KR101714200B1 - 차량 언더바디 구조체 - Google Patents

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KR101714200B1 KR1020150121780A KR20150121780A KR101714200B1 KR 101714200 B1 KR101714200 B1 KR 101714200B1 KR 1020150121780 A KR1020150121780 A KR 1020150121780A KR 20150121780 A KR20150121780 A KR 20150121780A KR 101714200 B1 KR101714200 B1 KR 101714200B1
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홍덕화
정희석
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현대자동차주식회사
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Abstract

프론트 사이드 멤버를 포함하는 차량 언더바디 구조체로서, 프론트 사이드 멤버는, 최전방 부분으로서 차량 전방의 쿨링모듈의 위치에 대응되는 구간인 쿨링모듈구간; 쿨링모듈구간의 후방으로 연장된 전방흡수구간; 전방흡수구간의 후방으로 연장되고, 엔진 및 트렌스미션이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 파워트레인구간; 및 파워트레인구간의 후방으로 연장되고, 서브프레임이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간;으로 구성되고, 프론트 사이드 멤버의 각 구간은 두께가 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체가 소개된다.

Description

차량 언더바디 구조체 {UNDERBODY STRUCTURE FOR VEHICLE}
본 발명은 충돌시 충격을 흡수하면서 차량의 실내공간을 확보하여 승객의 안전을 도모하는 차량의 언더바디 구조체에 관한 것이다.
차량의 언더바디 구조의 설계기술은 차량의 충돌시 충격을 흡수할 수 있도록 하는 한편, 사람이 탑승하는 차량 내부로 충격이 전달되지 않도록 구성되어 승객 안전성을 향상시키도록 개발되어 왔다. 즉, 차량 충돌시의 전달되는 충격에 대해, 차량의 언더바디 구조의 일부는 아코디언 형상으로 찌그러지도록 구성하여 차량 내부에 전달되는 충격을 흡수하는 역할을 수행하고, 일부는 밴딩이 발생하며 충격을 흡수하며, 일부는 차량의 실내공간이 침범되지 않도록 공간을 확보하여 승객의 안정성을 보장하는 역할을 수행한다. 그러나 이와 같이 충격을 흡수하고 및 차실의 내부공간을 확보하는 기능은 상반되는 것으로서 어떻게 양립시키는지가 기술의 핵심이 된다.
즉 차량의 언더바디 구조를 고강도로 설계하면 충격의 흡수기능이 떨어지고, 저강도로 설계하면 충격은 흡수되나 차량의 실내공간 확보가 어려워져 승객의 안전성 확보가 불가해지는 문제점이 있다.
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.
KR 10-0288636 B1
본 발명은 하나의 부품 내에서 구간별로 다른 두께를 갖도록 제조하여 구간별 목적에 맞도록 강도를 배분하고 보강부품을 삭제하여 경량화시킨 차량 언더바디 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 언더바디 구조체는 프론트 사이드 멤버를 포함하는 차량 언더바디 구조체로서, 프론트 사이드 멤버는, 최전방 부분으로서 차량 전방의 쿨링모듈의 위치에 대응되는 구간인 쿨링모듈구간; 쿨링모듈구간의 후방으로 연장된 전방흡수구간; 전방흡수구간의 후방으로 연장되고, 엔진 및 트렌스미션이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 파워트레인구간; 및 파워트레인구간의 후방으로 연장되고, 서브프레임이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간;으로 구성되고, 프론트 사이드 멤버의 전방흡수구간, 파워트레인구간 및 서브프레임 마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된다.
프론트 사이드 멤버의 후단부에 연결된 리어 로어 멤버를 더 포함하고, 리어 로어 멤버는, 서브프레임이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간; 서브프레임 마운팅구간에서 연장되고, 페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간; 페달장착구간의 후방으로 연장된 후방보존구간; 및 후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고, 리어 로어 멤버의 서브프레임 마운팅구간, 페달장착구간, 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
센터 어퍼 멤버를 더 포함하고, 센터 어퍼 멤버는, 페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간; 페달장착구간의 후방으로 연장된 후방보존구간; 후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고, 센터 어퍼 멤버의 페달장착구간, 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
사이드실을 더 포함하고, 사이드실은, 페달장착구간의 후방으로 연장된 구간인 후방보존구간; 및 후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고, 사이드실의 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
전방흡수구간의 두께를 T2, 파워트레인구간의 두께를 T3, 서브프레임 마운팅구간의 두께를 T4라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T3 > T2 ≥ T4 일 수 있다.
서브프레임 마운팅구간의 두께를 T4, 페달장착구간의 두께를 T5, 후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T4 ≥ T6 > T7 일 수 있다.
페달장착구간의 두께를 T5, 후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T6 > T7 일 수 있다.
후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T6 > T7 일 수 있다.
각 구간은 두께는 TRB(Tailor Rolled Blanks)공법으로 구간별로 다르게 제조될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 차량 언더바디 구조체에 따르면, 구간별로 다른 두께를 갖도록 제조하여 구간별 목적에 맞도록 강도를 배분함으로써 보강부품을 삭제하여 차량 언더바디 구조체를 경량화 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구간 배치 평면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구간 배치 측면도
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구간 배치 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 언더바디 구조체의 구간 배치 측면도이다.
도 2 내지 3을 참고하여 살펴보면, 본 발명에 따른 차량 언더바디 구조체는 프론트 사이드 멤버(101)를 포함하는 차량 언더바디 구조체로서, 프론트 사이드 멤버(101)는, 최전방 부분으로서 차량 전방의 쿨링모듈(201)의 위치에 대응되는 구간인 쿨링모듈구간(301); 쿨링모듈구간(301)의 후방으로 연장된 전방흡수구간(303); 전방흡수구간(303)의 후방으로 연장되고, 엔진(203) 및 트렌스미션(205)이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 파워트레인구간(305); 및 파워트레인구간(305)의 후방으로 연장되고, 서브프레임(207)이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간(307);으로 구성되고, 프론트 사이드 멤버(101)의 전방흡수구간(303), 파워트레인구간(305) 및 서브프레임 마운팅구간(307)은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된다.
프론트 사이드 멤버(101)의 후단부에 연결된 리어 로어 멤버(103)를 더 포함하고, 리어 로어 멤버(103)는, 서브프레임(207)이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간(307); 서브프레임 마운팅구간(307)에서 연장되고, 페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간(309); 페달장착구간(309)의 후방으로 연장된 후방보존구간(311); 및 후방보존구간(311)의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳(209)에 대응되는 구간인 시트마운팅구간(313);으로 구성되고, 리어 로어 멤버(103)의 서브프레임 마운팅구간(307), 페달장착구간(309), 후방보존구간(311) 및 시트마운팅구간(313)은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
센터 어퍼 멤버(105)를 더 포함하고, 센터 어퍼 멤버(105)는, 페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간(309); 페달장착구간(309)의 후방으로 연장된 후방보존구간(311); 후방보존구간(311)의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳(209)에 대응되는 구간인 시트마운팅구간(313);으로 구성되고, 센터 어퍼 멤버(105)의 페달장착구간(309), 후방보존구간(311) 및 시트마운팅구간(313)은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
사이드실(107)을 더 포함하고, 사이드실(107)은, 페달장착구간(309)의 후방으로 연장된 구간인 후방보존구간(311); 및 후방보존구간(311)의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳(209)에 대응되는 구간인 시트마운팅구간(313);으로 구성되고, 사이드실(107)의 후방보존구간(311) 및 시트마운팅구간(313)은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성될 수 있다.
도 1을 참고하여 살펴보면, 차체를 구성 언더바디 구조체는 프론트 사이드 멤버(101), 리어 로어 멤버(103), 사이드실(107), 센터 어퍼 멤버(105) 등으로 구성된다. 언더바디 구조체는 차량의 충돌시 발생하는 충격을 흡수하여 승객실로 전달을 최소화 함으로써 탑승객을 보호하는 역할을 한다. 단순히 강한 재질로서 변형을 방지하기만 하는 경우 차체의 변형을 막아 승객실의 공간을 확보할 수는 있으나, 충돌시 발생하는 에너지를 흡수하지 못하고 탑승객에게 전달되어 탑승객이 큰 부상을 입을 수 있다. 반면 차체가 변형되면서 충돌시의 에너지를 잘 흡수하더라도 승객실의 공간을 확보하지 못하는 경우 역시 탑승객이 큰 부상을 입을 수 있어 양자의 조화가 중요하다.
언더바디가 충격 에너지를 흡수 또는 전달하여 승객을 보호하는 방법은 크게 3가지로 나눌 수 있다.
첫번째로 충돌시 언더바디를 구성하는 멤버가 압축변형하면서 에너지를 흡수하는 방식이다. 두번째는 주변의 강체에 의해 멤버의 압축변형이 어려운 경우, 강체의 변형과 함께 굽힘 변형을 통해 에너지를 흡수하는 방식이다. 세번째는 승객이 탑승하고 있는 부분이거나 승객의 하체와 함께 페달 등이 존재하여 공간 자체를 보존하여 승객을 보호하는 방식이다.
따라서 하나의 부품 내에서도 변형을 통한 에너지 흡수가 필요한 부분인지, 절대적 공간자체의 확보가 필요한 부분인지에 따라 그 두께 및 강성의 다양화가 필요하다. 종래에는 부품별로 강도의 보강이 필요한 부위에 보강부재를 추가하는 방식을 사용하였으며, 이는 보강부재의 추가에 따른 조립비용의 상승되는 단점이 있었으며, 보강부재가 용접에 의해 메인부재에 접촉되는 방식으로 강도의 개선효과도 미비하였었다.
본 발명에 따른 차량용 언더바디 구조체는 동일 부품 내에서도 충돌시 기여하는 역할 및 정도에 따라 구간을 선정하고 그 부품의 두께를 다르게 가공함으로써, 충돌시 충격력의 흡수 및 승객의 보호 성능을 극대화하면서도 중량 및 생산원가는 절감시키는데 있다.
구체적으로 각 구간의 선정 및 역할은 다음과 같다. 도 2 내지 3을 참고하여 살펴보면, 쿨링모듈구간(301)은 차체 최전방의 쿨링모듈(201)의 위치에 대응하는 구간으로 압축변형을 통해 충격력을 흡수하는 구간이다. 전방흡수구간(303)은 쿨링모듈구간(301)의 후방으로 연장되며 압축변형을 통해 충격력을 흡수하는 구간이다. 파워트레인구간(305)은 엔진(203) 및 트렌스미션(205)이 설치되는 위치에 대응하는 구간으로 굽힘 변형을 통해 충격력을 흡수하는 구간이다. 서브프레임 마운팅구간(307)은 서브프레임(207)의 위치에 대응하는 구간으로, 충돌시 공간을 보존하는 구간이다. 페달장착구간(309)은 엑셀레이터와 브레이크 등의 페달이 위치하는 곳에 대응하는 구간으로 승객의 발을 보호하기 위해 공간을 보존하는 구간이다. 후방보존구간(311)은 페달장착구간(309)의 후방으로 연장되며 승객의 보호를 위해 공간을 보존하는 구간이다. 시트마운팅구간(313)은 앞좌석 시트가 장착되는 위치에 대응하는 구간으로 승객의 보호를 위해 공간을 보존하는 구간이다.
위와같이 정의된 구간에 따라 차량용 언더바디 구조체의 각 부품은 장착되는 위치에 따라 대응하는 구간으로 구분이 되고, 구분된 각 구간에 따라 두께를 달리하여 구성된다.
각 구간별 역할 및 두께의 연관성을 표를 통해 살펴보면 다음과 같다.
Figure 112015083796216-pat00001
프론트 사이드 멤버(101)의 쿨링모듈구간(301)의 두께를 T1, 전방흡수구간(303)의 두께를 T2, 파워트레인구간(305)의 두께를 T3, 서브프레임 마운팅구간(307)의 두께를 T4라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T3 > T2 ≥ T4 일 수 있다.
리어 로어 멤버(103)의 서브프레임 마운팅구간(307)의 두께를 T4, 페달장착구간(309)의 두께를 T5, 후방보존구간(311)의 두께를 T6, 시트마운팅구간(313)의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T4 ≥ T6 > T7 일 수 있다.
센터 어퍼 멤버(105)의 페달장착구간(309)의 두께를 T5, 후방보존구간(311)의 두께를 T6, 시트마운팅구간(313)의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T6 > T7 일 수 있다.
사이드실(107)의 후방보존구간(311)의 두께를 T6, 시트마운팅구간(313)의 두께를 T7이라 할 때, 각 구간별 두께의 상관관계는 T6 > T7 일 수 있다.
각 구간은 두께는 TRB(Tailor Rolled Blanks)공법으로 구간별로 다르게 제조될 수 있다.
위와같이 정의된 구간에 따라 차량용 언더바디 구조체의 각 부품은 장착되는 위치에 따라 대응하는 구간으로 구분이 되고, 구분된 각 구간에 따라 두께를 달리하여 구성함에 따라 충돌시 충격력의 흡수 및 승객의 보호 성능을 극대화하면서도 중량 및 생산원가는 절감시키는 효과가 발생한다. 구체적인 수치를 통해 비교해 보면 다음과 같다.
Figure 112015083796216-pat00002
위의 표에서 보이는 바와 같이 본 발명의 차량 언더바디 구조는 구성 부품의 두께를 구간별로 다양하게 구성하여 제조한다. 이에따라 보강재가 없이도 각 구성부품의 요구강도를 만족시킬 수 있게 된다.
위의 표 2는 프론트 사이드 멤버(101) 및 리어 로어 멤버(103)의 종래 구조와 본 발명의 구조를 비교한 표이다. 위의 표의 내용을 참고하여 살펴보면, 프론트 사이드 멤버(101) 및 리어 로어 멤버(103)에서만 5개의 보강재를 삭제할 수 있게 되고, 3.1kg의 총 중량의 감소효과가 나타난다.
이와같이 차량 언더바디 구조체의 센터 어퍼 멤버 및 사이드 실에서도 보강재를 삭제할 수 있게 되어 전체적인 중량의 감소효과는 증대되고, 조립이 필요한 부품수가 축소되어 조립공정이 단순화되는 효과가 함께 발생한다.
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.
101 : 프론트 사이드 멤버 103 : 리어 로어 멤버
105 : 센터 어퍼 멤버 107 : 사이드실
301 : 쿨링모듈구간 303 : 전방흡수구간
305 : 파워트레인구간 307 : 서브프레임 마운팅구간
309 : 페달장착구간 311 : 후방보존구간
303 : 시트마운팅구간

Claims (9)

  1. 프론트 사이드 멤버를 포함하는 차량 언더바디 구조체로서,
    프론트 사이드 멤버는,
    최전방 부분으로서 차량 전방의 쿨링모듈의 위치에 대응되는 구간인 쿨링모듈구간;
    쿨링모듈구간의 후방으로 연장된 전방흡수구간;
    전방흡수구간의 후방으로 연장되고, 엔진 및 트렌스미션이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 파워트레인구간; 및
    파워트레인구간의 후방으로 연장되고, 서브프레임이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간;으로 구성되고,
    프론트 사이드 멤버의 전방흡수구간, 파워트레인구간 및 서브프레임 마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    프론트 사이드 멤버의 후단부에 연결된 리어 로어 멤버를 더 포함하고,
    리어 로어 멤버는,
    서브프레임이 설치되는 위치에 대응되는 구간인 서브프레임 마운팅구간;
    서브프레임 마운팅구간에서 연장되고, 페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간;
    페달장착구간의 후방으로 연장된 후방보존구간; 및
    후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고,
    리어 로어 멤버의 서브프레임 마운팅구간, 페달장착구간, 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    센터 어퍼 멤버를 더 포함하고,
    센터 어퍼 멤버는,
    페달이 위치하는 곳에 대응되는 구간인 페달장착구간;
    페달장착구간의 후방으로 연장된 후방보존구간;
    후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고,
    센터 어퍼 멤버의 페달장착구간, 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    사이드실을 더 포함하고,
    사이드실은,
    페달장착구간의 후방으로 연장된 구간인 후방보존구간; 및
    후방보존구간의 후방으로 연장되고, 앞좌석 시트가 장착되는 곳에 대응되는 구간인 시트마운팅구간;으로 구성되고,
    사이드실의 후방보존구간 및 시트마운팅구간은 각 구간을 형성하는 강판의 두께가 인접하는 구간 사이에서 서로 다르게 구성된 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전방흡수구간의 두께를 T2, 파워트레인구간의 두께를 T3, 서브프레임 마운팅구간의 두께를 T4라 할 때,
    각 구간별 두께의 상관관계는 T3 > T2 ≥ T4인 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  6. 청구항 2에 있어서,
    서브프레임 마운팅구간의 두께를 T4, 페달장착구간의 두께를 T5, 후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때,
    각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T4 ≥ T6 > T7인 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  7. 청구항 3에 있어서,
    페달장착구간의 두께를 T5, 후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때,
    각 구간별 두께의 상관관계는 T5 > T6 > T7인 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  8. 청구항 4에 있어서,
    후방보존구간의 두께를 T6, 시트마운팅구간의 두께를 T7이라 할 때,
    각 구간별 두께의 상관관계는 T6 > T7인 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
  9. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    각 구간은 두께는 TRB(Tailor Rolled Blanks)공법으로 구간별로 다르게 제조되는 것을 특징으로 하는 차량 언더바디 구조체.
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