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KR102449929B1 - 차량용 로워 스티프너 장치 - Google Patents

차량용 로워 스티프너 장치 Download PDF

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KR102449929B1
KR102449929B1 KR1020190150144A KR20190150144A KR102449929B1 KR 102449929 B1 KR102449929 B1 KR 102449929B1 KR 1020190150144 A KR1020190150144 A KR 1020190150144A KR 20190150144 A KR20190150144 A KR 20190150144A KR 102449929 B1 KR102449929 B1 KR 102449929B1
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lower stiffener
vehicle
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hollow
present
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소철원
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롯데케미칼 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 로워 스티프너 장치에 관한 것으로서, 차량의 범퍼빔 또는 프론트 엔드 모듈(FEM)의 캐리어 하부에 설치되는 로워 스티프너 장치로서, 상기 로워 스티프너는, 길이방향을 따라 길게 형성된 중공부; 상기 중공부의 외측 주변부에 형성된 적어도 하나 이상의 코어부; 및 상기 코어부에 보강재를 포함;하는 차량용 로워 스티프너 장치를 제공한다.

Description

차량용 로워 스티프너 장치{LOWER STIFFENER UNIT FOR AUTOMOBILE}
본 발명은 차량용 로워 스티프너 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로워 스티프너와 차량의 범퍼빔 또는 프론트 엔드 모듈(FEM)의 캐리어 간의 결합 구조에서, 보행자의 충돌에 따른 충격을 줄여 보행자 법규를 만족시킬 수 있도록 한 차량용 로워 스티프너 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량 운행 중 보행자와의 충돌 시 프론트 범퍼가 보행자의 무릎 부분이나 그 위쪽에 충격을 가하게 될 경우 보행자의 무릎 이하 부분이 꺾이는 현상이 나타나게 되며, 만약 보행자가 차량과의 충돌 사고시 다리의 무릎 이하 부분이 꺾이게 될 경우에는 다리가 부러지게 되는 치명적인 부상을 입게 된다.
근래에는 차량 운행 중에 보행자와의 충돌 시 차량의 전방을 구성하는 프론트 엔드 모듈(FEM)의 전역에 걸쳐 충격을 고르게 전달하는 기능과 함께 보행자와의 충돌 시 변형되면서 그 충격에너지를 흡수하여 보행자의 다리 상해를 최소화할 수 있도록 하는 로워 스티프너가 프론트 범퍼의 하부에 장착된다.
종래 기술에 따른 로워 스티프너는 크게 3가지 타입으로 스틸 중공 파이프 제품과, 범용 플라스틱 사출성형 제품 그리고 복합 플라스틱 프레스성형 제품이 적용되고 있다.
그런데, 스틸 중공 파이프 제품은 가격이 저렴하고 강도/강성이 좋으나, 중량이 무겁고, 범용 플라스틱 사출성형 제품은 가격은 저렴하나 중량이 무거우며 강도/강성이 부족하며, 그리고 복합 플라스틱 프레스성형 제품은 중량이 가볍고 강도/강성이 좋으나 가격이 비싼 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 저렴한 가격과 충분한 강도/강성 그리고 저중량을 고려하여 복합 플라스틱 프레스성형 제품과 LFT(Long glass Fiber Thermoplastic) 인발 압출성형 제품을 주로 양산 적용하고 있다.
이와 같은 양산 제품들은 특히 차량에 장착하기 위해서 별도의 상관 부품에 고정이 필요하며, 일반적으로 차량의 프론트 범퍼 빔이나 프론트 엔드 모듈(FEM)의 캐리어에 수직으로 고정된 마운팅 브라켓에 고정된다.
하지만, 종래 기술에 따른 로워 스티프너 장치는 최적화 설계라기보다는 단순히 보행자의 법규를 만족시키기 위한 일환으로 개시되고 있을 뿐이어서, 로워 스티프너의 추가에 따른 중량 증대는 물론, 단순히 보행자의 무릎 이하 부분의 꺽임 정도를 낮추는 수준에 머물러 있어 강성과 유연성 측면에서 구조적인 접근이 이루어지지 않았기 때문에 차량의 원가 및 중량만 증가시키는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제0681048호(2017.02.02)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 로워 스티프너의 길이 방향을 따라 중공부를 형성하고, 중공부의 외측 주변부에 완충 기능을 가지는 보강재를 삽입함으로써, 경량화, 유연성 및 강성을 동시에 충족시켜 보행자 법규를 만족시킬 수 있는 차량용 로워 스티프너 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 범퍼빔 또는 프론트 엔드 모듈(FEM)의 캐리어 하부에 설치되는 로워 스티프너 장치로서, 상기 로워 스티프너는, 길이방향을 따라 길게 형성된 중공부; 상기 중공부의 외측 주변부에 형성된 적어도 하나 이상의 코어부; 및 상기 코어부에 보강재를 포함;하는 차량용 로워 스티프너 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 로워 스티프너는, 상기 중공부를 기준으로 전방부에는 곡률 형상의 곡면부; 및 상기 중공부를 기준으로 후방부에는 평면부가 형성되되, 상기 곡면부와 상기 평면부 중 적어도 하나에는 코어부가 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 전방부의 두께는 상기 후방부의 두께보다 두껍게 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 로워 스티프너의 상기 코어부는 단면이 환형일 수 있다.
상기 보강재는 연속섬유, 탄소섬유, 아라미드 및 스틸 와이어 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 로워 스티프너에는, 상기 중공부를 기준으로 상기 코어부와 상기 평면부를 연결하는 지지부가 형성된다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 차량용 로워 스티프너 장치에 의하면, 로워 스티프너의 길이 방향을 따라 중공부를 형성하고, 중공부의 외측 주변부에 완충 기능을 가지는 보강재를 삽입함으로써, 경량화, 유연성 및 강성을 동시에 충족시켜 보행자 법규를 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 로워 스티프너 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 범퍼 커버와 로워 스티프너를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이다.
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 발명에 따른 차량용 로워 스티프너 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 범퍼 커버와 로워 스티프너를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 차량의 캐리어(100)에는 헤드램프, 라디에이터, 콘덴서, 범퍼 등과 차체 패널을 하나로 조립하여 현장에서 조립성을 향상시키고 제품의 조립 정도를 확보하기 위해 프론트 엔드 모듈(Front End Module;FEM)이 적용된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 캐리어(100)는 상부 양측에 형성된 헤드램프 장착부(101), 그 전방에 라디에이터 및 콘덴서와 같은 쿨링 모듈(미도시)을 장착하는 쿨링모듈 장착부(102), 쿨링모듈 장착부(102)의 상부 프레임(103)의 중간에서 아래로 연결되어 자동차의 혼 스피커 등을 장착하도록 하는 지지 프레임(미도시), 쿨링모듈 장착부(102)의 하부에 형성되어 범퍼 및 안개등 등을 장착하는 하부 프레임(104)으로 이루어져 있다.
하부 프레임(104)의 양단에 결합되어 캐리어(100)의 하단부로 연장되는 마운팅 브라켓(120)이 구비되며, 마운팅 브라켓(120)의 하부에 결합되어 차량의 폭방향으로 길게 연장된 상태로 캐리어(100)의 하부 공간을 차단하는 로워 스티프너(lower stiffener, 200)가 구비된다.
본 발명에 따른 로워 스티프너(200)는 차량의 전방 충돌 시 탑승자의 보호를 위해 발생하는 충격을 프론트 엔드 모듈의 전역에 걸쳐 균일하게 전달함과 동시에, 보행자의 다리부분을 보호하기 위해 보행자와의 충돌 시 변형되면서 그 충격에너지를 흡수하는 보강수단으로서, 수평 방향으로 길게 연장 형성되며, 중간 부분이 상대적으로 전방으로 볼록하게 돌출된 호 형상의 곡선의 프로 파일을 가지며, 속이 비어 있는 중공부(201)를 가진 폐단면 구조로 형성된다.
이와 같은 로워 스티프너(200)는 열가소성 복합 플라스틱 인발 또는 압출 공정으로 제조되면서 내부에 중공부(201)를 가지는 인발 또는 압출 관재로 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 로워 스티프너(200)가 인발 또는 압출 관재로 적용 가능하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 별도의 열가소성 복합 플라스틱 주조 생산품으로 이루어질 수도 있다.
로워 스티프너(200)에 중공부(201)가 형성되는 경우 완전한 폐단면 구조에 비해 경량화가 가능하여 연비 상승의 효과를 기대할 수 있다.
이와 같은 로워 스티프너(200)의 강성과 강도를 더욱 증대시킬 필요가 있을 때에는 인발 또는 압출 성형 시에 중공부(201,201',210")의 외측 주변부에 적어도 하나 이상의 코어부(212,212',212")를 형성하고, 코어부(212,212',212")에 보강재(250,250',250")를 연속적으로 삽입하여 형성할 수 있다. 여기서, 보강재(250,250',250")는 연속섬유, 탄소섬유, 아라미드 및 스틸 와이어 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 보강재(250,250',250")에 차체의 강성 및 경량화 측면에서 특히 연속섬유를 사용하는 것이 가장 타당하며, 연속섬유에 배합되는 필라멘트의 혼합비를 달리함으로써 충분한 강성 및 강도를 확보할 수 있다.
로워 스티프너(200)의 길이 방향과 수직을 이루는 단면은 차량을 기준으로 전방부(210,210',210")와 후방부(220,220',220")로 구별될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 로워 스티프너(200)는 일반적으로 범퍼 커버(300)의 후방에 인접 가능하게 구비되어 차량과 보행자와 충돌시 보행자의 다리의 상해를 최소화하게 된다. 이와 같이 한정된 공간에서 로워 스티프너(200)의 최적의 강성 및 강도를 구현하기 위해서는 전술한 바와 같이, 중공부(201)를 가진 파이프 형상이면서 외측 주변부의 코어부(212)에 보강재(250)가 삽입되는 것이 가장 효과적이다.
또한, 중공부(201)의 특성상 경량화가 가능하다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 충격 흡수량이 증대되므로 보행자 법규를 만족시키기에 충분하다.
로워 스티프너(200)의 단면 형상의 경우 전방부(210)에는 보행자의 다리가 접촉되는 면으로 범퍼 커버(300)의 형상과 매칭하기 위해 곡률 형상의 곡면부(211)가 형성된다.
로워 스티프너(200)의 후방부(220)에는 로워 스티프너(200)가 마운팅 브라켓(120)에 밀착될 수 있도록 하기 위해 마운팅 브라켓(120)에 대응되는 수직 형상의 평면부(221)가 형성된다. 이와 같이 마운팅 브라켓(120)과 로워 스티프너(200)의 결합 부위가 서로 밀착되는 경우 충돌에 따른 충격에도 불구하고 마운팅 브라켓(120)으로부터 로워 스티프너(200)가 분리되는 것을 방지하는데 효과적일 수 있다.
또한, 차량과 보행자의 충돌시 충격은 전방으로부터 전달되어 오게 되므로 충분한 충격의 흡수를 위해 로워 스티프너(200)의 후방부(220)에 비해 전방부(210)의 두께가 더 굵게 형성될 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 코어부(212)에 삽입되는 보강재(250)는 로워 스티프너(200)의 전방부(210) 및 후방부(220) 둘 모두에 배치되는 것이 강성 측면에서 유리하다. 하지만, 로워 스티프너(200)의 전방부(210) 또는 후방부(220)에 각각 하나씩 배치될 수도 있다. 특히 자동차의 전방 충돌 시에 충격면인 전방부(210)에 배치하는 것이 응력집중에 의한 파손을 방지할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 차량용 로워 스티프너 장치의 다른 실시예를 설명함에 있어 본 발명의 제1실시예와 동일한 구성과 동일한 기능을 갖는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며 반복적인 구성을 피하기 위하여 이들 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 로워 스티프너를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로워 스티프너(200')에는 중공부(201')를 기준으로 전방부(210')에 곡면부(211')가 형성되고, 후방부(220')에 평면부(221')가 형성된다.
구체적으로, 로워 스티프너(200')의 전방부(210')에 보강재(250')가 삽입되는 코어부(212')가 형성된다.
로워 스티프너(200')의 전방부(210')에는 중공부(201')를 기준으로 전방으로 돌출된 곡률 형상의 곡면부(211')와 함께 폐쇄 구조로 이루어진 환형의 코어부(212')가 형성된다.
코어부(212')는 원형의 보강재(250')가 삽입 가능하도록 환형으로 이루어질 수 있으며, 보강재(250')는 코어부(212')의 중심을 공유한 상태로 정 위치에 삽입될 수 있다.
하지만 보강재(250')가 코어부(212')의 중심을 공유하여 정 위치에 삽입되는 것은 성형 및 환경 조건에 따라 위치 품질 편차가 발생하므로 쉽지 않다. 즉, 코어부(212')에 삽입되는 보강재(250')는 로워 스티프너(200')의 전방측 또는 후방측으로 치우쳐 쏠리는 쏠림 현상이 발생하게 되므로 이를 방지하기 위해 코어부(212')의 정 위치에 보강재(250')가 삽입되는 것이 유리하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 로워 스티프너(200")에는 중공부(201")를 기준으로 전방부(210")에 곡면부(211")가 형성되고, 후방부(220")에 평면부(221")가 형성된다.
구체적으로, 로워 스티프너(200")의 전방부(210")에는 중공부(201")를 기준으로 전방으로 돌출된 곡률 형상의 곡면부(211")와 함께 환형의 코어부(212")가 형성된다.
코어부(212")는 원형의 보강재(250")가 삽입 가능하도록 폐쇄 구조의 환형으로 이루어질 수 있으며, 보강재(250")는 코어부(212")의 중심을 공유한 상태로 정 위치에 삽입될 수 있다.
이와 같이 코어부(212")의 정 위치에 보강재(250")가 삽입되는 것이 바람직하나, 전술한 바와 같이, 성형 및 환경 조건에 따라 위치 품질 편차가 발생하여, 코어부(212")에 삽입되는 보강재(250")가 로워 스티프너(200")의 전방측 또는 후방측으로 치우쳐 쏠리는 쏠림 현상이 발생하게 되므로 이를 방지하기 위해 중공부(201")를 기준으로 양단의 코어부(212")와 평면부(221")를 연결하는 지지부(230")가 형성된다.
이와 같이 보강재(250")가 로워 스티프너(200")의 후방측으로 치우쳐 쏠리는 쏠림 성형시에 보강재(250")를 지지하는 지지부(230")가 구비되므로 로워 스티프너(200")의 강성 및 강도의 저하를 줄일 수 있고, 보강재(250")가 후방측으로 노출되지 않게 되어 충돌 시에 중공부(201") 방향으로 터짐과 같은 파손 발생을 방지할 수 있게 된다.
지지부(230")가 연결되는 코어부(212")에는 보강재(250")의 후방측 쏠림 현상에 대한 방지 효과를 더욱 개선하기 위하여 보강부(240")가 보강된다.
보강부(240")는 지지부(230")로부터 코어부(212") 방향으로 폭이 확대되는 형상으로 이루어져 보강재(250")가 후방측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 로워 스티프너의 길이 방향을 따라 중공부(201,201',201")를 형성하고, 중공부(201,201',201")의 외측 주변부에 완충 기능을 가지는 보강재(250,250',250")를 삽입함으로써, 경량화, 유연성 및 강성을 동시에 충족시켜 보행자 법규를 만족시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 캐리어 110 : 범퍼빔
120 : 마운팅 브라켓 200,200',200" : 로워 스티프너
201,201',201" : 중공부 210,210',210" : 전방부
211,211',211" : 곡면부 212',212" : 코어부
220,220',220" : 후방부 221,221',221" : 평면부
230" : 지지부 240" : 보강부
250,250',250" : 보강재

Claims (6)

  1. 차량의 범퍼빔 또는 프론트 엔드 모듈(FEM)의 캐리어 하부에 설치되는 로워 스티프너 장치로서,
    상기 로워 스티프너는,
    길이방향을 따라 길게 형성된 중공부;
    상기 중공부의 외측 주변부에 형성된 적어도 하나 이상의 코어부; 및
    상기 코어부에 보강재;를 포함하고,
    상기 중공부를 기준으로 전방부에는 곡률 형상의 곡면부; 및
    상기 중공부를 기준으로 후방부에는 평면부가 형성되되,
    상기 곡면부와 상기 평면부 중 적어도 하나에는 코어부가 형성되며,
    상기 중공부를 기준으로 양단의 코어부와 평면부를 연결하는 지지부가 형성되고,
    상기 지지부가 연결되는 코어부에는 보강부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 로워 스티프너 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전방부의 두께는 상기 후방부의 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 로워 스티프너 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로워 스티프너의 상기 코어부는 단면이 환형인 것을 특징으로 하는 차량용 로워 스티프너 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보강재는 연속섬유, 탄소섬유, 아라미드 및 스틸 와이어 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 로워 스티프너 장치.
  6. 삭제
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