로 콤포지트형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 크래쉬박스.

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