KR20160125356A - 범퍼 빔의 압축성 증가구조 - Google Patents

Abstract

섀시를 포함하는 차량의 범퍼 빔은 빔의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 수평 플랭크 및 하나 이상의 수직 플랭크와, 빔에 의한 충격 흡수 동안 상기 하나 이상의 수평 플랭크에 일 방향으로 반력을 가하고 섀시에 지지되도록 배치되는 하나 이상의 지지 부재를 포함하며, 상기 지지 부재는 반력의 방향에서 상기 하나 이상의 수평 플랭크보다 더 강하다.

Description

범퍼 빔의 압축성 증가구조{INCREASE OF THE COMPRESSIBILITY OF A BUMPER BEAM}

본 발명은 차량용 범퍼 빔의 기술 분야에 관한 것이다.

차량 범퍼에서 빔은 충돌 시, 특히 대너 충돌(Danner impact)(15km/h의 속도에서 수행된 보험료 산정 충돌) 시 범퍼에서 차 안까지의 장애물의 관통 및 범퍼 상의 임의의 응력 집중을 회피하기 위해 차량의 전면 전체에 걸쳐 장애물에 의해 인가되는 힘을 분산시키는 목적을 가진다.

또한, 범퍼가 충돌에 의해 손상된 차량의 영역을 범퍼로 제한하고 섀시(chassis)를 보호하도록 저속 충격 흡수 시스템을 포함하는 것이 알려져 있다. 흡수 시스템들은 하나 이상의 흡수체(absorber)를 포함한다. 특히, 빔의 전방에서 보행자 충돌(40km/h의 속도로 수행된 하체 충돌)을 위한 흡수체, 및 빔의 후방에서 대너 충돌을 위한 흡수체들이 구비된다.

두 개의 흡수체가 빔의 후방에 배치될 경우, 그들은 측면 부재들에 부착되어 빔에 의해 함께 연결된다. 이러한 흡수체들의 역할이 장애물과 차량의 충돌로 인한 기계적인 에너지를 가능한 한 분산시키는 것이기 때문에, 운전자나 동승자들에 전달되는 기계적인 에너지는 가능한 한 낮아야 하며, 충돌 시 둘 모두 일 측부에서 벗어난 전방 충돌에서 에너지를 분산시켜 섀시의 변형을 최소화하는 것이 바람직하다. 빔이 흡수체들의 전방에 위치하므로, 그것은 충돌로 인한 기계적인 에너지를 먼저 받으며, 두 흡수체들로 그것을 전달한다.

충격 흡수를 최적화하기 위하여, 차량의 길이 방향으로의 흡수 스트로크, 즉, 에너지가 분산될 수 있는, 범퍼의 전방과 흡수체의 후방 사이의 거리를 최대화하는 것이 요구된다.

하지만, 차량의 전방 영역이 모두가 필수적인 수많은 부품을 포함함에 따라, 이러한 부분들은 구조적인 제한을 받게 되므로, 그들은 가능한 한 작아야 하고, 즉, 범퍼에 제공되는 흡수 스트로크는 요구되는 바와 같이 클 수 없다.

본 발명은 범퍼의 흡수 스트로크를 증가시키기 위하여 충돌 시 빔의 압축성을 증가시키는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 따라서, 섀시를 포함하는 차량의 범퍼 빔으로서, 상기 빔의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 수평 플랭크 및 하나 이상의 수직 플랭크와, 상기 빔에 의한 충격 흡수 동안 상기 하나 이상의 수평 플랭크에 일 방향으로 반력을 가하고 상기 섀시에 지지되도록 배치되는 하나 이상의 지지 부재를 포함하며, 상기 지지 부재가 반력의 방향에서 상기 하나 이상의 수평 플랭크보다 더 강한, 범퍼 빔에 관한 것이다.

따라서, 빔의 몇몇의 수평 플랭크들은 범퍼의 흡수 스트로크를 상당히 증가시키며, 그들이 절단될 때까지 차량의 길이 방향으로 압축된다.

일 실시예에 따르면, 빔은 네 개의 수평 플랭크들과 세 개의 수직 플랭크들을 포함하여 W자-형상을 가진다.

또 다른 실시예에 따르면, 빔은 단방향성 섬유들을 포함한다.

수평 플랭크들이 그러한 섬유들을 포함함으로써, 섬유들이 그들의 축에 수직한 방향의 힘을 받으므로 충격 흡수 시 보다 용이하게 절단된다.

또 다른 실시예에 따르면, 빔은 그것의 수직 플랭크들 중 일부 또는 전체에서 리본, 직물, 부직포, 매트 중에서 선택된 양방향성 또는 다축성 보강재들을 포함한다.

단방향성 섬유들과 함께, 그러한 보강재들은 단방향성 섬유들의 방향이 아닌 방향들 중 하나 이상의 방향에서 빔의 수직 플랭크들의 기계적인 특성들을 개선할 수 있으며, 충격 흡수 시 절단 되지 않는 것을 보장할 수 있다. 섬유들은 두 층의 양방향성 또는 다축성 보강재들 사이에 개재된다. 단방향성 섬유 및 양방향성 또는 다축성 보강재들은 유리, 탄소, 아라미드(aramid)와 같은 재료로 구서오딜 수도 있다.

유리하게는, 지지 부재는 섀시에 지지 되도록 배치되는 흡수체의 부분을 포함한다.

차량 구성에 따라, 흡수체는 그것이 부착되는 측면 부재에 지지되며, 측면 부재는 섀시에 고정되거나 흡수체가 섀시에 직접 고정된다.

바람직하게는, 상기 흡수체의 상기 부분은 상기 흡수체의 일 측면이다.

바람직하게는, 상기 지지 부재는 먼저 상기 빔에 고정되고 그 다음에 상기 흡수체의 상기 부분에 고정된다.

따라서, 블레이드는 흡수체를 통해 섀시에 간접적으로 지지된다.

또한, 블레이드는 충격의 기계적인 에너지를 흡수하는데 도움이 된다.

유리하게는, 블레이드는 대체로 정사각형의 형상을 가진다.

바람직하게는, 상기 지지 부재는 상기 빔의 수직 플랭크를 포함하며, 바람직하게는, 수직 플랭크는 양방향성 보강재들을 포함한다.

따라서, 지지 부재는 흡수체의 부분을 포함하고, 블레이드 및 빔의 수직 플랭크들(차량 축에 대해 경질) 중 하나는 섀시에 지지되며 상기 부재의 수직 플랭크에 인접한 두 수평 플랭크들을 효과적으로 가압할 수 있다. 지지 부재의 수직 플랭크는 두 인접한 수평 플랭크들을 블레이드가 효율적으로 절단하도록 빔 후방에(즉, 차량이 배치된 측에) 배치되는 것이 바람직하다.

유리하게는, 지지 부재는 복수의 블레이드들을 포함한다.

이는 지지 부재가 반력의 방향에서 인접한 수평 플랭크들보다 훨씬 더 강하고 반력이 이러한 플랭크들에 충분히 인가되는 것을 보장한다.

본 발명은 어떠한 방식으로도 제한하지 않고 예시로서만 주어진, 첨부된 도면들을 참조하여 충분히 이해될 것이다.
도 1 및 도 2는, 각각 충격 흡수 전후를 나타내는, 본 발명에 따른 빔의 일단과 그 지지 부재의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1 및 도 2의 빔의 단면도이다.
도 5는 수평 플랭크가 절단되지 않은 빔에 인가되는 힘의 시간에 대한 그래프이다.
도 6은 몇몇의 수평 플랭크들이 절단된 빔에 대한 도 5와 유사한 그래프이다.

이하의 설명에서, 차량 좌표계 R(O, x, y, z)가 사용되며, O는 차량에 의해 규정되는 체적의 중심점이고, 축(Ox)은 주 차량축 및 X 방향에 대응하며, 축(Oy)은 주 차량축에 수직한 수평 방향 및 Y 방향에 대응하고, 축(Oz)은 장소의 수선이고 Z 방향에 대응한다.

분명하게, 도 1 및 도 2는 범퍼의 좌측을 도시한다. 다만, 범퍼의 두 측부가 정확히 동일한 부품들로 구성되고 동일한 방식으로 작동한다. 따라서, 이하의 설명은 범퍼의 좌측만을 고려할 것이며, 우측부는 평면(Oxz)에 대한 대칭에 의해 추론될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 차량의 범퍼는 Y 방향으로 연장되는 빔(2)을 구비한다. 빔은 네 개의 수평 플랭크들(flanks)(4)과 세 개의 수직 플랭크들(6)을 포함하며, 각각의 플랭크들은, Y 방향과 일치하는 그들의 축 방향에서 높은 저항성이 있지만, 그들의 축에 수직한 임의의 방향에서 상당히 낮은 저항성을 가지는, 예를 들면 탄소 섬유 및 유리 섬유와 같은 단방향성 섬유를 포함한다. 또한, 수직 플랭크들은 주 차량축의 방향을 따르는 임의의 힘에 대해 후자의 저항성을 이루기 위하여 이러한 플랭크들에 섬유들을 개재하는, 테이프, 섬유, 매트 또는 부직포(스티칭된 보강재들)와 같은, 양방향성 보강재들을 포함한다.

예시적인 실시예로서, 이러한 종류의 빔은 인발성형(pultrusion) 처리를 이용하여 제조될 수 있다. 수평 플랭크들은 그들의 두께에 있어서, 1mm, 즉 1·10^-3m 두께의 두 층의 유리 섬유들 사이에 개재된, 2mm, 즉 2·10^-3m 두께로 나타나는 탄소 섬유를 가질 수 있다. 수직 플랭크들은 그들의 두께에 있어서, 0.4mm, 즉 4·10^-4m 두께의 두 층의 유리 섬유들 사이에 개재된, 1.4mm, 즉 1.4·10^-3m 두께로 나타나는 탄소 섬유를 가질 수 있으며, 이러한 세 섬유 층들은 각각이 0.4mm, 즉 4·10^-4m의 두께를 가지는 두 테이프 층들 사이에 개재된다.

또한, 범퍼는 부착 수단(18)에 의해 차량의 측면 부재(미도시)에 부착된 흡수체(12)를 구비하며, 측면 부재 그 자체는, 도시되지는 않았지만, 차량 섀시에 부착된다. 흡수체는 충격에 의해 발생한 기계적인 에너지의 가능한 한 많은 양을 흡수하도록 구성되어, 섀시를 가능한 한 적게 변형시킨다. 흡수체는 빔(2)의 일단에 오버몰딩된다. 또한, 대체로 정사각형의 형상을 가지는 블레이드(blade)(14)는 먼저 흡수체의 일 측면(13)에 직접 고정되고 그 다음으로 빔의 수직 플랭크들 중 특정 플랭크(16)에 직접 고정된다. 블레이드(14)는 예를 들면, 1cm보다 작은, 작은 두께를 가지며 실질적으로 Z 방향에 대해 수직한 평면에 연장된다. 이러한 방식의 구성은 일차적으로 섀시에 빔을 간접적으로 지지되도록 하며, 이차적으로 블레이드로 하여금 충격을 흡수하는데 도움이 되도록 한다. 상기 측면(13)과, 블레이드(14)와, 플랭크(16)는 지지 부재(10)를 형성한다.

범퍼가 그 좌측면에서 부분적인 전방(즉, 일측으로 빗겨난) 충돌의 충격을 받은 것으로 고려된다. 도 2 및 도 4는 각각 차량에 의한 완전한 충격 흡수 이전과 이후의 지지 부재(10) 및 빔(2)의 상태를 도시한다. 차량이 충돌하는 장애물은, 차량의 후방을 향하는 X 방향으로 범퍼에 인가되는 힘을 생성한다. 이러한 힘은 특히 지지 부재(10)까지 전달되며, 이는 일차적으로 흡수체를 통해 에너지를 부분적으로 흡수하고, 이차적으로 차량의 전방을 향하는 X 방향으로, 특히 플랭크(16)로 구성된 표면에 인가되는 반력을 생성한다. 이러한 플랭크가 반력의 방향에 대해 얇고 양방향성 보강재들을 포함하므로, 충돌 에너지의 매우 작은 부분만을 분산시킬 것이며, 반력은 특히 두 인접한 수평 플랭크들(4)에 인가되어, 그들이 부서질 때까지 가압함으로써, 범퍼 흡수 스트로크를 상당히 증가시킬 것이다. 블레이드(14)의 방향은 두 인접한 수평 플랭크들(4)의 절단을 돕도록 플랭크(16)에 블레이드(14)에 의해 인가된 힘을 국한시킨다. 도 4는, 수직 절단 선으로 도시된 바와 같이 빔의 비압축성을 감소시키는, 특히, 지지 부재의 수직 플랭크(16)에 인접한, 더 낮은 수평 플랭크(4)가 충격 흡수 후 절단되는 것을 도시한다. 또한, 이러한 두 수평 플랭크들(4)은 빔(2)의 전단부를 형성하는 수직 플랭크들(6)에 인접해 있다. 즉, 지지 부재(10)가 그 힘을 가하는 빔(2)의 수평 플랭크들(4)은 빔의 전단부와 인접한다. 따라서, 빔(2)의 압축성은 빔의 전단부 근방, 즉, 충격이 인가되는 범퍼 영역 근방에서 증가된다.

도 5 및 도 6은, 각각 어떠한 수평 플랭크도 절단되지 않은 경우(곡선(20))와 지지 부재의 부분을 형성하는 수직 플랭크에 인접한 두 수평 플랭크들이 절단되는 경우(곡선(22)), 범퍼와 장애물 간의 접촉점의, 차량 좌표계에서의, 변위에 따른 빔과 장애물 간의 충돌 시 인가되는 힘의 변화를 도시한다. 두 충돌은 동일한 실험 조건하에 시뮬레이션된다. 따라서, 분산되는 기계적인 에너지 전체를 나타내는, 이러한 두 곡선 아래의 면적은 동일하다.

충격 흡수 시 받는 힘의 최대값은 범퍼의 주요한 특징이다. 이러한 힘의 최대값은 일차적으로 약 215mm, 즉, 2.15·10^-1m의 변위에서 도달되며, 이차적으로 빔의 절단 여부에 따라 상이한 것을 확인할 수 있다. 곡선(20)은 수평 플랭크들이 절단되지 않은 경우에 힘의 최대값이 약 1.5·10⁵N이고, 지지 부재가 인접한 두 수평 플랭크들을 절단하였을 경우 약 1.4·10⁵N인 것을 보여준다. 이는 두 경우에 있어서 1·10⁴N의 무시할 수 없는 차이를 나타낸다. 빔이 국부적으로 절단될 경우, 섀시와, 운전자 및 임의의 동승자들을 수용하는 차량 내부에 더 적은 힘이 전달됨으로써, 훨씬 더 적은 변형이 일어난다.

명백하게, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수많은 변형들이 이루어질 수 있다.

빔 프로파일은 도시된 바와 상이할 수도 있다.

다양한 플랭크들이 상술된 바와 상이한 다른 재료들을 포함할 수도 있다. 특히, 수평 플랭크들은, 충돌 시 인가되는 힘의 방향에서 수평 플랭크들보다 수직 플랭크가 더 강하기 위한 점에서, 수직 플랭크보다는 더 적지만 양방향성의 보강재들을 포함할 수도 있다.

플랭크에서 두께와 두께의 분포는 도시된 바와 상이할 수도 있다.

블레이드는 복수의 블레이드들로 대체될 수 있으며, 이러한 블레이드들은 절단될 수평 플랭크들에 직접 지지될 수도 있다.

흡수체는 섀시에 고정될 수도 있다.

Claims (10)

1. 섀시를 포함하는 차량의 범퍼 빔(2)으로서,
   상기 빔의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 수평 플랭크(4) 및 하나 이상의 수직 플랭크(6)와, 상기 섀시상에서 지지되며 상기 빔에 의한 충격 흡수 동안 상기 하나 이상의 수평 플랭크에 일 방향으로 반력을 가하도록 배치되는 하나 이상의 지지 부재(10)를 포함하며,
   상기 지지 부재는 반력의 방향에서 상기 하나 이상의 수평 플랭크보다 더 강한 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
2. 제1 항에 있어서,
   네 개의 수평 플랭크들과 세 개의 수직 플랭크들을 포함하여 W자-형상을 가지는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   단방향성 섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수직 플랭크들의 일부 또는 전체에서 리본, 직물, 부직포, 매트 중 선택된 양방향성 또는 다축성 보강재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 부재는 섀시에 지지 되도록 배치되는 흡수체(12)의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡수체의 상기 부분은 상기 흡수체의 일 측부인 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 부재는 먼저 상기 빔에 고정되고 그 다음에 상기 흡수체의 상기 부분에 고정되는 블레이드(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 블레이드는 대체로 정사각형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
9. 제5 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 부재는 상기 빔의 수직 플랭크(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.
10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 복수의 블레이드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 범퍼 빔.

Images