JP6556937B2

JP6556937B2 - 自動車用のフロントサイドフレーム

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Publication number: JP6556937B2
Application number: JP2018503748A
Authority: JP
Inventors: ジ−ウンハ、; ジェ−ヒョンキム、; ヨン−シクカン、
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: US20180208246A1; CN107848576A; JP2018520941A; KR20170013463A; EP3330162A4; EP3330162A1; US10696329B2; WO2017018626A1; CN107848576B; KR101714884B1

Description

本発明は、自動車用のフロントサイドフレームに関するものであって、より詳細には、自動車に作用する衝突による影響を緩和することにより搭乗者の安全を図ることができる発明に関するものである。

一般に、自動車の衝突事故が発生した際の搭乗者の安全を確保するために、いくつかのテストが行われており、これは、自動車の安定性を確保する重要な要素である。様々な国では、既にかかる衝突時の安全値を法律化して輸入規制などの項目として用いている。

一例として、米国道路安全保険協会（ＩＩＨＳ）では、正面衝突性能試験及び自動車の前方部２５％に対するオーバーラップ衝突試験であるスモールオーバーラップ（ＳｍａｌｌＯｖｅｒｌａｐ）衝突性能試験を行っている。

一方、図１に示すように、直線状のフレームを持つピックアップトラックは、エンジンをマウントする部分のフロントサイドフレーム１が非直線状の単一素材で構成される。

かかるピックアップトラックの正面衝突性能試験は、ピックアップトラックが剛壁に衝突して速度が０になるまでにかかる時間（ＴｉｍｅＴｏＺｅｒｏＶｅｌｏｃｉｔｙ：ＴＴＺＶ）が７０ｍｓ以上、最大減速度は約４０Ｇ（Ｇは９．８ｍ／ｓ^２）、及び有効減速度が３０Ｇ以下となるように正面衝突性能指標を設定して開発された。

図２に示すかかる正面衝突性能試験を行った結果を見ると、ＴＴＺＶが９１．１ｍｓ、最大減速度は３３．２Ｇ、有効減速度は１９．６Ｇの性能を示している。

すなわち、図２に示す正面衝突性能試験では、エンジンがマウントされているフロントサイドフレーム１の後方部には変形が殆ど発生せず、上記フロントサイドフレーム１に形成された曲がった形状の湾曲部（Ｂｅｎｄｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ）３０の第１湾曲部３１及び第２湾曲部３２にのみ曲げ変形が発生し、エネルギーを吸収して目標性能を満たしている。

しかし、図４からは、図３に示すスモールオーバーラップ衝突試験の結果が目標性能を満たせず、搭乗者が乗っているキャビンルームに過度な変形が発生することが分かる。

したがって、上述の正面衝突性能試験及びスモールオーバーラップ衝突試験の両方を満たすことができる自動車用のフロントサイドフレームに対する研究が必要になった。

本発明の目的は、正面衝突性能試験及びスモールオーバーラップ衝突試験の両方を満たすことができる自動車用のフロントサイドフレームを提供することである。

本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームは、少なくとも一部分に曲がった形状の湾曲部を含む自動車用のフロントサイドフレームであって、外側前方部と、上記外側前方部よりも車体の後部に備えられ、上記外側前方部よりも引張強度が高く形成された外側後方部と、を備えるアウターフレームと、内側前方部と、上記内側前方部よりも車体の後部に備えられ、上記内側前方部よりも引張強度が高く形成された内側後方部と、を備えるインナーフレームと、を含むことができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記インナーフレームは、上記内側後方部が上記内側前方部よりも引張強度が高い素材で形成されるように、テーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ）溶接鋼板を用いて成形されることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記内側前方部は引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、上記内側後方部は、引張強度が１１００〜１５００ＭＰａであり、延伸率が１５〜６０％であるＴＷＩＰ鋼で形成されることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記インナーフレームは、上記内側前方部と内側後方部とが連結される結合部をさらに備え、上記結合部を上記湾曲部が形成された部分以外の部分に位置させることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記湾曲部は、第１湾曲部と、上記第１湾曲部よりも車体の後部に形成される第２湾曲部と、を含み、上記結合部は、上記第１湾曲部と上記第２湾曲部との間の位置に備えられることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記アウターフレームは、上記外側後方部が上記外側前方部よりも引張強度が高く熱処理されるように、上記外側後方部を上記外側前方部よりも急冷して形成することを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記外側前方部及び外側後方部は、熱処理前の引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、上記外側後方部は、熱処理後の引張強度が１１００〜１５００ＭＰａとなるように変形されて形成されることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記アウターフレームは、上記外側前方部から外側後方部に変更される遷移区間である遷移部をさらに備え、上記遷移部を上記湾曲部が形成された部分以外の部分に位置させることを特徴とすることができる。

また、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレームにおいて、上記湾曲部は、第１湾曲部と、上記第１湾曲部よりも車体の後部に形成される第２湾曲部と、を含み、上記遷移部は、上記第１湾曲部と上記第２湾曲部との間の位置に備えられることを特徴とすることができる。

本発明の自動車用のフロントサイドフレームには、自動車の正面に対する衝突時は言うまでもなく、自動車の前方２５％に対するオーバーラップ衝突による場合であっても、衝突を吸収且つ緩和して自動車内の搭乗者を保護することができるという利点がある。

これにより、各国の自動車安定性試験などの評価指数を満たすことができるようになる。

従来の自動車用のフロントサイドフレームが適用された自動車のフレームを示す平面図である。従来の自動車用のフロントサイドフレームが適用された自動車のフレームの正面衝突時を示す平面図である。従来の自動車用のフロントサイドフレームが適用された自動車のフレームのスモールオーバーラップ衝突時を示す平面図である。従来の自動車用のフロントサイドフレームが適用された自動車のフレームのスモールオーバーラップ衝突時を示す斜視図である。自動車用のフロントサイドフレームに対して１ＧＰａ以上の素材を適用した場合のスモールオーバーラップ衝突を行った結果を示す平面図である。本発明の自動車用のフロントサイドフレームを示す分解斜視図である。本発明の自動車用のフロントサイドフレームの正面衝突時を示す平面図である。本発明の自動車用のフロントサイドフレームのスモールオーバーラップ衝突時を示す平面図である。本発明及び従来の自動車用のフロントサイドフレームの正面衝突時の結果を比較して示す表である。本発明及び従来の自動車用のフロントサイドフレームのスモールオーバーラップ衝突時の結果を比較して示す表である。

以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。但し、本発明の思想は、提示された実施形態に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は、同一思想の範囲内で、他の構成要素を追加、変更、削除などを通じて退歩的な他の発明又は本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案することができる。しかし、これも本発明の思想の範囲内に含まれるものである。

また、各実施形態の図面に示される同一思想の範囲内の機能を持つ同一の構成要素は、同一の参照符号を用いて説明する。

本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１は、自動車に作用する衝突による影響を緩和することにより搭乗者の安全を図ることができる発明に関するものである。

すなわち、本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１は、自動車の正面に対する衝突Ｆの際は言うまでもなく、自動車の前方２５％に対するオーバーラップ衝突Ｆの場合であっても、衝突Ｆを吸収且つ緩和して自動車内の搭乗者を保護することができる。

換言すると、従来の自動車用のフロントサイドフレーム１の場合、非直線状の湾曲部３０を含み、インナーとアウターとで区分され、且つ上記インナーとアウターがそれぞれ単一の素材と同一の特性を有するように形成されていた。このような従来の自動車用のフロントサイドフレーム１には、正面衝突性能試験は満たすものの、スモールオーバーラップ衝突試験の結果では目標性能を満たせないという問題があったが、本発明によりこの問題が解決されるようになる。

特に、上記スモールオーバーラップ衝突性能試験を満たすために、最も簡単な方法として、上記自動車用のフロントサイドフレーム１の強度を高める構造が考慮された。すなわち、１ＧＰａ以上の高強度鋼を用いて、自動車用のフロントサイドフレーム１を製作することにより、該当部品の変形を最小限に抑え、自動車内の搭乗者が位置するキャビンルームの変形を最小限に抑えることができる構造である。

しかし、湾曲部３０を含む自動車用のフロントサイドフレーム１を、高強度を有するように形成すると、正面衝突Ｆで減速度が瞬間的に増加してスモールオーバーラップ衝突性能試験の目標値を満たすことができなくなるという限界があった。

また、図５に示すように、スモールオーバーラップ衝突性能試験において、曲げ加工が施された湾曲部３０の部分で曲率半径がほぼ０に近い折り（ｆｏｌｄｉｎｇ）が発生して変形が集中するため、１ＧＰａ級以上の高強度素材の場合は、深刻な塑性変形が原因で容易に破損されるという問題があった。

このような問題点も防止するために、本発明では、図６の構造を提示する。ここで、図６は本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１を示す分解斜視図である。

図６を参照すると、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１は、少なくとも一部分に曲がった形状の湾曲部３０を含む自動車用のフロントサイドフレーム１であって、外側前方部１１と、上記外側前方部１１よりも車体２の後部２ｂに備えられ、上記外側前方部１１よりも引張強度が高く形成された外側後方部１２と、を備えるアウターフレーム１０と、内側前方部２１と、上記内側前方部２１よりも車体２の後部２ｂに備えられ、上記内側前方部２１よりも引張強度が高く形成された内側後方部２２と、を備えるインナーフレーム２０と、を含むことができる。

換言すると、本発明では、自動車用のフロントサイドフレームのアウターフレーム１０及びインナーフレーム２０の前方部及び後方部の素材又は特性が異なるように形成させて提供する。

ここで、本発明の自動車用のフロントサイドフレームの場合にも、曲がった形状の湾曲部３０を含み、エンジンマウントのための形状を有する。上記湾曲部３０は、上述のように、同一の素材及び特性を持つフレームが形成されれば、衝突Ｆの際に変形が発生しやすくなる部分である。

一方、本発明では、アウターフレーム１０及びインナーフレーム２０の前方部及び後方部の素材又は特性が異なるように形成させることにより、上記湾曲部３０で変形が発生しても破損しないようにするか、又は上記湾曲部３０の変形の発生を減少させる設計構造を提示する。

上記アウターフレーム１０は、自動車の外側の方向に位置するフレームであって、外側前方部１１及び外側後方部１２を備える。

ここで、上記外側後方部１２は、上記外側前方部１１よりも車体２の後部２ｂに備えられ、上記外側前方部１１よりも引張強度が高く形成されるようにすることにより、前方衝突Ｆの際に、上記外側前方部１１において衝突Ｆを吸収するように誘導する。

加えて、上記アウターフレーム１０は、上記外側前方部１１及び外側後方部１２の引張強度が異なるように形成させるために、前方セクターと後方セクターとを区別して熱処理（ＭＳ−ＨＰＦなど）を行うようになる。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記アウターフレーム１０は、上記外側後方部１２が上記外側前方部１１よりも引張強度が高く熱処理されるように、上記外側後方部１２を上記外側前方部１１よりも急冷して形成することを特徴とすることができる。

ここで、上記外側前方部１１と外側後方部１２の熱処理温度差は、必要とされる引張強度差が現れるようにする熱処理温度差に設定することが好ましい。

このような熱処理によると、上記外側後方部１２の引張強度が１１００〜１５００ＭＰａに設定されることにより、１ＧＰａ級以上の高強度となるように形成されるため、オーバーラップ衝突性能試験時にも目標数値を満たすことができるようになる。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記外側前方部１１及び外側後方部１２は、熱処理前の引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、上記外側後方部１２は、熱処理後の引張強度が１１００〜１５００ＭＰａとなるように変形されて形成されることを特徴とすることができる。

一方、上記外側前方部１１の引張強度が上記外側後方部１２よりも低く設定されることにより、上記外側後方部１２が１ＧＰａ級以上の高強度となるように形成されるため、湾曲部３０において破損が起こるという問題を防止することができるようになる。

より具体的には、外側前方部１１及び外側後方部１２により変形される部分である遷移部１３を上記湾曲部３０と重ならないように設定することにより、湾曲部３０における破損の問題を一部防止することができる。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記アウターフレーム１０は、上記外側前方部１１から外側後方部１２に変更される遷移区間である遷移部１３をさらに備え、上記遷移部１３を上記湾曲部３０が形成された部分以外の部分に位置させることを特徴とすることができる。

加えて、上記湾曲部３０で破損が発生することを最小限にするためには、上記湾曲部３０の第１湾曲部３１と第２湾曲部３２との間に遷移部１３が位置するように備えることが好ましい。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記湾曲部３０は、第１湾曲部３１と、上記第１湾曲部３１よりも車体２の後部２ｂに形成される第２湾曲部３２と、を含み、上記遷移部１３は、上記第１湾曲部３１と上記第２湾曲部３２との間の位置に備えられることを特徴とすることができる。

換言すると、上記第１湾曲部３１は上記外側前方部１１に位置し、上記第２湾曲部３２は上記外側後方部１２に位置するようになる。ここで、正面衝突Ｆ又はスモールオーバーラップ衝突Ｆの際に、引張強度が比較的小さい外側前方部１１に位置する第１湾曲部３１で変形が集中するようになるが、上記外側前方部１１は、１ＧＰａ級未満の比較的小さい強度で形成されるため、曲げ（Ｂｅｎｄｉｎｇ）による破損を防止することができるようになる。

一方、比較的引張強度が高い外側後方部１２に位置する第２湾曲部３２では、変形が集中せず、曲率半径が０に近い完全折りの状況が発生しないため、それに伴う破損の問題も発生しなくなる。

上記インナーフレーム２０は、自動車の内側方向に位置するフレームであって、内側前方部２１及び内側後方部２２を備える。

ここで、上記内側後方部２２は、上記内側前方部２１よりも車体２の後部２ｂに備えられ、上記外側前方部１１よりも引張強度が高く形成されることにより、前方衝突Ｆの際に、上記内側前方部２１において衝突Ｆを吸収するように誘導する。

加えて、上記インナーフレーム２０は、上記内側前方部２１及び内側後方部２２の引張強度を異なるように形成させるために、テーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ）溶接鋼板を用いて上記内側前方部２１及び内側後方部２２を備える。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記インナーフレーム２０は、上記内側後方部２２が上記内側前方部２１よりも引張強度が高い素材で形成されるようにするために、テーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ）溶接鋼板を用いて成形されることを特徴とすることができる。

ここで、上記内側前方部２１及び内側後方部２２を形成する素材の引張強度差は、３００〜９００ＭＰａ程度であることが好ましい。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記内側前方部２１は、引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、上記内側後方部２２は、引張強度が１１００〜１５００ＭＰａであり、延伸率が１５〜６０％であるＴＷＩＰ鋼で形成されることを特徴とすることができる。

これは、上記内側後方部２２を、引張強度が１１００〜１５００ＭＰａとなるように設定することにより、１ＧＰａ級以上の高強度を有するように形成して、オーバーラップ衝突性能試験時にも目標数値を満たすことができるようにするためのものである。

一方、上記内側前方部２１を上記内側後方部２２よりも引張強度が低くなるように設定することにより、上記内側後方部２２が１ＧＰａ級以上の高強度を有するように形成されて、湾曲部３０における破損が起こるという問題を防止することができるようになる。

より具体的には、内側前方部２１と内側後方部２２とが連結される部分である結合部２３を上記湾曲部３０と重ならないように設定することにより、湾曲部３０における破損の問題を一部防止することができる。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記インナーフレーム２０は、上記内側前方部２１と内側後方部２２とが連結される結合部２３をさらに備え、上記結合部２３を上記湾曲部３０が形成された部分以外の部分に位置させることを特徴とすることができる。

加えて、上記湾曲部３０で破損が発生することを最小限にするためには、上記湾曲部３０の第１湾曲部３１と第２湾曲部３２との間に結合部２３を位置させることが好ましい。

すなわち、本発明の一実施形態による自動車用のフロントサイドフレーム１において、上記湾曲部３０は、第１湾曲部３１と、上記第１湾曲部３１よりも車体２の後部２ｂに形成される第２湾曲部３２と、を含み、上記結合部２３は、上記第１湾曲部３１と上記第２湾曲部３２との間の位置に備えられることを特徴とすることができる。

換言すると、上記第１湾曲部３１は上記内側前方部２１に位置し、上記第２湾曲部３２は上記内側後方部２２に位置するようになる。ここで、正面衝突Ｆ又はスモールオーバーラップ衝突Ｆの際に、引張強度が比較的小さい内側前方部２１に位置する第１湾曲部３１で変形が集中するようになるが、上記内側前方部２１は、１ＧＰａ級未満の比較的小さい強度で形成されるため、曲げ（Ｂｅｎｄｉｎｇ）による破損を防止することができるようになる。

一方、比較的引張強度が高い内側後方部２２に位置する第２湾曲部３２では、変形が集中せず、曲率半径が０に近い完全折りの状況が発生しないため、それに伴う破損の問題も発生しなくなる。

特に、上記内側後方部２２に対して熱処理を行うことなく、直接高強度素材を用いて提供する理由は、上記第２湾曲部３２の曲げ発生時に、外側後方部１２が伸びて、上記内側後方部２２が圧縮変形する可能性が高いので、かかる圧縮変形時に破損する可能性が高いためである。

これに対し、直接高強度素材を用いると重量が増加するという問題が発生するため、上記外側後方部１２は、比較的軽量の素材を熱処理して所望の引張強度を有するようにする。

このような本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１が必要とする性能を満たすか否かは、図７から図１０を参照して確認することができる。

すなわち、図７は本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１の正面衝突時を示す平面図であり、図８は本発明の自動車用のフロントサイドフレーム１のスモールオーバーラップ衝突時を示す平面図である。

そして、図９は本発明及び従来の自動車用のフロントサイドフレーム１の正面衝突Ｆ時の結果を比較して示す表であり、図１０は本発明及び従来の自動車用のフロントサイドフレーム１のスモールオーバーラップ衝突Ｆ時の結果を比較して示す表である。

図７から分かるように、正面衝突Ｆの際に、後方部における変形が殆ど起こらず、上記第２湾曲部３２における変形も殆ど起こらないことが確認できる。

そして、図８の場合も、スモールオーバーラップ衝突Ｆの際に、後方部における変形が殆ど起こらないため、上記第２湾曲部３２における変形も殆ど起こらないことが確認できる。

これを数値的に確認すると、図９の表から分かるように、正面衝突Ｆの際に、従来モデルで満たしていなかった、剛壁に衝突Ｆして速度が０になるまでにかかる時間（ＴｉｍｅＴｏＺｅｒｏＶｅｌｏｃｉｔｙ：ＴＴＺＶ）、最大減速度、有効減速度の目標値を満たすことが確認できる。

そして、図１０の表は、スモールオーバーラップ衝突Ｆ時の数値を提示したもので、従来モデルでは満たしていなかったすべての評価指数を満たすことも確認できる。

Claims

少なくとも一部分に曲がった形状の湾曲部を含む自動車用のフロントサイドフレームであって、
外側前方部と、前記外側前方部よりも車体の後部に備えられ、前記外側前方部よりも引張強度が高く形成された外側後方部と、を備えるアウターフレームと、
内側前方部と、前記内側前方部よりも車体の後部に備えられ、前記内側前方部よりも引張強度が高く形成された内側後方部と、を備え、前記内側後方部が前記内側前方部よりも引張強度が高い素材で形成されるように、テーラードウェルディッドブランク（ＴＷＢ）溶接鋼板を用いて成形されるインナーフレームと、
を含み、
前記インナーフレームは、前記内側前方部と内側後方部とが連結される結合部をさらに備え、
前記結合部を前記湾曲部が形成された部分以外の部分に位置させる、自動車用のフロントサイドフレーム。
前記内側前方部は引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、
前記内側後方部は、引張強度が１１００〜１５００ＭＰａであり、延伸率が１５〜６０％であるＴＷＩＰ鋼で形成される、請求項１に記載の自動車用のフロントサイドフレーム。
前記湾曲部は、第１湾曲部と、前記第１湾曲部よりも車体の後部に形成される第２湾曲部と、を含み、
前記結合部は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部との間の位置に備えられる、請求項１に記載の自動車用のフロントサイドフレーム。
少なくとも一部分に曲がった形状の湾曲部を含む自動車用のフロントサイドフレームであって、
外側前方部と、前記外側前方部よりも車体の後部に備えられ、前記外側前方部よりも引張強度が高く形成された外側後方部と、を備えるアウターフレームと、
内側前方部と、前記内側前方部よりも車体の後部に備えられ、前記内側前方部よりも引張強度が高く形成された内側後方部と、を備え、前記外側後方部が前記外側前方部よりも引張強度が高く熱処理されるように、前記外側後方部を前記外側前方部よりも急冷して形成されるインナーフレームと、
を含み、
前記アウターフレームは、
前記外側前方部から外側後方部に変更される遷移区間である遷移部をさらに備え、
前記遷移部を前記湾曲部が形成された部分以外の部分に位置させる、自動車用のフロントサイドフレーム。
前記外側前方部及び外側後方部は、熱処理前の引張強度が６００〜８００ＭＰａである素材で形成され、
前記外側後方部は、熱処理後の引張強度が１１００〜１５００ＭＰａとなるように変形されて形成される、請求項４に記載の自動車用のフロントサイドフレーム。
前記湾曲部は、第１湾曲部と、前記第１湾曲部よりも車体の後部に形成される第２湾曲部と、を含み、
前記遷移部は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部との間の位置に備えられる、請求項４に記載の自動車用のフロントサイドフレーム。