KR101198660B1

KR101198660B1 - 자동차용 서브프레임

Info

Publication number: KR101198660B1
Application number: KR1020110044314A
Authority: KR
Inventors: 이상일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-11-12
Also published as: US20120286543A1

Abstract

본 발명은 자동차용 서브프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충돌 발생시 리어 마운팅부의 내구 및 충돌 성능을 모두 만족하는 자동차용 서브프레임에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 상호 이격된 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스가 조립되고, 마운팅 볼트를 통해 샤시에 결합되는 리어 마운팅 브라켓을 갖는 자동차용 서브프레임에 있어서,
상기 로워 레인포스는 볼트 홀과 연결되는 볼트 밀림 유도 트임 라인이 형성되고 상기 어퍼 레인포스는 파이프 너트의 앞뒤 양측으로 각기 브라켓 변형 유도 홀이 형성되어서, 충돌 하중 작용시 상기 마운팅 볼트의 위치 이탈을 유도하는 동시에 상기 어퍼 레인포스의 변형을 유도할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임을 제공한다.

Description

자동차용 서브프레임 {Subframe of automobile}

본 발명은 자동차용 서브프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충돌 발생시 리어 마운팅부의 내구 및 충돌 성능을 모두 만족하는 자동차용 서브프레임에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 차체는 여러 가지의 패널과 프레임이 상호 적절하게 조합되어 이루어지는 것으로, 특히 차체의 프레임 구조는 구조적 강성을 결정하는데 큰 영향을 미치기 때문에, 보통 차체는 다양한 형태의 구조로 제안되어 주행이나 충돌시 차체로 전달되는 충격력을 효과적으로 분산/흡수할 수 있도록 설계되고 있다.

종래 4륜 구동형의 차량에 있어서 후방 차체는 도 1과 같이 댐퍼 등이 연결 설치되는 서브프레임(1)과, 이 서브프레임(1)의 좌우 양측에서 마운팅 부재를 매개로 결합됨과 더불어 차체의 길이방향을 따라 길게 배치되는 사이드 프레임(8) 등을 포함하여 이루어져 있다.

종래의 서브프레임은 리어 마운팅 브라켓을 통해 샤시에 결합되어 있으며, 차량의 충돌 발생시 리어 마운팅 브라켓 패널이 찢어지는 내구 문제를 해결하기 위해, 리어 마운팅 브라켓의 최소 응력 지수 부위(내구 성능 해석시 가장 취약한 부위임)에 레인포스(reinforce)를 추가한 구조로 이루어져 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 서브프레임의 리어 마운팅 브라켓(2)에는 내구 개선을 위해 도 3과 같은 어퍼 레인포스(3)와 로워 레인포스(4)가 상하로 상호 이격 설치되고, 상기 어퍼 레인포스(3)와 로워 레인포스(4) 사이에 용접으로 고정된 하부 파이프(5) 및 상기 리어 마운팅 브라켓(2)을 샤시(9)에 조립 고정하기 위한 마운팅 부재(6)가 장착되어 있다.

그러나, 종래 서브프레임은 리어 마운팅부의 내구 문제를 해결하기 위해 설치한 리어 마운팅 브라켓의 레인포스로 인해 충돌시 차체에 가해진 충돌 하중으로 인해 발생하는 차량 펄스(혹은 차량 펄스 가혹도)가 증가하게 되고, 그에 따라 승객 상해치가 증가하여 충돌 성능이 악화되는 문제를 초래하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 리어 마운팅부에 있어, 충돌 발생시 로워 레인포스를 샤시에 조립된 마운팅 볼트의 위치 변경을 유도할 수 있는 구조로 형성하고, 또한 어퍼 레인포스를 자체 변형을 유도할 수 있는 구조로 형성하여, 리어 마운팅부의 내구 및 충돌 성능을 모두 만족할 수 있는 자동차용 서브프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상호 이격된 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스가 조립되고, 마운팅 볼트를 통해 샤시에 결합되는 리어 마운팅 브라켓을 갖는 자동차용 서브프레임에 있어서,

상기 로워 레인포스는 볼트 홀과 연결되는 볼트 밀림 유도 트임 라인이 형성되고 상기 어퍼 레인포스는 파이프 너트의 앞뒤 양측으로 각기 브라켓 변형 유도 홀이 형성되어서, 충돌 하중 작용시 상기 마운팅 볼트의 위치 이탈을 유도하는 동시에 상기 어퍼 레인포스의 변형을 유도할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임을 제공한다.

바람직하게, 상기 볼트 밀림 유도 트임 라인은 로워 레인포스의 가장자리 중 가장 근접한 가장자리까지 연장되어 상기 로워 레인포스의 일측을 개구하도록 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 변형 유도 홀은 파이프 너트에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 좌우 방향을 따라 형성되는 제1홀과, 마운팅 볼트의 몸체에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 상기 제1홀의 맞은 편에 좌우 방향으로 형성되는 제2홀로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 서브프레임은 기존에 충돌 성능 악화를 초래한 근본적인 부위인 리어 마운팅부의 레인포스 구조를 개선하여, 충돌 하중으로 인해 발생하는 차량 펄스 가혹도를 감소하게 되고, 그에 따라 승객 상해치가 감소하여 충돌 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있으며, 이에 따라 리어 마운팅부의 내구 및 충돌 성능을 모두 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 자동차용 서브프레임의 리어 마운팅부를 나타낸 도면
도 2는 도 1의 A-A에서 바라본 단면도
도 3은 도 2의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스를 도시한 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 서브프레임의 리어 마운팅부 구성을 도시한 분해 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 서브프레임의 리어 마운팅부를 도시한 조립 사시도
도 6은 도 5의 B-B 단면을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 어퍼 레인포스와 로워 레인포스를 도시한 사시도
도 8은 본 발명의 시험예에 따른 펄스 가혹도 해석 결과를 나타낸 비교 도면

본 발명은 차량 하부에 설치되는 서브프레임에 관한 것으로, 특히 기존 충돌 성능의 악화를 초래한 근본적인 부위인 레인포스를 추가한 서브프레임의 리어 마운팅부, 즉 리어 마운팅 브라켓 부위의 충돌 성능을 개선하여 내구 및 충돌 성능을 모두 만족할 수 있는 구조를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 서브프레임은 일측의 리어 마운팅 브라켓(10)을 통해 차량의 샤시(9)와 연결 결합되고, 상기 리어 마운팅 브라켓(10)에는 내구 성능을 높이기 위해 도 7과 같은 레인포스(11,14)가 설치된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 레인포스(11,14)는 리어 마운팅 브라켓(10)에 직접 밀착되게 조립되는 로워 레인포스(11)와, 상기 로워 레인포스(11)에서 일정 간격으로 이격되어 리어 마운팅 브라켓(10)에 조립되는 어퍼 레인포스(14)로 이루어진다.

즉, 상기 어퍼 레인포스(14)와 로워 레인포스(11)는 리어 마운팅 브라켓(10)의 소정 부위에서 서로 상하로 이격되어 설치된다.

그리고, 상기 어퍼 레인포스(14)를 관통한 하부 파이프(16)는 로워 레인포스(11) 위에 놓인 구조로 어퍼 레인포스(14)와 용접 결합되며, 상기 로워 레인포스(11)와 하부 파이프(16)는 소음 방지용 실러를 통해 연결된다.

또한, 상기 어퍼 레인포스(14) 위에는 파이프 너트(17)가 용접 조립되고, 상기 파이프 너트(17)는 샤시(9)와 리어 마운팅 브라켓(10), 레인포스(11,14) 및 하부 파이프(16)를 관통한 마운팅 볼트(18)와 체결되며, 이를 통해 리어 마운팅 브라켓(10)은 샤시(9)와 조립 및 결합된다.

즉, 레인포스(11,14)가 조립되어 있는 상기 리어 마운팅 브라켓(10)은 마운팅 볼트(18)와 파이프 너트(17)를 통해 샤시(9)와 조립 연결된다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 로워 레인포스(11)에는 마운팅 볼트(18)가 관통하게 되는 볼트 홀(12)과 연결된 볼트 밀림 유도 트임 라인(13)이 형성된다.

상기 볼트 밀림 유도 트임 라인(이하, 트임 라인이라고 함)(13)은 충돌 발생시 상기 마운팅 볼트(18)가 충돌 하중에 의해 밀리면서 위치 이동함에 의해 충격을 흡수할 수 있는 구조로 설계 및 형성되며, 상기 볼트 홀(12)에서 로워 레인포스(11)의 가장자리까지 연장되어 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 트임 라인(13)은 볼트 홀(12)의 일측을 시작점으로 하여 로워 레인포스(11)의 가장자리 중 가장 근접한 가장자리로 연장되며, 이에 따라 로워 레인포스(11)의 일측을 개방 혹은 개구하게 형성된다.

따라서, 상기 마운팅 볼트(18)는 충돌 하중 작용시 트임 라인(13)을 따라 초기 위치로부터 밀림 이동되면서 충격 에너지를 흡수하게 되고, 충격 에너지의 크기에 따라 로워 레인포스(11) 또는 리어 마운팅 브라켓(10)에서 이탈함도 가능하다.

즉, 상기 마운팅 볼트(18)는 트임 라인(13)을 통해 밀림 이동 및 이동 방향이 유도됨에 있어 초기 위치로부터 충격 에너지의 크기에 따른 위치 변경 및 이탈이 가능하고, 이를 통해 충격 흡수 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 트임 라인(13)은 마운팅 볼트(18)의 몸체 폭보다 작은 너비로 형성되며, 상기 마운팅 볼트(18)는 밀림시 트임 라인(13) 양측의 로워 레인포스(11) 패널을 좌우로 밀면서 위치 이동하게 된다.

다시 말해, 상기 트임 라인(13)은 충돌 하중을 받은 마운팅 볼트(18)가 반드시 로워 레인포스(11) 혹은 리어 마운팅 브라켓(10)을 이탈하도록 유도됨에 의하여 충격 에너지를 흡수하는 것은 아니라, 상기 마운팅 볼트(18)가 트임 라인(13)을 따라 위치 변경이 유도되어 초기 위치로부터 위치 이동/이탈됨에 의해 충격 에너지를 흡수할 수 있음에 특징이 있다.

즉, 상기 트임 라인(13)은 마운팅 볼트(18)가 로워 레인포스(11) 혹은 리어 마운팅 브라켓(10)으로부터 완전히 분리되지 않아도 마운팅 볼트(18)의 위치 변경 자체만으로도 충돌시 충격을 흡수하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 어퍼 레인포스(14)는 파이프 너트(17)의 앞뒤 양측으로 각기 슬릿 형상의 브라켓 변형 유도 홀(15)이 형성되어서, 충돌 하중 작용시 어퍼 레인포스(14) 패널의 변형을 유도할 수 있다.

상기 브라켓 변형 유도 홀(이하, 변형 유도 홀이라고 함)(15)은 충돌 발생시 어퍼 레인포스(14) 자체가 찢어지거나 또는 어퍼 레인포스(14)가 변형되면서 리어 마운팅 브라켓(10)의 변형을 유도하여 충격을 흡수할 수 있는 구조로서 최적 위치에 형성된다.

예컨대, 상기 변형 유도 홀(15)은 파이프 너트(16)에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 좌우 방향을 따라 형성되는 제1홀(15a)과, 마운팅 볼트(18)의 몸체에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 상기 제1홀(15a)의 맞은 편에 좌우 방향으로 형성되는 제2홀(15b)로 이루어질 수 있다.

따라서, 어퍼 레인포스(14)는 충돌 발생시 상기 변형 유도 홀(15)의 부재시보다 쉽게 구겨지거나 찢어지는 등 패널의 자체 변형을 유도하여 충돌 충격을 흡수할 수 있다.

이와 같이 서브프레임의 리어 마운팅부에 본 발명에 따른 구조를 적용함에 의해, 충돌 하중에 대해 어퍼 레인포스 패널의 변형과 동시에 마운팅 볼트의 후방 밀림을 유도하여 충돌 충격을 흡수할 수 있다.

즉, 충돌시 차량에 가해진 충돌 하중으로 인해 발생하는 차량 펄스(혹은 차량 펄스 가혹도)가 감소하게 되고, 그에 따라 승객 상해치가 감소하는 등 충돌 성능이 향상되는 효과를 얻음으로써 내구 및 충돌 성능을 모두 만족할 수 있으며, 그 결과 NCAP 등급 기준치를 상회하는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 서브프레임의 내구 및 차량 펄스 해석 결과를 통해 본 발명에 따른 효과를 구체적으로 살펴보도록 한다.

실시예

서브프레임의 리어 마운팅 브라켓에 조립하기 위한 시작품으로서 도 7 및 표 1과 같은 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스를 제조하였다.

비교예 1

서브프레임의 리어 마운팅 브라켓에 조립하기 위한 시작품으로서 도 3 및 표 1과 같은 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스를 제조하였다.

비교예 2

서브프레임의 리어 마운팅 브라켓에 조립하기 위한 시작품으로서 표 1과 같은 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스를 제조하였다.

시험예

상기 실시예와 비교예 1,2의 레인포스를 동일한 조건으로 차량의 프론트 서브프레임의 리어 마운팅부에 장착한 다음, 동일 조건 하에서 각각 충돌 시험을 실시하고, 내구 성능 및 충돌 성능을 평가하였다.

상기 실시예와 비교예 1,2의 레인포스를 채용한 서브프레임의 리어 마운팅부에 대해 각기 과도하중[VTL(Virtual Test Lab.)을 이용한 하중 1G의 브레이킹 & 코너링(BRAKING & CORNERING)]을 적용하여 서브프레임 리어 마운팅부의 응력지수를 평가하였고, 또한 B/G 내구해석 및 XC 내구해석에 의한 리어 마운팅부의 내구지수를 평가하였으며, 그 결과는 도 8 및 표 1 ~ 2에 나타내었다.

도 8은 충돌 시험시 차량에 가해진 충돌 하중에 의한 차량 펄스 가혹도를 나타낸 비교 도면이다.

상기 시험예의 결과, 표 1에서 알 수 있듯, 실시예와 비교예 1,2 모두 응력지수 1.0 이상과 내구지수 1.0 이상을 만족하였음을 확인할 수 있었다.

표 2에서 알 수 있듯, 실시예의 경우 차량 펄스 가혹도를 목표치 55% 이하로 만족한 반면, 비교예 1,2의 경우 차량 펄스 가혹도 목표치를 만족하지 못하였다. 이에 따라 충돌 상해치는 본 발명에 따른 실시예만 만족하였음을 알 수 있다.

특히, 도 8의 충돌 하중에 의한 차량 펄스 가혹도를 해석한 결과 그래프에서 알 수 있듯, 비교예 1,2의 경우 시간 0.035s 부근에서 차량 펄스가 최대치를 나타낸 반면, 실시예의 경우 비교예 1,2 대비 시간 0.035s 부근에서 차량 펄스를 크게 줄일 수 있었다.

또한, 비교예 1,2의 경우 마운팅 볼트가 서브프레임 상에서 위치 이탈하지 못한 반면, 실시예의 경우 마운팅 볼트가 서브프레임 상에서 충돌 하중에 의해 밀림되어 위치 이동되었음을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 내구 및 차량 펄스 가혹도를 해석한 결과, 서브프레임의 리어 마운팅부에 본 발명에 따른 구조를 적용함에 의해 충돌시 차체 동적 변위를 증대시킬 수 있고, 그에 따라 차량 펄스 가혹도가 감소됨을 확인할 수 있었다.

그리고, 펄스 가혹도가 크게 감소됨에 따라 충돌시 승객 상해치를 저감하여 표 3과 같이 북미 충돌 강화 NCAP의 정면 등급이 상승되고 종합 등급제 목표치를 만족할 수 있었다.

이와 같이 본 발명은 마운팅 볼트가 서브프레임으로부터 완전히 분리되게 함보다 어퍼 레인포스 등의 패널 변형과 함께 기존 위치로부터 마운팅 볼트의 위치 변화를 통해 충돌 상해치를 저감하여 NCAP 등급을 만족하는 시험결과를 얻을 수 있었다.

10 : 리어 마운팅 브라켓
11 : 로워 레인포스
12 : 볼트 홀
13 : 볼트 밀림 유도 트임 라인
14 : 어퍼 레인포스
15 : 브라켓 변형 유도 홀
15a : 제1홀
15b : 제2홀
16 : 하부 파이프
17 : 파이프 너트
18 : 마운팅 볼트

Claims

상호 이격된 구조의 어퍼 레인포스와 로워 레인포스가 조립되고, 마운팅 볼트를 통해 샤시에 결합되는 리어 마운팅 브라켓을 갖는 자동차용 서브프레임에 있어서,
상기 로워 레인포스는 볼트 홀과 연결되는 볼트 밀림 유도 트임 라인이 형성되고 상기 어퍼 레인포스는 파이프 너트의 앞뒤 양측으로 각기 브라켓 변형 유도 홀이 형성되어서, 충돌 하중 작용시 상기 마운팅 볼트의 위치 이탈을 유도하는 동시에 상기 어퍼 레인포스의 변형을 유도할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.
청구항 1에 있어서,
상기 볼트 밀림 유도 트임 라인은 로워 레인포스의 가장자리 중 가장 근접한 가장자리까지 연장되어 상기 로워 레인포스의 일측을 개구하도록 형성됨을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.
청구항 1에 있어서,
상기 변형 유도 홀은 파이프 너트에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 좌우 방향을 따라 형성되는 제1홀과, 마운팅 볼트의 몸체에 근접하는 혹은 상응하는 폭으로서 상기 제1홀의 맞은 편에 좌우 방향으로 형성되는 제2홀로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 서브프레임.