WO2010062007A1 - 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치 - Google Patents

복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치 Download PDF

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임지호
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Definitions

  • the present invention relates to a collision energy absorbing device mounted to a vehicle so as to protect the occupant from impact force during a collision.
  • the vehicle is provided with a collision energy absorbing device for protecting the occupant by absorbing the impact force during the collision.
  • Vehicles such as cars and trains, move at high speed and crash into other vehicles or fixed objects. In this case, effectively absorbing the energy generated during a collision is the most important factor in securing passenger safety.
  • the collision energy absorbing device 10 includes a support 10a mounted to the fixed body 1, and a plastic deformation part 10b provided on an extension line with the support 10a. do.
  • the energy delivered from the collider 20 is converted into the plastic energy generated by the collapse of the plastic deformation part 10b and thus the collision energy is absorbed.
  • collision energy when the collision energy is absorbed to absorb the collision energy, collision energy is absorbed in all regions of the structural member, which is advantageous in terms of weight reduction.
  • a tube expansion collision energy absorber is used to maximize the energy absorption performance of the material.
  • this method has a heavy weight because the portion provided to expand the tube does not deform as a rigid body, and it is difficult to configure the plastic deformation due to expansion to absorb all the collision energy required.
  • an electric vehicle or a fuel cell vehicle which is recently developed, has a large weight increase and a collision energy absorption space is short. Therefore, a high collision energy absorption capacity is required per unit length.
  • the collision energy absorption method using the conventional crushing method is not suitable for making the most of the high energy absorption capacity of the high-stretch material because the amount of plastic deformation due to bending deformation is small, and requires a relatively large collapse space.
  • the plate In a general collision, the plate is plastically deformed by bending deformation, so the average strain is about 20%.
  • the deformation of the plate surface is large, but the deformation of the central plane hardly occurs, and plastic deformation occurs intensively only at the portion where the plate is folded. Therefore, in terms of the collision member as a whole, the plastic strain is not sufficient for the characteristics of the high-stretch material.
  • the present invention is made by recognizing at least one of the needs or problems occurring in the conventional collision energy absorber of a vehicle.
  • One object of the present invention to increase the absorption performance of the impact energy per unit length by using the properties of high-strength, high-stretch material.
  • Another object of the present invention is to effectively absorb the collision energy even if the length of the space required for absorbing the collision energy is short.
  • Still another object of the present invention is to allow crash energy generated during a collision of a vehicle to be absorbed in stages.
  • Another object of the present invention is to minimize the weight of the collision member to absorb the high collision energy and at the same time achieve a lighter vehicle.
  • Yet another object of the present invention is to enable collision energy absorption suitable for each collision at low speed and collision at high speed.
  • Another object of the present invention is to minimize the degree of injury of the occupant to reduce the collision acceleration as much as possible.
  • Another object of the present invention is to reduce the collision collapse space to reduce the constraints on the design of the vehicle.
  • a collision energy absorber of a vehicle having a plurality of collision energy absorption steps according to an embodiment for realizing at least one of the above problems may include the following features.
  • the present invention is basically based on being configured such that collision energy generated during collision of the vehicle can be absorbed in stages.
  • the collision energy absorbing device of a vehicle having a plurality of collision energy absorbing steps is formed in a tube shape, and the first deformation part in which the primary plastic deformation by expansion is performed to absorb the collision energy during a collision.
  • a second deformation portion formed in a tube shape, disposed on an extension line with an end portion of the first deformation portion, and configured to perform secondary plastic deformation after the first deformation of the first deformation portion so as to sequentially absorb collision energy during collision; It may be configured to include; expansion induction portion coupled to the end of the second deformation portion disposed between the first deformation portion and the second deformation portion, causing the first plastic deformation of the first deformation portion.
  • the preliminary expansion part may be further formed at a portion in contact with the expansion induction part so that the first deformation part may be expanded by the deformation induction part to cause plastic deformation.
  • the first deformable portion may be made of a steel grade having a weaker strength or have a thinner thickness so as to have a weaker allowable stress strength than the second deformable portion.
  • the first deformation portion may have the same length as the second deformation portion so that plastic deformation due to crushing is performed together with the second deformation portion during the secondary plastic deformation.
  • the first deformation portion is subjected to secondary plastic deformation due to crushing, and the first deformation portion is further subjected to third plastic deformation due to crushing together.
  • the length may be shorter than that of the two deformation parts.
  • the first deformation portion is subjected to secondary plastic deformation due to crushing, and then the first and second deformation portions together form a third plastic deformation due to crushing together. It may be made longer than the second deformable portion.
  • the expansion guide part may further include an inclined surface in a direction in which the first deformation part moves so as to facilitate expansion of the first deformation part in a collision.
  • the present invention since the absorption energy per unit length is high, the present invention can be applied to a vehicle having a short crash collapse distance, such as a next-generation car.
  • the collision acceleration may be reduced as much as possible to minimize the degree of injury of the occupant.
  • collision energy absorption suitable for each of the collision at low speed and the collision at high speed is possible.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the structure of a collision energy absorber provided in a conventional vehicle.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a state in which the collision energy absorber shown in FIG. 1 is modified to absorb collision energy.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a collision energy absorbing device of a vehicle having a plurality of collision energy absorbing steps according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 to 6 are cross-sectional views illustrating a state in which a collision energy absorber of a vehicle having a plurality of collision energy absorption stages is deformed step by step according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional views illustrating a state in which a collision energy absorber of a vehicle having a plurality of collision energy absorption stages is deformed during a collision according to another embodiment of the present invention.
  • Embodiments related to the present invention are basically based on being configured such that collision energy generated during a collision of a vehicle can be absorbed in stages.
  • the collision energy absorbing device 100 may be configured such that the first deformation unit 120 and the second deformation unit 110 are disposed on an extension line so as to absorb collision energy in stages. have.
  • the first deformable portion 120 may be configured such that the first plastic deformation occurs before the second deformable portion 110 during the collision.
  • the plastic deformation of the first deformable portion 120 may occur as a plastic deformation in the form of a pipe, and in this case, the first deformable portion 120 may have a tube shape.
  • the tube shape may be formed in a state in which both ends are opened or one end is opened, the cross-sectional structure can be made without limitation in shape.
  • Collision energy generated during collision may be absorbed by the plastic deformation of the first deformable portion 120.
  • the second deformable portion 110 may be coupled so that one end is fixed to the fixed body 1 provided in the vehicle, and the first deformable portion 120 may be coupled to the other end thereof so as to be disposed on an extension line. have.
  • the second deformable portion 110 may be deformed during plastic deformation of the first deformable portion 120, or the deformation may be minimized so that the first deformable portion 120 may be plastically deformed in the form of expansion. Can be configured.
  • the second deformable portion 110 may be configured to undergo a secondary plastic deformation after the first deformable portion 120 is plastically deformed. That is, when the plastic deformation (expansion) of the first deformable portion 120 is maintained as much as possible, it may be configured to be plastically deformed after the first deformable portion 120 is plastically deformed.
  • the plastic deformation in the crushed shape may be configured together with the first deformation part 120.
  • the expansion guide portion 130 may be further provided at the end of the second deformable portion 110.
  • the expansion guide 130 may be coupled to the end of the second deformable portion 110 to be disposed between the second deformable portion 110 and the first deformable portion 120.
  • the first deformable portion 120 may be coupled in a state where one end is temporarily fixed to the expansion guide portion 130.
  • it may be coupled to the expansion guide 130 so that breakage of the coupling state may occur first before plastic deformation of the first deformable part occurs.
  • the expansion guide unit 130 may be configured to not be deformed or to minimize deformation when the first deformable part 120 is plastically deformed. That is, it may be configured to have a relatively large allowable stress strength than the first deformable portion 120.
  • the expansion guide portion 130 may be made of a steel grade stronger than the first deformation portion, or may be configured to have a sufficient strength by being formed thicker.
  • the first deformable portion 120 may be further formed with a preliminary expansion portion 121 at the end in contact with the expansion guide portion 130.
  • the preliminary expansion portion 121 may act so that the first deformable portion 120 may be sequentially expanded from an end region in contact with the expansion induction portion 130 during a collision. Due to such expansion, the first deformable part 120 is disposed outside the second deformable part 110, that is, the second deformable part 110 is inserted into the first deformable part 120. It can be arranged in the state.
  • the second deformation part 110 and the first deformation part ( 120 may be plastically deformed together.
  • plastic deformation may cause plastic deformation of the crushing method.
  • the first deformation part 120 is first plastically deformed to absorb relatively small collision energy first, and the second deformation part 110 and the first deformation part 120 are plastically deformed together to relatively large collision. Absorb energy. In this case, application to low speed collisions and high speed collisions is advantageous, and the absorption energy per unit length can be increased.
  • the expansion guide unit 130 is inclined surface in the direction in which the first deformation unit 120 is moved by the collision so that expansion is easily made when the first deformation unit 120 is plastically deformed by the collision. It may be formed.
  • the plastic strain of the crushed form of the first deformable portion 120 may be determined after being expanded with the expansion rate of the first deformable portion 120 according to the angle and the ratio of the expansion guide portion 130.
  • the second deformable portion 110 has a relatively larger allowable stress strength than the first deformable portion 120 so that plastic deformation does not occur when the first deformable portion 120 is expanded. It may be configured to have. In order to increase the allowable stress strength of the second deformable portion 110, the second deformable portion 110 may be formed of a steel grade having a higher strength than the first deformable portion 120, or may be made relatively thick. . Meanwhile, the second deformable portion 110 may be configured to have a greater strength and a greater thickness than the first deformable portion 120.
  • the first deformation part 120 may generate plastic deformation due to bending and unfolding as well as plastic deformation due to expansion pipe. Therefore, in order to determine the plastic deformation amount of the first deformable portion 120 at the time of expansion, the bending strain according to the angle of the inclined surface formed in the expansion guide portion 130 together with the expansion ratio of the first deformable portion 120 may be considered together. It may be. That is, the expansion rate and the amount of bending deformation may be considered so that the extra absorption rate except the water absorption rate required for the secondary plastic deformation may be made as much as possible during the primary plastic deformation.
  • the collision energy absorbing device 100 may generate plastic deformation due to primary expansion and plastic deformation due to secondary collapse in sequence, and may be applied to different collision energy.
  • the first deformation part 120 is expanded by the expansion induction part 130. Will be done.
  • the first deformed portion may be bent and unfolded sequentially in the region in contact with the expansion guide portion 130 along the longitudinal direction.
  • the first deformed portion 120 is Until one end is in contact with the stationary body (1) while absorbing the collision energy while plastic deformation by expansion.
  • the first deformed part 120 When the first deformable part 120 is not completely absorbed by the impact energy even by plastic deformation, as shown in FIG. 6, the first deformed part 120 is crushed together with the second deformed part 110. The plastic deformation of the shape absorbs the collision energy.
  • the first deformable part 120 or the first deformable part 120 and the expansion guide part 130 may be simply replaced when repairing a part.
  • the primary impact energy is absorbed by the plastic deformation of the first deformable portion 120, and the collision energy is absorbed twice with the second deformable portion 110.
  • the first deformation part 120 may impose a maximum plastic strain in a squeezed manner after expansion, the first deformation part 120 maximizes the high energy absorption capacity of the high-stretch, high-strength material.
  • the first deformation part 120 has a second deformation part 110 in a state where primary plastic deformation due to expansion is completed. Shorter than the length of), that is, one end of the first deformable portion 120 may be configured such that a predetermined distance (d) occurs without contacting the fixture (1).
  • the first deformable portion 120 may generate only plastic deformation due to expansion as described above with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the second deformable portion 110 is fired in a crushed form before the first deformable portion 120 alone. As deformation occurs, it absorbs a certain amount of collision energy.
  • the remaining collision energy absorbs the remaining collision energy while the plastic deformation of the second deformation part 110 is performed together with the first deformation part 120.
  • the collision energy can be absorbed in three stages.
  • the collision energy absorber of a vehicle having a plurality of collision energy absorption stages is not limited to the embodiments of the collision energy absorber of a vehicle having the plurality of collision energy absorption stages described above. In the above embodiments, all or some of the embodiments may be selectively combined to enable various modifications.

Abstract

본 발명은 충돌에너지 흡수장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치는 충돌시 충돌에너지의 흡수를 위해 확관에 의한 1차 소성변형이 이루어지는 제1 변형부와; 제1 변형부의 단부와 연장선상에 배치되며, 충돌시 충돌에너지를 순차적으로 흡수하기 위하여 상기 제1 변형부의 1차 변형 후 2차 소성변형이 이루어지는 제2 변형부와; 상기 제2 변형부의 단부에 결합되어 상기 제1 변형부와 제2 변형부 사이에 배치되며, 상기 제1 변형부의 1차 소성변형을 유발하는 확관 유도부;를 포함하여 구성될 수도 있다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 단위 길이당 충돌 에너지의 흡수성능을 증가시킬 수 있고, 단위길이당 흡수에너지가 높기 때문에 차세대 자동차 등과 같이 충돌붕괴거리가 짧은 차량에 적용이 가능하며, 충돌 가속도가 최대한 감소하도록 하여 탑승자의 부상 정도를 최소화할 수 있다.

Description

복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치
본 발명은 충돌시 충격력으로부터 탑승자를 보호할 수 있도록 차량에 장착되는 충돌에너지 흡수장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 충돌시 충격력을 흡수하여 탑승자를 보호하기 위한 충돌에너지 흡수장치가 구비되고 있다.
자동차나 기차 등과 같은 차량은 고속으로 이동하다가 다른 운송수단 또는 고정된 물체에 부딪치는 충돌사고가 발생하기도 한다. 이 경우, 충돌시 발생하는 에너지를 효과적으로 흡수하는 것이 승객의 안전을 확보하는데 있어서 가장 중요한 요소이다.
종래에 알려진 충돌에너지를 흡수하는 방법은 충돌시 충돌구조부재를 변형시키면서 발생하는 소성에너지를 이용하는 방식이 이용되고 있다. 예를 들어, 충돌에너지 흡수장치(10)는 도 1에 도시된 것과 같이, 지지부(10a)가 고정체(1)에 장착되고, 지지부(10a)와 연장선상에 소성 변형부(10b)가 구비된다. 이러한 구성에 의해 도 2에 도시된 것과 같이, 충돌체(20)로부터 전달되는 에너지는 상기 소성 변형부(10b)가 압괴되어 발생하는 소성에너지로 전환되어 충돌에너지가 흡수되도록 구성하고 있다.
이와 같이, 충돌에너지를 흡수하기 위하여, 압괴방식으로 구성되는 경우, 구조부재의 모든 영역에서 충돌에너지가 흡수되기 때문에 경량화 측면에서 유리한 점이 있다.
그러나, 소재는 굽힘 변형이 발생되기 때문에 충분한 소성변형이 부과되기 어렵고, 이로 인해 부재의 단위질량당 에너지 흡수능력이 낮아지는 단점이 있다. 최근에는 충돌에너지 흡수능력을 높이기 위하여, 구조재 사이에 폼(foam) 부재나 격막 등과 같은 구조를 부가하거나, 충돌구조 부재를 육각형 등과 같은 다양한 형태로 설계하는 방법들이 시도되고 있다.
그러나, 차량의 종류 또는 구조에 따라 충돌에너지를 흡수하기 위하여 요구되는 공간의 길이가 짧은 경우, 단위길이당 더욱 높은 충돌에너지 흡수능력이 요구된다.
예를 들어, 철도차량과 같은 경우, 충돌시 충돌구조부재의 변형공간이 적기 때문에 튜브 확관형 충돌에너지 흡수장치를 사용하여 소재의 에너지 흡수 성능을 최대한 활용하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 튜브를 확관시키기 위하여 구비되는 부분이 강체로서 변형을 하지 않기 때문에 중량이 무겁고, 확관에 의한 소성변형만으로는 요구되는 모든 충돌에너지를 흡수하도록 구성하는 것이 어려운 실정이다.
다른 일 예로, 달리 최근 개발되고 있는 전기자동차나 연료전지 차량 등은 무게가 많이 증가하며, 충돌에너지 흡수공간이 짧다. 따라서, 단위길이당 높은 충돌에너지 흡수능력을 요구되고 있다.
이 경우, 기존의 압괴방법을 이용하는 충돌에너지 흡수방식은 굽힘 변형에 의한 소성변형 양이 작기 때문에 고연신 소재의 높은 에너지 흡수능을 최대한 활용하기에 적합하지 않으며, 상대적으로 큰 붕괴공간을 필요로 한다.
일반적인 충돌의 경우, 판재는 굽힘변형에 의하여 소성변형을 하기 때문에 평균 변형률이 20% 전후이다. 판재 표면은 변형량이 크지만 중심면은 변형량이 거의 발생하지 않고, 판재가 접히는 부분에서만 집중적으로 소성변형이 발생한다. 따라서 충돌부재 전체적인 관점에서 보면 소성변형량이 고연신 소재의 특성에 충분하지 않은 실정이다.
따라서, 단위길이당 높은 충돌에너지를 흡수할 수 있는 충돌에너지 흡수장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 차량의 충돌에너지 흡수장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 고강도, 고연신 소재의 특성을 이용하여 단위 길이당 충돌 에너지의 흡수성능을 증가시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 충돌에너지를 흡수하기 위하여 요구되는 공간의 길이가 짧은 경우에도 효과적으로 충돌에너지의 흡수가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 차량의 충돌시 발생하는 충돌에너지가 단계적으로 흡수될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 높은 충돌에너지를 흡수함과 동시에 차량경량화를 이룰 수 있도록 충돌부재의 무게를 최소화 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 저속에 의한 충돌과 고속에 의한 충돌 각각에 적합한 충돌에너지 흡수가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 충돌 가속도가 최대한 감소하도록 하여 탑승자의 부상 정도를 최소화 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 충돌 붕괴공간을 축소시켜 차량의 설계에 대한 제약을 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로, 차량의 충돌시 발생하는 충돌에너지가 단계적으로 흡수될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치는 튜브 형태로 이루어지며, 충돌시 충돌에너지의 흡수를 위해 확관에 의한 1차 소성변형이 이루어지는 제1 변형부와; 튜브 형태로 이루어지고, 제1 변형부의 단부와 연장선상에 배치되며, 충돌시 충돌에너지를 순차적으로 흡수하기 위하여 제1 변형부의 1차 변형 후 2차 소성변형이 이루어지는 제2 변형부와; 제2 변형부의 단부에 결합되어 제1 변형부와 제2 변형부 사이에 배치되며, 제1 변형부의 1차 소성변형을 유발하는 확관 유도부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 제1 변형부는 충돌시 변형 유도부에 의해 확관되어 소성변형이 이루어질 수 있도록 상기 확관 유도부와 접하는 부분에 예비 확관부가 더 형성될 수도 있다.
그리고, 제1 변형부는 제2 변형부 보다 약한 허용응력강도를 갖도록 강도가 약한 강종으로 이루어지거나, 두께가 얇은 구조로 이루어질 수도 있다.
한편, 1차 소성변형 후, 2차 소성변형시 제2 변형부와 함께 압괴에 의한 소성변형이 이루어지도록, 제1 변형부는 제2 변형부와 길이가 동일하게 이루어질 수도 있다.
다른 한편, 1차 소성변형 후, 제2 변형부의 일부 영역이 압괴에 의한 2차 소성변형하고, 다시 제1 및 제2 변형부가 함께 압괴에 의한 3차 소성변형이 이루어지도록, 제1 변형부는 제2 변형부 보다 길이가 짧게 이루어질 수도 있다.
또 다른 한편, 1차 소성변형 후, 제1 변형부의 일부 영역이 압괴에 의한 2차 소성변형하고, 다시 제1 및 제2 변형부가 함께 압괴에 의한 3차 소성변형이 이루어지도록, 제1 변형부는 제2 변형부 보다 길이가 길게 이루어질 수도 있다.
그리고, 확관 유도부는 충돌시 제1 변형부의 확관이 용이하도록 제1 변형부가 이동하는 방향으로 경사면이 더 형성될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 고강도, 고연신 소재의 특성을 이용하여 단위 길이당 충돌 에너지의 흡수성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 충돌에너지를 흡수하기 위하여 요구되는 공간의 길이가 짧은 경우에도 효과적으로 충돌에너지의 흡수가 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 단위길이당 흡수에너지가 높기 때문에 차세대 자동차 등과 같이 충돌붕괴거리가 짧은 차량에 적용이 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 차량의 충돌시 발생하는 충돌에너지가 단계적으로 흡수되면서, 충돌 가속도가 최대한 감소하도록 하여 탑승자의 부상정도를 최소화할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 높은 충돌에너지를 흡수함과 동시에 충돌부재의 무게를 감소시킬 수 있게 되어 차량의 경량화가 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 저속에 의한 충돌과 고속에 의한 충돌 각각에 적합한 충돌에너지 흡수가 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 충돌 붕괴공간을 축소시켜 차량의 설계에 대한 제약을 감소시킬 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 확관튜브 뿐만 아니라 고정튜브의 충돌에너지 흡수능의 활용을 위하여 하이드로포밍 프레임 타입의 차체에 적용 가능성을 열었다.
도 1은 종래의 차량에 구비되는 충돌에너지 흡수장치의 구조를 개략적으로 나타는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 충돌에너지 흡수장치가 변형되어 충돌에너지를 흡수하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치의 구성에 관한 일 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치가 충돌시 단계적으로 변형되는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치가 충돌시 변형되는 상태를 나타내는 단면도이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다.
그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 차량의 충돌시 발생하는 충돌에너지가 단계적으로 흡수될 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 3에 도시된 것과 같이, 상기 충돌에너지 흡수장치(100)는 단계적으로 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 제1 변형부(120)와 제2 변형부(110)가 연장선 상에 배치되도록 구성될 수도 있다.
이 경우, 상기 제1 변형부(120)는 충돌시 상기 제2 변형부(110) 보다 먼저 1차 소성변형이 발생하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 변형부(120)의 소성변형은 확관 형태의 소성변형으로 발생될 수 있으며, 이 경우, 상기 제1 변형부(120)는 튜브 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 튜브 형태는 양 단부가 개구거나 또는 일 단부가 개구되는 상태로 이루어질 수 있으며, 단면 구조는 형태에 제약 없이 이루어질 수 있다.
상기 제1 변형부(120)의 소성변형에 의해 충돌시 발생하는 충돌에너지가 흡수될 수 있다.
그리고, 상기 제2 변형부(110)는 차량에 구비되는 고정체(1)에 일 단부가 고정되도록 결합되고, 다른 일 단부에는 상기 제1 변형부(120)가 연장선 상에 배치되도록 결합될 수 있다. 상기 제2 변형부(110)는 상기 제1 변형부(120)가 확관 형태의 소성변형될 수 있도록, 상기 제1 변형부(120)의 소성변형시 변형되지 않거나, 또는 변형이 최소화 될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 변형부(110)는 상기 제1 변형부(120)가 소성변형된 후, 2차 소성변형이 이루어지도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 변형부(120)의 소성변형(확관)시 원상태를 최대한 유지하게 되고, 상기 제1 변형부(120)가 소성변형된 후에 소성변형될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 변형부(120)가 확관 형태의 소성변형이 이루어진 후, 상기 제1 변형부(120)와 함께 압괴 형태의 소성변형이 이루어지도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제2 변형부(110)의 단부에는 확관 유도부(130)가 더 구비될 수도 있다. 상기 확관 유도부(130)는 상기 제2 변형부(110)와 상기 제1 변형부(120) 사이에 배치되도록 상기 제2 변형부(110)의 단부에 결합될 수도 있다.
이 경우, 상기 제1 변형부(120)는 일 단부가 상기 확관 유도부(130)에 임시고정되는 상태로 결합될 수도 있다. 예를 들어, 충돌시 제1 변형부의 소성변형이 이루어지기 전에 결합 상태의 파손이 먼저 발생할 수 있도록, 상기 확관 유도부(130)에 결합될 수 있다.
그리고, 상기 확관 유도부(130)는 상기 제1 변형부(120)가 소성변형되는 경우 변형되지 않거나 또는 변형이 최소화되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 변형부(120) 보다 상대적으로 큰 허용응력강도를 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 확관 유도부(130)는 제1 변형부 보다 강도가 강한 강종으로 이루어지거나, 또는 두께가 더 두껍게 형성되어 충분한 강도를 갖도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 제1 변형부(120)는 상기 확관 유도부(130)와 접하게 되는 단부에 예비 확관부(121)가 더 형성될 수도 있다. 상기 예비 확관부(121)는 충돌시 제1 변형부(120)가 상기 확관 유도부(130)와 접한 단부 영역부터 순차적으로 확관이 이루어질 수 있도록 작용할 수 있다. 이와 같은 확관에 의해 상기 제1 변형부(120)는 제2 변형부(110)의 외부에 배치되는 상태, 즉, 상기 제2 변형부(110)가 제1 변형부(120)의 내부에 삽입되는 상태로 배치될 수 있다.
이 상태에서, 상기 제1 변형부(120)의 소성변형에 의해 충돌에너지가 완전히 흡수되지 않은 경우, 즉, 여분의 충돌에너지가 남게 되는 경우에는 제2 변형부(110) 및 제1 변형부(120)가 함께 소성변형될 수 있다. 이 경우, 소성변형은 압괴 방식의 소성변형이 발생할 수 있다.
이러한 구성은 충돌하중이 서서히 증가시켜, 탑승객에 대한 충돌가속도를 감소시키게 되므로 상해치를 감소시킬 수 있다. 한편, 제1 변형부(120)가 1차 소성변형되어 상대적으로 작은 충돌에너지를 먼저 흡수하게 되고, 제2 변형부(110) 및 제1 변형부(120)가 함께 소성변형되어 상대적으로 큰 충돌에너지를 흡수하게 된다. 이 경우, 저속충돌 및 고속충돌에 대한 적용이 유리하게 되며, 단위길이당 흡수에너지의 상승이 가능하다.
한편, 상기 확관 유도부(130)는 상기 제1 변형부(120)가 충돌에 의해 소성변형되는 경우, 확관이 용이하게 이루어지도록 상기 제1 변형부(120)가 충돌에 의해 이동하는 방향으로 경사면이 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 확관 유도부(130)의 각도와 비율에 따라 제1 변형부(120)의 확관률과 확관된 후 제1 변형부(120)의 압괴 형태의 소성변형률이 결정될 수 있다.
이 경우, 상기 언급된 것과 같이, 제2 변형부(110)는 제1 변형부(120)가 확관될 때, 소성변형이 발생하지 않도록 상기 제1 변형부(120) 보다 상대적으로 큰 허용응력강도를 갖도록 구성될 수 있다. 상기 제2 변형부(110)의 허용응력강도를 높게 하기 위해서, 제2 변형부(110)는 제1 변형부(120) 보다 강도가 큰 강종으로 이루어지거나, 또는 두께가 상대적으로 두껍게 이루어질 수도 있다. 한편, 상기 제2 변형부(110)는 제1 변형부(120) 보다 강도가 크고 두께가 더 두껍게 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 제1 변형부(120)는 확관에 의한 소성변형 뿐만 아니라 확관 유도부(130)에 의해 굽힘과 펴짐에 의한 소성변형도 발생하게 된다. 따라서, 확관시 제1 변형부(120)의 소성변형량을 결정하기 위하여는 제1 변형부(120)의 확관률과 함께 확관 유도부(130)에 형성되는 경사면의 각도에 따른 굽힘변형량이 함께 고려될 수도 있다. 즉, 2차 소성변형에 요구되는 흡수율을 제외한 여분의 흡수율이 1차 소성변형시 최대한 이루어질 수 있도록 확관율과 굽힘 변형량이 고려될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 상기 충돌에너지 흡수장치(100)는 1차 확관에 의한 소성변형과 2차 압괴에 의한 소성변형이 순차적으로 발생하여 서로 다른 충돌에너지에 대하여 적용할 수 있다.
이러한 구성에 의한 충돌에너지 흡수장치(100)는 충돌체(20)에 의해 충돌이 발생하는 경우, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 변형부(120)가 상기 확관 유도부(130)에 의해 확관이 이루어지게 된다. 이 경우, 제1 변형부는 길이방향을 따라 확관 유도부(130)와 접한 영역이 순차적으로 굽힘과 펴짐이 발생한다.
상기 제1 변형부(120)의 일부가 확관영역(121a)으로 소성변형된 부분 확관에 의해 충돌에너지가 완전히 흡수되지 않는 경우, 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제1 변형부(120)는 일 단부가 고정체(1)와 접할 때까지 확관에 의한 소성변형을 하면서 충돌에너지를 흡수하게 된다.
이와 같은 제1 변형부(120)이 소성변형에 의해서도 충돌에너지가 완전히 흡수되지 않은 경우, 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 제1 변형부(120)는 제2 변형부(110)와 함께 압괴 형태의 소성변형을 하면서 충돌에너지를 흡수하게 된다.
즉, 이러한 작용에 의해, 저속충돌의 경우 제1 변형부(120)의 소성변형에 의해서 충돌에너지가 흡수되고, 제2 변형부(110)는 변형되지 않는다. 따라서, 부품의 수리 시 제1 변형부(120) 또는 제1 변형부(120)와 확관 유도부(130)만 간단히 교체하도록 구성할 수도 있다. 그리고, 고속충돌의 경우는 제1 변형부(120)의 소성변형에 의해서 1차 충동에너지를 흡수하고 제2 변형부(110)와 함께 이중으로 충돌에너지를 흡수하기 때문에 일반 압괴방식에 비하여 높은 에너지를 얻을 수 있다. 또한, 제1 변형부(120)는 확관 후 압괴되는 방식으로 최대한의 소성변형률을 부과할 수 있기 때문에 고연신, 고강도 소재의 높은 에너지 흡수능을 최대한 활용하게 된다.
상기 충돌에너지 흡수장치(100)의 다른 일 실시예로, 도 7에 도시된 것과 같이, 상기 제1 변형부(120)는 확관에 의한 1차 소성변형이 완전히 이루어진 상태에서 제2 변형부(110)의 길이보다 짧도록, 즉 상기 제1 변형부(120)의 일 단부가 고정체(1)에 접하지 않고 일정 간격(d)이 발생하도록 구성될 수도 있다.
이 경우, 상기 충돌 초기에 제1 변형부(120)는 도 4 및 도 5의 예를 통해 상기 설명한 것과 같이, 확관에 의한 소성변형만 발생하게 된다.
상기 제1 변형부(120)가 확관에 의한 소성변형된 후에, 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 제2 변형부(110)가 단독으로 상기 제1 변형부(120) 보다 먼저 압괴 형태의 소성변형이 발생하면서 일정 크기의 충돌에너지를 흡수하게 된다.
나머지 충돌에너지는 도 6의 예를 통해 상기 설명한 것과 같이, 제1 변형부(120)와 함께 제2 변형부(110)가 압괴 형태의 소성변형이 이루어지면서 나머지 충돌에너지를 흡수하게 된다.
이러한, 구성의 경우, 충돌에너지는 3단계에 걸쳐 흡수될 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치는 상기와 같이 설명된 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치의 실시예들로 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.

Claims (7)

  1. 튜브 형태로 이루어지며, 충돌시 충돌에너지의 흡수를 위해 확관에 의한 1차 소성변형이 이루어지는 제1 변형부와;
    튜브 형태로 이루어지고, 상기 제1 변형부의 단부와 연장선상에 배치되며, 충돌시 충돌에너지를 순차적으로 흡수하기 위하여 상기 제1 변형부의 1차 변형 후 2차 소성변형이 이루어지는 제2 변형부와;
    상기 제2 변형부의 단부에 결합되어 상기 제1 변형부와 제2 변형부 사이에 배치되며, 상기 제1 변형부의 1차 소성변형을 유발하는 확관 유도부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변형부는 충돌시 상기 변형 유도부에 의해 확관되어 소성변형이 이루어질 수 있도록 상기 확관 유도부와 접하는 부분에 예비 확관부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 변형부는 제2 변형부 보다 약한 허용응력강도를 갖도록 강도가 약한 강종으로 이루어지거나, 두께가 얇은 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변형부는 제2 변형부와 길이가 동일하게 이루어져 1차 소성변형 후, 2차 소성변형시 제2 변형부와 함께 압괴에 의한 소성변형이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변형부는 제2 변형부 보다 길이가 짧게 이루어져 1차 소성변형 후, 제2 변형부의 일부 영역이 압괴에 의한 2차 소성변형하고, 다시 제1 및 제2 변형부가 함께 압괴에 의한 3차 소성변형이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변형부는 제2 변형부 보다 길이가 길게 이루어져 1차 소성변형 후, 제1 변형부의 일부 영역이 압괴에 의한 2차 소성변형하고, 다시 제1 및 제2 변형부가 함께 압괴에 의한 3차 소성변형이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 확관 유도부는 충돌시 제1 변형부의 확관이 용이하도록 제1 변형부가 이동하는 방향으로 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 충돌에너지 흡수단계를 갖는 차량의 충돌에너지 흡수장치.
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