KR20200079037A - 차량의 옆문강도 측정장치 - Google Patents

Abstract

측정값의 정확도 및 신뢰도가 높은 차량의 옆문강도 측정장치가 소개된다. 옆문강도 측정장치는 램의 후면에 마련된 제1 플레이트와 실린더가 연결되는 제2 플레이트의 사이에, 램에 의해 대상물에 가해진 힘에 대한 반력을 각각 측정할 수 있도록, 상부 로드셀과 하부 로드셀이 마련된 구성을 갖는다. 램은 2 이상의 실린더에 의해 전진 및 후진하며, 하부 실린더에는 함께 전진 및 후진 이동하며 하부 실린더를 지지하는 서포트가 마련된다.

Description

차량의 옆문강도 측정장치{Apparatus and Method For Door Stiffness Measurement of A Vehicle}

본 발명은 측방향에서 가해지는 충격에 대한 차량 구조물, 특히 도어의 지지 강성 시험을 위한 옆문강도 측정장치에 관한 것이다.

최근 연비 및 환경 규제와 더불어 전기차 확대에 따라 차량 경량화에 대한 요구가 높다. 경량화를 위해서는 차량 부품의 소재나 설계 변경이 수반될 수밖에 없고, 안전성 및 신뢰성의 보장을 해서는 변경된 소재나 구조에 대한 강성 시험이 수행되어야 한다.

차량 도어는 측면 충돌에 대한 안전 확보에 가장 민감한 모듈로 경량화 설계 시 옆문강도에 대한 요구수준이 충족되어야 한다. 해석모델은 최적의 구조를 도출하는데 도출하는데 많은 도움을 준다. 하지만 해석모델의 발전에도 불구하고 신뢰성 확보를 위해서는 실제 강도 시험이 수행되어야 한다.

옆문강도 시험은 직경 304mm 원통형 강체인 램으로 차량 도어를 규정 변위까지 가압하고 램의 진행 변위별 차량의 반력을 측정하는 방식으로 수행된다. 초기 6inch(152.4mmm)까지의 변위별 평균반력이 1021.5kgf, 12inch(304.8mm)까지의 평균반력이 1589kgf 이상일 때 법규에 만족한다.

도 1을 참조하면 옆문강도 측정장치는 후방에 연결된 1개의 실린더(10)에 의해 램(30)이 전진 및 후진하여 도어(1)에 하중을 가할 수 있도록 구성될 수 있다. 실린더(10)는 그 후방에 연결된 서보 액츄에이터(미도시)에 의해 전진 및 후진할 수 있다.

상기 램(30)의 후면에는 로드셀(load cell, 20)이 고정적으로 설치되며 실린더(10)의 전단이 로드셀(20)에 연결된다. 램(30)이 전진하여 도어(1)를 가압하면 도어(1)가 변형되기 시작하지만, 도어(1)에 마련된 임팩트빔(2)에 의해 변형이 어느 정도 제한된다. 임팩트빔(2)의 변형 후 도어(1)는 급격히 무너진다.

도 1에는 직관적인 인식을 위해 실린더(10)가 매우 과장되게 하향 늘어지게 도시되어 있다. 매우 과격한 과장이기는 하지만 실린더(10)는 그 길이가 연장되면서 램(30)을 도어(1)에 하중을 가하기 때문에 처짐이 발생될 수 있고, 이러한 실린더(10) 처짐은 도어(1)에 하중이 수평하게 가해지지 못함을 의미하며 로드셀(20) 측정값의 신뢰도를 떨어뜨린다.

상기 로드셀(20)은 램(30)의 후방에 장착되어 도어(1)로부터의 반력 평균값을 측정한다. 앞서 실린더(10)의 처짐이 발생되는 가운데 임팩트빔(2)과 같은 강성 부재가 버티는 경우, 로드셀(20)에 하중이 집중되고 휨모멘트가 발생할 수 있어 로드셀(20)이 파손될 수 있다. 더 문제는 1개의 로드셀(20)로 측정하기 때문에 하중이 가해지는 위치, 방향, 도어(1)의 변형 양태 등에 따라 측정값에 많은 편차가 발생하고 신뢰성이 낮다는 점이다.

상기 도어(1)에 마련된 임팩트빔(2)의 위치는 차종에 따라 다르다. 대형의 경우 조금 높게 위치되고 소형의 경우 조금 낮게 위치될 수 있다. 로드셀(20)의 위치는 항상 동일함에 비해 임팩트빔(2)의 위치가 달라지므로 로드셀(20)에서 측정되는 반력값에 왜곡 요소가 존재할 수 있다. 실린더(10)의 처짐이 발생되는 경우 더 그러하다. 어느 차종에 대해서든 실린더(10), 로드셀(20) 및 임팩트빔(2)이 일직선에 놓이게 할 수 있다면 로드셀(20) 측정값의 편차, 신뢰도 저하를 어느 정도 줄일 수 있겠지만 종래에는 그러한 수단이 없었고 문제의식 조차 없었다.

종래 차량의 옆문강도 측정장치는 위와 같은 측정 신뢰도에 문제가 있었다. 측정장치의 신뢰도 저하는 얻어진 데이터 상에 나타난 미흡한 부분이 구조적 결함으로 인한 것인지 측정장치의 결함으로 인한 것인지조차 구분하기 어렵게 만든다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 측정 신뢰도가 개선된 옆문강도 측정장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면 램 후방에 2 이상의 실린더가 설치될 수 있다. 램의 후면에 제1 플레이트가 마련되며 각 실린더의 선단에 제2 플레이트가 연결되고, 램에 의해 대상물에 가해진 힘에 대한 반력을 각각 측정할 수 있도록 제1 및 제2 플레이트의 사이에 상부 로드셀과 하부 로드셀이 개재될 수 있다. 상부 로드셀과 하부 로드셀은 서로의 이격 거리가 조절될 수 있다.

본 발명에 의하면 상기 실린더는 램 후방에 3개 설치될 수 있다. 1개의 실린더는 램을 통해 도어에 하중을 전달하기 위한 메인 실린더이며, 2개의 실린더는 메인 실린더와 함께 안정적으로 램을 전진시키는 일종의 보조 실린더일 수 있다. 이들 보조 실린더는 상하방향 서로 이격 배치되며 각 보조 실린더의 선단 부근에 로드셀이 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면 상기 2 이상의 실린더 중 적어도 어느 하나의 실린더에 해당 실린더를 지지하기 위한 서포트가 베이스 상에서 슬라이딩 가능하게 마련될 수 있다. 서포트는 실린더와 함께 전진 및 후진하면서 실린더를 지지할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 차량의 옆문강도 측정장치는 복수의 실린더를 사용하여 안정적으로 램을 전진 및 후진시킬 수 있어 실린더 처짐 현상이 방지되며 다양한 차종에 대해 동일하게 수평 하중을 가할 수 있어 측정 신뢰도가 향상된다.

또한 본 발명에 의하면 상기 베이스 상에서 슬라이딩 이동하는 서포트에 의해 실린더가 지지되므로 실린더 처짐 현상이 방지되며 다양한 차종에 대해 동일하게 수평 하중을 가할 수 있어 측정 신뢰도가 향상된다.

또한 본 발명에 의하면 상부 로드셀과 하부 로드셀을 이용하여 반력값을 측정할 뿐만 아니라 임팩트빔의 위치에 따라 상부 로드셀과 하부 로드셀의 위치를 적절히 조절할 수 있어 반력 측정값의 정확도 및 신뢰도가 향상된다.

도 1은 옆문강도 측정장치의 예를 개략적으로 보인 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일측면에 따른 옆문강도 측정장치의 사용 예를 개략적으로 보인 도면으로, 도 2에서보다 도 3에서 임팩트빔이 낮게 위치되어 있다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 옆문강도 측정장치를 개략적으로 보인 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 옆문강도 측정장치의 작동 예를 개략적으로 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 옆문강도 측정 결과의 예를 보인 그래프이다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예를 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

본 발명에 대한 설명에서, 별도 한정이 없는 한, 제2 요소가 제1 요소 '상'에 배치되거나 두 요소가 서로 '연결'된다고 하는 것은, 두 요소가 서로 직접 접촉하는 것은 물론 제1 및 제2 요소의 요소 사이에 제3의 요소가 개재된 것을 허용하는 의미로 이해될 필요가 있다. 전후, 좌우 또는 상하 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것이라는 점도 이해될 필요가 있다.

도 2 및 도 3에는 실시예에 따른 옆문강도 측정장치가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면 옆문강도 측정장치는 도어(1)에 하중을 가하는 램(30), 램(30) 후방에서 램(30)을 전진 및 후진시키기 위한 3개의 실린더(11,12,13), 그리고 램(30)과 실린더들(11,12,13: 10) 사이에 배치된 2개의 로드셀(21,22)을 포함한다.

상기 램(30)은 측면충돌법규에 따른 직경 304mm 원통형 강체일 수 있다. 상하방향 길이가 좌우 폭보다 길다. 실린더(10)에 의해 램(30)은 수평방향 전진 및 후진한다.

상기 램(30)의 후면에는 제1 플레이트(41)가 마련된다. 본 설명에서 플레이트는 로드셀(21,22)을 위치 이동 가능하게 설치하거나 실린더들(11,12,13)에 의해 가해지는 힘이 램(30)에 균일하게 전달될 수 있도록 하기 위한 부재를 의하는 것으로, 반드시 판재만을 지칭하고자 하는 것은 아니며 그 형태는 다양할 수 있다.

상기 실린더(10)는 램(30)을 전진 및 후진시키기 위한 중앙의 메인 실린더(11), 메인 실린더(11)를 사이에 두고 위에 배치된 상부 실린더(12), 아래에 배치된 하부 실린더(13)로 구성된다. 이들 실린더(11,12,13)는 서보 액츄에이터에 연결될 수 있다.

상기 실린더들(11,12,13)의 각 선단은 제2 플레이트(42) 연결되며, 제1 및 제2 플레이트(41,42)의 사이에 램(30)에 의해 가해진 힘에 대한 도어(1)로부터의 반력을 측정하기 위한 상부 로드셀(21)과 하부 로드셀(22)이 마련된다. 상부 로드셀(21)과 하부 로드셀(22)은 상하방향 이격 배치된다.

상기 실린더들(11,12,13)에 의해 가해지는 하중은 수직하게 놓인 제1 플레이트(41)를 통해서 상부 및 하부 로드셀(21,22)을 거쳐 램(30)으로 전달된다. 상부 및 하부 로드셀(21,22)은 각각 상부 실린더(12) 및 하부 실린더(13)의 전방 측에 배치될 수 있다.

상기 상부 로드셀(21)과 하부 로드셀(22)의 각 전단은 제1 플레이트(41)에 고정되며, 각 후단은 제2 플레이트(42)에 볼팅 고정된다. 제1 및 제2 플레이트(41,42)의 상부 및 하부 로드셀(21,22) 고정부는 상부 및 하부 로드셀(21,22)의 위치를 이동시킬 수 있도록 구성된다. 제1 및 제2 플레이트(41,42)는 상부 및 하부 로드셀(21,22)의 위치를 적절히 조절할 수 있도록 상하방향 길게 형성된다.

로드셀은 힘이나 하중 등의 물리량을 전기적 신호로 변환시켜 측정하는 하중감지센서이다. 물체는 힘이나 하중에 의하여 이에 비례하는 변형이 발생하며, 단위길이당 발생하는 변형량, 즉 변형률은 힘이나 하중의 크기에 직선적으로 변한다. 로드셀은 이러한 변형률을 측정하며, 본 발명에서 로드셀은 광의의 하중감지센서로 해석된다.

도 2에서 보듯이 상부 및 하부 로드셀(21,22)은 도어(1)의 임팩트빔(2)이 이들 로드셀(21,22) 사이에 놓이도록 배치된다. 임팩트빔(2)은 램(30)에 의해 도어(1)에 가해지는 하중을 견고하게 버티는 강성부재이므로, 만일 임팩트빔(2)이 상부 로드셀(21)의 위에 놓이거나 혹은 하부 로드셀(22)의 아래에 놓이게 되면 로드셀들(21,22)에서 측정되는 반력값에 왜곡이 있을 수 있다.

도 3을 참조하면 도어(1)의 임팩트빔(2)이 도 1에서보다 아래에 놓이는 경우, 임팩트빔(2)이 상부 로드셀(21)과 하부 로드셀(22)의 사이에 배치될 수 있도록 로드셀들(21,22) 간의 간격을 벌린다. 실시예에 의하면 로드셀들(21,22)과 제1 플레이트(41) 간의 체결을 풀어 장치로부터 램(30)이 분리될 수 있다.

도 4 및 도 5에는 다른 실시예에 따른 옆문강도 측정장치가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면 램(30)의 후방에 설치된 3개의 실린더(11,12,13) 중 하부 실린더(13)의 아래에 하부 실린더(13)를 지지하기 위한 서포트(62)가 마련된다. 이 서포트(62)는 베이스 상에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 실린더(13)와 함께 전진 및 후진하면서 하부 실린더(13)를 지지한다.

도 6에는 실시예에 따른 옆문강도 측정 결과 그래프가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면 임팩트빔(2)에 대한 로드셀들(21,22)의 위치에 따라 측정되는 반력값이 서로 같지 않다. 상부 로드셀(21)과 하부 로드셀(22)에서 각각 측정된 반력값을 평균화함(단순한 산술 평균이 아니다)에 의해 가해진 하중에 대한 도어(1)의 지지 강성이나 변형 양태를 정확히 판단할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

1: 도어 2: 임팩트빔
10,11,12,13: 실린더 20,21,22: 로드셀
30: 램 41,42,50: 플레이트
60: 서포트 61: 베이스

Claims (2)

1. 램 후방에 설치된 2 이상의 실린더에 의해 램이 전진 및 후진할 수 있으며,
   상기 램의 후면에 제1 플레이트가 마련되며 각 실린더의 선단에 제2 플레이트가 연결되고,
   상기 램에 의해 대상물에 가해진 힘에 대한 반력을 각각 측정할 수 있도록 제1 및 제2 플레이트의 사이에 상부 로드셀과 하부 로드셀이 개재되며, 상부 로드셀과 하부 로드셀 간의 이격 거리가 조절될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 옆문강도 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 2 이상의 실린더 중 적어도 어느 하나의 실린더에 해당 실린더를 지지하기 위한 서포트가 베이스 상에서 슬라이딩 가능하게 마련되며, 이 서포트는 실린더와 함께 전진 및 후진하면서 실린더를 지지하는 것을 특징으로 하는 차량의 옆문강도 측정장치.

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