KR20140116392A - 다단계 에너지 흡수체와 이의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

다단계 에너지 흡수체와 이의 제조 및 사용 방법 Download PDF

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KR20140116392A
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수브라마니안 무쑤 쿠마르
디네쉬 마나
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

일 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템은, 베이스; 및 에너지 흡수 요소를 포함하는 에너지 흡수체를 포함하며, 에너지 흡수 요소는 좁은 섹션 각을 갖는 좁은 섹션 및 넓은 섹션 각을 갖는 넓은 섹션을 가지는 한 쌍의 외측벽; 외측벽 간의 연결벽; 한 쌍의 내측벽; 및 내연결벽을 포함하고, 좁은 섹션과 넓은 섹션은 분기 섹션 각을 갖는 분기 섹션에 의해 연결되며, 분기 섹션 각은 90° 미만이고, 에너지 흡수 요소가 네스트형으로 배치되어 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 개방 공간을 생성한다.

Description

다단계 에너지 흡수체와 이의 제조 및 사용 방법 {MULTI-STAGE ENERGY ABSORBER AND METHOD OF MAKING AND USING THE SAME}
본 발명은 전반적으로, 예를 들면, 부상(탑승자(들), 보행자(들) 등)의 감소 및/또는 차량 손상의 감소 및/또는 다단계 에너지 흡수체의 전체적인 효율(overall efficiency) 개선을 위한, 차량용 다단계 에너지 흡수체에 관한 것이다.
오늘날 경쟁적인 자동차 시장에서, 보행자의 안전을 위해서 설계 엔지니어에게 주어진 가장 큰 과제 중의 하나는, 차량 전면의 미관을 유지하고 최소 패키징 공간에서 무릎 굴신(knee bending)을 제어하면서 시스템 비용을 감소시키는 것이다. 현재, 하부 범퍼 시스템에 관하여 주문자 상표 부착 생산(original equipment manufacturer, OEM) 업체들이 매우 공격적인데, 이는 하부 범퍼 시스템이 두 개 이상의 컴포넌트, 즉, 상부 에너지 흡수체 및 하부 다리 지지체(leg support)를 포함하기 때문이다.
플라스틱 또는 금속으로 된 단일 단계(single-stage) 에너지 흡수체는 에너지 흡수를 위해서 발포체(예를 들면, 발포 블록)로 충전될 수 있으나, 이것은 에너지 흡수 과정 동안 흡수되는 에너지가 일정하지 않기 때문에, 일반적으로 효율적인 방법이 아니다. 나아가, 발포체가 상대적으로 연성(soft nature)을 나타내기 때문에, 초기 변위 단계(displacement phase)에서 원하는 수준의 힘을 달성하는 것이 어려울 수 있다. 에너지 흡수체를 발포체로 충전하는 것은, 두 개의 상이한 물질이 동일한 설계에 사용되기 때문에, 제조하기가 어려울 수 있다. 나아가, 주위 벽 내부에서의 발포와 관련된 제조 비용 또는 발포 블록을 에너지 흡수체의 벽의 형태에 맞도록 절단하는 것과 관련된 제조 비용이, 사출 성형된 에너지 흡수체에 비해 높다. 효율을 개선하기 위해서, 버클링(buckling) 되기 쉬운 에너지 흡수체의 벽 부분에 인서트(예를 들면, 금속 또는 합성물)이 사용될 수 있으며, 플라스틱은 그 후에 벽에 오버몰딩(overmolding)된다. 그러나, 2-물질 조합(bi-material combination) 때문에 제조 공정 동안 문제가 발생할 수 있고, 이러한 설계의 또 다른 단점은 플라스틱이나 금속에 비해 합성 물질의 비용이 상대적으로 높다는 점이다.
그러므로, 변형되어 충격 에너지를 흡수하는 에너지 흡수체를 설계함으로써, 양호한 차량 안전 등급을 확보하면서도, 낮은 다리 충격 등급, 및 바람직하게는 경량화된 중량과 충격 후 감소된 패키징 공간, 결과적으로 비용의 저하, 증가된 설계 자유도, 및 개선된 효율을 충족시켜야 할 필요가 있다. 따라서, 자동차 산업은, 보행자의 안전 및/또는 차량의 손상 및/또는 효율에 관한 국제적인 기술 규정을 충족하는 경제적인 해결책을 끊임없이 강구하고 있다.
본 발명은, 다양한 실시예를 통해, 다단계 에너지 흡수체와 그 제조 및 사용 방법을 개시한다.
일 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템은, 베이스; 및 복수의 에너지 흡수체를 포함하며, 각각의 에너지 흡수체가 네스트형으로 배치된(nested arrangement)된 에너지 흡수 요소를 포함하고, 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성한다.
또 다른 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템은, 베이스; 및 에너지 흡수 요소를 포함하는 에너지 흡수체를 포함하며, 에너지 흡수 요소가, 한 쌍의 외측벽; 외측벽 간의 연결벽; 한 쌍의 내측벽; 내연결벽을 포함하고, 외측벽은 좁은 섹션 각을 갖는 좁은 섹션 및 넓은 섹션 각을 갖는 넓은 섹션을 가지며, 좁은 섹션과 넓은 섹션은 분기 섹션 각을 갖는 분기 섹션에 의해 연결되고, 분기 섹션 각은 90° 미만이며, 에너지 흡수 요소가 네스트형으로 배치되어 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 개방 공간을 생성한다.
일 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템의 제조 방법은, 베이스 및 에너지 흡수체를 압출하는 단계를 포함하며, 에너지 흡수체는 네스트형으로 배치된 복수의 에너지 흡수 요소를 포함하고, 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성한다.
이들 및 다른 특징과 특성은 이하에서 더욱 상세하게 기술된다.
이하는 도면을 간단히 설명한 것이며, 유사한 구성 요소는 유사한 참조번호로 표시하였고, 이는 본 명세서에 개시된 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들 실시예로만 한정하고자하는 하는 것은 아니다.
도 1은 다단계 에너지 흡수체의 일 예의 등축(isometric) 투시도이다.
도 2는 다단계 에너지 흡수체의 또 다른 예의 등축 투시도이다.
도 3은 다단계 에너지 흡수 시스템의 일 예의 등축 투시도이다.
도 4는 도 2의 에너지 흡수체를 적용한 다단계 에너지 흡수 시스템의 일 예의 등축 투시도이다.
도 5는 도 3의 다단계 에너지 흡수 시스템의 압축(crushing) 평면도이다.
도 6은 단일 단계 에너지 흡수체의 투시도이다.
도 7은 도 6의 단일 단계 에너지 흡수체 및 도 3의 다단계 에너지 흡수 시스템에 가해진 힘과 변위량을 도시한 그래프이다.
도 8은 도 6의 단일 단계 에너지 흡수체 및 도 3의 다단계 에너지 흡수 시스템에 흡수된 에너지와 변위량을 도시한 그래프이다.
도 9는 보행자의 하각 충격 시험 동안 도 6의 단일 단계 에너지 흡수체의 측단면도이다.
도 10은 보행자의 하각 충격 시험 동안 도 3의 다단계 에너지 흡수 시스템의 평면도이다.
외은 도 6의 단일 단계 에너지 흡수체 및 도 3의 다단계 에너지 흡수 시스템에 대한 무릎 가속도(knee acceleration)와 변위량을 도시한 그래프이다.
본 발명은, 다양한 실시예를 통해, 보행자의 안전 및/또는 차량 손상도 및/또는 효율 개선을 위한, 차량 범퍼용 에너지 흡수체 설계를 제공한다. 본 명세서에 개시된, 복수의 에너지 흡수체를 포함하는 에너지 흡수 시스템은, 충격이 일어날 때 개선된 효율로 다단계의 에너지 흡수를 야기한다. 에너지 흡수 시스템의 효율은 일반적으로 충격이 일어날 때 에너지 흡수체가 상대적으로 일정한 수준의 에너지 흡수를 유지할 수 있는 특성을 의미한다. 일반적으로, 단일 단계 에너지 흡수체는, 초기 충격이 발생한 후에 초기 에너지 흡수율이 현저히 감소한다. 이는 보행자가 입는 피해의 증가 및/또는 차량 손상의 증가를 야기할 수 있다. 본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체는, 다단계로 에너지를 흡수하는 일체형 성형품(single piece molded article)을 포함할 수 있고, 에너지 흡수 효율을 개선시킬 수 있으며, 에너지 흡수체의 패키징 공간을 증가시키지 않는다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체는, 동일한 패키징 공간(예를 들면, 50mm)에 맞게 설계된 단일 단계 에너지 흡수체와 비교할 때, 에너지 흡수를 50% 이상, 특히 60% 이상, 보다 특히 70% 이상 개선시킬 수 있다. 본 명세서에 기술되어 있듯이, 단일 단계 에너지 흡수체는 일반적으로 도 6에 도시된 바와 같은 "C" 단면을 갖는 단일 단계 에너지 흡수체를 의미한다.
사고 발생시 사람이 겪는 부상 및 차량의 손상을 최소화하는 방법이 점점 더 중요하게 여겨지고 있다. 국제적으로 여러 규제 위원회들이 보행자와 탑승자에 대한 내충격 성능을 평가한다. 종합적인 성능에 따라 차량은 누적 안전 등급을 받는다. 차량이 양호한 종합 등급을 받기 위해서는, 차량을 구성하는 각각의 모든 요소들이 특정한 충격 기준을 만족시켜야만 한다. 에너지 흡수체의 효율을 증가시키면, 차량의 종합적인 안전 등급을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
플라스틱 또는 금속으로 된 단일 단계 에너지 흡수체는, 에너지 흡수를 위해 충격 방향에 수직으로 정렬된 곡선형 또는 직선형의 벽을 이용해서 제조될 수 있다. 그러나, 초기의 충격이 발생한 후에 벽이 버클링되기 시작하고, 그 이후의 충격으로 에너지 흡수체가 완전히 파괴되기 때문에, 원하는 수준으로 힘의 수준을 유지하기는 어렵다.
2단계 에너지 흡수체는 일반적으로 제1 단계와 제2 단계를 포함하며, 여기서 제1 단계는 저속 충격시에 파괴되면서 에너지를 흡수하는 연성 벽을 포함한다. 제2 단계는 상대적으로 경성이고 고속 충격시에 에너지를 흡수한다. 따라서, 2단계 에너지 흡수체는, 에너지 흡수 효율을 개선하기 위한 노력보다는, 2가지 수준의 에너지 흡수에 관한 문제에 관심이 모아진다.
다단계 에너지 흡수 시스템은, 다중 에너지 흡수 요소(예를 들면, 벽)를 가지는, 복수의 에너지 흡수체(예를 들면, 크러쉬 로브(crush lobe))를 포함할 수 있으며, 다중 에너지 흡수 요소는 에너지 흡수를 위한 다중 구역을 허용하고, 관련된 에너지 수준에 따라 필요한 양의 에너지를 흡수하도록 조정될 수 있다(예를 들면, 구성물질, 벽 두께, 설계 등을 변화시킴으로써). 일반적으로 에너지 흡수체는 베이스와 연결되어 있고, 에너지 흡수체와 베이스는 에너지 흡수 시스템을 구성하며, 에너지 흡수 시스템은 범퍼 빔(bumper beam)에 연결되도록 되어있다. 에너지 흡수체의 반대측에는, 통상적으로 에너지 흡수체 및 범퍼 빔을 덮는 덮개(fascia) 또는 장식용 부품이 존재한다. 범퍼 빔은 차체 프레임(예를 들면, 흰색 차체)에 연결되도록 되어있다.
일 실시예에서, 복수의 에너지 흡수 요소는, 측벽의 제1 쌍(예를 들면, 최외(最外)측벽 쌍)이 먼저 충격받도록 배치될 수 있다. 측벽의 제1 쌍이 에너지를 흡수하고(예를 들면, 버클링되거나 파괴되거나 휘어지는 등) 접힘에 따라, 측벽의 제1 쌍 내에 포개져(nested) 있던, 측벽의 제2 쌍(예를 들면, 내측벽 쌍)이 충격에 의한 힘에 노출되고 에너지를 흡수하기 시작한다. 측벽의 제2 쌍이 포개지면, 측벽의 제2 쌍 내에 위치하는 측벽의 제3 쌍이 충격에 의한 힘에 노출되고 에너지를 흡수하기 시작하며, 이와 같은 방식으로 계속된다. 다시 말해서, 각각 측벽 쌍 및 연결벽을 포함하는, 복수의 에너지 흡수 요소들이 서로 포개져 있고, 이로써 이어지는 인접한(즉, 공간 또는 위치상 가장 가까운) 요소의 측벽과 연결벽이 더 짧아져, 인접한 측벽들 및 연결벽들 사이에 공간을 형성할 수 있게 된다. 본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체는, 단일 단계 에너지 흡수체와 동일한 변위량으로도 훨씬 더 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있고 및/또는 단일 단계 에너지 흡수체와 비교할 때 동일한 양의 에너지에 의해 충격이 일어나는 동안 충격자(impactor)가 이동하는 거리를 훨씬 감소시킬 수 있다. 충격자가 보행자인 경우에, 더 짧은 거리를 이동시킨다는 것은 충격에 의해 보행자가 입는 상해가 더 감소한다는 것을 의미할 수 있기 때문에, 이것이 효과적일 수 있다.
본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체는, 저속 충격 및 고속 충격 모두에서 에너지 흡수에 효과적일 수 있다. 이러한 다단계 에너지 흡수체는, 보행자 안전 에너지 흡수체 및 차량 손상 방지용 에너지 흡수체와 같은 외부 에너지 흡수 어플리케이션, 도어 에너지 흡수체, 루프 에너지 흡수체 및 무릎 받침(bolster)과 같은 내부 에너지 흡수 어플리케이션을 포함하는, 다양한 에너지 흡수 어플리케이션에 사용될 수 있으며, 다만 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한 다단계 에너지 흡수체는, 항공우주, 방어시설, 산업기계, 선박, 핵, 철도 등과 같은 대형 변위용의, 힘 수준이 가능한 한 일정하게 유지되는 것이 바람직한 어플리케이션에 사용될 수 있다.
에너지 흡수체의 특성은, 예를 들면, 높은 인성/연성, 열적 안정성(예를 들면, -30 내지 60℃), 높은 에너지 흡수력, 양호한 모듈러스-대-인장률(modulus-to-elongation ratio), 및 재활용성을 포함하고, 여기서 "높은" 또는 "양호한"이라는 표현은, 그 특성이 적어도 당해 구성성분/요소에 요구되는 현재의 차량 안전 규제 및 요건을 충족한다는 것을 의미한다. 에너지 흡수체는, 원하는 형태로 형성될 수 있고 원하는 특성을 제공할 수 있는, 임의의 열가소성 물질 또는 열가소성 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 열가소성 물질은, 예를 들면, 열가소성 물질뿐만 아니라, 열가소성 물질과 탄성 물질 및/또는 열경화성 물질의 조합을 포함한다.
사용 가능한 열가소성 물질은, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS); 폴리카보네이트(LEXAN* 및 LEXAN* EXL 수지, SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함); 폴리카보네이트/PBT 블렌드(blend); 폴리카보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴릭-스티렌-아크릴로니트릴(ASA); 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 변형된)-스티렌(AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드(NORYL GTX* 수지, SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함)의 블렌드; 폴리카보네이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/PBT의 블렌드; 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 충격 조절제(XENOY* 수지, SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함); 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드(PVC); 내충격성 폴리스티렌(HIPS, high impact polystyrene); 저/고밀도 폴리에틸렌(L/HDPE); 폴리프로필렌(PP); 발포 폴리프로필렌(EPP); 폴리에틸렌 및 섬유 합성물; 폴리프로필렌 및 섬유 복합체(AZDEL Superlite* 시트, Azdel, Inc.로부터 상업적으로 이용가능함); 장섬유 강화된 열가소성 수지(VERTON* 수지, SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함) 및 열가소성 올레핀(TPO)을 포함한다.
충전 수지의 예는 STAMAX* 수지이며, 이것은 긴 유리섬유로 충전된 폴리프로필렌 수지로서 SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능하다. 강화 물질로는, 유리섬유, 탄소섬유 등과 같은 섬유뿐만 아니라, 전술한 것들 중 하나 이상을 포함하는 조합을 사용하는 것도 가능하다; 예를 들면, 긴 유리섬유 및/또는 긴 탄소섬유 강화된 수지. 에너지 흡수체는, 앞서 기술한 물질들 중 어느 하나 이상을 포함하는 조합으로부터도 형성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 에너지 흡수 시스템의 각 구성요소를 제조하기 위해서 동일한 물질이 사용될 수 있다(예를 들면, 측벽 및 연결벽). 다른 실시예에서, 에너지 흡수 시스템의 다양한 구성요소를 제조하기 위해서 상이한 물질들이 사용될 수 있다(예를 들면, 어느 한 물질은 측벽을 제조하는 데 사용되고, 다른 물질은 연결벽을 제조하는 데 사용됨). 예를 들면, 파괴 특성의 강화, 패키징 공간의 감소 등을 위해서, 물질의 어떠한 조합이라도 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
에너지 흡수체를 설계할 때 고려해야 할 주안점은 에너지 흡수 어셈블리가 사용할 수 있는 패키징 공간이다. 일반적으로, 파괴 후에 에너지 흡수 어셈블리를 위한 패키징 공간은 가능한 한 작아야 하며, 예를 들면, 5mm 이하, 특히 2.5mm 이하, 보다 특히 2.0mm 이하여야 한다. 무엇보다 인체공학적 및 심미적 목적 때문에 에너지 흡수체가 가능한 한 작은 패키징 공간을 차지하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체는 파괴 후 패키징 공간의 개선을 제공하는데, 여기서 파괴는 외측벽에서부터 내측벽으로 효율적으로 이루어지고, 측벽은 서로 접혀서, 단일 단계 에너지 흡수체와 비교할 때, 패키징 공간 내에 작은 프로파일(profile) 형태의 에너지 흡수체를 형성한다. 필요한 패키징 공간은, 에너지 흡수체가 사용될 차량의 유형에 따라 다양할 것으로 이해된다. 예를 들면, 크기가 작은 소형차량은 크기가 큰 스포츠 유틸리티 차량보다 더 작은 패키징 공간을 가질 것이다. 그러나, 본 명세서에 개시된 에너지 흡수체는, 에너지 흡수체 벽의 파괴 거동에 기반하여 필요한 패키징 공간을 제공할 수 있을 것으로 이해된다.
전체 크기, 예를 들면 에너지 흡수체의 특정한 치수는, 차체 내 에너지 흡수체의 위치 및 그 기능, 에너지 흡수체가 사용되는 특정한 차량에 의해 결정될 것이다. 예를 들면, 에너지 흡수 어셈블리의 길이(l), 높이(h), 및 너비(w)는, 그것을 사용하기 원하는 위치에서 이용가능한 공간의 크기 및 요구되는 에너지 흡수량에 의해 결정될 것이다. 에너지 흡수체의 깊이 및 벽 두께 역시 이용가능한 공간, 필요한 강성(stiffness), 및 사용되는 물질(또는 물질의 조합)에 의해 결정될 것이다. 에너지 흡수체(및 그에 따른 크러쉬 로브)의 깊이 "d"는 일반적으로 덮개와 범퍼 빔 간 거리에 의한 한계를 갖는다. 예를 들면, 에너지 흡수체의 다양한 구성요소들(예를 들면, 측벽, 연결벽, 가로 벽 등)의 벽 두께(t)는, 5.0mm 이하, 특히 1.5mm 내지 3.5mm, 더욱 특히 0.5mm 내지 1.5mm, 더 더욱 특히 0.5mm 내지 1.0mm, 0.6mm 내지 0.9mm, 보다 더 특히 0.6mm 내지 0.9mm, 보다 더 더욱 특히 0.6mm 내지 0.8mm일 수 있다.
첨부된 도면을 참조함으로써, 본 명세서에 개시된 구성요소, 방법, 및 장치에 대하여 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다. 이들 도면(이하에서 "도"라고도 지칭됨)은 본 발명의 용이한 설명과 편의를 위해 개략적으로 도시한 것에 불과하며, 따라서, 장치 또는 그 구성요소의 상대적인 크기 및 치수를 나타내고자 하거나 및/또는 본 발명을 실시예의 범위로 정의 또는 제한하고자 하는 것이 아니다. 이하의 설명에서 명료성을 위해 특정한 용어가 사용되지만, 이들 용어는 도면의 설명을 위해 선택된 실시예의 특정 구조를 단지 언급하고자 하는 것일 뿐, 본 발명을 실시예의 범위로 정의 또는 제한하고자 하는 것이 아니다. 도면 및 이하의 설명에서, 유사한 참조번호는 유사한 기능적인 구성요소를 의미하기 위한 것이다.
도 1 내지 4에 도시된 바에 따라, 에너지 흡수체 및 에너지 흡수 시스템에 관한 다양한 실시예가 설명된다. 예를 들면, 도 1에서 에너지 흡수체(10)(예를 들면, 크러쉬 로브)가 설명된다. 에너지 흡수체(10)는 베이스(12)에 부착되도록 구성될 수 있고, 베이스는 범퍼 빔(38)(예를 들면 도4 참조)에 부착될 수 있다. 베이스(12)는 외측벽(16)들 사이에서 연장된다. 인접한 에너지 흡수체(10)들 사이에는, 범퍼 빔 플랜지(flange)(36) 및/또는 덮개 플랜지(40)(예를 들면, 도 3 참조)가 위치할 수 있으며, 범퍼 빔 플랜지는 에너지 흡수체(10)의 범퍼 빔(38)(예를 들면, 도 4 참조)에 부착되는 측에 위치할 수 있고, 덮개 플랜지는 에너지 흡수체(10)의 덮개에 부착되는 측에 위치할 수 있다. 에너지 흡수체(10)는 측벽(외측벽(16) 및 내측벽(20))의 쌍을 복수개 포함할 수 있으며, 연결벽(18, 22)은 서로 포개져 있어서, 이어지는 인접한 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 연결벽들 사이에 개방 공간(34)을 형성한다. 예를 들면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 에너지 흡수체(10)는 최외측벽 쌍, 외측벽(16), 최외연결벽, 외연결벽(18), 내측벽 쌍, 내측벽(20), 및 내연결벽(22)을 포함할 수 있다.
내측벽 쌍(20)의 개수 및 내연결벽(22)의 개수는 제한되지 않으며, 원하는 수준의 에너지 흡수를 제공하는 임의의 개수를 사용할 수 있다. 예를 들면, 한 쌍 이상의 내측벽 및 하나의 내연결벽, 특히 두 쌍 이상의 내측벽 및 두 개의 내연결벽, 더욱 특히 세 쌍 이상의 내측벽 및 세 개의 내연결벽, 더 더욱 특히 다섯 쌍 이상의 내측벽 및 다섯 개의 내연결벽, 및 보다 더 특히 열 쌍 이상의 내측벽 및 열 개의 내연결벽이 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 외측벽(16) 및/또는 내측벽(20)은 불균일한 두께를 갖는다. 예를 들면, 외측벽(16) 및/또는 내측벽(20)의 두께는, 붕괴될 측벽의 부분에서는 증가될 수 있다. 그러한 설계는, 변형이 일어날때까지 외측벽(16) 및/또는 내측벽(20)이 더 많은 에너지를 흡수할 수 있게 함으로써 에너지 흡수체 벽의 버클링을 일부 조절하여, 에너지 흡수체(10)의 효율을 더 증가시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 에너지 흡수체(10)를 채용한 에너지 흡수 시스템(60)의 일 실시예를 나타낸다. 도 3에서, 에너지 흡수 시스템(60)은, 외연결벽(64)을 갖는 복수의 에너지 흡수체(62)를 포함할 수 있으며, 외연결벽(64)은 한쪽 또는 양쪽이 범퍼 빔 플랜지(36)에 연결되고, 이로써 외연결벽(64)과 범퍼 빔 플랜지(36)의 조합이 x축 방향으로 에너지 흡수 시스템(60)의 길이 전체에 걸쳐 연장된다. 외연결벽(64)은 외측벽(70)들 사이에서 연장될 수 있다. 에너지 흡수체(62)는 외측벽(70) 및 내측벽(72)뿐만 아니라 베이스(12)를 더 포함할 수 있고, 베이스(12)는 한쪽 또는 양쪽이 덮개 플랜지(40)에 연결되며, 이로써 베이스(12)와 덮개 플랜지(40)의 조합이 x축 방향으로 에너지 흡수 시스템(60)의 길이 전체에 걸쳐 연장된다. 도 1에 도시한 에너지 흡수체(10)에서, 측벽(70, 72) 및 연결벽(64, 66)은 네스트형으로 배치될 수 있고, 이로써 이어지는 인접한 요소의 측벽과 연결벽이 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 개방 공간(34)을 형성한다. 에너지 흡수 시스템(60)을 형성할 때 수직방향의 몰드 이동이 용이하게 이루어지도록 하기 위해서 개방 공간(34)이 에너지 흡수체(62)에 걸쳐 연장될 수 있다. 선택적으로, 에너지 흡수체(10) 또는 에너지 흡수 시스템(60)에 추가적인 강도와 강성을 제공하기 위해서, 횡단 스트립(strip)(예를 들면, 도 2 참조)이 외측벽(16, 70)과 인접한 내측벽(20, 72) 사이의 개방 공간(34)에 배치될 수 있다.
제조 측면에서의 한계가 개방 공간의 크기를 효과적으로 제한할 수 있으나, 에너지 흡수체의 개방 공간의 크기에는 제한이 없다. 일반적으로, 에너지 흡수체 내에 더 많은 수의 측벽이 존재하게 하여 더 많은 수의 에너지 흡수 단계가 이루어지도록 하기 위해서, 개방 공간은 가능한 한 작아야 한다. 그러나, 벽의 수가 많아지면 충격 후에 패키징 공간을 증가시키기 때문에, 패키징 공간 및 충격 후에 생성되는 측벽의 축적 또한 고려되어야 한다. 다시 말해서, 외측벽 및 내측벽은, 바람직하게는, 충격(즉, 파괴) 후에 그들이 축적되지 않고 또한 지나치게 큰 패키징 공간을 차지하지 않도록, 배치되어야 한다. 예를 들면, 개방 공간은 5mm 내지 30mm, 특히 10mm 내지 25mm, 더욱 특히 15mm 내지 20mm일 수 있다.
도 3에도 도시한 바와 같이, 인접한 에너지 흡수체(62)들 사이에 공간(48)이 존재한다. 인접한 에너지 흡수체(62)들 사이의 공간(48)은 에너지 흡수 시스템에 요구되는 충격 요건에 따라 다양하다. 예를 들면, 에너지 흡수체가 보행자의 다리 충격용으로 설계되는 경우에는, 인접한 에너지 흡수체들 사이의 공간은 바람직하게는 다리 직경, 예를 들면, 132mm 이하여야 하지만, 반면, 에너지 흡수체가 경직된 충격(예를 들면, 단단하고 평평한 충격자)용으로 설계되는 경우에는, 공간은 예상되는 힘 수준 및 침입(intrusion) 수준에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들면, 다단계 에너지 흡수 시스템 내 인접한 에너지 흡수체들 사이의 공간은 25mm 내지 150mm, 특히 30mm 내지 100mm, 더욱 특히 50mm 내지 75mm일 수 있다.
본 명세서에 기술된 측벽은, 직선형, 곡선형, 포물선형, 원형, 입방형, 브라지에(brazier)형, 활형, 주름형 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합의 형태를 가질 수 있다. 측벽은, 또한, 선택적으로, 분기 섹션에 의해 연결된 좁은 섹션 및 넓은 섹션을 가지는 형태일 수 있다. 외측벽 및 내측벽은, 동일하거나, 상이하거나, 또는 교대되는 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 외측벽 및 내측벽이 활형; 외측벽은 주름형이고 내측벽은 활형; 외측벽 및 내측벽이 주름형, 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 외측벽(16) 및 내측벽(20)은 도 1에 도시한 바와 같이 활형일 수 있고, 여기서 외측벽(16) 및 내측벽(20)은 일반적으로 서로 평행하다. 다른 실시예에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 외측벽(24)은, 서로 평행한 넓은 섹션(32)과 좁은 섹션(30) 및 비-평행한 분기 섹션(26)을 갖는 다양한 형태일 수 있다. 내측벽(20)은, 내측벽들 간에 평행할 수 있고, 또한 외측벽(24)의 넓은 섹션(32) 및 좁은 섹션(30)과도 평행할 수 있다.
도 2는 베이스(12)에 부착된 에너지 흡수체(14)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 베이스(12)는 외측벽(24)들 사이에서 연장될 수 있다. 외연결벽(18) 역시 외측벽(24)들 사이에서 연장될 수 있고, 여기서 범퍼 빔 프랜지(36)는 인접한 에너지 흡수체들 사이에서 연장된다(예를 들면, 도 4 참조). 도 2에 도시한 바와 같이, 외측벽(24)은, 선택적으로, 좁은 섹션(30) 및 넓은 섹션(32), 그리고 좁은 섹션(30)과 넓은 섹션(32)의 사이에 위치하는 분기 섹션(26)을 포함할 수 있고, 및/또는 외측벽(24)은 내측벽(20)과 평행할 수 있다(도 1의 외측벽(16) 참조). 좁은 섹션(30)은 좁은 섹션 각 na를 가지고, 넓은 섹션(32)은 넓은 섹션 각 wa를 가지며, 넓은 섹션 각은 좁은 섹션 각과 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 분기 섹션(26)은 분기 섹션 각 da를 가지며, 분기 섹션 각은 좁은 섹션 각이나 넓은 섹션 각보다 작은데, 예를 들면, 25%까지 작을 수 있다. 이들 각은, 도 2에 도시한 것처럼 x축에 대하여 측정된다. 예를 들면, 분기 섹션 각 da는 90° 미만, 특히 80° 미만, 더욱 특히 75° 이하, 더 더욱 특히 60° 이하, 보다 특히 45° 이하, 보다 더 특히 40° 이하일 수 있다. 다시 말해서, 도 2의 외측벽(24)은, 분기 섹션(26)에 의해 연결된 제1 평행 섹션(30) 및 제2 평행 섹션(32)을 가질 수 있다.
도 2에도 도시한 바와 같이, 횡단 스트립(28)이 외측벽(24)과 내측벽(20) 사이의 개방 공간(34)에 배치될 수 있다. 횡단 스트립(28)은 에너지 흡수체(14)에 추가적인 강성과 강도를 제공할 수 있으며, 측면 및/또는 축 방향 충격에 대한 안정화 벽의 역할을 할 수 있다. 횡단 스트립의 개수는 제한되지 않고, 일반적으로 2개 이상, 특히 4개 이상, 더욱 특히 6개 이상, 더 더욱 특히 10개 이상일 수 있는 것으로 이해된다. 외측벽(16) 및 내측벽(20)과 유사하게, 일부 실시예에서, 횡단 스트립(28)은 불균일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 횡단 스트립(28)의 두께는 붕괴될 측벽의 부분에서는 증가될 수 있다. 이러한 설계는, 변형이 일어날 때까지 횡단 스트립(28)이 더 많은 에너지를 흡수할 수 있게 함으로써 에너지 흡수체 벽의 버클링을 일부 조절하여 에너지 흡수체(10)의 효율을 더 증가시킬 수 있다.
일반적으로, 도 2에 도시된 에너지 흡수체(14)는, 좁은 섹션(30), 넓은 섹션(32) 및 분기 섹션(26)을 가지기 때문에, 도 1에 도시된 설계보다 더 큰 에너지 흡수를 제공할 수 있다. 그러나, 도 1의 외측벽(16)은, 도 2의 외측벽(24)과 동일한 에너지 흡수를 달성하기 위해서, 도2의 외측벽(24)보다 더 두껍게 제작될 수 있다(예를 들면, 외측벽(24)보다 5% 이상 두껍게). 도 2에 도시된 설계는, 외측벽(24)의 두께를 최소한으로 하면서, 에너지 흡수체에 요구되는 충격 요건에 따른 원하는 강성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 외측벽(24)의 두께는 0.5mm 내지 5mm일 수 있다. 특히, 외측벽(24)의 두께는 0.6mm 내지 3.5mm, 더욱 특히 0.75mm 내지 3.0mm, 더 더욱 특히 1.0mm 내지 2.5mm일 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 에너지 흡수체의 제조를 위해 사출 성형이 이용되는 경우에, 외측벽(24)의 두게는 2.5mm 이하일 수 있고, 특히 2.0mm 이하, 더욱 특히 1.5mm 이하, 및 더 더욱 특히 1.2mm 이하일 수 있다. 에너지 흡수체의 제조를 위해 사출 압축 성형이 이용되는 경우에, 외측벽(24)의 두께는 2.5mm 이하일 수 있고, 특히 2.0mm 이하, 더욱 특히 1.75mm 이하, 및 더 더욱 특히 1.6mm 이하일 수 있다. 도 1에 도시한 설계에 관한 일 실시예에서, 외측벽(16) 및 내측벽(20)의 최소 두께는 2.2mm 이하일 수 있고, 그 예로 XENOY* 플라스틱 수지 벽을 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 측벽 쌍 및 연결벽을 포함하는 복수의 에너지 흡수체는 서로 간에 포개져 있어서, 이어지는 인접한 구성요소의 측벽과 연결벽이 더 짧아지고 인접한 측벽들 및 연결벽들 사이에 공간(즉, 개방 공간(34))을 형성하게 된다. 모든 실시예에서, 개방 공간(34)은 상단부(42)로부터 하단부(44)까지(예를 들면, 도 1 참조) 에너지 흡수체 전체에 걸쳐 연장될 수 있는 것으로 이해되고, 이로써, 예를 들면, 에너지 흡수체가 개방될 수 있다(즉, 상단부(42) 또는 하단부(44)가 폐쇄되거나 덮히지 않음). 이러한 설계는, 수직방향의 몰드 이동을 가능하게 하고, 이로써 사출 성형 또는 사출 압축 성형에 의해 에너지 흡수체를 제조할 수 있게 한다.
도 4에서, 다단계 에너지 흡수 시스템(50)은 복수의 에너지 흡수체(14) 및 범퍼 빔 플랜지(36)로 제조될 수 있고, 이들 조합은 x축 방향으로 범퍼 빔(38)의 길이 전체에 걸쳐 연장된다. 일 실시예에서, 에너지 흡수 시스템 내에 존재하는 에너지 흡수체(10, 14)의 개수는 제한되지 않으며, 특정한 최종 용도 어플리케이션에 적합한 에너지 흡수 특성을 제공하는 임의의 개수를 사용할 수 있다. 예를 들면, 에너지 흡수 시스템의 길이 전체에 걸쳐 분산되는 1 내지 10개의 에너지 흡수체가 존재할 수 있다. 전술한 바와 같이, 인접한 에너지 흡수체들 사이의 공간(48)은 에너지 흡수 시스템에 요구되는 충격 요건에 따라 다양하다. 예를 들면, 에너지 흡수체가 보행자의 다리 충격용으로 설계되는 경우에는, 인접한 에너지 흡수체들 사이의 공간(48)은 바람직하게는 다리 직경, 예를 들면, 132mm 이하여야 하고, 에너지 흡수체가 경직된 충격(예를 들면, 단단하고 평평한 충격자)용으로 설계되는 경우에는, 공간은 예상되는 힘 수준 및 침입 수준에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 복수의 에너지 흡수체(14)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 동일한 배향 또는 교대되는 배향으로 위치할 수 있다. 예를 들면, 에너지 흡수체는, 제1 에너지 흡수체(14)의 넓은 섹션(32)이 제2 에너지 흡수체(14)의 좁은 섹션(30)에 인접하고, 제2 에너지 흡수체(14)의 좁은 섹션(30)이 제3 에너지 흡수체(14)의 넓은 섹션(32)에 인접하며, 이와 같은 방식으로 배향될 수 있다.
일반적으로, 다단계 에너지 흡수체는, 다단계 에너지 흡수체의 특별히 필요한 특성 및 성형 방법의 성능에 따라, 사출 성형, 압축 성형, 압출 중공 성형, 열 성형, 용해 성형(예를 들면, 공(co)-압출, 티-다이(T-die) 압출, 인플레이션 압출, 프로파일 압출, 압출 코팅, 다층 사출 성형 등) 등과 같은 다양한 성형 기술을 통해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 흡수체는 압출에 의해 제조될 수 있다(예를 들면, 도 1에 도시한 것처럼, 주름형이 존재하지 않는 실시예에서). 또 다른 실시예에서, 사출 성형을 이용하여, 에너지 흡수체의 상단부(42)로부터 하단부(44)까지 에너지 흡수체 전체에 걸쳐 연장되는(예를 들면, 도 2에 도시한 설계에서, 개방 공간(34)는 좁은 섹션(30)으로부터 넓은 섹션(32)에 이르기까지 연장됨) 개방공간(34)이 형성될 수 있는 수평방향의 몰드 이동에서와 달리, 수직방향의 몰드 이동에 의해 에너지 흡수체가 제조될 수 있다. 성형은 일반적으로, 내측벽을 서로 포개지도록(예를 들면, 측벽 구조 내의 측변 벽) 제작하기 위해서 금속 코어 풀(pull)(예를 들면, 스탠딩 스틸(standing steel))의 사용을 수반하기 때문에, 에너지 흡수체를 수직 배향으로 성형하는 것은 어려울 수 있다. 전술한 바와 같이, 에너지 흡수체의 여러 벽 사이에 배치된 공간 및 에너지 흡수체의 여러 벽의 두께는 에너지 흡수체를 제조하는 데 사용되는 제조 방법에 의해 결정될 수 있다.
에너지 흡수체는 이하의 비-제한적인 예에 의해 더 설명된다. 달리 언급하지 않은 한, 모든 실시예는 모의실험이다.
실시예
실시예 1:
이하의 모의실험에서, 본 명세서에 개시된 다단계 에너지 흡수체의 효율을 정량하고 그 성능을 단일 단계 에너지 흡수체와 비교하기 위해서, 다단계 에너지 흡수 시스템 및 단일 단계 에너지 흡수 시스템의 에너지 흡수체에 단단한 충격자를 충돌시켰다. 샘플 1 및 샘플 2는 모두 2.5mm의 균일한 두께를 가지고, 100mm×60mm×50mm 크기의 직육면체 상자에 들어맞는다. 에너지 흡수를 위한 물질로 폴리카보네이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지(PC/PBT, 예를 들면 XENOY*, SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 이용가능함)를 사용하였고, 샘플 1 및 샘플 2의 단단한 지지를 위해서 금속을 사용하였다. 샘플 1에서, 도 3의 설계에 따른, 범퍼 빔(38)에 부착되어 있는 다단계 에너지 흡수체의 파괴 거동은 도 5에 도시하였다. 충격은 다단계 에너지 흡수체의 덮개 쪽(46)에 발생하였다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 다단계 에너지 흡수체는, 외측벽 쌍과 연결벽이 먼저 붕괴되고, 60ms 후에 내측벽 쌍이 붕괴되도록 작동하여, 다단계 에너지 흡수체 벽은 서로 균등하게 붕괴되었고, 다단계 에너지 흡수체의 패키징 공간은 파괴 로브를 가로질러 균등하게 분산되었다.
샘플 2에서, 도 3에 도시한 다단계 에너지 흡수체 및 도 6에 도시한 단일 단계 에너지 흡수체에 대해 힘과 변위량(예를 들면, 침입)을 측정하였으며, 여기서 힘은 킬로뉴튼(kN)으로 측정되었고, 변위량은 mm로 측정되었다. 결과는, 다단계 에너지 흡수체(100)와 단일 단계 에너지 흡수체(110)를 대비하여, 도 7에 도시하였다. 일반적으로, 힘 수준은, 전체 실험 동안, 가능한 한 높게 또는 가능한 한 필요한 힘 수준(112)에 근접하게 유지되는 것이 바람직하다. 도 7에서 확인할 수 있는 것처럼, 다단계 에너지 흡수체(100)의 힘 수준이, 단일 단계 에너지 흡수체(110)의 힘 수준보다 훨씬 더 높고 필요한 힘 수준(112)에 더 가까웠는데, 이는 다단계 에너지 흡수체에서 더 높은 효율이 달성된다는 것을 의미한다. 또한 샘플 2에서, 줄(Joule)로 기록된 에너지 흡수는, mm로 기록된 변위량에 대하여 측정되었으며, 이는 도 8에 도시하였다. 도 8에 도시된 것처럼, 다단계 에너지 흡수체(100)는 단일 단계 에너지 흡수체(110)가 흡수한 에너지의 거의 두 배의 에너지를 흡수할 수 있으며, 이는 다단계 에너지 흡수체(100)의 효율적인 에너지 흡수력 때문일 것이다.
실시예 2:
보행자 충격 성능에 대한 다단계 에너지 흡수체의 효율을 정량하기 위해서, 도 3에 도시한 설계를 갖는 다단계 에너지 흡수체를 도 6에 도시한 설계를 갖는 단일 단계 에너지 흡수체와 비교하였다. 이 실험에서, 50mm의 패키징 공간을 갖는 차량에서 40km/h의 속도로 충격을 가하기 위한 다리 형태를 제작하였다. 단일 단계 에너지 흡수체 및 다단계 에너지 흡수체 모두 전술한 PCT/PBT를 포함하였다. 도 3에 도시한 것과 같은 다단계 에너지 흡수체 7개를 일반적인 차량에 배치하였고, 하각 충격 성능에 관하여, 도 6에 도시한 단일 단계 에너지 흡수체와 비교하였다. 충격 성능을 측정하기 위해서, 단일 단계 에너지 흡수체 및 다단계 에너지 흡수체를 각기 범퍼 빔(38, 48)에 고정시켰다. 충격은 에너지 흡수체의 덮개 쪽(46)에 발생하였다. 결과는, 단일 단계 에너지 흡수체에 관하여는 도 9에, 다단계 에너지 흡수체에 관하여는 도 10에 도시하였다. 단일 단계 에너지 흡수체(도 9 참조) 및 다단계 에너지 흡수체(도 10 참조)를 이용하여, 에너지 흡수체가 결합된 범퍼 빔 중앙의 충격에 대한 파괴 거동을 경시적으로 도시하였다. 도 9 및 도 10에 도시된 것처럼, 다단계 에너지 흡수체가 단일 단계 에너지 흡수체보다 더 균일하게 분산된 파괴를 나타내었다.
도 3에 도시한 설계를 갖는 다단계 에너지 흡수체 및 도 6에 도시한 설계를 갖는 단일 단계 에너지 흡수체 모두에 대하여 무릎 위치에서 측정된 가속도를 50mm의 동일한 패키징 공간에 대하여 역시 비교하였다. 유럽 강화 차량-안전 위원회(European Enhanced Vehicle-Safety Committee, EEVC)의 워킹그룹 17 보행자 안전 보고에 따르면, 최대 측면 경골 가속도는 150 Gs 이하이어야 하고, 여기서 G는 중력 가속도를 의미한다. 본 실시예에서, 동일한 패키징 공간에 대하여, 단일 단계 에너지 흡수체는 120 Gs를 발생시키는 반면, 다단계 에너지 흡수체는 단지 98 Gs만을 발생시키고, 이는 다단계에너지 흡수체가 더 큰 유연성과 증가된 안전 여유(safety margin)를 제공한다는 것을 의미한다. 도 11에 도시한 것처럼, 단일 단계 에너지 흡수체(120)는 다단계 에너지 흡수체(130)와 비교할 때 질량의 유의미한 증가 없이도(예를 들면, 양 에너지 흡수체의 질량은 모두 0.5kg에 가까운 것으로 관찰됨) 20% 이상의 더 높은 가속도를 발생시키는 것으로 관찰되었다. 다단계 에너지 흡수체(130)은 더 일정하고, 따라서 더 효율적인 가속도를 갖는다.
실시예 3:
단일 게이트(gate)로 완전한 에너지 흡수체의 단위사출 성형의 실현가능성을 확인하기 위해서 몰드 흐름 모의실험을 수행하였다. 충전 시간과 사출 압력은 달성 가능한 한계 내에 있는 것으로 관찰되었고, 게이트의 개수 및 게이트의 위치는 생산성을 향상시키기 위해서 변경될 수 있다. 충전 시간과 사출 압력은 최종 용도 어플리케이션 및 에너지 흡수체를 제조하기 위해 성형 사이클에 필요한 비용에 달려있다. 일반적으로, 충전 시간은 10초 이하이고, 게이트의 개수는 5개 이하이다.
일 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템은, 베이스; 및 복수의 에너지 흡수체를 포함하며, 각각의 에너지 흡수체는 네스트형으로 배치된 에너지 흡수 요소를 포함하고, 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성한다.
또 다른 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템은, 베이스; 및 에너지 흡수 요소를 포함하는 에너지 흡수체를 포함하며, 에너지 흡수 요소가, 한 쌍의 외측벽; 외측벽 간의 연결벽; 한 쌍의 내측벽; 내연결벽을 포함하고, 외측벽은 좁은 섹션 각을 갖는 좁은 섹션 및 넓은 섹션 각을 갖는 넓은 섹션을 가지며, 좁은 섹션과 넓은 섹션은 분기 섹션 각을 갖는 분기 섹션에 의해 연결되고, 분기 섹션 각은 90° 미만이며, 에너지 흡수 요소가 네스트형으로 배치되어 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 개방 공간을 생성한다.
일 실시예에서, 다단계 에너지 흡수 시스템의 제조 방법은, 베이스 및 에너지 흡수체를 압출하는 단계를 포함하며, 에너지 흡수체는 네스트형으로 배치된 복수의 에너지 흡수 요소를 포함하고, 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성한다.
다양한 실시예에서, (i) 외측벽은 불균일한 두께를 가지고, 및/또는 (ii) 다단계 에너지 흡수 시스템은 폴리카보네이트; 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌; 폴리카보네이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트 블렌드; 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴릭-스티렌-아크릴로니트릴; 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 변형된)-스티렌; 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드; 내충격성 폴리스티렌; 저밀도 폴리에틸렌; 고밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌; 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하며; 및/또는 (iii) 다단계 에너지 흡수 시스템은 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 폴리카보네이트의 블렌드를 포함하고, 및/또는 (iv) 측벽의 형태는, 직선형, 곡선형, 포물선형, 원형, 입방형, 브라지에형, 활형, 주름형 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 및/또는 (v) 파괴 후 패키징 공간은 5mm 이하이고, 및/또는 (vi) 시스템은, 동일한 패키징 공간에 대하여, 단일 단계 에너지 흡수체보다 60% 이상 더 많은 에너지를 흡수하며, 및/또는 (vii) 시스템은, 동일한 패키징 공간에 대하여, 단일 단계 에너지 흡수체보다 70% 이상 더 많은 에너지를 흡수하고, 및/또는 (viii) 분기 섹션 각은 45° 이하이며; 및/또는 (ix) 측벽 및/또는 연결벽은 1.75mm 이하의 두께를 가지고; 및/또는 (x) 측벽 및/또는 연결벽은 1.5mm 이하의 두께를 가진다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점(endpoint)을 포함하며, 종점은 독립적으로 서로 결합가능하다(예를 들면, "25 중량% 이하, 또는 더욱 특히, 5 중량% 내지 20 중량%"의 범위는, "5 중량% 내지 25중량%"의 범위에 있는 종점 및 모든 중간값을 포함하는 등). "조합"이란 블렌드, 혼합물, 합금, 반응생성물 등을 포함한다. 나아가, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 표현은, 순서, 양 또는 중요성을 의미하는 것이 아니며, 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하여 나타내기 위한 것이다. 본 명세서에서 "하나" 및 "상기"라는 용어는 양적 제한을 의미하는 것이 아니며, 달리 본 명세서에 언급되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 사용된 접미사 "(들)"은, 접미사가 결합된 용어의 단수 및 복수를 모두 포함하고자 하는 것이며, 따라서 하나 또는 그 이상의 해당 용어를 포함한다(예를 들면, "필름(들)"은 하나 또는 그 이상의 필름을 포함함). 본 명세서의 전반에서 "일 실시예", "또 다른 실시예" 등으로 언급된 것은, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 포함된 것으로서 실시예와 관련하여 설명된 특정한 요소(예를 들면, 형태, 구조, 및/또는 특성)를 의미하며, 다른 실시예에는 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있다. 나아가, 기술된 요소들은 다양한 실시예에서 임의의 적절한 방법으로 결합될 수 있는 것으로 이해된다.
특정한 실시예가 기술되었지만, 현재로서는 예측하지 못하거나 예측하지 못할 수 있는, 대안, 수정, 변형, 개량 및 실질적인 등가물이 출원인 또는 다른 통상의 기술자에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 출원되는 청구항 및 경우에 따라 보정되는 청구항은, 모든 그러한 대안, 수정, 변형, 개량 및 실질적인 등가물을 포함하고자 하는 것이다.

Claims (13)

  1. 베이스; 및
    복수의 에너지 흡수체
    를 포함하는 다단계 에너지 흡수 시스템으로서,
    각각의 상기 에너지 흡수체가 네스트형으로 배치(nested arrangement)된 에너지 흡수 요소를 포함하고, 상기 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    외측벽 쌍이 불균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  3. 베이스; 및
    에너지 흡수 요소를 포함하는 에너지 흡수체
    를 포함하는 다단계 에너지 흡수 시스템으로서,
    상기 에너지 흡수 요소가, 한 쌍의 외측벽; 상기 외측벽 간의 연결벽; 한 쌍의 내측벽; 내연결벽을 포함하고, 상기 외측벽은 좁은 섹션 각을 갖는 좁은 섹션 및 넓은 섹션 각을 갖는 넓은 섹션을 가지며, 상기 좁은 섹션과 상기 넓은 섹션은 분기 섹션 각을 갖는 분기 섹션에 의해 연결되고, 상기 분기 섹션 각은 90° 미만이며, 상기 에너지 흡수 요소가 네스트형으로 배치되어 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 개방 공간을 생성하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분기 섹션 각이 45° 미만인 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측벽 및/또는 상기 연결벽은 1.75mm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측벽 및/또는 상기 연결벽은 1.5mm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단계 에너지 흡수 시스템이, 폴리카보네이트; 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌; 폴리카보네이트/폴리부틸렌 테레프탈레이트 블렌드(blend); 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴릭-스티렌-아크릴로니트릴; 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 변형된)-스티렌; 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드; 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드; 내충격성 폴리스티렌; 저밀도 폴리에틸렌; 고밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌; 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단계 에너지 흡수 시스템이 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 폴리카보네이트의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측벽의 형태가 직선형, 곡선형, 포물선형, 원형, 입방형, 브라지에(brazier)형, 활형, 주름형 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    파괴 후 상기 다단계 에너지 흡수 시스템의 패키징 공간은 5mm 이하인 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단계 에너지 흡수 시스템은, 동일한 패키징 공간에 대하여, 단일 단계 에너지 흡수체보다 60% 이상 더 많은 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단계 에너지 흡수 시스템은, 동일한 패키징 공간에 대하여, 단일 단계 에너지 흡수체보다 70% 이상 더 많은 에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는, 다단계 에너지 흡수 시스템.
  13. 다단계 에너지 흡수 시스템의 제조 방법으로서,
    베이스 및 에너지 흡수체를 압출하는 단계를 포함하며, 상기 에너지 흡수체는 네스트형으로 배치된 에너지 흡수 요소를 포함하고, 상기 에너지 흡수 요소는 한 쌍의 측벽 및 연결벽을 포함하며, 이어지는 인접한 에너지 흡수 요소의 측벽 및 연결벽은 더 짧아져서 인접한 측벽들 및 인접한 연결벽들 사이에 공간을 생성하는, 다단계 에너지 흡수 시스템의 제조 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010117283A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-14 Axip Limited Energy absorption device
US10005408B2 (en) * 2011-11-03 2018-06-26 Sabic Global Technologies B.V. Energy absorbing system for conflicting regulatory requirements for vehicle bumpers
US9731669B2 (en) * 2012-02-28 2017-08-15 Sabic Global Technologies B.V. Energy absorbing system
WO2016069320A1 (en) * 2014-10-30 2016-05-06 Sabic Global Technologies B.V. Intermittent side rail energy absorbing elements and methods of making the same
FR3044986B1 (fr) * 2015-12-11 2019-05-17 Compagnie Plastic Omnium Poutre de chocs pour vehicule automobile comprenant une traverse et un absorbeur de chocs
JP6384507B2 (ja) * 2016-03-31 2018-09-05 トヨタ紡織株式会社 エネルギー吸収体
US10000171B2 (en) * 2016-06-10 2018-06-19 Ford Global Technologies, Llc Vehicle energy-absorbing device
US10099638B2 (en) 2017-02-27 2018-10-16 Ford Global Technologies, Llc Bumper assembly
US10829070B2 (en) * 2018-02-23 2020-11-10 Ford Global Technologies, Llc Strengthening structure of a vehicle
US10640066B1 (en) 2018-10-22 2020-05-05 Ford Global Technologies, Llc Vehicle energy absorber
CN109591739A (zh) * 2018-11-15 2019-04-09 华侨大学 一种汽车前安全防撞梁
US11021122B1 (en) 2019-11-21 2021-06-01 Ford Global Technologies, Llc Vehicle crush-can assembly and crush-can assembly providing method
CN114687309A (zh) * 2022-04-08 2022-07-01 中南大学 一种防撞垫

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080014619A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 오-플렉스 그룹, 인크. 주름진 관형의 에너지 흡수 구조
KR20090115881A (ko) * 2007-03-28 2009-11-09 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 차량용 금속제 업소버, 차량용 범퍼 시스템, 자동차 범퍼용 업소버 및 자동차 범퍼 시스템
KR20090118585A (ko) * 2008-05-14 2009-11-18 성준엽 자동차용 에너지 업소버
KR20090131078A (ko) * 2008-06-17 2009-12-28 현대모비스 주식회사 에너지 업소버

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2440708A1 (de) * 1974-08-24 1976-03-04 Daimler Benz Ag Stossfaenger fuer kraftfahrzeuge
DE2529920A1 (de) * 1975-07-04 1977-01-27 Volkswagenwerk Ag Sicherheitslenkrad fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge
JPS638046A (ja) * 1986-06-27 1988-01-13 Tonen Sekiyukagaku Kk 自動車用バンパ−
US4852704A (en) * 1988-01-06 1989-08-01 Usx Corporation Energy absorption and barrier device for automotive vehicles and method for making the same
SE503450C2 (sv) * 1994-01-26 1996-06-17 Plannja Hardtech Ab Stötfångarbalk
JP2990057B2 (ja) * 1996-03-13 1999-12-13 アイシン軽金属株式会社 車体側部のエネルギー吸収構造
AU5722299A (en) * 1998-09-18 2000-04-10 Cosma International Inc. Bumper beam assembly and method
US6179355B1 (en) * 1998-12-18 2001-01-30 Ford Global Technologies, Inc. Automotive vehicle bumper assembly
JP4362953B2 (ja) * 2000-07-03 2009-11-11 日本軽金属株式会社 バンパステイ
KR20040052501A (ko) * 2001-11-27 2004-06-23 기쿠치 프레스 고교 가부시키가이샤 프레스 성형품 및 그것의 고주파 담금질 방법과 고주파담금질 장치
JP4057846B2 (ja) * 2002-06-07 2008-03-05 株式会社アステア バンパ構造材
US20060286342A1 (en) * 2003-05-28 2006-12-21 Elzey Dana M Re-entrant cellular multifunctional structure for energy absorption and method of manufacturing and using the same
US7338038B2 (en) * 2004-03-12 2008-03-04 Dow Global Technologies, Inc. Impact absorption structure
US20050230205A1 (en) * 2004-04-20 2005-10-20 Gregory Springler Energy-absorbing padding with staged elements
FR2870802B1 (fr) * 2004-05-26 2007-09-14 Faurecia Interieur Ind Snc Dispositif d'absorption d'energie mecanique de choc, procede et piece d'equipement associes
US7441806B2 (en) * 2006-10-24 2008-10-28 Honda Motor Co., Ltd. Knee bolster
US8104804B2 (en) * 2009-06-25 2012-01-31 Ayyakannu Mani Automobile safety bumper assembly
JP5564237B2 (ja) * 2009-11-27 2014-07-30 株式会社アステア バンパ補強材
CN201769774U (zh) * 2010-08-25 2011-03-23 凌云工业股份有限公司 一种适用于小型车的高效吸能保险杠吸能器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080014619A (ko) * 2006-08-10 2008-02-14 오-플렉스 그룹, 인크. 주름진 관형의 에너지 흡수 구조
KR20090115881A (ko) * 2007-03-28 2009-11-09 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 차량용 금속제 업소버, 차량용 범퍼 시스템, 자동차 범퍼용 업소버 및 자동차 범퍼 시스템
KR20090118585A (ko) * 2008-05-14 2009-11-18 성준엽 자동차용 에너지 업소버
KR20090131078A (ko) * 2008-06-17 2009-12-28 현대모비스 주식회사 에너지 업소버

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