KR101090707B1 - 자동차용 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 측면 충돌시 발생하는 충격에 대한 강성을 보강하는 자동차용 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 내부에 박스공간이 조성되도록 한쌍의 가로부재와 세로부재가 일체로 형성되어 "

"자 단면을 가지며, 도어 아우터패널과 평행하게 배치된 가로부재가 원호형태의 단면구조로 이루어짐으로써, 차량의 측면충돌시 도어의 아우터패널로부터 입력되는 하중을 가장 효율적으로 흡수할 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 가로부재 및 세로부재가 알루미늄 재질로 압출성형된 후, 400~500℃의 온도에서 2시간 동안 열처리 됨으로써 인장강도 430MPa, 연신율 12%를 확보할 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔의 제조방법을 제공한다.

도어 임팩트 빔, 아우터패널, 인너패널, 알루미늄 재질, 압출 성형

Description

자동차용 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법{Door impact beam for vehicle and method for manufacturing of it}

본 발명은 자동차용 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 측면 충돌시 발생하는 충격에 대한 강성을 보강하는 자동차용 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 충돌사고는 인간이 자동차 문명을 발전시킨 이래 누려온 편의성의 대가이기 때문에 많은 사람들이 충돌사고시 승객의 사망과 상해를 기술적으로 감소시키기 위해 여러 가지 노력을 기울여 왔다.

하지만 지금까지 개발·적용된 충돌안전대책의 내용을 살펴보면, 주로 승용차의 정면 충돌시의 승객상해를 감소시키는데 치중되어 왔다는 것을 알 수 있다.

충돌사고 가운데 가장 빈번히 발생하고 승객에게 치명적인 상해를 가장 많이 입혔던 사고가 정면충돌사고였기 때문이다.

물론 측면충돌안전을 위해서도 다소의 노력을 해오기는 했지만, 정면충돌안 전대책에 비하면 그 성과가 미미하여, 승용차 충돌사고로 인한 사망자 중 측면충돌사고에 의한 사망자의 비율이 매년 증가해 왔다.

자동차 설계자들은 이에 대응하기 위해 도어 내부에 임팩트 빔(IMPACT BEAM)과 임팩트 프레임(IMPACT FRAME)이라는 보강재를 추가시켜 왔으며, 근래에는 굽힘강성이 높고, 제작성 및 중량이 가벼운 고장력강 파이프 형상의 부재를 적용해 왔다.

상기 임팩트 빔은 자동차 도어의 인사이드 패널과 아웃사이드 패널 사이에 가로로 설치되는 빔형태의 보강재로써, 점차적으로 강화되고 있는 차량의 측면 충돌 법규 규제에 대한 대응책으로서 중요성이 커지고 있는 실정이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 도어는 아우터패널(12)과 인너패널(11)에 의해 폐단면을 이루고, 도어 임팩트임팩트 빔(1)은 일자형상의 빔으로서 인너패널(11)의 양단에 구비되는 빔고정브라켓트(3)에 의해 도어의 인사이드 패널 상에 가로로 설치된다.

이때, 상기 빔고정브라켓트(3)는 도어 인너패널(11) 상에 용접되어 고정된다.

상기 임팩트 빔(1)은 차량의 측면 충돌시 충돌 에너지를 흡수하여 운전자나 승객에게 전달되는 충격을 최소화하여 운전자 및 탑승객의 상해치를 저감한다.

또한 상기 임팩트 빔(1)은 차량의 측면 충돌 시 차량의 측면으로 충돌체가 뚫고 들어오거나, 도어 인너패널(11)이 굴곡되어 돌출되면서 운전자와 탑승자에게 상해를 유발시키는 것을 최소화한다.

그러나, 종래의 도어 임팩트 빔(1)은 단순 중공부를 갖는 단면으로 구성되어 있어 에너지 흡수율이 작으며, 도어의 실내 밀림량이 과다하여 탐승자의 골반, 허리 등에 상해를 입히는 문제점이 있다.

또한, 종래의 도어 임팩트 빔(1)은 스틸 재질로 되어 있어 차량의 중량을 증가시켜 연비가 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래의 관련선행기술로서, 등록특허 10-0589008호에는 도어 임팩트 빔이 마운팅 바의 삽입이 이루어지는 중공부를 가지면서, 외부면으로는 차량의 측면 충돌에 따른 에너지 흡수율을 극대화시키도록 다수개의 돌출리브를 형성시킨 구조로 구성되었으나, 상기 다수의 돌출리브는 복잡한 형상으로 이루어지고, 이를 제작하기 위한 금형 또한 복잡해지므로 제작하기가 어려운 단점이 있다.

또한, 등록특허 10-0568679호에는 도어 임팩트 빔이 어퍼부재와 로워부재가 결합되고, 상기 어퍼 부재와 로워부재 중 적어도 하나에는 절곡부가 형성되며, 상기 로워부재는 좌측부와 우측부가 상측으로 갈수록 옆으로 벌어지는 방향으로 경사지게 형성되고, 좌측부의 하단과 우측부의 하단 사이에 하측부가 일체로 형성되어 있으나, 상기와 같은 임팩트 빔은 구조가 복잡하고 부품수 및 공정수가 증가되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, "

" 자의 단면을 가지면서 도어 아우터패널과 평행하게 배치된 가로부재가 일정한 곡률반경을 원호형태의 단면을 갖는 곡면구조로 이루어짐으로써, 차량의 측면충돌시 에너지 흡수율을 극대화할 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄 재질로 압출성형하여 제작함으로써, 차체 중량을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 차량의 측면 충돌시 도어의 강성을 보강하기 위해,

한쌍의 가로부재와 세로부재가 일체로 형성되어 "

"자 단면을 가지며, 도어 아우터패널과 평행하게 배치된 가로부재가 원호형태의 단면구조로 이루어지며, 돌기부가 가로부재에서 연장됨으로써, 차량의 측면충돌시 도어의 아우터패널로부터 입력되는 하중을 가장 효율적으로 흡수할 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 "

" 단면의 가로부재 및 세로부재가 알루미늄 재 질로 압출성형된 후, 400~500℃의 온도에서 2시간 동안 열처리 됨으로써 인장강도 430MPa, 연신율 12%를 확보할 수 있는 자동차용 도어 임팩트 빔의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 자동차용 도어 임팩트 빔 및 이의 제조방법은 다음과 같은 장점이 있다.

1. 가로부재와 세로부재의 조합에 의해 "

" 단면 구조를 적용하고, 가로부재가 일정한 곡률반경을 갖는 원호 형태의 단면구조를 가짐으로써, 차량의 측면충돌시 충돌하중을 가장 효율적으로 흡수할 수 있고, 도어의 실내 침입량을 최소화할 수 있다.

2. 상기 가로부재 및 세로부재가 알루미늄 재질로 압출성형됨으로써, 차량의 측면 충돌 법규를 만족시키면서 차량의 중량을 저감하여 연비를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 장착상태를 보여주는 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도어 임팩트 빔을 위에서 본 모습을 나타내는 결합단면도이고, 도 6은 도 5의 B-B 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 장착상태를 보여주는 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어 임팩트 빔을 위에서 본 모습을 나타내는 결합단면도이고, 도 9는 도 8의 C-C 단면도이다.

본 발명은 차량의 측면 충돌시 발생하는 충격에 대한 강성을 보강하는 자동차용 도어의 임팩트 빔에 관한 것이다.

본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(10)은 차량의 측면 충돌시 발생하는 충격을 가장 효율적으로 흡수할 수 있는 단면구조를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(10)은 알루미늄 재질로 압출성형됨으로써, 차체의 중량을 저감시켜 연비를 향상시킬 수 있다.

상기 도어 임팩트 빔(10)은 도어 인너패널(11)의 양단에 구비된 빔고정브라켓(13)에 의해 장착됨으로써, 차량의 측면 충돌시 충돌 에너지를 흡수하여 운전자나 승객에게 전달되는 충격을 최소화하여 운전자 및 탑승객의 상해치를 저감한다.

여기서, 본 발명은 차량 측면 충돌 법규를 만족하면서 차체 중량을 최대한 줄이고자 한다.

이를 위해, 본 발명은 한쌍의 가로부재(14) 및 세로부재(15)가 폐단면을 이루고, 상기 폐단면의 네 모퉁이에 돌기부(14a)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 도어 임팩트 빔(10)을 제공한다.

표 1은 빔의 단면 구조에 따른 단면계수를 비교한 것이다.

표 1에서 1번은 기존의 스틸 재질로서 원형 튜브형태로 이루어진 도어 임팩트 빔의 단면계수 및 중량을 나타내고, 2~26번은 알루미늄 재질로서 단순한 원형단면 구조가 아닌 도어 임팩트 빔의 단면계수 및 중량을 나타낸다.

본 발명의 바람직한 일실시예는 표 1을 나타낸 바와 같이, 단면계수가 가장 큰 타입(TYPE) 3_3_2의 도어 임팩트 빔(10)을 채택한다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 타입 3_3_2에 따른 도어 임팩트 빔(10)은 "

" 자 단면 구조로 이루어지고, 가로부재(14)와 세로부재(15)가 각각 한쌍을 이루어 폐단면을 형성한다.

상기 도어 임팩트 빔(10)은 차체 폭방향 단면을 기준으로 외측과 내측에 각각 위치한 한쌍의 가로부재(14)와, 상기 가로부재(14)사이를 연결하는 한쌍의 세로부재(15)와, 상기 가로부재(14)의 양단부에서 일정한 곡률로 연장되어 돌출형성된 돌기부(14a)로 구성된다.

상기 가로부재(14)와 세로부재(15)의 구조를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 가로부재(14)는 차체 길이방향으로 도어 아우터패널(12)과 평행하게 형성되고, 차체 폭방향 단면에서 일정한 곡률로 원호단면을 갖는 곡면구조로 이루어진다.

상기 세로부재(15)는 두개의 가로부재(14) 사이를 차체 폭방향으로 연결하며, 두개의 세로부재(15)가 평행하게 형성되어 있다.

그리고, 상기 한쌍의 가로부재(14) 중 도어 아우터패널(12)과 가까운 가로부재(14)의 원호각(예를 들어, 40°)이 반대쪽에 있는 가로부재(14)의 원호각(36°)보다 상대적으로 크게 형성되고, 차폭방향단면을 기준으로 내측에 있는 가로부재(14)의 원호길이가 외측에 있는 가로부재(14)의 원호길이보다 더 짧다.

이와 같이 상기 차폭방향단면을 기준으로 내측에 있는 가로부재의 원호각(40°)을 크게하고 원호길이를 짧게 하는 경우 외부에서 들어오는 하중에 대하여 집중할 수 있고, 외측에 있는 가로부재의 원호각(36°)을 작게 하고 원호길이를 길게 하는 경우 외부 하중 부담 후 빔이 부러지지 않고 엿가락처럼 늘어나는데 도움이 되도록 한다.

이때, 상기 가로부재(14)의 외측면은 곡면으로 볼록하게 형성되고, 폐단면 중 일측면을 이루는 가로부재(14)의 내측면은 평면으로 형성되어, 가로부재(14)의 가운데로 갈수록 상대적으로 더 두껍다.

도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 타입 4에 따른 도어 임팩트 빔(20)의 단면구조는 내부에 중공부를 갖는 사각형 단면의 튜브 구조로 이루어지고, 사각형 단면의 상부 모서리 내부에 리브 살이 추가되어 있다.

상기 사각형 단면 중 도어 아우터패널(12)과 마주보는 면은 일정한 곡률을 갖는 곡면으로 이루어진다.

상기 타입 4에서 도어 아우터패널(12)과 마주보는 사각형 단면의 외측면과, 타입 3_3_2에서 가로부재(14)의 외측면이 원호형태의 곡면 구조로 이루어진 경우에 평면일 경우보다 하중을 흡수하는데 더 유리하다.

또한, 도어 아우터패널(12)이 곡면구조로 형성되어 있기 때문에 도어 임팩트 빔(10)의 외측면을 도어 아우터패널(12)과 동일하게 곡면으로 형성하는 경우 도어 아우터패널(12)과 도어 임팩트 빔(10) 사이를 실링하는데 더 유리하다.

상기 세로부재(15)는 차체 폭방향으로 평행하게 형성되며 가로부재(14)를 연결하고, 세로부재(15)와 가로부재(14)가 만나는 부위가 라운드지게 형성되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 단면구조와 도어 임팩트 빔(10)의 재질로 알루미늄을 채택함으로써, 도어패널의 차체 폭방향 강도를 보강하여 차량의 측면 충돌 법규를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 차체의 전체 중량을 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(10)은 알루미늄 재질(AL7021)로 압출성형에 의해 제조되고, 알루미늄 압출 후 T7 조건에 의해 열처리를 수행한다.

즉, 가열로에서 도어 임팩트 빔(10)을 400~500℃의 온도로 가열한 다음 가열로에서 다시 꺼내 실내온도(상온)에서 2시간동안 방치하고(자연시효), 그 다음 124도로 재가열한 후 20시간동안 방치한다(인공시효).

이와 같은 조건으로 열처리함에 따라 인장강도 약 450MPa, 연신율 12%를 확보할 수 있고, 알루미늄 재질로 사용하는 7000계 알루미늄 합금의 응력부식균열성을 저하시키고 인성이 증대되어 충격하중에 견디는 성능이 향상되는 효과를 갖는다.

표 2는 열처리 종류에 따른 도어 임팩트 빔(10)의 기계적 성질을 나타낸다.

상기 표 2를 참조하면, T5의 조건으로 열처리를 한 경우 잔류응력을 제거할 수 있고 치수를 안정화할 수 있다.

그리고, T6의 조건으로 열처리를 한 경우 강도를 높이고 조직이 균일하나 취성이 약한 단점이 있었다.

마지막으로 T7의 조건으로 열처리를 한 경우 강도를 높일 뿐만 아니라 인성이 증대되었다.

본 발명의 일실시예에 따른 빔고정브라켓(13)은 알루미늄 재질(AL5052)로 압출성형되었고, 인장강도 240~290MPa을 확보할 수 있다.

이때, 상기 도어 임팩트 빔(10)과 브라켓(13)은 도어 인너패널(11)에 tig 용접된 후 인너패널(11)을 셀프 피어싱하여 장착된다.

본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(10)의 굽힘강도를 검증하기 위해 차량의 측면 충돌 법규에 따른 시험을 하였다.

도 10은 차량 측면 충돌법규에 따른 측면충돌시험방법을 설명하기 위한 개략도이다.

상기 차량의 측면 충돌 법규에 따른 시험방법을 살펴보면, 일정한 중량을 갖는 원통형태의 가압지그(16)를 도 10에 도시한 바와 같이 차량의 폭방향으로 일정한 속도로 이동시켜 도어패널의 폭방향으로 일정한 깊이까지 힘을 가한다.

이때, 차량 측면 충돌 초기에는 충돌 전 도어패널에서 가압지그(16)를 차체 폭방향으로 6인치만큼 이동시켰고, 중간에는 가압지그(16)를 12인치 만큼 안쪽으로 이동시켰으며, 최종적으로 18인치 만큼 이동시켰다.

상기 도어 임팩트 빔(10)은 도어 아우터패널(12)로부터 입력되는 하중에 대해 견디게 되는데, 외부의 입력하중에 대해 견디는 도어 임팩트 빔(10)의 반력을 측정한 결과는 다음 표 3a 및 표 3b와 같다.

표 3a는 본 발명에 따른 가로부재가 원호 단면(곡면)을 갖는 도어 임팩트 빔(10)(Type 3_3_2)의 측정 데이터이고, 표 3b는 가로부재(14)가 직선 단면(평면)을 갖는 도어 임팩트 빔(TB1)의 측정 데이터이다.

차량 측면 충돌 법규에 따르면 가압지그(16)가 6인치, 12인치, 18인치 깊이까지 순차적으로 이동하였을 때 법규에 따른 외부하중에 의해 견뎌야 하는 도어의 반력은 1021kgf, 1588kgf, 3175kgf이다.

표 3a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 가로부재(14)가 원호단면(곡면) 구조로 이루어진 도어 임팩트 빔(10)(타입 3_3_2)을 적용한 도어의 경우, 외부하중에 의해 견딜 수 있는 프런트 도어의 반력은 1251kgf, 2492kgf, 6007kgf로서 법규에 따른 강도 대비 모두 120% 이상을 만족시켰다.

그리고, 본 발명에 따른 원호단면의 도어 임팩트 빔(14)을 적용한 도어의 경우, 외부하중에 의해 견딜 수 있는 리어 도어의 반력은 1432kgf, 2615kgf, 7267kgf로서 법규에 따른 강도 대비 모두 140% 이상을 만족시켰다.

그러나, 표 3b에 나타낸 바와 같이, 가로부재(14)가 직선(평면) 구조로 이루어진 도어 임팩트 빔(TB1)을 적용한 도어의 경우, 외부하중에 의해 견딜 수 있는 프런트 도어의 반력은 668kgf, 1445kgf, 3450kgf로서 법규에 따른 강도 대비 모두 110% 미만이었다.

그리고, 가로부재(14)가 직선(평면) 구조로 이루어진 도어 임팩트 빔(TB1)을 적용한 도어의 경우, 외부하중에 의해 견딜 수 있는 리어도어의 반력은 856kgf, 1648kgf, 3343kgf로서 법규에 따른 강도 대비 모두 110% 미만이었다.

도 11은 가압지그의 이동변위에 따른 도어의 에너지 흡수율을 나타내는 타입별 비교선도이고, 도 12는 가압지그의 이동변위에 따른 도어의 반력을 나타내는 비교선도이다.

도시한 바와 같이, TB1 타입의 도어빔 단면구조보다 본 발명에 따른 타입 3_3_2 타입의 도어빔(10) 단면구조를 적용한 도어의 에너지 흡수율 및 반력이 우수함을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 단면 구조를 적용하는 도어 임팩트 빔(10)의 경우 측면충돌법규에 따른 강도를 충분히 만족시키면서 알루미늄 재질을 사용하여 중량을 저감할 수 있었다.

도 1은 종래의 도어 임팩트 빔의 장착상태를 보여주는 사시도

도 2는 종래의 도어 임팩트 빔을 위에서 본 모습을 나타내는 결합단면도

도 3은 도 2의 A-A 단면도

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 장착상태를 보여주는 분해사시도

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도어 임팩트 빔을 위에서 본 모습을 나타내는 결합단면도

도 6은 도 5의 B-B 단면도

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 장착상태를 보여주는 분해사시도

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어 임팩트 빔을 위에서 본 모습을 나타내는 결합단면도

도 9는 도 8의 C-C 단면도

도 10은 차량 측면 충돌법규에 따른 측면충돌시험방법을 설명하기 위한 개략도

도 11은 가압지그의 이동변위에 따른 도어의 에너지 흡수율을 나타내는 타입별 비교선도

도 12는 가압지그의 이동변위에 따른 도어의 반력을 나타내는 타입별 비교선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20 : 도어 임팩트 빔 11 : 도어 인너패널

12 : 도어아우터패널 13 : 빔고정브라켓

14 : 가로부재 14a : 돌기부

15 : 세로부재 16 : 가압지그

Claims (8)

1. 도어의 인너패널(11)에 장착되는 자동차용 도어 임팩트 빔에 있어서,

   한쌍의 가로부재(14) 및 세로부재(15)가 폐단면을 이루고, 상기 폐단면의 네 모퉁이에 돌기부(14a)가 형성되며,

   상기 한쌍의 가로부재(14)는 도어의 아우터패널(12)과 평행하게 배치되고, 차체의 폭방향 단면을 기준으로 외측과 내측에 일정한 곡률의 원호단면 형태로 볼록하게 형성되고,

   상기 가로부재(14)는 중앙부로 갈수록 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 자동차용 도어 임팩트 빔.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 한쌍의 가로부재(14)는 각각 서로 다른 원호각을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 도어 임팩트 빔.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 한쌍의 가로부재(14)는 각각 서로 다른 원호길이를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 도어 임팩트 빔.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서, 상기 가로부재(14) 및 세로부재(15)는 알루미늄 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 도어 임팩트 빔.
8. 삭제

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