[논문]승용차(乘用車) 재활용(再活用) 범퍼의 충격흡수(衝擊吸收) 성능(性能)에 관(關)한 연구(硏究)

김지원; 이창식

문제 정의

본 시험의 목적은 충격성능시험을 통해 재활용범퍼의 사용 적합성을 판정하는데 있다. 2.
본 시험에 사용된 범퍼는 두 종류 모두를 포함하는데 사고빈도가 높은 앞 범퍼를 대상으로 하였다. 본연구는 국가공인기 관에서 실시하는 승용자동차 범퍼의 2.5마일 충격흡수성능시험을 통하여 재활용범퍼의 성능 특성을 분석하고 그 결과로부터 재활용 범퍼의 품질 성능향상을 위한 개선방향을 제시하는데 있다.

가설 설정

유통되는 것을 의미하나 통상 재활용범퍼라 함은 범퍼 커버나 백빔이 재활용되어 진 것을 의미한다.10) 재활용은 재사용과 재생으로 구분한다. 재사용 범퍼는 무손상 중고부품을 그대로 사용하거나 혹은 수리하여 다시 사용하는 것을 의미하며 재생 범퍼는 폐 범퍼 제품(주로 범퍼 커버)을 잘게 분쇄하여 원재료와 적당한 비율로 혼합하여 재성형한 것을 의미한다.

제안 방법

충격회수는 아래 Figs. 3~10 내의 legend에 나타나 있듯이 펜듈럼으로 범퍼의 앞전방(Front Center), 앞우측 모서리 (Front right coner), 앞전방편향(Front center offset), 앞좌측 모서리 (Front left comer) 총 4회를 실시하였다.
실험은 진자충격시험과 고정벽 충돌시험을 수행하여 성능을 평가하였다. 진자충격시험에서 진자의 면은 지면에 대하여 항상 수직을 유지하고 진자의 충격선상의 모든 점에 의해 형성되는 각호들은 범퍼의 앞면 및 뒷면충격 시에는 자동차길이방향 수직면, 모서리 충격 시에는 자동차 길이 방향에 3Q도 경사진 수직면 내에 위치하며 진자의 길이는 3.
충격흡수성능 시험 대상 부품은 2대의 2000cc급 무 손상 중고 승용차에 장착한 재활용 앞 범퍼이며 두 가지의 유형에 대해 충격시험을 실시하였다. 여기서 재활용 범퍼란 범퍼의 주요 구성부품인 범퍼 커버(Bumper cover, Bumper facia), 에너지 업소버(Energy absorber : 충격완충제), 백빔(back beam 혹은 Bumper rail, 'Bumper reinforcement : 보강제) 중 어느 하나라도 재활용되어 완제품으로 조립 .

대상 데이터

4 종류의 시험대상 차종에 10년이 경과한 범퍼 무 손상의 중고제품의 충격 흡수체 (Back beam)가 공통으로 사용되었고, A-l, B-1 차량의 범퍼 커버에도 10년이 경과한 무손상 중고제품이 사용되었다. 그러나 A-2 차량과 B-2 차량은 새롭게 재생된 범퍼 커버가 시용되었는데 이는 신재료와 분쇄된 순정 중고범퍼를 60% : 40% 로 혼합하여 재성형한 제품이었다.
범퍼의주요 구성부품은 범퍼커버, 에너지 업소버, 백빔 등 주요 3 부품으로 되어 있으며, 각각 별도로 제작, 공급되는 것과 에너지 업소버와 백빔이 하나의 기능으로 합쳐진 형태로 성형되어 2 부품으로 제작, 공급되는 것이 있다. 본 시험에 사용된 범퍼는 두 종류 모두를 포함하는데 사고빈도가 높은 앞 범퍼를 대상으로 하였다. 본연구는 국가공인기 관에서 실시하는 승용자동차 범퍼의 2.
실험 장치는 교통안전공단 자동차성능시험연구소의 펜듈럼 범퍼충격장치(Fig. 1, Fig. 2)를 사용하였다. 그림에서 승용차 앞 범퍼의 충격흡수시험은 차량이 정지된 상태에서 펜듈럼((①)으로 범퍼를 충격시킨 후 저속충돌 주행로에서 차량하부에 견인선을 연결시킨 다음 강제로 견인 시켜 고정벽에 충돌시키는 2단계 시험과정을 거쳐야 한다.
평가하였다. 진자충격시험에서 진자의 면은 지면에 대하여 항상 수직을 유지하고 진자의 충격선상의 모든 점에 의해 형성되는 각호들은 범퍼의 앞면 및 뒷면충격 시에는 자동차길이방향 수직면, 모서리 충격 시에는 자동차 길이 방향에 3Q도 경사진 수직면 내에 위치하며 진자의 길이는 3.35 m 이상 되게 하고 실험하였다.

이론/모형

본 연구에서 적용한 실험조건은 자동차 안전기준케 관한 규칙 제 93조 및 시행세칙 제 13호 "범퍼 충격 흡수시험"에 근거하여 실험을 수행하였다. 시험기준은 Table 1과 같다.
1. Pendulem impact testing system used in the study.

성능/효과

1) 각 실험차량에 대해 충격 실험장치에서 기록된 세 종류의 주요 인자 즉 최대 하중치, g값의 피크치, 충격력 지속시간에는 큰 차이가 발생하지 않았고 모두 신차범퍼의 충격흡수성능시험인 2.5마일 범퍼사양에 만족하는 것으로 보아 재활용 범퍼의 충격흡수 성능에는 문제가 없는 것으로 나타났다.
2) 범퍼의 구성부품 중 충격력 흡수 분담능력은 에너지 업소버와 백빔에서 95.3%~89.7%로 대부분을 차지하였고 범퍼 커버는 4.7%~10.3% 정도로 미미한 수준이었다. 따라서 교환빈도가 가장 높은 승용차 범퍼는 충격력을 충분히 흡수하기 위해서는 무손상 상태의 에너지 업소버 및 백빔을 재활용하는 것이 충격 흡수성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
3) 재활용 범퍼가 안전기준시험에는 만족하였지만 재생범퍼 커버가 외관부품으로서의 기본적인 물성을 지속적으로 보유하기 위해서는 동질 소재끼리의 분류체계를 유지하고 제조 시 지속적으로 공정개선 등을 통해 재생 재질의 품질을 확보하는 것도 중요한 과제 중의 하나일 것으로 판단된다. 또한 재질의 균일성 확보를 위해서는 객관적인 기준마련도 수반되어야 하는 바, 이를 위해서는 정부에서 시행하는 GR(Good Recycled) 인증획득과 같은 추가적인 연구활동을 통해 적법한 제품에 대해 객관적인 품질평가기준을 확보하는 길도 재활용 제품으로서의 가치인정과 더불어 자원재활용을 적극적으로 추진해 나갈 수 있는 좋은 방편이 될 수 있을 것으로 기대한다.
Figs. 3~6에서 나타낸 하중특성을 종합하여 분석하면 차량 A의 Center방향에서 유형 1과 유형 2의 차이는 -95 kg, Osec, Offset 방향은 Okg, +0.013 sec의 차이를 나타내고 있다. 또한 차량 B의 Center방향에서 유형 1과 유형 2의 차이는 +189 kg, +0.
Figs. 7~1O의 가속도 특성을 종합하여 분석하면 차량 A의 Center 방향에서 유형 1과 유형 2의 차이는 +0.23 g, +0.022 sec, Offset 방향은 +0.27 g, -0.003 sec의 차이를 나타내고 있다. 또한, 차량 B의 Center방향에서 유형 1과 유형 2 의 차이는 -0.
3 km의 속도로 고정벽에 정면충돌시킬 때 운전자석 및 전방 탑승자석에 착석시킨 인체모형의 머리, 흉부 등에 발생하는 충격이 머리상해 기준값(HIC)은 1000, 흉부 가속도(g)는 60 g를 초과하지 않도록 되어있다. 8JD 따라서 범퍼충격흡수시험에서 나타난 g 값은 안전성 판명의 임계시험 속도라고 할 수 있는 저속 충돌시험에 비해 10% 정도이고, 또한 각 범퍼 유형별 나타나는 0.23g~0.27g의 차이는 미미한 것으로 조사되었다.
따라서 범퍼 충격성능시험의 연구 결과치를 기본으로 하여 범퍼의 리싸이클 측면을 고찰해보면 무손상일 경우 중격 흡수체는 10년 혹은 그 이상의 시간이 경과하더라도 충분히 최초 제품과 동일한 내구성을 유지할 수 있으며, 범퍼 커버의 경우도 약간의 안전치를 감안하여재생성형하면 범퍼 커버도 순정범퍼와 동일하거나 그 이상의 성능을 발휘할 수 있다는 것을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
01 sec의 차이를 나타내고 있다. 따라서, A 차량의 유ime(sec)형 1과 2의 Center 방향 최대 가속도 변화는 약 16% 의 차이를 기록하였고 Offset 방향은 15% 차이를 기록하였다.
01 sec 차이가 나타났고, 차량 B는 차이가 없었다. 따라서, 각 차종별, 유형별 나타난 지속시간에 차이가 없다는 점은 충격흡수가 대부분 에너지 업소버에서 이루어지고 있음을 나타내며 동일한 조건의 에너지 업소버를 장착한 차량에서 범퍼 커버의 충격 흡수 능력이 크지 않다는 것을 나타내는 것이다. 이상의 승용차범퍼 충격흡수성능시험에 나타난 하중 값, 가속도 값, 지속시간의 관계를 다시 한 번 요약정리하면 Table 6과 같다.

후속연구

판단된다. 또한 재질의 균일성 확보를 위해서는 객관적인 기준마련도 수반되어야 하는 바, 이를 위해서는 정부에서 시행하는 GR(Good Recycled) 인증획득과 같은 추가적인 연구활동을 통해 적법한 제품에 대해 객관적인 품질평가기준을 확보하는 길도 재활용 제품으로서의 가치인정과 더불어 자원재활용을 적극적으로 추진해 나갈 수 있는 좋은 방편이 될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 보험개발원 자동차기술연구소가 한국 재활용범퍼협회의 연구용역에 의해 수행한 것 중 자동차 안전기준시험의 관점에서 본 연구결과를 주 대상으로 한 것으로서, 본 연구 외에도 타 기관에서 지정하는 재활용 인증시험에의 충족을 위해서는 추가적인 연구가 더 필요할 것으로 판단됩니다. 본 연구를 지원하여 주신 관계 기관에 감사드립니다.

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