KR101694024B1 - 차량의 무릎 보호 구조물 - Google Patents

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김희준
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Abstract

본 발명은 차량의 무릎 보호 구조물에 관한 것으로서, 차량 충돌 시험시 강화된 승객 상해 규제를 만족시킬 수 있고, 차량 조립시의 작업공정을 축소할 수 있으며, 부품수 축소, 구조의 단순화, 제조원가 절감 등을 달성할 수 있는 차량의 무릎 보호 구조물을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차체 구조물에 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓에 의해 지지되도록 설치되어 충돌시 승객의 무릎이 타격하게 되는 로워 크래쉬 패드 패널을 포함하며, 상기 로워 크래쉬 패드 패널은, 전체 영역 중 정해진 적어도 일부 영역에 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션(Uni-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되고, 나머지 영역에 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 멀티-디렉션(Multi-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 된 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물이 개시된다.

Description

차량의 무릎 보호 구조물{Knee protection structure for vehicle}
본 발명은 차량의 무릎 보호 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 충돌 시험시 강화된 승객 상해 규제를 만족시킬 수 있고, 조립시 작업공정을 축소할 수 있으며, 제조원가 절감을 달성할 수 있는 차량의 무릎 보호 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 주행 중이던 차량에 충돌사고가 발생하면 차량 내 승객은 관성에 의해 전방의 크래쉬 패드(crash pad)를 향해 밀려나게 된다.
따라서, 차량에는 사고시 승객을 보호하기 위한 승객 구속 장치로서 에어백 및 시트벨트 등이 기본적으로 장착된다.
그러나, 승객의 신체 중 대략 복부 위쪽 부분은 에어백이나 시트벨트를 통해 보호되지만, 크래쉬 패드 내측의 아래쪽에 위치하는 카울 크로스바(cowl cross bar) 및 크래쉬 패드의 하부를 구성하는 로워 크래쉬 패드 패널(lower crash pad panel)이 승객(운전자 및 조수석 승객)의 무릎을 타격할 우려가 있다.
이에 대한 대비책으로서 승객 무릎의 상해치를 저감하기 위하여 통상 크래쉬 패드 하부 내측에는 무릎 보호 장치인 니볼스터(knee bolster)가 구비되고 있다.
니볼스터와 관련된 선행기술로서, 한국 공개특허공보 제10-2005-0027544호(2005.3.21)에는 플라스틱 재질로 이루어진 외부 패널을 "U" 형상으로 형성하고, 스틸 재질로 이루어진 내부 패널을 "U" 형상으로 형성하여 상기 외부 패널의 내부에 공간부를 형성하도록 설치하며, 상기 공간부에 충격을 흡수할 수 있는 충격흡수부재를 설치하여 구성된 무릎보호장치가 개시되어 있다.
그러나, 플라스틱 재질의 외부 패널은 충돌시 발생하는 하중과 무릎 침투량에 비해 취성이 강하여 파손시 오히려 무릎을 상해할 수 있는 샤프 엣지(sharp edge)가 발생할 수 있고, 스틸 재질의 내부 패널은 충격흡수부재의 충분한 변형을 유도하는것을 오히려 방해할 수 있다.
또한, 도 1은 종래기술에 따른 차량용 무릎 보호 구조물의 다른 구성을 나타내는 사시도로서, 카울 크로스바(1) 일측에 설치된 U자형 브라켓(2)에 충격흡수용 폼(foam)(3)을 결합하고, 전방에 스틸(steel) 또는 GMT(Glass-Fiber Mat Reinforced Thermoplastics) 소재의 니볼스터 패널(4)과 로워 크래쉬 패드 패널(5)을 결합한 구성을 나타내고 있다.
여기서, 로워 크래쉬 패드 패널(5)은 미관을 위해 PPF(Polypropylene Mineral Filled) 등의 고분자 재질로 제작되어 니볼스터 패널(4)을 덮도록 설치되고, 그 내측으로 니볼스터 패널(4), 충격흡수용 폼(3), 그리고 충격흡수용 폼(3)을 지지하고 있는 U자형 브라켓(2)이 차례로 위치된다.
이러한 구성에서 차량 전방 충돌시 승객의 무릎이 로워 크래쉬 패드 패널(5)을 타격하면 강체인 니볼스터 패널(4)이 추가적인 무릎 침입을 막고, 후방(차량의 전후방향을 기준으로는 전방임)에 위치한 충격흡수용 폼(3)이 U자형 브라켓(2)과 함께 변형되어 충격 에너지를 흡수하게 된다.
그러나, 종래기술의 경우, 로워 크래쉬 패드 패널(5)과 니볼스터 패널(4)이 별도로 분리되어 설치됨과 더불어 별도의 충격흡수용 폼(3)과 U자형 브라켓(2)이 장착되므로 구성 및 구조가 복잡하고, 하드웨어 및 부품수 증대로 인해 원가가 높다는 단점을 가지고 있다.
또한, 종래의 니볼스터에서는 50% 및 5% 더미(dummy)의 충격부 위치에 무릎의 침투량을 제어하기 위한 스틸 재질의 니볼스터 패널이 장착되어 무릎에 가해지는 하중이 높아지는 것을 일부 허용하면서(10kN 이하로 NCAP 법규 만족) 무릎의 과도한 침투를 막아주지만, US NCAP 평가에서는 니볼스터 패널이 오히려 강체로 작용하게 되면서 50% 더미의 무릎 하중을 높이는 구조가 되어 법규를 만족시키기가 어렵다.
한국 공개특허공보 제10-2005-0027544호(2005.3.21) 한국 공개특허공보 제10-2008-0018529호(2008.2.28) 한국 등록특허공보 제10-0861844호(2008.9.29)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량 충돌 시험시 강화된 승객 상해 규제를 만족시킬 수 있고, 승객의 무릎을 효과적으로 보호할 수 있는 차량의 무릎 보호 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차량 조립시의 작업공정을 축소할 수 있으며, 부품수 축소, 구조의 단순화, 제조원가 절감 등을 달성할 수 있는 차량의 무릎 보호 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 차체 구조물에 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓에 의해 지지되도록 설치되어 충돌시 승객의 무릎이 타격하게 되는 로워 크래쉬 패드 패널을 포함하며, 상기 로워 크래쉬 패드 패널은, 전체 영역 중 정해진 적어도 일부 영역에 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션(Uni-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되고, 나머지 영역에 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 멀티-디렉션(Multi-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 된 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 로워 크래쉬 패드 패널의 전체 영역 중 좌우방향의 양 사이드부에 유니-디렉션(Uni-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되고, 상기 로워 크래쉬 패드 패널의 좌우방향 중앙부에 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 멀티-디렉션(Multi-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 될 수 있다.
그리고, 상기 양 사이드부에 인서트 된 연속섬유 복합소재의 두께가 중앙부에 인서트 된 연속섬유 복합소재의 두께에 비해 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재는 직조된 형태의 연속섬유들이 열가소성 소재 내에 다층으로 적층되어 있는 직조형 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재는 일 방향의 연속섬유들이 열가소성 소재 내에서 층간에 서로 직교하도록 다층으로 적층되어 있는 직교형 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 로워 크래쉬 패드 패널에서 수평방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 로워 크래쉬 패드 패널에서 수직방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 일부 영역에 인서트되는 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 전체 두께를 정해진 비율로 나누어 상층과 하층으로 구분되고, 상층과 하층에서 연속섬유들의 방향이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상층과 하층 중 어느 하나에 수직방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 사용되고, 다른 하나에 수평방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 사용된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상층의 연속섬유들과 하층의 연속섬유들이 상기 상층과 하층 간에 서로 다른 경사방향으로 길게 배치되도록 배열되어 있는 경사방향의 연속섬유들인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 일부 영역에 인서트되는 연속섬유 복합소재가 전체 두께를 정해진 비율로 나누어 상층과 하층으로 구분되고, 상기 상층과 하층 중 어느 하나가 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션 연속섬유 복합소재로 되어 있으면서 다른 하나에는 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 무릎 보호 구조물에서는 연속섬유 복합소재를 인서트하여 로워 크래쉬 패드 패널을 사출 성형함으로써 로워 크래쉬 패드 패널의 강성을 증대하고, 승객의 무릎이 타격하게 되는 각 부위별 특성에 따라 연속섬유 복합소재의 종류 및 두께를 차등 적용함으로써 비틀림 강성 보강, 무릎 침투 억제, 무릎 하중의 최소화 등을 도모할 수 있게 된다.
결국, 본 발명에 따른 차량의 무릎 보호 구조물에서는 차량 충돌 시험시 강화된 승객 상해 규제를 만족시킬 수 있고, 승객의 무릎을 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 차량의 무릎 보호 구조물에서는 별도의 니볼스터 패널이 삭제되는 등 부품수 축소가 가능하고, 구조의 단순화, 차량 조립시의 작업공정 축소, 제조원가 절감 등을 달성할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 니볼스터 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 무릎 보호 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 무릎 보호 구조물에서 로워 크래쉬 패드 패널의 내측면 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에서 로워 크래쉬 패드 패널의 횡단면 형상 및 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에서 로워 크래쉬 패드 패널의 중앙부에 연속섬유 복합소재가 인서트된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 로워 크래쉬 패드 패널에 인서트되는 연속섬유 복합소재의 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에서 로워 크래쉬 패드 패널의 양 사이드부에 연속섬유 복합소재가 인서트된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 차량 충돌 시험시 강화된 승객 상해 규제를 만족시킬 수 있고, 차량 조립시의 작업공정을 축소할 수 있으며, 부품수 축소, 구조의 단순화, 제조원가 절감 등을 달성할 수 있는 차량의 무릎 보호 구조물을 제공하고자 하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 무릎 보호 구조물을 나타내는 사시도로서, 실시예의 무릎 보호 구조물에서 크래쉬 패드의 하부를 구성하는 로워 크래쉬 패드 패널(20)이 승객의 무릎 보호를 위한 구조물로 이용된다.
실시예의 무릎 보호 구조물은 운전석 전방 하측에 운전자 무릎을 보호할 수 있도록 설치될 수 있는데, 차체 구조물인 카울 크로스바(1)에 설치되는 브라켓(10)과, 상기 브라켓(10)에 의해 지지되도록 설치되는 로워 크래쉬 패드 패널(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 브라켓(10)의 일단부가 카울 크로스바(1)에 고정되고, 로워 크래쉬 패드 패널(20)이 상기 브라켓(10)의 타단부에 고정된 상태로 차량 실내의 운전석 전방 하측에 위치된다.
이와 같은 실시예의 무릎 보호 구조물에서는 로워 크래쉬 패드 패널(20)이 브라켓(10)을 매개로 하여 카울 크로스바(1)에 직접 지지되도록 설치되어 차량 충돌시 무릎에 가해지는 충격을 흡수하면서 무릎의 침투량을 제어하게 되므로 종래와 같은 별도의 니볼스터 패널은 삭제될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 무릎 보호 구조물에서 로워 크래쉬 패드 패널의 내측면 구성을 나타내는 사시도로서, 브라켓(10)과 로워 크래쉬 패드 패널(20)이 결합된 상태를 보여주고 있다.
도면에서 전, 후의 방향 표시는 차량의 전후방향을 기준으로 한 것으로, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 경우 내측면을 보여주고 있으며, 도시된 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 후방 공간은 승객(운전자)이 위치하는 공간(운전석)이 되고, 이에 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 후방에 승객(운전자)의 무릎이 위치하게 된다.
도시된 바와 같이, 별도의 니볼스터 패널이 삭제되며, 로워 크래쉬 패드 패널(20)이 카울 크로스바(1)에 설치되는 브라켓(10)에 직접 결합된다.
또한, 브라켓(10)은 좌측에서 로워 크래쉬 패드 패널(20)을 지지하는 좌측의 어퍼 브라켓(11)과 좌측의 로워 브라켓(12), 그리고 우측에서 로워 크래쉬 패드 패널(20)을 지지하는 우측의 어퍼 브라켓(13)과 우측의 로워 브라켓(14)으로 구성될 수 있다.
또한, 로워 크래쉬 패드 패널(20)은 차량 충돌 발생으로 인해 승객(운전자)의 무릎이 로워 크래쉬 패드 패널을 타격할 경우 승객의 무릎이 전방으로 침투하는 것을 억제하게 되며, 이를 위해 복합소재를 인서트 소재로 사용하여 사출 성형된다.
상기 복합소재로는 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 강성을 증대시킬 수 있는 연속섬유 복합소재(CFT, Continuous Fiber Thermoplastics)가 사용될 수 있다.
도 4는 로워 크래쉬 패드 패널의 횡단면 형상 및 구성을 나타내는 단면도로서, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 횡단면 상에서 로워 크래쉬 패드 패널의 좌우 양 사이드부(21a)는 북미에서 적용 중인 US NCAP FMVSS 208의 정면 충돌 법규 평가 항목의 50% 더미 무릎 충돌 영역이 되고, 그 중앙부(21b)가 5% 더미 무릎 충돌 영역이 된다.
이하, 본 명세서에서는 도 4에 나타낸 시험 더미의 종류(50% 더미와 5% 더미)에 따라 무릎 부위가 타격하게 되는 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 부분을 차량의 좌우방향을 기준으로 양 사이드부(21a)와 중앙부(21b)로 구분하기로 한다.
즉, 50% 더미 충돌 영역은 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 좌우 방향의 양 사이드부(21a)가 되고, 5% 더미 충돌 영역이 로워 크래쉬 패드의 중앙부(21b)가 된다.
실시예의 무릎 보호 구조물에서는 외관부를 이루는 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 내측에 연속섬유가 다층 구조로 적층된 연속섬유 복합소재(23,24)가 인서트되며, 이러한 연속섬유 복합소재(23,24)는 로워 크래쉬 패드 패널(20)에서 패널의 강성을 증대시키므로 종래의 니볼스터 패널이 수행하던 기능, 즉 승객의 무릎 침투를 억제하는 기능을 부여하게 된다.
바람직한 실시예에서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 횡단면상 각 부분의 위치에 따라서 연속섬유 복합소재(23,24) 및 이를 포함하는 패널(20)의 전체 두께(T1,T2,T3)와 패널 단면에 적층된 연속섬유 복합소재(23,24)의 방향성을 각기 달리하여 차별화한다.
즉, 50% 더미 충돌 영역인 양 사이드부(21a)에 인서트된 연속섬유 복합소재(24)의 두께를 5% 더미 충돌 영역인 중앙부(21b)에 인서트된 연속섬유 복합소재(23)의 두께에 비해 작게 하여 무릎의 하중을 줄여주고, 적절한 무릎 침투량이 허용될 수 있도록 한다.
이렇게 인서트되는 연속섬유 복합소재(23,24)의 두께가 양 사이드부(21a)에서 중앙부(21b)에 비해 작으므로 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 전체 두께에 있어서도 양 사이드부(21a)의 두께(T2,T3)가 중앙부(21b)의 두께(T1)에 비해 작아진다.
이러한 두께 차별화를 통해 고가의 복합소재 사용량 및 중량을 무릎 충돌 영역에 따라 최적화하고, 이로써 소요되는 소재 비용을 절감한다.
또한, 양 사이드부(21a)와 중앙부(21b) 간에 연속섬유 복합소재(23,24)의 방향성을 달리하는데, 실시예에 적용되는 연속섬유 복합소재에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 로워 크래쉬 패드 패널(20)에 인서트되는 연속섬유 복합소재(23,24)는 연속섬유(continuous fibers)와 열가소성 소재(thermoplastics)로 이루어진 복합소재로서, 열가소성 소재 내에 연속섬유(장섬유)를 다층 구조로 적층하여 제조한다.
또한, 이러한 연속섬유 복합소재(23,24)를 인서트하여 로워 크래쉬 패드 패널(20)을 사출 성형함으로써 로워 크래쉬 패드 패널의 강성을 증대시키게 된다.
복합소재(23,24)에서 적층 구조의 연속성을 가지는 섬유, 즉 상기 연속섬유로는 유리섬유(GF), 탄소섬유(CF) 등이 사용될 수 있고, 열가소성 소재로는 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 사용될 수 있다.
이러한 연속섬유 복합소재(23,24)를 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부(21a)와 중앙부(21b)에 각각 별도로 인서트하되, 사이드부(21a)와 중앙부(21b)로 구분되는 각 영역별로 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 강성 설계에 따라 적절하게 연속섬유 복합소재를 사용한다.
이때, 로워 크래쉬 패드 패널(20)은 PPF(Polypropylene Mineral Filled) 등의 고분자 소재를 사용하여 사출 성형의 방법으로 제조될 수 있고, 이때 연속섬유가 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재(23,24)를 인서트하여 일체로 성형하게 된다.
도 5는 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에 연속섬유 복합소재가 인서트된 상태를 나타내는 도면으로, 중앙부(21b)에 인서트되는 연속섬유 복합소재(23)는 연속섬유(22)가 직조형 또는 직교형으로 배치된 다방향의 CFT 소재, 즉 멀티-디렉션(Multi-direction) CFT 소재가 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 로워 크래쉬 패드 패널에 인서트되는 연속섬유 복합소재(CFT)의 형태를 개략적으로 나타낸 도면으로, PP, PA, PET와 같은 열가소성 소재(thermoplastics) 내에 GF, CF와 같은 연속성을 가지는 섬유(fibers)들이 다층 구조로 적층되도록 하여 연속섬유 복합소재가 제조된다.
이때, 직조형 멀티-디렉션 CFT 소재는 연속섬유들이 그물망과 같이 서로 엮이어 직물(fabric) 형태로 직조되고 이렇게 직조된 형태의 연속섬유들이 열가소성 소재 내에 다층으로 적층되어 있는 구조가 되도록 제조된다.
또한, 직교형 멀티-디렉션 CFT 소재는 도 5에서와 같이 일 방향의 연속섬유(21)들이 층간에 서로 직교하도록 상하로 적층되어서 열가소성 소재 내에 포함된 구성을 가진다.
이러한 멀티-디렉션 CFT 소재(23)를 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에 인서트하여 강성을 보강하게 되는데, 양 사이드부(21a)에 50% 더미의 무릎 부위가 충돌할 경우 무릎의 침투량에 따라 중앙부(21b)에서는 비틀림 모멘트가 발생하고, 이러한 비틀림 모멘트에 대응하기 위하여 중앙부(21b)의 강성 보강이 요구된다.
따라서, 중앙부(21b)에는 직조형 또는 직교형의 연속섬유 적층 구조를 가지는 멀티-디렉션 CFT 소재(23)를 인서트함으로써 비틀림 강성을 극대화한다.
또한, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에 멀티-디렉션 CFT 소재(23)를 적용하여 강성을 보강함으로써 5% 더미의 무릎 침투량을 저감시킬 수 있게 된다.
이와 같이 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에는 연속섬유가 직조형 또는 직교형으로 배치되도록 적층된 멀티-디렉션 CFT 소재(23)가 적용됨으로써, 50% 더미의 무릎 침투에 대해서 중앙부(21b)의 비틀림 강성이 보강될 수 있게 되고, 북미 FMVSS 208 충돌 법규에 있어서 50% 더미의 무릎 침투량이 제어될 수 있는 동시에 비틀림으로 인한 타격 위치 산포 발생이 제어될 수 있으며, 5% 더미의 무릎 충격으로 인한 패널 깨짐 현상 등이 방지될 수 있게 된다.
도 5는 수평방향으로 길게 배치된 수평방향 연속섬유와 수직방향으로 길게 배치된 수직방향 연속섬유가 직교형으로 배치된 멀티-디렉션 CFT 소재(23)가 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에 설치된 실시예를 나타내고 있으나, 예시된 수평방향과 수직방향이 아닌, 경사방향(傾斜方向)으로 길게 배치된 연속섬유들이 직조형 또는 직교형 구조를 이루고 있는 멀티-디렉션 CFT 소재가 설치될 수 있다.
이때, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부(21b)에서 연속섬유의 경사방향 각도는 임의의 각도가 될 수 있으며, 일례로 45도의 경사방향으로 길게 연장된 연속섬유들이 직조형 또는 직교형 구조를 이루고 있는 멀티-디렉션 CFT 소재가 사용될 수 있다.
한편, 도 7은 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부(21a)에 연속섬유 복합소재(24)가 인서트된 상태를 나타내는 도면으로, 양 사이드부(21a)에 인서트되는 연속섬유 복합소재(24)는 연속섬유(21)가 하나의 방향으로 배치된 단방향의 CFT 소재, 즉 유니-디렉션(Uni-direction) CFT 소재(24)가 될 수 있다.
이때, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 로워 크래쉬 패드 패널(20)에서 횡방향(수평방향)으로 배치된 연속섬유(21)들을 다층 구조로 적층하여 제조한 CFT 소재(24)가 인서트되거나, 또는 (b)에 나타낸 바와 같이 종방향(수직방향)으로 배치된 연속섬유(21)들을 다층 구조로 적층하여 제조한 CFT 소재(24)가 인서트될 수 있다.
이러한 유니-디렉션 CFT 소재(24)를 적용함에 있어서 연속섬유의 방향이 횡방향, 즉 수평방향이거나, 종방향, 즉 수직방향인 CFT 소재를 사용할 수 있지만, 연속섬유들이 수직선을 기준으로 정해진 경사각도를 가지는 경사방향으로 길게 배치된 유니-디렉션 CFT 소재가 사용될 수도 있다.
또한, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부에 유니-디렉션 CFT 소재(24)를 적용함에 있어서 CFT 소재의 전체 두께를 정해진 비율(예, 상층 두께와 하층 두께를 1:1로 할 수 있음)로 나누어 하층에는 연속섬유들이 수평방향으로 배치되고 상층에는 연속섬유들이 수직방향으로 배치된 CFT 소재를 적용하는 것이 가능하다.
이때, 각 층에서 연속섬유들이 하나의 방향으로 배치되며, 상층과 하층의 연속섬유 방향이 상이하므로, 양 사이드부에 적용된 CFT 소재가 전체적으로 볼 때는 멀티-디렉션의 특성을 가진다 할 수 있다.
또한, 유니-디렉션 CFT 소재(24)를 적용함에 있어서 상층과 하층에 각각 수직방향과 수평방향의 연속섬유들을 적용하는 대신, 각 층에서 연속섬유들이 정해진 각도의 경사방향으로 배치된 구조의 적용이 가능하다.
이때, 상층의 연속섬유들과 하층의 연속섬유들이 서로 다른 각도의 경사방향으로 배치되며, 서로 반대의 경사방향, 예를 들어 두 층의 연속섬유들이 수직선을 기준으로 +45도와 -45도로 각각 길게 배치된 CFT 소재를 적용하는 것이 가능하다.
더불어, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부에서 상기와 같이 나누어진 상층과 하층 중 어느 하나가 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션 CFT 복합소재로 되어 있고, 다른 하나에 연속섬유들이 다방향으로 배열될 수 있다(멀티-디렉션 CFT 소재 형태임).
여기서, 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부에서 층별로 적용되는 유니-디렉션 CFT 복합소재와 멀티-디렉션 CFT 소재는, 세부적으로 각각 앞서 설명한 것들, 즉 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 중앙부와 양 사이드부에 적용되는 것들의 적용이 가능하다.
이와 같이 로워 크래쉬 패드 패널(20)에서 50% 더미 충돌 영역인 양 사이드부(21a)의 경우 두께가 상대적으로 얇으면서 유니-디렉선 CFT 소재(24)가 사용됨으로써 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부(21a)에 의해 승객(운전자)의 무릎에 가해지는 하중이 완화될 수 있게 된다.
특히, 충돌시 인서트된 CFT 소재(24)에서 연속섬유(21)가 삽입된 열가소성 소재 부분이 연속섬유 길이방향을 따르는 절취선 역할을 하게 되어 50% 더미의 무릎 부분이 타격하게 되는 양 사이드부(21a)가 방향성에 따라 붕괴되면서 무릎에 가해지는 하중을 줄일 수 있게 된다.
이와 같이 로워 크래쉬 패드 패널(20)의 양 사이드부(21a)에서는 연속섬유(21)들이 수평 또는 수직의 단방향으로 배열된 유니-디렉션 CFT 소재(24)를 적용함으로써 충돌시 일정 수준 이상의 하중이 가해질 경우 CFT 소재의 절취 또는 파단이 유도되어 에너지가 흡수될 수 있고, 이에 NCAP의 50% 더미 충돌 평가에서 법규 만족이 가능해짐은 물론, 승객의 무릎에 가해지는 하중을 줄일 수 있어 무릎 상해가 최소화될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 카울 크로스바
10 : 브라켓
11, 13 : 어퍼 브라켓
12, 14 : 로워 브라켓
20 : 로워 크래쉬 패드 패널
21a : 사이드부
21b : 중앙부
22 : 연속섬유
23 : 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재(Multi-direction CFT)
24 : 유니-디렉션 연속섬유 복합소재(Uni-direction CFT)

Claims (13)

  1. 차체 구조물에 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓에 의해 지지되도록 설치되어 충돌시 승객의 무릎이 타격하게 되는 로워 크래쉬 패드 패널을 포함하며,
    상기 로워 크래쉬 패드 패널은,
    전체 영역 중 정해진 적어도 일부 영역에 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션(Uni-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되고, 나머지 영역에 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 멀티-디렉션(Multi-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되며,
    상기 로워 크래쉬 패드 패널의 전체 영역 중 좌우방향의 양 사이드부에 유니-디렉션(Uni-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되고, 상기 로워 크래쉬 패드 패널의 좌우방향 중앙부에 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 멀티-디렉션(Multi-direction) 연속섬유 복합소재가 인서트 되며,
    상기 양 사이드부에 인서트 된 연속섬유 복합소재의 두께가 중앙부에 인서트 된 연속섬유 복합소재의 두께에 비해 작은 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재는 직조된 형태의 연속섬유들이 열가소성 소재 내에 다층으로 적층되어 있는 직조형 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재는 일 방향의 연속섬유들이 열가소성 소재 내에서 층간에 서로 직교하도록 다층으로 적층되어 있는 직교형 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 멀티-디렉션 연속섬유 복합소재는 연속섬유들이 수평방향과 수직방향으로 길게 배치되도록 배열되어 있거나, 연속섬유들이 경사방향으로 길게 배치되도록 배열되어 있는 것임을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 로워 크래쉬 패드 패널에서 수평방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 로워 크래쉬 패드 패널에서 수직방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 로워 크래쉬 패드 패널에서 수직선을 기준으로 정해진 경사각도로 길게 배치되도록 배열된 경사방향의 연속섬유들이 다층 구조로 적층되어 있는 연속섬유 복합소재인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 일부 영역에 인서트되는 유니-디렉션 연속섬유 복합소재는 전체 두께를 정해진 비율로 나누어 상층과 하층으로 구분되고, 상층과 하층에서 연속섬유들의 방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  11. 청구항 10에 있어서
    상기 상층과 하층 중 어느 하나에 수직방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 사용되고, 다른 하나에 수평방향으로 길게 배치되도록 배열된 연속섬유들이 사용된 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 상층의 연속섬유들과 하층의 연속섬유들이 상기 상층과 하층 간에 서로 다른 경사방향으로 길게 배치되도록 배열되어 있는 경사방향의 연속섬유들인 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 일부 영역에 인서트되는 연속섬유 복합소재가 전체 두께를 정해진 비율로 나누어 상층과 하층으로 구분되고, 상기 상층과 하층 중 어느 하나가 연속섬유들이 일 방향으로 배열되어 있는 유니-디렉션 연속섬유 복합소재로 되어 있으면서 다른 하나에는 연속섬유들이 다방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 무릎 보호 구조물.
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