KR100283318B1 - 자동차의 차체구조 - Google Patents

Abstract

플로어패널의 아래쪽에 차체의 전후방향으로 뻗는 플로어프레임이 배치된 자동차의 차체구조에 있어서, 그 플로어프레임을 효과적으로 보강하고 그 플로어프레임의 판두께를 얇게 설정할 수 있도록 하는 것을 그 과제로 한다.

이를 해결하기 위해서는 플로어프레임(9)의 안쪽에 보강판(16)을 경사지게 배치하고 그 상단부(17)와 하단부(18)를 플로어프레임(9)에 대해 고착한다.

Description

자동차의 차체구조

본 발명은 차내의 바닥면을 구성하는 플로어패널의 아래쪽에 차체의 전후방향으로 뻗도록 플로어프레임을 배치하고, 이 플로어프레임은 바닥벽과, 이 바닥벽의 차체폭방향의 각 측벽에서 위쪽으로 올라간 한쌍의 측벽과, 그 각 측벽의 상단테두리에서 수평방향으로 뻗어나온 한쌍의 플랜지에 의해 구성되며, 이들 플랜지가 상기 플로어패널의 하측면에 고착되어있는 자동차의 차체구조에 관한 것이다.

상기 형식의 차체구조는 트럭, 버스, 승용차 또는 그 외 형식의 자동차에 채용된다는 것은 종래부터 알려져있다(예를들어 일본국 특개소 56-108357호 공보참조). 이런 종류의 차체구조에 의하면 그 플로어패널의 하측에 플로어프레임이 배치되어있기 때문에 차체의 강도를 높일 수 있으며 차체에 대해 전후방향으로부터 큰 외력이 작용했을 때도 차체의 영구변형량을 억제할 수 있다.

그 때 플로어프레임에 의해 차체의 강도를 효과적으로 높이기 위해서는 플로어프레임의 판두께를 두껍게 설정하여 플로어프레임의 강도를 충분히 높일필요가 있다. 그러나 이와같이 플로어프레임의 판두께를 두껍게하면 차체전체의 중량이 증대하고, 그만큼 원가가 높아진다는 결점을 피할 수 없다.

그래서 플로어프레임에 보강부재를 마련하여 플로어프레임을 보강하고, 그 전체의 강도를 높이는 것에 의해 플로어프레임자체의 판두께를 얇게하는 것이 생각하고 있다. 예를들어 플로어프레임의 바닥벽과 양 측벽을 따르는 대략 U자형의 보강부재를 플로어프레임의 내측면에 고착하거나 또는 각 단테두리가 플로어프레임의 양 측벽에 고착되는 수평모양으로 위치하는 보강부재를 마련하는 것이다. 그러나 본 발명자가 검토한 바에 의하면 단순히 이와같은 보강부재를 플로어프레임에 부설하는 것 만으로는 그 강도를 생각만큼 높일 수 없으며 또한 큰 효과를 기대할 수 없다는 것을 알게 되었다.

본 발명은 상술한 새로운 인식에 기초하여 행해진 것으로서 그 목적으로 하는 바는 차체의 강도를 높이고 또한 플로어프레임의 판두께를 충분히 얇게 할 수 있는 자동차의 차체구조를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 차체구조로서 상기 플로어프레임의 바닥벽 및 양 측벽 및 플로어패널에 의해 구획된 공간내에 이 플로어프레임의 긴쪽방향 전 길이중 적어도 일부에 걸쳐 뻗는 보강판이 배치되고, 이 보강판은 상기 공간을 양분하도록 그 상단부에서 하단부를 향해 경사지게 아래쪽으로 배치되고, 그 상단부와 하단부중 적어도 상단부가 플로어프레임에 고착되어있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체구조를 제안한다(청구항 1).

그 때 상기 청구항 1에 기재한 차체구조에 있어서, 상기 플로어프레임에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 상기 보강판에 대해 그 폭방향으로 압축하중이 가해지도록 이 보강판의 경사모양과 위치가 정해지며 또한 이 보강판의 상단부와 하단부중 상단부만이 플로어프레임에 고착되어있으면 유리하다(청구항 2).

또 상기 청구항 1에 기재한 차체구조에 있어서, 상기 플로어프레임에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 상기 보강판에 대해 그 폭방향으로 인장하중이 가해지도록 이 보강판의 경사모양과 위치가 정해지며 또한 이 보강판의 상단부와 하단부가 동시에 플로어프레임에 고착되어있으면 유리하다(청구항 3).

도 1은 트럭의 운전실을 도시하는 측면도.

도 2는 도 1에 도시하는 운전실의 윤곽을 쇄선으로 나타내고, 일부의 요소만을 실선으로 나타낸 개략평면도.

도 3은 도 2의 III-III선 확대단면도.

도 4는 도 2의 IV-IV선 확대단면도.

도 5는 보강판을 마련했을 때의 플로어프레임의 변형전과 영구변형후의 모습을 나타내는 단면설명도.

도 6은 보강판의 경사위치모양을 바꾼 예를 나타내는 도 3과 같은 단면도.

도 7은 보강판의 다른 예를 도시하는 도 3과 같은 단면도.

도 8은 보강판의 또 다른 예를 도시하는 도 3과 같은 단면도.

도 9는 보강판이 없을 때의 플로어프레임의 변형전과 영구변형의 모습을 나타내는 단면설명도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 차체 4: 플로어패널

9: 플로어프레임 9a: 플로어프레임

10: 바닥벽 10a: 바닥벽

11: 측벽 11a: 측벽

12: 플랜지 12a: 플랜지

16: 보강판 16a: 보강판

17: 상단부 17a: 상단부

18: 하단부 18a: 하단부

W: 폭방향

다음 본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 차체구조를 갖춘 자동차의 일예인 트럭의 운전실을 도시하는 측면도이고, 도 2는 운전실의 외형윤각을 쇄선으로 나타내어 그 일부의 요소만을 실선으로 도시한 평면도이다. 또 본 명세서에 있어서 사용하는「앞」또는「뒤」라는 말은 자동차의 전진방향(F)을 기준으로 한 전후를 의미하며 그 전후방향에 대해 직교하는 방향이 차체의 폭방향(W)이다.

도 1 및 도 2에 있어서 트럭의 차체(1) 즉 캡은 차내의 상부를 구획하는 루프패널(2), 차체(1)의 측부를 구성하는 쿼터패널(3), 차내의 바닥면을 구성하는 플로어패널(4), 차내의 후부를 구획하는 백패널(5), 차체의 앞부분에 위치하는 프론트패널(6) 등의 각 종 패널을 가지고 있다. 또 부호 7은 프론트필러, 부호 8은 차내앞부분에 마련된 프론트유리를 각각 나타내고 있다. 또 도시한 차체구조에 있어서는 플로어패널(4)의 아래쪽에 도 2에 실선으로 도시하는 것과 같이 차체(1)의 전후방향으로 뻗는 플로어프레임(9)(9a)이 배치되며 본 예에서는 차체(1)의 폭방향(W)의 중심(CL)에 대해 대략 대칭으로 한쌍의 플로어프레임(9)(9a)이 마련되고있다. 이들 플로어프레임(9)(9a)은 이들이 대칭인 점을 빼고 실질적으로 같은 구조를 가지고 있다.

도 2의 III-III선 및 IV-IV선 확대단면도인 도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이 각 플로어프레임(9)(9a)은 바닥벽(10)(10a)과, 이 바닥벽(10)(10a)의 차체폭방향(W)의 각 측테두리로부터 위쪽으로 올라간 한쌍의 측벽(11)(11a)과, 그 각 측벽(11)(11a)의 상단테두리에서 수평방향 바깥쪽으로 뻗어있는 한쌍의 플랜지(12)(12a)에 의해 구성되고, 바닥벽(10)(10a), 양 측벽(11)(11a) 및 양 플랜지(12)(12a)가 일체로 되어 차체(1)의 전후방향으로 길게 뻗어있다. 각 플로어프레임(9)(9a)은 대략 U자형의 횡단면형상을 가지고 있다. 또 이들 플랜지(12)(12a)가 도 3 및 도 4에 X표시로 나타낸 것과 같이 스포트용접에 의해 플로어패널(4)의 하측면에 고착되고 있다.

상술한 것과 같이 구성된 플로어프레임(9)(9a)은 도시하지 않은 중간부재를 통해 샷시프레임(13)에 각각 지지되고, 이에 따라 차체(1)가 샷시프레임(13)에 탑재된다. 차체(1)의 뒤쪽의 샷시프레임부분에는 도시하지 않은 화물대가 지지되고 있다. 또 상술한 차체(1)의 각 패널, 프론트필러(7), 플로어프레임(9)(9a)은 예를들어 강판등의 고강도재료로 구성되어있다.

각 플로어프레임(9)(9a)에는 도 3 및 도 4와 같이 그 내측면을 따라 배치된 대략 U자형의 제 1보강부재(14)(14a)가 고착되어있음과 동시에 수평모양으로 위치한 제 2보강부재(15)(15a)의 각 단테두리가 제 1보강부재(14)(14a)를 통해 각 플로어프레임(9)(9a)의 각 측벽(11)(11a)에 고착되어있다. 이들 보강부재(14)(14b)(15)(15b)도 예를들어 강판등의 고강도재료로 구성되며 각 플로어프레임(9)(9a)의 전 길이 또는 그 일부에 걸쳐 마련되고있다.

여기서 예를들어 주행중인 트럭에 대해 그 앞쪽에서 큰 외력(P)이 작용했다고 하면 차체(1)의 뒤쪽에는 화물대가 위치하고 있기 때문에 이 차체(1)에는 전후로부터 큰 하중을 받게 된다. 이에 따라 차체(1)가 압축변형하고자 하지만 이 때 플로어프레임(9)(9a)의 보강기능에 의해 차체(1)의 영구변형, 즉 그 소성변형이 억제된다.

이와같이 플로어프레임(9)(9a)에 의해 차체(1)의 강도를 높일 수 있지만 종래는 그 강도를 더욱 더 확실히 높이기 위해서는 플로어프레임을 판두께가 두꺼운 것으로 구성했기 때문에 차체의 중량이 증대하고, 그 원가가 상승한다는 결점을 피할 수 없었다.

본 예의 플로어프레임(9)(9a)에는 상술한 것과 같이 제 1 및 제 2보강부재(14)(14a)(15)(15a)가 고착되고 이에 따라 플로어프레임(9)(9a)이 보강되어있기는 하지만 이러한 보강부재만으로는 플로어프레임(9)(9a)을 충분히 보강할 수 없고, 이 프레임(9)(9a)의 판두꼐를 충분히 내릴 수 없었다.

본 발명자는 그 원인을 해명하기 위해 플로어프레임이 소성변형하는 모습을 해석한 결과 다음과 같은 사실을 알수 있게 되었다.

도 9(b)는 트럭이 앞쪽에서 큰 외력(P)을 받고, 제 1 및 제 2보강부재(14)(15)가 마련된 플로어프레임(9)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 플로어프레임(9)의 영구변형상태를 도시하는 설명도로서 도 9(a)는 그 변형전의 모습을 나타내고 있다. 도 9(b)에서 알 수 있는 것과 같이 플로어프레임(9)에 큰 압축하중이 작용하면 플로어프레임(9)은 그 바닥벽(10)과 양측벽(11)의 횡단면 형상이 평행사변형을 이루도록 찌부러진다. 도 9의(a)에 도시하는 것과 같이 변형전은 대략 직사각형의 횡단면형상이었던 플로어프레임(9)이 성냥갑을 찌부러뜨린 것과 같이 영구변형하는 것이다. 다른쪽의 플로어프레임(9a)은 도 9(b)에 도시한 플로어프레임(9)과 대칭상태로 찌부러져 변형한다.

여기서 플로어프레임(9)에는 제 1 및 제 2보강부재(14)(15)가 고착되고있지만 이들 부재(14)(15)는 플로어프레임(9)이 평행사변형상으로 찌부러져 변형하는 것을 효과적으로 저지할 수 없다. 플로어프레임(9)이 일단 평행사변형상으로 영구변형하면 그 단면형상의 변화에 의해 단면강도가 극도로 저하한다. 이와같은 이유로 제 1 및 제 2보강부재(14)(15)를 마련하는 것만으로는 플로어프레임(9)을 효과적으로 보강할 수 없으며 종래는 판두께를 상당히 두껍게 설정하여 이것이 평행사변형상으로 찌부러짐변형하는 것을 저지할 수 밖에 없었다.

그래서 본 예의 차체구조에 있어서는 상술한 점에 착목하여 도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이 플로어프레임(9)(9a)의 바닥벽(10)(10a) 및 양 측벽(11)(11a) 및 플로어프레임(4)에 의해 구획된 공간(S)내에 그 플로어프레임(9)(9a)의 긴쪽방향 중 적어도 일부에 걸쳐 뻗는 보강판(16)(16a)이 배치되어있다. 그리고 그 보강판(16)(16a)은 상기 공간(S)을 양분하도록 그 상단부(17)(17a)에서 하단부(18)(18a)를 향해 경사지는 모양으로 아래쪽에 배치되어있다. 도시한 예에서는 도 2에 Q로 도시한 범위에 각 보강판(16)(16a)이 마련되어있지만 플로어프레임(9)(9a)의 전 길이에 걸쳐 보강판(16)(16a)을 뻗게할 수도 있다. 또 뒤에 설명한 것과 같이 보강판(16)(16a)은 그 상단부(17)(17a)과 하단부(18)(18a)중 적어도 상단부(17)(17a)가 플로어프레임(9)(9a)에 고착되어있다.

도 3 및 도 4에 도시한 예에서는 보강판(16)(16a)의 상단부(17)(17a)가 차체의 폭방향중심(CL)에서 떨어진 쪽, 즉 차체폭방향 외측에 위치하고 하단부(18)(18a)가 차체(1)의 폭방향 중심(CL)에 가까운 위치를 차지하며 그 상단부(17)(17a)와 하단부(18)(18a)가 아크용접(AC)에 의해 제 1보강부재(14)(14a)에 용접되고 이에 따라 각 보강판(16)(16a)이 플로어프레임(9)(9a)에 대해 고착되고 있다.

도 9(b)에 도시한 것과 같이 플로어프레임(9)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용하면 플로어프레임(9)은 그 횡단면형상이 평행사변형상으로 찌부러져 변형하려고 한다. 그러나 이 때 플로어프레임(9)의 안쪽에는 경사진모양으로 배치된 보강판(16)이 마련되어있기 때문에 이 보강판(16)에 의해 플로어프레임(9)이 찌부러져 변형되는 것을 저지하고, 또한 플로어프레임(9)이 크게 영구변형하는 것을 저지한다. 도 5의 (a)(b)는 보강판(16)을 마련했을 때 플로어프레임(9)의 변형전과 영구변형후의 모습을 나타내는 설명도이며 이 도면으로부터 보강판(16)에 의해 플로어프레임(9)이 찌부러지도록 영구변형하는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 도 4에 도시한 보강판(16a)도 마찬가지로 작용하고, 플로어프레임(9a)의 찌부러짐 변형을 저지한다.

상술한 것과 같이 플로어프레임(9)(9a)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 보강판(16)(16a)에 의해 플로어프레임(9)(9a)의 영구변형을 저지하고, 또는 억제할 수 있기 때문에 각 플로어프레임(9)(9a)은 그 본래의 보강효과를 발휘한다. 이 때문에 플로어프레임(9)(9a)의 판두께를 종래보다도 상당히 얇게 설정해도 차체(1)의 강도를 유지할 수 있고 이로써 차체(1)의 중량을 경감할 수 있으며 원가도 낮출 수 있게 된다. 또 제 1 및 제 2보강부재(14)(14a)(15)(15a)를 생략해도 보강판(16)(16a)에 의해 플로어프레임(9)(9a)의 찌부러짐 변형을 방지할 수 있다. 이는 뒤에 설명하는 예에 있어서도 마찬가지이다.

도 6에 도시하는 것과 같이 보강판(6)의 경사진 모양과 위치를 도 3의 경우와 같이 역으로 할 수도 있다. 다른쪽의 플로어프레임(8a)에 마련되는 보강판(16a)도 마찬가지이다.

여기서 도 3 및 도 4에 도시하는 예에서는 차체(1)에 외력(P)이 가해지고, 이에 따라 플로어프레임(9)(9a)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 도 9(b)에 도시한 플로어프레임의 변형상태로부터 알 수 있는 것과 같이 보강판(16)(16a)에는 플로어프레임(9)(9a)에 의해 보강판(16)(16a)의 폭방향에 압축하중이 가해진다. 따라서 이 경우에는 보강판(16)(16a)의 상단부(17)(17a)가 플로어프레임(9)(9a)에 대해 고착되어있으면 그 하단부(18)(18a)는 플로어프레임(9)(9a)에 대해 고착되어있지 않아도 보강판(16)(16a)은 상술한 보강기능을 발휘한다. 즉 플로어프레임(9)(9a)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 보강판(16)(16a)에 대해 그 폭방향으로 압축하중이 가해지도록 보강판(16)(16a)의 경사진 모양과 위치를 정하고, 또한 보강판(16)(16a)의 상단부(17)(17a)와 하단부(18)(18a)중 상단부만을 플로어프레임(9)(9a)에 고착하도록 구성할 수 있는 것이다. 이에 따라 보강판(16)(16a)의 하단부(18)(18a)에 대해 용접(AC)을 실시할 필요가 없어지고, 보강판(16)(16a)의 플로어프레임(9)(9a)에 대한 부착작업을 간소화할 수 있으며 그 원가를 저감할 수 있다.

한편 보강판(16)을 도 6에 도시한 것 같이 배치하면 플로어프레임(9)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때, 도 9(b)에 도시한 플로우프레임의 변형상태에서 알 수 있는 것과 같이 보강판(16)에는 인장하중이 작용한다. 이 경우에는 그 보강판(16)의 상단부(17)와 하단부(18)를 모두 플로어프레임(9)에 대해 고착하지 않으면 그 보강판(16)이 플로어프레임(9)을 보강하는 기능을 이룰 수 없다. 즉 이 경우에는 플로어프레임(9)에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 보강판(16)에 대해 그 폭방향으로 인장하중이 가해지도록 그 보강판(16)의 경사진 모양과 위치를 정하고, 그 보강판(16)의 상단부(17)와 하단부(18)를 모두 플로어프레임(9)에 고착하도록 구성하는 것이다. 다른쪽의 플로어프레임(9a)에 마련된 보강판(16a)에 대해서도 마찬가지이다.

이 구성에 의하면 보강판(16)의 상단부(17)와 하단부(18)에 대해 용접(AC)을 실시할 필요가 있지만 플로어프레임(9)에 압축하중이 작용했을 때 보강판(16)에는 인장하중이 작용하기 때문에 이에 압축하중이 가해진 경우에 비교하여 그 판두께가 얇아도 이것이 구부러져 변형되는 것을 저지할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

상술한 것과 같이 보강판(16)(16a)은 그 상단부(17)(17a)와 하단부(18)(18a)중 적어도 상단부(17)(17a)가 플로어프레임(9)(9a)에 고착되는 것이다.

플로어프레임(9)(9a)에 대한 보강판(16)(16a)의 부착양태는 상술한 예에 한정되지 않고 적절히 선택할 수 있다. 예를들어 도 7에 도시하는 것과 같이 보강판(16)의 상단부(17)를 큰 면적으로 플로어프레임(9)의 측벽(11)에 밀착시키고, 이 상단부(17)를 그 측벽(11)과 제 2보강부재(15)사이에 끼워 이들을 X표시를 붙여 도시하는 스포트용접에 의해 고착할 수도 있다. 또 도 7의 예에서는 보강판(16)의 하단부(18)가 플로어프레임(9)의 바닥벽(10)에 스포트용접 되어있음과 동시에 그 하단부(18)에 연장부(19)가 형성되며 그 연장부(19)가 플로어프레임(9)의 측벽(11)에 밀착함과 동시에 그 상단부가 측벽(11)과 제 2보강부재(15)사이에 끼워지며 이것들이 스포트용접에 의해 고착되고 있다. 이 예에서는 제 1보강부재는 마련되고 있지 않다.

또 도 8에 도시하는 예에서는 보강판(16)의 상단부(17)는 도 7과 마찬가지로 구성되어있지만 하단부(18)는 플로어프레임(9)의 내면으로부터 이간하고 있다. 여기에 도시한 플로어프레임(9)에 대해 압축하중이 작용했을 때 보강판(16)은 그 하단부(18)가 플로어프레임(9)에 충돌하거나 이 보강판(16)에는 압축하중이 작용하기 때문에 통상의 상태에서는 그 하단부(18)가 플로어프레임(9)으로부터 떨어져있어도 지장없다.

본 발명은 트럭에 한정되지 않고 버스, 승용차 등의 자동차의 차체구조에도 널리 적용할 수 있는 것이다.

청구항 1에 기재한 차체구조에 의하면 경사진 모양으로 마련되어있는 보강판에 의해 플로어프레임의 찌부러짐변형을 효과적으로 억제할 수 있고, 이에 따라 플로어프레임의 판두께를 종래보다도 상당히 얇게 설정할 수 있다.

청구항 2에 기재한 차체구조에 의하면 보강판의 하단부를 플로어프레임에 대해 고착하지 않기 때문에 보강판을 플로어프레임에 용이하게 부착할 수 있다.

청구항 3에 기재한 차체구조에 의하면 플로어프레임에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 보강판에 인장하중이 작용하기 때문에 보강판의 판두께를 얇게 설정해도 보강판에 의해 플로어프레임을 확실하게 보강할 수 있다.

Claims (3)

1. 차내의 바닥면을 구성하는 플로어패널의 아래쪽에 차체의 전후방향으로 뻗는 플로어프레임이 배치되고, 이 플로어프레임은 바닥벽과, 이 바닥벽의 차체폭방향의 각 측벽에서 위쪽으로 올라간 한쌍의 측벽과, 그 각 측벽의 상단테두리에서 수평방향으로 뻗어나온 한쌍의 플랜지에 의해 구성되며, 이들 플랜지가 상기 플로어패널의 하측면에 고착되고 있는 자동차의 차체구조에 있어서,

   상기 플로어프레임의 바닥벽 및 양 측벽 및 플로어패널에 의해 구획된 공간내에 이 플로어프레임의 긴쪽방향 전 길이중 적어도 일부에 걸쳐 뻗어있는 보강판이 배치되고, 이 보강판은 상기 공간을 양분하도록 그 상단부에서 하단부를 향해 경사지게 아래쪽으로 배치되며, 그 상단부와 하단부 중 적어도 상단부가 플로어프레임에 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 플로어프레임에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 상기 보강판에 대해 그 폭방향으로 압축하중이 가해지도록 이 보강판의 경사진 모양과 위치가 정해지고 또한 이 보강판의 상단부와 하단부중 상단부만이 플로어프레임에 고착되어있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 플로어프레임에 대해 그 긴쪽방향으로 압축하중이 작용했을 때 상기 보강판에 대해 그 폭방향으로 인장하중이 가해지도록 이 보강판의 경사진 모양과 위치가 정해지고 또한 이 보강판의 상단부와 하단부가 모두 플로어프레임에 고착되어있는 것을 특징으로 하는 자동차의 차체구조.