KR101170285B1 - 자동차용 하이브리드 범퍼 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 하이브리드 범퍼 빔에 관한 것으로, 역C형의 단면 구조를 가지는 복합수지 빔과, 상기 복합수지 빔을 감싸는 형태로 용접 또는 볼트 체결되며, 300~800mm의 박판 형태로 구성되는 스틸 커버로 구성되어 충돌시 상기 복합수지 빔이 상기 스틸 커버의 함몰을 방지함으로써 고중량의 대형 차량에 요구되는 저속충돌성능을 충족시킬 수 있는 차량용 하이브리드 범퍼 빔을 제공한다.

Description

자동차용 하이브리드 범퍼 빔{Hybrid Bumper Beam for Vehicle}

본 발명은 자동차용 범퍼 빔에 관한 것으로, 특히, 저중량으로 요구되는 강도 및 강성을 실현하여 고중량 대형 차량의 저속충돌성능을 만족시킬 수 있는 자동차용 하이브리드 범퍼 빔에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 범퍼 빔 앗세이는 범퍼 커버 앗세이와 빔 앗세이로 구성되며, 이 중 저속충돌성능과 중량의 큰 비중을 차지하는 것은 빔 앗세이이다. 따라서 빔 앗세이는 저속 충돌에서 차체의 손상이 없도록 개발 적용되어야 하는데, 통상 자동차의 범퍼 돌출량과 범퍼 내부 공간은 소형차나 대형차 모두 유사하기 때문에 상대적으로 소형차의 범퍼 성능은 쉽게 만족시킬 수 있으나, 고중량 대형 차량의 범퍼 성능은 구현하기가 매우 어렵다. 한편, 자동차 제조사에서는 작업자의 운반 및 조립을 고려한 중량 제한과 자동차 연비 절감을 위해 범퍼 빔 앗세이의 중량 절감을 요구하고 있어 보강에도 한계가 있다.

이에, 현재 자동차 제조사들은 범퍼 빔 앗세이의 경량화를 위해 합성수지 또는 컴포지트와 같은 복합수지 빔을 적용하고 있다. 이러한 복합수지 빔은 소형 및 중형 차량에서 10kph 이하의 저속 충돌시 허용 충돌에너지 범위 내에서 플렉서블(flexible)하게 변형된 후 복원되는 탄성체 변형을 통해 충격을 완화한다. 반면, 스틸 빔은 복합수지 빔과 달리 소성변형을 통해 에너지를 흡수하게 된다. 즉, 한정된 공간에서 복합수지 빔은 도 1에 도시된 바와 같은 탄성거동을, 스틸 빔은 도 2에 도시된 바와 같은 소성거동을 나타낸다.

그러나 대형 차량에서 복합수지 빔은 한정된 범퍼 공간에 강도/강성 구현의 제약으로 저속 충돌 후 파단이 발생할 수 밖에 없고, 이에 따라 차량의 백판넬(Back panel) 등이 손상되어 수리비가 과다하게 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 현재 대형 차량에는 복합수지 빔을 사용하지 못하고 있으며, 그 결과 스틸 빔을 사용할 수 밖에 없는 실정이다. 그러나 스틸 빔은 복합수지 빔과 달리 충돌 성능을 충족시킬 수는 있지만 중량이 너무 크기 때문에 현실적으로 자동차의 성능을 제대로 구현할 수 없다.

즉, 스틸 빔은 에너지 흡수력이 우수하고 가격이 저렴한 반면 중량 절감이 어렵고, 복합수지 빔은 중량 절감은 가능하나 가격이 비싸고 성형성, 에너지 흡수력 등의 한계로 대형 차량에 적용하기가 어렵다. 따라서 현재 대부분의 자동차 제조사에서는 상술한 제반 사항을 고려하여 대형 차량의 허용 중량을 기준으로 가격이 저렴한 스틸 빔을 사용하고 있는 실정이다.

이와 관련하여, 등록특허 제10-0946258호, 등록특허 제10-0745165호, 특허출원 제10-2010-0124586호, 공개특허 제10-2010-0124586호, 공개특허 제10-2007-0111812호 등에는 다양한 범퍼 빔이 개시되어 있으나, 이러한 종래기술의 대부분은 고중량 대형 차량의 범퍼 빔에 요구되는 저속 충돌에서의 충돌에너지를 흡수할 수 없어 차량 손상이 발생함으로써 대형 차량에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제한된 범퍼의 돌출량과 범퍼 내부 공간을 가지는 고중량의 대형 차량에 적용되어 저중량으로 저속충돌성능을 충족시킬 수 있는 자동차용 하이브리드 범퍼 빔을 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은, 역C형의 단면 구조를 가지는 복합수지 빔과, 상기 복합수지 빔의 외측에 형성되는 스틸 커버를 포함하는 차량용 하이브리드 범퍼 빔을 제공한다.

이 경우, 상기 스틸 커버와 상기 복합수지 빔은 용접 또는 볼트 체결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복합수지 빔에는 상기 스틸 커버를 가이드하는 위치결정용 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스틸 커버는 300mm 이상의 박판 스틸 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 합성수지 또는 컴포지트로 이루어지는 복합수지 빔에 일정한 길이와 두께의 스틸 커버를 씌워 각 소재의 기계적 특성을 동시에 구현함으로써 고중량의 대형 차량에 요구되는 저속충돌성능을 만족시킬 수 있다.

또한, 대형 차량의 경량화가 가능하여 차량의 연비를 개선하고 경쟁력을 확보할 수 있다.

도 1은 복합수지 빔의 충돌 후 변형 모드를 나타낸 도면,
도 2는 스틸 빔의 충돌 후 변형 모드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 분해사시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔이 차량에 설치된 모습을 나타낸 도면,
도 6은 도 5의 A-A 수직단면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 충돌 후 변형 모드를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 충돌에너지를 복합수지 빔과 비교하여 나타낸 그래프.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 사시도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 분해사시도, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔이 차량에 설치된 모습을 나타낸 도면, 도 6은 도 5의 A-A 수직단면도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔(100)은 복합수지 빔(110)과 스틸 커버(120)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 복합수지 빔(110)은 대형 차량(10)에 장착되어 저속 충돌시 가해지는 충돌에너지를 탄성거동에 의해 흡수하기 위한 구성으로 역C형의 단면 구조를 가진다. 이 경우, 상기 복합수지 빔(110)의 소재는 탄성거동과 성형성을 고려하여 합성수지 또는 복합재료(composite) 중에서 적의 선택될 수 있으며, 중량 절감과 최적의 강도/강성 구현이 가능하다면 특별히 제한되지 않는다.

다음으로, 상기 스틸 커버(120)는 저속 충돌시 소성변형을 통해 충돌에너지를 흡수하기 위한 구성으로 상기 복합수지 빔(110)을 감싸는 형태로 설치된다. 이 경우, 상기 스틸 커버(120)는 상기 복합수지 빔(110)의 내측에 장착되는 제 1 스틸 부재(120a)와, 상기 복합수지 빔(110)의 외측에 장착되는 제 2 스틸 부재(120b)로 구성되며, 상기 제 1 스틸 부재(120a)와 상기 제 2 스틸 부재(120b)는 용접에 의해 접합되거나 볼트(130)와 너트(131)에 의해 체결될 수 있다. 참고적으로, 도 4에서 미설명 부호 "140"은 상기 차량용 하이브리드 범퍼 빔(100)을 상기 차량(10)에 장착하기 위한 마운팅 부재를 나타낸다.

한편, 상기 스틸 커버(120)는 차량의 운행시 유격이 발생하거나 설치 위치가 변경될 수 있으므로 상기 복합수지 빔(110)의 양단에 위치결정용 돌기(111)를 형성하여 상기 스틸 커버(120)를 고정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면 상기 위치결정용 돌기(111)에 의해 상기 스틸 커버(120)의 유동이 방지되어 안정적인 차량 운행이 가능할 뿐 아니라 조립시에 상기 위치결정용 돌기(111)가 상기 스틸 커버(120)를 가이드하게 됨으로써 편리성도 제공할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 하이브리드 범퍼 빔의 구성에 대해 설명하였다. 이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 상기 차량용 하이브리드 범퍼 빔(100)이 상기 대형 차량(10)의 후방에 장착되었다고 가정할 때 외부에서 충격이 가해지면 상기 복합수지 빔(110)이 탄성변형되면서 충격에너지의 일부를 흡수하고, 이와 같이 상기 복합수지 빔(110)이 탄성거동을 하는 동안 상기 스틸 커버(120)는 소성변형을 최대로 발생시켜 상기 복합수지 빔(110)에 의해 흡수되지 않은 나머지 충격에너지를 흡수하게 된다.

즉, 일반적인 스틸 빔의 경우 충돌 후 충돌 부위가 국부적으로 함몰되어 전체적으로 효율적인 에너지 흡수가 이루어지지 않지만 본 발명에서는 상기 복합수지 빔(110)이 상기 스틸 커버(120)를 지지하여 함몰을 막아줌으로써 에너지 흡수 효율이 극대화되도록 한 것에 기술적 특징이 있다.

이 경우, 본 발명과 달리 복합수지 빔에 스틸을 인서트 사출하거나 복합수지 빔의 전면에만 스틸 커버를 장착하는 방식도 고려할 수 있으나, 이와 같이 구성하면 이종 재질의 특성으로 인해 충돌 후 박리가 발생하거나 스틸 커버의 장착 부위에 응력(stress)이 집중되어 복합수지 빔에 크랙(crack)이 빠르게 발생하여 결국 파단에 이르는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기 스틸 커버(120)가 상기 복합수지 빔(110)을 전체적으로 감싸는 형태로 구성함으로써 이종 재질 사이의 간격을 최소화하여 각 소재의 기능이 최대로 구현되도록 한 것이다.

이상에서 설명한 사항을 종합적으로 고려할 때 상기 스틸 커버(120)의 두께 및 길이는 상기 복합수지 빔(110)이 흡수할 수 있는 충돌에너지를 제외한 나머지 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 적절히 조절되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 이에 기초하여 상기 스틸 커버(120)를 300~800mm의 박판 형태로 구성하였다.

본 발명자는 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 효과를 확인하기 위해 시제품을 제작하여 충돌시험을 실시하였으며, 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다.

시험 결과, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 스틸 커버(120)의 함몰은 나타나지 않았으며, 소성변형을 통한 주름만 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 경우(A)가 복합수지만으로 구성된 빔을 사용하였을 경우(B)보다 높은 에너지 흡수율을 나타내었다.

도 7 및 도 8로부터 본 발명에 의할 경우 우수한 저속충돌성능을 가져 고중량의 대형 차량에도 안정적인 적용이 가능할 것으로 기대된다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 대형 차량 100 : 차량용 하이브리드 범퍼 빔
110 : 복합수지 빔 111 : 위치결정용 돌기
120 : 스틸 커버 120a : 제 1 스틸 부재
120b : 제 2 스틸 부재 130 : 볼트
131 : 너트 140 : 마운팅 부재

Claims (4)

1. 역C형의 단면 구조를 가지는 복합수지 빔 및 상기 복합수지 빔의 외측에 형성되는 스틸 커버를 포함하되,
   상기 스틸 커버는 상기 복합수지 빔의 내측에 장착되는 제 1 스틸 부재와, 상기 복합수지 빔의 외측에 장착되어 상기 제 1 스틸 부재와 결합되는 제 2 스틸 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 범퍼 빔.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스틸 커버와 상기 복합수지 빔은 용접 또는 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 범퍼 빔.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합수지 빔에는 상기 스틸 커버를 가이드하는 위치결정용 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 범퍼 빔.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스틸 커버는 300~800mm의 박판 스틸인 것을 특징으로 하는 차량용 하이브리드 범퍼 빔.

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