KR101637265B1 - 차량용 서브 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임은, 프론트 및 리어 크로스 멤버, 상기 프론트 및 리어 크로스 멤버의 양단부에 각각 연결되는 사이드 멤버를 포함하며 알루미늄 소재로서 이루어지고, 상기 프론트 크로스 멤버의 양단부는 프론트 마운트 브라켓을 통해 상기 각 사이드 멤버의 일측 단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버의 양단부에는 리어 마운트 브라켓이 일체로 형성되며, 상기 각 사이드 멤버의 다른 일측 단부는 상기 리어 크로스 멤버의 양단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버는 상기 각 사이드 멤버의 연결 부위에 센터 마운트 브라켓이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 서브 프레임 {SUB-FRAME OF VEHICLE}

본 발명의 예시적인 실시예는 차량용 서브 프레임에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도와 강성, NVH 성능을 향상시킬 수 있으며, 충돌 시 용접 부분이 쉽게 파단되지 않게 하는 등 충돌 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 차량용 서브 프레임에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 서브프레임은 서스펜션 멤버라고도 불리우며, 엔진 및 파워트레인, 서스펜션 등이 조립되는 어셈블리 부품으로서, 자동차의 부분적인 골격을 이루는 부품이다.

FF(front engine front drive) 차량의 대부분의 경우에는 전후방 크로스멤버와, 좌우측 사이드멤버 등 4개의 부재를 대략 사각형(또는 우물정자)의 형상으로 용접한 서브프레임 구조를 채택하고 있으며, 이러한 서브프레임은 여러 가지 부품들이 조립됨에 따라 복잡한 형상으로 제작되므로 높은 강성을 필요로 한다.

보통, 서브프레임의 구성 중 전후방 크로스멤버에는 엔진 등이 장착되고, 후방 크로스멤버에는 스티어링 기어박스가 함께 취부되며, 좌우측 사이드멤버와 전방 크로스멤버의 내측에는 자동차의 서스펜션, 로워암 암, 조향너클, 및 스테빌라이저 빔 등이 장착된다.

이와 같이, 차량용 서브프레임은 전후방 크로스멤버와 좌우측 사이드멤버로 구성되는 바, 최근에는 구조의 단순화 및 경량화의 일환으로 전방 크로스 멤버 및 좌우측 사이드멤버를 하이드로포밍 공법으로 성형 제작하고, 좌우측 사이드멤버 사이에 블랭킹 가공된 리어 크로스멤버를 결합한 다음, 이들을 용접하여 일체화로 제작하고 있다.

기존의 서브프레임은 스틸재로 제작된 것으로서, 스틸로 미리 제작된 전후방 크로스멤버 및 좌우측 사이드멤버 등을 하나씩 용접으로 제작함에 따라 과도한 용접 공수가 들고, 스틸재이므로 중량이 크게 증대되며, 치수 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 강도와 강성, NVH 성능을 향상시킬 수 있으며, 충돌 시 용접 부분이 쉽게 파단되지 않게 하는 등 충돌 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 차량용 서브 프레임을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임은, 프론트 및 리어 크로스 멤버, 상기 프론트 및 리어 크로스 멤버의 양단부에 각각 연결되는 사이드 멤버를 포함하여 이루어지고, 상기 프론트 크로스 멤버의 양단부는 프론트 마운트 브라켓을 통해 상기 각 사이드 멤버의 일측 단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버의 양단부에는 리어 마운트 브라켓이 일체로 형성되며, 상기 각 사이드 멤버의 다른 일측 단부는 상기 리어 크로스 멤버의 양단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버는 상기 각 사이드 멤버의 연결 부위에 센터 마운트 브라켓이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 프론트 크로스 멤버의 양단부와 상기 사이드 멤버의 연결 부위에 보강부재가 설치될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 프론트 마운트 브라켓은 압출 성형되며, 상기 보강부재에 대응하는 대응면이 형성되고, 그 대응면에 상기 보강부재가 결합될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 프론트 마운트 브라켓은 상기 프론트 크로스 멤버의 양단부와 걸림이 이루어지는 제1 걸림턱을 지니며 상기 프론트 크로스 멤버와 결합되는 제1 결합 돌기가 형성되고, 상기 제1 결합 돌기에 상기 대응면이 형성될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 프론트 마운트 브라켓은 상기 각 사이드 멤버의 일측 단부와 결합되는 제2 결합 돌기가 형성되고, 상기 제2 결합 돌기의 양측에 상기 사이드 멤버의 일측 단부를 구속하는 제2 걸림턱이 형성될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 리어 크로스 멤버는 상기 각 사이드 멤버의 다른 일측 단부가 끼워지는 결합홈이 형성되고, 상기 사이드 멤버의 다른 일측 단부와 전후 방향 및 사이드 방향으로 용접될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 센터 마운트 브라켓의 상면에는 방사형의 제1 리브가 형성되고, 크로스 방향을 따라 빗살 무늬의 제2 리브가 형성될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 리어 마운트 브라켓의 하면에는 길이 방향을 따라 제3 리브가 길게 형성되고, 상기 제3 리브 상에 방사형의 제4 리브가 형성될 수 있다.

상기 차량용 서브 프레임에 있어서, 상기 리어 크로스 멤버의 하면에는 크로스 방향을 따라 적어도 하나의 메인 리브가 형성되고, 상기 메인 리브와 이어지는 웨이브 형상의 보조 리브가 형성될 수 있다.

상기 서브 프레임은 알루미늄 소재로서 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임에 의하면, 강도와 강성, NVH 성능을 향상시킬 수 있으며, 충돌 시 용접 부분이 쉽게 파단되지 않게 하는 등 충돌 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면 구성도이다.
도 3은 도 1에서의 "A" 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임에 적용되는 보강부재의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임의 리어 크로스 멤버와 사이드 멤버의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 저면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임(100)은 전륜 알루미늄 서브 프레임으로서, 차체의 전후방을 기준으로 프론트 및 리어 크로스 멤버(10, 20), 프론트 및 리어 크로스 멤버(10, 20)의 양단부에 각각 연결되는 사이드 멤버(30)를 포함하여 우물 정(井)자 형태로 이루어진다.

본 실시예에 의한 서브 프레임(100)은 스틸 사양 대비 중량을 절감할 수 있으며, 강도와 강성, NVH 성능을 향상시킬 수 있고, 충돌 시 용접 부분이 쉽게 파단되지 않게 하는 등 충돌 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임(100)은 프론트 크로스 멤버(10)의 양단부와 사이드 멤버(30)의 일측 단부가 프론트 마운트 브라켓(40)을 통해 연결된다.

그리고, 상기 리어 크로스 멤버(20)의 양단부에는 리어 마운트 브라켓(50)이 일체로 형성되며, 각 사이드 멤버(30)의 다른 일측 단부는 리어 크로스 멤버(20)의 양단부와 연결되고, 리어 크로스 멤버(20)는 각 사이드 멤버(30)의 연결 부위에 센터 마운트 브라켓(60)이 일체로 형성된다.

여기서, 상기 프론트 크로스 멤버(10)의 양단부와 사이드 멤버(30)의 연결 부위에는 강도와 강성을 높이기 위한 보강부재(70)가 설치된다.

상기 프론트 마운트 브라켓(40)은 압출 성형되는 바, 도 3 및 도 4에서와 같이 보강부재(70)에 대응하는 대응면(41)이 형성되고, 그 대응면(41)에는 보강부재(70)가 결합된다.

즉, 상기 보강부재(70)의 형상에 대응하는 대응면(41)이 프론트 마운트 브라켓(40)에 형성되고 그 대응면(41)에 보강부재(70)가 결합되므로, 단일의 보강부재(70)로서 두 개의 보강부재(70) 역할을 하며, 비틀림 모드에서의 성능을 극대화할 수 있다.

그리고, 상기 프론트 마운트 브라켓(40)은 프론트 크로스 멤버(10)의 양단부와 걸림이 이루어지는 제1 걸림턱(42)을 지니며 프론트 크로스 멤버(10)와 결합되는 제1 결합 돌기(43)가 형성되는데, 제1 결합 돌기(43)에는 위에서 언급한 대응면(41)이 형성된다.

이와 같이 제1 결합 돌기(43)에 제1 걸림턱(42)을 형성하는 이유는 차량의 충돌 시 프론트 크로스 멤버(10)의 결합부가 제1 걸림턱(42)에 걸리면서 슬라이딩 형태로 쉽게 파단되지 않게 하기 위함이다.

따라서 이 경우는 전방 충돌에 대한 프론트 크로스 멤버(10)의 강건성을 향상시킴으로써 충돌 성능 및 NVH 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 결합 돌기(43)를 통해 용접 비드 거리가 대폭 증가하게 되어 NVH 성능, 용접 강도, 및 충돌 강도를 향상시킬 수 있다.

아울러, 상기 프론트 마운트 브라켓(40)은 각 사이드 멤버(30)의 일측 단부와 결합되는 제2 결합 돌기(45)가 형성되고, 제2 결합 돌기(45)의 양측에 사이드 멤버(30)의 일측 단부를 구속하는 제2 걸림턱(46)이 형성된다(도 3 참조).

이 경우도 차량의 충돌 시 사이드 멤버(30)의 결합부가 제2 걸림턱(46)에 구속되면서 슬라이딩 형태로 쉽게 파단되지 않고, 사이드 멤버(30)가 전방에서 밀려 들어오는 힘을 직접적으로 흡수함으로써 충돌 성능 및 NVH 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 제2 결합 돌기(45)를 통해 용접 길이를 증가시켜 용접 강도, 및 충돌 강도를 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 리어 크로스 멤버(20)는 고진공 다이캐스팅 공정을 통해 양단부에 리어 마운트 브라켓(50)이 일체로 형성되며 사이드 멤버(30)의 연결 부위에 센터 마운트 브라켓(60)이 일체로 형성됨으로 충돌 시 리어 마운트 브라켓(50)과 센터 마운트 브라켓(60)의 파단이 발생하지 않게 된다.

특히, 상기 리어 크로스 멤버(20)는 리어 마운트 브라켓(50)과 함께 일체형 알루미늄 고진공 다이캐스팅으로 제작되므로, 기존의 중공 주조 및 알루미늄 압출 재질 보다 신율이 크다는 잇점이 있다.

즉, 중공 주조에 의해 제작된 멤버는 연신율이 4%인 반면, 고진공 다이캐스팅으로 제작된 리어 크로스 멤버(20)는 연신율이 중공 주조 보다 큰 7%를 나타낸다.

상기 리어 크로스 멤버(20)는 도 5에서와 같이 각 사이드 멤버(30)의 다른 일측 단부가 끼워지는 결합홈(21)이 형성되고, 사이드 멤버(30)의 다른 일측 단부와 전후 방향 및 사이드 방향으로 용접되는 구조로 이루어진다.

이러한 리어 크로스 멤버(20)와 사이드 멤버(30)의 용접 구조는 사이드 멤버(30)와 전후 방향 및 사이드 방향으로 용접되므로, 용접 비드 거리를 증대시켜 강도 및 강성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 사이드 멤버(30)가 리어 크로스 멤버(20)의 결합홈(21)에 일정 길이로 오버랩되며 결합되므로, 그 오버랩 구간에 의해 서로 간의 강건성을 극대화시킬 수 있다.

다른 한편으로, 본 실시예에 의한 서브 프레임(100)은 도 2에서와 같이 센터 마운트 브라켓(60)의 상면에 방사형의 제1 리브(81)가 형성되고, 크로스 방향을 따라 빗살 무늬의 제2 리브(82)가 형성될 수 있다.

이러한 제1 및 제2 리브(81, 82)는 급 선회시 횡력을 가장 많이 받는 부위의 횡강성을 증대시키기 위한 것으로서, 비틀림 모드에서 NVH 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 리어 마운트 브라켓(50)의 하면에는 도 6에서와 같이, 길이 방향을 따라 제3 리브(83)가 길게 형성되고, 제3 리브(83) 상에 방사형의 제4 리브(84)가 형성될 수 있다.

또한, 상기 리어 크로스 멤버(20)의 하면에는 크로스 방향을 따라 적어도 하나의 메인 리브(85)가 형성되며, 메인 리브(85)와 이어지는 웨이브 형상의 보조 리브(86)가 형성된다.

상기한 리브 구조는 리어 크로스 멤버(20)의 지지력을 증대시킴과 아울러 NVH 성능을 향상시킬 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 서브 프레임(100)은 상기에서와 같은 구성으로 인해 강도와 강성, NVH 성능을 향상시킬 수 있으며, 충돌 시 용접 부분이 쉽게 파단되지 않게 하는 등 충돌 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 프론트 크로스 멤버 20... 리어 크로스 멤버
21... 결합홈 30... 사이드 멤버
40... 프론트 마운트 브라켓 41... 대응면
42... 제1 걸림턱 43... 제1 결합 돌기
45... 제2 결합 돌기 46... 제2 걸림턱
50... 리어 마운트 브라켓 60... 센터 마운트 브라켓
70... 보강부재 81... 제1 리브
82... 제2 리브 83... 제3 리브
84... 제4 리브 85... 메인 리브
86... 보조 리브

Claims (10)

1. 프론트 및 리어 크로스 멤버, 상기 프론트 및 리어 크로스 멤버의 양단부에 각각 연결되는 사이드 멤버를 포함하여 이루어지는 서브 프레임에 있어서,
   상기 프론트 크로스 멤버의 양단부는 프론트 마운트 브라켓을 통해 상기 각 사이드 멤버의 일측 단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버의 양단부에는 리어 마운트 브라켓이 일체로 형성되며,
   상기 각 사이드 멤버의 다른 일측 단부는 상기 리어 크로스 멤버의 양단부와 연결되고, 상기 리어 크로스 멤버는 상기 각 사이드 멤버의 연결 부위에 센터 마운트 브라켓이 일체로 형성되며,
   상기 리어 크로스 멤버의 하면에는 크로스 방향을 따라 적어도 하나의 메인 리브가 형성되고, 상기 메인 리브와 이어지는 웨이브 형상의 보조 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 프론트 크로스 멤버의 양단부와 상기 사이드 멤버의 연결 부위에 보강부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 프론트 마운트 브라켓은 압출 성형되며, 상기 보강부재에 대응하는 대응면이 형성되고, 그 대응면에 상기 보강부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 프론트 마운트 브라켓은,
   상기 프론트 크로스 멤버의 양단부와 걸림이 이루어지는 제1 걸림턱을 지니며 상기 프론트 크로스 멤버와 결합되는 제1 결합 돌기가 형성되고, 상기 제1 결합 돌기에 상기 대응면이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 프론트 마운트 브라켓은,
   상기 각 사이드 멤버의 일측 단부와 결합되는 제2 결합 돌기가 형성되고, 상기 제2 결합 돌기의 양측에 상기 사이드 멤버의 일측 단부를 구속하는 제2 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 리어 크로스 멤버는,
   상기 각 사이드 멤버의 다른 일측 단부가 끼워지는 결합홈이 형성되고, 상기 사이드 멤버의 다른 일측 단부와 전후 방향 및 사이드 방향으로 용접되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 센터 마운트 브라켓의 상면에는 방사형의 제1 리브가 형성되고, 크로스 방향을 따라 빗살 무늬의 제2 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 리어 마운트 브라켓의 하면에는 길이 방향을 따라 제3 리브가 길게 형성되고, 상기 제3 리브 상에 방사형의 제4 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,
    상기 서브 프레임이 알루미늄 소재로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 서브 프레임.

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