KR101767764B1 - 자동차용 프런트 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임은 자동차의 본체 프레임 전방에 구비되며, 상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임은 제1항에 있어서, 상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성된 아우터 프레임 및 상기 아우터 프레임과 정합되며, 정합된 단면이 폐단면을 형성하는 이너 프레임을 포함할 수 있다.

Description

자동차용 프런트 프레임{Front frame for vehicle}

본 발명은 자동차용 프런트 프레임에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차에 작용하는 충돌 및 완충을 수행하여 탑승객의 안정을 도모할 수 있는 발명에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 충돌 사고시 승객의 안전을 확보하기 위해 여러 가지 테스트를 수행하며, 이는 자동차의 안정성을 확보하는 중요한 요소로서, 이미 각 나라에서는 이러한 충돌시의 안전치를 법규화하여 수입규제 등의 항목으로 이용하고 있다.

일례로써, 미국 고속도로 안전보험협회(IIHS)에서는 정면 충돌 성능시험 및 자동차의 전방부 25%에 대한 겹침 충돌 시험인 스몰 오버랩 충돌 성능시험(Small Overlap)을 실시하고 있다.

한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 직선형태의 프레임을 가지는 픽업트럭은 엔진룸 프레임의 엔진마운팅을 하는 부분의 프런트 프레임(1')이 직선 형태로 자동차 본체 프레임(2')에 결합되어 있다.

이러한 픽업트럭의 정면 충돌 성능시험은 픽업트럭이 강벽에 충돌하여 속도가 0이 될 때까지 소요되는 시간(Time To Zero Velocity: TTZV)이 70 ms이상이고, 최대 감가속도는 약 40G(G는 9.8㎨)이며, 유효 감가속도는 30G 이하가 되도록 정면충돌 성능 지표를 설정하여 개발한다.

이와 같은 정면 충돌 성능시험을 수행한 도 2에 도시된 결과를 살펴보면, TTZV는 91.1 ms, 최대 감가속도는 33.2G, 유효 감가속도는 19.6G 의 성능을 나타내고 있다. 즉, 도 2에 도시한 충돌 성능시험이 실시된다.

그런데, 일자형태로 프레임이 뻗어있는 자동차용 프런트 프레임 차량은 스몰오버랩 충돌시험시 차량의 프레임의 변형 형태는 충돌기둥(B)이 차량의 프레임과 충돌하는 부분 없이 승객이 타고 있는 승객 탑승 공간에 직접적으로 충돌에너지가 전달되어 도 2와 같이 승객의 생존공간을 보장할 수 없다.

따라서, 스몰오버랩 충돌성능을 향상시키기 위해서는, 스몰오버랩 충돌시험시에 자동차용 프런트 프레임(1')이 충돌기둥(B)에 부딪칠 수 있는 자동차용 프런트 프레임에 대한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 정면 충돌 성능시험 및 스몰 오버랩 충돌시험을 모두 만족할 수 있는 자동차용 프런트 프레임을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임은 자동차의 본체 프레임 전방에 구비되며, 상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임은 제1항에 있어서, 상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성된 아우터 프레임 및 상기 아우터 프레임과 정합되며, 정합된 단면이 폐단면을 형성하는 이너 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임의 상기 아우터 프레임과 상기 이너 프레임의 사이에 구비되며, 상기 아우터 프레임 및 이너 프레임과 일정 간격 이격되게 구비되는 강화 프레임을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임의 상기 아우터 프레임에는, 엔진이 안착되는 엔진룸 프레임의 안착봉과 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임의 상기 아우터 프레임은, 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 갈수록 폭이 좁은 형상으로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임의 상기 이너 프레임은, 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상은 비교적 긴 변의 위치와 짧은 변의 위치가 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임은 자동차의 전방 충격을 흡수하는 범퍼빔이 결합되도록, 상기 아우터 프레임과 이너 프레임의 전방의 일단부에 결합된 결합판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 자동차용 프런트 프레임은 자동차의 정면에 대한 충돌시에 충돌의 흡수 및 완화에 의하여 자동차의 탑승자를 보호하는 것은 물론, 자동차의 전방 25%에 대한 겹침 충돌에 의한 경우에도 충돌을 흡수 및 완화하여 자동차의 탑승자를 보호할 수 있는 이점이 있다.

이에 의해서, 각 국의 자동차 안정성 시험 등에 대한 평가지수를 만족할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 자동차용 프런트 프레임이 적용된 자동차 프레임을 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 자동차용 프런트 프레임이 적용된 자동차 프레임의 스몰 오버랩 충돌시를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 자동차용 프런트 프레임을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 자동차용 프런트 프레임을 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명 및 종래의 자동차용 프런트 프레임의 정면 충돌시의 결과를 비교하여 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명 및 종래의 자동차용 프런트 프레임의 스몰 오버랩 충돌시의 결과를 비교하여 나타낸 표이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)은 자동차에 작용하는 충돌 및 완충을 수행하여 탑승객의 안정을 도모할 수 있는 발명에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)은 자동차의 정면에 대한 충돌시에 충돌의 흡수 및 완화에 의하여 자동차의 탑승자를 보호하는 것은 물론, 자동차의 전방 25%에 대한 겹침 충돌에 의한 경우에도 충돌을 흡수 및 완화하여 자동차의 탑승자를 보호할 수 있는 것이다.

다시 말해, 종래의 자동차용 프런트 프레임(1)의 경우에는 직선 형태로 제공되기 때문에, 스몰오버랩 충돌시험시 차량의 프레임의 변형 형태는 충돌기둥(B)이 차량의 프레임과 충돌하는 부분 없이 승객이 타고 있는 승객 탑승 공간에 직접적으로 충돌에너지가 전달되어 승객의 생존공간을 보장할 수 없는 문제가 있었는데, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결한 것이다.

특히, 상기 스몰 오버랩 충돌 성능시험을 만족하기 위해서 가장 쉬운 방법으로, 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 강도를 높이는 구조를 고려하였었고, 1기가급 이상의 고강도강을 이용하여 자동차용 프런트 프레임(1)을 제작한다면 해당 부품의 변형을 최소화하여 자동차 탑승자가 위치하는 공간의 변형을 최소화할 수 있다.

그러나, 자동차용 프런트 프레임(1)의 강도를 고강도로 형성하면 정면 충돌에서 순간적으로 감가속도를 증가시켜 스몰 오버랩 충돌 성능서험의 목표치를 만족할 수 없는 한계가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 도 3과 같은 자동차용 프런트 프레임(1)을 제시한 것이다.

도 3은 본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)을 도시한 평면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)은 자동차의 본체 프레임(2) 전방에 구비되며, 상기 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)은 제1항에 있어서, 상기 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성된 아우터 프레임(10) 및 상기 아우터 프레임(10)과 정합되며, 정합된 단면이 폐단면을 형성하는 이너 프레임(20)을 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 종래 기술이 직선 형상의 자동차용 프런트 프레임(1)을 제시한 것을 개선하여, 상기 자동차용 프런트 프레임(1)이 자동차 앞쪽의 바깥 부분으로 뻗은 형상으로 제시된 것이다.

이러한 형상에 의하면, 전방충격은 물론 스몰오버랩 충돌시에도 탑승객이 위치하는 공간의 변형을 최소로 할 수 있도록 상기 자동차용 프런트 프레임(1)에서 충돌을 흡수 완화할 수 있게 된다.

이를 위해서, 본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)은 아우터 프레임(10), 이너 프레임(20) 등을 포함할 수 있다.

특히, 상기 아우터 프레임(10), 이너 프레임(20)은 자동차 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성된다.

상기 아우터 프레임(10)은 자동차의 외측 부분에 구비되는 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 부품이다. 여기서, 상기 아우터 프레임(10)은 상기 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장된 형상으로 제공되며, 자동차의 바퀴와의 간섭이 발생하지 않는 각도로 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장되는 것이 바람직하다.

더하여, 상기 아우터 프레임(10)은 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 갈수록 폭이 좁은 형상으로 제공될 수 있는데, 이는 전방 충돌 흡수를 효율적으로 수행하기 위한 것인데, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.

그리고, 상기 아우터 프레임(10)은 엔진이 안착되는 엔진룸 프레임(3)이 결합될 수 있는 구조를 포함할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)의 상기 아우터 프레임(10)에는, 엔진이 안착되는 엔진룸 프레임(3)의 안착봉(3a)과 결합되는 결합홀(11)이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

이와 같이, 상기 아우터 프레임(10)에 결합홀(11)이 형성되게 제공됨으로써, 종래에 엔진룸 프레임(3)과 결합하기 위해서 프런트 프레임에 결합되어 제공되었던 바디 마운팅 등의 별도의 부품이 불필요한 이점을 가질 수 있게 된다.

이와 같은 형상을 형성하기 위해서, 상기 아우터 프레임(10)은 인장강도가 900MPa 이상이며, 연신률이 45~65%인 TWIP강 등으로 제작될 수 있다.

상기 이너 프레임(20)은 자동차차의 내측 부분에 구비되는 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 부품으로써, 상기 아우터 프레임(10)과 정합되어 제공될 수 있다. 즉, 상기 이너 프레임(20)의 경우에도 상기 아우터 프레임(10)과 정합되는 형상으로 제공되기 때문에, 상기 본체 프레임(2)의 전방 외측 방향으로 연장된 형상으로 제공될 수 있다.

또한, 상기 이너 프레임(20)은 상기 아우터 프레임(10)과 정합되어 제공되면서, 정합된 단면 형상이 폐단면 형상으로 제공됨으로써, 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 강성을 확보할 수 있는 것에 더하여 경량화의 이점을 가질 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 자동차용 프런트 프레임(1)에 충돌이 가해질 경우에 내부 중공이 형성된 소재의 경우에도 내부가 꽉차게 형성된 솔리디 형상의 경우와 유사한 강도를 확보할 수 있는 점에서, 경량화의 효과를 확보하면서도 필요로 하는 강도를 확보할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 이너 프레임(20)은 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상을 상이하게 형성함으로써, 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상이 동일한 경우에 비하여, 더 높은 충돌에 대한 강성확보가 가능한 이점을 가질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.

더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)은 자동차의 전방 충격을 흡수하는 범퍼빔(4)이 결합되도록, 상기 아우터 프레임(10)과 이너 프레임(20)의 전방의 일단부에 결합된 결합판(40)을 더 포함할 수 있다.

다시 말해, 상기 아우터 프레임(10)과 이너 프레임(20)이 결합된 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 전방에는 결합판(40)이 구비되어 범퍼빔(4)이 결합될 수 있으며, 상기 범퍼빔(4)과의 결합을 위한 결합합이 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 전방 일단부에 결합될 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)을 도시한 분해 사시도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)의 상기 아우터 프레임(10)과 상기 이너 프레임(20)의 사이에 구비되며, 상기 아우터 프레임(10) 및 이너 프레임(20)과 일정 간격 이격되게 구비되는 강화 프레임(30)을 더 포함할 수 있다.

다시 말해, 상기 강화 프레임(30)은 상기 자동차용 프런트 프레임(1)의 강성확보를 위해서 추가로 구비될 수 있는 구성으로써, 상기 아우터 프레임(10)과 이너 프레임(20) 사이에 구비될 수 있는 것이다.

이와 같은 강화 프레임(30)을 구비하는 것은, 상기 아우터 프레임(10)과 이너 프레임(20)이 형성하는 단면이 폐단면을 형성하는 경우에 내부 중공이 꽉 찬 솔리드 형상과 유사한 강도를 확보할 수 있으나, 상기 강화 프레임(30)이 상기 아우터 프레임(10)과 이너 프레임(20)의 중간에 구비되면, 내부가 꽉 찬 솔리더 형상에 더 가까운 강도를 확보할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)의 상기 아우터 프레임(10)은, 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 갈수록 폭이 좁은 형상으로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 상기 아우터 프레임(10)은 전방의 일단부의 폭(FW)는 후방의 타단부의 폭(RW)보다 작게 형성되며 전방에서 후방으로 갈수록 폭이 좁은 형상으로 제공됨으로써, 전방 충돌 흡수를 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 아우터 프레임(10)이 개략적으로 전방이 넓은 꼬깔 모양의 형상을 함으로써, 전방 출돌은 넓은 접촉 면적에서 수용하고, 충돌이 전달되어 후방으로 이동할 때, 상기 아우터 프레임(10)은 내부 중공을 점점 축소시킴으로써, 솔리드 형상과 유사한 강성을 확보하여 충돌 흡수의 효율을 높일 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 프런트 프레임(1)의 상기 이너 프레임(20)은, 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상은 비교적 긴 변의 위치와 짧은 변의 위치가 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 상기 이너 프레임(20)은 전방의 일단부의 긴 변(FL)과 짧은 변(FS)이 형성된 위치는 후방의 타단부의 긴 변(RL)과 짧은 변(RS)이 형성된 위치를 변경하여, 상기 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상을 상이하게 형성함으로써, 전방의 일단부와 후방의 타단부의 단면 형상이 동일한 경우에 비하여, 더 높은 충돌에 대한 강성확보가 가능한 이점을 가질 수 있다.

다시 말해, 상기 이너 프레임(20)은 개략적으로 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 가서면 프레임이 트위스팅된 형상으로 제공됨으로써, 다 방면에서 전달되는 충돌 흡수의 효율을 높일 수 있는 것이다.

이러한, 본 발명의 자동차용 프런트 프레임(1)이 필요로 하는 성능을 만족하는지는 도 5 및 도 6을 참고하여 확인할 수 있다.

즉, 도 5는 본 발명 및 종래의 자동차용 프런트 프레임(1)의 정면 충돌시의 결과를 비교하여 나타낸 표이며, 도 6은 본 발명 및 종래의 자동차용 프런트 프레임(1)의 스몰 오버랩 충돌시의 결과를 비교하여 나타낸 표이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 정면 충돌과 스몰 오버랩 충돌에 대한 본 발명의 프런트 프레임의 시험 결과를 수치적으로 확인하면, 도 5의 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정면 충돌시에 기존 모델에서 만족하지 못하였던, 강벽에 충돌하여 속도가 0이 될 때까지 소요되는 시간(Time To Zero Velocity: TTZV), 최대 감가속도, 유효 감가속도의 목표치를 만족하는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 도 6의 표는 스몰 오버랩 충돌시의 수치를 제시한 것으로, 기존 모델에서 만족하지 못하였던, 모든 평가 지수를 만족하는 것도 확인할 수 있다.

1: 자동차용 프런트 프레임 2: 본체 프레임
3: 엔진룸 프레임 4: 범퍼빔
10: 아우터 프레임 11: 결합홀
20: 이너 프레임 30: 강화 프레임
40: 결합판

Claims (7)

1. 자동차의 본체 프레임 전방에 구비되며, 상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 제공되도록,
   상기 본체 프레임의 전방 외측 방향으로 연장되는 형상으로 형성된 아우터 프레임; 및
   상기 아우터 프레임과 정합되며, 정합된 단면이 폐단면을 형성하는 이너 프레임;
   을 포함하며,
   상기 이너 프레임은, 연속적으로 변경되는 트위스팅된 형상으로 제공되어, 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 갈수록 전방 일단부의 단면 형상에서의 비교적 긴 변의 위치가 전방 일단부의 단면 형상에서 비교적 짧은 변의 위치로 전환되는 것을 특징으로 하는 자동차용 프런트 프레임.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 아우터 프레임과 상기 이너 프레임의 사이에 구비되며, 상기 아우터 프레임 및 이너 프레임과 일정 간격 이격되게 구비되는 강화 프레임;
   을 더 포함하는 자동차용 프런트 프레임.
4. 제1항에 있어서,
   상기 아우터 프레임에는, 엔진이 안착되는 엔진룸 프레임의 안착봉과 결합되는 결합홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 프런트 프레임.
5. 제1항에 있어서,
   상기 아우터 프레임은, 전방의 일단부에서 후방의 타단부로 갈수록 폭이 좁은 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차용 프런트 프레임.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   자동차의 전방 충격을 흡수하는 범퍼빔이 결합되도록, 상기 아우터 프레임과 이너 프레임의 전방의 일단부에 결합된 결합판;
   을 더 포함하는 자동차용 프런트 프레임.

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