범퍼(자동차)

Bumper (car)
이 기사는 자동차의 구조에 관한 것이다. 놀이기구는 범퍼카를 참조하십시오.
1958년 포드 타우누스의 크롬 도금 전면 범퍼
1970년 AMC 앰배서더에 장착된 통합 테일 램프와 고무 표면 가드가 장착된 리어 범퍼

범퍼는 경미한 충돌 시 충격을 흡수하여 수리비를 최소화하기 위해 자동차의 전면 및 후면 단부에 부착하거나 통합한 구조물이다.[1] 뻣뻣한 금속 범퍼는 1904년에 이르면 자동차에 나타나 주로 장식적인 기능을 했다.[2] 수많은 개발, 재료와 기술의 개선, 그리고 차량 구성품 보호와 안전성 향상을 위한 기능성에 더 중점을 둔 것이 수년에 걸쳐 범퍼를 변화시켰다. 범퍼는 차량 간의 높이 불일치를 최소화하고 보행자를 부상으로부터 보호하는 것이 이상적이다. 차량 수리비를 절감하고, 최근에는 보행자에게 미치는 영향을 줄이기 위한 규제 조치가 제정되었다.

역사

범퍼는 처음에는 단지 단단한 금속 막대에 불과했다.[3] 조지 앨버트 라이온이 가장 이른 자동차 범퍼를 발명했다. 최초의 범퍼는 1897년 차량에 등장했으며, 체코 완성차 업체인 네셀스도르퍼 와겐바우-파브릭스겔샤프트가 설치했다. 이러한 범퍼의 구조는 단지 화장품 기능만을 특징으로 하여 신뢰성이 없었다. 초기 차주들은 앞 스프링 행거 볼트를 금속 막대를 부착할 수 있을 만큼 긴 것으로 교체했다.[2]G.D. 피셔는 부속품 부착을 단순화하기 위해 범퍼 브래킷을 특허로 냈다.[2] 충격을 흡수하도록 설계된 최초의 범퍼는 1901년에 나타났다. 그것은 고무로 만들어졌고 프레데릭 심스는 1905년에 이 발명품의 특허를 얻었다.[4]

1955년 캐딜락 엘도라도(Cadillac Eldorado), 채도가 높은 "Dagmar" 또는 "bullet" 범퍼

범퍼는 1910년대 중반 자동차회사들에 의해 추가되었지만, 앞뒤에 걸쳐 있는 강철 조각으로 구성되었다.[5] 종종 옵션 액세서리로 취급되던 범퍼는 1920년대에 자동차 디자이너들이 범퍼를 더욱 복잡하고 실질적으로 만들면서 점점 더 흔해졌다.[5] 이후 수십 년 동안 크롬 도금된 범퍼는 미국 자동차 회사들이 새로운 범퍼 트렌드와 브랜드별 디자인을 확립하기 시작한 1950년대 후반까지 무겁고 정교하며 점점 장식적이 되었다.[5] 1960년대에는 더 가벼운 크롬 도금된 블레이드 범퍼와 그 아래 공간을 채우는 도장된 금속 밸런스를 사용하였다.[5] 자동차 회사들이 그릴, 조명, 심지어 후방 배기가스까지 범퍼에 포함시키면서 멀티피스 건설이 표준이 되었다.

1968년 폰티악 GTO에 제너럴 모터스는 영구 변형 없이 저속 충격을 흡수하도록 설계된 "엔두라" 차체 색상의 플라스틱 전면 범퍼를 통합했다. TV 광고에서 존 드로리언의 슬레지 해머로 범퍼를 때리는 장면이 담겼지만 피해는 없었다.[6] 1970-71년형 플리머스 Barracuda의 앞뒤에 비슷한 탄성 범퍼가 장착되었다.[7] 1971년 르노는 르노 5에 플라스틱 범퍼(시트 몰딩 컴파운드)를 도입했다.[8]

현재 현대 자동차의 범퍼 구조는 강철, 알루미늄, 섬유 유리 합성물 또는 플라스틱으로 만들어진 철근 위에 플라스틱 커버로 구성된다.[9] 대부분의 현대 자동차의 범퍼는 PC/ABS라 불리는 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)의 조합으로 만들어졌다.[citation needed]

금속 범퍼가 장착된 포드 모델 A(1927~31)
1955년 링컨 카프리, 20세기 중반 범퍼의 크롬이 짙게 배어 있는 대형 범퍼
영구 변형 없이 저속 충격을 흡수하도록 설계된 선구적 탄성 범퍼의 폰티악 GTO(1968-1972)

물리학

범퍼는 충격에 의해 생성되는 운동 에너지를 소멸시킴으로써 다른 차량 구성 요소에 대한 보호를 제공한다. 이 에너지는 차량 질량과 속도 제곱의 함수다.[10] 운동 에너지는 질량과 속도의 제곱의 1/2과 같다. 수식 형식:

차량 구성부품을 시속 5마일로 손상으로부터 보호하는 범퍼는 차량의 극한 전방과 후방에 집중된 충돌 에너지 소산을 통해 시속 2.5마일로 보호하는 범퍼보다 4배 강해야 한다. 범퍼 보호의 작은 증가는 중량 증가와 연료 효율 저하를 초래할 수 있다.

1959년까지 이러한 경직성은 자동차 기술자들 사이에서 탑승자 안전에 이로운 것으로 여겨졌다.[11] 현대적인 차량 충돌성 이론은 점진적으로 구겨지는 차량을 향해 반대 방향을 가리키고 있다.[12] 완전 강체 차량은 차량 구성품에 대한 범퍼 보호는 훌륭하지만 탑승자의 안전성이 떨어질 수 있다.[13]

보행자 안전

범퍼는 신축성 있는 소재로 만든 범퍼 커버를 사용하는 등 자동차에 치인 보행자의 부상을 완화하기 위해 설계되는 경우가 늘고 있다. 특히 앞 범퍼는 다리에 가해지는 충격의 강도를 줄이기 위해 거품이나 분쇄성 플라스틱과 같은 부드러운 재료로 내려졌다.[14]

높이가 일치하지 않음

저속이지만 높은 수준의 충격으로 인한 손상: 에너지를 흡수하는 프론트 범퍼 시스템이 완전히 우회되어 손상되지 않음.

승용차의 경우 미국과 EU 규정에 따라 범퍼의 높이와 위치가 법적으로 명시돼 있다. 범퍼는 중간 속도 충돌로부터 보호되지 않는데, 이는 비상 제동 중 서스펜션이 각 차량의 피치를 변화시켜 차량이 충돌할 때 범퍼가 서로 우회할 수 있기 때문이다. 오버라이드 및 언더라이드 방지는 극도로 높은 범퍼 표면으로 수행할 수 있다.[15] 액티브 서스펜션은 차량 레벨을 유지하기 위한 또 다른 해결책이다.

도로 표면으로부터의 범퍼 높이는 다른 보호 시스템을 결합하는 데 중요하다. 에어백 전개 센서는 일반적으로 장애물과 접촉할 때까지 트리거하지 않으며, 정면 충돌 시 보호 쿠션을 팽창시킬 수 있는 충분한 시간을 남겨두기 위해 전방 범퍼가 차량의 첫 번째 부품이 되는 것이 중요하다.[16]

에너지를 흡수하는 크러시 존은 물리적으로 우회할 경우 완전히 효과가 없다. 트랙터 트레일러의 고가 플랫폼이 승용차의 앞 범퍼를 완전히 빗나가고, 첫 번째 접촉은 객실의 유리 윈드실드와 접촉할 때 이러한 극단적인 예가 발생한다.

트럭 대 자동차

승용차와 같은 소형 차량이 트랙터-트레일러와 같은 대형 차량 아래로 미끄러지는 언더라이드 충돌은 종종 심각한 부상이나 사망을 초래한다. 일반 트랙터-트레일러의 플랫폼 베드는 일반 승용차에 앉은 어른들의 머리 높이에 있으며, 중속 충돌 시에도 심각한 머리 외상을 일으킬 수 있다. 미국에서는 매년 약 500명의 사람들이 이런 식으로 죽는다.[17]

1967년 6월 여배우 제인 맨스필드가 자동차/트럭 사고로 사망한 이후, 미국 도로교통안전국은 "맨스필드 바", "ICC 바" 또는 "DOT(교통부) 범퍼"[18][19]로도 알려진 후방 언더라이드 가드를 의무화할 것을 권고했다. 이것들은 도로에서 22인치(56cm) 이하일 수 있다. 미국 트럭업계는 이 안전기능의 업그레이드가 더디게 진행되고 있으며,[16] 서비스 중 손상된 ICC 바를 수리할 요건은 없다.[20] 그러나 1996년 NHTSA는 트럭 트레일러의 후방 언더라이드 방지 구조 요건을 업그레이드했고, 캐나다 교통국은 에너지 흡수 후방 언더라이드 가드에 대한 훨씬 엄격한 요건을 갖추었다.[21] 2015년 7월 NHTSA는 미국의 언더라이드 가드 성능 요건을 업그레이드하자는 제안을 내놨다.[22]

많은 유럽 국가들은 또한 측면에서 트럭과 충돌하는 치명적인 충돌에 대비하기 위해 측면 측면의 경계병들을 요구해왔다.[17] 일본, 미국, 캐나다 등지에서는 다양한 종류의 사이드 언더라이드 가드가 사용되고 있다.[23] 하지만, 그들은 미국에서 요구되지 않는다.[17]

UN 규정 58은 후방 언더런 보호장치(RUPD)와 그 설치에 대한 요건을 규정한다. 그 중 다양한 유형의 트럭과 트레일러는 지면에서 높이가 45cm(17.7인치), 50cm(19.7인치) 또는 55cm(21.7인치) 이하인 장치를 가져야 한다.[24]

SUV vs 자동차

SUV 범퍼 높이와 승용차 측면 충격 빔이 일치하지 않아 비교적 낮은 속도에서 심각한 부상을 입었다.[16][25] 미국에서는 NHTSA가 2014년 현재 이 문제를 어떻게 해결할 것인지 연구하고 있다.[26]

치명적인 상호작용을 넘어, 높이 불일치로 인해 승용차/SUV 충돌의 수리 비용도 상당할 수 있다.[27] 이러한 불일치는 차량이 저속 충돌 후 운전불가능할 정도로 심각한 손상을 초래할 수 있다.[28]

규정

대부분의 관할구역에서는 모든 차량에 범퍼가 법적으로 요구된다. 자동차 범퍼에 대한 규정은 두 가지 이유로 시행되었는데, 그 이유는 자동차가 차량의 안전 시스템을 손상시키지 않고 저속 충격을 지속할 수 있도록 하는 것과 보행자를 부상으로부터 보호하기 위한 것이다. 이러한 요구조건은 상충된다. 충격을 잘 견디고 수리비를 최소화하는 범퍼는 보행자에게 더 많은 부상을 입히는 반면 보행자 친화적인 범퍼는 수리비가 더 높은 경향이 있다.[29]

차량의 범퍼 시스템은 저속 충돌의 에너지를 흡수하고 자동차의 안전과 그 밖의 근처에 위치한 값비싼 구성품을 보호하도록 설계되었지만, 대부분의 범퍼는 최소한의 규제 표준만을 충족하도록 설계되었다.[30]

국제표준

원래 유엔의 후원 하에 유럽 표준으로 고안된 국제 안전 규정은 현재 북미 이외의 대부분의 국가에서 채택되고 있다. 이들은 차량의 안전 시스템이 차량이 적재 또는 하역된 상태에서 지면에서 45.5cm(18인치)에서 2.5km(160mph)의 전방과 후방 모서리 및 전방과 후방 4km(2.5마일)의 직진 진자 또는 이동 배리어 충격 후에도 정상적으로 작동해야 함을 명시한다.[26][31일]

보행자 안전

유럽 국가들은 전세계 보행자/자동차 사고로 매년 27만 명이 사망하는 문제를 해결하기 위해 규제를 시행하고 있다.[14]

불바

1978년 홀든 킹스우드 유틸리티("roo bar" 포함)

"불바" 또는 "루바"로 알려진 전문 범퍼는 시골 환경에서 큰 동물과의 충돌로부터 차량을 보호한다. 그러나 연구 결과 이러한 막대는 어느 정도 힘을 흡수하고 구겨지는 범퍼와 달리 황소가 경직되어 보행자에게 충돌의 모든 힘을 전달하기 때문에 도시 환경에서는 보행자에게 사망과 심각한 상해의 위협을 증가시킨다는 것이 밝혀졌다.[32] 유럽연합(EU)에서는 관련 보행자 보호 안전기준을 준수하지 않는 강성 금속 황소봉의 판매가 금지됐다.[33]

오프로드 범퍼

오프로드 차량은 종종 무거운 게이지 금속으로 만들어진 애프터마켓 오프로드 범퍼를 사용하여 간극을 개선하고(지형 위 높이) 이탈 각도를 최대화하고, 더 큰 타이어를 클리어하며, 추가적인 보호를 보장한다. 불바와 비슷하거나 동일한 오프로드 범퍼는 단단한 구조로 되어 있으며 충돌 시 (소성 변형에 의한) 에너지를 흡수하지 않으며, 이는 공장용 플라스틱 범퍼보다 보행자에게 더 위험하다. 애프터마켓 오프로드 범퍼의 합법성은 관할권에 따라 다르다.

미국

미국의 범퍼 규제는 저속 사고가 안전한 차량 운행을 방해하고, 안전 관련 차량 구성 요소의 손상을 제한하며, 충돌 후 수리 비용을 억제하는 데 초점을 맞추고 있다.[34][35]

제1차 표준 1971

71 Dart Front Bumper L.jpg 74 Valiant Front Bumper.jpg
71 Dart Rear Bumper.jpg 74 Valiant Rear Bumper.jpg
크라이슬러 A플랫폼 카(왼쪽, 1971년) 전후(오른쪽, 1974년)에 탑재된 앞·뒤 범퍼는 미국의 5mph 범퍼 표준이 발효됐다. 1974년 제작된 범퍼는 몸통에서 더 멀리 튀어나와 뒤쪽 범퍼는 더 이상 태엽을 포함하지 않는다.

1971년 미국 도로교통안전국(NHTSA)은 승용차 범퍼에 적용되는 미국 최초의 규정을 발표했다. 연방 자동차 안전 표준 215호(FMVSS 215) "전방 보호"는 1972년 9월 1일부터 시행되었는데 이때 대부분의 자동차 제조업체가 1973년식 차량을 생산하기 시작할 것이다.[36] 이 표준은 차량이 전방 8km/h 및 후방 범퍼 시스템의 경우 2.5mph(4km/h)의 속도에서 장애물 충돌 시험을 받을 때 전조등 및 연료 시스템 구성 요소와 같은 특정 안전 관련 구성 요소의 기능 손상을 금지했다.[37] 요건은 테일 램프와 같은 자동차 조명 구성요소가 내장된 자동차 범퍼 설계를 효과적으로 제거했다.

1972년 10월 미국 의회는 자동차 정보 및 비용 절감법(MVICS)을 제정하여 NHTSA가 "대중과 소비자에게 최대한의 비용 절감"을 산출하는 범퍼 기준을 발행하도록 하였다.[38] 고려된 요소에는 시행에 따른 비용과 이익, 표준이 보험비용과 법적 수수료에 미치는 영향, 소비자 시간과 불편함의 절감, 건강 및 안전 고려사항이 포함되었다.[36] 1973년 미국에서 판매된 연식 승용차는 다양한 디자인을 사용했다. 고체 고무 가드가 장착된 비동적 버전부터 오일 및 질소 충전식 텔레스코핑 충격 흡수기로 "복구 가능한" 디자인까지 다양했다.[39]

1974년식 승용차에 대한 표준화된 높이 전방 및 후방 범퍼는 자동차의 조명, 안전 장비 및 엔진에 손상 없이 시속 8km로 각도에 충격을 가할 수 있다. 법에는 소비자가 이 보호에서 '탈퇴'할 수 있는 조항이 없었다.[36]

설계에 대한 규제 효과

규정에는 범퍼 성능이 명시되어 있으며, 특정한 범퍼 설계를 규정하지 않았다. 그럼에도 불구하고, 미국 시장을 위한 많은 자동차들은 1973년부터 1982년까지 시행된 시간당 5마일의 범퍼 표준을 준수하기 위해 부피가 크고 거대하며 돌출된 범퍼를 장착했다.[36][40] 이는 흔히 전체 차량 길이와 더불어 더 강한 에너지 흡수 범퍼를 통합하여 차량의 가장자리에 무게를 더하는 새로운 전방 및 후방 설계를 의미했다.[36][41] 승용차는 범퍼와 차체의 차체 사이에 틈새 콘스틸이 유연한 필러 패널이 있어 '매사적이고 막힘없는 룩'[42]을 연출했다. 그러나 다른 범퍼 설계도 요건을 충족했다. 1973년형 AMC 마타도르 쿠페에는 접히는 충격 흡수제를 감추기 위해 고무 게이터만 달린 독립형 범퍼가 있었다.[42] 규정을 준수하면서도 전면 차체에 촘촘히 통합된 '엔두라' 범퍼는 1973년부터 폰티악 그랜드암,[43] 1978년부터 쉐보레 몬테카를로 등의 모델에 사용됐으며, 별도의 충격 에너지 흡수제를 탑재한 헤비 크롬-스틸 범퍼보다 질량이 현저히 낮았다.[44]

미국(왼쪽) 및 나머지 국가(오른쪽)
1979 Mercedes 300SD 116.120.jpg Mercedes Benz W116 aka 280SE in Belgium.jpg
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메르세데스-벤츠 W116(상단), BMW E28 5 시리즈(중간), 람보르기니 카운차흐(하단)의 프론트 범퍼. 미국 범퍼는 몸통에서 더 크고 더 멀리 돌출되어 있다.

범퍼 규제는 미국산 자동차와 수입 승용차에 모두 적용되었다. 볼보 240, 포르쉐 911, 롤스로이스 실버 섀도우를 제외한 유럽과 아시아 자동차 업체들은 규제가 적용되는 미국과 캐나다 시장으로 향하는 자동차에만 범퍼를 장착하는 경향이 있었다. 이것은 그들의 북미 사양 자동차가 다른 곳에서 판매되는 동일한 모델의 버전과 다르게 보이는 경향이 있다는 것을 의미한다.

미국 범퍼 높이 요건은 시트로엥 SM과 같은 일부 모델을 효과적으로 미국으로 수입할 수 없게 만들었다. 국제 안전 규정과 달리 미국의 규제는 수압 중단 조항 없이 작성됐다.[45]

피해 제로 표준 1976

MVICS에 따라 공포된 요건은 연방 자동차 안전 표준 번호 215(FMVSS 215, "차량 사전 보호")의 요건으로 통합되어 1976년 3월에 공포되었다. 이 새로운 범퍼 표준은 49 CFR 571의 연방 자동차 안전 표준과는 별도로 49 CFR 581의 미국 연방 규정 강령에 배치되었다. 1979년식 승용차에 적용되는 새로운 요건은 "1단계" 표준으로 불렸다. 이와 동시에, 1980년 이후 신형 자동차 범퍼 시스템에 대해서는 0손상 요건인 「2단계」가 제정되었다. 1980년부터 1982년까지 모델 차량에 적용된 가장 엄격한 요구 조건; 전방 및 후방 장벽과 진자 충돌 테스트가 필요했으며, 범퍼에는 다음의 범위를 넘어서는 손상이 허용되지 않았다. 범퍼의 원래 위치에서 3⁄8 인치(10 mm) 덴트 및 3⁄4 인치(19 mm) 변위.[46]

1976년 AMC 마타도르 쿠페에서 충격 흡수 제로 손상 범퍼 프리스탄딩

AMC이글과 같은 전륜구동 '크로스오버' 차량은 다목적 차량이나 트럭으로 분류돼 승용차 범퍼 기준이 면제됐다.[47]

1982년 경직성 감소

최근 선출된 레이건 행정부는 업계의 규제 부담을 줄이기 위해 비용 편익 분석을 사용하겠다고 약속했고, 이것이 이 기준에 영향을 미쳤다.[48]

물리학에서 자세히 논의된 대로 1959년 이전에 사람들은 범퍼를 포함한 구조가 튼튼할수록 자동차가 안전하다고 믿었다. 이후 분석 결과 충격으로 인한 힘이 차량 내부와 승객에게 직접 전달되기 때문에 탑승자에게 치명적이라고 입증된 경직된 구조보다는 구불구불한 구역에 대한 이해가 이어졌다.[11]

NHTSA는 1982년 5월에 범퍼 표준을 개정하여 1983년 및 신형 자동차 범퍼의 전방 및 후방 충돌 시험 속도를 시간당 5마일(8km/h)에서 시간당 2.5마일(4km/h)으로, 코너 충돌 시험 속도를 시간당 3마일(5km/h)에서 시간당 1.5마일(2km/h)으로 절반으로 줄였다.[49] 또한, 피해 제로 단계 2 요건은 1단계의 손상 허용으로 롤백되었다. 이와 동시에 승용차의 경우 16~20인치(41~51cm)의 승용차 범퍼 높이 요건이 확립되었다.[46]

NHTSA는 1987년 변경 결과를 평가하면서 중량과 제조 비용을 절감하고 수리 비용을 높임으로써 상쇄하는 결과를 초래했다고 지적했다.[50]

이러한 발견에도 불구하고 소비자 단체와 보험 단체들은 모두 약화된 범퍼 기준을 삭제했다. 그들은 1982년 표준이 자동차업체를 제외한 모든 소비자 비용을 수반하는 혜택 없이 증가시켰다는 주장을 제시했다.[38][51][52][53] 1986년 소비자연합은 NHTSA에 2단계 표준으로 복귀하고 범퍼 강도 정보를 소비자에게 공개해 줄 것을 청원했다. 1990년에 NHTSA는 그 청원을 거절했다.[54]

소비자정보

시장 실패는 소비자들이 더 나은/더 나쁜 수리 비용에 근거하여 자동차를 선택할 수 있는 정보를 가지고 있지 않을 때 발생한다. 미국의 경우, 이러한 간격은 고속도로 안전 보험 연구소가 도움을 주고 있는데, 이 연구소는 차량을 저속 장애물 테스트(6mph 또는 9.7km/h)에 적용하고 수리 비용을 공개한다.[55] 이 시험에서 좋은 성적을 거둔 자동차 제조사들은 그것들을 홍보할 것이다.[56]

예를 들어 1990년에 고속도로안전보험연구소는 플리머스 지평선의 세 가지 다른 해의 사례에 대해 네 번의 충돌 실험을 실시했다. 그 결과는 미국 범퍼 규제 변경의 영향을 예시했다(1990년 미국 달러화로 인용된 수리 비용).[54]

  • 1983년 Horizon(Phase-II 5-mph 범퍼 포함): 287달러
  • 1983년식 Horizon(Phase-I 2.5mph 범퍼 포함): 918달러
  • 1990년 Horizon: 1,476달러

오늘 범퍼들

오늘날의 범퍼는 보행자 보호를 높이고 사지의 무게를 절약하여 심각한 사고에서 점진적으로 구겨지는 탑승자 보호를 강화하도록 설계되었다.[57] 그것들은 더 이상 강철과 고무로 만들어지지 않는다.[57] 범퍼는 플라스틱 커버로 도장되어 있으며, 가볍고 충격을 흡수하는 스티로폼 뒷면이다.[57] 페인트가 깨지기 쉬운 플라스틱 커버 때문에, 사소한 손상도 수리하는데 수천 달러가 든다.[57]

캐나다

캐나다의 자동차 범퍼 표준은 미국과 동시에 처음 제정되었다. 이는 일반적으로 미국의 8km/h(5mph) 규정과 유사했다. 캐나다는 이 지역에서 미국의 디자인 입법을 미러링했지만 1982년 비용 편익 분석을 토대로 4km/h(2.5mph)로 수정하지는 않았다.[58]

일부 자동차 회사들은 북미 시장 전체에 더 강한 캐나다 사양 범퍼를 제공하는 것을 선택했고, 다른 회사들은 미국 시장에서 더 약한 범퍼를 제공하는 것을 선택했다. 이 회색 수입 차량은 미국과 캐나다 사이에 제한되어 있다.[59]

2009년 초, 캐나다의 규제는 미국 연방 표준 및 국제 ECE 규제와 조화를 이루도록 전환되었다.[60] 미국처럼 소비자보호단체들은 이 변화에 반대했고, 캐나다 규제당국은 4km/h(2.5mph)의 시험 속도가 전 세계적으로 사용되고 있으며 차량 보행자 충돌 시 보행자 보호 개선과 보다 양립할 수 있다고 주장했다.[61]

참고 항목

참조

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