KR20140007339A

KR20140007339A - 차량 하측 레그 보호 장치, 그의 제조 방법 및 용도

Info

Publication number: KR20140007339A
Application number: KR1020137013291A
Authority: KR
Inventors: 디네쉬 마나; 소마세카르 벤카트 보바; 다넨드라 쿠마르 나그완쉬; 매튜 더글라스 막스
Original assignee: 사빅 이노베이티브 플라스틱스 아이피 비.브이.
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-01-17
Also published as: EP2651697B1; CN103260959B; BR112013012435A2; US20120153643A1; WO2012082563A1; KR101624952B1; EP2651697A1; US8449021B2; CN103260959A

Abstract

일 구현예에 있어서, 열가소성 하측 레그 장치는, 충격 방향에 대해 수직 방향인 파상부; 및 상기 충격 방향으로 연장되는 내측 섹션을 포함하며, 상기 내측 섹션은 상기 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부 및 상기 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부를 가진다.

Description

차량 하측 레그 보호 장치, 그의 제조 방법 및 용도 {VEHICLE LOWER-LEG PROTECTION DEVICE AND METHOD OF MAKING AND USING THE SAME}

본 발명은 일반적으로 차량에서 사용되는 에너지 흡수 장치, 특히 하측 레그 보호 장치에 관한 것이다.

자동차 시장에서 설계 엔지니어에게 대두되는 과제는 보행자 안전, 예를 들면 무릎 굴신운동(knee bending)이다. 하측 레그 보호에 관해, 전통적으로 가장 보편적으로 사용되는 해결책은 범퍼 빔 아래로 연장되는 금속 스포일러(spoiler)(예를 들면, 튜브) 또는 레그(leg)-스포일러이다(참고문헌 예: 미국특허 제6513,843호, 발명자: Frederick et al., 발명의 명칭: Pedestrian Protection Leg Spoiler). 이러한 해결책은 매우 간단하기는 하지만, 무거울 수 있고, 따라서 자동차 주문자 상표부착 제조사(OEM)들이 일반적으로 선호하는 것이 아니다. 이러한 금속 스포일러가 가지는 다른 단점으로는, 차량 폭에 걸친 불균일한 강성(stiffness), 컴포넌트의 기하학적 구조와 형상, 충격 방향으로의 불충분한 변형, 및 희망하는 것보다 높은 강성 등이 포함된다. 이러한 단점들은 상기 해결책을 위해 금속을 사용하는 것을 더욱 어렵게 만든다. 더 나아가, 금속 스포일러가 사용되는 경우에는, 흔들림(rock), 흙먼지(dirt) 등으로부터 보호하기 위한 차량의 하부를 덮는 별도의 커버를 사용하지 않을 수 없다.

제2의 해결책은 단순한 플라스틱 시트/트레이(언더트레이(undertray))를 포함한다. 이 해결책은 돌이나 다른 컴포넌트가 차량 엔진 격실(compartment)의 내부를 치핑(chipping)하는 것을 방지하지만, 요구되는 정도의 강성을 얻기 위해서는 매우 고도의, 또는 종종 실현 불가능한 몰드 두께를 필요로 한다. 따라서, 트레이는 무겁고 비효율적이며, 하측 레그 보호를 위한 해결책으로는 비용 효율적이 아니다.

제3의 해결책은 하측 범퍼 보강재(stiffener)를 이용하는 복잡한 사출 성형 디자인에 관한 것이다. 이것들 역시 그다지 효율적이고 경량이며 비용 효율적인 해결책인 것으로 보이지 않는데, 그러한 디자인이 가지는 복잡한 기하학적 구조와 고도의 두께 및 질량 때문이다. 중량 및 질량 문제 이외에도, 이러한 해결책의 또 다른 단점은 그것들이 충격 방향으로 거의 움직이지 못한다는 것이다.

따라서, 현재의 해결책에 비해 중량이 감소되고 충격 방향으로 이동할 수 있는 하측 레그 장치에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있는, 차량에서 사용되는 에너지 흡수 장치, 특히 하측 레그 보호 장치를 제공하는 것이다.

본 명세서는 열가소성 하측 레그 장치, 그의 제조와 사용 방법 및 시스템을 개시한다.

일 구현예에 있어서, 열가소성 하측 레그 장치는, 충격 방향에 대해 수직 방향인 파상부(corrugation); 및 상기 충격 방향으로 연장되는 내측 섹션을 포함할 수 있으며, 상기 내측 섹션은 상기 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향(outbound) 길이 D₁을 가진 외향부(outbound portion) 및 상기 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향(inbound) 길이 D₂를 가진 내향부(inbound portion)를 가진다.

일 구현예에 있어서, 차량은, 범퍼 빔 후방에 위치한 라디에이터, 상기 범퍼 빔의 전방에 위치한 크러쉬 로브(crush lobe)를 가진 에너지 흡수 장치를 포함하는 에너지 흡수 시스템, 하측 레그 장치, 및 상기 에너지 흡수 시스템과 상기 하측 레그 장치 상부의 덮개판(fascia)을 포함할 수 있다. 상기 하측 레그 장치는, 충격 방향에 대해 수직 방향인 파상부; 및 상기 충격 방향으로 연장되고, 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부 및 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부를 가지는 내측 섹션을 포함할 수 있다.

이러한 특징과 그밖의 비제한적 특징들을 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의하면, 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있는, 차량에서 사용되는 에너지 흡수 장치, 특히 하측 레그 보호 장치가 제공된다.

다음은 도면의 간단한 설명으로서, 도면에서 유사한 엘리먼트는 동일한 참조 번호가 부여되고, 도면은 본 명세서에 개시된 예시적 구현예를 설명하기 위하여 제시되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 에너지 흡수 장치와 스포일러 언더트레이를 구비한, 차량의 전방 단부의 개략적인 단면도이다.
도 2는 하측 레그 장치의 구현예의 평면 사시도이다.
도 3은 도 2의 선분 A-A를 따른 하측 레그 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3에 원으로 표시된 하측 레그 장치의 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 5는 충격 방향을 따라, 도 2의 선분 B-B를 따른 하측 레그 장치의 단면도이다.
도 6은 선분 A-A과 동일한 방향을 따른 하측 레그 장치의 또 다른 구현예의 단면도이다.
도 7은 충격 방향을 따라, 선분 B-B와 동일한 방향을 따른 하측 레그 장치의 또 다른 구현예의 단면도이다.
도 8은, 예를 들어 지면에 근접하게 사용되는, 하측 레그 장치의 또 다른 구현예의 정면도이다.
도 9는 도 8의 하측 레그 장치의 좌측 도면이다.
도 10은 하측 레그 장치의 또 다른 구현예의 평면 사시도이다.
도 11은 금속 스포일러, 플라스틱 시트, 및 하측 레그 장치의 앵클(ankle) 부위에 가해지는 힘(kN)을 인트루젼(intrusion)(mm)에 대비해 나타낸 그래프이다.
도 12는 무릎에 가해지는 힘을, 가속도(G) 대비 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 13은 무릎에 가해지는 힘을, 회전(각도) 대비 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 14는 무릎에 가해지는 힘을, 전단(shear)(mm) 대비 시간으로 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 12∼14의 데이터에 대한 시뮬레이션에 사용된 하측 레그 장치의 평면 사시도이다.
도 16은 열가소성 에너지 흡수 장치와 스틸 스포일러를 나타내는 도면이다.
도 17은 열가소성 하측 레그 장치를 구비한, 도 16과 동일한 열가소성 에너지 흡수 장치를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 16의 시스템 대비 도 17의 시스템 상의, 충격에 대한 하측 부하 경로(load path)의 그래프이다.

본 발명의 디자인은 경량이고 효율적인 차량용 하측 레그 프로텍터이다(도 2 참조). 차량의 폭을 가로질러 파형을 이룬 프로파일을 가진 하측 레그 프로텍터는 질량비에 대해 높은 강도를 제공하며, 파상부는 냉각 공기의 자유 유동을 위한 에어 가이드의 역할을 한다(도 3 참조). 상기 디자인은 또한 스프링 백(spring back) 효과를 가능하게 하고; 영구적 고장을 일으키지 않고 충격 방향을 따라 원하는 정도의 굴절(deflection)에 의한 푸시 백(push back)(도 5 참조)을 가능하게 한다. 마지막으로, 하측 레그 장치는, 선택적으로, 암석 및 기타 불필요한 컴포넌트가 차량 내부를 치핑하는 것을 방지하도록 차량 범퍼 덮개판을 완전히 둘러쌈으로써 라디에이터, 엔진 및 기타 범퍼 컴포넌트가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에는, 다양한 구현예에서, 차량의 하측 레그 보호 장치가 개시된다. 보행자와 차량의 충돌시 보행자에 대한 피해는 일반적으로 크게 두 가지 범주로 분류될 수 있다. 제1 범주는 보행자 다리에 대한 상해를 나타내고, 제2의 범주는 머리에 대한 상해를 의미한다. 다리 부상은 주로, 필요한 양의 에너지가 흡수되기 전에 보행자 다리와 차량의 강성부가 충돌하는 것에 기인한다. 현재의 하측 레그 장치는 이러한 범주, 예를 들면 보행자 무릎이 높은 감속/힘의 값, 높은 벤딩, 및 다리의 상부와 저부 사이의 높은 전단(shear)을 받는 경우에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명의 디자인은 무릎의 벤딩을 현저히 감소시킬 수 있으며, 또한 차량과 보행자 다리의 최초 충돌시 에너지를 흡수함으로써 다리가 받게 되는 힘을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다. 따라서, 제안된 디자인은 몇몇 경우에는 에너지와 함께, 차량에 조합될 때, 장벽(barrier) 손상성(damageability)에 대한 저속 차량 요건(예를 들면, United Nations Economic Commission for Europe(예: ECE-42))과 함께 보행자-안전 충돌 요건(예를 들면, European Enhanced Vehicle-safety Committee(EEVD), European Automobile Manufacturers' Association(ACEA) Phase II 및 Global Technical Regulations(GTR))에 부합될 수 있다. 스틸 튜브/스포일러와는 달리, 본 발명의 하측 레그 장치는, 힘과 변형 레벨이 다리의 각각 그리고 모든 위치에서 측정되는 제안된/곧 있을 신축성 보행자(Flex-Pli) 레그폼(legform) 충격장치에 의한 보행자 충돌 규정에 부합될 수 있다. 이 충격장치는 우측으로부터 부딪힌 50번째 백분위수(50th percentile) 남자 다리를 나타낸다. Flex PLI(Flexible Pedestrian Legform Impactor)는 사람 뼈의 신축성을 시뮬레이션한다. 그것은 보행자 하측 다리와 무릎 부상의 평가를 위해, 40km/h(또는 kmph)의 속도로 직선형 가이드로부터 정지된 차량의 범퍼에 발사된다.

하측 레그 장치는, 충전된 열가소성 폴리올레핀(TPO)와 같은, 임의의 열가소성 물질 또는 열가소성 물질과 또 다른 물질(예컨대, 탄성 물질 및/또는 열경화성 물질)의 조합을 포함할 수 있다. 사용가능한 열가소성 물질은, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS); 폴리카보네이트; 폴리카보네이트/PBT 블렌드; 폴리카보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴릭-스티렌-아크릴로니트릴(ASA); 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 변성)-스티렌(AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드(PVC); 고충격 폴리스티렌(HIPS); 저밀도/고밀도 폴리에틸렌(L/HDPE); 폴리프로필렌(PP); 팽창된 폴리프로필렌(EPP); 및 열가소성 올레핀(TP0)를 비롯해서 전술한 수지들의 충전된(예; 유리 충전된) 물질을 포함한다. 예를 들면, 하측 레그 장치 및, 선택적으로 에너지 흡수 장치는 SABIC Innovative Plastics IP B.V.사로부터 상업적으로 입수가능한 Xenoy^® 수지를 포함한다. 예로 들 수 있는 충전된 수지는 STAMAX^® 수지로서, 이것도 SABIC Innovative Plastics IP B.V.사로부터 상업적으로 입수가능한, 긴 유리 섬유가 충전된 폴리프로필렌 수지이다. 범퍼 빔, 에너지 흡수 장치, 및/또는 크래쉬 캔(crash can)도 전술한 물질 중 2종 이상을 포함하는 조합으로부터 형성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 컴포넌트, 공정 및 장치의 보다 완전한 이해는 첨부 도면을 참조함으로써 얻어질 수 있다. 이들 도면(이하, "도"라 지칭함)은 본 발명을 예시하는 편의성과 용이성에 의거한 개략적인 표시일 뿐이며, 본 발명의 장치 또는 컴포넌트의 상대적 크기와 치수를 표시하려는 것 및/또는 예시적 구현예의 범위를 한정하거나 제한하려는 것이 아니다. 이하의 설명에 있어서 명료성을 위해 특정한 용어가 사용되지만, 이러한 용어는 도면에 도시된 것에 대해 선택된 구현예의 특정 구조를 언급하기 위해서이며, 본 발명의 범위를 한정하거나 제한하려는 것은 아니다. 도면과 이하의 설명에 있어서, 동일한 숫자 표시는 동일한 기능의 컴포넌트를 의미하는 것으로 이해해야 한다.

도 1은 범퍼 빔(8), 에너지 흡수 장치(EA)(6), 덮개판(4), 후드(2), 라디에이터(10), 및 하측 레그 장치(12)를 포함하는, 차량의 전방 단부의 일 구현예에 대한 개략적 단면 부분도이다. 도 2는 하측 레그 장치(20)의 예시적 구현예이다. 도 3과 도 5는 각각 도 2의 선분 A-A 및 B-B를 따른 하측 레그 장치의 단면도이다.

일 구현예에 있어서, 열가소성 하측 레그 장치는 다단계(multi-level) 파상부를 포함한다. 예를 들면, 상기 장치는 다음을 포함할 수 있다: 충격 방향에 대해 수직인 방향(예를 들면, 도 2에서 A에서 A까지의 방향)의 파상부; 및 충격 방향(도 2에서 B에서 B까지의 방향)으로 연장되고, 내측 섹션(22)으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부(24) 및 내측 섹션(22)으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부(24)의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부(26)를 가지는 내측 섹션(22)(도 5 참조). 다양한 구현예에 있어서, 상기 각도 α₁, α₂는 각각 0도보다 크고 90도보다 작을 수 있다. 또한, 상기 외향부, 내측 섹션, 및 내향부는 다단계에 위치할 수 있다. 예를 들면, 외향 섹션(24)은 내측 섹션(22)으로부터 연장되어 올라올 수 있고(즉, 사용시, 외향 섹션(24)은 에너지 흡수 장치 쪽으로 연장됨), 내향 섹션(26)은 내측 섹션(22)으로부터 선택적 부착 섹션(attachment section)(28)까지 연장되어 내려갈 수 있다(즉, 내향부(26)는 범퍼 빔으로부터 이격된 방향으로 연장됨). 즉, 외향부(24)는 포지티브 각도 α₁로 연장될 수 있는 반면, 내향부(26)는 내측 섹션(22)으로부터 네거티브 각도 α₂로 연장될 수 있다.

마찬가지로, 도 6 및 도 7은 각각 선분 A-A 및 B-B와 동일한 방향을 따른, 또 다른 하측 레그 장치의 단면이다. 도 3 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 하측 레그 장치를 가로지르는 파상부의 디자인은 얻고자 하는 기류와 강성을 달성하도록 조절될 수 있다. 따라서, 와플(waffle)의 높이 "H"와 경사각 "β" 및/또는 와플 베이스 및/또는 상부(top)의 폭 "W"는 얻고자 하는 기류와 강성에 따라 조절될 수 있다(도 4 참조). 몇몇 구현예에 있어서, 높이 "H"는 100mm이하, 구체적으로는 5∼50mm, 보다 구체적으로는 10∼20mm일 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 높이 "H"는 50mm이하, 구체적으로는 5∼30mm, 보다 구체적으로는 10∼20mm일 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 상기 각도 "β"는 0도 내지 90도, 구체적으로는 10도 내지 85도, 보다 구체적으로는 30도 내지 80도, 더욱 구체적으로는 60도 내지 80도일 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 베이스 폭 "W_b"는 100mm 이하, 구체적으로는 20∼100mm, 보다 구체적으로는 50∼70mm일 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 상부 폭 "W_t"는 100mm 이하, 구체적으로는 15∼100mm, 보다 구체적으로는 30∼50mm일 수 있다. 다양한 구현예에 있어서, 베이스 폭 "W_b"와 상부 폭 "W_t"는 동일하다.

마찬가지로, 도 5 및 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 충격 방향의 특정한 형상은 얻고자 하는 스프링 효과를 달성하도록 조절될 수 있다. 높이와 경사에 관하여, 각도 α₁과 α₂, 길이 D₁과 D₂는 얻고자 하는 스프링 작용 및 차량 디자인(예를 들면, 포장 공간)에 따라 변동될 수 있다. 따라서, 하측 레그 프로텍터의 강성과 운동은 충격 방향을 따라 변동될 수 있다. 도 3∼5에 도시된 디자인은 빔의 폭을 따라, 그리고 충격 방향을 따라, 가요성으로 인해 다양한 각도, 파상부 레벨, 높이 및 두께가 변화될 수 있다. 프로파일의 덮개(curvature)의 반경도 변동됨으로써 상이한 만곡된(curved) 디자인을 달성할 수 있다(예; 도 7 참조). 이러한 디자인에 있어서, 외향부, 내측 섹션, 및/또는 내향부는 만곡될 수 있다. 예를 들면, 외향부와 내향부는 직선일 수 있는 반면, 내측 섹션은 만곡될 수 있다. 또 다른 구현예에 있어서, 외향부와 내측 섹션은 직선일 수 있고, 내향부는 만곡될 수 있다. 만곡을 이룬 덮개는, 얻고자 하는 크러쉬(crush) 특성을 가능하게 하도록, 원형, 타원형, 포물면형, 입방형(예; 3차 다항식을 이용하여 표시된 만곡) 및 이러한 형상의 하나 이상을 포함하는 조합일 수 있다.

하측 레그 프로텍터를 지면에 매우 근접하게 위치시켜야 하는 경우에, 목ㅍ로 하는 하측 레그 충격 성능은, 하측 레그 프로텍터가 매우 강성인 경우에, 즉 하측 레그 프로텍터가 무시할 정도의 변형을 일으키는 강체(rigid body)(β가 85mm 내지 90mm인 경우에 5mm 미만, α₁과 α₂는 5도 미만(예; 1∼5도), 30mm의 "H", 및 동일한 W_b와 W_t)인 경우에 달성될 수 있고, 그 결과 무릎의 벤딩을 감소시키는 데 필요한 킥백(kick back)을 레그에 제공한다. 그러한 경우에, 파상부 각도 β는 최대의 가능한 값으로 유지될 수 있다(예; 80도 내지 90도, 구체적으로는 83도 내지 85도). 또한, 하측 레그 프로텍터의 프로파일은 강도와 중량의 비를 극대화하도록, 가능한 한 직선으로 유지될 수 있다. 이러한 디자인은 30mm 이하, 구체적으로는 20mm 이하, 보다 구체적으로는 5∼20mm, 더욱 구체적으로는 5∼15mm의 "H 값"을 가질 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, β값은 약 80∼85도일 수 있다. 또한 몇몇 구현예에 있어서, α₁과 α₂는 독립적으로, 3도 이하, 구체적으로는 2도 이하일 수 있다. 지면에 근접하게 사용하기 위한 하측 레그 장치의 디자인의 일례가 도 8과 9에 도시되어 있다.

하측 레그 프로텍터가 범퍼 빔 또는 에너지 흡수 장치에 더 근접하게 위치해 있는 경우에, 하측 레그 장치는 충격 방향을 따라 최대의 운동을 하게 됨으로써 충격시 에너지 흡수 장치가 완전히 쭈그러지고, 그후 하측 레그 프로텍터가 레그를 다시 밀어내게 된다. 예시적 디자인이 도 10에 도시되어 있는데, 하측 레그 장치가 리브(rib)를 포함한다. 이 도면에서, α₁과 α₂는 영(0)이다. 도시된 바와 같이, 와플은 비교적 넓어서, 예를 들면 베이스 폭(W_b)이 65mm 내지 70mm이고, 상부 폭(W_t)이 25mm 내지 35mm이다. 측면들(40) 사이에는, 베이스(36)를 따라 제1 에지(예; 전방 에지)(34) 근방으로부터 부착 섹션(28)으로 연장되는 리브(32)가 설치되어 있다. 리브는 3.5mm 이하, 구체적으로는 1.5mm 내지 2.5mm의 두께를 가질 수 있다. 리브(들)가 어떠한 구현예에서든 사용될 수 있지만, 리브는 각도 α₁과 α₂가 영일 때 추가의 구조적 일체성을 제공하는 데에 특히 유용하다. 또한, 측면들(40) 사이에 1개의 리브가 도시되어 있지만, 1개보다 많은 리브가 사용될 수 있다(예; 2개 내지 5개의 리브). 몇몇 구현예에 있어서, 리브(들)는 몇몇 베이스를 따라 설치되지만, 와플 구조의 다른 것들을 따라(예; 교대형 베이스 또는 두 번째마다 또는 세 번째마다의 베이스를 따라) 설치되지는 않는다. 다른 구현예에 있어서, 베이스는 리브와 함께 엘리먼트를 따르는 위치에 의존할 수 있다(예; 단부 근방이 리브를 가질 수 있는 반면, 중앙 근방에는 리브가 없을 수 있다).

사용시, 하측 레그 프로텍터는 볼트, 스크류, 스냅 등과 같은 고정 부재를 통해 차량 전방 모듈(예를 들면, 하측 빔, 라디에이터 지지 빔, 스피드 립(speed lip), 및/또는 차량의 저부 절반 상의 임의의 다른 강성 구조물)에 부착되어, 범퍼 빔 밑에 위치한다. 하측 레그 프로텍터의 구체적 위치는 일반적으로 전반적 차량 미관에 의해 좌우된다. 차량 외관을 변화시키지 않고서, 하측 레그 프로텍터는 덮개판을 재설계하지 않고 가능한 한 지면에 가깝게 범퍼 빔 하부에 설치할 수 있다. 따라서, 하측 레그 프로텍터는 범퍼 빔 하부에 설치될 수 있고, 에너지 흡수 장치의 최전방 지점에 못미치거나 그와 같은 거리 만큼 앞쪽으로 연장될 수 있다(도 1의 에너지 흡수 장치(6) 참조). 몇몇 구현예에 있어서, 하측 레그 프로텍터는, 충돌시 레그가 하측 레그 프로텍터와 충돌하기 전에 에너지 흡수 장치가 가능한한 많은 에너지를 흡수할 수 있는 위치에 설치된다. 그 결과, 하측 레그 프로텍터는 지면으로부터 100mm 내지 300mm(또는 범퍼 빔 하부로 100mm 내지 400mm) 되는 위치에 설치될 수 있고, 에너지 흡수 장치의 깊이("d")의 40% 이상, 구체적으로는 "d"의 50% 이상, 보다 구체적으로는 "d"의 50% 내지 150%, 더욱 구체적으로는 "d"의 120%인 거리(빔 전방면과 하측 레그 프로텍터 전방면 사이의 거리) 만큼 연장될 수 있다.

이러한 하측 레그 장치는 몰딩(예; 사출 성형)을 포함하는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 형성된 다음, 상기 장치는 차량의 범퍼 빔 하부에 설치되어, 덮개판에 의해 커버될 수 있다. 따라서, 범퍼 시스템은 차량 구조물(예; 레일)에 직접 부착시키기에 충분한 구조적 일체성을 가진 에너지 흡수 장치(예; 일원화된(unitary) 에너지 흡수 장치, 또는 범퍼 빔 전방에 배치되어 있는 에너지 흡수 장치), 및 에너지 흡수 장치 밑에 배치된 하측 레그 장치를 포함할 수 있고, 덮개판이 에너지 흡수 장치와 하측 레그 장치를 커버한다.

이하의 비제한적 실시예를 이용하여 하측 레그 장치를 더 설명한다. 모든 실시예는 시뮬레이션이었음을 부연한다.

실시예

실시예 1: 하측 레그 충격 성능

도 11은 열가소성 하측 레그 장치와 스틸 스포일러 및 플라스틱 시트(돌맹이의 치핑을 방지하기 위한 통상적 언더커버)와 같은 다른 디자인과 비교하는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 금속 스포일러는 굴절이 최소인 고도의 힘을 생성하고(라인 200), 단순한 플라스틱 시트는 스트로크가 크고 스프링 백 효과가 없는 매우 낮은 힘을 생성한다(라인 202). 한편, 열가소성 하측 레그 장치는 충격 방향을 따라 얻고자 하는 굴절을 거침으로써 제어된 힘 레벨을 생성할 수 있다(라인 204). 이것은 매우 중요하며, 힘과 변형 레벨이 레그 모델 전체에 걸쳐 측정되고 무릎 위치에서만 측정되는 것이 아닌, Flex-Pli 레그 충격 장치(leg impactor)에 의한 보행자 안전 규정에 차량이 부합되는 데 매우 도움이 될 것이다.

이 실시예에 있어서, 만곡된 폴리프로필렌 덮개판, 그릴, 헤드램프용 폴리카보네이트 유리 스킨, 외측 보닛으로서 25psi 스틸 및 하측 레그 프로텍터로서 2mm 두께의 스틸 스포일러를 구비한 일반적 차량에서 시뮬레이션이 수행되었다. 에너지 흡수 장치 물질은 Xenoy* 수지(미국 매사추세츠주 피츠파일드 소재 SABIC Innovative Plastics사로부터 상업적으로 입수가능한 PC/PBT 블렌드)였고, 평균 두께는 2.2mm로 유지되었다. 보행자 레그 폼은 40kmph의 속도로 이 차량과 부딪히도록 했다.

실시예 2: 레그 운동학(kinematics)

도 12∼14는, 하측 레그 보행자 충격이 일어났을 때도 15에 도시된 디자인을 이용하여 얻어진 레그 운동학을 나타낸다. Xenoy* 수지로부터 형성된 열가소성 에너지 흡수 장치와 함께, 3mm 두께의 폴리프로필렌(PP) 덮개판, 유리 충전 하측 스포일러, 및 후드를 모방하기 위해 상부의 강성 부재를 구비한 일반적 차량 플랫폼이 사용된다. 하측 레그 장치는 페이스 II 프로토콜에 준한 모든 하측 레그 충격 타겟에 부합되는 것으로 나타난다: 150G 미만의 가속도(102G가 얻어짐), 15도 미만의 회전(8.0도가 얻어짐), 및 6mm 미만의 전단(2.8mm가 얻어짐).

따라서, 본 발명의 하측 레그 장치에 의하면, 130G 이하, 구체적으로는 120G이하,심지어는 110G 미만의 가속도가 얻어진다. 또한, 본 발명의 디자인에 의하면, 12도 이하의 회전, 구체적으로는 10도 이하의 회전이 가능하다. 마찬가지로, 본 발명의 디자인에 의하면, 4mm 이하, 심지어는 3mm이하의 전단 값이 얻어진다. 즉, 본 발명의 디자인에 의하면 130G 이하의 가속도, 12도 이하의 회전, 및 4mm 이하의 전단이 가능하다.

실시예 3:

이 실시예에서는, 스틸 스포일러를 구비한 Xenoy* 수지로부터 형성된 열가소성 에너지 흡수 장치를 포함하는 시스템(도 16)과, 동일한 열가소성 에너지 흡수 장치를 포함하되, Stamax^® 수지(SABIC Innovative Plastics IP B.V.사로부터 상업적으로 입수가능)로부터 형성된 열가소성 하측 레그 장치를 구비한 시스템(도 17)을 비교했다. 상기 두 디자인을 하측 레그에 대한 힘에 관해 비교했다. 도 18에 나타난 바와 같이, 도 17의 디자인에 대한 인트루젼(mm) 대비 힘(kN)은 도 16의 경우보다 훨씬 낮았다.

따라서, 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 디자인의 여러 가지 구현예는 25mm를 초과하는 인트루젼(충격이 완료될 때까지)에 대해 허용가능한 힘의 한계를 유지할 수 있는 반면, 스틸 스포일러 디자인은 15mm의 인트루젼에서 구조력 한계(save force limit)를 초과한다. 실제로, 15mm의 인트루젼에서, 종래의 디자인은 4kN 이하, 구체적으로는 3kN 이하의 힘을 가질 수 있고, 심지어는 22.5mm의 인트루젼에서 4kN 이하의 힘을 유지할 수 있다. 스틸 스포일러를 포함하는 시스템은 22.5mm의 인트루젼에서 거의 7kN에 달하는 힘을 가졌으며; 이는 도 17의 디자인이 가지는 힘의 거의 2배이다.

본 명세서에 개시된 열가소성 하측 레그 장치의 이점 중 몇 가지는 다음을 포함한다: 스틸/ETP 스포일러에 비해 경량임(예; 동일한 차량인 경우에, 30∼60%의 중량 절감), 당면하게 되는 Flexible 레그 충격 요건에 순응함, 라디에이터/냉각탑으로의 흡입으로서 에어 가이드를 제공할 수 있음, 잔해물(예; 돌의 치핑)에 대한 차폐로서 역할을 할 수 있음, 및 언더커버의 필요성을 배제할 수 있음. 즉, 본 발명의 디자인에 의하면, Flexible 레그 충격 요건에 부합되고, 별도의 언더커버에 대한 필요성이 배제된다.

열가소성 하측 레그 프로텍터는 또한 사용자로 하여금 차량의 폭을 따라 강성을 조절할 수 있게 하고, 필요한 스프링 백 효과를 제공하며, 그러한 효과의 도움으로 레그가 다시 밀려 들어갈 수 있고, 그 결과 충격시 보행자 무릎에 대한 피해를 감소시킬 수 있다.

일 구현예에 있어서, 열가소성 하측 레그 장치는 다음을 포함할 수 있다: 충격 방향에 대해 수직 방향인 파상부; 및 상기 충격 방향으로 연장되고, 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부 및 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부를 가지는 내측 섹션.

일 구현예에 있어서, 차량은 다음을 포함할 수 있다: 라디에이터; 엔진 격실; 크러쉬 로브를 가진 에너지 흡수 장치를 포함하는 에너지 흡수 시스템; 충격 방향에 대해 수직인 방향으로 파상부와, 충격 방향으로 연장되고, 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부 및 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부를 가지는 내측 섹션을 포함하는 하측 레그 장치; 및 상기 에너지 흡수 시스템과 상기 하측 레그 장치를 덮는 덮개판.

다양한 구현예에 있어서, (i) 각도 α₁은 영도보다 크고 90도보다 작으며; 및/또는 (ii) 각도 α₂는 영도보다 크고 90도보다 작으며; 및/또는 (ⅲ) 외향부는 내향부로부터 직선적으로 연장되는 내측 섹션으로부터 직선적으로 연장되고; 및/또는 (iv) 파상부는 100mm 이하의 높이 "H"를 가지고; 및/또는 (v) 높이 "H"는 5mm 내지 50mm이고; 및/또는 (vi) 파상부는 10도 내지 85도인 각도 "β"를 가지고; 및/또는 (ⅶ) 각도 "β"는 30도 내지 80도이고; 및/또는 (ⅷ) 파상부는 100mm 이하의 베이스 폭 "W_b"를 가지며, 100mm 이하의 상부 폭 "W_t"를 가지고; 및/또는 (ix) 베이스 폭 "W_b"는 20mm 내지 100mm이고, 상부 폭 "W_t"는 15mm 내지 100mm이고; (x) 베이스 폭 "W_b"는 상부 폭 "W_t"와 동일하고; 및/또는 (xi) 파상부는 베이스를 가지고, 리브는 베이스를 따라 전방 에지(front edge) 근방으로부터 부착 섹션을 향해 충격 방향으로 연장되고; 및/또는 (xⅱ) 차량은 범퍼 빔을 추가로 포함하고, 에너지 흡수 장치가 범퍼 빔과 덮개판 사이로 범퍼 빔을 가로질러 연장되고; 및/또는 (xⅲ) 범퍼 빔과 외향부간의 수평 거리는 범퍼 빔과 내향부간의 수평 거리보다 짧고; 및/또는 (xiv) 하측 레그 장치는 잔해가 엔진 격실에 유입되지 않도록 하는 장벽이고; 및/또는 (xv) 각도 α₁과 각도 α₂는 영(0)이다.

본 명세서에 기재된 모든 범위는 종말점(endpoint)을 포함하는 것이며, 종말점들은 서로 독립적으로 결합될 수 있다(예를 들면, "25중량% 이하, 또는 보다 특정적으로 5중량% 내지 20중량%"인 범위는 종말점 및 "5중량% 내지 25중량%"의 범위의 모든 중간값 등을 포함한다). "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물, 등을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등과 같은 용어는 순서, 양, 또는 중요성을 나타내는 것이 아니고, 하나의 엘리먼트와 또 다른 엘리먼트를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 부정관사와 정관사는 양의 제한을 나타내는 것이 아니고, 본 명세서에서 달리 나타내지 않았거나 문맥상 명확히 상반되지 않는 한, 단수와 복수 모두를 커버하는 것으로 해석해야 한다. 본 명세서에서 사용되는 접미사 "(들)(s)"은 본 명세서에서 그것이 수식하는 용어의 단수와 복수를 모두 포함하려는 것이며, 따라서 그 용어의 하나 이상을 포함한다(예; 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함한다). 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "일 구현예", "또 다른 구현예", 등의 표현은, 그 구현예와 관련하여 기재된 특정한 요소(예컨대, 특성, 구조, 및/또는 특징)이 본 명세서에 기재된 하나 이상의 구현예에 포함되어 있으며, 다른 구현예에 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있음을 의미한다. 또한, 기재된 요소들은 다양한 구현예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다.

이상과 같이 특정 구현예를 설명했지만, 현재로서는 예견되지 않거나 예견될 수 없는 대안, 변형, 변경, 개선 및 실질적 등가물이 적용자 또는 다른 당업자에게 상기될 수 있다. 따라서, 출원된 상태 및 보정될 수 있는 상태의 첨부된 특허청구 범위는 모든 그러한 대안, 변형, 변경, 개선 및 실질적 등가물을 포괄한다.

Claims

충격 방향에 대해 수직 방향인 파상부(corrugation); 및
상기 충격 방향으로 연장되는 내측 섹션을 포함하며, 상기 내측 섹션은 상기 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향(outbound) 길이 D₁을 가진 외향부(outbound portion) 및 상기 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향(inbound) 길이 D₂를 가진 내향부(inbound portion)를 가지는,
열가소성 하측 레그(lower-leg) 장치.
제1항에 있어서,
상기 각도 α₁이 0도보다 크고 90도보다 작은, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 각도 α₂가 0도보다 크고 90도보다 작은, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항에 있어서,
상기 각도 α₁ 및 α₂가 영도인, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외향부가 상기 내향부로부터 직선적으로 연장되는 상기 내측 섹션으로부터 직선적으로 연장되는, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파상부가 100mm 이하의 높이 "H"를 가지는, 열가소성 하측 레그 장치.
제6항에 있어서,
상기 높이 "H"가 5mm 내지 50mm인, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파상부가 10도 내지 85도의 각도 "β"를 가지는, 열가소성 하측 레그 장치.
제8항에 있어서,
상기 각도 "β"가 30도 내지 80도인, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파상부가 100mm 이하의 베이스 폭 "W_b" 및 100mm 이하의 상부 폭 "W_t"를 가지는, 열가소성 하측 레그 장치.
제10항에 있어서,
상기 베이스 폭 "W_b"가 20mm 내지 100mm이고, 상기 상부 폭 "W_t"가 15mm 내지 100mm인, 열가소성 하측 레그 장치.
제10항에 있어서,
상기 베이스 폭 "W_b"가 상기 상부 폭 "W_t"과 동일한, 열가소성 하측 레그 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파상부가 베이스를 가지고, 상기 베이스를 따라 전방 에지 근방으로부터 부착 섹션을 향해 리브(rib)가 충격 방향으로 연장되는, 열가소성 하측 레그 장치.
라디에이터;
엔진 격실(compartment);
크러쉬 로브(crush lobe)를 가진 에너지 흡수 장치를 포함하는 에너지 흡수 시스템;
충격 방향에 대해 수직인 방향으로 파상부와, 충격 방향으로 연장되는 내측 섹션을 포함하며, 상기 내측 섹션은 상기 내측 섹션으로부터 α₁의 각도로 연장되는 외향 길이 D₁을 가진 외향부 및 내측 섹션으로부터 α₂의 각도로 상기 외향부의 반대 방향으로 연장되는 내향 길이 D₂를 가진 내향부를 가지는, 하측 레그 장치; 및
상기 에너지 흡수 시스템과 상기 하측 레그 장치를 덮는 덮개판(fascia)
을 포함하는 차량.
제14항에 있어서,
범퍼 빔을 추가로 포함하고, 상기 에너지 흡수 장치는 상기 범퍼 빔과 상기 덮개판 사이에서 상기 범퍼 빔을 가로질러 연장되는, 차량.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 범퍼 빔과 상기 외향부간의 수평 거리는 상기 범퍼 빔과 상기 내향부간의 수평 거리보다 짧은, 차량.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하측 레그 장치는 잔해(debris)가 상기 엔진 격실에 유입되지 않도록 하는 장벽(barrier)인, 차량.