KR101611022B1 - 차량의 어퍼바디 프레임 시스템 - Google Patents

차량의 어퍼바디 프레임 시스템 Download PDF

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Abstract

탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 루프 테두리의 프레임을 이루며, 폐루프의 테두리 형상으로 성형된 루프프레임; 탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 측단부와 밀착되어 연결된 도어프레임; 및 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 윈드실드 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 전단부와 밀착되어 연결되고, 측단부가 도어프레임의 전단부와 밀착되어 연결된 윈드실드프레임;을 포함하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템이 소개된다.

Description

차량의 어퍼바디 프레임 시스템 {UPPER-BODY FRAME SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 탄소섬유복합재를 이용하여 강성을 높이고 중량을 저감할 수 있는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템에 관한 것이다.
종래 Steel BIW 어퍼바디 프레임은 도 1과 같이 루프/사이드/윈드쉴드/리드부 개구부가 개별단면을 구성하고 있고 개구부 멤버가 부분적으로 개단면을 이루고 있다. 즉, A부분과 B부분에서 볼 수 있듯이, 멤버의 단부가 끊어지듯이 단절되고 단절된 단부가 타 멤버와 연결되는 구조였던 것이다.
이러한 어퍼바디 부품의 개구부 및 개단면에 의하여, 차체 강성/천장 강도 및 내구 성능의 확보가 어려웠고, 폐단면 구조를 구성하기 위하여는 조립 및 연결 등을 위한 부품 수의 증가 및 조립성 문제가 발생하였던 것이다.
따라서, 종래의 단절된 멤버 연결구조에 의할 경우 충돌 또는 전복시 승객 공간을 최대한 유지할 수 있도록 하는 강도의 확보가 어려운 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 1998-507983 A
본 발명은 탄소섬유복합재를 이용하여 강성을 높이고 중량을 저감할 수 있는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 어퍼바디 프레임 시스템은, 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 루프 테두리의 프레임을 이루며, 폐루프의 테두리 형상으로 성형된 루프프레임; 탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 측단부와 밀착되어 연결된 도어프레임; 및 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 윈드실드 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 전단부와 밀착되어 연결되고, 측단부가 도어프레임의 전단부와 밀착되어 연결된 윈드실드프레임;을 포함한다.
도어프레임은 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임으로서 폐루프의 테두리 형상으로 성형될 수 있다.
윈드실드프레임은 윈드실드 개방부의 상단을 이루는 상단부와 윈드실드 개방부의 양 측단을 이루는 측단부로 구성될 수 있다.
탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 하단의 도어실을 구성하는 도어실프레임;을 더 포함하고, 도어실프레임은 도어프레임의 하단부에 밀착되고, 양단부는 도어프레임의 전단부와 후단부를 따라 밀착되도록 연장된 후 각각 차량 전후 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다.
도어프레임의 전단부는 상반부가 윈드실드프레임과 밀착되고 하반부가 도어실프레임과 밀착되며, 도어프레임, 윈드실드프레임, 도어실프레임이 서로 만나는 지점에는 삼각형의 폐루프가 형성될 수 있다.
탄소섬유복합재로 성형되고, 루프프레임의 후단부에 밀착되며 트렁크의 개구부 테두리의 프레임을 이루는 트렁크프레임을 더 포함하고, 도어실프레임의 연장된 후단부는 트렁크프레임의 측단부와 밀착되며, 루프프레임, 도어실프레임, 트렁크프레임이 서로 만나는 지점에는 폐루프가 형성될 수 있다.
윈드실드프레임의 양단부는 전방으로 연장되고, 연장된 윈드실드프레임 양단부의 사이에는 카울크로스프레임이 연결될 수 있다.
도어프레임의 후단부는 하반부가 도어실프레임과 밀착될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 어퍼바디 프레임 시스템에 따르면, 탄소섬유복합재를 이용하여 강성을 높이고 중량을 저감할 수 있게 된다.
특히, 연결부에서 강성의 불연속을 방지할 수 있고, 일체 성형으로 연속적인 강성과 제조상의 이점을 얻을 수 있게 된다.
자유로운 연결성을 통해 충돌시 하중을 효과적으로 분산할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 차량의 어퍼바디 프레임 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 어퍼바디 프레임 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 도 2에 도시된 차량의 어퍼바디 프레임 시스템의 D부분의 확대도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 어퍼바디 프레임 시스템을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 차량의 어퍼바디 프레임 시스템의 D부분의 확대도이다.
본 발명에 따른 차량의 어퍼바디 프레임 시스템은, 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 루프 테두리의 프레임을 이루며, 폐루프의 테두리 형상으로 성형된 루프프레임(100); 탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임(100)의 측단부(120)와 밀착되어 연결된 도어프레임(200); 및 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 윈드실드 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부(320)가 루프프레임(100)의 전단부(140)와 밀착되어 연결되고, 측단부(340)가 도어프레임(200)의 전단부(240)와 밀착되어 연결된 윈드실드프레임(300);을 포함한다.
도 2와 같이, 본 발명의 어퍼바디 프레임 시스템은 크게 루프프레임(100), 도어프레임(200), 윈드실드프레임(300), 도어실프레임(400), 트렁크프레임(600), 카울크로스프레임(800)으로 구성된다. 이러한 멤버들은 기본적으로 탄소섬유복합재로 성형되며 상호간에 구조용 접착제로 연결될 수 있다.
루프프레임(100)은 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 루프 테두리의 프레임을 이루며, 폐루프의 사각형 테두리 형상으로 성형된다. 도시된 실시예의 경우 리어 글래스측 또한 루프프레임(100)으로 이루어진 쿠페형의 디자인의 예시에 해당한다.
한편, 도어프레임(200) 역시 탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측에 형성된 도어 개방부의 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임(100)의 측단부(120)와 밀착되어 연결된다. 도시된 실시예의 경우 2-도어의 쿠페형 차량을 나타내며, 따라서 차량의 양측으로 각각 도어프레임(200)이 하나씩 마련된다. 그러한 도어프레임(200)은 상단부가 루프프레임(100)의 측단부(120)와 면접합되어 밀착된다.
한편, 윈드실드프레임(300)은 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 윈드실드 개방부 테두리의 프레임을 이룬다. 그리고 윈드실드프레임(300)은 상단부가 루프프레임(100)의 전단부(140)와 밀착되어 연결된다. 또한 윈드실드프레임(300)의 측단부(340)는 도어프레임(200)의 전단부(240)와 밀착되어 연결된다. 각 멤버의 밀착은 면 대 면의 접합구조로서 멤버의 단절 없이 연결되는 부위에서 최대한의 연결 강성을 유지토록 한다.
또한, 도어프레임(200)은 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임으로서 루프프레임(100)과 마찬가지로 폐루프의 테두리 형상으로 성형될 수 있다. 즉, 루프측과 도어측 모두 폐루프의 형상으로 형성되어 비틀림에 대한 강성을 최대한 확보하도록 한다.
그리고 차체의 하단에는 도어측 하단을 구성하는 도어실프레임(400)이 결합된다. 도어실프레임(400)은 탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 하단의 도어실을 구성한다. 도어실프레임(400)은 도어프레임(200)의 하단부에 밀착되고, 양단부는 도어프레임(200)의 전단부(240)와 후단부(260)를 따라 밀착되도록 연장된 후 각각 차량 전후 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다.
한편, 윈드실드프레임(300)은 윈드실드 개방부의 상단을 이루는 상단부(320)와 윈드실드 개방부의 양 측단을 이루는 측단부(340)로 구성될 수 있다. 그리고 도어프레임(200)의 전단부(240)는 상반부(242)가 윈드실드프레임(300)과 밀착되고 하반부(244)가 도어실프레임(400)과 밀착된다.
따라서, 도어프레임(200), 윈드실드프레임(300), 도어실프레임(400)이 서로 만나는 지점에는 삼각형의 폐루프(C)가 빈 공간으로 형성될 수 있다. 이와 같은 폐루프(C)를 통하여 멤버의 단절 없이 연결 부위에서의 강성을 확보할 수 있으며 하중의 완전한 전달 경로를 형성하도록 하는 것이다. 이는 루프프레임(100), 도어프레임(200), 윈드실드프레임(300)이 만나는 모서리 지점에도 마찬가지로 폐루프(D) 형상이 적용된다.
또한, 트렁크프레임(600) 역시 탄소섬유복합재로 성형되고, 루프프레임(100)의 후단부(160)에 밀착되며 트렁크의 개구부 테두리의 프레임을 이루도록 한다.
그리고 도어실프레임(400)의 연장된 후단부(440)는 트렁크프레임(600)의 측단부와 밀착되며, 루프프레임(100), 도어실프레임(400), 트렁크프레임(600)이 서로 만나는 지점에는 역시 폐루프(E)가 형성될 수 있다.
또한, 윈드실드프레임(300)의 양단부(340)는 전방으로 연장되고, 연장된 윈드실드프레임(300) 양단부(340)의 사이에는 카울크로스프레임(800)이 연결될 수 있다. 그리고 도어프레임(200)의 후단부(260)는 하반부(264)가 도어실프레임(400)과 밀착될 수 있다.
본 발명은 이와 같이 탄소섬유복합재의 자유로운 성형성을 이용하여 개별 개구부 멤버의 일체화 성형을 통한 루프/사이드/윈드실드/리드부 개구부를 이중 폐단면 구조로 설계할 수 있다.
또한, 3 이상의 멤버의 연결 지점에서 페루프를 형성하고 멤버간 연결성 확보 및 멤버간 추가적인 폐루프 형성에 의해 차체강성/루프강도 및 내구성능을 향상시킬 수 있고, 구조단순화를 통하여 멤버 개수를 현저히 축소시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 어퍼바디 프레임 시스템에 따르면, 탄소섬유복합재를 이용하여 강성을 높이고 중량을 저감할 수 있게 된다.
특히, 연결부에서 멤버의 단절을 원인으로 하는 강성의 불연속을 방지할 수 있고, 충돌 하중 전달 경로를 끊김 없이 유지할 수 있으며, 일체 성형으로 연속적인 강성과 제조상의 이점을 얻을 수 있게 된다.
또한, 자유로운 연결성을 통해 충돌시 하중을 효과적으로 분산할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 루프프레임 200 : 도어프레임
300 : 윈드실드프레임 400 : 도어실프레임
600 : 트렁크프레임 800 : 카울크로스프레임

Claims (8)

  1. 탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 루프 테두리의 프레임을 이루며, 폐루프의 테두리 형상으로 성형된 루프프레임;
    탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 측단부와 밀착되어 연결된 도어프레임; 및
    탄소섬유복합재로 성형되고, 차량의 윈드실드 개방부 테두리의 프레임을 이루며, 상단부가 루프프레임의 전단부와 밀착되어 연결되고, 측단부가 도어프레임의 전단부와 밀착되어 연결된 윈드실드프레임;을 포함하고,
    탄소섬유복합재로 성형되고, 차체측 도어 개방부 하단의 도어실을 구성하는 도어실프레임;을 더 포함하며,
    도어실프레임은 도어프레임의 하단부에 밀착되고, 양단부는 도어프레임의 전단부와 후단부를 따라 밀착되도록 연장된 후 각각 차량 전후 방향으로 절곡되어 연장되고,
    도어프레임의 전단부는 예각을 갖도록 절곡되어 상반부와 하반부로 나뉘고, 도어프레임의 전단부는 상반부가 윈드실드프레임과 밀착되고 하반부가 도어실프레임과 밀착되며, 도어프레임, 윈드실드프레임, 도어실프레임이 서로 만나는 지점에는 삼각형의 폐루프가 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    도어프레임은 차체측 도어 개방부 테두리의 프레임으로서 폐루프의 테두리 형상으로 성형된 것을 특징으로 하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    윈드실드프레임은 윈드실드 개방부의 상단을 이루는 상단부와 윈드실드 개방부의 양 측단을 이루는 측단부로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    윈드실드프레임의 양단부는 전방으로 연장되고, 연장된 윈드실드프레임 양단부의 사이에는 카울크로스프레임이 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    도어프레임의 후단부는 하반부가 도어실프레임과 밀착되는 것을 특징으로 하는 차량의 어퍼바디 프레임 시스템.
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