KR20140137344A - 개량된 에너지 흡수 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량용 열가소성 에너지 흡수체의 실시형태는 베이스 및 크러시 로브를 포함한다. 상기 크러시 로브는 상기 베이스로부터 연장하는 하중 벽 및 상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡된다. 볼록한 전방면은 필릿을 구비하는 하중 벽에 연결된다.

Description

개량된 에너지 흡수 시스템{IMPROVED ENERGY ABSORBING SYSTEM}
본 개시는 자동차 구성요소와 특히 자동차 범퍼용의 개량된 에너지 흡수 시스템 및 관련된 구성요소에 관한 것이다.
현대의 차량은 차량 대 차량 충돌 시에 특유의 에너지 흡수를 위해 튜닝(tuning)된 범퍼 시스템을 갖고 있다. 그러나, 범퍼 시스템의 튜닝은 범퍼 시스템에 의해 점유되는 "패키지 공간" 상의 제약, 범퍼 빔의 후방의 공간 내로의 범퍼 빔 만곡 및 후방 침입(rear intrusion) 상의 제약, 및 비용, 품질, 치수 일관성 및 충돌 타격 중의 충돌 에너지-흡수 프로파일의 일관성/예측가능성 상의 제약과 같은 많은 복잡한 설계 요건에 기인되어 난제가 될 수 있다.
최근, 이러한 충돌 시에 보행자 부상을 감소시키기 위한 노력에서 보행자 충돌에 대처하기 위한 관심 및 후속적 규제가 점차 증가되고 있다. 이와 같은 규제는 범퍼 시스템의 설계 및 범퍼 시스템의 튜닝에 대해 상이한 수준의 곤란성 및 복잡성을 추가하였다.
안전성 문제, 차량의 수리 비용 및 정부/보험사 시험 표준에 부합하는 것 이외에도, 차량 부품의 설계에서 다른 중요한 요인이 존재한다. 특히, 저속 충돌, 즉 4 내지 15 킬로미터/시(kph)(2.5 - 9 마일/시간(mph))의 속도의 충돌에 견딜 수 있는 저속 보험 시험으로 공지된 정부 시험 표준에 부합하도록 설계되는 차량 부품.
용이하게 제작되고, 저속 충돌 후 원래의 형상을 회복하고, 수리 및 충돌 보험을 위한 비용 절감으로 이어지고, 동시에 보행자 보호를 위한 정부 규제 표준에 부합하는, 열가소성 재료로 제조되는 차량 에너지 흡수체에 대한 필요성이 잔존한다.
본 명세서에는 자동차 구성요소와 특히 자동차 범퍼용 에너지 흡수 시스템 및 관련된 구성요소가 개시되어 있다.
하나의 실시형태에서, 차량용 열가소성 에너지 흡수체는 베이스 및 크러시 로브(crush lobe)를 포함한다. 상기 크러시 로브는 상기 베이스로부터 연장하는 하중 벽(load) 및 상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡된다. 상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿(fillet)을 구비하는 하중 벽에 연결된다. 상기 베이스 및 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 차량 에너지 흡수 시스템은, 범퍼 빔; 베이스 및 크러시 로브를 포함하는 에너지 흡수체; 및 에너지 흡수체 및 선택적으로 범퍼 빔의 일부를 피복하는 페이시아(fascia)를 포함한다. 에너지 흡수체는 베이스 및 크러시 로브를 포함한다. 상기 크러시 로브는 상기 베이스로부터 연장하는 하중 벽 및 상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡된다. 상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿을 구비하는 하중 벽에 연결된다. 상기 베이스 및 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함한다.
상기한 특징 및 다른 특징은 이하의 예시적 실시형태의 상세한 설명 및 도면으로부터 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
전술한 차량 범퍼용 에너지 흡수 시스템의 상기 특징은 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해할 수 있을 것이고, 여기서 도면 전체를 통해 유사한 부품은 유사한 참조번호로 표시된다.
도 1은 도 11에서 시험되고 도시된 요소의 C자형 단면의 변형의 실시형태를 도시한 것으로; 여기서 도 1은 평평한 전방면을 구비하는 C자형 요소를 도시하고;
도 2는 평평한 전방면 및(예를 들면, 도 1에 비해) 증대된 반경을 갖는 필릿을 갖는 C자형 요소를 도시하고;
도 3은 도 2의 필릿을 구비하지 않는 C자형 요소 및 볼록한 전방면을 도시하고;
도 4는 필릿 및 볼록한 전방면을 포함하는 C자형 요소를 도시하고;
도 5는 수 개의 에너지 흡수 요소를 갖는 에너지 흡수 본체를 도시하고;
도 6은 단일의 에너지 흡수체 요소를 도시하고;
도 7은 도 4에 도시된 바와 같은 에너지 흡수 요소의 베이스에의 스냅 핏(snap fit) 결합을 도시하고;
도 8은 수 개의 에너지 흡수 요소 및 외측 크래쉬 박스를 갖는 에너지 흡수 본체를 도시하고, 그 중 하나는 도 9에 도시되어 있다.
도 10은 본 명세서에서 설명하는 중공 에너지 흡수 요소의 후면도를 도시하고;
도 11은 C 자형 에너지 흡수 요소(22)에 필릿 및 굴곡을 포함시킴에 의한 성능 및 에너지 흡수의 향상을 도시하고;
도 12는 15 km/시 경사진 강성 장벽 충돌에 대한 외측 크래쉬 박스의 성능을 도시한다.
차량 범퍼용 에너지 흡수 시스템 및 관련된 요소는 수많은 개조 및 변경이 본 기술분야의 당업자에게 명백하므로 단지 예시를 목적으로 하는 이하의 설명 및 실시예에서 더 구체적으로 설명된다.
설계자에게 더 높은 자유도를 허용함과 동시에 에너지 흡수 효율을 증대시키도록 그리고 패키징 공간을 감소시키도록 구성되는 에너지 흡수체가 본 명세서에 개시된다. 이 설계는 (예를 들면, 일단 초기 힘이 가해지면) 실질적으로 평평한 힘 대 침입(intrusion) 곡선을 형성하도록 구성된다. 바람직하게, 힘은 25 mm 침입에 이르기까지 6 킬로뉴톤(kN) 이하로, 구체적으로 5.5 kN 이하로 유지된다. 바람직하게, 힘 대 침입 곡선은 효율적 에너지 흡수를 위해 평평하게 유지되어야 한다. 개량된 구조는 에너지 흡수체의 볼록한 전방면과 상부 하중 벽 사이 및 전방면과 저부 하중 벽 사이에 필릿을 채용한다. 예를 들면, 차량용 열가소성 에너지 흡수 요소는, 플랜지형 베이스로부터 돌출하는 중공 로브로서, 상기 플랜지형 베이스로부터 연장하는 상부 하중 벽과 저부 하중 벽을 구비하는 플랜지형 C 자형 단면을 갖는, 중공 로브; 및 상기 상부 하중 벽과 전방면 및 상기 저부 하중 벽과 전방면을 연결하는 볼록한 필릿을 포함한다.
이론에 의해 제한되지 않고, 동일한 구조를 가지지만 필릿을 구비하지 않는 (예를 들면, 하중 벽과 전방면을 연결하는 날카로운 모서리를 갖는; 다시 말하면, 아치형 모서리를 갖지 않는) 에너지 흡수체에 비해, 필릿을 포함하는 것은 차량 대 보행자 충돌 시에 보행자의 무릎에서의 초기 힘 수준을 감소시키는 것을 도와줄 수 있다. 또한, 굴곡을 포함하는 것은 상부 하중 벽 및 저부 하중 벽에 점진적으로 그리고 제어된 방식으로 하중을 분산시키는데 효과적이고, 그 결과 충돌 및 침입에 의해 발생하는 변위에서 피크 하중을 감소시켜 더 높은 에너지 흡수 효율을 제공한다.
에너지 흡수 요소는 성형(예를 들면, 사출 성형, 취입 성형, 등), 열성형, 및 상기한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 의해 형성될 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 에너지 흡수체 요소는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 "필릿(fillet)"은 2 개의 인접하는 벽의 계면에 제공되는 굴곡부를 의미한다. 필릿의 반경은 흡수되는 충돌을 미세하게 튜닝할 수 있고, 본 명세서에서 설명하는 설계 제약에 대처하는 것을 더욱 보조할 수 있다.
도 1은 차량 범퍼 빔(50)의 전방(즉, 범퍼 빔(50)과 페이시아(fascia; 도시되지 않음) 사이)에 위치되도록 구성되는 플랜지형 베이스(105)를 갖는 에너지 흡수 요소(22)의 단면을 도시한다. 플랜지형 베이스(105)로부터 상부 하중 벽(110) 및 저부 하중 벽(111)이 연장되고, 이들은 전방면(101)(예를 들면, 평평한 전방면(다시 말하면, 이 전방면은 빔(50)에 대해 전방 케이스의 전체에 걸쳐 각도 변화가 없다))에 의해 연결된다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 에너지 흡수체의 경우, 평평한 전방면(101)은 하중 벽(110,111)과 최소 굴곡, 예를 들면, 단지 주형으로부터의 이형(release)을 가능하게 하는데 필요한 굴곡으로 접한다. 일반적으로, 평평한 전방면(101)은 4 밀리미터(mm) 미만의 반경으로 하중 벽(110,111)에 접한다. 도 2는 (예를 들면, 평평한) 전방면(101)과 상부 하중 벽(110) 사이 및 평평한 전방면(101)과 저부 하중 벽(111) 사이에 포함되는 필릿(102)을 갖는 에너지 흡수체를 도시한다. 이러한 필릿은 에너지 흡수체의 초기 강성을 감소시키고, 필릿을 제외하면 동일한 구조의 에너지 흡수체(재료, 크기, 및 형상)에 비해, 예를 들면, 5% 이상, 구체적으로 10% 이상, 더 구체적으로 15% 이상 만큼 초기 피크 힘이 감소되도록 힘 대 침입 곡선을 제어하는 것을 돕는다. 필릿은 5 mm 이상, 구체적으로 6 mm 이상, 예를 들면, 5 내지 10 mm의 반경을 가질 수 있다.
도 3은 상부 하중 벽(110)과 저부 하중 벽(111) 사이에 볼록한 전방면(103)만을 포함하는 에너지 흡수 시스템(예를 들면, 도 2의 필릿을 갖지 않음)을 도시한다. 여기서, 에너지 흡수체의 외면은 범퍼 빔으로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡되고; 예를 들면, 이것은 상부로부터 저부까지 만곡된다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 필릿(102)은 볼록한 전방면(103)과 상부 하중 벽(110) 사이 및 전방면(103)과 저부 하중 벽(111) 사이에 포함될 수 있다. 평평한 전방면 대신, 전방면(103)은, 예를 들면, 하중 벽으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 아치형일 수 있다. 이론에 의해 제한되지 않고, 전방면(103)에 굴곡을 포함하는 것은 상부 하중 벽(110) 및 저부 하중 벽(111)에 점진적으로 그리고 제어된 방식으로 하중을 분산시키는 것을 도와준다. 이것은 도 11에 도시된 바와 같이 평평한 힘-변위 곡선에 의해 설명된다. 다시 말하면, 필릿(들)은 전방면(101 또는 103)과 상부 하중 벽(110) 사이 및/또는 전방면(101 또는 103)과 저부 하중 벽(111) 사이의 교차부를 형성한다. 이론에 의해 제한되지 않고, 필릿을 사용하면 충돌에서 보행자가 받는 초기 힘을 감소시킬 수 있다. 필릿의 반경에 의해 에너지 흡수 요소(10) 또는 에너지 흡수 본체(20)의 성능을 추가로 튜닝할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 튜닝은 비용, 중량 및 패키징(packaging ) 공간 또는 상기한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 최적화함과 동시에 본 명세서에서 설명하는 원하는 특성의 힘-변위 특징을 얻기 위한 재료 및 그 공간적 그리고 기하학적 구성의 선택을 말한다.
도 11은 에너지 흡수체를 장착한 차량 범퍼 상에 40 km/시의 속도로 하부 레그폼(legform)의 충돌 시 관찰되는 힘 대 변위 곡선으로부터 입증되는 바와 같은 성능의 개선을 보여준다. 이 결과는 도 4에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선에서 도시되는 바와 같이 필릿(102) 및 볼록한 전방면(103) 단면(100) 에너지 흡수 요소(10)를 포함시킴으로써 달성되는 개량을 보여준다. 도 2 및 도 4에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선으로 도시된 바와 같은 필릿을 포함시키면, 곡선의 제 1 피크 힘을 6.2 kN으로부터 5.2 kN까지 감소시키는 것에 도움이 되고, 도 4에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선에 도시된 바와 같이 볼록한 전방면(103)을 포함시키면, 평평한 곡선을 유지하도록 그리고 에너지 흡수 요소(10)가 완전히 압축되었을 때 힘의 제 2 피크가 더 높이 상승하는 것을 방지하도록 도와준다. 도 1에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선으로 도 11에 도시된 바와 같이, 볼록한 전방면(103) 또는 필릿(102)이 구비되지 않은 단면의 에너지 흡수체만을 사용하면, 약 6.2 kN의 제 1 피크가 약 5mm의 침입에서 관찰되고, 20 내지 28 mm 사이의 침입 깊이에서 5 kN를 초과하여 상승하는 약간의 제 2 피크를 갖는 곡선을 형성한다. 에너지 흡수 요소(10)가 도 2에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선으로 도시된 바와 같이 필릿(102)만을 가지는 C 자형 에너지 흡수 요소(10)를 사용하면 초기 충돌을 흡수하기 위한 에너지 흡수 요소의 능력의 개량을 보여주고, 피크는 6.2 kN 으로부터 약 5.2 kN까지 감소되고, 변위/힘 곡선은 5 kN 미만에 유지되고, 그러나 25 mm를 초과하는 급격한 힘의 증가가 관찰되고, 약 5.9 kN의 제 2 피크를 형성한다. 전술한 그리고 본 명세서에서 청구한 에너지 흡수 요소의 장점은 에너지 흡수 요소(10)가 도 4에 도시된 에너지 흡수 요소에 대응하는 곡선으로 도시된 바와 같이 필릿(102) 및 볼록한 전방면(103)을 갖는 단면의 에너지 흡수 요소(10)를 사용하는 경우에 명백하고, 여기서 에너지 흡수 요소는 6 mm 내지 25 mm의 변위의 임의의 침입에서 5.2 kN을 초과하는 힘을 받지 않고, 관찰된 힘은 5 kN을 초과하지 않고, 볼록한 전방면(103), 및 볼록한 전방면(103)과 상부 하중 벽(110) 사이 및 볼록한 전방면(103)과 저부 하중 벽(111) 사이를 지지하는 필릿(102)의 상승 효과를 보여준다. 그러므로, 본 실시형태의 경우, 본 에너지 흡수체를 장착한 차량 범퍼에 대해 40 km/시의 속도로 하부 레그폼의 충돌 시, 크러시 로브는 0 내지 25 mm의 침입에서 5.75 kN 이하, 구체적으로 0 내지 25 mm의 침입에서 5.5 kN 이하, 및 더 구체적으로 0 내지 25 mm의 침입에서 5.25 kN 이하의 힘을 받을 수 있다. 필릿 및 볼록한 전방면의 양자 모두가 채용된 경우, 본 에너지 흡수체를 장착한 차량 범퍼에 대해 40 km/시의 속도로 하부 레그폼의 충돌 시, 크러시 로브는 0 내지 35 mm의 침입에서 5.75 kN 이하, 구체적으로 0 내지 35 mm의 침입에서 5.5 kN 이하, 및 더 구체적으로 0 내지 35 mm의 침입에서 5.25 kN 이하의 힘을 받을 수 있다.
에너지 흡수 요소는 요소의 형상, 주름(corrugation)의 정도, 요소를 제작하기 위해 사용된 재료, 하중 벽(들) 내의 개구(들)(예, 슬롯), 및/또는 이들의 조합을 포함하는, 그러나 이것에 한정되지 않는, 하나 이상의 요인에 따라 사전 결정된 충돌 저항을 가지도록 설계될 수 있다.
이제 도 5 내지 도 10을 참조하면, 도 5, 8, 및 10은 도 7에 도시된 바와 같은 차량 범퍼 빔(50)에 의해 지지되도록 구성된 적어도 하나의 치수를 갖는 본체의 베이스(예를 들면, 직사각형 베이스)(220)로부터 돌출하는 복수의 중공 에너지 흡수체 요소(10)를 포함하는 에너지 흡수 본체(20)를 도시한다. 복수의 에너지 흡수 요소는 에너지 흡수 본체(20)의 횡단 축선을 따라 이격될 수 있다. 간격은 동일할 수 있고, 또는 에너지 흡수 본체(20)의 주축선을 따라 변화될 수 있고, 예를 들면, 인접하는 에너지 흡수 요소(10) 사이의 거리는 에너지 흡수 본체(20)의 단부로부터 중앙을 향해 감소될 수 있다. 에너지 흡수 요소(10)의 간격의 변화는 정면 충돌 시의 에너지 흡수 본체(20)의 성능을 위한 추가의 튜닝 요인을 제공할 수 있다.
도 6은 플랜지형 베이스(105)로부터 돌출하는 에너지 흡수 요소(10)의 실시형태를 도시하고, 여기서 스냅 핏(250)이 에너지 흡수 요소(10) 상에 배치되고, 상부 하중 벽(110)과 저부 하중 벽(111)은 플랜지형 베이스(105)와 교차한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 하중 벽(110)과 저부 하중 벽(111)은 하중 벽과 플랜지형 베이스(105) 사이에 어떤 각도(φ)를 형성하는 방식으로 베이스(105)로부터 돌출한다. 하중 벽과 플랜지형 베이스(105) 사이에 한정되는 각도(φ)는 상부 하중 벽(110) 또는 저부 하중 벽(111)의 경우에 동일하거나 상이할 수 있고, 90 내지 145 도 사이에서 변화될 수 있다. 유사하게 측면 하중 벽(115)은 측면 하중 벽(115)과 플랜지형 베이스(105) 사이에 어떤 각도(φ', 도시되지 않음)를 한정하고, 상부 하중 벽(110)과 베이스(105) 사이, 또는 저부 하중 벽(111)과 플랜지형 베이스(105) 사이에 한정된 각도(φ)와 동일하거나 상이할 수 있고, 90 내지 145 도 사이에서 변화한다. 상부 하중 벽(110), 저부 하중 벽(111) 및 측면 하중 벽(115) 및 에너지 흡수 본체 베이스(220)에 의해 한정되는 각도는 에너지 흡수 본체의 횡단 주축선을 따라 각각의 에너지 흡수 요소(또는 로브)에 대해 상이할 수 있고, 따라서 에너지 흡수 유닛의 에너지 흡수 효율의 추가의 미세한 튜닝을 제공할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 볼록한 전방면(103)은 하나의 에너지 흡수 요소(10) 당 3 개의 섹션으로 도시된 구분형(sectional) 다각형 표면을 한정한다. 구분형 다각형 표면은 1 개 내지 16 개의 섹션, 구체적으로 1 내지 8 개의 섹션 등을 가지도록 구성될 수 있고, 요소의 성능을 위한 추가의 튜닝 변수를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 다각형의 형상은 변화될 수 있고, 4변형으로부터 실질적으로 구형 또는 타원형에 이르기까지 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스냅 피팅(250)은 에너지 흡수 요소(10)의 플랜지형 베이스(105) 내에 일체화되고, 차량 범퍼 빔(50)과 맞물리도록 구성된다. 이것은 범퍼 빔(60) 상에 에너지 흡수 요소(10)를 장착하기 위한 별도의 패스너의 필요성을 제거하고, 조립 시간 및 조립 비용을 감소시키는 것을 도와준다.
도 5, 8, 및 10에 도시된 에너지 흡수 요소(10)의 크기는 에너지 흡수 본체(20)를 따라 변화되어, 에너지 흡수 본체에 대해 어느 정도의 굴곡을 제공하고, 여기서 각각의 에너지 흡수 요소(10)에 의해 흡수되는 에너지도 역시 변화될 수 있다. 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 에너지 흡수체(20)의 중량을 감소시키기 위해, 전체 에너지 흡수 본체(20)의 에너지 흡수 효율에 실질적으로 영향을 주지 않고 에너지 흡수 요소(10) 내에 개구를 형성하는 도 5, 6, 8, 및 9에 도시된 바와 같은 본체 컷어웨이(cutaway; 215)가 도 6에 도시된 상부 하중 벽(110) 및/또는 저부 하중 벽(111) 내에 때때로 포함될 수 있다. 본체 컷어웨이(215)의 사용, 크기 및 위치에 의해, 충돌 시 원하는 수준의 에너지를 흡수할 수 있도록 에너지 흡수체를 더 튜닝할 수 있다. 본체 컷어웨이(215)가 에너지 흡수 본체(20) 내에 포함되는 경우, 에너지 흡수 본체(20)는 취입 성형 공정을 사용하여 형성할 수 있다.
이제 도 8 내지 도 10을 참조하면, 도 8에 도시된 에너지 흡수 본체(20)는 본체 베이스(220)으로부터 돌출하는 에너지 흡수 요소(10)를 포함하고, 에너지 흡수 본체(20)의 양 단부에 배치되는 외측 크래쉬 박스(좌측 크래쉬 박스(230) 및 우측 크래쉬 박스(240))를 더 포함한다. 에너지 흡수 본체 베이스(220)는 차량 범퍼 빔(50)에 의해 지지되는(예를 들면, 배킹(backing)되는) 적어도 하나의 치수를 갖도록 구성될 수 있다. 우측 크래쉬 박스(230) 및 좌측 크래쉬 박스(240)는 이들 사이에 배치되는 에너지 흡수 요소(10)보다 큰 강성을 갖도록 구성될 수 있다. 강성이 더 큰 크래쉬 박스(230, 240)는 에너지 흡수 본체(20)의 외측 위치에 일체화될 수 있다. 이들 강성이 더 큰 크래쉬 박스는 허니컴 구조(예를 들면, 직사각형 허니컴형 컬럼식 구조(예를 들면, 231 및 241))를 포함할 수 있고, 이것은 유리한 에너지 흡수 효율을 제공하는, 그리고 자동차 연구를 위한 연구 회의(RCAR)의 15 km/시 외측 경사의 장벽 충돌 요건에 부합하는 것을 도와준다.
다시 말하면, 크래쉬 박스(230, 240)는 수직방향 또는 수평방향 또는 수직과 수평방향의 양자 모두의 방향으로 크래쉬 박스(230, 240)의 강도를 증가시키는 지지벽으로 더 분할될 수 있고, 따라서 컬럼식 또는 허니컴식 또는 기타 다각형의 구조물을 형성한다. 좌측 및 우측 크래쉬 박스(230, 240) 내의 외측 크래쉬 박스 컬럼(231, 241)의 개수는 변화될 수 있다. 예를 들면, 크래쉬 박스는 1 내지 100 개의 컬럼, 구체적으로 1 내지 50 개의 컬럼, 더 구체적으로 1 내지 15 개의 컬럼을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 지지벽에 의해 형성되는 구획실은 발포체와 같은 것으로 완전히 또는 부분적으로 충전될 수 있다. 크래쉬 박스(230, 240)는 에너지 흡수 본체(20)의 외부 한계로부터 중앙을 향하는 깊이(예를 들면, 에너지 본체 베이스(220)와 전방면(103)) 사이의 거리)가 변화되어(예를 들면, 지속적으로 또는 단계식으로 증가되어),
에너지 흡수 본체(20)에 어느 정도의 굴곡을 제공하고, 그리고 특정의 경우에, 컬럼의 크기도 동일한 방향으로 변화될 수 있다(예를 들면, 표면적이 증가한다).
에너지 흡수체 본체(20)의 대향측 단부에 배치되는 크래쉬 박스(230, 240)는 도 10에 도시된 바와 같이 단일 부재의 집합 구조물로서 형성되고, 성형을 위한 별도의 공구를 필요로 하지 않는다.
에너지 흡수체는 사출 성형과 같은 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.
에너지 흡수 조립체의 예시적 특징은 높은 인성/전성, 열적 안정성(예를 들면, -30℃ 내지 60℃), 높은 에너지 흡수 효율, 우수한 탄성율 대 연신율 비율, 및 그 중에서도 리사이클 가능성을 포함하고, 여기서, "높은" 및 "우수한"이라 함은 그 특징이 소정의 구성요소/요소를 위한 현재의 차량 안전성 법규 및 요건에 적어도 부합함을 의미한다. 에너지 흡수 시스템(예를 들면, 에너지 흡수 요소 및/또는 외측 크래쉬 박스)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료의 예는 플라스틱 재료, 금속 재료, 발포체 재료, 또는 상기한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 저속 충돌에서, 에너지 흡수 요소(10)가 파괴되거나 영구 변형되지 않고, 충돌 힘이 제거된 후 원래 형상으로 탄성적으로 복귀하도록 에너지 흡수 요소(10)의 볼록한 전방면(103)을 위해 어느 정도의 탄성을 갖는 재료를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 그러므로, 극저속의 충돌에서, 범퍼는 충돌된 물체나 범퍼 자체를 손상시킴이 없이 항복될 수 있다.
프라스틱 재료의 예는 열가소성 재료 뿐만 아니라 열가소성 재료와 탄성중합체 재료의 조합물 및/또는 열경화성 재료를 포함한다. 가능한 열가소성 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS); 폴리카보네이트(SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 구입할 수 있는 LEXAN* 및 LEXAN* EXL 수지); 폴리카보네이트/PBT 블렌드; 폴리카보네이트/ABS 블렌드; 코폴리카보네이트-폴리에스테르; 아크릴릭-스티렌-아크릴로니트릴(ASA); 아크릴로니트릴-(에틸렌-폴리프로필렌 디아민 변성된)-스티렌(AES); 페닐렌 에테르 수지; 폴리페닐렌 에테르/폴리아미드의 블렌드(SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 구입할 수 있는 NORYL GTX* 수지); 폴리카보네이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)/PBT의 블렌드; 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 내충격성 개량제(SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 구입할 수 있는 XENOY* 수지); 폴리아미드; 페닐렌 설파이드 수지; 폴리비닐 클로라이드 PVC; 내충격용 폴리스티렌(HIPS); 저/고 밀도 폴리에틸렌(L/HDPE); 폴리프로필렌(PP); 발포 폴리프로필렌(EPP); 폴리에틸렌 및 섬유 복합재; 폴리프로필렌 및 섬유 복합재(Azdel, Inc.로부터 상업적으로 구입할 수 있는 AZDEL Superlite* 시트); 장섬유 강화 열가소성(SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 구입할 수 있는 VERTON* 수지) 및 열가소성 올레핀(TPO), 뿐만 아니라 상기한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 포함한다.
예시적 충전 수지는 역시 SABIC Innovative Plastics로부터 상업적으로 구입할 수 있는 유리 장섬유 충전 폴리프로필렌 수지인 STAMAX* 수지이다. 몇몇 가능한 강화용 재료는 유리, 탄소, 등과 같은 섬유 뿐만 아니라 상기한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합물, 예를 들면, 유리 장섬유 및/또는 탄소 장섬유 강화 수지를 포함한다. 에너지 흡수체는 또한 위에서 설명한 임의의 재료 중 적어도 하나를 포함하는 조합물로 형성될 수 있다.
도 12는 15 km/시 경사진 강성 장벽 충돌에 대한 외측 크래쉬 박스(230, 240)의 성능을 도시한다. 도 9의 우측 크래쉬 박스에 대해 도시된 바와 같이 직사각형 허니컴 크래쉬-캔(crash-can)의 제어된 압착(crushing )에 의해 평평한 힘 대 침입 곡선 및 고효율의 에너지 흡수가 얻어진다. 외측의 좌측 및 우측 크래쉬 박스(230, 240)는 차량의 모서리 영역의 보호를 도와주고, RCAR 구조 시험 프로토콜에 따른 15kmph의 경사진 장벽 충돌 시에 차량의 손상의 보험 비용을 감소시킨다.
하나의 실시형태에서, 차량용 열가소성 에너지 흡수체는 베이스 및 크러시 로브(crush lobe)를 포함한다. 상기 크러시 로브는 상기 베이스로부터 연장하는 하중 벽 및 상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡된다. 상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿을 구비하는 하중 벽에 연결된다. 상기 베이스 및 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 차량 에너지 흡수 시스템은, 범퍼 빔; 베이스 및 크러시 로브를 포함하는 에너지 흡수체; 및 에너지 흡수체 및 선택적으로 범퍼 빔의 일부를 피복하는 페이시아(fascia)를 포함한다. 에너지 흡수체는 베이스 및 크러시 로브를 포함한다. 상기 크러시 로브는 상기 베이스로부터 연장하는 하중 벽 및 상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡된다. 상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿을 구비하는 하중 벽에 연결된다. 상기 베이스 및 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함한다.
다양한 실시형태에서, (i) 베이스는 차량에 이 베이스를 사용 가능하게 연결하도록 구성된 스냅 피팅을 더 포함하고; 및/또는 (ii) 에너지 흡수체는 에너지 흡수체의 대향 단부에 배치되는 한 쌍의 크래쉬 박스를 더 포함하고; 및/또는 (iii) 크래쉬 박스는 허니컴 형상을 포함하고, 여기서 크러쉬 박스는 크러시 로브보다 큰 강성을 갖고; 및/또는 (iv) 40 km/시의 정면 충돌 시 에너지 흡수 요소의 힘-변위 곡선은 정면 충돌 시 6 내지 25 mm의 침입 시 5 kN 이하의 피크 힘을 보여주고; 및/또는 (v) 에너지 흡수체를 장착한 차량 범퍼에 대해 40 km/시의 속도로 하부 레그폼의 충돌 시, 크러시 로브는 0 내지 25 mm의 침입에서 5.75 kN 이하의 힘을 받고; 및/또는 (vi) 이 힘은 5.5 kN 이하이고; 및/또는 이 침입은 0 내지 35 mm이고; 및/또는 (vii) 반경은 5 내지 10 mm이고; 및/또는 (viii) 반경은 7 내지 10 mm이고; 및/또는 (ix) 반경은 5 내지 7 mm이고; 및/또는 (x) 베이스 및/또는 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함한다.
본 명세서에 포함되는 차량 에너지 흡수 시스템은, 범퍼 빔; 임의의 상기 에너지 흡수체; 및 상기 에너지 흡수체 및 선택적으로 상기 범퍼 빔(60)의 일부를 피복하는 페이시아를 포함한다.
본 명세서 및 청구항에서 사용될 때, 단수형인 "하나" 및 "상기"는 문맥이 명확하게 다르게 설명하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함할 수 있다. 또한 본 명세서 및 청구항에서 사용될 때, "포함하다"라는 용어는 "이루어지다" 및 "본질적으로 이루어지다"는 실시형태를 포함할 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 기재된 모든 범위는 종점(endpoints)를 포함하고, 독립적으로 결합될 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 본 명세서에 개시된 임의의 적절한 구성요소를 포함할 수 있거나, 임의의 적절한 구성요소로 이루어질 수 있거나, 임의의 적절한 구성요소로 본질적으로 이루어질 수 있다. 본 발명은 추가적으로 또는 대안적으로 종래 기술의 조성에서 사용되는 임의의 구성요소, 재료, 성분, 보조제 또는 종 또는 본 발명의 기능 및/또는 목적의 달성에 불필요한 것을 방지하거나 또는 실질적으로 제거하도록 계획될 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점을 포함하고, 이 종점은 독립적으로 상호 결합될 수 있다(예를 들면, "최대 25 중량%, 또는 더 구체적으로 5 중량% 내지 20 중량%"의 범위는 종점을 포함하고, 그리고 "5 중량% 내지 25 중량%"의 범위 내의 모든 중간 값들을 포함함). "조합물"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. 더욱이, 본 명세서의 "제 1", "제 2" 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요성을 표시하지 않고, 하나의 요소를 다른 요소를 표시하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 "하나의" 및 "상기"라는 용어는 양의 제한을 나타내지 않고, 본 명세서에서 다르게 표시되지 않는 한 또는 문맥에 의해 명확하게 반대되지 않는 한 단수형 또는 복수형의 양자 모두를 포함하도록 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 접미어 "(들)"은 이것이 수식하는 용어의 단수형 및 복수형의 양자 모두를 포함하는 것이 의도되고, 그 결과 하나 이상의 그 용어를 포함한다(예를 들면, 필름(들)은 하나 이상의 필름을 포함한다). 명세서 전체를 통해 "하나의 실시형태", "다른 실시형태", "실시형태", 등에 대한 참조는 그 실시형태와 관련하여 설명되는 구체적인 요소(예를 들면, 기구, 구조 및/또는 특징)가 본 명세서에서 설명하는 적어도 하나의 실시형태에 포함되고, 다른 실시형태 내에 제시될 수 있거나 제시되지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 설명되는 요소는 다양한 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용될 때, 근사 용어와 관련된 기본적 기능에 변화를 유발함이 없이 변화할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수식하기 위해 근사 용어가 적용될 수 있다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 수식되는 값은 일부의 경우에 특정된 정확한 값을 제한하지 않을 수 있다. 적어도 일부의 경우에, 근사 용어는 그 값을 측정하기 위한 도구의 정밀도에 대응할 수 있다.
특정 실시형태가 설명되었으나, 대안, 개조, 변경, 개량, 및 현재 예측되지 않거나 예측할 수 없는 실질적 등가가 출원인 또는 본 기술분야의 당업자에게 일어날 수 있다. 따라서, 출원되는 그리고 보정될 수 있는 첨부된 청구항은 이와 같은 대안, 개조, 변경, 개량, 및 실질적 등가의 모두를 포함하는 것이 의도된다.

Claims (16)

  1. 차량용 열가소성 에너지 흡수체로서,
    베이스; 및
    크러시 로브(crush lobe)를 포함하고, 여기서 상기 크러시 로브는,
    상기 베이스로부터 연장되는 하중(load) 벽;
    상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡되고; 그리고
    상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿(fillet)을 구비하는 하중 벽에 연결되고;
    상기 베이스 및 크러시 로브는 플라스틱 재료를 포함하는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 차량에 상기 베이스를 사용 가능하게 연결하도록 구성되는 스냅 피팅(snap fitting)을 더 포함하는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 흡수체의 대향 단부에 배치되는 한 쌍의 크래쉬 박스(crash box)를 더 포함하는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 크래쉬 박스는 허니컴 형상을 포함하고, 상기 크러쉬 박스(crush box)는 상기 크러시 로브보다 큰 강성을 갖는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    40 km/시에서의 정면 충돌 시 상기 에너지 흡수 요소의 힘-변위 곡선은 정면 충돌 시 6 내지 25 mm의 침입(intrusion) 시에 5 kN 이하의 피크(peak) 힘을 보여주는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에너지 흡수체를 장착한 차량 범퍼 상에 40 km/시의 속도로 하부 레그폼(legform)의 충돌 시, 상기 크러시 로브는 0 내지 25 mm의 침입에서 5.75 kN 이하의 힘을 받는, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 힘은 5.5 kN 이하인, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 침입은 0 내지 35 mm인, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침입은 0 내지 35 mm인, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경은 5 내지 10 mm인, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경은 7 내지 10 mm인, 차량용 열가소성 에너지 흡수체.
  12. 차량 에너지 흡수 시스템으로서,
    범퍼 빔;
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 에너지 흡수체; 및
    상기 에너지 흡수체 및 적어도 일부의 상기 범퍼 빔을 피복하는 페이시아(fascia)를 포함하는, 차량 에너지 흡수 시스템.
  13. 차량 에너지 흡수 시스템으로서,
    범퍼 빔;
    베이스 및 크러시 로브를 포함하는 에너지 흡수체를 포함하고, 여기서 상기 크러시 로브는,
    상기 베이스로부터 연장되는 하중 벽; 및
    상기 베이스에 대향하는 상기 하중 벽의 단부에 위치되는 볼록한 전방면을 포함하고, 여기서 상기 볼록한 전방면은 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 외방으로 만곡되고;
    상기 볼록한 전방면은 5 mm 이상의 반경을 갖는 필릿을 구비하는 하중 벽에 연결되고; 그리고
    상기 에너지 흡수체 및 적어도 일부의 상기 범퍼 빔을 피복하는 페이시아(fascia)를 포함하는, 차량 에너지 흡수 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    40 km/시의 속도로 하부 레그폼의 충돌 시, 상기 크러시 로브는 0 내지 25 mm의 침입에서 5.75 kN 이하의 힘을 받는, 차량 에너지 흡수 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 힘은 5.5 kN 이하인, 차량 에너지 흡수 시스템.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침입은 0 내지 35 mm인, 차량 에너지 흡수 시스템.
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