WO2020111846A1 - 자동차용 범퍼 빔 시스템 - Google Patents

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WO2020111846A1
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bumper beam
vehicle
bumper
beam system
crash box
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소철원
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Lotte Chemical Corp
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    • B60R2019/186—Additional energy absorbing means supported on bumber beams, e.g. cellular structures or material

Definitions

  • the present invention relates to a bumper beam for a vehicle, and more specifically, a vehicle capable of simultaneously satisfying the low speed legislative collision performance and RCAR performance, which are required performance of the bumper beam, and significantly reducing development investment cost and cost and weight when manufacturing a vehicle.
  • Dragon Bumper Beam a vehicle capable of simultaneously satisfying the low speed legislative collision performance and RCAR performance, which are required performance of the bumper beam, and significantly reducing development investment cost and cost and weight when manufacturing a vehicle.
  • a bumper beam for a vehicle is mounted on the front and rear of a vehicle to absorb the shock in the event of a collision of a vehicle, thereby protecting a driver and a passenger riding inside the vehicle and the vehicle.
  • Such bumper beams for automobiles require satisfaction of the low-speed collision test, which is a legal item, and the satisfaction of the Research Council for Automobile Repairs (RCAR, IIHS), which is a regulatory item.
  • the low-speed collision test is generally conducted at a collision speed of 4Km/h, but the damage insurance agency test, which has a great influence on automobile sales, has a large impact on automobile sales because the collision speed is conducted at 10-15Km/h.
  • the required performance of the non-life insurance company has a higher demand strength than the legal requirements.
  • the repair cost for car body damage is calculated by performing two tests: 40% and 10 degrees OFFSET BARRIER TEST and BUMPER DUMMY BARRIER TEST.
  • it is required to have both a low-speed collision test and a non-life insurance agency test, or only one.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 2011-0131861 (2011.12.09)
  • the present invention has been devised to solve the problems as described above, and the object of the present invention is to apply a composite plastic material effective for weight reduction and to form a crash box and a beam unit integrally, requiring low speed collision legislation performance and non-life insurance companies. It is to provide a bumper beam system for automobiles that can simultaneously satisfy performance.
  • the present invention is a bumper beam integrally press-molded by including a crash box and a beam portion, wherein the crash box includes an inner panel and an outer panel having different thicknesses and an open cross-sectional shape with the other side open.
  • a bumper beam system for an automobile is provided.
  • the bumper beam is made of a composite plastic material including any woven material selected from carbon, glass fiber, and steel wire.
  • the crash box is made of a shape in which one side is closed and the other side is open, and the closed one side includes an inner panel coupled by a side member.
  • the cross-section of the outer panel is formed to extend toward the bumper cover in an angle of 1.5 to 5°, increasing the withdrawal angle.
  • the inner panel is larger than the thickness of the outer panel, and is formed to have the same or smaller thickness toward the bumper cover.
  • the upper and lower ends of the outer panel are formed with a flange portion in the vertical direction, and an end portion of the flange portion is formed with a horizontal surface portion extending in the opposite direction of the bumper cover.
  • the bumper beam is formed in an arcuate structure in which the beam part protrudes, and the vertical cross-section is formed in a'c' cross-sectional shape with an open front surface.
  • the bumper beam is made of a shape in which one side is closed and the other side is opened, and on one side that is closed, a support portion coupled by a vehicle body member, and the opened other side absorbs energy in which the hollow body is integrally extended. Includes wealth.
  • the thickness of the support portion is larger than the thickness of the energy absorbing portion, and is formed to be smaller in thickness toward the bumper cover.
  • the upper and lower ends of the energy absorbing portion are formed with a flange portion in the vertical direction, and an end portion of the flange portion is formed with a horizontal surface portion extending in the opposite direction of the bumper cover.
  • the bumper beam system is provided with an assembly bracket fixed by a fastening means between the crash box and the bumper beam and the vehicle body.
  • the bumper beam system for a vehicle according to the present invention having the above-described configuration, by applying a crash box-integrated bumper beam capable of simultaneously satisfying low-speed collision legislative performance and required performance of a non-life insurance company, the development investment cost and the cost and weight of the vehicle Can be greatly reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged view of a crash box of a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a crash box of a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a tow ring is installed in a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a beam portion of a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are views showing the structural analysis results of the bumper beam system for a vehicle according to the prior art.
  • FIGS. 9 and 10 are views showing a structural analysis result of a bumper beam system for a vehicle of a crash box press-fit type or an insert type according to the prior art.
  • 11 and 12 are views showing the results of structural analysis of a bumper beam system for a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view according to an embodiment of the present invention It is an enlarged view of a crash box of a bumper beam system for an automobile.
  • the bumper beam system for an automobile satisfies RCAR required performances such as RCAR 40% OFFSET TEST performance and RCAR BUMPER DUMMY TEST performance than low-speed collision regulation, so the low-speed collision regulation is naturally satisfied. It will be described based on an embodiment that can satisfy the required performance.
  • the present invention includes a bumper beam 100 provided with an integrated crash box 110.
  • the bumper beam 100 is molded using a composite plastic material including woven fabric (Prepreg) such as carbon or glass fiber, steel wire, to minimize production cost, while in the front-rear direction on both sides to respond to RCAR required performance.
  • Prepreg woven fabric
  • the integrally formed crash box 110 is press molded.
  • a crash box 110 coupled to the side member 200 mounted in the front-rear direction of the vehicle body through an assembly bracket 300 is integrally formed, and has a low weight and RCAR shape.
  • the vertical cross-section is formed in the shape of an open'c' cross-section with an open front surface, thereby exhibiting higher shock absorption performance than the conventional crash box 110.
  • the crash box 110 has a rectangular cross-sectional structure, but is not necessarily limited thereto, and may adopt a circular or polygonal cross-sectional structure.
  • the crash box 110 has a double panel structure composed of an inner panel 111 and an outer panel 112.
  • the inner panel 111 is intended to support the vehicle so that there is no damage due to collision energy in the event of a collision in order to respond to the RCAR BUMPER DUMMY TEST performance, and the outer panel 112 is crushed and compressed to correspond to the RCAR 40% OFFSET TEST performance. Is to absorb the collision energy.
  • the cross-sectional shape of the inner panel 111 is made of an opening surface shape with one side closed and the other side open, and closed On one side, the outer panel 112 is formed to be integrally extended on the other side that is coupled and opened by the side member 200.
  • the opening sides of the inner panel 111 and the outer panel 112 are continuously extended toward the front of the vehicle, that is, the bumper cover 500, but the cross section of the outer panel 112 is bumper.
  • the draining mechanism increases at an angle of 1.5 to 5° and extends.
  • the drafting port considering the formability of the crash box 110 is formed at 1.5 to 5°. That is, if the drainage of the inner panel 111 and the outer panel 112 is less than 1.5°, it is difficult to deodorize the molded product and if it exceeds 5°, it is advantageous for deodorizing the molded product, but the weight and cost of the molded product are increased. do. Therefore, the drainage gradient of the inner panel 111 and the outer panel 112 is formed in an optimal state to improve the absorption performance and rigidity of the collision energy.
  • the inner panel 111 and the outer panel 112 of the crash box 110 are formed in a thickness ratio of 2: 1, specifically, in order to respond to RCAR BUMPER DUMMY TEST performance, the inner panel 111 is 8 ⁇ 16mm To correspond to RCAR 40% OFFSET TEST performance, the outer panel 112 has a corresponding thickness of 4 to 8 mm, so the thickness of the inner panel 111 is relatively higher than that of the outer panel 112. The cursor, the inner panel 111 has sufficient strength and rigidity compared to the outer panel 112.
  • the length of the outer panel 112 is set in consideration of the amount of penetration allowed by the vehicle, and is generally set equal to or larger than the amount of penetration allowed at the interface between the inner panel 111 and the outer panel 112.
  • the crash box 110 absorbs energy by sequentially compressing and deforming at the point where the impact starts because the impact energy absorption efficiency is higher and the weight is reduced. To this end, the thickness of the inner panel 111 and the outer panel 112 of the crash box 110 is gradually reduced in thickness toward the bumper cover 500. That is, the outer panel 112 of the crash box 110 has a minimum thickness of 4 mm toward the bumper cover 500 and a maximum thickness of 8 mm toward the closed side of the inner panel 111. As described above, the thickness of the inner panel 111 and the outer panel 112 of the crash box 110 differs depending on the region, and the double panel structure collides while effectively performing the functions of the supporting means and the energy absorbing means through interactions with each other. At the same time, while increasing the shock absorption amount, it will function to increase the rigidity of the crash box 110.
  • the thickness of the inner panel 111 and the outer panel 112 of the crash box 110 is determined according to the vehicle weight, the allowable strength of the side member 200, the permissible penetration amount, and the strength of the crash box 110.
  • the upper and lower ends of the outer panel 112 provided in the crash box 110 is provided with a flange portion 112a formed in the vertical direction.
  • the flange portion 112a is formed to intersect in the vertical direction, and the outer panel 112 extends to intersect in the vertical direction while maintaining a gap of approximately 2 to 5 mm with the gap between the bumper cover 500.
  • the end portion of the flange portion 112a is provided with a horizontal surface portion 112b formed by extending at least 10 mm or more in the opposite direction to the bumper cover 500 if the distance between each end of the flange portion 112a is at least 100 mm. do.
  • the crash box 110 is intended to respond to RCAR required performance and is made of a hollow body having a circular or polygonal cross-sectional structure. That is, in the present invention, the crash box 110 is manufactured integrally with the bumper beam 100 for cost reduction, and has a double cross-sectional structure to improve low shock absorption performance, which is a disadvantage of the integral crash box 110. It is as described above.
  • the bumper beam 100 is generally mounted on the vehicle body after being assembled with the bumper cover 500, and considering the proper assembly between the crash box 110 and the vehicle body, side members of the vehicle body
  • the assembly bracket 300 is interposed between the 200 and the crash box 110.
  • the bumper beam 100 maintains a constant gap with the curved surface of the bumper cover 500.
  • the bumper beam system is unevenly deformed and supported horizontally, thereby being connected to the vehicle body.
  • the side member 200 and the panels 111 and 112 may be deformed.
  • a metal assembly bracket 300 is provided to primarily absorb this force and to transmit the force evenly to the vehicle body.
  • a nut for fastening the vehicle body which is a fastening means, may be attached to the bumper beam 100.
  • the nut is integrally molded into the vehicle body, assembly dimension defects occur due to deformation after environmental temperature, which makes it difficult to assemble with the vehicle body. 100) is a way to reduce defects. Therefore, in the present invention, a method of separately fixing the nut and the guide pin, which are fastening means, can be adopted.
  • the towing hook 400 is used for towing in an emergency.
  • the tow ring 400 is in a state in which the tow bolts 410 and tow nuts are fastened to the tow nuts 420 fixed to the inside of the bumper cover 500 through the through holes of the bumper cover 500. It is intended to be towed by a towing vehicle.
  • the tow nut 420 is fixed by welding to the side member 200 of the vehicle body or fixed to the bumper beam system. In order to secure the tow nut 420 to the bumper beam system, it is possible to have competitiveness such as weight and cost reduction. It should satisfy the required strength associated with the tow bolt 410 and the tow nut 420.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a traction hook is installed in a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, in an embodiment of the present invention, the assembly bracket 300 and the crash box ( Tow nut 420 is penetrated through through holes 113 and 301 formed in 110 and fixed to crash box 110 by fixing bracket 310, tow bolt 410 through holes of bumper cover 500 Is to be fastened to the tow nut 420 fixed to the crash box 110, it is possible to use the traction hook 400.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing a beam portion of a bumper beam system for a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • the bumper beam 100 according to the present invention is based on the crash box 110 on both sides to correspond to the RCAR BUMPER DUMMY TEST performance
  • the vertical cross-section is formed in the shape of an open'C' cross-section with the front surface open.
  • the bumper beam 100 is fixed to the vehicle body by the assembly bracket 300 described above.
  • the nut for fastening the vehicle body is integrally formed through insert injection into the assembly bracket 300.
  • the assembly bracket 300 is fixed to the bumper beam 100, and the assembly bracket 300 is fixed to the bumper beam 100 through a fastening means such as a bolt.
  • the method of fixing the assembly bracket 300 to the bumper beam 100 may be fixed using a general fastening method, a fusion method, or a press-fitting method. In the embodiment of the present invention is fixed by a fastening method.
  • the bumper beam 100 is provided with a support portion 102 of the beam portion 101 to correspond to RCAR BUMPER DUMMY TEST performance, and an energy absorbing portion 103 to correspond to RCAR 40% OFFSET TEST performance.
  • the support portion 102 of the beam portion 101 should have sufficient strength and stiffness to support the energy absorbing portion 103 in a collision and to allow the energy absorbing portion 103 to be compressed and broken.
  • the energy absorbing unit 103 absorbs collision energy through compression and rupture during a collision or maintains vibration or shape of the bumper cover 500.
  • the bumper beam 100 configured as described above generates a large space between the bumper cover 500 and the vibration of the bumper cover 500 during operation, a separate fixing component is applied or a bumper beam ( The shape of 100) can be improved, but the weight increases or RCAR 40% OFFSET TEST performance decreases.
  • the cross-sectional shape of the support portion 102 is made of an opening surface shape with one side closed and the other side open, and on one side closed
  • the energy absorbing portion 103 is integrally formed on the other side, which is coupled and opened by the vehicle body member.
  • the energy absorbing portion 103 is continuously extended toward the front of the vehicle, that is, the bumper cover 500, but the cross section of the energy absorbing portion 103 increases as it goes toward the bumper cover 500.
  • the upper and lower ends of the energy absorbing portion 103 are provided with a flange portion 103a in the vertical direction.
  • the energy absorbing portion 103 extends by intersecting in the vertical direction while maintaining a gap of approximately 2 to 5 mm with a gap between the bumper cover 500.
  • the gap between the bumper beam 100 and the bumper cover 500 is less than 2 mm, the deformation and dimensional tolerances of the bumper beam 100 cause a poor appearance of the bumper cover 500, and if it exceeds 5 mm, the bumper cover 500 As well as the occurrence of rustling, noises are generated due to vibrations between parts during operation, and collision laws cannot be satisfied.
  • the vertical length of the support portion 102 and the energy absorbing portion 103 of the beam portion 101 in the bumper beam 100 is at least 100 mm, of which the support portion 102 is 60% or less, suitably 55% or less, more Suitably, it has a length of 50% or less.
  • the flange portion 103a is formed to a thickness of 3 to 5 mm, and the end portion of the flange portion 103a, if the distance between each end of the flange portion 103a is at least 100 mm or more, in the opposite direction to the bumper cover 500 direction
  • a horizontal surface portion 103b formed by extending at least 10 mm or more is provided.
  • the impact body does not penetrate into the open cross-sectional structure of the bumper beam 100 during the RCAR BUMPER DUMMY TEST performance test.
  • the width of the open surface of the support portion 102 is applied to a minimum of 50mm.
  • the bumper beam and the crash box of the bumper beam system for a vehicle according to the embodiment of the present invention having such a configuration are improved structures to be applicable to a press molding method of a composite plastic material.
  • the bumper beam system In order to apply the composite plastic material to the press-molding method, the bumper beam system must absorb sufficient collision energy in the event of a collision, so that no fracture occurs. In order not to break the bumper beam system, it is necessary to increase the elongation or breaking strength of the material in consideration of the dimensional stability and characteristics of a low temperature environment. However, when the elongation is increased due to the nature of the material, the material strength decreases. The reality is that it is difficult to increase the absorption of collision energy by reducing it.
  • the bumper beam system according to the present invention uses a composite plastic material including carbon or glass fiber by press molding that can simultaneously satisfy low-speed collision legislative performance and performance required by a non-life insurance company, or prepreg such as steel wire or steel wire. Is manufactured.
  • the bumper beam system for a vehicle has been described above.
  • a citation technique and structural analysis of the present invention were performed.
  • the crash box of the bumper beam system for a vehicle according to the present invention in RCAR 40% OFFSET TEST 110
  • the integrated bumper beam system has excellent collision energy absorption rate and the intrusion amount can be reduced compared to the bumper beam system according to the prior art, and the required intrusion amount (110mm) is also satisfied in the RCAR BUMPER DUMMY TEST.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 자동차용 범퍼 빔 시스템에 관한 것으로서, 크래쉬박스와 빔부가 포함되어 일체로 프레스 성형된 범퍼 빔으로서 상기 크래쉬박스는 두께가 서로 다른 내부패널과 외부패널을 포함하고 타측이 개방된 개단면 형상인 자동차용 범퍼 빔 시스템을 제공한다.

Description

자동차용 범퍼 빔 시스템
본 발명은 자동차용 범퍼 빔에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 범퍼 빔의 요구 성능인 저속법규 충돌 성능과 RCAR 성능을 동시에 만족할 수 있으며, 차량 제작 시 개발 투자비 및 원가 및 중량을 대폭 절감할 수 있는 자동차용 범퍼 빔에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 범퍼 빔은 자동차의 전면 및 후면에 장착되어 자동차의 충돌 시 그 충격을 흡수함으로써 자동차 및 자동차의 내부에 탑승하고 있는 운전자, 승차자를 보호하는 역할을 수행한다.
이와 같은 자동차용 범퍼 빔은 법규 항목인 저속충돌 테스트와, 준법규 항목인 손해보험사기관(RCAR(Research Council for Automobile Repairs), IIHS) 테스트의 만족을 요구하고 있다. 이 경우, 저속충돌 테스트는 일반적으로 4Km/h 충돌 속도에서 시험이 실시되지만, 자동차 판매에 큰 영향력이 있는 손해보험사기관의 시험은 충돌 속도가 10~15Km/h에서 실시되기 때문에 자동차 판매에 큰 영향력이 있는 손해보험사의 요구 성능이 법규 사항보다 요구 강도가 더 높다. 구체적으로, RCAR 테스트의 경우 40%, 10도 OFFSET BARRIER TEST와 BUMPER DUMMY BARRIER TEST의 2가지 테스트를 실시하여 차체 손상에 대한 수리비를 산정하고 있다. 이러한 범퍼 빔의 성능과 관련하여 지역적으로는 법규 저속충돌 테스트와 손해보험사기관 테스트 모두를 요구하거나 어느 하나만을 요구하고 있다.
현재까지는 유럽사양은 모두를 만족해야 하고, 내수사양은 40%,10도 OFFSET BARRIER TEST만을 요구하고 있어서, 각각 이원화하여 개발 적용하고 있다.
하지만 최근에는 전세계적으로 상품성을 강화하고 있는 추세이고, 국내사양도 상품성 테스트를 모두 적용하는 것으로 결정됨에 따라 RCAR 테스트 모두를 경쟁력 있게 대응할 수 있는 범퍼 빔 기술이 경쟁력을 갖게 된다.
손해보험사기관에서 요구하는 RCAR 테스트의 40%,10도 OFFSET BARRIER TEST와 BUMPER DUMMY BARRIER TEST는 서로 상반되는 성능을 요구한다.
40%,10도 OFFSET BARRIER TEST에서는 15Km/h 충돌 시에 크래쉬박스와 빔부가 압착, 변형, 파괴 등이 적절히 이루어져 최대한 충돌에너지를 흡수하여 차체의 손상이 없도록 해야 한다. 그리고 BUMPER DUMMY BARRIER TEST에서는 차량이 10Km/h 충돌 시에 범퍼 빔의 변형량을 작게 하여 충돌체의 침입을 최소화 해야 한다. 또한 RCAR 테스트에서는 성능뿐만이 아니라 기본 형상(GEOMETRY) 요구 기준을 만족해야 한다.
이렇듯 상반되는 요구 성능과 형상 조건을 만족하면서 범퍼 빔의 중량과 원가를 줄일 수 있는 범퍼 빔 시스템의 개발이 시급하다고 할 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제2011-0131861호(2011.12.09)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 중량 절감에 효과적인 복합플라스틱 소재를 적용하고 크래쉬박스와 빔부를 일체형으로 성형하여 저속충돌 법규 성능과 손해보험사 요구 성능을 동시에 충족시킬 수 있는 자동차용 범퍼 빔 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 크래쉬박스와 빔부가 포함되어 일체로 프레스 성형된 범퍼 빔으로서 상기 크래쉬박스는 두께가 서로 다른 내부패널과 외부패널을 포함하고 타측이 개방된 개단면 형상인 자동차용 범퍼 빔 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 범퍼 빔은 탄소, 유리섬유, 스틸와이어 중 선택되는 어느 하나의 직조물이 포함된 복합 플라스틱 소재로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 크래쉬박스는 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측은 사이드멤버에 의해 결합되는 내부패널을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 외부패널의 단면은 범퍼 커버 방향으로 갈수록 빼기구배가 1.5 ~ 5°각도로 증대되어 연장 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 내부패널은 상기 외부패널의 두께보다 크며, 범퍼 커버 방향으로 갈수록 두께가 같거나 작아지게 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 외부패널의 상하단부는 상하방향으로 플랜지부가 형성되며, 상기 플랜지부의 단부는 범퍼 커버의 반대방향으로 연장되는 수평면부가 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 범퍼 빔은, 빔부가 돌출된 아치형 구조로 형성되고, 수직 단면은 전면이 개방된 'ㄷ'자 개단면 형상으로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 범퍼 빔은 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측에는 차체 멤버에 의해 결합되는 지지부와, 개구된 타측은 중공체가 일체로 연장되는 에너지흡수부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 지지부의 두께는 상기 에너지흡수부의 두께보다 크며, 범퍼 커버 방향으로 갈수록 두께가 작아지게 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 에너지흡수부의 상하단부는 상하방향으로 플랜지부가 형성되며, 상기 플랜지부의 단부는 범퍼 커버의 반대방향으로 연장되는 수평면부가 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 범퍼 빔 시스템은 상기 크래쉬박스 및 상기 범퍼 빔과, 차체와의 사이에 체결수단에 의해 고정되는 조립 브라켓이 구비된다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템에 의하면, 저속충돌 법규 성능과 손해보험사 요구 성능을 동시에 만족시킬 수 있는 크래쉬 박스 일체형 범퍼 빔을 적용함으로써, 개발 투자비와 자동차의 원가 및 중량을 대폭 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 크래쉬박스를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 크래쉬박스를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템에 견인 고리가 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 빔부를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 종래기술에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 구조해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 종래기술에 따른 크래쉬박스 압입형 또는 인서트형의 자동차용 범퍼 빔 시스템의 구조해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 구조해석 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템을 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 크래쉬박스를 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템은 저속충돌 법규보다 RCAR 40% OFFSET TEST 성능 및 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능 등의 RCAR 요구 성능을 만족함으로써, 저속충돌 법규는 당연히 만족하게 되므로 본 발명에서는 RCAR 요구 성능을 만족할 수 있는 실시예를 토대로 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명은 일체형 크래쉬박스(110)가 구비된 범퍼 빔(100)을 포함한다.
범퍼 빔(100)은 생산 비용을 최소화하기 위해, 탄소 또는 유리섬유, 스틸와이어 등의 직조물(Prepreg)이 포함된 복합 플라스틱 소재를 이용하여 성형되는 한편, RCAR 요구 성능에 대응하기 위해 양측에 전후방향으로 형성된 일체형 크래쉬박스(110)가 프레스 성형된다.
이와 같이 범퍼 빔(100)의 양측에는, 자동차 차체의 전후방향으로 장착되는 사이드멤버(200)에 조립 브라켓(300)을 통해 결합되는 크래쉬박스(110)가 일체로 형성되는데, 저중량 및 RCAR의 형상 요구 성능을 만족하기 위하여, 수직 단면은 전면이 개방된 'ㄷ'자 개단면 형상으로 형성됨으로써 기존의 크래쉬박스(110)에 비해 높은 충격 흡수 성능을 발휘하게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 크래쉬박스(110)는 전면이 사각형 단면 구조를 가지나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 원형 또는 다각형 단면 구조를 채택할 수 있다.
이와 같은 크래쉬박스(110)는 내부패널(111)과 외부패널(112)로 이루어진 이중 패널 구조를 가진다. 내부패널(111)은 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능에 대응하기 위하여 충돌 시 충돌 에너지에 의한 자동차의 파손이 없도록 지지하기 위한 것이며, 외부패널(112)은 RCAR 40% OFFSET TEST 성능에 대응하기 위하여 압괴, 압착에 의해 충돌 에너지를 흡수하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 크래쉬박스를 나타내는 단면도로서, 내부패널(111)의 단면 형상은, 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 개구면 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측에는 사이드멤버(200)에 의해 결합되고 개구된 타측은 외부패널(112)이 일체로 연장되어 형성된다.
구체적으로, 크래쉬박스(110)는 내부패널(111) 및 외부패널(112)의 개구 측이 자동차 전면, 즉, 범퍼 커버(500)를 향해 연속적으로 연장되되, 외부패널(112)의 단면은 범퍼 커버(500) 방향으로 갈수록 빼기구배가 1.5 ~ 5°각도로 증대되어 연장된다.
이와 같은 크래쉬박스(110)의 성형성을 고려한 빼기구배는 1.5 ~ 5°로 형성되는 것이 유리하다. 즉, 내부패널(111)와 외부패널(112)의 빼기구배는 1.5°미만이면 성형품의 탈취가 어렵고 5°를 초과하게 되면 성형품의 탈취에는 유리하지만 성형품의 중량과 비용이 증대되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 내부패널(111)와 외부패널(112)의 빼기구배가 최적의 상태로 형성되어 충돌 에너지의 흡수 성능과 강성이 향상된다.
한편, 크래쉬박스(110)의 내부패널(111)과 외부패널(112)은 2 : 1의 두께 비로 형성되며, 구체적으로 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능에 대응하기 위하여, 내부패널(111)은 8 ~ 16mm의 대응 두께를 가지고, RCAR 40% OFFSET TEST 성능에 대응하기 위하여, 외부패널(112)은 4 ~ 8mm의 대응 두께를 가지게 되므로 내부패널(111)의 두께가 외부패널(112)의 두께보다 상대적으로 커서, 외부패널(112)에 비해 내부패널(111)이 충분한 강도 및 강성을 가지게 된다.
외부패널(112)의 길이는 자동차가 허용하는 침입량을 고려하여 설정되는데, 일반적으로 내부패널(111)와 외부패널(112)의 경계면에서 허용하는 침입량과 같거나 크게 설정된다.
크래쉬박스(110)는 충돌 에너지 흡수 효율이 클수록 성능이 우수하고 중량이 저감되므로 충격이 시작하는 지점에서 순차적으로 압착 및 변형이 일어나 에너지를 흡수하게 된다. 이를 위해, 크래쉬박스(110)의 내부패널(111) 및 외부패널(112)의 두께는 범퍼 커버(500) 방향으로 갈수록 두께가 순차적으로 작게 형성된다. 즉, 크래쉬박스(110)의 외부패널(112)은 범퍼 커버(500) 방향으로 갈수록 최소 4mm 두께이고, 내부패널(111)의 폐쇄 측으로 갈수록 최대 8mm 두께로 형성된다. 이와 같이 크래쉬박스(110)의 내부패널(111) 및 외부패널(112)의 두께가 영역에 따라 다른 것은 이중 패널 구조가 서로 간의 상호작용을 통해 지지수단 및 에너지 흡수수단의 기능을 효과적으로 수행하면서 충돌 시 충격 흡수량을 늘리는 동시에, 크래쉬박스(110)의 강성을 늘리는 기능을 하게 된다.
이와 같은 크래쉬박스(110)의 내부패널(111) 및 외부패널(112)의 두께는 자동차 중량, 사이드멤버(200)의 허용 강도, 허용 침입량 및 크래쉬박스(110)의 강도에 따라 결정된다.
또한, 크래쉬박스(110)에 구비된 외부패널(112)의 상하단부는 상하방향으로 형성되는 플랜지부(112a)가 구비된다. 바람직하게는 상기 플랜지부(112a)는 상하방향으로 교차되게 형성되며, 외부패널(112)은 범퍼 커버(500)와의 갭이 대략 2 ~ 5mm의 간격을 유지하면서 상하방향으로 교차되어 연장된다.
플랜지부(112a)의 단부는, 플랜지부(112a)의 각 단부와의 사이 간격이 최소 100mm 이상이면 범퍼 커버(500) 방향의 반대 방향으로 최소 10mm 이상 연장하여 형성되는 수평면부(112b)가 구비된다.
따라서, 크래쉬박스(110)는 RCAR 요구 성능에 대응하기 위한 것으로 원형 또는 다각형 단면 구조를 가지는 중공체 형상으로 이루어진다. 즉, 본 발명에서 크래쉬박스(110)는 비용 절감을 위해 범퍼 빔(100)과 일체형으로 제조되며, 일체형 크래쉬박스(110)의 단점인 낮은 충격 흡수 성능을 개선하기 위해 이중의 개단면 구조를 가지는 것은 전술한 바와 같다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 범퍼 빔(100)은 일반적으로 범퍼 커버(500)와 조립된 후 차체에 장착되는데, 크래쉬박스(110)와 차체와의 적절한 조립을 고려하여 차체의 사이드멤버(200)와 크래쉬박스(110) 사이에는 조립 브라켓(300)이 개재된다.
범퍼 빔(100)은 범퍼 커버(500)의 곡면과 일정하게 갭을 유지하게 되는데, RCAR 시험에서 충돌체가 충돌할 때 범퍼 빔 시스템을 상하, 좌우 불균일하게 변형 및 지지하게 되고 이로 인하여 차체와 연결되는 사이드멤버(200)와 패널(111,112)이 변형될 수 있다. 이러한 힘을 일차적으로 흡수하고 차체에 균등하게 힘을 전달할 수 있도록 하기 위하여 금속 재질의 조립 브라켓(300)이 구비된다.
범퍼 빔(100)과 차체와의 조립을 고려하여 체결수단인 차체 체결용 너트는 범퍼 빔(100)에 부착될 수 있다. 하지만, 너트를 차체에 일체로 성형하는 경우 환경 온도에 따른 후 변형으로 조립 치수 불량이 발생하여 차체와 조립을 어렵게 하기도 하는데 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 후 조립으로 조립 치수를 보정 하여 너트를 범퍼 빔(100)에 부착하는 것이 불량을 줄일 수 있는 방법이다. 따라서, 본 발명에서는 체결수단인 너트와 가이드핀을 별도 고정하는 방식을 채택할 수 있다.
한편, 일부 자동차에는, 비상시의 견인을 위하여 견인 고리(400)를 사용하게 된다. 견인 고리(400)는, 범퍼 커버(500)의 관통된 홀을 통해 토우 볼트(410, tow bolt)를 범퍼 커버(500)의 내측에 고정된 토우 너트(420, tow nut)에 체결한 상태에서 견인 자동차에 의해 견인하도록 되어 있다.
토우 너트(420)는 차체의 사이드멤버(200)에 용접하여 고정하거나 범퍼 빔 시스템에 고정하게 되는데, 토우 너트(420)를 범퍼 빔 시스템에 고정하기 위해서는 중량 및 비용 절감 등의 경쟁력을 가질 수 있도록 토우 볼트(410) 및 토우 너트(420)와 관련된 요구 강도에 만족하여야 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템에 견인 고리가 설치된 상태를 나타내는 단면도로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 조립 브라켓(300)과 크래쉬박스(110)에 형성된 관통홀(113,301)에 토우 너트(420)가 관통되어 고정 브라켓(310)에 의해 크래쉬박스(110)에 고정된 상태에서, 범퍼 커버(500)의 홀을 통해 토우 볼트(410)가 크래쉬박스(110)에 고정된 토우 너트(420)에 견고하게 체결되는 것으로 견인 고리(400)를 사용할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 빔부를 나타내는 단면도로서, 본 발명에 따른 범퍼 빔(100)은 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능에 대응하기 위하여 양측의 크래쉬박스(110)를 기준으로 빔부(101)의 중앙이 범퍼 커버(500) 방향으로 돌출된 아치형 구조로 형성되고, 수직 단면은 전면이 개방된 'ㄷ'자 개단면 형상으로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 범퍼 빔(100)은, 전술한 조립 브라켓(300)에 의해 자동차 차체에 고정된다. 자동차 차체와의 조립을 고려하여 차체 체결용 너트는 조립 브라켓(300)에 인서트 사출을 통해 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 조립 브라켓(300)을 범퍼 빔(100)에 고정하고, 조립 브라켓(300)이 고정된 범퍼 빔(100)을 차체에 볼트 등의 체결수단을 통해 고정하게 된다.
범퍼 빔(100)에 조립 브라켓(300)을 고정하는 방식은 일반적인 체결 방식, 융착 방식 또는 압입 방식을 이용하여 고정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 체결 방식에 의해 고정된다.
이와 같은 범퍼 빔(100)은 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능에 대응하기 위한 빔부(101)의 지지부(102)가 구비되고, RCAR 40% OFFSET TEST 성능에 대응하기 위한 에너지흡수부(103)가 구비된다. 빔부(101)의 지지부(102)는 충돌 시 에너지흡수부(103)를 지지하고 에너지흡수부(103)가 압착 및 파단될 수 있도록 충분한 강도 및 강성을 가져야 한다.
또한, 에너지흡수부(103)는 충돌 시 압착 및 파단을 통해 충돌 에너지를 흡수하거나 범퍼 커버(500)의 진동이나 형상을 유지하게 된다.
이와 같이 구성된 범퍼 빔(100)은 범퍼 커버(500)와의 사이에 넓은 공간이 발생하여 운행 중 범퍼 커버(500)가 진동이 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위하여 별도의 고정부품을 적용하거나 범퍼 빔(100)의 형상을 개선할 수 있으나, 중량이 증가하거나 RCAR 40% OFFSET TEST 성능이 저하된다.
따라서, 범퍼 빔(100)의 진동을 예방하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 지지부(102)의 단면 형상은, 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 개구면 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측에는 차체 멤버에 의해 결합되고 개구된 타측은 에너지흡수부(103)가 일체로 연장되어 형성된다.
에너지흡수부(103)는 자동차 전면, 즉 범퍼 커버(500)를 향해 연속적으로 연장되되, 범퍼 커버(500) 방향으로 갈수록 에너지흡수부(103)의 단면이 증대된다.
또한, 에너지흡수부(103)의 상하단부는 상하방향으로 플랜지부(103a)가 구비된다. 에너지흡수부(103)는 범퍼 커버(500)와의 갭이 대략 2 ~ 5mm의 간격을 유지하면서 상하방향으로 교차되어 연장된다.
범퍼 빔(100)과 범퍼 커버(500)의 갭이 2mm 미만이면 범퍼 빔(100)의 변형과 치수공차로 인해 범퍼 커버(500)의 외관 불량을 야기하고, 5mm를 초과하면 범퍼 커버(500)의 꿀렁 거림의 발생뿐만 아니라 운행 중에 부품간의 진동으로 이음이 발생하게 되고, 충돌 법규를 만족할 수 없게 된다.
범퍼 빔(100) 내 빔부(101)의 지지부(102)와 에너지흡수부(103)의 수직방향 길이는 최소 100mm 이상으로 그중에서 지지부(102)는 60% 이하, 적절하게는 55% 이하, 더 적절하게는 50%이하의 길이를 가진다.
플랜지부(103a)는 3 ~ 5mm 두께로 형성되며, 플랜지부(103a)의 단부는, 플랜지부(103a)의 각 단부와의 사이 간격이 최소 100mm 이상이면 범퍼 커버(500) 방향의 반대 방향으로 최소 10mm 이상 연장하여 형성되는 수평면부(103b)가 구비된다.
이와 같이 빔부(101)의 지지부(102)와 에너지흡수부(103)로 이루어진 개방형 단면 구조를 적용함에 따라 RCAR BUMPER DUMMY TEST 성능 시험 시에 충격체가 범퍼 빔(100)의 개방형 단면 구조 내부로 침입하지 않도록 하기 위하여 지지부(102)의 개구된 면의 폭이 최소 50mm 이하로 적용된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 범퍼 빔과 크래쉬박스는 복합 플라스틱 소재를 프레스성형 공법에 적용 가능하도록 구조가 개선된 것이다.
복합 플라스틱 소재를 프레스성형 공법에 적용하기 위해서는 충돌 시 범퍼 빔 시스템이 충돌에너지를 충분히 흡수하여 파단이 발생하지 않아야 한다. 범퍼 빔 시스템의 파단이 발생하지 않으려면 치수 안정성과 저온 환경의 특성을 고려하여 소재의 신율 또는 파단강도를 증대시켜야 하는데, 소재 특성상 신율을 증대시키면 소재 강도가 저하되고, 소재 강도를 증대시키면 신율이 감소하여 소재적으로 충돌에너지 흡수를 증대시키기 어려운 것이 현실이다.
따라서 본 발명에 따른 범퍼 빔 시스템은, 저속충돌 법규 성능과 손해보험사 요구 성능을 동시에 만족시킬 수 있는 프레스 성형에 의한 탄소 또는 유리섬유, 스틸와이어 등의 직조물(Prepreg)이 포함된 복합 플라스틱 소재를 이용하여 제조된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템에 대해 설명하였다. 위와 같은 자동차용 범퍼 빔 시스템의 성능을 평가하기 위해 인용기술과 본 발명에 대한 구조 해석을 실시하였다.
구체적으로, 종래기술에 따른 범퍼 빔 시스템과 본 발명에 따른 범퍼 빔 시스템의 RCAR 40% OFFSET TEST에 대한 구조해석을 실시하였으며, 그 결과를 도 7 내지 도 12에 나타내었다.
도 7 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 동일한 자동차 조건에서 RCAR의 40% OFFSET TEST와 BUMPER DUMMY TEST의 충돌 시뮬레이션을 실시한 결과, RCAR 40% OFFSET TEST에서 본 발명에 따른 자동차용 범퍼 빔 시스템의 크래쉬박스(110) 일체형 범퍼 빔 시스템이 충돌 에너지 흡수율이 우수하고 침입량을 종래기술에 따른 범퍼 빔 시스템보다 줄일 수 있었고 RCAR BUMPER DUMMY TEST에서도 요구 침입량(110mm)을 만족한 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100 : 범퍼 빔
101 : 빔부
102 : 지지부
103 : 에너지흡수부
110 : 크래쉬박스
111 : 내부패널
112 : 외부패널
200 : 사이드멤버
300 : 조립 브라켓
400 : 견인 고리
410 : 토우 볼트
420 : 토우 너트
500 : 범퍼 커버

Claims (11)

  1. 크래쉬박스와 빔부가 포함되어 일체로 프레스 성형된 범퍼 빔으로서
    상기 크래쉬박스는 두께가 서로 다른 내부패널과 외부패널을 포함하고 타측이 개방된 개단면 형상인 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 범퍼 빔은 탄소, 유리섬유, 스틸와이어 중 선택되는 어느 하나의 직조물이 포함된 복합 플라스틱 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 크래쉬박스는 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측은 사이드멤버에 의해 결합되는 내부패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외부패널의 단면은 범퍼 커버 방향으로 갈수록 빼기구배가 1.5 ~ 5°각도로 증대되어 연장 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 내부패널은 상기 외부패널의 두께보다 크며, 범퍼 커버 방향으로 갈수록 두께가 같거나 작아지는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 외부패널의 상하단부는 상하방향으로 플랜지부가 형성되며,
    상기 플랜지부의 단부는 범퍼 커버의 반대방향으로 연장되는 수평면부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 범퍼 빔은, 빔부가 돌출된 아치형 구조로 형성되고, 수직 단면은 전면이 개방된 'ㄷ'자 개단면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 범퍼 빔은 일측이 폐쇄되고 타측이 개구된 형상으로 이루어지며, 폐쇄된 일측에는 차체 멤버에 의해 결합되는 지지부와, 개구된 타측은 중공체가 일체로 연장되는 에너지흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지부의 두께는 상기 에너지흡수부의 두께보다 크며, 범퍼 커버 방향으로 갈수록 두께가 작아지는 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에너지흡수부의 상하단부는 상하방향으로 플랜지부가 형성되며,
    상기 플랜지부의 단부는 범퍼 커버의 반대방향으로 연장되는 수평면부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 범퍼 빔 시스템은 상기 크래쉬박스 및 상기 범퍼 빔과, 차체와의 사이에 체결수단에 의해 고정되는 조립 브라켓이 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 범퍼 빔 시스템.
PCT/KR2019/016650 2018-11-30 2019-11-29 자동차용 범퍼 빔 시스템 Ceased WO2020111846A1 (ko)

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